Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. Практикум

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.08.2026
Размер:
803 Кб
Скачать

31

5. При кондуктометрическом титровании 15,00 см3 смеси хлороводородной и муравьиной кислот раствором гидроксида натрия, СЭКВ(NaOH) = 0,2641 моль/дм3, получены данные, представленные ниже.

Рассчитайте молярную концентрацию раствора муравьиной кислоты.

V(NaOH),

0

1,5

2,0

3,0

4,0

6,0

7,0

10,0

11,0

12,0

см3

æ,

7,7

6,1

5,4

4,5

4,0

3,7

3,3

5,0

6,0

7,0

См cм-1

Ответ: 0,0900 моль/дм3

6. При кондуктометрическом титровании 25,00 см3 смеси хлороводородной и уксусной кислот раствором гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалентов 0,1000 моль/дм3 были получены данные представленные ниже.

Рассчитайте концентрацию указанных кислот в растворе.

 

 

 

 

 

 

9,0

 

 

 

 

 

V(NaOH), см3

2,0

4,0

6,0

7,0

8,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

 

-1

62

51

32

23

21

22

22,5

23

24

26

30

æ, См cм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 0,0280 моль/дм3; 0,0220 моль/дм3

7. Сопротивление раствора хлорида натрия с массовой долей 5,00 % в ячейке с электродами площадью 1,50 см2 и расстоянием между ними 0,75 см равно 46,8 Ом. Рассчитайте удельную и эквивалентную электропроводность данного раствора.

Ответ: 0,0107 См·см-1; 12,5190 См·см2/ моль

8. Рассчитайте молярную концентрацию уксусной кислоты в растворе, если его удельная электропроводность равна 1,00 См см-1, а электропроводность стандартных растворов представлена ниже.

Плотность исследуемого раствора равна 1,045 г/см3.

ω (CH3COOH), %

1,0

5,0

10,0

15,0

20,0

æ, См см-1

3,50

2,90

2,10

1,80

0,47

Ответ: 2,9261 моль/дм3

9. При кондуктометрическом определении хлорид-ионов в молоке пробу молока 10,00 см3 оттитровали раствором AgNO3 с молярной концентрацией 0,1024 моль/дм3. Получены результаты титрования, которыепредставленыниже.

Рассчитайте содержание хлорид-ионов в молоке в мг/дм3.

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V(AgNO3), см3

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

 

-1

6,3

6,1

6,0

5,9

5,9

5,8

6,2

7,7

9,0

10,4

æ, См cм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 1072,5 мг/дм3

10. При титровании 50,00 см3 гидроксида калия раствором хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалентов, равной 0,2050 моль/дм3, были получены результаты высокочастотного титрования, представленные ниже.

Рассчитайте молярную концентрацию KOH в растворе.

 

 

 

 

 

4,0

 

 

 

 

V(HCl), см3

0

1,0

2,0

3,0

5,0

6,0

7,0

8,0

I, мкА

30

24,0

18,5

13,0

10,2

10,5

13,0

16,0

18,0

Ответ: 0,0164 моль/дм3

11. Определите сопротивление в ячейке, заполненной раствором BaCl2, СЭКВ(BaCl2) = 0,0100 моль/дм3, если площадь электродов равна 0,865 см2, расстояние между ними 0,258 см, а λ = 123,94 См см2 моль- 1.

Ответ: 240,56 Ом

12. При кондуктометрическом титровании молочной кислоты раствором гидроксида калия, СЭКВ(KOH) = 0,1000 моль/дм3, получены данные, представленные ниже.

Рассчитайте содержание кислоты в анализируемом растворе.

V(KOH), см3

1,0

3,0

5,0

7,0

9,0

10,0

12,0

 

-1

11,0

9,5

9,0

9,2

11,0

12,3

15,1

æ, См cм

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 0,0620 г

13. Для анализа гидроксида натрия методом градуировочного графика приготовили серию растворов NaOH и определили удельную электропроводность этих растворов. Навеску гидроксида натрия, равную 0,7710 г, растворили в мерной колбе вместимостью 100,00 см3. Удельная электропроводность этого раствора была равна 8,5 См см-1.

Определите массовую долю гидроксида натрия в навеске, если плотность раствора была равна 1,005 г/см3.

 

 

 

 

 

 

 

 

С, г/100 см3

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

æ, См см-1

5,5

7,0

8,2

9,0

10,5

12,0

12,9

Ответ: 88,15 %

14. Сопротивление раствора хлорида натрия с СЭКВ(NaCl)=0,1000 моль/дм3 в ячейке с электродами площадью 1,50 см2 и расстоянием между ними

33

0,75 см равно 46,8 Ом. Рассчитайте удельную и эквивалентную электропроводность данного раствора.

Ответ: 0,0107 См·см-1; 107,00 См·см2/ моль

15. При высокочастотном титровании 15,00 см3 уксусной кислоты раствором гидроксида калия получены результаты, представленные ниже.

Рассчитайте массу уксусной кислоты в 200,00 см3 раствора, если молярная концентрация гидроксида калия равна 0,1025 моль/дм3.

V(KOH), см3

1,0

2,0

 

3,0

4,0

 

5,0

 

6,0

 

7,0

 

8,0

 

9,0

 

10,0

I, мкА

33

38

 

43

48

 

50

 

54

 

50

 

48

 

46

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 0,4432 г

16. Измерена зависимость между концентрацией и эквивалентной элек-

тропроводностью растворов KOH, данные представлены ниже.

 

 

 

 

 

Рассчитайте содержание KOH (г/дм3)

в исследуемом

растворе,

если

λХ = 205 См см2 моль- 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С(KOH), моль/дм3

 

 

0,0500

 

0,1000

 

0,2000

 

 

0,3000

 

0,4000

λ, См см2 моль- 1

 

 

215

 

 

213

 

206

 

 

 

203

 

 

195

Ответ: 11,2220 г/дм3

17. Для анализа хлеба на содержание хлорид-ионов сделана водная вытяжка из 10,00 г. Объем полученного экстракта доведен до 100,00 см3. На титрование 10,00 см3 этого раствора при кондуктометрическом титровании раствором нитрата серебра получены представленные далее результаты.

Рассчитайте массу хлорид-ионов в 100 г хлеба, если СЭКВ(AgNO3) = 0,0680 моль/дм3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V(AgNO3), см3

0

0,5

1,0

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

 

-1

17

20

23

29

35

50

85

110

æ, См cм

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 0,6521 г

18. Сопротивление раствора хлорида натрия равно 62,1 Ом. Площадь электродов равна 2,0 см2, а расстояние между ними 15 мм. Рассчитайте удельную электропроводность раствора и его концентрацию, если эквивалентная электропроводность равна 125 См·см2·моль-1.

Ответ: 0,0121 См·см-1; 0,0968 моль/дм3

19. На кондуктометре снята зависимость удельной электропроводности от массовой доли муравьиной кислоты в растворе, данные представлены ниже.

34

Рассчитайте молярную концентрацию исследуемого раствора, если его удельная электропроводность равна 0,80 См см-1. Плотность раствора равна

1,038 г/см3.

ω (HCOOH), %

1,0

5,0

10,0

15,0

20,0

 

-1

3,50

2,90

2,10

1,80

0,47

æ, См см

 

 

 

 

 

Ответ: 4,0621 моль/дм3

20. 100,00 см3 сточной воды оттитровали раствором комплексона III с молярной концентрацией эквивалентов, равной 0,0310 моль/дм3. Рассчитайте содержание магния (мг/дм3), используя ниже представленные данные кондуктометрическоготитрования.

V(ЭДТА),

1,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

см3

λ, См см2

26

23

21

19

17

16

14

13

14

16

17

моль- 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: 32,77 мг/дм3

21. Раствор, содержащий 0,3634 г технического MgSO4 7H2O, оттитровали раствором комплексона III с СЭКВ(ЭДТА) = 0,3104 моль/дм3. Рассчитайте массовую долю MgSO4 7H2O в навеске, используя представленные далее результаты высокочастотного титрования.

V(ЭДТА),

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

см3

I, мкА

23

22

19

17

16

14

13

14

16

17

Ответ: 95,32%

22. При титровании 20,00 см3 хлороводородной кислоты раствором гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалентов 0,1124 моль/дм3 были получены представленные ниже показания по шкале прибора высокочастотного титрования.

Рассчитайте концентрацию хлороводородной кислоты в г/дм3.

V(NaOH),

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

см3

I, мкА

59

48

33

29

20

19

20

23

28

33

Ответ: 1,1282 г/дм3

35

23. Рассчитайте массу щавелевой кислоты в 25,00 см3 раствора, если молярная электрическая проводимость раствора равна 260 См·см2·моль- 1, а удельная электрическая проводимость - 0,131 См·см– 1.

Ответ: 0,5668 г

24. Для определения содержания хлорида бария методом кондуктометрии приготовлена серия стандартных растворов и определена их электропроводность, данные представлены ниже.

Электропроводность контрольного раствора BaCl2 равна 9,7 См см2 моль-1. Постройте градуировочный график и определите молярную концентрацию хлорида бария в контрольном растворе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С, г/50

см3

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

λ, См см2

моль- 1

13,0

11,8

11,1

10,5

9,8

9,5

8,5

8,1

Ответ: 0,0539 моль/дм3

25. 50,00 см3 молока оттитровали раствором нитрата серебра, СЭКВ(AgNO3) = 0,2820 моль/дм3. Рассчитайте содержание хлорид-ионов в молоке (мг/дм3) по данным кондуктометрического анализа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V(AgNO3), см3

0

2,0

4,0

6,0

7,0

8,0

9,0

11,0

λ, См см2 моль- 1

6,1

5,9

6,0

5,9

6,5

7,2

8,0

9,2

Ответ: 1153 мг/ дм3

26. При высокочастотном титровании 10,00 см3 гидроксида натрия раствором хлороводородной кислоты были получены результаты, представленные ниже.

Рассчитайте массу гидроксида натрия в 250,00 см3 раствора, если молярная концентрация хлороводородной кислоты равна 0,1108 моль/ дм3.

V(HCI), см3

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

I,мкА

44

55

63

72

78

77

66

45

43

27

Ответ: 0,6094 г

27. При кондуктометрическом титровании 25,00 раствора хлороводородной кислоты раствором гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалентов СЭКВ(КOН) = 0,0500 моль/дм3, были получены результаты, представленные ниже.

Рассчитайте молярную концентрацию эквивалентов раствора HCI.

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

 

 

20,0

 

V(КOH), см3

3,2

6,0

9,2

15,6

23,5

 

 

 

 

 

2,40

 

æ, См см-1

3,20

2,56

1,86

1,80

3,00

Ответ: 0,0245 моль/дм3

28. Сопротивление раствора CaCl2 в ячейке равно 93,5 Ом. Площадь электродов равна 1,2 см2, а расстояние между ними 20 мм. Определите удельную и эквивалентную проводимость, если титр раствора CaCl2 равен 0,005600 г/см3.

Ответ: 0,018 См·см-1; 178,394 См·см2·моль-1

29. Для определения аскорбиновой кислоты в пробе кондуктометрическим титрованием раствором гидроксида натрия с СЭКВ(NаOН) = 0,1500 моль/дм3 получены данные эквивалентной электропроводности, которые представлены ниже.

Рассчитайте содержание аскорбиновой кислоты в г/100 см3.

V(NаOН), см3

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

λ, См см2 моль- 1

6,0

5,3

5,0

4,5

4,0

5,0

7,0

9,0

Ответ: 0,1387 г/100 см3

30. При титровании 25,00 см3 раствора хлороводородной кислоты раствором гидроксида калия были получены результаты, представленные далее.

Рассчитайте молярную концентрацию эквивалентов хлороводородной кислоты, если Т(КОН) = 0,005600 г/см3.

V(KOH), см3

3,0

6,0

9,0

15,0

20,0

24,0

 

-1

3,20

2,56

1,56

1,64

2,38

2,96

æ, См cм

 

 

 

 

 

 

Ответ: 0,0446 моль/дм3

Индивидуальные задания

Выберите титрант для определения анализируемой смеси веществ (согласно варианту), напишите уравнение химической реакции, объясните вид кривой титрования (используя подвижности ионов, см. приложение 4), покажите на ней способ определения эквивалентного объема, напишите формулу для расчета концентрации анализируемых веществ в растворе. Объясните: возможно или нет раздельное определение веществ в смеси.

37

 

 

 

 

 

Таблица

Анализируемая

Анализируемая

Анализируемая

вариан-

вариан-

вариан-

та

смесь

та

смесь

та

смесь

 

 

 

1

HNO3 + HCl

11

H3AsO3 + HCl

21

H2S + HCl

2

NaOH + KOH

12

C6H5COOH +

22

HCN + HCl

CH3COOH

 

 

 

 

 

3

NH4OH + KOH

13

HNO2 + H2SO4

23

H2CO3 + HNO3

4

HCl + H3PO4

14

HF + HNO3

24

HNO2 +

CH3COOH

 

 

 

 

 

5

HIO3 + HCl

15

HOCN + HCl

25

H2SeO4 +

CH3COOH

 

 

 

 

 

6

CHCl2COOH +

16

Ba(OH)2 + NH4OH

26

H2C2O4 + HCl

HNO3

 

 

 

 

 

7

H2Cr2O7

17

Ca(OH)2 + LiOH

27

H2S2O3 + H2S

8

HCOOH +

18

HBr + CH3COOH

28

H2CrO4 +

HNO3

H2SO4

 

 

 

 

9

CH3COOH +

19

HI + HCOOH

29

HNO3 + HCN

H2SO4

 

 

 

 

 

10

C6H5OH + HCl

20

H2SO3 + HCl

30

KOH + NH4OH

2.3. Вольтамперометрические методы

Все электрохимические методы, основанные на регистрации вольтамперных кривых (ток - напряжение), относятся к вольтамперометрическим методам. Методы с использованием в качестве рабочего (индикаторного) электрода ртутного капающего электрода (РКЭ) называют полярографическими, а методы, в которых используют стационарные (платиновый, графитовый, ртутный и др.) электроды - вольтамперометрическими. Эти методы основаны на измерении значения предельного диффузионного тока, протекающего в цепи за счет разряда ионов на электродах при достижении на одном из них необходимого потенциала. При определенном значении потенциала на одном из электродов происходит электроокисление или электровосстановление веществ, сопровождаемое увеличением тока в цепи. Ток возрастает до определенного предела, зависящего от концентрации вещества и скорости диффузии ионов из глубины раствора к электроду. Зависимость ток - потенциал (I - E) при графическом изображении имеет вид волны и называется вольтамперной кривой.

Обычно диффузионный ток прямо пропорционален концентрации определяемого вещества (деполяризатора), участвующего в электрохимической реакции, и поэтому он является основой количественного анализа (уравнение Ильковича):

Id = K · C;

(2.11)

K = 607 · n · D 1/2 · m2/3 · t1/6 ,

(2.12)

38

где n число электронов, принимающих участие в реакции; D коэффициент диффузии деполяризатора, см2/с;

m масса ртути, вытекающей из ртутного электрода, мг/с; t время образования одной капли (период капания), с;

величина 607 представляет собой произведение нескольких констант.

Однако на практике обычно используют не величину предельного диффузионного тока, а пропорциональную ей высоту полярографической волны.

h = k · C

(2.13)

Для проведения количественного анализа в прямой вольтамперометрии используют методы градуировочного графика, добавок, сравнения, расчетный метод (см. разд. 1.1., стр. 4).

В методе косвенной вольтамперометрии (амперометрическом титровании) для обнаружения конечной точки титрования используют изменение тока электроактивного вещества, участвующего в реакции титрования, при постоянном значении потенциала индикаторного электрода (разд. 1.2., стр. 7).

Кривые титрования имеют различный вид, т.к. электроактивным может быть определяемое вещество (1), титрант (2), определяемое вещество и титрант

(3) или образующийся продукт (4) (рис. 2.1).

I,мкА

I,мкА

 

I,мкА

Vэкв

V,см3

Vэкв

V,см3

1)

2)

I,мкА

Vэкв V,см3

3)

Vэкв V,см3

4)

Рис. 2.1. Кривые амперометрического титрования

Контрольные вопросы

1.В чем сущность вольтамперометрических методов анализа?

2.Какие требования предъявляют к индикаторным электродам в вольтамперометрии?

3.Какие электроды сравнения используют в вольтамперометрии?

4.Для чего необходим в вольтамперометрии фоновый электролит?

5.Как удаляют кислород из анализируемых растворов при их анализе методом вольтамперометрии?

39

6.Приведите уравнение Ильковича и дайте характеристику входящих в него величин. Для каких практических целей используют это уравнение?

7.Какой вид имеет вольтамперная кривая?

8.Дать понятие потенциала полуволны. От каких факторов зависит его величина?

9.Какой ток называют предельным (диффузионным)?

10.Назовите причины возникновения максимумов на полярограмме.

11.Что общего и какие различия между полярографическими и вольтамперометрическими методами?

12.На чем основан качественный метод анализа в вольтамперометрии?

13.Какие методы определения концентраций используются в количественной вольтамперометрии?

14.При каких условиях возможно одновременное определение нескольких ионов методом вольтамперометрии?

15.Приведите примеры использования метода вольтамперометрии в пищевой промышленности, укажите достоинства и недостатки метода.

16.В чем сущность амперометрического титрования?

17.Что общего и какие различия между амперометрическим титрованием и полярографией?

18.Какие вещества можно определять амперометрическим титрованием?

19.Какой вид имеют кривые амперометрического титрования?

20.Можно ли титровать методом амперометрического титрования мутные, цветные растворы и растворы неэлектроактивных веществ?

21.Какие электроды используются в методе амперометрического титрования в качестве индикаторных и какие в качестве электродов сравнения?

22.Приведите примеры использования метода амперометрического титрования в пищевой промышленности, назовите недостатки метода.

23.В чем заключается сущность метода инверсионной вольтамперометрии?

Примеры решения типовых задач

ЗАДАЧА 1. При полярографировании стандартных растворов соли меди определены данные, представленные ниже.

Рассчитайте содержание ионов меди в анализируемом растворе, если высота полярографической волны раствора 12,5 мм.

 

 

 

 

4

 

С, мг/дм3

1

2

3

5

h, мм

4,0

7,0

11,0

14,0

18,5

Решение. Для решения задачи используем метод градуировочного графика. На основании данных задачи строим график зависимости высоты волны (h) от содержания ионов меди.

 

 

 

40

 

20

h

 

 

 

15

 

 

 

 

hХ

 

 

 

 

10

 

 

 

 

5

 

 

 

 

0

 

 

СХ 4

С, мг/дм3

 

0

2

6

По графику находим содержание ионов меди: С(Cu2+) = 3,4 мг/дм3.

ЗАДАЧА 2. Вычислите содержание ионов свинца (мг/дм3) в анализируемом напитке, если при анализе 10 см3 этого напитка высота вольтамперной кривой свинца составила 26,5 мм, а после добавления 1 см3 стандартного раствора, содержащего 1 мг Pb2+ , высота волны увеличилась до 36 мм.

Решение. Для расчета концентрации ионов свинца используем формулу

(1.11):

 

 

CСТ hX VСТ

 

 

 

 

1 26,5 1

 

 

26,5

3

CX =

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

=

 

= 0,2023 мг/дм .

h

(V

X

+V

) h

X

V

 

36 1126,5

10

(396 265)

 

( Х +СТ)

 

СТ

 

 

X

 

 

 

 

 

ЗАДАЧА 3. Вычислите концентрацию раствора кадмия в анализируемом растворе в ммоль/дм3, если высота вольтамперной кривой составляет 74 мм для 3 см3 анализируемого раствора и 35 мм для 2 см3 стандартного раствора, С(Cd2+) = 0,250 ммоль/дм3. Растворы приготовлены в мерных колбах одинаковой вместимости.

Решение. Для решения задачи используем метод сравнения и концентрацию рассчитываем по формуле (1.7) с учетом взятых для анализа объемов растворов:

CX =

hX CCT

=

74 0,250 2

= 0,352

ммоль/дм3.

hCT

35 3

 

 

 

 

Задачи

1. Вычислите титр раствора CdSO4, если при анализе 15,0 см3 его высота полярографической волны составила 20,5 мм, а после добавления 1,0 см3 стандартного раствора сульфата кадмия, С(CdSO4) = 0,0500 моль/дм3; высота стала равной 40 мм.

Ответ: 0,00068 г/см3

2. Определите концентрацию свинца в анализируемом растворе (мг/см3), если при амперометрическом титровании 10,00 см3 его рабочим раствором

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]