Темы и вопросы для самостоятельной подготовки по курсу аналитической химии. Учебное пособие для студентов фармацевтических специальностей вузов

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кемеровская государственная медицинская академия

Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Башмаков А.С., Леонтьева Е.В.

Т Е М Ы И В О П Р О С Ы

ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПО КУРСУ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

для студентов специальности «фармация»

Кемерово

КемГМА

2007

3

Предисловие

Впоследнее время появилась устойчивая тенденция к сокращению аудиторных занятий за счет повышения роли самостоятельной подготовки студентов. Организация самостоятельной (внеаудиторной) работы требует не только высокой дисциплины и организованности от студентов, но и наличия методических пособий для такой работы. Необходимой основой для самостоятельной работы студентов являются темы, которые часто не вполне точно называют «вопросами», для подготовки к разным формам контроля знаний. Эти темы должны точно соответствовать содержанию курса, требованиям, предъявляемым к объему знаний и степени понимания, способам организации контроля в последовательности освоения курса.

Вэтом пособии содержатся детально разработанные и конкретно сформулированные темы (вопросы), сгруппированные по коллоквиумам, а также вопросы к экзамену. Дополнительно изложены критерии экзаменационной оценки знаний студентов, что позволяет студенту не только целенаправленно готовиться к экзамену, но и самому предварительно оценивать качество своей подготовки.

Всего предусмотрено шесть коллоквиумов (по три в каждом семестре) по следующим темам «Теоретические основы аналитической химии»

—1-ый и 2-ой коллоквиумы, «Качественный химический анализ» — 1-ый и 2-ой коллоквиумы, «Гравиметрия» — 3-ий коллоквиум, «Титриметрия. Кислотно-основное титрование» — 4-ый коллоквиум, «Окислительновосстановительное титрование» — 5-ый коллоквиум, «Электрохимические и оптические методы анализа» — 6-ой коллоквиум.

Такая разбивка курса по темам коллоквиумов имеет определенные недостатки. Во-первых, темы качественного неорганического анализа и темы, посвященные равновесиям в растворах, распределены по двум разным коллоквиумам. Это связано с хронологической последовательностью изучения курса, в соответствии с которой качественный анализ, большей частью, изучается в рамках лабораторного практикума параллельно теоретическим основам аналитической химии, изучаемым на лекциях и практических занятиях. Во-вторых, содержание курса распределено по коллоквиумам не совсем равномерно. Некоторые разделы курса (экстракционное равновесие, статистическая обработка результатов анализа, комплексонометрическое, осадительное титрование, люминесцентный анализ, хроматография) не входят в темы коллоквиумов. Контроль знаний по этим темам производится в других формах, так как ограничено не только число коллоквиумов, но и объем и число тем, выносимых на коллоквиум.

4

Авторы надеются, что данное пособие может представлять интерес не только для студентов фармацевтических специальностей, но и для более широкого круга лиц, изучающих аналитическую химию. Поэтому необходимо отметить особенности курса аналитической химии для студентов специальности «фармация» по сравнению с классическим курсом аналитической химии. 1) В состав курса входит раздел «Основные физикохимические методы анализа». 2) Раздел «Титриметрия» расширен за счет более подробного изучения титриметрических методик, используемых в фармацевтическом анализе. 3) Разделы «Теоретические основы аналитической химии», «Методы разделения и концентрирования» и некоторые другие сокращены.

Содержание представленного пособия основано на курсе лекций Башмакова А.С., читаемого им на протяжении многих лет студентам фармацевтического факультета КемГМА и рабочей программе курса аналитической химии этого же автора [1].

Список рекомендуемой литературы включает только минимальный набор относительно доступных и распространенных учебников. Более полный список учебной литературы по аналитической химии приведен в

[1].

Вопросы к коллоквиуму 1 по темам

•Основы качественного химического анализа

•Константы химического равновесия в растворах

•Равновесие между осадком и насыщенным раствором и растворимость малорастворимых сильных электролитов

•Качественный анализ катионов 1…4 аналитических групп по кислотно-основной классификации

Вопросы по курсу лекций

1.Метод и методика анализа. Основные разделы аналитической химии.

2.Подготовка образца к анализу.

3.Способы выполнения аналитических реакций. Требования к реакциям для качественного анализа.

4.Типы аналитических реакций и реагентов (по назначению, по специфичности).

5.Классификация методов качественного анализа по количеству определяемого вещества и по последовательности аналитических операций (дробный и систематический анализ).

5

6.Характеристики чувствительности аналитических реакций и связь между ними.

7.Аналитические классификации катионов. Кислотно-основная классификация катионов. Принципы классификации, состав аналитических групп, групповые реактивы и реакции.

8.Связь между аналитическими свойствами веществ и периодическим законом Менделеева.

9.Аналитические классификации анионов по растворимости солей бария

исеребра и по их окислительно-восстановительным свойствам.

10.Основные положения теории растворов сильных электролитов. Ионная сила раствора. Активность. Коэффициент активности. Уравнения Де- бая-Хюккеля.

11.Закон действующих масс. Термодинамическая и концентрационная, реальная и условная, общая и ступенчатая константы равновесия.

12.Растворимость. Равновесие между осадком и его насыщенным раствором. Правило произведения растворимости. Ионное произведение. Условия образования и растворения осадка.

13.Влияние сильных электролитов («посторонних», с общим ионом) на растворимость осадков. Расчет растворимости осадков в растворах сильных электролитов, не вступающих с осадком в химическую реакцию. Примеры таких расчетов.

14.Влияние химических реакций и температуры на растворимость осадков. Растворимость осадков в кислотах, в избытке раствора осадителя.

15.Дробное осаждение. Определение последовательности осаждения ионов. Примеры такого расчета.

16.Перевод одних осадков в другие. Факторы, влияющие на возможность такого перехода. Определение возможности и условий перевода одного осадка в другой. Примеры такого расчета.

Вопросы по лабораторному практикуму

1.Качественные реакции и аналитические свойства катионов 1-ой, 2-ой, 3-ей и 4-ой групп по кислотно-основной классификации.

2.Систематический анализ катионов 1-ой, 2-ой, 3-ей и 4-ой групп в одном растворе. Способы химического разделения катионов этих групп.

Требования к решению расчетных задач

1.Уметь рассчитывать характеристики чувствительности аналитических реакций из результатов опыта и пересчитывать одни характеристики чувствительности в другие.

6

2.Уметь рассчитывать произведение растворимости, зная концентрации образующих осадок ионов в насыщенном растворе.

3.На основании значения произведения растворимости уметь рассчитывать с учетом коэффициентов активности ионов растворимость осадков в воде, в растворе сильного «постороннего» электролита, в растворе электролита с общим с осадком ионом.

4.На основании значения произведения растворимости уметь определять возможность образования осадка при смешивании растворов, содержащих образующие осадок ионы.

5.Уметь определять последовательность образования осадков при постепенном добавлении осадителя к раствору, содержащему несколько осаждаемых ионов.

6.Уметь определять возможность перевода одного малорастворимого соединения в другое за счет обменной реакции в растворе.

Вопросы к коллоквиуму 2 по теме

•Химические равновесия в водных растворах: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, образования/распада комплексов, сложное

Вопросы по курсу лекций

1.Протолитические свойства воды. Константа автопротолиза воды. Константы кислотности и основности H3O+, OH–, H2O. Водородный показатель. Классификация кислот и оснований по силе. Константы кислотности и основности, их показатели.

2.Основы протолитической теории. Связь между константами кислотности и основности кислоты и сопряженного основания (формула, ее вывод). Какие по силе сопряженные основания соответствуют сильной, слабой и очень слабой кислоте? Примеры такого соответствия.

3.Протолитические свойства солей (гидролиз). Константы основности и кислотности катионов и анионов. Примеры их расчета. Примеры солей, обладающих кислотными, основными и амфотерными свойствами.

4.Расчет pH сильных и слабых кислот и оснований (формулы, их вывод). Степень протолиза и ее расчет.

5.Расчет pH растворов амфолитов (формулы, их вывод).

6.Буферные системы. Состав, свойства, механизм действия. Примеры и применение буферных систем.

7.Расчет pH буферных растворов (уравнение Гендерсона-Хассельбаха, его вывод).

7

8.Буферная ёмкость (понятие, расчет, формулы, их вывод).

9.Общая характеристика комплексных соединений. Термины и понятия связанные с комплексами: центральный атом, лиганды, внутренняя и внешняя сферы комплекса, дентатность, хелаты. Особенности химической связи в комплексных соединениях.

10.Равновесия в растворах комплексов. Ступенчатые, общие, условные константы устойчивости.

11.Влияние различных факторов (pH раствора, образования осадков, образования других комплексов) на процессы образования и распада комплексов. Примеры и закономерности такого влияния на основе расчета условных констант устойчивости комплексов.

12.Стандартные, реальные, условные (формальные) окислительновосстановительные потенциалы. Уравнение Нернста. Определение направления окислительно-восстановительной реакции на основании потенциалов составляющих ее полуреакций.

13.Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции. Связь этой константы со стандартными окислительновосстановительными потенциалами (формула, ее вывод).

14.Влияние различных факторов (pH раствора, комплексообразования, образования осадков) на окислительно-восстановительные потенциалы и направление окислительно-восстановительных реакций. Примеры и закономерности такого влияния на основании анализа реальных потенциалов с использованием уравнения Нернста.

Вопросы по лабораторному практикуму

1.Общая характеристика 5-ой и 6-ой групп катионов по кислотноосновной классификации. Их состав, групповые реакции и реакции с общеаналитическими реагентами.

2.Качественные реакции и аналитические свойства катионов 5-oй и 6-ой групп по кислотно-основной классификации.

3.Способы химического разделения катионов 5-oй и 6-ой групп.

4.Аналитическая классификация анионов на основе различной растворимости их солей. Общая характеристика 1-ой, 2-ой и 3-ей аналитических групп анионов. Состав аналитических групп. Действие групповых реагентов.

5.Качественные реакции и аналитические свойства анионов.

Требования к решению расчетных задач

1.Уметь рассчитывать константы кислотности и основности ионов на основании справочных данных.

8

2.Уметь рассчитывать концентрацию ионов H3O+, OH– и pH водных растворов сильных и слабых кислот и оснований, в том числе растворов солей, обладающих кислотными или основными свойствами.

3.Уметь рассчитывать степень протолиза кислот и оснований.

4.Уметь рассчитывать концентрацию ионов H3O+, OH– и pH водных растворов амфолитов.

5.Уметь рассчитывать концентрацию ионов H3O+, OH– и pH буферных систем.

6.Уметь рассчитывать концентрацию ионов H3O+, OH– и pH раствора после протолитической реакции между двумя растворенными веществами.

7.Уметь определять стандартные и реальные окислительновосстановительные потенциалы на основании справочных данных и уравнения Нернста.

8.Уметь составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций методом полуреакций.

9.Уметь рассчитывать константу равновесия окислительновосстановительной реакции на основании значений стандартных окис- лительно-восстановительных потенциалов.

10.Уметь определять направление и практическую обратимость окисли- тельно-восстановительной реакции на основании окислительновосстановительных потенциалов и константы равновесия.

11.Уметь рассчитывать равновесную концентрацию центрального иона в растворах комплексов, содержащих большой избыток лигандов по сравнению со стехиометрическим количеством.

12.Уметь рассчитывать верхний предел равновесной концентрации центрального иона в растворах комплексов стехиометрического состава.

13.Уметь рассчитывать концентрацию образующих комплекс частиц в растворе после реакции комплексообразования между двумя растворенными веществами.

14.Уметь рассчитывать константу сложного равновесия (сочетание в одной реакции протолитического, окислительно-восстановительного равновесий, равновесия между раствором и осадком, образования комплексов) на основании справочных данных и определять на основании значения этой константы направление и практическую обратимость рассматриваемой реакции.

9

Вопросы к коллоквиуму 3 по теме

• Гравиметрия

Вопросы по курсу лекций

1.Гравиметрия. Классификация гравиметрических методов. Примеры анализа каждым из гравиметрических методов. Основные понятия гравиметрического анализа.

2.Основные этапы гравиметрического анализа методом осаждения, рассмотренные на конкретных примерах.

3.Требования к гравиметрической, осаждаемой форме и осадителю. С чем связано каждое из этих требований?

4.Механизм образования осадка. Относительное пересыщение. Как структура осадка связана с относительным пересыщением?

5.Старение осадка. Механизм процессов старения.

6.Загрязнение осадка. Классификация процессов загрязнения. Совместное и последующее осаждение.

7.Сущность и разновидности процесса соосаждения. Адсорбция примесей осадком. Как уменьшить адсорбцию в процессе осаждения?

8.Окклюзия. Изоморфное включение. Сущность и разновидности этих процессов соосаждения. Как уменьшить загрязнение осадка за счет окклюзии и образования твердых растворов? Как очистить осадок от окклюдированных примесей?

9.Условия образования и получения кристаллических осадков. С чем связано каждое из этих условий?

10.Условия образования и получения аморфных осадков. С чем связано каждое из этих условий?

11.Факторы, влияющие на размеры частиц осадка. Какими способами можно влиять на размер частиц в процессе осаждения?

12.Расчеты при гравиметрическом анализе. Расчет оптимальной массы анализируемого образца. Расчет количества осадителя. Расчет массы и массовой доли определяемого вещества. Схема гравиметрического анализа. Гравиметрический фактор.

Вопросы по лабораторному практикуму

1.Определение сульфат-иона гравиметрическим методом. Реакции, на которых основан анализ. Основные этапы и условия анализа. Источники ошибок при анализе.

2.Определение железа гравиметрическим методом. Реакции, на которых основан анализ. Основные этапы и условия анализа. Источники ошибок при анализе.

10