Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник
.pdf
101
нейтрализации 20,00 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1255 моль/л?
3.221. Какой объем раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1050 моль/л, потребуется для нейтрализации 16,50 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1250 моль/л?
3.222. Какой объем раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,09500 моль/л, потребуется для титрования 19,55 мл раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1050 моль/л?
3.223. Какой объем раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,09800 моль/л, потребуется для нейтрализации 15,00 мл раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1070 моль/л?
3.224. Какой объем раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,08800 моль/л, потребуется для
нейтрализации 17,50 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1000 моль/л?
3.225. Какой объем раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1980 моль/л, потребуется для титрования 25,00 мл раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией
эквивалента, равной 0,1070 моль/л?
3.226. Какой объем раствора хлороводородной кислоты с молярной
концентрацией эквивалента, равной 0,1425 моль/л, потребуется для
титрования 12,00 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1270 моль/л?
3.227. Какой объем раствора хлороводородной кислоты с молярной
концентрацией эквивалента, равной 0,09250 моль/л, потребуется для
нейтрализации 11,00 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1070 моль/л?
3.228. Какой объем раствора гидроксида натрия с молярной концен-
трацией эквивалента, равной 0,1300 моль/л, потребуется для нейтрализации 16,50 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1250 моль/л?
102
Пояснения к заданиям 3.219–3.228
Решение такого типа задач следует начинать с записи уравнения
химической реакции с целью определения фактора эквивалентности
определяемого вещества (z1) и титранта (z2). Объем титранта, пошедший на титрование раствора определяемого вещества, рассчитывается
с использованием закона эквивалентов:
C
1
z
1
Х∙ V(Х) = C
1
z
2
R∙V(R),
откуда
VR
=
C
1
z
1
ХV
X
C
1
z
R
,
где C
1
z
1
Х – молярная концентрация эквивалента определяемого ве-
щества, моль/л; C
1
z
2
– молярная концентрация эквивалента тит-
ранта, моль/л; V(X) – объем анализируемой пробы, мл; V(R) – объем
титранта, пошедший на титрование пробы, мл.
Пример. Какой объем раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1478 моль/л, потребуется для титрования 20,00 мл раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией
эквивалента, равной 0,1170 моль/л?
Дано:
V(H2C2О4) = 20,00 мл
Найти:
V(NaOH) = ?
C
1
z
1
H2C2O
4
=0,1170 моль/л
C
1
z
2
NaOH=0,1478 моль/л
Решение
Щавелевая кислота – слабая кислота, которая характеризуется
двумя константами диссоциации (K1 = 5,6∙10−2, K2 = 5,4∙10−5). Обе константы больше 10−7, поэтому в процессе титрования участвуют одновременно оба протона, поскольку
К
1
К
2
104.
103
В процессе титрования происходит реакция
H2C2O4 + 2NaOH → Na2C2O4 + 2H2О.
Из уравнения химической реакции следует, что фактор эквива-
лентности для щавелевой кислоты
1
z
1
=
1
2
, а для едкого натра
1
z
2
= 1.
Объем раствора NaOH, пошедший на титрование раствора щавелевой кислоты, рассчитывается на основании закона эквивалентов:
С(
1
z
1
H2C2O4) ∙ V(H2C2O4) = С(
1
z
2
NaOH) ∙ V(NaOH),
откуда
V(NaOH) =
С(
1
z
1
H2C2O4) ∙ V(H2C2O4)
С(
1
z
NaOH)
=
=
0,1170 моль/л ∙ 20,00 мл
0,1478 моль/л
= 15,83 мл.
3.229. Вычислите массу гидроксида натрия в 250,0 мл раствора, на
титрование 20,00 мл которого израсходовано 23,45 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной
0,1043 моль/л.
3.230. Вычислите массу щавелевой кислоты Н2С2О4∙2Н2О
в 100,0 мл раствора, на титрование 10,00 мл которого израсходовано
12,45 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,09930 моль/л.
3.231. Вычислите массу гидроксида бария в 200,0 мл раствора, на
титрование 25,00 мл которого израсходовано 20,35 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной
0,1322 моль/л.
3.232. Вычислите массу гидроксида натрия в растворе объемом
150,0 мл, на титрование 20,00 мл которого израсходовано 10,15 мл рас-
твора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1165 моль/л.
3.233. Вычислите массу щавелевой кислоты Н2С2О4∙2Н2О в 200,0 мл
раствора, на титрование 10,00 мл которого израсходовано 16,85 мл
104
раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента,
равной 0,09650 моль/л.
3.234. Вычислите массу гидроксида бария в 100,0 мл раствора, на
титрование 20,00 мл которого затрачено 11,25 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной
0,1065 моль /л.
3.235. Рассчитайте массу навески гидроксида натрия, необходимую
для приготовления 250,0 мл раствора, на титрование 25,00 мл которого
израсходовано 20,15 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной
концентрацией эквивалента, равной 0,1185 моль/л.
3.236. Рассчитайте массу навески щавелевой кислоты Н2С2О4∙2Н2О,
необходимую для приготовления 500,0 мл раствора, на титрование
20,00 мл которого израсходовано 14,40 мл раствора гидроксида натрия
с молярной концентрацией эквивалента 0,1115 моль/л.
3.237. Рассчитайте массу навески гидроксида бария, необходимую
для приготовления 100,0 мл раствора, на титрование 15,00 мл которого
израсходовано 12,15 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной
концентрацией эквивалента, равной 0,09850 моль/л.
3.238. Вычислите массу гидроксида натрия в 250,0 мл раствора, на
титрование 25,00 мл которого израсходовано 20,15 мл раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией эквивалента, равной
0,1034 моль/л.
Пояснения к заданиям 3.229–3.238
При использовании метода пипетирования (метод аликвотных ча-
стей) титруется только часть анализируемого раствора (аликвота), приготовленного путем растворения всей анализируемой пробы в определенном объеме растворителя. При этом масса определяемого компонента в анализируемом растворе рассчитывается по формуле
mX
=C
1
z
2
R∙V
R
∙M
1
z
1
X∙
V
м.к.
V
ал.
∙10
–3
,
где V
м.к.
– объем мерной колбы, в которой содержится вся проба, мл;
V
ал.
– объем аликвоты, которая отбирается с помощью пипетки (часть
или доля раствора), мл.
Пример. Рассчитайте массу навески гидроксида натрия, необходи-
мую для приготовления раствора объемом 150,0 мл, на титрование
105
23,00 мл которого затрачено 21,25 мл раствора хлороводородной кис-
лоты с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,1455 моль/л.
Дано:
V
м.к.
= 150,0 мл
V
aл.
= 23,00 мл
V(HCl) = 21,25 мл
Найти:
m(NaOH) = ?
C(
1
z
2
HCl)=0,1455 моль/л
Решение
Напишем уравнение реакции
НCl + NaOH → NaCl + H2O,
так как z1 = z2 = 1).
Масса NaOH в растворе рассчитывается по формуле
mNaOH
=C
1
z
2
HCl∙V
HCl
∙M
1
z
1
NaOH∙
V
м.к.
V
ал.
∙ 10
–3
=
= 0,1455 моль/л ∙ 21,25 мл ∙ 40,00 г/моль ∙
150,0 мл
23,00 мл
∙ 10
–3
= 0,8066 г.
3.2.3. Ок ислительно -восстановительное титрование. Расчет
окислительно-восста новительног о пот енциала
3.239. Чем сопровождается химическая реакция, лежащая в основе
метода окислительно-восстановительного титрования?
3.240. К какому типу относятся реакции, сопровождающиеся пере-
дачей электронов?
3.241. Как называется вещество, которое отдает электроны в ходе
окислительно-восстановительной реакции?
3.242. Какова роль восстановителя при протекании окислительно-
восстановительной реакции?
3.243. Что происходит при окислении вещества в ходе окисли-
тельно-восстановительной реакции?
3.244. Приведите условную запись уравнения полуреакции про-
цесса окисления.
106
3.245. Как называется вещество, которое присоединяет электроны
в ходе окислительно-восстановительной реакции?
3.246. Какова роль окислителя при протекании окислительно-вос-
становительной реакции?
3.247. Приведите условную запись уравнения полуреакции про-
цесса восстановления.
3.248. Приведите условную запись уравнения окислительно-вос-
становительной реакции.
Пояснения к заданиям 3.239–3.248
Окислительно-восстановительное титрование – метод, при котором
в процессе титрования между определяемым веществом Х и титрантом R протекает реакция окислительно-восстановительного взаимодействия, сопровождающаяся передачей электронов и изменением степеней окисления реагирующих веществ.
Вещества, содержащие элементы с более высокой степенью окисления, называются окисленной формой. Окисленная форма в ходе химической реакции принимает электроны (восстанавливается):
Ох1 + z1e− → Red1 (реакция восстановления).
Вещества, содержащие элементы с более низкой степенью окисления, называются восстановленной формой. Восстановленная форма вещества в ходе химической реакции отдает электроны (окисляется):
Red2 − z2e− → Ox2 (реакция окисления).
Данные реакции называются полуреакциями. Полуреакции окис-
ления и восстановления не существуют друг без друга: если есть донор
электронов, то должен быть и акцептор. В реальности в системе протекает суммарная окислительно-восстановительная реакция
z2Ox1 + z1Red2 ↔ z2Red1 + z1Ox2,
при этом число отдаваемых электронов в одной полуреакции должно
быть равно числу электронов, принимаемых в другой полуреакции.
3.249. Изменение какой величины происходит в системе в процессе
окислительно-восстановительного титрования?
3.250. Какую зависимость представляет собой кривая окислительно-
восстановительного титрования?
107
Пояснения к заданиям 3.249, 3.250
В основе окислительно-восстановительного титрования лежит
окислительно-восстановительная реакция между определяемым веществом и титрантом:
z2Ох1 + z1Red2 ↔ z2Red1 + z1Ox2.
Графически процесс титрования изображается в виде его кривой,
представляющей собой зависимость
Е = f(V(R))
или
Е = f(),
где – степень оттитровывания.
Для построения кривой титрования необходимо рассчитать значе-
ния потенциала системы Е при различной степени оттитровывания
определяемого вещества. Степень оттитровывания показывает долю
определяемого вещества, вступающего в химическую реакцию с определенным объемом титранта – V(R), л, мл, добавленным в данный момент титрования:
τ =
C
1
z
2
R V
R
C
1
z
1
X· V(X)
,
где C
1
z
2
R – молярная концентрация титранта, моль/л; C
1
z
1
X – мо-
лярная концентрация раствора определяемого вещества Х, моль/л;
V(X) – объем добавленного в данный момент времени раствора определяемого вещества Х, л, мл.
3.251. Приведите уравнение полуреакции, лежащей в основе ме-
тода перманганатометрического титрования в кислой среде.
3.252. При каком значении рН среды наиболее часто проводится
перманганатометрическое титрование?
3.253. Приведите уравнение полуреакции, лежащей в основе ме-
тода перманганатометрического титрования в щелочной среде.
3.254. Приведите уравнение полуреакции, лежащей в основе ме-
тода перманганатометрического титрования в нейтральной среде.
108
Пояснения к заданиям 3.251–3.254
Перманганатометрическое титрование (в качестве титранта используется раствор перманганата калия KMnO4) осуществляется чаще
в кислой среде, поскольку в этих условиях KMnO4 является более сильным окислителем, стандартный окислительно-восстановительный по-
тенциал системы E
MnO
4
/Mn
2+
0
= +1,51 В.
При перманганатометрическом титровании в кислой среде продуктами реакции восстановления KMnO4 являются соли двухвалентного
марганца:
MnO
4
−
+ 8Н+ + 5е− → Mn2+ + 4Н2О.
В нейтральной среде отмечается образование нерастворимого диоксида марганца:
MnO
4
−
+ 4Н+ + 3е− → MnО2 + 2Н2О.
В щелочной среде KMnO4 восстанавливается с образованием манганатов:
MnO
4
−
+ е− → MnО
4
2−
.
3.255. Какой прием титрования используется при перманганато-
метрическом определении Fe(II) в составе соли Мора
FeSO4∙(NH4)2SO4∙6H2O?
3.256. Какой прием титрования используется для определения содержания щавелевой кислоты и ее солей в растворе перманганатометрическим методом?
Пояснения к заданиям 3.255, 3.256
Методом прямого перманганатометрического титрования определяются вещества-восстановители (соединения Fe2+, пероксид водорода,
оксалаты, хлориды, аскорбиновая кислота и др.), окислительно-восстановительный потенциал которых меньше стандартного окислительновосстановительного потенциала редокс-пары:
MnO
4
−
+ 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O (E
MnO
4
–
/Mn
2+
0
= 1,51 В).
3.257. Какой прием титрования используется для перманганатометрического определения содержания кальция в растворе после его
осаждения оксалат-ионами в виде СаС2О4?
109
Пояснения к заданию 3.257
Методом перманганатометрического титрования определяются вещества-окислители (K2Cr2O7, KBrO3, Na2S2O8 и др.), а также вещества,
не проявляющие окислительно-восстановительных свойств (в частности, соли Ca2+), при этом используются приемы косвенного титрования:
по остатку (прием обратного титрования) и по заместителю.
3.258. Приведите уравнение полуреакции, лежащей в основе йодо-
метрического титрования.
3.259. В каком из методов окислительно-восстановительного титрования тиосульфат натрия Na2S2O3 используется в качестве вспомогательного реагента (титранта)?
Пояснения к заданиям 3.258, 3.259
В качестве титрантов в йодометрии используют раствор I2
и Na2S2O3 (тиосульфата натрия):
I2 + 2e− → 2I− (E
I
2
/2
–
0
= +0,54 В),
2S2O
3
2−
− 2e− → S4O
6
2−
(E
S4O
6
2–
/2S2O
3
2–
0
= +0,09 В).
3.260. Какой прием титрования используется при определении со-
держания дихромата калия методом йодометрического титрования?
3.261. Какой прием титрования используется при определении со-
держания Cu(II) в растворе методом йодометрического титрования?
Пояснения к заданиям 3.260, 3.261
Для йодометрического определения содержания веществ-окисли-
телей, редокс-потенциал которых больше потенциала редокс-пары:
I2 + 2e− → 2I− (E
I
2
/2
0
= +0,54 В)
используются приемы косвенного титрования, в частности, титрование
по заместителю – к определяемому веществу-окислителю добавляют
приблизительно пятикратный избыток йодида калия (вспомогательного
реагента). После этого йод, выделившийся в количестве, эквивалентном количеству определяемого вещества, оттитровывают стандартным
раствором титранта – тиосульфата натрия Na2S2O3.
3.262. Какие вещества могут быть количественно определены ме-
тодом прямого йодометрического титрования?
Пояснения к заданию 3.262
Йод непосредственно вступает во взаимодействие со всеми веще-
ствами-восстановителями (S2O
3
2−
, SO
3
2−
, S2−, CN−, SCN−, HCHO, N2H4,
110
AsО
3
3−
, Cr2+ и др.), окислительно-восстановительный потенциал редокс-
пар которых меньше потенциала редокс-пары
I2 + 2e− → 2I− (E
I
2
/2
0
= +0,54 В).
3.263. Каким образом устанавливается конечная точка титрования
в йодометрии?
3.264. Раствор какого вещества используется в качестве индикатора
при йодометрическом титровании?
Пояснения к заданию 3.264
Точка эквивалентности при йодометрическом титровании устанавливается с помощью крахмала, являющегося специфическим индикатором. С йодом крахмал образует интенсивно окрашенное йодкрахмальное комплексное соединение сине-фиолетовой окраски.
3.265. Чему условно равен стандартный окислительно-восстанови-
тельный потенциал водородного электрода?
3.266. Какой электрод используется при измерениях или расчетах
окислительно-восстановительных потенциалов различных систем в качестве электрода сравнения, потенциал которого принят за ноль?
3.267. Относительно какого электрода измерены значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов различных систем?
3.268. Приведите уравнение полуреакции, протекающей на стан-
дартном водородном электроде.
3.269. Чему равна активная концентрация ионов водорода в рас-
творе кислоты, используемом в устройстве стандартного водородного
электрода?
3.270. Дайте определение стандартного окислительно-восстановительного потенциала.
3.271. Что представляют собой табулированные значения стандарт-
ных окислительно-восстановительных потенциалов?
Пояснения к заданиям 3.265–3.271
Для измерения потенциала редокс-пары какого-либо вещества в раствор, содержащий его окисленную и восстановленную формы и имеющий концентрацию 1 моль/л, помещается платиновый электрод. Потенциал одного электрода измерить невозможно, поэтому собирается гальванический элемент из пары электродов и измеряется электродвижущая
сила (ЭДС) или разность потенциалов между ними:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]