5065

31

16.Гидролиз солей. Определение рН растворов гидролизирующихся солей. Усиление и подавление гидролиза.

17.Малорастворимые электролиты. Правило произведения растворимости. Условия образования осадков. Растворимость малорастворимых электролитов.

18.Окислительно-восстановительные реакции. Определение окислителя

ивосстановителя. Способы уравнивания. Стандартные окислительновосстановительные потенциалы. Определение направления реакции.

19.Комплексные соединения. Строение с позиций теории Вернера. Классификация, номенклатура. Константа нестойкости.

ПРОГРАММА ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Раздел 1. Основные положения аналитической химии

1.1. Аналитическая химия и химический анализ. 1.2. Цели и задачи химического анализа.

1.3.Классификация методов анализа.

1.4.Характеристика методов анализа: диапазон определяемых содержаний, предел обнаружения, избирательность, воспроизводимость, правильность.

Раздел 2. Качественный химический анализ

2.1.Способы и условия проведения качественных реакций.

2.2.Специфичность, избирательность и чувствительность (предел обнаружения) качественных реакций. Способы повышения чувствительности реакций.

2.3.Классификация катионов и анионов.

2.4.Характерные реакции катионов и анионов.

Раздел 3. Количественный анализ

3.1.Основные понятия количественного титриметрического анализа: стандартный раствор, эквивалентная точка, точка конца титрования.

3.2.Требования к реакциям в титриметрии. Классификация методов: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, осадительное, комплексиметрические титрование (комплексонометрия).

3.3.Аналитические весы, измерительная аналитическая посуда.

32

3.4.Способы выражения концентрации стандартных (титрованных) растворов: молярная, нормальная (эквивалентная), титр, титр соответствия. Поправочный коэффициент. Фактор эквивалентности.

3.5.Способы приготовления титрантов. Стандартизация титрантов.

3.6.Виды (приемы) титрования: прямое, обратное (по остатку), заместительное. Способы определения: отдельных навесок, аликвотных частей (пипетирование).

3.7.Метод кислотно-основного титрования (протолитометрия). Индикаторы. Теория кислотно-основных индикаторов. Интервал перехода окраски индикатора. Кривая титрования. Выбор индикатора. Область применения метода.

3.8.Окислительно-восстановительное титрование. Требования к реакциям. Условия проведения окислительно-восстановительного титрования. Классификация методов. Фиксирование точки эквивалентности.

3.9.Перманганатометрическое титрование. Условия проведения титрования. Титрант метода, его стандартизация. Фиксирование точки эквивалентности. Область применения.

3.10.Иодометрическое титрование. Условия определения восстановителей

иокислителей. Титранты метода. Фиксирование точки эквивалентности.

3.11.Осадительное титрование. Аргентометрическое титрование. Метод Мора, Фаянса-Ходакова, Фольгарда. Индикаторы и условия титрования. Область применения.

3.12.Комплексонометрическое титрование. Хелатные комплексы с этилендиаминтетрауксусной кислотой. Сущность метода, металлохромные индикаторы. Условия титрования. Область применения метода.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

К выполнению контрольной работы приступают после выполнения работы по неорганической химии и изучения программного материала по аналитической химии. Краткое изложение материала приведено в учебном пособии, разработанном на кафедре ЕНД и изданном РИЦ ХГАЭП (см. библиографический список).

33

Во время работы с литературой следует выделить и запомнить новые понятия, термины и формулы. Для лучшего усвоения материала следует вести краткий конспект, который будет полезен при повторении материала перед зачетом.

Задания контрольной работы представлены в виде ситуационной задачи, в которой для предложенного химического соединения (объекта исследования) необходимо привести реакции идентификации (обнаружения) ионов и составить методику количественного определения титриметрическим методом. Попутно следует ответить и на некоторые теоретические вопросы. Кроме того, следует решить задачу по титриметрии.

Задания представлены по вариантам. Номер варианта соответствует номеру фамилии в списке студентов курса. При выполнении задания по качественному анализу следует привести по 2-3 реакции на каждый ион. Наряду с написанием уравнения реакции обнаружения иона, необходимо указать аналитический эффект, условия и способы проведения реакции. Желательно сопоставить реакции по селективности и чувствительности.

Для выполнения задания по количественному титриметрическому анализу необходимо знать закон эквивалентов, уметь находить фактор эквивалентности по уравнению реакции, выучить определение молярной, нормальной (эквивалентной) концентрации, титра и титра соответствия. Зная эти понятия легко перейти к расчетным формулам для определения массы и массовой доли (в %) при прямом, заместительном и обратном титровании, используя прием отдельных навесок или пипетирования (см. Приложения 5,6).

Так как при выполнении анализа титриметрическим методом измеряются масса и объем, необходимо познакомиться с особенностями работы с измерительной аналитической посудой и правилами взвешивания на аналитических весах.

Титриметрические методы анализа классифицируют по типу химической реакции: кислотно-основное титрование, окислительно-восстановительное, осадительное, комплексонометрическое. В каждом методе используются различные индикаторные или безиндикаторные способы фиксирования точки эквивалентности. Выбор индикатора и условий титрования (чаще всего рН среды) имеет принципиальное значение для составления методики количествен-

34

ного определения. Каждая методика при любом титриметрическом определении сопровождается систематическими погрешностями. Следует найти и указать причины их возникновения.

При обосновании методик идентификации и количественного определения заданного объекта придерживайтесь рекомендуемого в задании алгоритма.

Решение задач по титриметрии проводится с использованием тех же формул, что и при выполнении задания по количественному анализу исследуемого объекта.

Задачи могут быть двух типов: на приготовление титранта и на определение массы или массовой доли (в %) вещества в исследуемом объекте.

Пример 1. Чему равна молярная концентрация и титр раствора HCl, если на титрование 20,00 см3 этого раствора израсходовали 15,00 см3 0,1200 М раствора NаOH?

Решение. В условии задачи даны два объема и одна молярная концентрация раствора (f (HCI) = f (NAOH)= 1), следовательно, для решения можно воспользоваться уравнением с1V1=с2V2 и найти концентрацию HCl:

Пример 2. Какова нормальная (эквивалентная) концентрация H2SO4, если на титрование 0,2156 г химически чистого Na2CO3 идет 22,35 см3 этого раствора?

Решение. Составляем уравнение реакции:

H2SO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + H2CO3.

Стандартизация проводится методом отдельной навески. Решаем через титр соответствия T(H2SO4/ Na2CO3), который находим по массе Na2CO3 и объему H2SO4.

По уравнению реакции находим фактор эквивалентности для Na2CO3, который равен ½. Молярная масса Na2CO3 равна 105,989 г/моль, молярная

35

масса эквивалентов составляет 52,994 г/моль. Затем используем формулу связи титра с нормальной концентрацией:

Пример 3. Навеска химически чистого NаCl массой 2,9014 г растворена в мерной колбе на 100,0 см3. На 25,00 см3 этого раствора расходуется 25,80 см3 раствора нитрата серебра. Определите молярную концентрацию и титр раствора AgNО3.

Решение. По условию задачи стандартизацию титранта проводят методом пипетирования. Находим титр раствора NаCl по массе и объему колбы:

Из титра находим молярную (f =1) концентрацию раствора:

Затем по закону эквивалентов находим молярную концентрацию рас-

Пример 4. Навеску технического сульфита натрия растворили в мерной колбе на 250,0 см3. На титрование 25,00 см3раствора, подкисленного серной кислотой, затрачено 45,20 см3 0,05200 н. раствора KMnO4. Вычислить массу (г) Na2SO3 в образце.

Решение. Составляем уравнение реакции, лежащее в основе перманганатометрического определения сульфита натрия:

5Na2SO3+ 2KMnO4+ 3H2SO4= 5Na2SO4+ 2MnSO4+ K2SO4+ 3H2O, 2 MnO4- + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O,

5 SO32- + H2O - 2ē = SO42- + 2H+.

36

По последней полуреакции находим фактор эквивалентности для сульфитиона, который равен ½. Соответственно молярная масса эквивалентов сульфита натрия равна половине ее молярной массы (126,64 г/моль). Используя прием пипетирования, решаем задачу через титр соответствия по формуле:

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ Вариант 1

I.Обоснуйте методику обнаружения и количественного титриметрического определения железа (II) в твердом образце FeSO4 ∙ 7H2O, для чего последовательно ответьте на нижеследующие вопросы.

1. Приведите реакции обнаружения иона железа (II) и сульфат-иона.

1.1.К какой аналитической группе по кислотно-основной классификации относится Fe (II)? Каким групповым реактивом он осаждается?

1.2.Каким групповым реактивом осаждается сульфат-ион?

1.3.Напишите соответствующие уравнения реакций обнаружения ионов, укажите аналитический эффект и условия проведения этих реакций.

1.4.Какие реакции называются селективными?

2. Дайте характеристику титриметрического перманганатометрического определения иона железа (II).

2.1.В какой среде проводится перманганатометрическое титрование?

2.2.Запишите уравнение реакции взаимодействия FeSO4 c титрантом, расставьте необходимые стехиометрические коэффициенты, учитывая тип реакции. Укажите, какое это титрование (прямое, обратное, заместительное).

2.3.Каковы особенности приготовления титранта метода? Какие первичные стандартные вещества подходят для его стандартизации? Как хранят титрованный раствор?

2.4.Каким образом фиксируется точка эквивалентности в этом методе?

37

2.5.Определите фактор эквивалентности и молярную массу эквивален-

тов FeSO4 ∙ 7H2O. M (FeSO4∙ 7H2O) = 278,01г/моль.

2.6.Рассчитайте массу навески FeSO4∙ 7H2O, необходимую для приготовления (Vобщ) 100,0 см3 раствора, который затем будет титроваться 0,05 М рас-

твором титранта. С какой точностью взвешивают навеску на аналитических весах, с такой же точностью рассчитайте массу навески.

2.7.Рассчитайте титр соответствия T(KMnO4/Fe).

2.8.Составьте в общем виде формулу расчета массовой доли ω (в %) Fe

всоли с учетом способа титрования.

2.9.Рассчитайте массовую долю ω (в %) Fe в анализируемом образце, если масса практической навески соли меньше теоретически рассчитанной на 0,0021 г, на титрование аликвоты (Va) 15,00 см3 (чем отмерите?) раствора ана-

лизируемой соли пошло в среднем V 13, 85 см3 (чем измерите?) 0,05н. раствора титранта, поправочный коэффициент («К») которого равен 1,020.

2.10.За счет чего могут возникать систематические погрешности в титриметрии и в перманганатометрии в частности?

2.11.В чем отличие молярной и нормальной концентрации? Во сколько раз отличается нормальная концентрация от молярной для KMnO4?

II. Решите задачу.

Рассчитайте молярную концентрацию (f = 1) раствора HCl, если на титрование 0,4668 г химически чистого Na2B4O7 ∙ 10H2O затрачено 18,38 см3 этого раствора. M (Na2B4O7 ∙ 10H2O) = 381, 37 г/моль.

Вариант 2

I.Обоснуйте методику обнаружения и количественного титриметрического определения AgNO3, для чего последовательно ответьте на нижеследующие вопросы.

1. Приведите реакции обнаружения иона серебра и нитрат-иона.

1.1.К какой аналитической группе по кислотно-основной классификации относится катион серебра?

1.2.Участвует ли катион серебра в реакциях комплексообразования? Напишите состав и назовите комплекс, который образуется при растворении AgCl в растворе аммиака.

38

1.3. Какие аналитические реакции называют избирательными?

2. Дайте характеристику титриметрического определения AgNO3 по методу Фольгарда.

2.1.Запишите уравнение реакции AgNO3 c титрантом. Какое это титрование (прямое, обратное, заместительное)?

2.2.Какой индикатор используется в данном методе?

2.3.В какой среде следует проводить определение? Ответ обоснуйте.

2.4.Как готовят, стандартизируют и хранят титрант этого метода?

2.5.Какова область использования метода Фольгарда?

2.6.Рассчитайте молярную массу эквивалентов AgNO3 с учетом фактора эквивалентности (см. уравнение реакции). M (AgNO3) = 169, 87 г/моль.

2.7.Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления (Vобщ.) 100,00 см3 раствора, который затем будет оттитрован 0,05 М раствором титранта. С какой точностью взвешивают навески на аналитических весах?

2.8.Рассчитайте титр соответствия.

2.9.Составьте в общем виде формулу расчета массовой доли ω (в %) AgNO3 в образце.

2.10.Рассчитайте ω (AgNO3), если масса практической навески меньше теоретически рассчитанной на 0,0028 г, на титрование аликвоты (Va) 15,00 см3

раствора AgNO3 израсходовано в среднем V 14,45 см3 0,05 М раствора титранта, поправочный коэффициент («К») которого равен 0,9865.

2.11.Какую мерную посуду используете в этой методике? Каким требованиям она должна удовлетворять?

2.12.За счет чего возникают систематические погрешности в титриметрии? 2.13.Дайте определение титру соответствия и фактору эквивалентности. II.Решите задачу.

Сколько граммов КОН требуется взять для приготовления 1,5 дм3 0,2 М

раствора? Определите титр КОН и титр соответствия по щавелевой кислоте Т (КОН/Н2С2О4 ∙ 2Н2О). М (КОН) = 56,105 г/моль; М (Н2С2О4 ∙ 2Н2О)= 126,066 г/ моль.

39

Вариант 3

I. Обоснуйте методики обнаружения и количественного титриметрического определения NaNO2 в твердом образце, для чего последовательно ответьте на нижеследующие вопросы.

1. Приведите реакции обнаружения иона натрия и нитрит-иона.

1.1.Обладает ли нитрит-ион окислительно-восстановительными свойствами? Как эти свойства используются в анализе?

1.2.Напишите соответствующие уравнения реакций обнаружения ионов, укажите аналитический эффект и условия проведения реакций.

1.3.Какие характеристики количественно описывают чувствительность (предел обнаружения)? Какие повысить чувствительность реакции обнаружения иона натрия?

2. Дайте характеристику титриметрического перманганатометрического определения NaNO2.

2.1.В какой среде проводят перманганатометрическое титрование, чем создается эта среда?

2.2.Запишите уравнение реакции взаимодействия NaNO2 с титрантом.

2.3.Каковы особенности перманганатометрического титрования NaNO2? Какое это титрование?

2.4.Дайте определение нормальной (эквивалентной) концентрации. Как находят фактор эквивалентности в окислительно-восстановительных реакциях?

2.5.Как готовят, стандартизуют и хранят титрованный раствор этого метода?

2.6.Вернитесь к уравнению реакции, определите фактор эквивалентности и молярную массу эквивалентов NaNO2. M(NaNO2) = 68,99 г/ моль.

2.7.Рассчитайте массу навески NaNO2, необходимую для приготовления 200,0 см3 раствора, который будет затем титроваться 0,05 н. раствором

титранта. С какой точностью взвешивают навески на аналитических весах?

2.8.Как будет зафиксирована точка эквивалентности?

2.9.Рассчитайте титр соответствия.

2.10.Составьте в общем виде формулу расчета массовой доли ω (в %) NaNO2 в образце с учетом способа титрования.