Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник
.pdf
41
3.9. Какое вещество является гравиметрической (весовой) формой
в ходе гравиметрического определения кальция в составе Ca(NO3)2 при
осаждении его карбонатом натрия?
3.10. Какое вещество является гравиметрической (весовой) формой
в ходе гравиметрического определения бария в составе BaCl2 при осаждении его серной кислотой?
3.11. Какое вещество является гравиметрической (весовой) формой
в ходе гравиметрического определения железа в составе FeCl3 при осаждении его гидроксидом натрия?
Пояснения к заданиям 3.9–3.11
Составы осаждаемой и гравиметрической формы определяемого
вещества могут различаться. Так, к примеру, ионы кальция из раствора
осаждаются в виде карбоната кальция (CaCO3 – осаждаемая форма), но
при прокаливании этот осадок разлагается на оксид кальция и углекислый газ:
t, оC
CaCO
3
→ CaO + CO2,
в результате чего гравиметрической формой, в виде которой определяется кальций, является его оксид СаО.
При определении солей железа с помощью гидроксида натрия осаждаемой формой будет Fe(OH)3, а гравиметрической – Fe2O3:
t, оC
2Fe(OH)
3
→ Fe
2O3
+ 3H
2
O.
В случае же гравиметрического определения соединений бария при
осаждении его в виде сульфата осаждаемая и гравиметрическая формы
представляют одно вещество – BaSO4, так как при прокаливании его
химический состав не меняется.
3.12. Как называется выражение, описываемое формулой
K
S
0
=a
Kat+
∙a
,
в котором a
Kat
+
и а
An
−
– активные концентрации ионов в насыщенном
растворе вещества?
Пояснения к заданию 3.12
Термодинамической константой растворимости K
S
0
или произведе-
нием растворимости ПР малорастворимого соединения МрАq (М – катион металла с зарядом q+, А – анион с зарядом р−) называется константа
42
равновесия, равная произведению активных концентраций вышеуказанных ионов в насыщенном растворе малорастворимого соединения.
В растворе над осадком устанавливается равновесие, описываемое
схемой
(МрАq)тв ↔ pMq+ + qАр−.
Термодинамическая константа растворимости (ПР) рассчитывается
по формуле
K
S
0
= ПР = a
M
p
∙ a
A
q
,
где aM и aA – активные концентрации, моль/л, катиона и аниона соответственно; термодинамические величины K
S
0
(ПР) приведены в спра-
вочниках.
При малых значениях концентраций вещества активные концентрации ионов можно заменить на их равновесные концентрации, моль/л,
при этом концентрационное произведение растворимости рассчитывается по формуле
K
S
0
=ПР=
M
p
∙ [A]q.
3.13. Как называется молярная концентрация насыщенного рас-
твора какого-либо вещества, находящегося в равновесии с осадком данного вещества?
Пояснения к заданию 3.13
Константа растворимости K
S
0
(произведение растворимости ПР)
выражается через растворимость вещества. Молярная растворимость –
это содержание (моль) малорастворимого соединения в одном литре
насыщенного раствора (S, моль/л). Если растворимость соли МрАq составляет S, моль/л, то в соответствии с уравнением
(МрАq)тв ↔ pMq+ + qА
р−
равновесная концентрация катионов в растворе равна
[M] = p ∙ S,
а анионов –
[А] = q ∙ S.
По известному значению константы растворимости вещества
(находится из справочника) его концентрация в насыщенном растворе
(растворимость) рассчитывается по формуле
K
S
0
= [M]p [A]q = (p S)p (q S)
q
= p
p
qq S
(p+q)
.
43
3.14. Как называется выражение, описываемое формулой
ИП = a
M
p
∙ a
A
q
C
M
p
∙ C
A
q
,
в котором a
M
p
, a
A
q
C
M
p
, C
A
q
– фактические активности (концентрации)
ионов, в моль/л, в растворе вещества?
Пояснения к заданию 3.14
Ионное произведение (ИП) имеет вид, аналогичный константе
(произведению) растворимости, но в уравнении используются не равновесные концентрации, а фактические (С(Х), моль/л), которые получаются в результате сливания растворов реагентов. Для малорастворимой соли состава МрАq ИП рассчитывается по формуле
ИП = a
M
p
∙ a
A
q
=C
M
p
∙ C
A
q
,
где C
M
p
, C
A
q
– фактические концентрации, моль/л, катиона и аниона
в растворе после сливания исходных растворов реагентов.
3.15. Назовите условие, которое используется для оценки возмож-
ности образования в системе осадка при проведении гравиметрического анализа.
3.16. Назовите условие, которое используется для оценки возмож-
ности растворения осадка при проведении гравиметрического анализа.
3.17. Назовите условие, при котором система находится в состоя-
нии гетерогенного равновесия.
Пояснения к заданиям 3.15–3.17
Ионное произведением (ИП) вещества используется для оценки
возможности образования или растворения осадка, в частности, при
проведении гравиметрического анализа:
– если ионное произведение вещества в растворе превышает кон-
станту (произведение) растворимости вещества, т. е. ИП ≥ K
S
0
(ПР), то
происходит выпадение осадка (условие выпадение осадка);
– если ионное произведение вещества в растворе меньше кон-
станты (произведения) растворимости вещества, т. е. ИП < K
S
0
(ПР), то
осадок не образуется (условие растворения осадка);
– если ионное произведение вещества в растворе равно константе
(произведению) растворимости, т. е. ИП = K
S
0
(ПР), то система нахо-
дится в состоянии гетерогенного равновесия.
3.18. Какие вещества необходимо добавить в насыщенный раствор
карбоната бария для уменьшения его растворимости?
44
3.19. Какие вещества необходимо добавить в насыщенный раствор
гидроксида железа(III) для уменьшения его растворимости?
3.20. Что произойдет с растворимостью сульфата бария при добав-
лении к его насыщенному раствору раствора сульфата калия?
Пояснения к заданиям 3.18–3.20
Равновесием в гетерогенных системах можно управлять, смещая
его (в соответствии с принципом Ле Шателье) в сторону образования
или в сторону растворения осадка. Практически это осуществляется путем добавления в раствор одного из ионов, входящих в состав малорастворимой соли. В этом случае при увеличении концентрации одного из
ионов малорастворимого соединения в его насыщенном растворе концентрация другого иона уменьшается, и равновесие между осадком
и раствором смещается в сторону образования осадка. В то же время
введение в насыщенный раствор солей других сильных электролитов,
не содержащих одноименные ионы, приводит к увеличению растворимости осадка. Так, например, для уменьшения растворимости осадка
ВаСО3 в его насыщенный раствор следует добавить раствор Na2CO3,
для уменьшения растворимости Fe(OH)3 – раствор NaOH, а для уменьшения растворимости BaSO4 – раствор K2SO4.
3.1.2. Расчет молярной растворимости вещества по известному
знач ению константы (произ ведения) раствор имости
3.21. Вычислите молярную растворимость хлорида серебра, если
произведение растворимости его (ПР(AgCl)) составляет 1,8∙10
−10
.
3.22. Рассчитайте молярную растворимость сульфата кальция, если
произведение растворимости его (ПР(CaSO4)) составляет 9,1∙10−8.
3.23. Рассчитайте молярную растворимость сульфида железа(II),
если произведение растворимости его (ПР(FeS)) составляет 5,0∙10
−18
.
3.24. Вычислите молярную растворимость карбоната магния, если
произведение растворимости его (ПР(MgCO3)) составляет 4,0∙10−5.
3.25. Вычислите молярную растворимость сульфида марганца,
если произведение растворимости его (ПР(MnS)) равно 2,5∙10
−10
.
3.26. Вычислите молярную растворимость хлорида свинца, если
произведение растворимости его (ПР(PbCl2)) составляет 1,6∙10−5.
45
3.27. Рассчитайте молярную растворимость гидроксида никеля,
если произведение растворимости его (ПР(Ni(OH)2) составляет 2,0∙10−6.
3.28. Вычислите молярную растворимость гидроксида марганца
(ПР(Mn(OH)2) = 4,0∙10
−14
).
3.29. Вычислите молярную растворимость карбоната бария, если
произведение растворимости его (ПР(BaCO3)) равно 5,1∙10−9.
3.30. Вычислите молярную растворимость фторида свинца, если
произведение растворимости его (ПР(PbF2)) составляет 2,7∙10−8.
Пояснения к заданиям 3.21–3.30
Константа растворимости K
S
0
(произведение растворимости ПР)
выражается через растворимость вещества. Молярная растворимость –
это содержание (моль) малорастворимого соединения в одном литре
насыщенного раствора (S, моль/л). Если растворимость соли МрАq составляет S, моль/л, то в соответствии с уравнением
(МрАq)тв ↔ pMq+ + qА
р−
равновесная концентрация катионов в растворе равна
[M] = p ∙ S,
а анионов –
[А] = q ∙ S.
По известному значению константы растворимости вещества
(находится из справочника) его концентрация в насыщенном растворе
(растворимость) рассчитывается по формуле
K
S
0
= [M]p [A]q = (p S)p (q S)
q
= p
p
qq S
(p+q)
.
Пример. Рассчитайте молярную растворимость карбоната серебра,
если K
S
0
(Ag2СО3) = 8,2∙10
−12
.
Дано:
K
S
0
(Ag2СО3) = 8,2∙10
−12
Найти:
S(Ag2CO3) = ?
Решение
В насыщенном растворе карбоната серебра устанавливается равновесие, описываемое схемой
Ag2CO3 ↔ 2Ag+ + CO
3
2−
.
S 2S S
Под уравнением обозначены равновесные концентрации соответствующих частиц, выраженные через молярную растворимость соли – S,
46
моль/л. Выразим через данную величину константу растворимости
карбоната серебра:
K
S
0
= [Ag+]2 ∙ [CO
3
2–
]=
2S
2
∙(S)= 4S3
Отсюда
S=
K
S
4
3
=
8,2∙10
–12
4
3
=1,3∙10–4 моль/л
3.1.3. Ра счет массы вещества в его насыщенном растворе
по известному зна чению константы (произведения)
раст воримости
3.31. Рассчитайте массу хлорида серебра в его насыщенном растворе объемом 2,5 л, если произведение растворимости основного вещества (ПР(AgCl)) составляет 1,8∙10
−10
.
3.32. Рассчитайте массу сульфата кальция в его насыщенном рас-
творе объемом 500 мл, если произведение растворимости основного вещества (ПР(CaSO4)) составляет 9,10∙10−8.
3.33. Рассчитайте массу сульфида железа(II) в его насыщенном рас-
творе объемом 1,20 л, если произведение растворимости основного вещества (ПР(FeS)) составляет 5,00∙10
−18
:
3.34. Рассчитайте массу карбоната магния в его насыщенном рас-
творе объемом 350 мл, если произведение растворимости основного вещества (ПР(MgCO3)) составляет 4,00∙10−5.
3.35. Рассчитайте массу сульфида марганца в его насыщенном растворе, объем которого составляет 420 мл, а произведение растворимости основного вещества (ПР(MnS)) равно 2,50∙10
−10
.
3.36. Рассчитайте массу хлорида свинца в его насыщенном растворе, объем которого составляет 2,00 л, а произведение растворимости
основного вещества (ПР(PbCl2)) равно 1,60∙10−5.
3.37. Рассчитайте массу гидроксида никеля в его насыщенном растворе объемом 750 мл, если произведение растворимости основного вещества (ПР(Ni(OH)2)) составляет 2,00∙10−6.
47
3.38. Рассчитайте массу гидроксида марганца в его насыщенном
растворе объемом 2,10 л, если произведение растворимости основного
вещества (ПР(Mn(OH)2)) равно 4,00∙10
−14
.
3.39. Рассчитайте массу карбоната бария в его насыщенном рас-
творе объемом 900 мл, если произведение растворимости основного ве-
щества (ПР(BaCO3)) составляет 5,10∙10−9.
3.40. Рассчитайте массу фторида свинца в его насыщенном растворе объемом 1,7 л, если произведение растворимости основного вещества (ПР(PbF2)) составляет 2,7∙10−8.
Пояснения к заданиям 3.31–3.40
Масса растворенного вещества m(Х), г, в его насыщенном растворе
с молярной концентрацией С(Х), моль/л, объемом V
р-ра
(Х), мл, рассчиты-
вается по формуле
m(Х) = C(Х) ∙ M(Х) ∙ V
р-ра
(Х),
при этом необходимо предварительно оценить молярную растворимость вещества (молярную концентрацию его в насыщенном растворе)
с использованием следующего уравнения:
K
S
0
= pp qq S
(p+q)
.
Пример. Рассчитайте массу карбоната серебра в его насыщенном
растворе объемом 300 мл, если K
S
0
(Ag2СО3) = 8,20∙10
−12
.
Дано:
K
S
0
(Ag2СO3) = 8,20∙10
−12
V
р-ра
(Ag2СO3) = 300 мл
Найти:
m(Ag2CO3) = ?
Решение
Молярная растворимость карбоната серебра рассчитывается
в предыдущем примере (см. пояснения к заданиям 3.21–3.30).
Масса карбоната серебра в его насыщенном растворе рассчитыва-
ется по формуле
m(Ag2CO3) = C(Ag2CO3) ∙ M(Ag2CO3) ∙ V
р-ра
(Ag2CO3) =
= S ∙ M(Ag2CO3) ∙ V
р-ра
(Ag2CO3) =
= 1,27 ∙ 10−4 моль/л ∙ 276 г/моль ∙ 0,300 л = 0,0105 г.
48
3.1.4. Ра счет массовой доли ве щества (компонента)
по рез ультатам гравиме трического анализа
3.41. Рассчитайте массовую долю бария в навеске BaCl2∙2H2O мас-
сой 2,500 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы BaSO4 составляет 1,004 г.
3.42. Рассчитайте массовую долю бария в навеске BaCl2∙2H2O мас-
сой 0,5585 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы BaSO4 составляет 0,4654 г.
3.43. Вычислите массовую долю железа в навеске FeCl3∙6H2O мас-
сой 1,675 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы Fe2O3 составляет 0,6440 г.
3.44. Вычислите массовую долю железа в навеске FeCl3∙6H2O мас-
сой 0,6956 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы Fe2O3 составляет 0,2442 г.
3.45. Вычислите массовую долю кальция в навеске CaCO3 массой
5,678 г по результатам гравиметрического анализа, если масса грави-
метрической формы CaO составляет 3,644 г.
3.46. Вычислите массовую долю кальция в навеске CaCO3 массой
0,6780 г по результатам гравиметрического анализа, если масса грави-
метрической формы CaO составляет 0,3478 г.
3.47. Вычислите массовую долю кальция в навеске CaCO3 массой
3,789 г по результатам гравиметрического анализа, если масса грави-
метрической формы CaO составляет 1,986 г.
3.48. Рассчитайте массовую долю бария в навеске BaCl2∙2H2O мас-
сой 0,6576 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы BaSO4 составляет 0,5654 г.
3.49. Рассчитайте массовую долю бария в навеске BaCl2∙2H2O мас-
сой 0,7585 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы BaSO4 составляет 0,6654 г.
3.50. Вычислите массовую долю железа в навеске FeCl3∙6H2O мас-
сой 0,7996 г по результатам гравиметрического анализа, если масса гравиметрической формы Fe2O3 составляет 0,3442 г.
49
Пояснения к заданиям 3.41–3.50
Для расчета количественного содержания определяемого компо-
нента в анализируемой пробе используется гравиметрическая (весовая)
форма – химически чистое вещество, образующееся после прокаливания осаждаемой формы, которое взвешивается, после чего проводятся
необходимые расчеты.
Массовая доля компонента в анализируемой пробе по результатам
гравиметрического анализа рассчитывается по формуле
Х
=
m
опр
(Х)
m
н
∙100 %,
где m
опр
(Х) – масса определяемого компонента, рассчитанная по массе
гравиметрической формы, г; mн – масса навески анализируемой пробы, г.
Масса компонента в гравиметрической форме определяется с уче-
том того, что составы осаждаемой и гравиметрической формы осадка
могут различаться. Схематично химические реакции, протекающие при
проведении анализа, представляются следующим образом:
t, oC
z
опр
(Х) + zR(R) → zос(Рос) → zгр(Ргр),
раствор осаждаемая гравиметрическая
форма форма
где Х – определяемый компонент (вещество); R – реагент-осадитель;
Рос и Ргр – продукты химической реакции в виде осаждаемой и гравиметрической (весовой) форм соответственно; z
опр
, zR и zос – стехиомет-
рические коэффициенты в уравнении химической реакции для определяемого компонента (вещества), реагента-осадителя и гравиметрической форм осадка соответственно.
В соответствии с приведенной схемой реакции из (z
опр
·М(X)), г, ком-
понента Х образуется (zгр·M(Ргр)), г, осадка, а из объекта, содержащего
определяемый компонент массой m
опр
, экспериментально получается
осадок массой mгр:
z
опр
· М(X) → z
гр
· M(Ргр),
m
опр
→ mгр,
откуда
m
опр
=mгр ∙
z
опр
∙М
Х
z
гр
∙МРгр
,
где М(X) и M(Ргр) – молярные массы определяемого компонента и гравиметрической формы осадка соответственно.
50
Отношение молярных масс, умноженных на соответствующие сте-
хиометрические коэффициенты, называется фактором пересчета F:
F =
z
опр
∙ М(Х)
zгр ∙ M(Pгр)
.
С использованием данного коэффициента масса определяемого
компонента вычисляется в соответствии с формулой
m
опр
= m
гр
· F.
Пример. По результатам гравиметрического анализа рассчитайте
массовую долю железа в навеске FeCl3·6H2O массой 0,9976 г, если
масса гравиметрической формы Fe2O3 составляет 0,5433 г.
Дано:
m
нав
(FeCl3·6H2O) = 0,9976 г
mгр(Fe2О3) = 0,5433 г
Найти:
(Fe) = ?
Решение
Массовая доля железа в анализируемой пробе по результатам гра-
виметрического анализа рассчитывается по формуле
Fe
=
m
опр
(Fe)
m
нав
(FeCl
3
∙6H
2
O)
∙100 %,
где m
опр
(Fe) – масса железа в гравиметрической форме Fe2O3, г;
m
нав
(FeCl3∙6H2O) – масса анализируемой пробы, г.
Стехиометрическое соотношение определяемой и гравиметриче-
ской форм отображается схемой
2Fe → Fe2O3.
Фактор пересчета рассчитывается по формуле
F =
z
опр
∙ М(Fe)
zгр ∙ M(Fe2O3)
=
2 ∙ 56,00 г/моль
1 ∙160,0 г/моль
=
112,0 г/моль
160,0 г/моль
= 0,7000.
Масса железа составляет
m
опр
(Fe) = mгр(Fe2O3) · F = 0,5433 г ∙ 0,7000 = 0,3803 г.
Массовая доля железа в анализируемой пробе по результатам гра-
виметрического анализа равна
Fe
=
m
опр
(Fe)
m
нав
(FeCl3∙6H2O)
∙100 % =
0,3803 г
0,9976 г
∙100 %=38,12 %.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]