Аналитическая химия. Учебное пособие

4) Из раствора 4 осаждают ионы Sn2+ действием избытка NH4ОН

Осадок 3 отделяют, ионы Na+ остаются в фильтрате.

Задания для самостоятельного решения

Задание 1. Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций обнаружения указанных ионов (см. вариант в табл. 3). Укажите качественные признаки реакций.

21.К раствору, содержащему смесь ионов Fe2+, Cu2+, Fe3+, прилили

раствор K4[Fe(CN)6]. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

22.К раствору, содержащему смесь ионов Fe2+, Cu2+, Fe3+, прилили

раствор K3[Fe(CN)6]. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

23.К раствору, содержащему смесь ионов Co2+, Cu2+, Fe3+, прилили

25%-й раствор NН4ОН. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

11

24.К раствору, содержащему смесь ионов Co2+, Fe3+, прилили рас-

твор NH4CNS. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

25.К раствору, содержащему смесь ионов Ni2+, Mg2+, Zn2+, прилили

избыток раствора NH4OH ( = 25 %). Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

26.К раствору, содержащему смесь ионов Fe3+, Co2+, Mg2+, прилили избыток раствора NH4OH ( = 25 %). Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

27.К раствору, содержащему смесь ионов Al3+, Cu2+, Mn2+, прилили

избыток раствора NH4OH ( = 25 %). Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

28.К раствору, содержащему смесь ионов Al3+, Fe2+, Zn2+, прилили избыток 4 н. раствора NаOH. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

29.К раствору, содержащему смесь ионов Cr3+, Sn2+, NH4 , прилили

избыток 4 н. раствора NаOH. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

30. К раствору, содержащему смесь ионов Sn4+, Sn2+, Mn2+, прилили избыток 4 н. раствора NаOH. Запишите ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций и укажите качественный признак реакции.

Задание 2. Кислотно-основная классификация катионов и систематический ход анализа смеси катионов

В чем заключается сущность систематического хода анализа катионов? Раствор содержит смесь катионов (см. вариант в табл. 4). Укажите аналитические группы катионов, групповой реагент и составьте схему их разделения, выделив все катионы (кроме I аналитической группы) в виде осадка.

12

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Проводники, прохождение через которые электрического тока вызывает перемещение вещества в виде ионов, называются электролитами. К ним относятся либо индивидуальные вещества, либо растворы.

Растворы – это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ (компонентов). По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состо-

13

яния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе.

В соответствии с теорией электролитической диссоциации С.А. Аррениуса, электролиты в растворах распадаются (диссоциируют) на ионы вследствие взаимодействия с молекулами растворителя.

Количественно ионизация электролита в растворе характеризуется степенью диссоциации , равной отношению числа продиссоциированных молекул к исходному числу молекул.

По способности к диссоциации электролиты разделяют на сильные и слабые. Сильные электролиты (большинство солей; кислоты – HNO3, HCl, HBr, HI, HSCN, H2SO4, HClO4, HMnO4 и др.; основания – все ще-

лочи, Са(ОН)2, Ва(ОН)2) практически полностью ( ~1) распадаются на ионы. Слабые электролиты (кислоты, основания, внутренняя сфера комплексных соединений) в растворах диссоциированы частично ( <<1 и уменьшается с ростом концентрации раствора).

Согласно теории электролитической диссоциации С.А. Аррениуса,

принято считать, что кислота – это вещество, выделяющее при ионизации (диссоциация на ионы) ион водорода Н+, а основание – это вещество, выделяющее при ионизации гидроксид-ион ОН–.

2.1. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ РАЗЛИЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Основной количественной характеристикой раствора является концентрация, которая отражает содержание растворенных веществ в единице массы, единице объема раствора или растворителя.

Массовая доля показывает, какая масса вещества содержится в 100 г раствора (выражается в долях либо в процентах):

Молярная концентрация с показывает, какое количество вещества (сколько моль nв) содержится в 1 л раствора V:

14

Прежнее название молярной концентрации – «молярность», краткое обозначение – М.

Например, с(NaOH) = 0,1 моль/л или 0,1М – децимолярный раствор гидроксида натрия.

Молярная концентрация эквивалентов сэк показывает, какое ко-

личество эквивалентов вещества nэк содержится в 1 л раствора Vр:

Прежнее название молярной концентрации эквивалентов – «нормальная концентрация» или «нормальность», краткое обозначение – н.

Например, сэк(HCl) = 0,01 моль/л или 0,01 н. – сантинормальный раствор соляной кислоты.

Молярная масса эквивалентов вещества Мэк – это отношение мас-

сы вещества (mв) к количеству вещества эквивалентов (nэк):

М эк mв , г/моль (кг/моль).

nэк

Так как nэк = z n, то М эк Мzв , где z – число эквивалентности.

Титр раствора вещества Тв – это масса вещества mв, содержащегося в 1 мл раствора V:

Тв mVв , г/мл.

Титр рабочего раствора по определяемому веществу TPB/OB –

масса определяемого вещества (ОВ), реагирующего (т. е. эквивалентная) с 1 мл раствора рабочего вещества (РВ):

Связь между молярной концентрацией и массовой долей:

с ω% ρ 10 .

M

15

Вывод данной формулы: выражаем массу вещества из формулы для массовой доли и подставляем ее в формулу для нахождения молярной концентрации вещества. При этом учитываем, что масса раствора определяется как

mр ра V ρ , поскольку mв mр ра ω% , то

100%

Вывод этой формулы аналогичен выводу предыдущей формулы.

Связь между молярной концентрацией и молярной концентрацией эквивалентов:

сэк = с z .

Связь между молярной концентрацией и титром:

T c Mв , г/мл.

1000

Вывод формулы:

выражаем массу вещества из молярной концентрации и подставляем в формулу для нахождения титра раствора:

16

Связь между молярной концентрацией эквивалентов и титром:

T cэк Mэк , г/мл.

1000

Вывод формулы аналогичен выводу предыдущей формулы.

Связь между молярной концентрацией эквивалента и титром рабочего раствора по определяемому веществу:

ТРВ ОВ сэк (PB) Mэк (OB) , г/мл.

1000

Примеры решения задач

Задача 1. Каковы молярная концентрация и молярная концентрация эквивалентов раствора аммиака NH4OH с массовой долей 2,35 % ( = 0,988 г/см3)? Сколько миллилитров (см3) этого раствора необходимо взять для приготовления 1 дм3 0,1 н. раствора? Вычислите массу азотной кислоты, которую необходимо добавить для полного взаимодействия реагирующих веществ. Определите ТNH4OH и ТNH4OH HNO3 .

Решение

1. По формуле взаимосвязи массовой доли и молярной концентрации рассчитаем молярную концентрацию для 2,35 % раствора аммиака:

где М (NH4OH) = 35 г/моль.

2. Молярную концентрацию эквивалентов раствора аммиака рас-

считаем по формуле сэк = с z.

Для NH4OH z = 1, следовательно, сэк = с = 0,663 моль/дм3.

3. Найдем объем 0,663 н. раствора NH4OH, необходимый для приготовления 1 дм3 0,1 н. раствора из соотношения сэк(1) V1 = сэк(2) V2 :

0,1 1

V 0,1508 л 150,8 мл. 0,663

17

4. Взаимодействие азотной кислоты и раствора аммиака протекает по уравнению

NH4OH + HNO3 = NH4NO3 + H2O.

При полном взаимодействии реагирующих веществ nэк(HNO3) = nэк(NH4OH) = сэк(NH4OH) V(NH4OH) =

= 0,1 1 = 0,1 моль.

Найдем массу азотной кислоты, необходимую для полного взаимодействия реагирующих веществ:

m(HNO3) = nэк Mэк = 0,1 63 = 6,3 г,

где Mэк(HNO3) = 63 г/моль.

5. Найдем ТNH4OH и ТNH4OHHNO3 :

Задача 2. Какой объем воды (см3) необходимо добавить к 250 см3 раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3 с массовой долей 13 % и плотностью 1,140 г/см3, чтобы получить раствор с молярной концентрацией эквивалентов 0,65 моль/дм3?

Решение

1. Вычислим массу 13 %-го раствора сульфата алюминия и массу Al2(SO4)3, содержащуюся в 250 см3

mр ра V ρ 250 1,140 285 г,

m(Al2 (SO4 )3 ω mр ра 13 285 37,05 г. 100 % 100

18

2. Рассчитаем объем 0,65 н. раствора Al2(SO4)3:

где Мэк Al2 (SO4 )3 3426 57 г/моль.

3. Рассчитаем объем воды, который необходимо добавить к 250 см3 13 %-го раствора Al2(SO4)3, чтобы получить 1 дм3 0,65 н. раствора

V (H2O) 1000 250 750 см3.

Задания для самостоятельного решения

Задание 3

1. Какой объем 39 %-го раствора серной кислоты ( =1,30 г/см3) необходимо взять для приготовления 1,5 дм3 0,15 н. раствора? Вычислите массу гидроксида натрия, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТH2SO4 Na2CO3 .

2. Какой объем 8 %-го раствора аммиака ( = 0,97 г/см3) требуется для приготовления 2 дм3 0,15 н. раствора? Вычислите массу серной кислоты, которую необходимо добавить для полного взаимодействия реагирующих веществ. Определите ТNH3 H2SO4 .

3. Сколько миллилитров 60 %-й серной кислоты ( = 1,535 г/см3) надо взять для приготовления 5 дм3 0,5 н. раствора? Вычислите массу гидроксида бария, которую необходимо добавить для полной нейтра-

лизации полученного раствора. Определите ТH2SO4 Ba(OH)2 .

4.Какой объем азотной кислоты (см3) с массовой долей 65,84 % (

=1,395 г/см3) нужно взять для приготовления 4 дм3 0,15 н. раствора? Вычислите массу гидроксида калия, которую необходимо добавить для

полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТHNO3 KOH .

5. Для приготовления 8 дм3 раствора взято 40 см3 серной кислоты с массовой долей 57,36 % ( = 1,47 г/см3). Рассчитать титр и молярную концентрацию эквивалента этого раствора. Вычислите массу карбона-

19

та калия, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТH2SO4 K2CO3 .

6. Какова молярная концентрация раствора гидроксида калия с массовой долей 11,03 % ( = 1,1 г/см3) и сколько миллилитров этого раствора необходимо взять для приготовления 2 дм3 0,2 н. раствора? Вычислите массу соляной кислоты, которую необходимо добавить для полного взаимодействия реагирующих веществ. Определите ТKOH HCl .

7. Какой объем (см3) воды необходимо прибавить к 3,9 дм3 раствора гидроксида натрия NaOH с титром 0,020340 г/см3, чтобы получить точно 0,5 н. раствора? Вычислите массу уксусной кислоты, которую необходимо добавить для полного взаимодействия реагирующих веществ. Определите ТNaOHCH3COOH .

8. Какой молярной концентрации получится раствор азотной кислоты, если к 300 см3 ее 32 %-го раствора ( = 1,2 г/см3) прибавить 500 см3 воды? Вычислите массу гидроксида натрия, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТHNO3 NaOH .

9. Рассчитайте массу карбоната калия, необходимую для приготовления 500 см3 его раствора с титром 0,00495 г/см3. Вычислите массу хлороводорода, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТK2CO3 HCl .

10. Какой объем раствора соляной кислоты с массовой долей 20 % ( = 1,098 г/см3) нужно взять для приготовления 500 см3 его раствора с сэк = 0,051 моль/л? Каков титр раствора? Вычислите массу буры, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТHCl Na2B4O7 10H2O .

11. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов и титр раствора карбоната натрия (ρ = 1,095 г/см3), если 25 г соли растворили в 250 см3 воды. Вычислите массу серной кислоты, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Опре-

делите ТNa2CO3 H2SO4 .

12. Сколько см3 25 %-го раствора уксусной кислоты ( = 1,03 г/см3) необходимо взять для приготовления 100 см3 2 М раствора? Вычислите массу гидроксида калия, которую необходимо добавить для полной нейтрализации полученного раствора. Определите ТCH3COOH KOH .

20