Reshenie-zadach-po-FHMA

С 100,0 0,001931 0,03862 (М). 5,0

Концентрация в аликвоте раствора (5,0 мл) и в мерной колбе (250,0 мл) одинаковая. Рассчитаем концентрацию в аликвоте 10,0 мл исследуемого раствора

С 250,0 0,03862 0,9655(М). 10,0

Концентрация магния в аликвоте (10,0 мл) и в исходном растворе (1,0 л) одинаковая. Найдем массовую концентрацию магния в исходном растворе

ρ С М 0,9655 24,305 23,67(г/л)

Найдем массу магния в 1 л раствора m ρ V 23,67 1 23,67(г)

Найдем массовую долю магния

m(Mg2 ) 100% 23,67 100% 67,58(%).

mнавески 35,0269

7. РЕФРАКТОМЕТРИЯ

Пример 22 поможет Вам при решении задач № 181 – 183.

Определить нормальную концентрацию муравьиной кислоты, если показатель преломления 12,21 % -го раствора ее равен 1,3405, а показатель преломления исследуемого раствора равен 1,3375, с учетом того, что между концентрацией и показателем преломления в этом интервале существует прямолинейная зависимость. (nH2O 1.3330).

Решение: Так как зависимость между показателем преломления и концентрацией прямолинейна, в данном можно использовать для расчетов рефрактометрический фактор.

Расчитаем рефрактометрический фактор, приняв в качестве n0 показатель преломления воды

F 1,3405 1,3330 0,000614 12,21

Рассчитываем процентную концентрацию муравьиной кислоты.

31

муравьиной кислоты ρ =1,1776 г/мл. Рассчитываем массу 1 л раствора

m = ρ • V = 1,1776 • 1000 = 1177,6 г.

В одном литре раствора содержится муравьиной кислоты

m = m = 7,33 1177,6 = 86,3 г. 100 100

Рассчитываем нормальную концентрацию муравьиной кислоты

С = m / M = 86,3 / 46,0257 = 1,875 моль/л.

Пример 23 поможет Вам при решении задач № 184 – 186 и № 194 – 195.

Для определения состава раствора этилового спирта в воде были определены показатели преломления стандартных растворов (табл.8)

Таблица 8

Показатель преломления исследуемого раствора составил 1,3450. Рассчитать молярную концентрацию этилового спирта.

Решение. Строим градуировочный график в координатах: показатель преломления (n) – концентрация спирта в растворе

(рис.16).

32

По графику находим Сx = 17 г/100 мл или 170 г/л. Рассчитываем молярную концентрацию этилового спирта.

С = 170/94,0654 = 1,807 М

Пример 24 поможет Вам при решении задачи № 187.

Найти концентрацию (масс.%) нитроэтана в смеси с нитробензолом если удельная рефракция смеси 0,255 см3/г , плотности

ρ(C2H5NO2) = 1,038 и ρ(C6H5NO2) = 1,1930 г/см3; а показатели преломления n(C2H5NO2) = 1,3902 и n(C6H5NO2) =1,5526.

Решение. Для решения задачи воспользуемся правилом аддитивности рефракций.

rсмеси = r1•ω1 + r2•ω2

где: r1 и r2 – удельные рефракции нитроэтана и нитробензола; ω1 и ω2 – массовые доли нитроэтана и нитробензола. Поскольку

ω1 + ω2 = 1,

то

33

Удельную рефракцию каждого компонента смеси рассчитаем по формуле

r n2 1 1 . n2 2 ρ

Подставим величины удельных рефракций в формулу(1)

0,255 = 0,2285 • ω1 + 0,2680•(1 – ω1)

и рассчитываем массовую долю компонентов

ω1 = 0,329. ω2 = 1 – ω1 = 0,671.

Рассчитываем процентную концентрацию компонентов как ω • 100. Процентное содержание нитроэтана составляет 32,9 %, а нитробензола 67,1 %.

Задача № 188 решается по тем же формулам, но в ней поставлена обратная задача, по составу раствора рассчитать удельную рефракцию.

Пример 25 поможет Вам при решении задачи № 189-193.

В табл.9 приведены показатели преломления растворов NaNO3 при различных концентрациях.

Рассчитайте рефрактометрические факторы, усредните и определите концентрацию вещества (моль/л) в растворе, если его показатель преломления равен 1,3385.

Решение. Рассчитаем рефрактометрические факторы, приняв в качестве n0 показатель преломления воды,равный 1,3330

F1 1,3354 1,3330 0,0012; 2

F2 1,3376 1,3330 0,00115; 4

34

F3 1,3397 1,3330 0,00112; 6

F4 1,3418 1,3330 0,0011; 8

F5 1,3439 1,3330 0,00109. 10

Рассчитаем среднее значение рефрактометрического фактора

Fср 0,0012 0,00115 0,0112 0,0011 0,00109 0,00113.

5

Рассчитаем концентрацию вещества в растворе

C 1,3385 1,3330 4.87г/100мл. 0.00113

Рассчитываем молярную концентрацию NaNO3

8. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

8.1. Ионный обмен

Пример 26 поможет Вам при решении задач 196, 200–202. Для определения примесей в загрязненной соли KCl навеску

1,3551 г растворили в 200 мл дистиллированной воды. Для анализа отобрали аликвоту 10 мл и пропустили через колонку с анионитом в ОН-форме. Элюат оттитровали 0,1000 н раствором HCl. Определить массовую долю примесей в соли, если на титрование израсходовано

8,3 мл HCl.

Решение. При пропускании хлорида калия через слой анионообменника ROH на границе фаз протекает ионообменная реакция

KCl + ROH ↔ KOH + RCl,

в результате которой образуется щелочь КОН, количество которой эквивалентно количеству исходной соли:

n(KOH) = n(KCl) или С(KOH)∙ V(KOH) = C(KCl) ∙ V(KCl).

35

По результатам титрования можно найти n(KOH) в элюате: в соответствии с законом эквивалентов n(KOH) = n(HCl) = C(HCl) ∙

V(HCl). Таким образом, C(KCl) ∙ V(KCl) = C(HCl) ∙ V(HCl), C(KCl) = (C(HCl) ∙ V(HCl)) / V(KCl),

C(KCl) = (0,1000 ∙ 8,3) / 10 = 0,083 (моль-экв/л).

Масса KCl в исследуемом растворе: m(KCl) = С(KCl) ∙ Vр-ра ∙ M(KCl)∙ fэквKCl. Т.к. fэквKCl = 1, M(KCl) = 74,5513 г/моль, то: m(KCl) = 0,083 ∙ 0,2 ∙ 74,5513 ∙ 1 = 1,2376 (г).

Соответственно, масса примесей в исходной навеске: mпр = mнав – m(KCl) = 1,3551 – 1,2376 = 0,1175 (г).

Рассчитаем массовую долю примесей в соли:

ωпр = (mпр / mнав) ∙ 100% = (0,1175 / 1,3551) ∙ 100% = 8,67%. Ответ: ωпр = 8,67%.

Пример 27 поможет Вам при решении задач 197–202.

К навеске набухшего катионита в Н+–форме (2,5 г в пересчете на сухой ионит), обменная емкость которого составляет 3,6 ммоль-экв/г, прилили 100 мл 0,06 М раствора CuSO4. Определить концентрацию ионов Cu2+ в растворе после установления равновесия.

Решение. Рассчитаем количество моль-эквивалентов ионов Cu2+

в исходном растворе:

n(1/2 Cu2+) = С(1/2 Cu2+) ∙ Vр-ра.

n(1/2 Cu2+) = 2 ∙ 0,06 ∙ 0,1 = 0,012 (моль-экв) (или 12 ммоль-экв).

Т.к. из определения обменной емкости ионита следует, что 1 г сухого ионита обменивает 3,6 ммоль-экв ионов, соответственно 2,5 г ионита обменивают 2,5 ∙ 3,6 = 9 ммоль-экв ионов.

После установления равновесия в растворе останется: nост = 12 – 9 = 3 (ммоль-экв) ионов Cu2+.

Соответственно, концентрация ионов Cu2+ составит:

С(1/2 Cu2+) = nост / Vр-ра

С(1/2 Cu2+) = 3∙10-3 / 0,1 = 3∙10-2 (моль-экв/л), С(Cu2+) = 1/2 ∙ 3∙10-2 = 0,015 (моль/л).

Ответ: С(Cu2+) = 0,015 моль/л.

Пример28 поможет Вам при решении задачи 203.

Через колонку, содержащую 4г катионита в Н+–форме, пропустили 150 мл 0,05М FeCl3. Выходящий из колонки элюат собирали порциями по 25мл, обрабатывали раствором КCNS + HNO3 для получения окрашенных комплексов и фотометрически определяли концентрацию железа (III) в

36

элюате, моль/л. Рассчитать полную динамическую обменную емкость катионита (ПДОЕ) по железу.

Решение. Рассчитаем количество ммоль-эквивалентов Fe3+,

поступившего в колонку:

no(1/3 Fe3+) = С(1/3 Fe3+) ∙ Vр-ра = 3 ∙ 0,05 ∙ 0,150 ∙ 1000 = 22,5 (ммоль-экв).

Чтобы найти суммарное количество ммоль-эквивалентов Fe3+ на выходе из колонки, рассчитаем количество ммоль-эквивалентов Fe3+ в каждой порции элюата.

Впорциях №1 и №2 Fe3+ отсутствует.

Впорции №3:

n(1/3 Fe3+) = 3 ∙ 0,004 ∙ 0,025 ∙ 1000 = 0,3 (ммоль-экв).

В порции №4:

n(1/3 Fe3+) = 3 ∙ 0,03 ∙ 0,025 ∙ 1000 = 2,25 (ммоль-экв).

В порциях №5 и №6 содержится одинаковое количество Fe3+: n(1/3 Fe3+) = 3 ∙ 0,05 ∙ 0,025 ∙ 1000 = 3,75 ммоль-экв).

Суммируем:

∑n(1/3 Fe3+) = 0,3 + 2,25 + 2 ∙ 3,75 = 10,05 (ммоль-экв).

Рассчитаем количество ммоль-эквивалентов Fe3+, поглощенного

катионитом, по разности поступившего и вышедшего количества: nпогл(1/3 Fe3+) = no(1/3 Fe3+) – ∑n(1/3 Fe3+) = 22,5 – 10,05 =

12,45 (ммоль-экв). Тогда:

ПДОЕ = nпогл(1/3 Fe3+) / mкат = 12,45 / 4 = 3,11 ммоль-экв/г. Ответ: ПДОЕ = 3,11 ммоль-экв/г.

7.2. Хроматография

Пример 29 поможет Вам при решении задач № 204 – 206. Рассчитать массовую долю (%) компонентов смеси по данным,

полученным методом газо-жидкостной хроматографии (табл.10): Таблица 10

37

Решение. Для расчетов будем использовать метод внутренней нормализации. Поэтому расчет результатов будем проводить по формуле

i = ki Si 100(kiSi)

где ki – относительный поправочный коэффициент i-го компонента, рассчитанный по формуле; Si и Sст. – площади пиков i-го компонента.

Рассчитаем величину Σ(ki∙Si)

Σ(ki∙Si) =0,78∙35,6 + 0,86∙24,5 + 1,40∙50,2 + 0,84∙10,3 = 128,028.

Рассчитаем содержание компонентов в смеси:

бензола = 0,78∙35,6∙100/128,028 = 21,7 %;гексана = 0,86∙24,8∙100/128,028 = 16,7 %;этанола = 1,40∙50,2∙100/128,028 = 54,9 %;о-ксилола = 0,84∙10,3∙100/128,028 = 6,7 %.

Пример 30 поможет Вам при решении задач № 207 – 209.

Фракцию, полученную после выделения о-ксилола из продуктов каталитического риформинга, проанализировали методом газожидкостной хроматографии на содержание этилбензола с применением толуола в качестве внутреннего стандарта (табл.11):

Таблица 11

Рассчитать массовую долю (%) этилбензола во фракции. Решение. При анализе использовался метод внутреннего

стандарта. Поэтому расчеты проводим с использованием формулы данного метода

i = ki Si r 100.

kстSст

38

где ki – относительный поправочный коэффициент i-го компонента; Si и Sст. – площади пиков i-го компонента и внутреннего стандарта; r – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой смеси (без стандарта).

Рассчитаем величину r:

r = mст./mсмеси = 1,98 / 18,54 = 0,1068

Вычислим массовую долю этилбензола во фракции

Пример 31 поможет Вам при решении задач № 210 – 212.

Пример α-метилстирол в фенольной фракции производства ацетона и фенола кумольным методом определяли методом газовой хроматографии, используя стирол в качестве внутреннего стандарта, и получили следующие данные для градуировочного графика (табл.12)

Рассчитать массовую долю (%) α-метилстирола в исследуемом образце,еслиоснованиепика α-метилстироларавно24мма высота– 80мм, основание пика стирола – 20мм а высота – 68мм. При решении принять k обоихвеществравным1.

Решение. Рассчитаем площади пиков α-метилстирола и стирола как площадь треугольника

Sα-метилстирола = ½ ∙24∙80 = 960 мм2; Sстирола= ½ ∙20∙68 = 680 мм2.

Рассчитаем отношение Sα-метилстирола/Sстирола

Sα-метилстирола/ Sстирола = 960 / 680 = 1,41.

Построим градуировочный график (Рис.17):

39

По градуировочному графику определяем массовую долю α- метилстирола ω α-метилстирола = 3,4 %.

Пример 32 поможет Вам при решении задач № 213 – 217.

Пример Для хроматографического определения меди на бумаге, импрегнированной диэтилдитиокарбаминатом свинца методом осадочной хроматографии приготовили три стандартных раствора. Для этого навеску CuSO4 ∙5H2O массой 0,6254г растворили в колбе объемом 100мл. Затем из этой колбы взяли 10,0, 15,0 и 20,0мл раствора и разбавили в колбах на 50мл. Исследуемый раствор также разбавили в колбе на 50,0мл. Определить содержание меди в исследуемом растворе (г), если высота пиков окрашенных зон для стандартных растворов равны 27,8, 40,2 и 65,1 мм,адля исследуемого раствора52,1 мм.

Решение. Рассчитаем концентрацию меди в исходном

Рассчитаем концентрацию меди в стандартных растворах

С1 = 0,001581 ∙10,0 / 50,0 = 0.0003162 г/мл;

40