Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химические методы количественного анализа. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Л.М. Рагузина, Т.Г.Мишукова
ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА
Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для
студентов, обучающихся по программам высшего образования по нехимическим
направлениям подготовки
Оренбург
2015
2
УДК 543.24(075.8)
ISBN 978-5-7410-1250-5
© Рагузина Л.М.,
Мишукова Т.Г., 2015
© ОГУ, 2015
ББК 24.4 я 73
Р 14
Рецензент - кандидат технических наук, доцент А.И.Байтелова
Рагузина, Л.М.
Р 14 Химические методы количественного анализа: учебное пособие / Л.М.
Рагузина, Т.Г. Мишукова; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ,
2015. – 124 с.
ISBN 978-5-7410-1250-5
В учебном пособии приводится теоретический материал,
рассматриваются основы и правила выполнения лабораторного
эксперимента в волюмометрическом анализе. Порядок изложения
материала соответствует логике развития.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
программам ФГОС ВПО, по нехимическим направлениям подготовки –
бакалавриат.
УДК 543.24(075.8)
ББК 24.4 я 73
3
Содержание
Введение…………………………………………………………………………
6 1 Характеристика объемного анализа……………………………….......
7
1.1
Вычисления в количественном анализе……………………………….
10
2
Титриметрический анализ……………………………………………...
11
2.1
Сущность титриметрического анализа………………………………..
11
2.2
Приемы титрования…………………………………………………….
14
2.3
Закон эквивалентов……………………………………………………..
15
2.4
Способы выражения концентрации растворов в титриметрическом
анализе…………………………………………………………………..
19
2.5
Способы приготовления титрованных (стандартных) растворов…...
24
2.5.1
Приготовление титрованного раствора по точной навеске………….
25
2.5.2
Определение точной концентрации рабочего раствора путем
титрования установочного вещества………………………………….
26
2.6
Классификация методов титриметрического анализа……………….
28
2.7
Методы титрования ……………………………………………………
28
2.8
Расчеты в титриметрическом анализе…………………………………
30
2.8.1
Вычисление содержания определяемого вещества или его
концентрации по молярной концентрации эквивалента рабочего
раствора………………………………………………………………….
30
2.8.2
Вычисление содержания определяемого вещества через титр
рабочего раствора по определяемому веществу……………………..
32
2.8.3
Расчет содержания вещества, определяемого методом обратного
титрования……………………………………………………………….
33
2.9
Аппаратурное оформление титриметрического анализа. Мерная
посуда…………………………………………………………………….
35
3
Метод кислотно – основного титрования……………………………..
38
3.1
Сильные и слабые электролиты………………………………………..
38
4
3.2
Ионизация воды. Водородный и гидроксильный показатели………..
41
3.3
Вычисление водных растворов электролитов…………………….
43
3.3.1
Вычисление растворов сильных кислот и оснований…………….
43
3.3.2
Вычисление растворов слабых кислот и оснований……………...
44
3.3.3
Буферные растворы. Расчет буферных смесей……………………
45
3.3.4
Гидролиз солей………………………………………………………….
48
3.3.5
Расчет гидролизующихся солей……………………………………
50
3.4
Общая характеристика метода кислотно – основного титрования….
52
3.5
Кривые кислотно – основного титрования……………………………
53
3.5.1
Титрование сильной кислоты сильным основанием (или наоборот)..
53
3.5.2
Титрование слабой кислоты сильным основанием…………………...
58
3.5.3
Титрование слабого основания сильной кислотой…………………...
63
3.5.4
Титрование многоосновных кислот и их солей………………………
64
3.5.5
Кислотно – основные индикаторы…………………………………….
68
3.6
Лабораторная работа № 1. Определение содержания в растворе
75
3.6.1
Приготовление рабочего титрованного раствора ……………..
75
3.6.2
Титрование исследуемого раствора раствором ………….
78
3.7
Лабораторная работа № 2. Определение и при
совместном присутствии………………………………………………..
79
3.7.1
Приготовление рабочего титрованного раствора …………...…...
80
3.7.2
Титрование исследуемого раствора……………………………………
83
3.8
Лабораторная работа № 3. Определение аммиака в солях аммония..
85 4 Методы осаждения……………………………………………………
86
4.1
Сущность методов осаждения………………………………………….
86
4.2
Метод Гей – Люссака…………………………………………………..
87
4.3
Метод Мора……………………………………………………………..
88
4.4
Метод Фольгарда……………………………………………………….
89
4.5
Определение серебра с помощью адсорбционных индикаторов…….
91
5
4.6
Лабораторная работа № 4. Определение содержания хлорид – иона в
питьевой воде по методу Мора……………………………………..…...
92
4.6.1
Установление концентрации рабочего титрованного раствора
……………………………………………………………………
92
4.6.2
Определение содержания хлорид – иона в питьевой воде…………...
94
5
Тесты для контроля……………………………………………………..
95
Список использованных источников……………………….………………….
118
Приложение А (обязательное) Правила работы в лаборатории
химии…………………………………………………….………………………
119
Приложение Б (обязательное) Правила взвешивания на аналитических
весах……...............................................................................................................
120
Приложение В (справочное) Таблица В. 1- Интервалы перехода
важнейших кислотно – основных интервалов………………………...……...
122
Приложение Г(справочное) Таблица Г. 1 – Приготовление универсальной
буферной смеси …………………………………………………………………
123
Приложение Д (справочное) Таблица Д. 1 – Приготовление важнейших
буферных смесей……………………………………………….……………….
124
6
Введение
Учебное пособие по химическому количественному анализу направлено на
систематическое повышение теоретических знаний и освоение практических
методов количественного определения составных частей многокомпонентных
систем. Учитывая несомненную эффективность закрепления навыков и знаний при
переходе от простого к сложному, в теоретическом и экспериментальном разделах
рассматриваются наиболее простые для понимания объемные количественные
методы нейтрализации и методы осаждения. Для контроля усвоения материала и
оценки знаний предусмотрены задания – тесты в каждой части.
7
1 Характеристика объёмного анализа
Количественный анализ сложных веществ и смесей проводится с целью
установления массы, концентрации или количества вещества в анализируемом
материале.
Методы анализа многочисленны и разнообразны. Химический анализ в
зависимости от способа применения химической реакции разделяется на
титриметрический и гравиметрический методы.
Титриметрический анализ – метод количественного определения,
основанный на измерении объема раствора реактива точно известной
концентрации, пошедшего на реакцию с данным количеством определяемого
вещества. В основе титриметрического анализа лежит закон эквивалентов.
Гравиметрический анализ – метод количественного определения,
основанный на точном измерении массы определяемого компонента, выделенного
либо в химически чистом состоянии, либо в виде соединения точно известного
состава.
Методы титриметрического и гравиметрического анализа находят широкое
применение во многих областях науки и производства, технохимическом контроле
пищевых продуктов, лекарственных препаратов, объектов окружающей среды и
др.
В зависимости от количества вещества, используемого при аналитических
определениях различают: макро-, микро- и ультрамикрометоды анализа.
При макроанализе исследуют сравнительно большие навески вещества (0,5-
1,0 г) или объемы раствора (20-50 см
3
). При микроанализе обычно берут на
исследования в 100 раз меньше вещества – несколько мг или десятые доли мл
раствора. Полумикроанализ занимает промежуточное положение между макро- и
8
микроанализом – приблизительно 50 мг твердого вещества или 1см3 раствора. При
ультрамикроанализе исследованию подвергают навеску вещества менее 1 мг.
Методики и измерительные средства (приборы) оцениваются
метрологическими характеристиками. Метрология – это наука об измерениях,
методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой
точности.
К метрологическим характеристикам измерений относят: погрешность
измерений, их точность, правильность, сходимость и воспроизводимость, диапазон
измерений, специфичность и селективность метода измерений. Именно
метрологическими характеристиками следует руководствоваться при выборе
метода измерения для решения той или иной аналитической задачи.
Любой количественный анализ завершается обработкой полученных
результатов. Как правило, проводится несколько параллельных определений,
рассчитывается их среднее арифметическое значение, которое и принимается за
окончательный результат.
Под правильностью понимают близость результатов
арифметического
нескольких результатов к истинному значению
или среднего
Правильность обычно выражают ошибкой: или . Воспроизводимость
определяется согласованием нескольких результатов между собой и обычно
выражается отклонением экспериментальных данных от их
среднеарифметического значения. Воспроизводимость характеризует возможность
повторного получения аналогичных результатов.
Ошибки анализа классифицируют как систематические (определенные) и
.
случайные (неопределенные).
Систематические ошибки – это погрешности, постоянные по величине или
изменяющиеся по известному закону. Например, систематическую ошибку дает
использование недостаточно чистых реактивов или неправильно откалиброванной
9
измерительной посуды, а также титрование неправильно установленными
стандартными растворами, или с неправильно выбранными индикаторами. Сюда
же относятся ошибки инструментальные вследствие ограниченной точности
измерительных приборов. Систематические ошибки трудно заметить, так как они
постоянны и не проявляют себя при повторном определении. Чтобы избежать
ошибок такого рода надо устранить их источник, либо ввести соответствующую
поправку в результат измерения. Выявление систематических ошибок требует
специальных исследований.
Случайные ошибки – это ошибки, неопределенные по величине и знаку, в
появлении которых не наблюдается какой-либо закономерности. Случайные
ошибки характеризуют воспроизводимость полученных результатов. Они
обусловлены причинами случайного характера: колебания температуры и
влажности воздуха, давления и др. В аналитической химии причиной случайных
ошибок может быть недостаточно точное проведение титрования, осаждения,
неточность отсчета, случайные потери вещества и т.д. Случайные ошибки легко
выявляются в процессе проведения параллельных определений. Основным
признаком случайных ошибок является то, что в каждом отдельном определении
получаются различные результаты. Однако эти ошибки трудно оценить, т.к. они
случайно изменяются по величине и знаку. Влияние случайных ошибок на
результат анализа можно учесть путем обработки полученных экспериментальных
данных в серии параллельных определений с помощью методов математической
статистики.
Абсолютная или относительная ошибки. Правильность результата
выражают абсолютной и относительной ошибкой. Абсолютная ошибка результата
равна (разность между полученным результатом и истинным значением
определяемой величины) и выражается в тех же единицах, что и определяемая
величина (граммах, миллилитрах, процентах). Так, если взвешивание пробы,
истинная масса которой равна 0,1000 г (), показывает, что ее масса равна 0,1001 г
(
), то абсолютная ошибка взвешивания составляет 0,0001 г.
10
Относительная ошибка измерения (
(1)
) равна отношению абсолютной
ошибки
к истинному значению определяемой величины ( ).
Относительная ошибка не имеет размерности. Обычно относительную ошибку
выражают в процентах. Так, относительная ошибка равна:
1.1 Вычисления в количественном анализе
Точные вычисления. Для получения окончательного результата анализа
необходимо проводить различные вычисления с использованием данных
взвешивания или измерения объемов, полученных в ходе выполнения анализа.
Вычисление результата анализа должно производиться с определенной
точностью, а именно: результат должен содержать столько значащих цифр, чтобы
только последняя из них была недостоверна. Значащими цифрами называются все
цифры числа, кроме нулей, стоящих в начале числа.
Например, 0,0035 (две значащие цифры);
0,9030 (четыре значащие цифры).
От значащих цифр следует отличать десятичные знаки. Например, 0,0035
(четыре десятичных знака и две значащие цифры).
При вычислении следует помнить, что точность результата определяется
точностью измерительных приборов и метода, тщательностью проведенных
измерений и не может быть повышена в дальнейшем путем каких-либо
арифметических действий над результатами наблюдений. Точность результата
вычислений не может быть большей, чем у наименее точного из чисел, входящих
в вычисление. Например, при сложении или вычитании наименее точным является
то число, где меньше десятичных знаков: 3,5 + 4,7185. Нет смысла учитывать все
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]