
- •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
Стехіометричний множник 2 приховуємо, застосовуючи еквівалент, (1/2)h2c2o4, або (1/2)h2c2o4·2h2o.
На відміну від прикладу 11.3, враховуємо аліквотне відношення (методика із окремими наважками була б вільною від складової похибки, спричиненої відбором аліквоти). Кількість речовини у наважці (дія 1),
n(H2C2O4·2H2O) = m(H2C2O4·2H2O) / M(H2C2O4·2H2O) =
= (1,2922 г) / (126,066 г/моль) = 0,01025 моль.
Застосувавши еквіваленти, замість M(H2C2O4·2H2O) підставили б M((1/2)H2C2O4·2H2O) = 63,033 г/моль, удвічі меншу величину.
Аліквота відрізняється від всієї наважки множником
(Vп / Vк) = (25,0 мл) / (250,0 мл) = 0,100,
отже, титруємо 1,025·10‑3 моль H2C2O4.
Опускаючи подробиці розв’язку, наводимо відповідь, c(NaOH) = 0,1000 моль/л, та формулу
c(NaOH) = 15,86 (Vп/Vк) m(H2C2O4·2H2O) / vst.
11.4. Оцінка наважок та аліквот
Піклуючись про точність, вибирають такі наважки або аліквоти, щоб використати більшу частину шкали бюретки. Від поділки на шкалі складова абсолютної похибки не залежить, але складова відносної похибки при малій витраті титранту небажано зросте. Завеликих доз уникають, щоб не заповнювати бюретку вдруге, збільшуючи похибку й трудомісткість. Деталі методики узгоджують із інформацією про склад об'єкта (стопу, мінералу, продукту). Величини, що визначають, відомі приблизно, тому наважки та аліквоти розраховуємо теж приблизно. Одну значущу цифру оцінити легко.
Приклад 11.5. Яку наважку зразкової речовини слід взяти, визначаючи концентрацію розчину титранту? Речовиною є КНС8Н4О4, кисла сіль орто-фталевої кислоти, С6Н4(СООН)2, а концентрація титранту – приблизно c(NaOH) 0,1 моль/л. Місткість бюретки 25 мл, і бажано, щоб витрата титранту була близькою до 20 мл.
Розв’язок. Дія 1. Реакції титрування КНС8Н4О4,
НС8Н4О4‑ + OH‑ НС8Н4О42‑ + H2O,
відповідає
= n(КНС8Н4О4) = n(НС8Н4О4‑) = n(OH‑).
Кількість речовини у точці стехіометрії –
nst(OH‑) = с(ОН‑)·Vst = (0,1 моль/л)·(0,02 л) = 2·10‑3 моль.
Дія 2. Їй відповідає маса наважки
m(КНС8Н4О4) = n(КНС8Н4О4) M(КНС8Н4О4) =
= (2·10‑3 моль)·(204,22 г/моль) 0,4 г.
Один десятковий знак відповідає точності заданої концентрації. Можна й узагальнити формулу із прикладу 11.3, записавши її для еквівалентів, й сприймати її для об’єктів прикладу 11.5 як рівняння наважки.
Приклад 11.6. Аліквота розчину об’єкта аналізу. Кислотність вина задають через масову концентрацію, г / (100 мл) винної кислоти, HOOC‑CH(OH)‑CH(OH)‑COOH. Який об’єм вина із кислотністю близько (0,12 г) / (100 мл) = 1,2 г / л слід взяти, щоб його титрувати розчином із с(ОН‑) = c(NaOH) 0,1 моль / л бюреткою місткістю 25 мл?
Розв’язок. Аж 2 іони H+ від Н2С4Н4О4 зв’язують OH‑,
Н2С4Н4О4 + 2 OH‑ С4Н4О42‑ + 2 H2O.
Можна застосовувати еквівалент (1/2)Н2С4Н4О4.
Дія 1. Реакції відповідає співвідношення
= n(Н2С4Н4О4) = nst(OH‑) / 2.
Бюретці відповідає оптимальна витрата титранту 20 мл, отже nst(oh‑) 2·10‑3 моль, n(н2с4н4о4) nst(oh‑) / 2 1·10‑3 моль.
Дія 2. Кількість речовини перерахуємо у масу об’єкта,
m(Н2С4Н4О4) = n(Н2С4Н4О4)·M(Н2С4Н4О4) =
= (10‑3 моль)·(150,088 г/моль) 0,15 г.
Дія 3. Цій масі відповідає об’єм об’єкта
Vx = m(Н2С4Н4О4) / w(Н2С4Н4О4) = (0,15 г) / (1,2 г/л) = 0,125 л,
де w(Н2С4Н4О4) – масова концентрація, г/л. Оцінка є найближчою до стандартної місткості піпетки у 100 мл.