Аналитическая химия
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Аналитическая химия
Издательство:
Новосибирский государственный технический университет
Авторы:
Апарнев Александр Иванович, Лупенко Галина Константиновна, Александрова Татьяна Павловна, Казакова Анна Александровна
Год издания: 2011
Кол-во страниц: 104
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-7782-1702-7
Артикул: 632320.01.99
Доступ онлайн
32 ₽
В корзину
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2011
УДК 543(075.8)
А 761
Коллектив авторов:
А.И. Апарнев, Г.К. Лупенко Т.П. Александрова, А.А. Казакова
Рецензенты:
Ю.М. Юхин, д-р хим. наук, проф.
Л.В. Шевницына, канд. техн. наук, доц.
Работа подготовлена на кафедре химии для студентов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям
А 761 Аналитическая химия: учеб. пособие / А.И. Апарнев, Г.К. Лупенко, Т.П. Александрова, А.А. Казакова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.- 104 с.
ISBN978-5-7782-1702-7
Пособие включает в себя основные разделы аналитической химии: качественный и количественный анализ. Разделы имеют краткие теоретические сведения, примеры решения типовых задач, задания для самостоятельного решения, а также для выполнения расчетно-графической работы. Кроме того, имеется приложение, содержащее справочный материал.
Пособие предназначено для студентов НГТУ дневной и заочной форм обучения.
УДК 543(075.8)
ISBN 978-5-7782-1702-7 © Коллектив авторов, 2011
© Новосибирский государственный технический университет,2011
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Учебное пособие
Редактор Л.Н. Ветчакова Выпускающий редактор ИЛ. Броваиова Дизайн обложки А.В. Ладожская Компьютерная верстка С.И. Ткачева
Подписано в печать 15.06.2011. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз.
Уч.-изд. л.6,04. Печ. л. 6,5. Изд. № 154. Заказ № . Цена договорная
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.....................................................5
I. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.........................6
1. Качественные реакции катионов и анионов.....................6
Примеры решения задач........................................9
Задания для самостоятельного решения........................11
Задание 1...................................................11
ЗаданиеЗ..................................................12
2. Основные положения теории растворов электролитов. Кислотноосновные равновесия в растворах электролитов...................13
2.1. Способы выражения концентрации растворов. Приготовление
растворов различной концентрации..........................14
Примеры решения задач........................................17
Задания для самостоятельного решения.........................19
Задание 3....................................................19
2.2. Расчет pH растворов сильных и слабых электролитов, буферных растворов.................................................22
Примеры решения задач........................................25
Задания для самостоятельного решения.........................28
Задание 4....................................................28
2.3. Гидролиз, расчет константы и степени гидролиза, определение pH растворов гидролизующихся солей...........................31
Пример решения задачи.......................................31
Задание для самостоятельного решения........................32
Задание5....................................................32
3. Окислительно-восстановительные (редокс-) процессы и направление их протекания.............................................34
Пример решения задачи.......................................35
Задание для самостоятельного решения........................36
Задание 6...................................................36
4. Равновесие в растворах комплексных соединений.............38
Примеры решения задач......................................39
Задания для самостоятельного решения.......................41
Задание 7..................................................41
3
Разрушение комплексных ионов................................43 Примеры решения задач.......................................44 Задания для самостоятельного решения........................46 Задание 8...................................................46 II. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.................................... 5. Метод кислотно-основного титрования..................... Примеры решения задач..................................... Задания для самостоятельного решения...................... Задание9.................................................. 6. Методы окислительно-восстановительного титрования....... 6.1. Перманганатометрия................................... Примеры решения задач..................................... Задания для самостоятельного решения...................... Задание 10................................................ 6.2. Дихроматометрия. Иодометрия.......................... Примеры решения задач..................................... Задачи для самостоятельного решения....................... Задание 11................................................ 7. Метод комплексонометрического титрования. Тригонометрия. Примеры решения задач..................................... Задания для самостоятельного решения...................... Задание 12................................................ 8. Методы осадительного титрования. Аргентометрия. Тиоцианометрия. Меркурометрия......................................... Примеры решения задач..................................... Задания для самостоятельного решения...................... Задание 13................................................ Расчетно-графическая работа.................................. Примеры решения и оформления РТР............................. Список литературы............................................ Приложения................................................... 49 50 51 54 54 58 59 60 63 63 67 69 72 72 76 77 80 80 .83 .84 .86 .86 .89 .90 .99 100
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемое учебное пособие является составной частью учебнометодического комплекса для студентов, обучающихся по направлениям 260800 «Технология продукции и организации общественного питания», 241000 «Энерго- ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». Настоящее пособие охватывает основные разделы курса аналитической химии - качественный и количественный анализ.
Каждый раздел содержит краткое теоретическое введение, примеры решения задач и задания для самостоятельного решения.
Студенты дневного отделения выполняют контрольные задания согласно указаниям преподавателя в течение учебного семестра.
Студенты-заочники выполняют контрольную работу по всему курсу.
Номер варианта соответствует двум последним цифрам номера (шифра) зачетной книжки. Каждый раздел «Задания для самостоятельного решения» включает 30 индивидуальных заданий, номер которых соответствует номеру варианта. В случае, если шифр больше 30, то номер варианта определяется разностью: шифр - 30.
На обложке тетради для контрольной работы указываются: фамилия, имя, отчество, номер зачетной книжки (шифр), специальность и группа.
При оформлении работы следует отводить поля для отметок преподавателя.
Номера и условия задач следует приводить обязательно, соблюдая тот порядок, в котором они указаны в пособии.
Решение заданий должно содержать уравнения реакций, формулы, числовые значения и при необходимости краткое пояснение.
Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не считается принятой.
I. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
1. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ И АНИОНОВ
Современная аналитическая химия состоит из трех разделов: качественный химический анализ, количественный химический анализ и инструментальные (физико-химические) методы анализа.
Качественный химический анализ - это определение (открытие) химических элементов, ионов, атомов, групп атомов, молекул в анализируемом объекте. Он включает в себя дробный и систематический анализ.
Дробный анализ - обнаружение иона или вещества в анализируемой пробе с помощью специфического реагента (специфическая реакция) в присутствии всех компонентов пробы. Реакции, с помощью которых можно обнаружить небольшое число ионов, называются селективными. Эти реакции присущи определенной группе ионов, близких по химическим свойствам. Дробный анализ не требует много времени и применяется для исследования простых объектов, содержащих ограниченное число ионов.
Для полного качественного анализа сложных объектов используют систематический анализ, который предусматривает разделение смеси анализируемых ионов по аналитическим группам с последующим обнаружением каждого иона. В систематическом анализе применяют определенную систему последовательных операций по разделению ионов на группы и подгруппы, характеризующиеся общими свойствами. Реагенты, позволяющие отделять группы близких по свойствам ионов от других ионов, называют групповыми реагентами. В качестве групповых реагентов используют вещества, образующие малорастворимые или комплексные соединения с целой группой ионов.
Существуют различные аналитические классификации катионов по группам - сульфидная, аммиачно-фосфатная и кислотно-основная. Каждая классификация основана на химических свойствах катионов, связана с положением соответствующих элементов в периодической системе и их электронным строением.
В лабораторном практикуме чаще всего используется кислотноосновная классификация катионов (табл. 1).
В анализе анионов также используются реактивы, действие которых основано на образовании малорастворимых соединений (табл. 2).
6
Таблица 1
Кислотно-щелочная классификация катионов
Аналитические группы
I II III IV V VI
К+, Na+, NH4 Ag+, Pb2+, Hg|+ Са2 , Sr, Al3, сГ, Mg2+, Mn2+, Cu2+, Hg2+,
Ва2+ Zn2+, Sn2+, Fe2+, Fe3+, Cd2+, Co2+,
(Pb2+) Sn4+, As5+, Bi3+, Sb3+, Ni2+, Zn2+
Pb2+, As3+ Sb5+
(Sb3+)
Харак- Хлориды, Хлориды Сульфаты Гидроксиды Гидроксиды Гидроксиды
терис- сульфаты не растворимы не раствори- амфотерны: не раствори- образуют
тика и гидроксиды в воде и в раз- мы в воде растворимы мы в избытке раствори-
групп растворимы бавленных и в кислотах в избытке щелочи мые аммиа-
в воде кислотах щелочи каты
Груп- 2 н. раствор 2 н. раствор Избыток 4 н. Избыток 25%-й
ПОВОЙ НС1 H2SO4 раствора 25%-го рас- раствор
реагент Не имеют NaOH твора NH4OH
NH4OH или
4 н. NaOH
Харак- Раствор Осадок Осадок Раствор Осадок Раствор
тери- К’ AgCl CaSO4 [А1(ОН)4Г Mg(OH)2 [Cu(nh3)4]2;
стика Na , РЬС12 SrSO4 [Cr(OH)6f- Мп(ОН)2 [Hg(NH3)4]2+
полу- NH+ Hg2Cl2 BaSO4 [Zn(OH)4]- Fe(OH)2 [Cd(NH3)4] +
чаемых PbSO4 [Sn(OH)4]- Fe(OH)3 [Co(NH3)4]2+
соеди- [Sn(OH)6]- Bi(OH)3 [Ni(NH3)4]2+
нений [Pb(OH)4]2- HSbO2 [Zn(NH3)4]2
AsO4 , AsO3 HSbO3
(sbO3~)
Таблица 2
Классификация анионов
Номер Анионы, образующие Групповой Характеристика
группы группу реагент группы
SO; , SO] , S2O; , ВаСЬ в нейтральной Соли бария мало раствори-
СО|~, РО4-, с2о^_, или слабощелочной мы в воде, но растворимы
I AsO3, AsO3 , В4О7 , среде в кислотах (НС1, H2SO4),
РО4 , SiO? , F" за исключением BaSO4
и другие
СГ, ВО, Г, ВгОз , Раствор AgNO3 в раз- Соли серебра мало раство-
II S2 , SCN“, CN бавленной 2 н. азотной римы в воде и разбавленной
и другие кислоте HNO3, за исключением
AgBrO3
III NO3, NO2, СТТ3СОО Отсутствует Соли бария и серебра рас-
и другие творимы в воде
При проведении и описании результатов качественного анализа используют аналитические признаки веществ и аналитические реакции.
Аналитические признаки - такие свойства анализируемого вещества или продуктов его превращения, которые позволяют судить о наличии в нем тех или иных компонентов. Характерные аналитические признаки - цвет, запах, осадок, угол вращения плоскости поляризации света, радиоактивность и т. д.
Аналитическая реакция - химическое превращение анализируемого вещества при действии аналитического реагента с образованием продуктов с заметными аналитическими признаками. В качестве аналитических реакций чаще всего используют реакции образования окрашенных соединений, газов, выделение или растворение осадков, образование кристаллов характерной формы, окрашивание пламени газовой горелки, образование соединений, люминесцирующих в растворах.
При этом на результаты проведения аналитических реакций влияют температура, концентрация растворов, pH среды, присутствие мешающих или маскирующих веществ и веществ, катализирующих процессы.
Требования к аналитическим реакциям:
1) реакция должна проходить достаточно быстро и в одном направлении;
2) сопровождаться заметным аналитическим эффектом;
3) быть высокочувствительной и высокоселективной.
Примеры решения задач
Задача 1. Запишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения обнаружения ионов Fe³⁺ и РЬ²⁺.
Решение
1. Ион Fe³⁺ в растворе можно обнаружить с помощью калий гекса-цианоферрата(П) - желтая кровяная соль.
4 FeCl₃ + 3 K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃^ +12 KC1,
4 Fe³⁺ + 3 [Fe(CN)₆]⁴⁻ = Fe4[Fe(CN)₆]₃^.
Качественный признак реакции - выпадение синего осадка берлинской лазури Fe₄[Fe(CN)₆]₃.
9
2. Ионы Pb²⁺ обнаруживают с помощью калий иодида Pb(NO₃)₂ + 2 KI = РЫ2Ф + 2 KNO₃, Pb²⁺ + 2I⁻ = РЫ2Ф. Качественный признак реакции - ярко-желтый осадок PbI₂, который растворяется в избытке калий иодида РЫ2Ф + 2 KI = K2[PbI₄] Pbl2 + 2 I⁻ = [PbI4]²⁻. Задача 2. Предложите схему разделения смеси катионов Ва²⁺, Sn²⁺, Fe³⁺, Na⁺ по кислотно-щелочной классификации. Решение Для указания аналитических групп катионов используйте табл. 1. Из таблицы находим, что Ва²⁺ - ионы III аналитической группы, осаждаются групповым реагентом 2 н. раствором H₂SO₄. Ионы Sn²⁺ относятся к IV аналитической группе, групповой реагент 4 н. раствор NaOH (КОН); осаждаемый Sn(OH)₂ амфотерен и растворим в избытке группового реагента. Fe³⁺ - ионы V группы, групповой реагент 4 н. раствор NaOH (КОН) или избыток NH₄OH; осаждаемый Fe(OH)₃ нерастворим в избытке группового реагента. Na⁺ - ионы I аналитической группы, группового реагента нет. Схема разделения данной смеси катионов кислотно-основным методом по одному из вариантов следующая. 1. Ва²⁺, Sn²⁺, Fe³⁺, Na⁺ + SO; ^ BaSO4^ + Sn²⁺, Fe³⁺, Na⁺. раствор 1 H₂SO₄ осадок 1 раствор 2 Осадок отделяют, в фильтрате будут содержаться ионы раствора 2. 2. Sn²⁺, Fe³⁺, Na⁺ + OH⁻ ^ Fe(OH^ + [Sn(OH)4]²⁻ + Na⁺. раствор 2 KOH избыток осадок 2 раствор 3 Осадок 2 отделяют, в фильтрате будут содержаться ионы раствора 3. 3. Для отделения Sn²⁺ от Na⁺ разрушают ион [Sn(OH)₄]²⁻, действуя кислотой Sn(OH)4]²⁻ + Na⁺ + 4 Н⁺ ^ Sn²⁺ + Na⁺ + 4 H2O. раствор 3 HC1 раствор 4 10
Доступ онлайн
32 ₽
В корзину