Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум
.pdf
тона израсходовать 5,0 мл 0,1 М бензолметанольного раствора гидроксида тетраэтиламмония?
6. Навеску мрамора массой 0,2834 г растворили в 30 мл 0,3933 М раствора HCl. На титрование избытка кислоты пошло 14,1 мл 0,44 М раствора NaOH.
Найдите массовую долю (%) примесей в образце.
7. Навеску соли аммония массой 0,072 г обработали избытком концентрированного раствора NaOH. Выделившийся аммиак поглотили 25 мл 0,204 М
раствора HCl и избыток кислоты оттитровали 12,7 мл 0,103 М раствора NaOH.
Найдите массовую долю (%) NH3 в образце.
8. Рассчитайте содержание NaCl в рассоле, если на титрование 30 мл рассола потребовалось 15,6 мл, 0,1 М раствора AgNO3.
9. Навеску серосодержащего органического вещества массой 0,1512 г со-
жгли в токе О
. Выделившийся SO2 поглотили раствором H2O2, израсходовав
2
21,25 мл 0,1 М раствора NaOH. Рассчитайте массовую долю (%) серы в исходном растворе.
7. Примеры решения задач
1.Навеску железной руды массой 0,2486 г растворили в кислоте, железо
восстановили до Fe(II) и затем оттитровали 0,052 М раствором дихромата калия, израсходовав 20,25 мл. Рассчитайте массовую долю (%) железа в руде
Решение:
Рассчитываем массовую долю (%) железа, имея в виду, что f
ω
= · 100 = 23,66 %,
Fe
(Fe)=1:
экв
(где 55,85 г/моль — молярная масса эквивалента Fe (II) в окислительно-
восстановительной реакции с K2Cr2O7).
2. Навеску стали массой 1 г растворили в кислотах, содержащийся в стали
хром окислили до Cr2O
раствора соли Мора. Избыток соли Мора оттитровали 0,1 М (1/5 KMnO
2-
и к полученному раствору добавили 15 мл 0,25 М
7
) рас-
4
твором перманганата калия, израсходовав 25,5 мл. Рассчитайте массовую долю
(%) хрома (52,0) в стали.
151
Решение:
Рассчитываем массовую долю (%) хрома по формуле, имея ввиду, что
f
(Cr)=1/3.
экв
ω
= · 100 = 2,08%,
Cr
где — количество моль–эквивалентов перманганата калия;
— количество моль–эквивалентов перманганата калия,
эквивалентное количество моль–эквивалентов хрома;
17,33= г/моль — молярная масса эквивалента Cr(III)).
3. Для осаждения большинства ионов тяжелых металлов из сточных рас-
творов часто применяется гидроксид кальция (гашеная известь). Если годовой
объем очищаемой воды равен 2000 м
3
, а содержание в нем ионов Fe2+ составля-
ет 140 мг/дм3, то с учетом 10% избытка реагента, необходимого для полного
осаждения, расход гидроксида кальция составит кг в год. (Ответ привести с точностью до целых; Ar (Fe)= 56.
Решение:
Согласно уравнению реакции Fe2+ + Ca(OH)2 = Fe(OH)2↓ + Ca2+, сколько
моль-эквивалентов железа в виде загрязнений накапливается в сточных водах,
столько же моль-эквивалентов гидроксида кальция потребуется для железа.
Концентрацию ионов Fe2+ переводим из мг/дм3 в г/дм3; объем очищаемой
воды из кубометров в дм3; молекулярную массу гидроксида кальция выражаем
в кг/моль: =140·10-3 г/дм3 ,
=2·106 дм3, =74·10-3 кг/моль.
Тогда масса гидроксида кальция, которая требуется для осаждения уче-
том 10% избытка выразится в общем виде:
= .
Подставляя в полученную формулу численные значения, получим:
= =407 кг.
152
4. Наиболее технологичным и эффективным способом выделения метал-
лов из сточных вод является электролиз. Если годовой объем очищаемой воды
равен 1000 м
3
, а содержание ионов Au3+ в виде анионных комплексов составля-
ет 8,7 мг/дм3, то время, необходимое для выделения всего золота электролизом
при силе тока 14,79 А и выходе по току 100% составит t суток. (Ответ приве-
сти с точностью до целых; А
(Au)=197; F=965000 Кл/моль.)
r
Решение:
Согласно уравнению катодного процесса (без учета процессов комплексообразования) Au3+ + 3 =Au и формуле
mAu= ,
где M
= г/моль;
э (Au)
I — сила тока, А ;
t — время ,с;
F — число Фарадея (96500 кулонов).
=8,7 мг/дм
V
очищенной воды
3
= 8,7·10-3 г/дм3;
=1000 м
Следовательно, время, необходимое для выделения всего золота будет
равно:
3
=1·106 дм3.
T = = = 864437,145 c = 10 суток.
5.Определить массу серной кислоты в 1 л раствора, если на титрование 10
мл раствора H2SO4 пошло 14 мл 0,1 моль/л раствора NaOH.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O.
Согласно выражению закона эквивалентов:
С
э NaOH·Vр-ра NaOH
М
H
э
= = = 49г/моль.
2SO4
= Сэ H
2SO4
·V
р-ра
H2SO
;
4
153
Следовательно:
m H
= · V
2SO4
общ
· М
H2SO
э
= = 6,86г.
4
6. В процессе получения марганца в промышленности возможно исполь-
зование реакции угля с оксидом марганца (II): С+MnO= Mn+ CO. Теплота, необходимая для осуществления процесса, обеспечивается горением углерода
(здесь углерод выступает как реагент–восстановитель и реагент источник тепловой энергии).
Если энтальпия образования оксида марганца (II), угарного и углекислого
газа равны: -385, -111, -394 кДж/моль соответственно, то для получения 825 кг
марганца потребуется m кг углерода. А
т (Mn)
=55.
Решение:
Углерод является и реагентом-восстановителем и источником тепловой
энергии.
Согласно уравнению реакции С
(уголь)
+ MnO
(K)
= Mn
(K)
+CO
+ΔH1 и пер-
(г)
вому следствию из закона Гесса:
о
ΔH
[ΔH
1
o
=
CO (г)
обр
- (- ΔH
.
прод.
o
MnO (K)
-
обр.исх.
= [ΔH
]= - 111+ 385= 274 кДж.
Это количество теплоты, требуемое для окисления MnO
Согласно уравнению реакции С
следствию из закона Гесса:
о
– ΔH
ΔH
o
CO2 (г)
= Σ ΔH
2
= 394 кДж.
сгор.исх.
- Σ ΔH
сгор.прод.
Это количество теплоты, требуемое для сгорания С (углерода) как источника тепловой энергии.
o
Mn (K)
(уголь)
= [ΔH
+ ΔH
o
CO (г)
]- [ ΔH
o
С (уголь)
(K)
+ ΔH
до Mn
o
MnO
(K)
]=
(K)
.
+ О2 (г)= СО2 (г)+ ΔH2 и второму
o
С(уголь)
+ ΔH
o
О
2(г)
)- ΔH
o
CO
2
(г)
=
Тогда суммарное количество углерода, требуемое для данной реакции,
будет равно:
m
углерода (суммарное)
= + = 180+125 = 305 кг
где:
825 — требуемое количество марганца, кг;
154
12 — атомная масса углерода,г;
55 — количество углерода, как реагента-восстановителя (атомная масса мар-
ганца), г;
— количество углерода как источника тепловой энергии, кг.
155
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 18
Инструментальные (физико–химические) методы
анализа природных объектов
1. Перечень вопросов, рассматриваемых на практическом занятии
1. Аналитический сигнал и его виды.
2. Оптические спектроскопические методы анализа.
2.Теоретическая часть
2.1 Аналитический сигнал и его виды
Физико-химические методы анализа основаны на количественном изучении зависимости «состав — свойство объекта».
При определении количества компонента измеряется величина аналити-
ческого сигнала: масса осадка, сила тока, интенсивность линии спектра и т.д.
Затем рассчитывают содержание компонента с использованием функциональ-
ной зависимости «аналитический сигнал — содержание»: y=f (c), которая устанавливается расчетным или опытным путем.
На основании существующей зависимости между аналитическим сигна-
лом и содержанием находят концентрацию определяемого компонента. Обычно
при этом используют методы градуировочного графика, стандартов или доба-
вок.
Наиболее распространен метод градуировочного графика. При этом в координатах «аналитический сигнал — содержание компонента» строят график с
использованием образцов сравнения с различным и точно известным содержа-
нием определяемого компонента. Затем, измерив величину аналитического
сигнала в анализируемой пробе, находят содержание определяемого компонен-
та по градуировочному графику.
2.2 Оптические (спектрометрические) методы
К спектроскопическим методам анализа относят физические методы, ос-
нованные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Это
взаимодействие приводит к различным энергетическим переходам, которые ре-
гистрируются экспериментально в виде поглощения, излучения, отражения и
рассеяния электромагнитного излучения.
При переходе элементарной системы из более высокого энергетического
состояния к более низкое, часть поглощенной энергии излучается в виде света.
156
Рис. 1. Переходы между энергетическими уровнями в элементарной системе
Схематическое изображение элементарной системы: сплошными стрел-
ками обозначены излучательные переходы и пунктиром — безызлучательные;
возбуждению соответствуют стрелки, направленные вверх; потере энергии воз-
буждения — стрелки, направленные вниз (рис.1).
Важнейшей характеристикой электромагнитного излучения является его
спектр.
Спектры используют как для качественного (идентификация веществ),
так и для количественного (определение содержания вещества) анализа.
Метод молекулярной абсорбционной спектроскопии в УФ– и видимой
областях спектра обычно называют спектрофотометрией. Обьектом спектрофо-
тометрических измерений, как правило, являются растворы. Фотометрируемый
раствор помещают в кювету — сосуд с плоскими параллельными прозрачными
гранями.
Спектрофотометрический метод основан на законе Бугера–Ламберта–
Бера (основном законе светопоглощения), математическое выражение которого
имеет следующий вид:
А= lgY0/Y = klc,
где Y — интенсивность светового потока, падающего на анализируемый
образец.
Y0 — интенсивность светового потока, проходящего через анализируе-
мый образец.
l — толщина поглощаемого слоя,
с — концентрация анализируемого раствора,
k — коэффициент поглощения светового потока.
Величину I/I0 называют пропусканием и обозначают Т (0≤Т≤1).
Оптическая плотность : А= - lgT=ε· l · c, где ε - молярный коэффициент
поглощения.
157
3. Литературные источники
1.Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец.вузов. — М.: Высш.шк., 2008. — С. 511–515.
2.Тихонов Г.П., Минаева И.А., Слуцкая С.А. «Общая химия, часть III.
Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов». — М.: Альтаир–
МГАВТ, 2010. — С.115–195.
3. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Пономарев А.Я. «Химия на водном
транспорте. Учебное пособие». — М.: Альтаир–МГАВТ, 2012. — С.233–244.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко напоминает студентам о значении
инструментальных (физико-кинетических) методов. Затем заслушиваются самостоятельно подготовленные сообщения (рефераты) студентов.
В ходе обсуждения доложенных положений в форме взаимного диалога
между преподавателем и самими студентами рассматриваются и обсуждаются
основные вопросы, связанные с оптическими методами анализа.
5. Задания на самостоятельную работу
1. Изучить по предложенным литературным источникам тему «Инстру-
ментальные (физико–химические) методы анализа».
2. Решить задачи, предложенные преподавателем, из раздела 6.
6. Задачи для самостоятельного решения
1. При определении железа в виде моносульфосалицилатного комплекса
пропускание раствора, содержащего 0,115 мг металла в 25,0 мл раствора, равно
54,5 % при толщине поглошающего слоя l = 2,00 см. Рассчитайте молярный
коэффициент поглощения комплекса.
2. Пропускание водного раствора с концентрацией вещества 3,75 мг в
100 мл, измеренное в кювете с l= 1,00 см при λ = 480 нм, составляет 54,5 %.
Рассчитайте удельный коэффициент поглощения этого вещества.
3. При спектрофотометрическом определении никеля в виде соединения с
диметилглиоксимом в присутствии окислителя в щелочной среде для раствора
с концентрацией никеля 0,025 мг/ 50,00 см3 было получено значение
оптической плотности, равное 0,324 в двухсантиметровой кювете. Вычислить
значение молярного коэффициента светопоглощения.
158
4. Оптическая плотность раствора KMnO
с концентрацией 5,0 мкг/см3,
4
измеренная в кювете l = 2,0 см при 520 нм равна 0,400. Рассчитайте молярный
коэффициент поглощения.
5. Раствор, содержащий 1,00 мг красителя в 100 мл, пропускает 80,0 %
света с λ = 436 нм в кювете с l = 1,00 см. Рассчитайте:
а) пропускание этого раствора в кювете l = 5,00 см;
б) толщину кюветы, чтобы пропускание раствора с удвоенной концентра-
цией оставалось прежним (80,0 %);
в) оптическую плотность раствора, содержащего 2 мг красителя в 100,0
мл в кювете той же толщины;
г) концентрацию красителя в растворе (мг/л), при которой пропускание
свеота в кюветах той же толщины достигает 50,0 %;
-1
д) коэффициент поглощения раствора красителя (л·мг
·см
-1
).
7. Примеры решения задач
1. Молярный коэффициент поглощения воднорастворимого комплекса
никеля с диметилглиоксимом при 470 нм равен 1,30·104.
Рассчитайте:
а) оптическую плотность раствора комплекса, в 1 мл которого содержится
1 мгк никеля, при толщине поглощающего слоя l=1,00 см;
б) его пропускание;
в) толщину слоя, необходимую для десятикратного ослабления
падающего на него монохроматического потока с λ = 470 нм, если концентрация комплекса раствора равно 1,0·10-5 М;
г) концентрацию никеля в растворе (мкг/мл), если оптическая плотность
раствора, содержащего диметилглиоксиматный комплекс и помещенного в
кювету с l = 3,00 см, равна 0,190 при 470 нм.
Решение:
а) A=Ɛlc = [1,30·104л/ (моль·см)] · (1см) · =
= = 0,222 ,
(CNi = 1мгк/мл = 1·10-6 г/мл = 1·10-3 г/л; MNi = 58,69 г/моль);
б) T=10-A = 10
-0,222
= 0,600 (60%);
159
в) l =
=
г) c = = ( · (MNi · 106мкг/мл) / (10
4,87·58,69·106 ·10-3= 0,286 мкг/мл.
= 7,69 см;
3
мл/л) =
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]