Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Количественный анализ. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Е.В. Сальникова, Е.А.Осипова
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
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 специальности
04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия и по направлению подготовки
04.03.01 Химия
Оренбург
2015
УДК 24.4я7
ББК 543.061(075.8)
С 16
Рецензент – доцент, кандидат технических наук Т.Ф. Тарасова
Сальникова Е.В.
С16 Количественный анализ: учебное пособие / Е.В. Сальникова, Е.А. Осипова;
Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2015. - 159 с.
ISBN 978-5-7410-1291-8
В пособии даны теоретические основы и экспериментальные методы
количественного химического анализа, показаны основные способы расчетов,
применяемые при решении практических задач и выполнении лабораторных
работ. Для проверки усвоения изучаемого материала в пособие включен раздел
«Тестовые задания для контроля».
Последовательность изложения и объем пособия соответствуют требованиям
программы подготовки студентов по специальности 04.05.01 Фундаментальная
и прикладная химия и направлению подготовки 04.03.01 Химия.
УДК 543.061(075.8)
ББК 24.4я7
ISBN 978-5-7410-1291-8 © Сальникова Е.В.,
Осипова Е.А., 2015
© ОГУ, 2015
2
Содержание
1 Теоретические аспекты титриметрического метода анализа ..................................... 5
1.1 Методы титриметрического анализа .......................................................................... 6
1.2 Основные термины, определения и обозначения ...................................................... 8
1.3 Посуда титриметрического анализа .......................................................................... 18
1.4 Примеры вычисления при приготовлении и разбавлении растворов ................... 23
2 Метод кислотно-основного титрования ....................................................................... 27
2.1 Примеры расчетов в кислотно-основном титровании............................................. 36
2.2 Лабораторная работа № 1. Кислотно-основное титрование. Метод
нейтрализации .................................................................................................................... 40
2.3 Лабораторная работа № 2. Определение концентрации и титра рабочего
раствора соляной кислоты по буре .................................................................................. 46
2.4 Лабораторная работа № 3. Определение гидроксида и карбоната натрия при
совместном присутствии методом фиксирования двух точек эквивалентности ........ 48
3 Окислительно-восстановительное титрование. Оксидиметрия ................................ 51
3.1 Перманганатометрия ................................................................................................... 51
3.2 Йодометрия .................................................................................................................. 53
3.3 Дихроматометрия ........................................................................................................ 57
3.4 Примеры расчётов в окислительно-восстановительном титровании .................... 59
3.5 Лабораторная работа № 4. Перманганатометрия. Приготовление рабочего
титрованного раствора перманганата калия ................................................................... 65
3.6 Лабораторная работа № 5. Перманганатометрия. Определение содержания
железа в соли Мора ........................................................................................................... 67
3.7 Лабораторная работа № 6. Оксидиметрия. Йодометрия ......................................... 69
4 Метод осаждения. Осадительное титрование ............................................................ 73
4.1 Сущность метода ......................................................................................................... 73
4.2 Примеры расчётов в осадительном титровании ...................................................... 80
4.3 Лабораторная работа № 7. Аргентометрия. Приготовление титрованного
раствора нитрата серебра. Количественное определение содержания хлоридов в
растворе .............................................................................................................................. 83
5 Комплексонометрическое титрование ......................................................................... 87
5.1 Сущность метода ......................................................................................................... 87
5.2 Применение методa трилонометрии для определения общей жесткости воды ... 88
5.3 Примеры решения задач в комплексонометрии ...................................................... 91
5.4 Лабораторная работа № 8. Определение общей жёсткости воды методом
комплексонометрии .......................................................................................................... 95
5.5 Лабораторная работа № 9. Определение железа с трилоном Б ............................. 98
6 Гравиметрический метод анализа................................................................................. 99
6.1 Сущность метода ......................................................................................................... 99
6.2 Примеры решения задач в гравиметрическом методе анализа ............................ 105
6.3 Лабораторная работа № 10. Гравиметрическое определение массовой доли бария
в хлориде бария методом осаждения .......................................................................... 108
6.4 Лабораторная работа № 11. Определение железа (III) ......................................... 113
7 Математическая обработка экспериментальных данных .................................... 115
8 Тестовые задания для контроля .................................................................................. 130
Список использованных источников ............................................................................ 151
Приложение А Правила взвешивания и обращения с весами .................................... 155
Приложение Б Требования к рабочему журналу ......................................................... 159
4
1 Теоретические аспекты титриметрического метода анализа
Метод анализа вещества – краткое определение принципов, положенных в
основу анализа веществ.
Титриметрический анализ – это метод количественного химического анализа,
который основан на точном измерении объемов рaстворов реагирующих между
собой нацело веществ.
Сущность титриметрического анализа заключается в следующем: к раствору,
приготовленному из навески анализируемого вещества, или к определённому
объему анализируемого раствора постепенно приливают раствор реагента точно
известной концентрации до тех пор, пока взаимодействующие вещества не
прореагируют полностью. Момент окончания реакции называется точкой
эквивалентности.
Процесс прибавления раствора с известной концентрацией к раствору
вещества неизвестной концентрации (или наоборот) называют титрованием. Это
есть основная операция титриметрического анализа.
В основе титриметрических методов анализа лежат реакции кислотноосновные, окислительно-восстановительные, осаждения и комплексообразования, в
основе гравиметрических – реакции осаждения.
Стандартный раствор – раствор с точно известной концентрацией химически
активного вещества. Стандартные растворы бывают первичные и вторичные. Для
приготовления первичных стандартных растворов используют вещества высокой
степени чистоты, устойчивые при хранении. Раствор, концентрацию которого
находят путём стандартизации, т.е. титрованием с использованием первичного
стандартного вещества, называют вторичным стандартным раствором.
Стандартные растворы называют титрантами. Их используют для определения
содержания веществ путём титрования. Название метода происходит от названия
применяемого титранта (ацидиметрия, перманганатометрия, трилонометрия и др.).
5
Методика анализа – подробное описание всех условий и операций при
проведении анализа, которые обеспечивают правильность и воспроизводимость
анализа.
Аналитический сигнал – среднее значение результатов измерения физической
величины в заключительной стадии анализа, функционально связанное с
содержанием определяемых компонентов. Например, объем титранта в
титриметрическом, масса осадка в гравиметрическом, оптическая плотность в
фотометрическом анализе.
Проба – часть анализируемого материала, представительно отражающая его
химический состав. В отдельных случаях в качестве пробы используют весь
анализируемый материал.
Аликвотнaя доля (аликвотa) – это точно известная часть анализируемого
раствора, взятая для анализа. Часто она отбирается калиброванной пипеткой, и ее
объем обычно обозначается Vп.
Аналитическая навеска (m) – определённая часть пробы, используемая при
выполнении единичного определения. В отдельных случаях в качестве навески
используют всю пробу.
1.1 Методы титриметрического анализа
К титриметрическим методам анализа относятся:
1) кислотно-основное титрование (метод нейтрализации). В основу этих
методов положены следующие реакции:
Н
+
+ ОН
-
= Н2О
Н3О+ + ОН- = 2Н2О
6
При использовании методов кислотно-основного титрования точка
эквивалентности определяется при помощи индикаторов, которые меняют свою
окраску в зависимости от реакции среды (величины рН). Этими методами
определяют концентрации кислот, щелочей и солей, гидролизующихся в водных
растворах;
2) окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия) основано
на окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают между рабочим
раствором и определяемым веществом;
3) осадительное титрование основано на реакциях обмена, при которых
определяемый элемент (ион) переходит в осадок. Точку эквивалентности
устанавливают различными способами;
4) комплексонометрическое титровaние – титрование веществa рaствором
такого соединения, которое образует с титруемым веществом
слабодиссоциирующий растворимый комплекс. В качестве титранта используется
рaствор комплексонов.
Реакции титриметрических определений должны удовлетворять следующим
требованиям:
1) момент окончания реакции (точка эквивалентности) должен определяться
чётко;
2) реакции должны быть практически необратимыми;
3) скорость аналитической реакции должна быть достаточно велика, чтобы
имелась возможность определять точку эквивалентности.
Если реакция, лежащая в основе определения, удовлетворяет всем
требованиям к реакциям в титриметрическом анализе, применяют прямое
титрование. Если реакция не удовлетворяет требованиям (например, при
титровании протекают побочные реакции, реакция протекает не до конца или с
низкой скоростью или нет возможности фиксировать точку эквивалентности),
применяют обратное титрование или титрование заместителя.
7
1.2 Основные термины, определения и обозначения
)(rM
Все расчеты в количественном анализе основывают на законе эквивалентов:
“Вещества вступают в химические реакции друг с другом строго определенными
массами их эквивалентов”.
Например, для реакции:
А + В → С + Д
закон эквивалентов записывается следующим образом:
m (A) /m (B) = M (1/z A)/ M (1/z B)
Упрощенно закон эквивалентов можно сформулировать: “Количества
эквивалентов прореагировавших веществ равны между собой”, что для той же
реакции
А + В → С + Д
можно записать:
ν (1/zA) = ν (1/zB)
Относительная молекулярная масса вещества
– это число,
показывающее, во сколько раз масса молекул вещества больше 1/12 массы атома
изотопа углерода 12С (величина безразмерная). Относительная молекулярная масса
вещества вычисляется по химической формуле вещества.
Пример -
8
)(
12
1
)(
12
0
420
Cm
SOHm
Mr
98)(4)()(2)(
42
OASAHASOHM
rrrr
%8989,0
18
16
)OH(M
)O(A
)O(w
2r
r
)(An
;моль5)Mg(
2
;моль1,0)KMnO
5
1
(
4
;моль10)H(
6
.моль1)e(
)(AM
)(Am
)(A
)(/)()( AAmAM
(1)
По химической формуле вещества можно вычислить массовые доли элементов
в веществе.
Массовая доля – (обозначается w и читается дубль-ве) показывает, какую
часть от относительной молекулярной массы вещества составляет относительная
масса элемента, умноженная на индекс при знаке элемента в формуле. Массовую
долю выражают простой или десятичной дробью, а чаще всего в процентах.
Пример -
Массовая доля элемента кислорода в воде равна 0,89 или 89 %.
Количество вещества – физическая величина, определяемая числом реальных
(атомов, молекул, ионов, электронов, протонов, радикалов и т.д.) или условных
(эквивалентов) частиц, присутствующих в данной системе. Обозначается символом
или ν(А), где А – химическая формула элементарного объекта. Основная
единица измерения количества вещества – моль.
Моль – это количество вещества, содержащее столько же структурных частиц
данного вещества, сколько атомов в 12 г углерода.
Пример –
Молярная масса
– это отношение массы
вещества к его
количеству
:
, (2)
9
)()()( AAMAm
)(
)(
)(
AM
Am
A
)(AN
)(N
)(n
123
106 моль
n
N
N
A
то есть это масса единицы количества вещества. Выражается в кг/моль, г/моль.
Численное значение молярной массы совпадает с численным значением
относительной молекулярной массы вещества или значением относительной
атомной массы элемента:
, (3)
. (4)
Один моль любого вещества содержит 6,0221367.1023 элементарных объектов.
Это число Авогадро
. Физический смысл этого числа: в любой системе
количеством вещества 1 моль всегда будет содержаться столько же частиц, сколько
атомов в 12 г углерода, то есть 6∙1023 частиц.
Число Авогадро следует отличать от постоянной Авогадро. Физический смысл
постоянной Авогадро в том, что это есть отношение числа частиц в системе
количеству вещества
:
к
, (5)
т.е. числовое значение постоянной Авогадро называют числом Авогадро.
Эквивалент – такая реальная или условная формульная единица (часть атома,
молекулы, иона), которая равноценна (эквивалентна) по химическому действию
одному протону (катиону водорода) в кислотно-основных реакциях или одному
электрону в окислительно-восстановительных реакциях. При использовании
термина «эквивалент» всегда необходимо указывать, к какой конкретной реакции он
относится.
Масса моля эквивалентов называется “молярной массой эквивалента”.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]