Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аналитическая химия. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.08.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

__________________________________________________________________________

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2015

УДК 543(075.8) А 64

Коллектив авторов:

А.И. Апарнев, Т.П. Александрова, А.А. Казакова, О.В. Карунина

Рецензенты:

д-р хим. наук, проф. А.И. Маслий, канд. техн. наук, доц. Л.В. Шевницына

Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии для студентов, обучающихся по техническим направлениям

А 64 Аналитическая химия : учеб. пособие / А.И. Апарнев, Т.П. Александрова, А.А. Казакова, О.В. Карунина. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. – 92 c.

ISBN 978-5-7782-2710-1

Пособие включает в себя основные разделы аналитической химии: качественный и количественный анализ. Разделы имеют краткие теоретические сведения, примеры решения типовых задач, задания для самостоятельного решения, а также для выполнения расчетно-графи- ческой работы. Кроме того, имеется приложение, содержащее справочный материал.

Пособие предназначено для студентов НГТУ дневной и заочной форм обучения.

	УДК 543(075.8)
ISBN 978-5-7782-2710-1	Коллектив авторов, 2015
	Новосибирский государственный
	технический университет, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................................................................	5
I. Качественный анализ.....................................................................................	6
1. Качественные реакции катионов и анионов ...............................................	6
Примеры решения задач ...................................................................................	9
Задания для самостоятельного решения .......................................................	11
Задание 1 ..........................................................................................................	11
Задание 2 ..........................................................................................................	12
2. Основные положения теории растворов электролитов. Кислотно-
основные равновесия в растворах электролитов ...............................................	13
2.1. Способы выражения концентрации растворов. Приготовление раство-
ров различной концентрации ...............................................................................	14
Примеры решения задач .................................................................................	17
Задания для самостоятельного решения .......................................................	19
Задание 3 ..........................................................................................................	19
2.2. Расчет рН растворов сильных и слабых электролитов, буферных рас-
творов.....................................................................................................................	22
Примеры решения задач .................................................................................	26
Задания для самостоятельного решения .......................................................	29
Задание 4 ..........................................................................................................	29
2.3. Гидролиз, расчет константы и степени гидролиза, определение рН рас-
творов гидролизующихся солей ..........................................................................	31
Пример решения задачи .................................................................................	37
Задание для самостоятельного решения .......................................................	38
Задание 5 ..........................................................................................................	38
3. Окислительно-восстановительные (редокс-) процессы
и направление их протекания ..............................................................................	40
Пример решения задачи .................................................................................	41
Задание для самостоятельного решения .......................................................	42
Задание 6 ..........................................................................................................	42
II. Количественный анализ .............................................................................	44
4. Метод кислотно-основного титрования ....................................................	45

Примеры решения задач .................................................................................	46
Задания для самостоятельного решения .......................................................	49
Задание 7 ..........................................................................................................	49
5. Методы окислительно-восстановительного титрования .........................	53
5.1. Перманганатометрия................................................................................	54
Примеры решения задач .................................................................................	55
Задания для самостоятельного решения .......................................................	59
Задание 8 ..........................................................................................................	59
5.2. Дихроматометрия. Иодометрия ..............................................................	63
Примеры решения задач .................................................................................	64
Задачи для самостоятельного решения .........................................................	67
Задание 9 ..........................................................................................................	67
6. Метод комплексонометрического титрования. Трилонометрия.............	71
Примеры решения задач .................................................................................	73
Задания для самостоятельного решения .......................................................	76
Задание 10 ........................................................................................................	76
7. Методы осадительного титрования. Аргентометрия.
Тиоцианометрия. Меркурометрия..............................................................	79
Примеры решения задач .................................................................................	80
Задания для самостоятельного решения .......................................................	82
Задание 11 ........................................................................................................	82
Библиографический список ...........................................................................	86
Приложения .....................................................................................................	88
Приложение 1. Константы ионизации Кд и рК слабых электролитов ........	88
Приложение 2. Стандартные окислительно-восстановительные
потенциалы (редокс-потенциалы) в водных растворах при 25 С..............	89
Приложение 3. Плотность водных растворов кислот, щелочей
и аммиака при 20 С........................................................................................	91

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие является составной частью учебнометодического комплекса для студентов, обучающихся по направлениям 18.03.01 Химическая технология, 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии, 19.03.04 Технология продукции и организация общественного питания. Настоящее пособие охватывает основные разделы курса аналитической химии – качественный и количественный анализ.

Каждая раздел содержит краткое теоретическое введение, примеры решения задач и задания для самостоятельного решения.

Студенты дневного отделения выполняют контрольные задания согласно указаниям преподавателя в течение учебного семестра; cтуден- ты-заочники выполняют контрольную работу по всему курсу.

Номер варианта соответствует двум последним цифрам номера (шифра) зачетной книжки. Каждый раздел «Задания для самостоятельного решения» включает 30 индивидуальных заданий, номер которых соответствует номеру варианта.

На обложке тетради для контрольной работы указываются: фамилия, имя, отчество, номер зачетной книжки (шифр), шифр направления и группы.

При оформлении работы следует отводить поля для отметок преподавателя.

Номера и условия задач следует приводить обязательно, соблюдая тот порядок, в котором они указаны в пособии.

Решение заданий должно содержать уравнения реакций, формулы, числовые значения и при необходимости краткое пояснение.

Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не считается принятой.

I. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

1.КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ

ИАНИОНОВ

Современная аналитическая химия включает три раздела: качественный химический анализ, количественный химический анализ и инструментальные (физико-химические) методы анализа.

Качественный химический анализ – это определение (открытие)

химических элементов, ионов, атомов, групп атомов, молекул в анализируемом объекте, включающий в себя дробный и систематический анализ.

Дробный анализ – обнаружение иона или вещества в анализируе-

мой пробе с помощью специфического реагента (специфическая реак-

ция) в присутствии всех компонентов пробы. Реакции, с помощью которых можно обнаружить небольшое число ионов, называются селективными. Эти реакции присущи определенной группе ионов, близкой по химическим свойствам. Дробный анализ не требует много времени и применяется для исследования простых объектов, содержащих ограниченное число ионов.

Для полного качественного анализа сложных объектов используют систематический анализ, который предусматривает разделение смеси анализируемых ионов по аналитическим группам с последующим обнаружением каждого иона. В систематическом анализе применяют определенную систему последовательных операций по разделению ионов на группы и подгруппы, характеризующиеся общими свойствами. Реагенты, позволяющие отделять группы близких по свойствам ионов от других ионов, называют групповыми реагентами. В качестве групповых реагентов используют вещества, образующие малорастворимые или комплексные соединения с целой группой ионов.

Существуют различные аналитические классификации катионов по группам – сульфидная, аммиачно-фосфатная и кислотно-основная.

Каждая классификация основана на химических свойствах катионов, связана с положением соответствующих элементов в периодической системе и их электронным строением.

В лабораторном практикуме чаще всего используется кислотноосновная классификация катионов (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

Кислотно-щелочная классификация катионов

Аналитические группы

III

K+, Na+,

Ag+, Pb2+,

Ca2+, Sr2+,

Al3+, Cr3+,

Mg2+, Mn2+,

Cu2+, Hg2+,

NH4

Hg 22

Ba2+2+

Zn4+2+, Sn5+2+,

Fe3+2+, Fe3+3+,

Cd2+2+, Co2+2+,

(Pb )

Sn , As ,

Bi , Sb ,

Ni , Zn

Pb2+, As3+

Sb5+

(Sb3+)

Харак-

Хлориды,

Хлориды

Сульфаты

Гидроксиды

терис-

сульфаты

не растворимы

амфотерны:

образуют

не раствори-

тика

и гидроксиды

в воде и в раз-

растворимы

растворимые

мы в воде

мы в избытке

групп

растворимы

бавленных

в избытке

аммиакаты

и в кислотах

щелочи

в воде

кислотах

щелочи

Избыток

25%-ный

Груп-

2 н. раствор

Избыток 4 н.

25%-го рас-

раствор

повой

раствора

твора

NH4ОН

HCl

H2SO4

реагент

Не имеют

NaOH

NH4ОН или

4 н. NaOH

Раствор –

Осадок

Раствор 2+

Харак-

[Al(OH)4]3–

[Cu(NH3)4]2+

Осадок

Mg(OH)2

тери-

Раствор

[Cr(OH)6]

[Hg(NH3)4]

Осадок

CaSO4

[Zn(OH)4]

2–

Mn(OH)2

[Cd(NH3)4]

стика

K ,

AgCl

SrSO4

[Sn(OH)4]

2–

Fe(OH)2

[Co(NH3)6]

получа-

Na ,

PbCl2

BaSO4

[Sn(OH)6]

4–

Fe(OH)3

[Ni(NH3)6]

емых

2–

Hg2Cl2

PbSO4

[Pb(OH) ]

Bi(OH)3

[Zn(NH

)

]

соеди-

нений

AsO34 , AsO33

HSbO2

SbO33

HSbO3

В анализе анионов также используются реактивы, действие которых основано на образовании малорастворимых соединений (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Классификация анионов

Номер

Анионы, образующие

Групповой

Характеристика

группы

группу

реагент

группы

BaCl2 в нейтральной

Соли бария мало раствори-

SO3

, SO4

S2O3

или слабо щелочной

мы в воде, но растворимы

CO32 ,

PO34 , C2O42

среде

в кислотах

(HCl, H2SO4),

за исключением BaSO4

AsO4

AsO3

, B4O7

PO3 ,

SiO2 , F–

и другие

–

Раствор AgNO3 в раз-

Соли серебра мало раство-

Cl ,

BrO3 ,

бавленной 2 н. азотной

римы в воде и разбавленной

S2–, SCN–, CN–

и другие

кислоте

HNO3, за

исключением

AgBrO3

–

Отсутствует

Соли бария и серебра рас-

III

NO3 ,

NO2 , СН3СОО

творимы в воде

и другие

При проведении и описании результатов качественного анализа ис-

пользуют аналитические признаки веществ и аналитические реакции.

Аналитические признаки – такие свойства анализируемого вещества или продуктов его превращения, которые позволяют судить о наличии в нем тех или иных компонентов. Характерные аналитические признаки – цвет, запах, осадок, угол вращения плоскости поляризации света, радиоактивность и т. д.

Аналитическая реакция – химическое превращение анализируемого вещества при действии аналитического реагента с образованием продуктов с заметными аналитическими признаками. В качестве аналитических реакций чаще всего используют реакции образования окрашенных соединений, газов, выделение или растворение осадков, образование кристаллов характерной формы, окрашивание пламени газовой горелки, образование соединений, люминесцирующих в растворах.

При этом на результаты проведения аналитических реакций влияют температура, концентрация растворов, рН среды, присутствие мешающих или маскирующих веществ и веществ, катализирующих процессы.

Требования к аналитическим реакциям:

1)реакция должна проходить достаточно быстро и в одном направлении;

2)сопровождаться заметным аналитическим эффектом;

3)быть высокочувствительной и высокоселективной.

Примеры решения задач

Задача 1. Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения обнаружения ионов Fe3+ и Pb2+.

Решение

1. Ион Fe3+ в растворе можно обнаружить с помощью калий гексацианоферрата (II) – желтая кровяная соль.

4 FeCl3 + 3 K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 +12 KCl

4 Fe3+ + 3 [Fe(CN)6]3– = Fe4[Fe(CN)6]3

Качественный признак реакции – выпадение синего осадка берлин-

ской лазури Fe4[Fe(CN)6]3.

2. Ионы Pb2+ обнаруживают с помощью калий иодида

Pb(NO3)2 + 2 KI = PbI2 + 2 KNO3

Pb2+ + 2I– = PbI2

Качественный признак реакции – ярко-желтый осадок PbI2, который растворяется в избытке калий иодида с образованием тетраиодо- плюмбат(II)-ионов [PbI4]2–

PbI2 + 2 KI = K2[PbI4]

PbI2 + 2 I– = [PbI4]2–.

Задача 2. Предложите схему разделения смеси катионов Ba2+, Sn2+, Fe3+, Na+ по кислотно-щелочной классификации.

Решение

Для указания аналитических групп катионов используйте табл. 1. Из таблицы 1 находим, что Ba2+ – ионы III аналитической группы,

осаждаются групповым реагентом 2 н. раствором H2SO4.

Ионы Sn2+ относятся к IV аналитической группе, групповой реагент 4 н. раствор NaOH (КОН); осаждаемый Sn(OH)2 амфотерен и растворим в избытке группового реагента.

Fe3+ – ионы V группы, групповой реагент 4 н. раствор NaOH (КОН) или избыток NH4OH; осаждаемый Fe(OH)3 нерастворим в избытке группового реагента.

Na+ – ионы I аналитической группы, группового реагента нет. Схема разделения данной смеси катионов кислотно-основным ме-

тодом по одному из вариантов следующая:
1) Ba2+, Sn2+, Fe3+, Na+ + SO42 BaSO4 +			Sn2+, Fe3+, Na+.
раствор 1	H2SO4	осадок 1	раствор 2
Осадок отделяют, в фильтрате будут содержаться ионы раствора 2.
2) Sn2+, Fe3+, Na+	+ OH–	Fe(OH)3 + [Sn(OH)4]2– + Na+.
раствор 2	избыток КОН	осадок 2	раствор 3

Осадок 2 отделяют, в фильтрате будут содержаться ионы раствора 3. 3) Для отделения Sn2+ от Na+ разрушают ион [Sn(OH)4]2–, действуя

кислотой
Sn(OH)4]2– + Na+ + 4 Н+		Sn2+ + Na+ + 4 H2O.
раствор 3	HCl	раствор 4

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]