Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия. Учебное пособие-1
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2016
УДК 543(075.8)
А 64
Авторский коллектив:
канд. хим. наук Т.П. Александрова
канд. хим. наук А.И. Апарнев
ст. преподаватель А.А. Казакова
канд. хим. наук О.В. Карунина
Рецензенты: канд. техн. наук Л.В. Шевницына
д-р хим. наук Н.Ф. Уваров
Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии
для студентов, обучающихся по техническим направлениям
А 64 Аналитическая химия: учеб. пособие / Т.П. Александрова,
А.И. Апарнев, А.А. Казакова, О.В. Карунина. – Новосибирск:
Изд-во НГТУ, 2016. – 76 с.
ISBN 978-5-7782-2951-8
Пособие является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Аналитическая химия» и включает в себя рекомендации по
выполнению расчетно-графической и контрольной работ. Содержит
краткие теоретические сведения, примеры решения и задания для самостоятельной работы. Пособие составлено в соответствии с ФГОС ВО
и рабочей программой по дисциплине «Аналитическая химия». Кроме
того
, имеется приложение, содержащее справочно-информационный
материал.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям
18.03.01 Химическая технология и 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.
УДК 543(075.8)
ISBN 978-5-7782-2951-8
© Коллектив авторов, 2016
© Новосибирский государственный
технический университет, 2016
2
ВВЕДЕНИЕ
Аналитическая химия – наука о методах и средствах определения
химического состава вещества и их смесей (от греч. аnalysis – разделение на части), а согласно определению Международного Союза по чистой и прикладной химии (IUPAC), аналитическая химия – это наука,
развивающая общую методологию, методы и средства получения информации о химическом составе вещества
бы анализа различных объектов (в пространстве и времени).
Аналитическая химия рассматривается как самостоятельная междисциплинарная наука, имеющая огромное практическое значение в
области химической технологии, поскольку без аналитических методов исследования структуры и свойств веществ и материалов и получения надежных аналитических данных невозможна ни разработка
современных технологических процессов
рования, ни контроль за состоянием окружающей среды после их реализации.
Основные разделы дисциплины:
качественный анализ – обнаружение, идентификация и определение составных частей анализируемого объекта;
количественный анализ – измерение количества (массы или концентрации) составных частей исследуемого объекта или их количественных соотношений;
структурный анализ
ния и взаимного расположения отдельных составных частей в анализируемом объекте.
Основной целью дисциплины является формирование базовых знаний о способах и приемах химического анализа, методах определения
состава и строения вещества, а также умений и навыков химикатехнолога.
– определение последовательности соедине-
и разрабатывающая спосо-
, ни анализ их функциони-
3
Настоящая работа включает в себя краткие теоретические материалы, необходимые для самостоятельного выполнения расчетно-графической и контрольной работ, а также примеры их решения и многовариантные контрольные задания. Номер варианта устанавливается по
номеру в списке журнала группы.
Требования к оформлению расчетно-графической
и контрольной работ
Расчетно-графическая и контрольная работы
стах формата А4. Записывается номер и условие заданий. Решение задач должно включать уравнения реакций, расчетные формулы, числовые значения, размерность полученных параметров, мотивировку решения.
– Расчетная часть РГР должна содержать формулы и численные
расчеты для каждой из расчетных точек кривой титрования: до начала
титрования, этап до
а также расчет индикаторных погрешностей для выбранных индикаторов.
– Графическая часть включает в себя график теоретической кривой
титрования, который должен быть выполнен на миллиметровой бумаге. На графике должны быть указаны все расчетные точки: точка эквивалентности (ТЭ), точки начала и
изменения окраски двух выбранных индикаторов и рТ двух выбранных
индикаторов. Функция, параметр и их размерности должны быть указаны на осях. Возможен вариант компьютерного оформления.
Справочные данные приведены в приложениях.
точки эквивалентности (ТЭ), в ТЭ и этап после ТЭ,
конца скачка титрования, интервалы
выполняется на ли-
4
1. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
Задача количественного аналитического анализа – определение содержания отдельных компонентов в определяемом веществе. Различают химические и инструментальные методы анализа. В химических
методах проводят химическую реакцию и измеряют либо массу полученного продукта – гравиметрия, либо объем реагента, израсходованный на взаимодействие с веществом, – титриметрия.
Титриметрические методы анализа основаны на точном измерении
объемов двух реагирующих веществ. Основной прием титриметрического анализа – титрование. Титрование – процесс определения вещества (ОВ) путем постепенного прибавления небольших объемов вещества (РВ) до полного их взаимодействия – точки эквивалентности.
Точка эквивалентности (ТЭ) – момент титрования, когда достигнуто
эквивалентное соотношение реагирующих веществ.
Способы фиксирования точки эквивалентности:
1) визуальный: индикаторный способ – по изменению
дикаторов; безындикаторный – титрант играет роль индикатора;
2) инструментальный – например, резкое изменение рН или потен-
циала при достижении ТЭ.
В титриметрическом анализе используют титрованные растворы –
стандартные и стандартизированные.
Стандартный раствор – раствор, имеющий известную концентрацию вещества. Стандартные растворы готовят по точной навеске вещества, отвечающего требованиям стандарта:
1) состав вещества
2) вещество должно быть химически чистым;
3) вещество должно быть устойчивым при хранении как в твердом
виде, так и в растворе.
строго соответствует его химической формуле;
окраски ин-
5
Стандартизированный раствор – это раствор, концентрация которого устанавливается путем титрования стандартным раствором. Их
готовят из веществ, не отвечающих требованиям стандарта.
Все расчеты в титриметрическом анализе основываются на законе
эквивалентов.
По способу титрования различают:
1) метод прямого титрования – определенный объем (аликвота)
раствора определяемого вещества (ОВ) непосредственно титруется
рабочим раствором (РВ) или наоборот.
(ОВ) = nэк(РВ);
n
эк
В точке эквивалентности:
2) метод обратного титрования (титрование по остатку) – к раствору ОВ прибавляют избыток первого рабочего вещества (РВ
его вступает во взаимодействие с ОВ. Остаток РВ
вторым рабочим раствором (РВ
(ОВ) = nэк(РВ1) – nэк(РВ2).
n
эк
). В точке эквивалентности
2
оттитровывают
1
), часть
1
Метод обратного титрования применяют, когда ОВ не реагирует со
стандартным раствором или затруднено определение ТЭ;
3) метод замещения (титрование заместителя) – к раствору ОВ
добавляют в избытке реагент, взаимодействующий с определяемым
веществом. В результате реакции выделяется в эквивалентном количестве вещество – заместитель (ЗАМ) определяемого вещества. Заместитель оттитровывают рабочим веществом. В точке
эквивалент-
ности:
(ОВ) = nэк(ЗАМ) = nэк(РВ).
n
эк
Расчеты аналогичны методу прямого титрования, количество заместителя не учитывается. Титрование по методу замещения применяют
в случае, когда ОВ реагирует в нестехиометрических отношениях или
непосредственно не реагирует с РВ.
6
Метод кислотно-основного титрования
Кислотно-основное титрование – титриметрическое определение
содержания кислот, щелочей, гидролизующихся солей в водном растворе, основанное на реакции нейтрализации
O+ + OH– = 2 H2O
H
3
и фиксировании точки эквивалентности при помощи рН-индикаторов.
рН-индикатор – это кислотно-основной индикатор, который сам
является кислотой или основанием и при титровании изменяет свою
окраску в ТЭ или вблизи нее.
В качестве титранта используют растворы сильных кислот (HCl,
H
2SO4)
веществ являются стандартизированными. Для стандартизации кислот используют безводный карбонат натрия Na
Na
Н
2С2О4
концентрации ионов водорода и соответственно рН раствора. Графическое изображение зависимости рН от объёма добавляемого титранта
(или от степени нейтрализации анализируемого раствора) называется
кривой титрования. Для построения кривой титрования рассчитываем
значения рН на следующих этапах титрования:
или сильных оснований (NaOH, KOH). Растворы данных
или буру
2CO3
10H2О, для щелочей – дигидрат щавелевой кислоты
2B4O7
2Н2О или оксалат натрия Na2С2О4.
Построение кривой кислотно-основного титрования
В процессе кислотно-основного титрования происходит изменение
1) до начала титрования;
2) до точки эквивалентности (
3) скачок титрования до ТЭ (недотитровано 0,1 % РВ);
4) в точке эквивалентности (ТЭ);
5) скачок титрования после ТЭ (избыток 0,1 % РВ);
6) после точки эквивалентности (избыток 1, 25, 50 % РВ).
оттитровано 25, 50, 99 % ОВ);
7
Таблица 1
∙ 100
)
РВ
(
+
)
ОВ
(
)
р
(
10
=±
)
ОВ
(
)
ОВ
(
эк
с
∙ 100
рКрТ
рКрТ
10
1+10
∙ 100
рКрТ
рКр
10
1+10
∆НАn=
∆КtОН =
∙ 100
)
РВ
)
(
ОВ
(
+
)
)
ОВ
(
ОВ
(
эк
с
рТ
10
=±
Расчетная формула погрешности, %
∆Н
∆ОН
вследствие недо-
вследствие недотит-
Классификация индикаторных ошибок
+
Причина
–
погрешности
Избыток молекул слабой кислоты НАn
при её недотитровании
KtOH при его недотитровании
Избыток молекул слабого основания
Кислотная
Основная
Обозначения: V(ОВ) и V(РВ) – объемы определяемого и рабочего вещества соответственно;
(ОВ) – молярная концентрация эквивалентов определяемого вещества; рК – показатель константы дис-
эк
с
социации слабого электролита; рТ – показатель титрования индикатора.
бого) сильной кислотой
сильной) сильным основанием
титрования сильного основания или
перетитрования кислоты (слабой или
рования основания (сильного или сла-
рования сильной кислоты или перетит-
Избыток ионов Н
Тип
погрешности
Водородная
Избыток ионов ОН
ная
Гидроксид-
8
Правило выбора индикатора:
интервал изменения окраски индикатора должен находиться в
пределах скачка титрования или частично перекрываться с ним;
рТ индикатора должен быть как можно ближе к точке эквива-
лентности и находиться в пределах скачка титрования.
Расчет индикаторных погрешностей
Индикаторная погрешность обусловлена несовпадением рН в конечной точке титрования и точке эквивалентности. Индикаторные
ошибки подразделяются на водородную, гидроксидную, кислотную и
основную (табл. 1).
1.2. Примеры решения задач
Пример 1. Рассчитайте и постройте кривую титрования 10 мл 0,1 н.
раствора HCl. Титрант: 0,1 н. раствор NaOH.
Расчет приведен в табл. 2.
Выбор индикатора
Выбираем два индикатора: бромтимоловый синий (рТ = 7,3) и
бромкрезоловый пурпурный (рТ = 6,0).
Расчет индикаторных погрешностей
Рассчитаем индикаторные погрешности для выбранных индикаторов:
бромтимоловый синий (рТ = 7,3 > рН
(рТ)
10
∆ОН=
(,)
=
(HCl)+(NaOH
(
HCl)(HCl
с
эк
,∙
∙ 100 = 10
9
):
ТЭ
)
–4
∙ 100 =
%.
)
Таблица 2
(NaOH)(NaOH)(HCl)(HCl)
VV
1,5
3,3
н. 10025,5
н. 033,0
4
4,3
н. 10002,5
5
7
н. 10 10 H
7
Расчет кривой титрования 10 мл 0,1 н. раствора HCl 0,1 н. раствором NaOH
(NaOH)(HCl)
экэк
cc
(HCl) = 0,1 н. 1
эк
] = c
Расчетная формула рН
+
Состав раствора
для титрования, мл
cмеси в колбе
Общий объем
титранта, мл
добавленного
Объем
кислоты, %
Оттитровано
50,1100,1
VV
H
510
9,900,1100,1
H
H
+
HCl
NaCl
15
5
50
+
HCl
99,0 9,90 19,90
9,990,1100,1
9,9010
NaCl
H
+
HCl
99,9 9,99 19,99
14
9,9910
W
K
NaCl
Этап титрования
1 0 0 10 HCl [H
2
3 100 10 20 NaCl
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]