Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. Практикум

41

Na2SO4 с титром по свинцу 0,00640 г/см3 при Е = -1,0 В получили следующие данные.

Ответ: 1,20 мг/см3

3. Для полярографического определения содержания свинца в зерне пшеницы методом градуировочного графика навеску 20,00 г озолили, растворили золу и получили 25 см3 раствора. Для градуировочного графика были приготовлены 5 стандартных растворов соли свинца. При полярографировании стандартных и исследуемого растворов полученырезультаты, представленныениже.

Определите содержание свинца в анализируемом образце в мг/кг.

Ответ: 0,44 мг/кг

4. При полярографировании стандартного раствора, содержащего в 1 дм3 0,002 моль ионов Рb2+, высота волны была равна 22,0 мм. После растворения 5,0050 г соли, загрязненной свинцом, было получено 100 см3 раствора, высота полярографической волны этого раствора равнялась соответственно 10,2 мм. Рассчитайте массовую долю свинца.

Ответ: 0,38 %

5. При амперометрическом титровании раствора соли кадмия гексацианоферратом (II) калия при потенциале - 1,9 В получили данные, представленные далее.

Рассчитайте массу кадмия в исследуемом растворе, если титр гексацианоферрата (II) калия по кадмию равен 0,084220 г/см3.

Ответ: 0,0379 г

6. Рассчитайте содержание Sn2+ (мг/дм3) в консервированном фруктовом соке, если при анализе 20,0 см3 высота полярографической волны олова была равна 17 мм, а после добавления 1,00 см3 стандартного раствора олова с молярной концентрацией 0,0150 моль/дм3 высота волны увеличилась до 26 мм.

Ответ: 146,9 мг/дм3

7. Методом вольтамперометрии анализировали серию стандартных растворов сульфата цинка на фоне аммиачного буфера. Данные измерений пред-

42

ставлены ниже. Рассчитайте концентрацию ионов Zn2+ в контрольном растворе (мг/см3), если высота волны на вольтамперограмме была равна 30 мм.

Ответ: 0,05 мг/см3

8. При анализе раствора хлорида калия методом полярографии в качестве примесей обнаружены сурьма, свинец и медь, для которых высоты волн были равны соответственно 40; 58 и 20 мм. При полярографировании 100 см3 стандартного раствора, содержащего по 0,0001 моль перечисленных элементов, высоты их волн были равны 42; 49 и 22 мм соответственно. Рассчитайте содержание (в мг/дм3) примесей в анализируемом растворе.

Ответ: 231,9 мг/дм3; 245,2 мг/дм3; 57,8 мг/дм3

9. Для определения содержания Zn2+ методом вольтамперометрии 10 г сыра озолили и получили 25,00 см3 раствора. Высота полярографической волны была равна 15 мм. После добавления 3 мкг Zn2+ в этот раствор высота волны увеличилась до 33 мм. Рассчитайте содержание Zn2+ в сыре в мг/кг.

Ответ: 25 мг/кг

10. При полярографическом анализе к 2,0 см3 раствора сульфата меди добавили необходимые реактивы и разбавили в мерной колбе до 50 см3. Высота волны была равна 30 мм. Затем в раствор добавили 2,0 см3 стандартного раствора CuSO4, содержащего 10 мг меди в 1 дм3, высота волны составила 58 мм. Рассчитайте молярную концентрацию ионов Сu2+ в исследуемом растворе.

Ответ: 0,0067 моль/дм3

11. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов раствора CuSO4, если высота полярографического пика равна 74,0 мм для анализируемого раствора и 35,0 мм для стандартного раствора с молярной концентрацией равной

0,0020 моль/дм3.

Ответ: 0,0084 моль/дм3

12. Вычислите молярную концентрацию ионов меди в растворе, если при анализе 10,0 см3 исследуемого раствора методом добавок была получена волна с высотой, равной 20,5 мм, а после добавления 2,0 см3 стандартного раствора с С(Cu2+) = 0,05 моль/дм3 высота волны увеличилась до 24 мм.

Ответ: 0,0247 моль/дм3

13. При полярографировании раствора соли цинка с массовой долей 0,30% цинка получена полярографическая волна с высотой 22 мм. Высота вол-

43

ны, полученная при полярографировании контрольного раствора составила 15 мм. Определите титр и молярную концентрацию раствора Zn2+ (принять плотность раствора равной 1 г/см3).

Ответ: 0,002045 г/см3; 0,0313 моль/дм3

14. При полярографировании раствора PbBr2 высота волны свинца составила 25 мм. Высота волны, полученной при полярографировании стандартного раствора с С(Pb2+) = 0,0010 моль/дм3, составила 20 мм. Рассчитайте молярную концентрацию раствора PbBr2.

Ответ: 1,25 · 10-4 моль/дм3

15. При амперометрическом титровании ионов Fe2+ в растворе перманганатом калия были получены данные, представленные ниже.

Определите эквивалентный объем по кривой титрования и рассчитайте массу ионов железа, если Т(KMnO4/ Fe2+) = 0,05585 г/см3.

Ответ: 0,2848 г

16. Для определения ионов алюминия в минеральной воде методом амперометрического титрования раствором трилона Б (ЭДТА) были получены результаты, которые представлены далее. Рассчитайте содержание Al3+ в растворе (мг/дм3), если VАЛ.Ч = 50 см3, а СЭКВ(ЭДТА) = 0,0010 моль/дм3.

Ответ: 1,3 мг/дм3

17. В одинаковых условиях сняли полярограммы для исследуемого раствора и стандартного раствора, содержащего 0,2 мг CdSO4 в 1 см3. Высоты волн были равны 15 мм и 29 мм соответственно. Рассчитайте молярную концентрацию CdSO4 в анализируемом растворе.

Ответ: 4,9 ·10-4 моль/дм3

18. При полярографировании 50,00 см3 раствора ZnSO4 была получена вольтамперограмма с высотой волны 10 мм. После прибавления 1,0 см3 стандартного раствора ZnSO4 c молярной концентрацией 0,0025 моль/дм3 высота волны увеличилась до 13 мм. Рассчитайте молярную концентрацию Zn2+ в анализируемом растворе.

Ответ: 1,4 ·10-4 моль/дм3

44

19. Для определения меди (II) амперометрическим титрованием взяли навеску сульфата меди и растворили в мерной колбе вместимостью 100 см3. Для анализа отобрали 25,00 см3, добавили в качестве фона смесь раствора аммиака и нитрата аммония. Титрование проводили раствором ЭДТА, С(ЭДТА) = 0,0100 моль/дм3. Получили результаты, которые представлены ниже.

Определите массу меди (г) в растворе CuSO4.

Ответ: 0,0152 г

20. К 20,0 см3 анализируемого раствора CuSO4 добавили фон, желатин, раствор Na2SO3 и сняли вольтамперограмму. Высота волны оказалась равной 15 мм. Затем к этому раствору добавили 1,5 см3 CuSO4 и в этих же условиях сняли вольтамперограмму. Высота волны была равна 23 мм. Рассчитайте молярную концентрацию исследуемого раствора, если для стандартного раствора С(CuSO4) = 0,0035 моль/дм3.

Ответ: 4,0·10-4 моль/дм3

21. Определите содержание (в г) железа (II) в 100 см3 раствора, если при амперометрическом титровании 20,0 см3 рабочим раствором K2Cr2O7 с молярной концентрацией эквивалентов 0,05 моль/дм3 при Е = 1,3 В получены представленные далее данные.

Ответ: 0,0098 г

22. Рассчитайте содержание ионов никеля (мг/см3) в исследуемом растворе, если при амперометрическом титровании 20,0 см3 его спиртовым раствором диметилглиоксима с титром по никелю равным 0,000203 г/см3 при Е = -1,76 В получили следующие результаты.

Ответ: 0,0203 мг/см3

23. Для определения ионов меди в сточной воде амперометрическим титрованием к 100 см3 сточной воды добавили 15 см3 1%-го раствора KI и 20 см3 кислоты, С(H2SO4) = 0,1000 моль/дм3. Стакан с химической смесью закрыли часовым стеклом и поставили в темное место на 10 мин. Выделившийся иод оттитровали раствором тиосульфата натрия, СЭКВ (Na2S2O3) = 0,0480 моль/дм3. При титровании получили результаты, представленные ниже.

45

Определите содержание ионов меди в 1 дм3 сточной воды.

Ответ: 0,0884 г/дм3

24. Для определения содержания свинца в молоке 10,0 см3 молока озолили, затем золу растворили в 50 см3 кислоты и сняли вольтамперную кривую, высота которой составила 25 мм, а после добавления 1 см3 стандартного раствора с концентрацией свинца С(Pb2+) = 0,1000 мг/дм3 высота волны увеличилась до 60 мм. Рассчитайте содержание Pb2+ в молоке в мг/дм3.

Ответ: 0,0069 мг/дм3

25. Вычислите потенциал полуволны (Е1/2) ионов кадмия, если при полярографировании исследуемого раствора на ртутном капельном электроде на фоне аммонийной буферной смеси были получены следующие данные.

Ответ: -0,6 В

26. При амперометрическом титровании 10,00 см3 раствора смеси солей свинца и бария раствором K2CrO4, получены данные, которые представлены ниже.

Рассчитайте СЭКВ(Pb2+) и СЭКВ(Ва2+), если СЭКВ(К2CrO4) = 0,0025 моль/дм3, а произведения растворимости ПР(PbCrO4) = 1,8 10-14, ПР(BaCrO4) =1,2 10-10.

Ответ: 9,0 · 10-4 моль/дм3; 2,3·10-3 моль/дм3

27. При полярографировании стандартного раствора содержащего в 1 дм3 0,002 моль Pb2+ и 0,001 моль Cd2+ высоты волн были равны соответственно 22,0 и 18,0 мм. После растворения 2,5025 г соли, загрязненной этими элементами было получено 100 см3 раствора, высоты полярографических волн для которых равнялись соответственно 10,0 мм и 9,0 мм. Рассчитайте массовую долю свинца и кадмия в образце.

Ответ: ω(Pb2+)=0,76%; ω(Cd2+)=0,22%

46

28. Рассчитайте молярную концентрацию кадмия в растворе, если величина предельного диффузионного тока была равна 4,1 мкА, коэффициент диффузии 1,8·10-5 см2·с-1, масса капли ртути, вытекающей из капилляра 5,2 мг/с, период капания 2,3 с.

Ответ: 5·10-4 моль/дм3.

29. Для определения содержания цинка методом вольтамперометрии взята навеска пищевого продукта 20,1200 г, которую подвергли озолению, после растворения золы раствор перенесли в мерную колбу вместимостью 50 см3, добавили фоновый электролит и довели до метки дистиллированной водой. Высота полярографической волны пробы оказалась равной 23мм. Для стандартного раствора, содержащего 0,5 мг Zn2+, приготовленного в тех же условиях, высота полярографической волны была равна 40мм. Рассчитать массовую долю ионов Zn2+ в анализируемом образце.

Ответ: 1,43·10-3%

30. Вычислите титр раствора сульфата кадмия, если при анализе 15,00 см3 его высота полярографической волны составила 41 мм, а после добавления 1,00 см3 стандартного раствора с С(CdSO4) = 0,0500 моль/дм3 высота волны увеличилась до 60 мм.

Ответ: 0,001200 г/дм3

Индивидуальные задания

Напишите уравнение химической реакции между определяемым и рабочим веществами, уравнение электродной реакции, определите вид кривой, которая будет соответствовать титрованию. Покажите, как можно определить по кривой титрования эквивалентный объем, напишите расчетную формулу массы определяемого иона (согласно варианту).

47

3.ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Воптических методах анализа используется способность атомов и молекул поглощать и испускать электромагнитное излучение. Абсорбционные методы основаны на измерении поглощения веществом светового излучения, проходящего через его раствор. Различают атомно-абсорбционные и молеку- лярно-абсорбционные методы анализа, которые отличаются, в частности, способами возбуждения вещества. В зависимости от длины волны применяемого оптического диапазона различают следующие методы:

ультрафиолетовую спектроскопию (100-380 нм); фотоколориметрию (400-750 нм); инфракрасную спектроскопию (750 нм-40 мкм).

Методы, основанные на измерении интенсивности света, излучаемого веществом, называют эмиссионными. К ним относятся атомно-эмиссионный спектральный анализ, в том числе эмиссионная пламенная фотометрия, и мо- лекулярно-эмиссионный - флуориметрия. Методы, основанные на измерении интенсивности света, рассеянного или пропущенного суспензией вещества на-

зывают фотонефелометрией и фототурбидиметрией соответственно. К мето-

дам, основанным на измерении эффектов поляризации относятся: рефракто-

метрия, интерферометрия и поляриметрия.

Чаще всего для контроля качества сырья и пищевых продуктов используют методы рефрактометрии, фотоколориметрии, флуориметрии. Для количественного определения содержания веществ в анализируемом объекте используют как прямые методы, так и косвенные (см. разд. 1.1, 1.2, стр. 4-7).

49

5.Какие величины называют коэффициентом пропускания, оптической плотностью? От каких факторов зависят эти величины?

6.Что такое молярный коэффициент поглощения? От каких факторов зависит его значение?

7.Какие факторы необходимо учитывать при выборе длины волны, если спектр поглощения имеет несколько максимумов?

8.Какие факторы необходимо учитывать при выборе толщины светопоглощающего слоя (кюветы)?

9.Как графически выражается зависимость оптической плотности от концентрации поглощающего вещества?

10.Каковы причины отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера?

11.Всегда ли в оптических методах анализа, в частности в фотоколориметрии, необходимо осуществлять выбор светофильтра?

12.На чем основан качественный анализ вещества в спекрофотометрии?

13.Какую величину используют для количественной характеристики вещества в фотоколориметрии?

14.Если известны величины ССТ, АСТ и АХ, как можно рассчитать концентрацию анализируемого раствора?

15.Какая величина является сравнительной характеристикой чувствительности фотометрической реакции?

16.В каких случаях применяют дифференциальную спектрофотометрию?

17.На чем основан фотометрический анализ смеси веществ без их разделения?

18.В каких координатах строят спектрофотометрические кривые поглощения?

19.Какой вид будет иметь кривая фотоколориметрического титрования, если с прибора снимают значения коэффициента пропускания (Т), а световой поток поглощает: а) анализируемое вещество; б) продукт реакции; в) рабочее вещество?

20.Как в молекулярной абсорбционной спектрофотомерии получают монохроматический свет?

21.Приведите принципиальную схему фотоколориметра?

22.На измерении какой величины основан люминесцентный метод анализа?

23.Какие виды люминесценции различают в зависимости от способа возбуждения?

24.Как связаны между собой спектры поглощения и люминесценции?

25.Что такое выход люминесценции?

26.В чем заключается явление тушения люминесценции?

27.Почему спектр флуоресценции не зависит от длины волны возбуждающего света?

28.Как определяют концентрацию вещества по его люминесценции?

29.Почему линейная зависимость между интенсивностью люминесценции и концентрацией наблюдается только в ограниченном диапазоне концентраций?

30.На чем основан качественный анализ в флуориметрии?

31.Какие приборы используют для выполнения люминесцентного анализа?

50

32.Содержание каких компонентов в пищевых продуктах определяют с использованием люминесцентного анализа?

33.Какое явление называют рефракцией луча света?

34.Изобразите преломление луча света при прохождении его из более преломляющей среды в менее преломляющую.

35.Изобразите график, поясняющий понятие угла полного внутреннего отражения.

36.Какую величину измеряют в методе рефрактометрии?

37.Какие величины называют абсолютным и относительным показателями преломления, как их обозначают?

38.Какие факторы влияют на величину показателя преломления?

39.Напишите уравнение зависимости показателя преломления от концентрации раствора.

40.Что обозначают подстрочный и надстрочный индексы показателя преломления?

41.Как проводят качественный анализ в рефрактометрии?

42.Для анализа каких объектов используют метод рефрактометрии? Назовите примеры использования метода рефрактометрии в пищевой промышленности.

Примеры решения типовых задач

ЗАДАЧА 1. При фотоколориметрическом определении кальция в сырье навеску, равную 5,09 г, озолили, золу растворили в концентрированной хлороводородной кислоте, полученный раствор перенесли в мерную колбу вместимостью 50 см3 и довели до метки. Аликвотную часть, равную 10,00 см3, в щелочной среде оттитровали трилоном Б, СЭКВ(ЭДТА) = 0,1560 моль/дм3, с индикатором мурексидом при λmax = 514 нм. Результаты титрования приведены ниже.

Рассчитайте содержание кальция в мг на 100 г сыра.

Решение. Анализ выполнен методом фотоколориметрического титрова-

ния.