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

Требования к решению расчетных задач

1.Уметь рассчитывать оптимальную массу образца для гравиметрического анализа.

2.Уметь рассчитывать необходимый для гравиметрического анализа объём раствора осадителя заданной концентрации или массовой доли.

3.Уметь составлять схему гравиметрического анализа и рассчитывать гравиметрический фактор.

4.Уметь рассчитывать массу, массовую долю, концентрацию определяемого вещества на основании массы гравиметрической формы.

5.Уметь рассчитывать абсолютную и относительную потерю массы осадка при его промывании водой и растворами электролитов на основании произведения растворимости осадка.

Вопросы к коллоквиуму 4 по темам

•Основы титриметрии

•Кислотно-основное титрование в воде

•Кислотно-основное титрование в неводных растворителях

Вопросы по курсу лекций из раздела «Основы титриметрии. Кислотноосновное титрование в воде»

1.Сущность титриметрического анализа. Понятия и термины: титрант, титрование, аликвота, точка эквивалентности, конечная точка титрования, скачок титрования, кривая титрования, индикатор. Теоретические основы титриметрии. Закон эквивалентов. Эквивалент, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента, молярная концентрация эквивалента. Требования к реакциям, используемым для титриметрического анализа. Факторы, влияющие на величину скачка титрования.

2.Классификация методов титриметрического анализа по типу химической реакции и по способу выполнения (прямое титрование, обратное титрование, титрование заместителя). В каких случаях вместо прямого титрования используют обратное титрование или титрование заместителя? Примеры.

3.Методы определения массы вещества по результатам титрования (аликвотных проб (пипетирования), отдельных навесок). Их сравнительный анализ (преимущества и недостатки). На чем основан выбор метода определения массы?

4.Стандартизация. Первичные и вторичные стандарты. Требования к первичным стандартам. Стандарты и титранты кислотно-основного титрования.

11

5.Кислотно-основные индикаторы. Требования к индикаторам. Концепции кислотно-основных индикаторов (ионная, хромофорная). Основные характеристики кислотно-основных индикаторов (цвета, интервал перехода, pT).

6.Кривые титрования сильного основания сильной кислотой, сильной кислоты сильным основанием, слабой кислоты сильным основанием, слабого основания сильной кислотой. Состав раствора и расчет pH на различных этапах титрования. Индикаторные ошибки, возможные в этом случае. Выбор индикатора и оценка индикаторной ошибки по кривой титрования.

7.Индикаторные ошибки кислотно-основного титрования. Причины возникновения, классификация и расчет. Принципы выбора индикатора для кислотно-основного титрования. Примеры.

8.Титрование многоосновных кислот и нескольких протолитов в одном растворе. В каких случаях наблюдается несколько раздельных скачков титрования? Возможности и примеры дифференцированного определения нескольких протолитов в одном растворе.

Вопросы из раздела «Неводное кислотно-основное титрование»

9.Классификация растворителей по кислотно-основным свойствам.

10.Нивелирующее действие растворителя.

11.Дифференцирующее действие растворителя.

12.Диэлектрическая проницаемость растворителя. Влияние диэлектрической проницаемости растворителя на титрование.

13.Влияние константы автопротолиза растворителя на титрование. Связь между константой автопротолиза и константой равновесия реакции титрования.

14.Требования к амфипротонному растворителю для титрования.

15.Чем ограничены возможности кислотно-основного титрования в воде? Какие неводные растворители используют для титрования? Какие вещества определяют в каждом из них?

16.Титрование в кислотных растворителях. Титрование в безводной (ледяной) уксусной кислоте. Применение. Титрант. Определение точки эквивалентности.

17.Титрование в основных растворителях. Применение. Титранты. Определение точки эквивалентности. Примеры.

18.Титрование в нейтральных растворителях. Применение. Примеры.

12

Вопросы по лабораторному практикуму

1.Стандартизация раствора хлороводородной (соляной) кислоты. Первичные стандарты. Реакции, на которых основан анализ. Порядок выполнения работы. Расчет концентрации HCl в растворе по результатам титрования.

2.Стандартизация раствора гидроксида натрия. Первичные стандарты. Реакции, на которых основан анализ. Порядок выполнения работы. Расчет концентрации NaOH в растворе по результатам титрования.

3.Определение солей аммония методом кислотно-основного титрования. Реакции, на которых основан анализ. Условия титрования. Расчет массы аммония по результатам титрования.

4.Дифференцированное определение гидрокарбоната и карбоната методом кислотно-основного титрования. Реакции, на которых основан анализ. Точки эквивалентности и скачки титрования. Выбор индикаторов.

Стехиометрия. Расчет массовой доли NaHСO3 и Na2CO3 в твердом образце по результатам титрования.

5.Дифференцированное определение щелочи и карбоната методом ки- слотно-основного титрования. Реакции, на которых основан анализ. Точки эквивалентности и скачки титрования. Выбор индикаторов. Сте-

хиометрия. Расчет концентрации NaOH и Na2CO3 в растворе по результатам титрования.

Требования к решению расчетных задач

1.Уметь переводить концентрацию вещества в растворе из одних единиц измерения (массовая доля, титр по растворенному веществу, титр по определяемому веществу, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента) в другие.

2.Уметь рассчитывать массу вещества, необходимую для приготовления заданного объема раствора известной концентрации.

3.Уметь рассчитывать объём концентрированного раствора, необходимый для приготовления заданного объема раствора известной концентрации разбавлением концентрированного раствора.

4.Уметь рассчитывать концентрацию вещества в растворе, полученном при смешивании заданных объемов двух других растворов известной концентрации.

5.Уметь рассчитывать массу и массовую долю определяемого вещества по результатам титрования.

6.Уметь рассчитывать концентрацию титранта по результатам титрования заданной навески вещества-стандарта.

13

7.Уметь рассчитывать концентрацию вещества в растворе по результатам титрования.

8.Уметь рассчитывать относительную индикаторную ошибку кислотноосновного титрования с указанным индикатором.

Вопросы к коллоквиуму 4 по теме

• Окислительно-восстановительное титрование

Вопросы по курсу лекций

1.Окислительно-восстановительное титрование. Классификация методов. Теоретические основы. Стандартный, формальный и реальный окисли- тельно-восстановительные потенциалы. Уравнение Нернста. Способы определения конечной точки титрования. Окислительновосстановительные индикаторы: механизм действия, основные характеристики, принцип выбора.

2.Кривые окислительно-восстановительного титрования. Расчет окисли- тельно-восстановительного потенциала системы на различных этапах титрования (до точки эквивалентности, в точке эквивалентности, после точки эквивалентности). Примеры. Факторы, влияющие на величину скачка титрования. Выбор индикатора по кривой титрования.

3.Индикаторные ошибки окислительно-восстановительного титрования. Их происхождение и расчет.

4.Перманганатометрия. Реакции восстановления перманганата при разном pH раствора. Титрант, особенности хранения, приготовления и способ определения концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Примеры прямой, обратной и косвенной (титрование заместителя) перманганатометрии.

5.Дихроматометрия. Реакции, на которых основан анализ. Титрант. Способ определения его концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Особенности метода в сравнении с перманганатометрией.

6.Прямая и обратная йодиметрия. Реакции, на которых основан анализ. Титранты, особенности хранения, приготовления и способы определения концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Примеры методик анализа с уравнениями реакций. В каких случаях и почему используется обратная, а не прямая йодиметрия?

7.Косвенная йодометрия (титрование йода как заместителя). Реакции, на которых основан анализ. Титрант, особенности хранения, приготовле-

14

ния и способ определения концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Примеры методик анализа с уравнениями реакций.

8.Хлорйодометрия. Реакции, на которых основан анализ. Титрант, его приготовление и способ определения концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Определение органических веществ. Примеры прямой, обратной и косвенной (титрование заместителя) хлорйодометрии с уравнениями реакций.

9.Йодатометрия. Реакции, на которых основан анализ. Титрант, способ определения его концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Примеры методик анализа с уравнениями реакций. Йодатометрическое определение сильных кислот.

10.Цериметрия. Реакции, на которых основан анализ. Титрант, его приготовление и способ определения концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Особенности и преимущества метода в сравнении с перманганатометрией.

11.Нитритометрия. Реакции, на которых основан анализ. Титрант, способ определения его концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение для определения ароматических аминов. Примеры методик анализа с уравнениями реакций.

12.Броматометрия. Бромид-броматное титрование. Реакции, на которых основан анализ. Титрант, способ определения его концентрации. Условия титрования. Определение конечной точки титрования. Применение. Определение ароматических соединений прямой и обратной бромид-броматометрией. Примеры методик анализа с уравнениями реакций. Броматометрическое определение катионов в виде оксихинолятов. Примеры методик анализа с уравнениями реакций. Фактор эквивалентности для органических и неорганических веществ, определяемых бромид-броматометрией.

Вопросы по лабораторному практикуму

1.Стандартизация раствора тиосульфата натрия. Йодометрическое определение меди, пероксида водорода, аскорбиновой кислоты, гидразина, ацетона. Реакции, на которых основан анализ. Порядок выполнения работы. Условия титрования. Расчеты по результатам титрования.

2.Стандартизация раствора перманганата калия. Перманганатометрическое определение железа, пероксида водорода. Реакции, на которых основан анализ. Порядок выполнения работы. Условия титрования. Расчеты по результатам титрования.

15

3.Определение ароматических соединений прямой и обратной бромидброматометрией. Титранты. Реакции. Порядок выполнения работы. Условия титрования. Расчеты по результатам титрования.

4.Стандартизация раствора нитрита натрия. Нитритометрическое определение ароматических аминов. Реакции. Порядок выполнения работы. Условия титрования. Расчеты по результатам титрования.

Требования к решению расчетных задач

1.Уметь составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций с помощью электронно-ионных полуреакций.

2.Уметь определять эквиваленты реагирующих веществ при окислитель- но-восстановительном титровании.

3.Уметь рассчитывать концентрацию титранта по результатам окисли- тельно-восстановительного титрования заданной навески веществастандарта.

4.Уметь рассчитывать концентрацию вещества в растворе по результатам окислительно-восстановительного титрования.

5.Уметь рассчитывать массовую долю вещества в образце по результатам окислительно-восстановительного титрования.

Вопросы к коллоквиуму 6 по темам

•Электрохимические методы анализа

•Оптические абсорбционные методы анализа

Вопросы из раздела «Электрохимические методы анализа»

1.Потенциометрия. Сущность и теоретические основы метода. Электроды, используемые в потенциометрии. Их классификация. Прямая потенциометрия. Потенциометрическое определение концентрации методом калибровочного графика, методом добавок стандарта. Применение прямой потенциометрии.

2.Потенциометрическое титрование. Способы определения конечной точки титрования. Интегральные и дифференциальные кривые потенциометрического титрования. Кривые титрования по Грану. Определение точки эквивалентности по кривым титрования. Преимущества потенциометрического титрования по сравнению с титрованием с химическими индикаторами. Применение потенциометрического титрования.

3.Вольтамперометрия. Сущность и теоретические основы метода. Кинетическая и концентрационная поляризация электрода. Полярография.

16

Устройство полярографической ячейки. Электроды. Полярограмма. Характерные участки на полярографической кривой и соответствующие им электрохимические процессы. Остаточный ток. Предельный диффузионный ток. Потенциал полуволны.

4.Условия полярографического анализа. Уравнение Ильковича. Полярографическое определение концентрации методом калибровочного графика, методом стандарта и методом добавок стандарта. Расчет концентрации по результатам анализа. Применение полярографии.

5.Амперометрическое титрование. Сущность метода. Условия амперометрического титрования. Кривые амперометрического титрования. Определение точки эквивалентности по кривым титрования. Применение метода.

6.Кулонометрия. Сущность и теоретические основы метода. Закон Фарадея. Классификация кулонометрических методов. Требования к реакциям, используемым для кулонометрического анализа. Способы измерения количества электричества. Прямая кулонометрия. Условия анализа. Применение.

7.Кулонометрическое титрование. Сущность метода. Условия кулонометрического титрования. Определение конечной точки титрования. Применение.

8.Кондуктометрия. Сущность метода. Основные характеристики электрической проводимости растворов и связь между ними. Зависимость электрической проводимости раствора от концентрации электролитов. Прямая кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование. Кривые кондуктометрического титрования. Применение кондуктометрии.

Вопросы из раздела «Оптические абсорбционные методы анализа»

9.Основной закон поглощения света в дифференциальной, интегральной

илогарифмической форме. Основные фотометрические параметры: оптическая плотность (абсорбционность), пропускание, молярный и удельный коэффициенты поглощения. Связь между ними.

10.Колориметрия. Методы колориметрического анализа (стандартных серий, разбавления, уравнивания окрасок).

11.Приборы для фотометрического анализа — спектрофотометры и фотоэлектроколориметры. Основные узлы приборов и их назначение. Двулучевые и однолучевые приборы.

12.Количественный фотометрический анализ. Условия фотометрического анализа. Выбор аналитической длины волны, концентрации раствора и толщины кюветы. Фотометрические реакции и реагенты. Экстракци- онно-фотометрический анализ. Проверка выполнения основного зако-

17

на светопоглощения. Отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера и их причины.

13.Методы количественного фотометрического анализа. Определение концентрации по коэффициенту поглощения. Метод калибровочного графика. Метод стандарта. Метод добавок стандарта. Формулы для расчета концентрации каждым из этих методов и их вывод.

14.Дифференциальный фотометрический анализ. Сущность метода. Определение концентрации по результатам дифференциальной фотометрии методом калибровочного графика, методом стандарта. Преимущества и специфика применения дифференциальной фотометрии по сравнению с «обычным» фотометрическим анализом.

15.Фотометрическое титрование. Условия фотометрического титрования. Типичные кривые фотометрического титрования.

Требования к решению расчетных задач

1.Уметь рассчитывать равновесные потенциалы электродов первого, второго рода, окислительно-восстановительных электродов в растворах, содержащих определяющие потенциал вещества в заданной концентрации на основании уравнения Нернста.

2.Уметь рассчитывать концентрацию и массу определяемого вещества по результатам прямого кулонометрического анализа и кулонометрического титрования на основании закона Фарадея.

3.Уметь рассчитывать концентрацию и массу определяемого вещества по результатам полярографического анализа методами стандарта, добавок стандарта.

4.Уметь рассчитывать основные параметры полярографического анализа на основании уравнения Ильковича.

5.Уметь рассчитывать фотометрические параметры на основании закона Бугера-Ламберта-Бера.

6.Уметь переводить оптическую плотность в пропускание, и наоборот.

7.Уметь переводить молярный коэффициент поглощения в удельный, и наоборот.

8.Уметь рассчитывать концентрацию и массу определяемого вещества по результатам фотометрического анализа методами стандарта, добавок стандарта, а также по результатам дифференциального фотометрического анализа.

9.Уметь рассчитывать концентрацию и массу определяемого вещества по результатам колориметрического анализа.

10.Уметь рассчитывать молярную рефракцию по правилу аддитивности и по формуле Лоренца-Лоренца.

18

Структура экзаменационного задания («билета»)

Экзаменационное задание состоит из четырех частей. Первая часть предполагает изложение студентом знаний и понятий по одной из тем курса аналитической химии. Вторая часть посвящена конкретному описанию одной из выполненных лабораторных работ. Третья часть представляет собой типовую расчетную задачу. Четвертая часть посвящена описанию качественных реакций и аналитических свойств одного из ионов, которые студенты экспериментально изучали в рамках лабораторного практикума.

Экзаменационные вопросы по курсу лекций

1.Качественный химический анализ. Способы выполнения аналитических реакций. Требования к реакциям для качественного анализа. Типы аналитических реакций и реагентов (по назначению, по специфичности). Классификация методов качественного анализа по количеству анализируемого вещества и по последовательности аналитических операций (дробный и систематический анализ).

2.Характеристики чувствительности аналитических реакций: открываемый минимум, предельная концентрация, минимальный объем предельно разбавленного раствора, предельное разбавление, показатель чувствительности. Связь между ними.

3.Аналитические классификации катионов: сероводородная, кислотноосновная, аммиачно-фосфатная. Принципы классификаций. Групповые реагенты и способы разделения катионов на группы. Состав аналитических групп. Сравнительный анализ (достоинства и недостатки) разных аналитических классификаций катионов.

4.Аналитические классификации анионов по образованию малорастворимых соединений и по окислительно-восстановительным свойствам. Принципы классификаций. Состав аналитических групп. Групповые реагенты.

5.Основные положения теории растворов сильных электролитов. Отличие свойств растворов сильных электролитов от свойств идеальных растворов. Ионная сила раствора. Активность. Коэффициент активности. Основные положения и выводы теории Дебая-Хюккеля. Уравнения Дебая-Хюккеля.

6.Описание химического равновесия на основании закона действующих масс. Константа химического равновесия, ее связь с константами ско-

19

рости прямой и обратной реакций. Термодинамические и концентрационные, ступенчатые и общие, реальные и условные константы равновесия. Связь между различными константами равновесия.

7.Равновесие между осадком и насыщенным раствором. Растворимость. Произведение растворимости. Расчет растворимости из произведения растворимости. Условия образования и растворения осадков. Ионное произведение. Дробное осаждение. Последовательность образования нескольких осадков из одного раствора. Примеры. Перевод одних осадков в другие. Условия возможности такого перевода. Вычисление константы равновесия этого процесса. Примеры.

8.Влияние различных факторов на растворимость осадков. Влияние «посторонних» сильных электролитов и сильных электролитов с общим ионом на растворимость осадков. Расчет растворимости в присутствии сильных электролитов. Влияние температуры на растворимость. Влияние химических реакций (протолитических, комплексообразования) на растворимость. Примеры влияния разных факторов на растворимость.

9.Основные понятия протолитической теории. Кислота, основание, амфолит. Сопряженная кислотно-основная пара. Константы кислотности

иосновности. Классификация кислот и оснований по силе и принципы этой классификации. Связь между силой и константами кислотности и

основности кислоты и сопряженного основания. Протолитические свойства воды. Константы кислотности и основности H2O, H3O+, OH–.

10.Протолитические свойства солей («гидролиз»). Катионы и анионы с точки зрения протолитической теории. Константы кислотности и основности катионов и анионов. Примеры расчета. Соли, проявляющие свойства амфолитов. Примеры.

11.Расчет pH растворов сильных и слабых кислот и оснований. Точные и приближенные формулы для расчета. Их вывод. Условия, при которых возможно использование приближенных формул. Приближенный расчет pH многоосновных кислот. Степень протолиза. Её расчет.

12.Амфолиты. Реакции их протолиза. Примеры. Константы кислотности

иосновности амфолита. Выводы, которые следуют из сравнения этих констант. Расчет pH растворов амфолитов. Точные и приближенные формулы для расчета. Их вывод. Условия, при которых возможно использование приближенных формул.

13.Буферные системы. Их состав. Основные свойства. Примеры. Расчет pH буферных растворов. Точные и приближенные формулы для расче-

20