Передмова

Даний збірник задач рекомендований для студентів спеціальностей „Виробництво харчової продукції”, „Виробництво хліба, кондитерських, макаронних виробів та харчових концентратів”.

Аналітична хімія є хорошою основою для формування наукового світогляду та оволодіння методологією пізнання, формування логічного мислення, екологічної культури і навичок проведення хімічних досліджень.

Вивчення основ аналітичної хімії, зокрема, відпрацювання практичних умінь по проведенню основних розрахунків, пов’язаних з виготовленням розчинів і обчисленням результатів аналізу, є важливим елементом підготовки техніків-технологів харчових виробництв та лаборантів хімічного аналізу.

Аналітична хімія базується на знаннях з неорганічної хімії, яка теоретично обґрунтовує методи і прийоми хімічного аналізу, поєднує загально хімічну підготовку студентів з вивченням найбільш важливих методів аналізу речовин, встановленням взаємозв’язків між класичними і сучасними методами якісного та кількісного аналізу і є основою для вивчення дисциплін “Основи стандартизації та метрології”, „Технологія хлібопекарського та макаронного виробництва”.

У даному посібнику містяться методичні рекомендації по розв’язуванню задач до розділів „Теоретичні основи аналітичної хімії” (обчислення еквівалента, фактора еквівалентності, молярної маси речовини еквівалента; обчислення, пов’язані з перерахунком концентрацій;обчислення рН розчинів сильних і слабких електролітів; обчислення можливості випадання осадів; обчислення добутку розчинності та розчинності малорозчинних сполук), „Кількісний аналіз” (обчислення маси наважки досліджуваної речовини; обчислення в гравіметричному та титриметричному аналізі).

На початку кожної теми стисло розглянутий необхідний теоретичний матеріал, наведені необхідні формули, подано приклади розв’язання типових задач та задачі для самоконтролю. Подано алгоритми розв’язування типових задач з різних тем і вимоги щодо їх оформлення.

При підготовці даного збірника використовувався досвід викладання аналітичної хімії в Миколаївському державному коледжі економіки та харчових технологій.

І. Теоретичні основи аналітичної хімії

1.1. Обчислення еквівалента, фактора еквівалентності, молярної маси речовини еквівалента

Еквівалент кислоти (основи) – це така частка цієї речовини, яка в даній кислотно-основній реакції звільняє один гідроген – іон або сполучається з ним, або якимось – іншим способом еквівалентна йому.

Число Z називається числом еквівалентності, його визначають за хімічною формулою речовини.

Для кислот число еквівалентності дорівнює числу катіонів водню, здатних заміщуватися катіонами металу:

Z(HCІ)=1;

Z(H₂SO₄)=2;

Z(H₃PO₄)=3.

Для основ число еквівалентності дорівнює числу гідроксогруп ОН^-:

Z(NaOH)=1;

Z(Ca(OH)₂)=2;

Z(AІ(OH)₃)=3.

Для солей число еквівалентності дорівнює числу катіонів водню кислоти, що були заміщені катіонами металу або амонію:

Z(NaСІ)=1; Z(Na₂СО₃)=2; Z(АІСІ₃)=3; Z(Fe₂(SO₄)₃)=6; Z(K₂HPO₄)=2; Z(Na₃PO₄)=3; Z(KH₂PO₄)=1.

Еквівалент речовини кислоти чи основи змінний і залежить від реакції, в якій ця речовина бере участь.

Число, що показує, яка частка реальної частинки речовини Х еквівалентна одному гідроген-іону в даній кислотно – основній реакції, називається фактором еквівалентності речовини Х. Позначається f_екв (Х), є величиною безрозмірною.

Фактор еквівалентності в реакціях обміну визначають залежно від стехіометрії реакції (від утвореного продукту):

H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O,

f_екв(H₂SO₄) =1 (в реакції – заміщення 1 катіону водню на катіон натрію).

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O,

f_екв(H₂SO₄)= 1/2 (в реакції – заміщення 2-х катіонів водню на катіони натрію).

Величина f_екв(Х)Х називається еквівалентом речовини Х, або еквівалентною формою Х і є загальною формою позначення всіх частинок, які реагують у кислотно – основних реакціях.

Форма запису еквівалента сульфатної кислоти:

f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = H₂SO₄

для реакції: H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O;

f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = ½ H₂SO₄

для реакції: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O.

Фактор еквівалентності речовини в кислотно-основних реакціях може бути рівним 1 або менший одиниці: f_екв(Х)<1. Якщо фактор еквівалентності речовини дорівнює одиниці (f_екв(Х) = 1), то еквівалент ідентичний самій реагуючій частинці.

Молярна маса речовини еквівалента f_екв(Х)Х – це маса одного моля речовини еквівалента f_екв(Х)Х, дорівнює добутку фактора еквівалентності f_екв (Х), на молярну масу речовини Х.

Форма запису молярної маси речовини еквівалента f_екв(Х)Х: М(f_екв (Х)Х) і обчислюється за формулою:

М(f_екв (Х)Х) = f_екв (Х) ∙ М(Х);

М(f_екв (H₂SO₄)H₂SO₄) = f_екв (H₂SO₄) ∙M(H₂SO₄).

• Для реакції (1): М(f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = 1∙ 98 = 98г/моль;

• Для реакції (2): М(f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = ½ ∙98 = 49г/моль;

М(1/2 H₂SO₄) = ½ ∙ 98 = 49 г/моль.

З навчальною метою для полегшення записів можна використовувати:

М_екв(H₂SO₄) = f_екв (H₂SO₄) ∙ М(H₂SO₄).

Фактор еквівалентності показує в скільки разів молярна маса еквівалента даної речовини менше за її молярну масу.

М_екв.(НСІ) = = = 36,46г/моль

М_екв.(H₃PO₄) = = = 32,66г/моль

М_екв.(MgO) = = = 20,155г/моль

М_екв.(Ca(OH)₂) = = = 37,05г/моль

М_екв.(Fe₂(SO₄)₃) = = = 66,65г/моль

М_екв.(Ca²⁺) = = = 20г/моль

Висновок: молярна маса речовини еквівалента менша за молярну масу даної речовини в ту кількість разів, що відповідає фактору еквівалентності.

Кількість речовини еквівалента – це кількість речовини (в молях), що складається з еквівалентів (f_екв(Х)Х). Одиницею кількості речовини еквівалента є моль.

Форма запису кількості речовини еквівалента така:

n ( f_екв (Х)Х).

Обчислити кількість речовини еквівалента можна за формулою:

n( f_екв (Х)Х ) =

Зв’язок молярної маси речовини еквівалента, кількості речовини еквівалента з масою речовини m (Х) виражається:

m (Х) = ,

полегшений запис має вигляд: m (Х) = .

Звідси, кількість речовини еквівалента дорівнює:

;

Згідно закону еквівалентів: всі речовини взаємодіють в однакових кількостях речовини еквівалента:

Задача №1

Обчислити кількість речовини еквівалента кальцій гідроксиду, якщо маса Са(ОН)₂ дорівнює 2,295г.

Дано:

m ((Са(ОН)₂) = 2,295г

Обчислити: