МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЧЕЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БИОЛОГО-ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Г.Д. Солтамурадов М.Х. Мутузова

РАСЧЕТЫ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

учебное пособие для студентов всех специальностей, изучающих аналитическую химию

Грозный – 2019

1

Печатается по решению Ученого совета ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»

протокол № 9 от 27.12.2018 г.

УДК 543. 001 С – 60

Рецензент:

Хасанов И.И. – к.х.н., заведующий кафедрой «Общая химия» биолого-химического факультета ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»

Авторы:

Солтамурадов Г.Д. – к.х.н., доцент кафедры «Общая химия» ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»; Мутузова М.Х. – к.х.н., старший преподаватель

кафедры «Общая химия» ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет»

Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова. Расчеты в аналитической хи-

мии. – Грозный: ФГБОУ ВО «Чеченский государственный универси-

тет», 2019. – 92с.

Пособие является руководством к решению задач по аналитической химии.

По каждой теме дается краткий теоретический материал, примерыподробногорешениязадачпоосновнымразделаманалитическойхимии. Заключительная часть пособия – задачи для самостоятельного решения.

Учебное пособие составлено в соответствии с программой курса «Аналитическая химия» и предназначено для студентов биолого-химиче- ского факультета, а такжеагротехнологических специальностей Чеченского государственного университета.

© ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет», 2019

2

Расчеты в аналитической химии

ВВЕДЕНИЕ

Пособие охватывает основной материал курса аналитической химии по качественному и количественному анализу. Состоит из двух разделов «Качественный анализ» и «Количественный анализ». Каждый раздел состоит из параграфов. По каждому разделу вначале кратко изложены теоретические основы аналитической химии по соответствующей теме. После теоретического курса приводятся примеры решения нескольких типовых задач и задачи для самостоятельного решения. Решения многих, по нашему мнению, наиболее важных, задач приводятся с объяснениями. Кроме того, в пособии приводятся примеры построения кривых титрования в титриметрическом анализе (приведены кривые кислотно-ос- новного и окислительно-восстановительного (ред-окс) титрования).

В Приложении приведены справочные материалы в виде таблиц из «Справочника по аналитической химии» под редакцией Ю.Ю. Лурье.

Студентутрудносамостоятельноотобратьосновноеизинформации, полученной на лекции и литературных источников, отделить главное от второстепенного, менее существенного. Теоретическая часть, примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения, приведенные в пособии, в определенной мере выполняют эту задачу. Настоящее пособие, на наш взгляд, призвано активизировать самостоятельную работу студентов, способствовать развитию их логического мышления и привить студентам навыкиктеоретическомуосмысливаниюпроводимоговлаборатории эксперимента.

Авторы выражают благодарность рецензенту – к.х.н., заведующему кафедрой «Общая химия» биолого-химического факультета Чеченского государственного университета Хасанову И.И.

Всепредложения изамечания по улучшениюсодержания данного учебного пособия будут нами рассмотрены и использованы.

3

Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова

Раздел I. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

1.1. Чувствительность и избирательность аналитических реакций

Аналитические реакции должны обладать достаточной чувствительностью. Чувствительность реакции может быть охарактеризована количественно, вне зависимости от того, каким внешним эффектом она сопровождается.

Чувствительность аналитических реакций в значительной степени зависит от условий их протекания: температуры, кислотности среды, концентрации реагента, времени наблюдения от начала опыта, присутствия посторонних веществ.

Чувствительность аналитических реакций характеризуют открываемый минимум, минимальная (предельная) концентрация и предельное разбавление.

Предел обнаружения или открываемый минимум, (m) –

наименьшая масса вещества, открываемая данной реакцией по данной методике. Измеряется в микрограммах (1 мкг = 10– 6 г).

Предельная концентрация (Сlim) – наименьшая концентрация определяемого вещества, при которой оно может быть обнаружено в растворе данной реакцией по данной методике. Выражается в г/мл.

Предельное разбавление (Vlim) – объем раствора с предельной концентрацией, в котором содержится 1 г определяемого веще-

ства. Предельное разбавлениеV выражается= 1 в мл/г.

lim Clim

Минимальный объем предельно разбавленного раствора

концентрация определяемого иона:

4

Расчетыm ∙ 10в−аналитической6 m ∙ 10химии−3

C(x) = M(x) ∙Vmin ∙ 10−3 = M(x) ∙Vmin моль/л,

C(x) – молярная концентрация определяемого иона, моль/л

М(х) – молярная масса определяемого иона, г/моль

На повышение чувствительности влияют следующие факторы

1.Увеличение концентрации вещества А (СА) или концентрирование:

а) упаривание раствора (удаление растворителя): обнаружение

Na+, K+, Ca2+, Mg2+

б) отгонка (перевод вещества в газообразное состояние): обна-

ружение NH4+, CO32–

в) экстрагирование (перевод вещества в органический растворитель) или флотация (перевод на границу раздела фаз вода – органический растворитель)

Пример: Обнаружение Fe3+, (Co2+, Zn2+, I–, Br–)

г) соосаждение - совместное осаждение ионов одним и тем же осадителем, причем один из них осаждается на поверхности осадка другого иона.

2.Увеличение концентрации реагента (СВ)

3.Изменение значения рН

4.Введение веществ, усиливающих аналитический сигнал

5.Изменение метода или способа выполнения анализа, или последовательности прибавления реагентов.

Согласно рекомендации ИЮПАК факторы, увеличивающие чувствительность, называются факторами, понижающими предел обнаружения.

Избирательность аналитических реакций – мера способно-

сти реагента или реакции создавать одинаковые или сходные аналитические эффекты с определенным числом веществ (n). В зависимости от количества этих веществ реагенты делят на:

1)специфические (n = 1)

OH– для обнаружения NH4+ NCS– для обнаружения Fe3+

крахмал для обнаружения I2 дихинолин для обнаружения Cu+

2)селективные n: от 2 до 5

5

Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова

Ni2+ с диметилглиоксимом (DimГ), аналогичный эффект дают с

DimГ: Fe2+, Co2+, ZrIV, ThIV, Cu2+.

3)групповые (n > 5)

HCl: Ag+, Pb2+, Hg22+, Cu2+, Au+, Tl+ (6),

Na2CO3, Na2HPO4: образуют осадки с большим количеством катионов (20).

Факторы, увеличивающие избирательность

1.Изменение значения рН

2.Экстрагирование

Маскирование - устранение или подавление аналитического сигнала мешающего вещества путем связывания его в комплексное, бесцветное, прочное растворимое соединение без изменения степени окисления или с изменением степени окисления. Мешающий ион при этом настолько уменьшает свою концентрацию, что аналитический сигнал о своем присутствии он исследователю не посылает, или этот сигнал становится очень слабым.

Примеры решения задач

Задача 1. Предел обнаружения ионов марганца (II) висмутатомнатриясоставляет5мкгвобъемераствора0,20мл.Чемуравно предельное разбавление для данной реакции?

Решение

Для расчета предельного разбавления используют формулу:

Vlim = Vminm∙106 = 0,205∙ 106 = 4 ∙ 104мл/г

Задача 2. Предельное разбавление реакции обнаружения

ионов калия в виде гексахлороплатината (IV) калия равно 1ˑ10-4

5 ∙ 10−2

мл/г. Определить предел обнаружения иона калия, если реакция удаетсяm =вCобъемеlim ∙ Vminраствора∙106 = 1 ∙ 10−4мл∙0,05. ∙106 = 5 мкг

Задача 3. Предельное разбавление реакции обнаружения хло- рид-ионов в виде хлорида серебра равно 1,0ˑ10-6 мл/г. Вычислить предел обнаружения и показатель чувствительности для этой ре-

акции в капле раствора объемом 0,0300 мл.

Решениеm = Clim ∙Vmin ∙ 106 = 1 ∙10−6 ∙ ,03 ∙ 106 = 3 ∙10−2 мкг

6

0,03(Cl−)

Расчеты в аналитической химии

Сlim = 0,03 ∙ 106(= 10−6 ) pClim = −lgClim = −lg 1 ∙ 10−6 = 6

Задача 4. Вычислить минимальный объем раствора, требуемый для обнаружения ионов калия в виде гексанитрокобальтата

Задача 5. Для обнаружения иона Fe3+ взято 2 мг исследуемого вещества с массовой долей ионов Fe3+ 0,01%. После растворения в водекнемуприбавилиKNCS.Можнолиполучитьуверенныйаналитический эффект, если открываемый минимум (m) = 0,25 мкг?

Решение.

Найдем массу Fe3+ в исследуемом веществе массой 2 мг или

2ˑ103 мкг

100% составляют02%ˑ103 мкг 0,02% составятх = 0,х мкг ∙2 ∙103мкг = 0,4 мкг

100%

Открываемый минимум (m) равен 0,25 мкг, что меньше полученного результата (0,4 мкг). Следовательно, получить уверенный аналитический эффект можно.

Задачи для самостоятельного решения

1.Предел обнаружения ионов натрия в виде нонагидрата нонаацетата натрия-цинка-триуранила равен 0,125 мкг в капле 0,050 мл. Чему равно предельное разбавление и показатель чувствительности для данной реакции?

2.Предел обнаружения ионов калия в виде калия перхлората равен 10 мкг в объеме раствора 0,10 мл. Вычислить предельную концентрацию ионов калия для этой реакции.

3.Пределобнаружения ионов аммония реактивом Несслера равен 0,050 мкг в объеме раствора 0,050 мл. Вычислить показатель

7

Г.Д. Солтамурадов, М.Х. Мутузова

чувствительности и предельное разбавление для этой реакции. 4. Предельное разбавление реакции обнаружения ионов натрия одной из аналитических реакций равно 1,0ˑ105 мл!г, предел обнаружения равен 1 мкг. Определить минимальный объем раствора, требуемый для обнаружения ионов натрия с помощью

данной реакции.

5. Вычислить предел обнаружения и предельное разбавление для реакции обнаружения иона кальция в виде оксалата кальция, если реакция получается с 0,010 мл 0,00010 моль/л раствора хлорида кальция.

6. При обнаружении иона серебра в виде серебра хромата реакция удаетсяс0,020мл0,00040 моль/лрастворасеребранитрата.Вычислить предел обнаружения и предельное разбавление для данной реакции.

7. Предельная концентрация ионов калия, обнаруживаемая с гидротартратом натрия, равна 1,2ˑ10 г/мл. Чему равна наименьшая молярная концентрация раствора калия хлорида, в котором ион калия может быть обнаружен данной реакцией?

8. Чему равно предельное разбавление и предел обнаружения для реакции открытия ионов железа (III) аммония тиоцианатом, если реакция удается с 2 мл раствора, полученного разбавлением0,1 %-ногорастворажелеза(III)в1000раз.Плотностьрас- твора после разбавления равна 1 г/мл.

9. Найти предельное разбавление и предел обнаружения реакции обнаружения ионов серебра в виде хромата серебра, если реакция получается в 0,020 мл раствора, полученного при разбавлении в 25 раз раствора, содержащего 1 г/л серебра.

10. Предельная концентрация2,0 ∙ 10ионов−6 меди (II), обнаруживаемая с купроном, составляет г/мл, а минимальный объем раствораравен0,050 мл. Вычислить предел обнаружения ионов меди (II) для данной реакции и молярную концентрацию данного раствора.

8