Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник
.pdf
31
2.71. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
дихромата калия, если молярная концентрация данного раствора
С(K2Cr2O7) = 0,4570 моль/л. Раствор предназначен для участия в окислительно-восстановительной реакции, протекающей в кислой среде по
схеме
Cr2O
7
2−
+ 14H+ + 6е− → 2Cr3+ + 7H2O.
2.72. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
перманганата калия, если молярная концентрация данного раствора
С(KMnO4) = 0,125 моль/л. Раствор предназначен для участия в окислительно-восстановительной реакции, протекающей в кислой среде по
схеме
MnO
4
−
+ 8H+ + 5е− → Mn2+ + 4H2O.
Пояснения к заданиям 2.68–2.72
Молярная концентрация С(Х), моль/л, и молярная концентрация
эквивалента вещества C
1
z
X, моль/л, связаны уравнением
C
1
z
X=z ∙C(X).
В случае, когда фактор эквивалентности вещества равен единице,
молярная концентрация эквивалента и молярная концентрация равны.
Пример. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента рас-
твора серной кислоты, если молярная концентрация данного раствора
составляет 0,1264 моль/л.
Дано:
Найти:
CH2SO
4
=0,1264моль/л С
1
z
H2SO
4
= ?
Решение
Поскольку серная кислота в химические реакции вступает практи-
чески всегда с замещением двух протонов (z = 2), то фактор эквивалент-
ности ее составляет
f=
1
z
=
1
2
.
C учетом этого молярная концентрация эквивалента раствора равна
C
1
z
H2SO
4
= C
1
2
H2SO
4
= 2 ∙ C
H2SO
4
=
=2 ∙0,1264моль/л=0,2528 моль/л
32
2.6.2. Взаимосвязь между массовой концентрацией (титром)
веще ства и его молярной концентрацией (молярн ой
концентрацией э квива лента)
2.73. Вычислите титр раствора азотной кислоты с молярной кон-
центрацией 0,250 моль/л.
2.74. Вычислите титр раствора гидроксида натрия с молярной кон-
центрацией 0,360 моль/л.
2.75. Вычислите молярную концентрацию раствора азотной кис-
лоты при массовой концентрации данного раствора, равной 0,0126 г/мл.
2.76. Вычислите молярную концентрацию раствора гидроксида калия (M(КОH) = 56,0 г/моль) при массовой концентрации данного раствора, равной 0,0250 г/мл.
2.77. Вычислите молярную концентрацию раствора хлорида бария
(M(BaCl2) = 208 г/моль) при массовой концентрации данного раствора,
равной 0,0450 г/мл.
Пояснения к заданиям 2.73–2.77
Молярная концентрация С(Х) раствора вещества Х, моль/л, и титр
(массовая концентрация) Т(Х), г/мл, раствора вещества Х с молярной
массой М(Х), г/моль, связаны между собой уравнением
СХ
=
ТХ ∙ 10
3
М(Х)
,
откуда
Т(Х) = С(Х) ∙ М(Х) ∙ 10−3
или
TХ=
CX
∙M(X)
1000
.
Пример. Вычислите титр раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией, равной 0,200 моль/л.
Дано:
С(HCl) = 0,200 моль/л
Найти:
Т(HCl) = ?
Решение
Титр раствора кислоты рассчитывается по формуле
Т(HCl) = С(HCl) · М(HCl) ∙ 10−3 =
= 0,200 моль/л · 36,6 г/моль ∙ 10−3 = 0,00732 г/мл.
33
2.78. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
хлороводородной кислоты (M(HCl) = 36,5 г/моль) при массовой концентрации раствора, равной 0,00730 г/мл.
2.79. Вычислите титр раствора щавелевой кислоты (M(H2С2O4) =
= 90,0 г/моль) при молярной концентрации эквивалента данного рас-
твора, равной 0,0986 моль/л.
2.80. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
перманганата калия (М(KMnO4) = 158,0 г/моль) при массовой концентрации данного раствора, равной 0,003161 г/мл. Раствор предназначен
для участия в окислительно-восстановительной реакции, протекающей
в кислой среде, по схеме
MnO
4
−
+ 8H+ + 5е− → Mn2+ + 4H2O.
2.81. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
дихромата калия (М(K2Cr2O7) = 294 г/моль) при массовой концентрации данного раствора, равной 0,00245 г/мл. Раствор предназначен для
участия в окислительно-восстановительной реакции, протекающей
в кислой среде, по схеме
Cr2O
7
2−
+ 14H+ + 6е− → 2Cr3+ + 7H2O.
2.82. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
йода (М(I2) = 254 г/моль) при массовой концентрации данного раствора,
равной 0,00127 г/мл.
2.83. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
оксалата натрия (М(Na2C2O4) = 134 г/моль) по реакции взаимодействия
с перманганатом калия при массовой концентрации данного раствора,
равной 0,00268 г/мл.
Пояснения к заданиям 2.78–2.83
Титр (массовая концентрация) раствора Т(Х), г/мл, вещества с мо-
лярной массой эквивалента М(
1
z
Х), г/моль, и молярная концентрация
эквивалента раствора вещества С
1
z
Х, моль/л, связаны между собой
выражением
С
1
z
Х=
ТХ ∙ 10
3
М(
1
z
Х)
,
34
откуда
TX
=C
1
z
X∙M
1
z
X∙ 10
–3
или
TX
=
С
1
z
Х∙ М(
1
z
Х)
1000
.
Пример 1. Вычислите титр раствора серной кислоты c молярной
концентрацией эквивалента, равной 0,100 моль/л.
Дано:
Найти:
C
1
z
H2SO
4
=0,100моль/лТ
H2SO
4
= ?
Решение
Титр раствора Н2SO4 рассчитывается по формуле
TH2SO
4
=C
1
z
H2SO
4
∙M
1
z
H2SO
4
∙10–3=
=0,100 моль/л∙49,0 г/моль∙10–3=0,00870 г/мл.
В данном случае фактор эквивалентности кислоты
fH2SO
4
=
1
2
,
т. е. эквивалент Н2SO4, равен половине ее молекулы:
M
1
z
Н2SO
4
=
1
z
∙ M(Н2SO4) =
1
2
∙ 98,0 г/моль = 49,0 г/моль.
Пример 2. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента рас-
твора перманганата калия (М(KMnO4) = 158,0 г/моль) в кислой среде,
если титр его равен 0,003161 г/мл.
Дано:
Найти:
MKMnO
4
=158,0г/моль C
1
z
KMnO
4
= ?
Т(KMnO4) = 0,003161 г/мл
Решение
Перманганат калия является сильным окислителем, способным
вступать в химические реакции с веществами-восстановителями.
При этом в кислой среде происходит его восстановление в соответствии с уравнением полуреакции
35
MnO
4
−
+ 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O.
В данном случае фактор эквивалентности перманганата калия равен
1
5
, так как в полуреакции его восстановления в кислой среде прини-
мают участие пять электронов, приходящихся на один перманганатион. Молярная масса эквивалента перманганата калия составляет
M
1
z
KMnO
4
=
1
z
∙ MKMnO
4
=
1
5
∙ 158,0 г/моль = 31,60 г/моль.
Связь между титром и молярной концентрацией эквивалента перманганата калия в растворе выражается формулой
С
1
z
KMnO
4
=
ТKMnO
4
∙10
3
М(
1
5
KMnO4)
=
0,003161 г/мл∙10
3
31,60 г/моль
=0,1000 моль/л
2.6.3. Взаимосвязь между массовой долей вещества в раст воре
и ег о мол ярной концентрац ией (молярной концент рацие й
эквивалента)
2.84. Рассчитайте молярную концентрацию 230 г раствора гидрок-
сида натрия с массовой долей 20,0 % и плотностью 1,22 г/мл.
2.85. Рассчитайте молярную концентрацию 200 г раствора гидрок-
сида калия с массовой долей 8,89 % и плотностью 1,08 г/мл.
2.86. Рассчитайте молярную концентрацию 550 г раствора серной
кислоты с массовой долей 20,0 % и плотностью 1,14 г/мл.
2.87. Рассчитайте молярную концентрацию 350 г раствора фосфор-
ной кислоты с массовой долей 14,5 % и плотностью 1,08 г/мл.
2.88. Рассчитайте молярную концентрацию 120 г водного раствора
аммиака (NH3∙H2O) с массовой долей 26,0 % и плотностью 0,904 г/мл.
Пояснения к заданиям 2.84–2.88
Массовая доля вещества Х в растворе и молярная концентрация
раствора вещества Х связаны между собой уравнением
СХ
=
10 ∙ Х
∙
М(Х)
,
36
где С(Х) – молярная концентрация раствора вещества Х, моль/л; (Х) –
массовая доля вещества Х в растворе, %; – плотность раствора г/см3,
г/мл; М(Х) – молярная масса вещества Х, г/моль.
Пример. Вычислите молярную концентрацию 150 г раствора гид-
роксида калия с массовой долей 10,0 % и плотностью = 1,10 г/мл.
Дано:
(КОН) = 10,0 %
(КОН) = 1,10 г/мл
m(КOH) = 150 г
Найти:
С(КОН) = ?
Решение
Молярная концентрация раствора КОН рассчитывается по формуле
CKOH
=
10∙
KOH
∙(КОН)
M(KOH)
=
10 ∙ 10,0 % ∙ 1,10 г/мл
56,0 г/моль
=1,96 моль/л.
2.89. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора
азотной кислоты массой 250 г с массовой долей основного вещества
30,0 % и плотностью 1,18 г/мл.
2.90. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора
серной кислоты массой 445 г с массовой долей основного вещества
50,5 % и плотностью 1,40 г/мл.
2.91. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора
серной кислоты массой 350 г с массовой долей основного вещества
25,5 % и плотностью 1,18 г/мл.
2.92. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора
фосфорной кислоты H3РO4 массой 450 г с массовой долей основного
вещества 19,5 % и плотностью 1,11 г/мл. Раствор предназначен для реакции, протекающей с образованием гидрофосфата.
2.93. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора
фосфорной кислоты H3РO4 массой 245 г с массовой долей основного
вещества 35,5 % и плотностью 1,22 г/мл. Раствор предназначен для реакции, протекающей с образованием дигидрофосфата.
Пояснения к заданиям 2.89–2.93
Массовая доля вещества Х в растворе и молярная концентрация эк-
вивалента раствора вещества Х связаны формулой
С
1
z
Х=
10 ∙ Х ∙
М(
1
z
Х)
,
37
где С
1
z
Х – молярная концентрация эквивалента раствора вещества Х,
моль/л; (Х) – массовая доля вещества Х в растворе, %; – плотность
раствора, г/см3, г/мл; М(
1
z
Х) – молярная масса эквивалента вещества Х,
г/моль.
Пример. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента рас-
твора серной кислоты с массовой долей основного вещества 7,70 %
и плотностью = 1,05 г/мл.
Дано:
Найти:
H2SO
4
=7,70 % C
1
z
H2SO
4
= ?
(H2SO4) = 1,05 г/мл
Решение
Молярная концентрация эквивалента раствора H2SO4 рассчитыва-
ется по формуле
C
1
z
H2SO
4
=
10 ∙ H2SO
4
∙ (H2SO
4
)
M(
1
z
H2SO4)
=
=
10 ∙ 7,70 % ∙ 1,05 г/мл
49,0 г/моль
= 1,65 моль/л.
Так как фактор эквивалентности кислоты равен
1
2
(z = 2), то моляр-
ная масса эквивалента кислоты составляет
M(
1
z
H2SO4) =
1
2
∙ M(H2SO4) = 49,0 г/моль.
2.6.4. Взаимосвязь между массовой долей вещества
и его массовой концентрацией (титром)
2.94. Рассчитайте титр раствора серной кислоты объемом 2,50 л
с массовой долей основного вещества 10,0 % и плотностью 1,07 г/мл.
2.95. Вычислите титр раствора хлороводородной кислоты с массо-
вой долей основного вещества 36,4 % и плотностью 1,18 г/мл.
38
2.96. Вычислите титр раствора уксусной кислоты с массовой долей
основного вещества 20,4 % и плотностью 1,03 г/мл.
2.97. Вычислите массовую долю раствора гидроксида натрия с тит-
ром 0,592 г/мл и плотностью 1,44 г/мл.
2.98. Вычислите массовую долю раствора азотной кислоты с тит-
ром 0,455 г/мл и плотностью 1,27 г/мл.
Пояснения к заданиям 2.94–2.98
Массовая доля вещества Х в растворе и титр (массовая концентра-
ция) раствора вещества Х связаны между собой уравнением
ТХ =
Х ∙
100
.
Отсюда
Х =
TX ∙ 100
,
где (Х) – массовая доля вещества Х в растворе, %; – плотность раствора, г/см3, г/мл; Т(Х) – титр (массовая концентрация) раствора вещества Х, г/мл.
Пример. Рассчитайте титр раствора азотной кислоты объемом
1,50 л c массовой долей основного вещества 15,0 % и плотностью
1,08 г/мл.
Дано:
V(HNO3) = 1,50 л
(HNO3) = 15,0 %
(HNO3) = 1,08 г/мл
Найти:
Т(HNO3) = ?
Решение
Титр (массовая концентрация) раствора азотной кислоты рассчитывается по формуле
THNO
3
=
HNO
3
∙ (HNO
3
)
100
=
15,0% ∙1,08 г/мл
100
=0,162 г/мл
39
3. МЕ Т О Д Ы К О Л И Ч Е С Т В ЕН Н О Г О Х И МИ Ч Е С К О Г О
А Н А Л И З А
Классическими методами количественного химического анализа
являются:
1. Гравиметрический (весовой), где аналитическим сигналом вы-
ступает масса продукта реакции, полученного при осаждении определяемого вещества соответствующим реагентом. Кроме этого, известны
гравиметрические методы, где аналитическим сигналом является масса
продукта реакции, полученного при отгонке определяемого компонента в виде летучего соединения или при выделении определяемого
компонента в виде чистого вещества в процессе электролиза.
2. Газоволюмометрический (газовый), где в качестве аналитиче-
ского сигнала используется объем газа, выделившегося при протекании
химической реакции между определяемым веществом и соответствующим реагентом.
3. Титриметрический (объемный), где аналитическим сигналом вы-
ступает объем раствора реагента известной концентрации (титранта),
затраченный на проведение химической реакции с определяемым веществом.
3.1. Гравиметрические методы
3.1. 1. Ос новные термины и кл ассификация методов. Равновесия
в гетерогенных системах
3.1. К какой группе методов относится гравиметрический метод
анализа?
3.2. Какая величина выступает в качестве аналитического сигнала
в гравиметрических методах анализа?
3.3. На чем основан метод осаждения, используемый в гравиметри-
ческом анализе?
40
Пояснения к заданиям 3.1–3.3
Классический метод гравиметрического анализа основан на изме-
рении массы определяемого вещества, выделяемого в виде малорастворимого соединения известного постоянного состава при осаждении соответствующим реагентом.
3.4. Что представляет собой гетерогенная система?
3.5. Как называется состояние системы, при котором осадок (твер-
дая фаза) какого-либо вещества находится в равновесии с насыщенным
раствором того же вещества (жидкая фаза)?
3.6. Как называется раствор, находящийся в динамическом равно-
весии с твердой фазой?
Пояснения к заданиям 3.4–3.6
В основе гравиметрических методов анализа лежат процессы, про-
текающие в гетерогенных системах, которые состоят из нескольких
фаз, находящихся в различных агрегатных состояниях. Как правило,
данная система представляет собой малорастворимое вещество (твердая фаза), находящееся в соприкосновении с растворителем, в большей
или меньшей степени переходящее в раствор, при этом устанавливается
динамическое (гетерогенное) равновесие. Раствор, находящийся в динамическом равновесии с твердой фазой, называется насыщенным.
3.7. Как называется соединение, в виде которого определяемый
компонент осаждается из раствора при взаимодействии с соответствующим реагентом во время проведения гравиметрического анализа?
3.8. Как называется чистое химическое соединение достоверно из-
вестного состава, массу которого используют при вычислении содержания определяемого компонента в анализируемой пробе при проведении гравиметрического анализа?
Пояснения к заданиям 3.7, 3.8
В гравиметрии принято выделять осаждаемую и гравиметрическую
формы определяемого вещества. Осаждаемая форма – соединение,
в виде которого определяемый компонент осаждается из анализируемого раствора, т. е. вещество, которое образуется при взаимодействии
с соответствующим реагентом-осадителем. Гравиметрическая (весовая) форма – химически чистое вещество, образующееся после прокаливания осаждаемой формы, которое взвешивается для получения
окончательного результата анализа.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]