- •Міністерство освіти і науки України Харківський національний університет імені в. Н. Каразіна Теоретичні основи та способи розв’язання задач з аналітичної хімії
- •Вступне слово
- •Основні позначення
- •1. Величини, що визначають склад
- •1.1. Хімічний склад
- •Розв’язок. Масова концентрація дорівнює
- •1.2. Стехіометричні розрахунки за рівнянням реакції
- •1.3. Вправи
- •2. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій
- •2.1. Загальні співвідношення
- •2.2. Активності та рівноважні концентрації
- •Позначення констант рівноваг
- •2.3. Лінійні комбінації реакцій
- •2.4. У який бік зміщено рівновагу реакції?
- •2.5. Як записувати реакції у лабораторних журналах?
- •2.6. Вправи
- •3. Концентраційно-логарифмічні діаграми (клд)
- •3.1. Клд для гетерогенних систем
- •3.2. Графіки логарифмів розчинності
- •3.3. Вправи із гетерогенних систем
- •3.4. Умови переважання в гомогенних системах
- •3.5. Ускладнення у визначенні областей переважання
- •3.6. Клд для систем із одноядерними комплексами
- •3.7. Зміна ядерності реагентів
- •3.8. Вправи із гомогенних систем
- •4. Баланс компонентів
- •4.1. Загальні принципи
- •4.2. Підстановка рівнянь здм у рівняння балансу
- •4.3. Одноядерні продукти
- •4.4. Фази постійного складу
- •4.5. Вправи Гомогенні системи
- •5. Розрахунки за балансом компонентів
- •5.1. Буферні розчини
- •5.2. Стехіометричні співвідношення концентрацій
- •Кислотно-основні рівноваги
- •5.3. Ієрархія макро- та мікрокомпонентів
- •5.4. Гетерогенні системи
- •5.5. Кількісний вимір буферних властивостей
- •5.6. Вправи Буферні розчини
- •Стехіометричне співвідношення концентрацій
- •Гетерогенні системи
- •Буферні властивості
- •Системи із комплексами
- •6. Розрахунки за балансом реакції
- •6.1. Умови балансу
- •6.2. Прості розрахунки
- •Добуваючи квадратний корінь з обох частин, маємо
- •6.3. Методи розрахунків
- •6.4. Вправи
- •7. Умовні константи рівноваги
- •7.1. Класи реагентів
- •7.2. Умовні константи рівноваги
- •7.3. Умовні константи в розрахунках рівноваг
- •7.4. Графіки залежностей часток та їх логарифмів
- •7.5. Графіки логарифмів умовних констант
- •Параметри графіка залежності
- •7.6. Вправи
- •8. Декілька фаз змінного складу
- •8.1. Розподіл речовини між фазами
- •Відношення об’ємів порцій фаз дорівнює
- •Тангенси кутів нахилу асимптот для логарифма умовної константи екстракції оксинату плюмбуму від pH, приклад 8.4
- •8.2. Іонний обмін
- •8.3. Вправи
- •9. Утворення певної рівноважної концентрації, розчинності або ступеня екстракції
- •9.1. Метод балансу компонентів
- •На кроці 5 (непотрібному для уточнення клд) використовуємо
- •9.2. Метод балансу реакцій
- •9.3. Концентрація реагенту, що забезпечує задані умови для іншої речовини
- •9.4. Відокремлення компонентів Графічний розв’язок цієї проблеми показано на прикладі 3.3. Тут розгляньмо типові розрахункові методи.
- •9.5. Вибір величини умовної константи
- •9.6. Вправи
- •Варіанти завдання для вправи 9.1
- •10. Визначення компонентів. Гравіметрія
- •10.1. Стехіометричні співвідношення у гравіметрії
- •10.2. Розрахунок результату аналізу
- •10.3. Похибки у гравіметрії
- •10.4. Вправи
- •11. Титриметрія: стехіометричні розрахунки
- •11.1. Загальні відомості про титриметрію
- •11.2. Результат кислотно-основного титрування
- •Аліквотне відношення, {Vк/Vп}, безрозмірне, бо величини Vк та Vп виражено у однакових одиницях.
- •Виводячи формулу, маємо (у процентах)
- •11.3. Визначення концентрації розчину титранту за титруванням зразкової речовини
- •Для еквівалентів коефіцієнти вживаємо неявно,
- •Стехіометричний множник 2 приховуємо, застосовуючи еквівалент, (1/2)h2c2o4, або (1/2)h2c2o4·2h2o.
- •11.4. Оцінка наважок та аліквот
- •Бюретці відповідає оптимальна витрата титранту 20 мл, отже nst(oh‑) 2·10‑3 моль, n(н2с4н4о4) nst(oh‑) / 2 1·10‑3 моль.
- •11.5. Окреме визначення декількох аналітів
- •За двома рівняннями,
- •11.6. Зворотне титрування
- •Титруванню надлишку реагенту відповідає реакція
- •Дія 4. Масова частка CaCo3(s) у мінералі дорівнює
- •11.7. Визначення продукту, в який перетворено аналіт
- •Бо при зворотному титруванні здобутий po43‑ знову переходить у hpo42‑. Надлишок реагенту титруємо за реакцією
- •Дія 5. Масова частка p2o5 у мінералі дорівнює
- •11.8. Окисно-відновне титрування
- •11.9. Комплексометричне титрування
- •Дія 4. Масова частка kAl(so4)2 12 h2o у технічному галуні ‑
- •11.10. Вправи
- •Окисно-відновне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •12. Титриметрія: розбіжність точок –стехіометрії та кінцевої
- •12.1. Загальні уявлення
- •12.2. Дослідження титрування безпосередньо за клд
- •12.3. Різні методи титрування
- •12.4. Класи та умовні константи у титруванні
- •12.5. Вибір умов титрування за графіками залежностей логарифмів умовних констант
- •Параметри асимптот для прикладу 12.10
- •Із здм реакції
- •Параметри асимптот графіків (приклад 12.11)
- •Параметри асимптот графіків (приклад 12.12)
- •12.6. Вправи
- •Кислотно-основне титрування
- •Окисно-відновне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •Теоретичні проблеми титрування
- •Цитована література
- •Відповіді до вправ
- •61077, М.Харків, пл. Свободи, 4 Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Організаційно-видавничий відділ нмц
Гетерогенні системи
Вправа 5.8. Розрахуйте за балансом реакцій розчинність у воді, враховуючи кислотно-основні перетворення:
(a) Ag2CO3 (s); |
(b) Ag3PO4 (s); |
(c) BaCO3 (s); |
(d) PbCO3 (s); |
(e) CaCO3 (s, арагоніт); |
(f) CaF2 (s); |
(g) CaSO3 (s); |
|
(h) ZnS (s, ); |
(i) ZnCO3 (s); |
(j) CdCO3 (s); |
|
(k) MnS (s, рожевий); |
(l) FeS (s); |
(m) Fe(OH)3(s). |
Вправа 5.9. Яка розчинність у таких системах?
Варі-ант |
Тверда фаза |
lg Ks |
Початкова концентрація розчину сильного електроліту, моль/л |
A |
Ag2CrO4(s) |
-11,92 |
c(K2CrO4) = 0,010 |
B |
AgCNS(s) |
-11,97 |
(AgNO3) = 0,0010 |
C |
BaSO4(s) |
-9,96 |
c(Ba2+) = 0,010 |
D |
Mg(OH)2 (s) |
-11,15 |
c(NaOH) = 0,010 |
E |
PbSO4 (s) |
-7,79 |
c(Na2SO4) = 0,010 |
Вправа 5.10. Розрахуйте розчинність у системах:
(a) CaC2O4 (s), lg Ks0 = -7,9 [I = 0,1], при c(H+) = c(NO3‑) = = 0,10 моль/л;
(b) Al(OH)3 (s), lg Ks0 = -31,6 [I = 0,1], при c(Na+) = c(OH-) = = 0,10 моль/л;
(c) Mg(OH)2 (s), lg Ks0 = -11,5 [I = 0],
при c(NH4+) = c(NO3-) = 0,50 моль/л;
(d) Ag2CrO4 (s), lg Ks0 = -11,92 [I = 0], при c(NH3) = 0,50 моль/л;
(e) PbSO4 (s), lg Ks0 = -6,20 [I = 1,0], при c(Na+) = c(OH‑) =
= 1,0 моль/л;
(f) HgI2 (s), lg Ks0 = -27,95 [I = 0,5], при c(K+) = c(I‑) = 0,50 моль/л;
(g) BaHPO4 (s), lg Ks0 = -7,40 [I = 0],
при c(H+) = c(NO3-) = 0,10 моль/л;
(h) CaHPO42H2O (s), lg Ks0 = -6,58 [I = 0], при c(H+) = c(NO3‑) = = 0,10 моль/л;
(i) CaF2 (s), lg Ks0 = -10,41 [I = 0], при c(H+) = c(NO3-) = 0,10 моль/л;
(j) MgHPO43H2O (s), lg Ks0 = -5,82 [I = 0], при c(H+) = c(NO3‑) = = 0,10 моль/л;
(k) PbHPO4 (s), lg Ks0 = -11,43 [I = 0],
при c(H+) = c(NO3-) = 0,10 моль/л;
(l) SrHPO4 (s), lg Ks0 = -6,92 [I = 0],
при c(H+) = c(NO3-) = 0,10 моль/л;
(m) Pb3(PO4)2 (s), lg Ks0 = -43,53 [I = 0], при c(Na+) = = c(OH‑) = 1,0 моль/л;
(n) PbCl2 (s), lg Ks0 = -4,78 [I = 0], при c(Na+) = c(OH‑) = 0,10 моль/л;
(o) Zn(OH)2 (s, аморфний), lg Ks0 = -15,52 [I = 0], при c(NH3) = 0,50 моль/л.
Буферні властивості
Вправа 5.11. Побудуйте графіки lg {(Н+)/2,3} для буферів:
(a) c(Na2CO3) = 0,050 моль/л, lg KH1 = 10,33, lg KH2 = 6,35;
(b) c(H3PO4) = 0,20 моль/л, lg KH1 = 12,35, lg KH2 = 7,20, lg KH3 = 2,15;
(c) c(NaHSO3) = 0,20 моль/л, lg KH1 = 7,18, lg KH2 = 1,91;
(d) c(H2C2O4) = 0,20 моль/л, lg KH1 = 4,26, lg KH2 = 1,25;
(e) c(H2NC2H4NH2) = 0,20 моль/л, lg KH1 = 9,93, lg KH2 = 6,85;
(f) c(H2NCH2COOH) = 0,20 моль/л, lg KH1 = 9,78, lg KH2 = 2,35;
(g) c(HOOC-CH2-C(OH)(COOH)-CH2-COOH) = 0,20 моль/л, для цитринової кислоти lg KH1 = 6,40, lg KH2 = 4,76, lg KH3 = 3,13;
(h) c(H2A) = 0,20 моль/л, де H2A – яблучна кислота,
HOOC‑CH(OH)‑CH2‑COOH, lg KH1 = 5,10, lg KH2 = 3,46.
Вправа 5.12: універсальна буферна суміш. Побудуйте залежність lg ((H+)/2,3) від pH для багатокомпонентного буфера (на сумісній КЛД) з концентраціями c = 0,04 моль/л для H3PO4, B(OH)3 та HAc. При I = 0,1: lg KН1 = 11,74, lg KН2 = 6,72, lg KН3 = 2,0 (для PO43‑); lg KН = 8,97 (для B(OH)4‑); lg KН = 4,56 (для Ac‑). Багатоядерні борати не берімо до уваги (оцініть похибку). Яка тут мінімальна і максимальна буферна ємність?