Аналитическая химия: химические методы анализа

У Ч Е Б Н И К  Д Л Я  В Ы С Ш Е Й  Ш К О Л Ы
У Ч Е Б
Ч Е Б Н И К  Д Л Я  
Л Я  В Ы С
В Ы С Ш Е Й  Ш
Ш Е Й  Ш К О Л Ы

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 
АНАЛИЗА

Под редакцией
д-ра хим. наук проф. О. М. Петрухина,
канд. хим. наук доц. Л. Б. Кузнецовой

Рекомендовано
 
Государственным образовательным
  
учреждением высшего профессионального образования
 
«Казанский государственный технологический университет»
(национальный исследовательский университет) в качестве 
учебника для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по химико-технологическим  
направлениям подготовки и специальностям

Москва
Лаборатория знаний
2021

2-e издание, электронное

УДК 543
ББК 24.5я73
А64

С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
А в т о р с к и й к о л л е к т и в:
Е. Г. Власова, А. Ф. Жуков, И. Ф. Колосова, К. А. Комарова,
В. В. Кузнецов, Л. Б. Кузнецова, Е. А. Кучкарев,
Л. Н. Медведева, С. Л. Рогатинская, Н. Д. Румянцева,
О. Л. Саморукова, Л. Б. Оганесян, М. Б. Огарева,
О. М. Петрухин, А. Р. Тимербаев

А64
Аналитическая
химия:
химические
методы
анализа
/
Е. Г. Власова [и др.] ; под ред. О. М. Петрухина, Л. Б. Кузнецовой. — 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2021. —
467 с. — (Учебник для высшей школы). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-93208-502-8
В настоящем издании для химико-технологических и других вузов,
в которых курс аналитической химии является частью общехимической
подготовки специалистов, рассмотрены теоретические основы аналитической химии, методы количественного и качественного химического анализа.
Отдельная глава посвящена метрологической характеристике методов аналитической химии и результатов анализа. Даны описания практических работ
по анализу неорганических и органических объектов. Включены вопросы
и задачи для самостоятельной работы студентов с примерами их решения.
Таким образом, в одной книге собраны учебник, практикум и задачник.
Для студентов, аспирантов и преподавателей химических факультетов
университетов и химико-технологических вузов.
УДК 543
ББК 24.5я73

Деривативное издание на основе печатного аналога: Аналитическая химия: химические методы анализа / Е. Г. Власова [и др.] ; под ред. О. М. Петрухина, Л. Б. Кузнецовой. — М. : Лаборатория знаний, 2017. — 464 с. : ил. —
(Учебник для высшей школы). — ISBN 978-5-906828-19-4.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-93208-502-8
© Лаборатория знаний, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ .....................................................................................................9

Часть I.   Общие теоретические основы аналитической химии 
13

Глава  1.  Введение в аналитическую химию ................................................14
1.1. 
Классификация методов анализа. Основные термины 
аналитической химии ................................................................................14

1.2. 
Значение аналитической химии ...............................................................17

1.3. 
Роль химических методов анализа в подготовке 
химика-технолога .......................................................................................19

Литература ...............................................................................................................20

Глава  2.  Химические равновесия ...................................................................22
2.1. 
Константы равновесия ..............................................................................22

2.2. 
Протолитические равновесия ...................................................................25
2.2.1. Водные растворы сильных и слабых протолитов ....................26
2.2.2. Буферные растворы ......................................................................30
2.2.3. Неводные растворители ...............................................................34

2.3. 
Реакции комплексообразования ...............................................................40
2.3.1. Основные понятия ........................................................................41
2.3.2. Равновесия в растворах комплексов ..........................................43
2.3.3. Устойчивость комплексов ............................................................44
2.3.4. Примеры использования комплексов в аналитической 
химии ..............................................................................................48

2.4. 
Окислительно-восстановительные  равновесия .....................................51

2.5. 
Гетерогенные равновесия .........................................................................55

Литература ...............................................................................................................57
Глава  3.  Органические аналитические реагенты ......................................59
3.1. 
Функционально-аналитические группировки 
и аналитико-активные группы .................................................................59

3.2. 
Реакции осаждения ....................................................................................63

3.3. 
Реакции образования окрашенных комплексов .....................................64

3.4. 
Другие типы реакций ................................................................................65

3.5. 
Индикаторы ................................................................................................67

Литература ...............................................................................................................69

Содержание

Глава  4.  Отбор и подготовка пробы к анализу ..........................................71
4.1. 
Отбор пробы ...............................................................................................71

4.2. 
Подготовка пробы ......................................................................................73
4.2.1. Разложение пробы ........................................................................73
4.2.2. Методы разделения и концентрирования ..................................75

Литература ...............................................................................................................91
Глава  5.  Погрешности аналитических определений и их оценка ..........93
5.1. 
Виды погрешностей ..................................................................................93

5.2. 
Оценка случайных отклонений ................................................................96

5.3. 
Статистическое распределение погрешностей. 
Предел обнаружения .................................................................................99

5.4. 
Исключение промахов из выборки. Результаты 
статистической обработки ......................................................................107

5.5. 
Сравнение двух выборок. Обнаружение систематических 
погрешностей ...........................................................................................109

5.6. 
Классификация систематических погрешностей.
Коэффициент корреляции .......................................................................113

5.7. 
Сложение случайных и систематических погрешностей. 
Представление результатов анализа ......................................................115

5.8. 
Погрешности некоторых методов анализа ...........................................117
5.8.1. Гравиметрический метод ...........................................................117
5.8.2. Прямой титриметрический метод .............................................118

Литература .............................................................................................................123

Часть II.   Качественный анализ 
125

Глава  6.  Аналитическая химическая реакция ..........................................126
6.1. 
Типы аналитических реакций ................................................................127

6.2. 
Условия проведения аналитических реакций ......................................129

Глава  7.  Систематический и дробный качественный анализ ...............131

Глава  8.  Техника эксперимента ....................................................................138

Глава  9.  Идентификация индивидуальных ионов. 
Анализ смеси катионов ........................................................................146

9.1. 
Аналитические реакции катионов .........................................................146

9.2. 
Аналитические реакции анионов ..........................................................168

9.3. 
Анализ смеси катионов ...........................................................................170

Глава  10.  Анализ неизвестного вещества ..................................................174
Вопросы и задачи .................................................................................................178
Литература .............................................................................................................179

Часть III.   Количественный анализ 
181

Глава  11.  Гравиметрический метод анализа .............................................182
11.1. 
Теоретические основы метода осаждения ...........................................183
11.1.1. Механизм процесса осаждения .................................................183

Содержание 
5

11.1.2. Растворимость осадков ..............................................................186
11.1.3. Загрязнение осадков ...................................................................191
11.1.4. Выбор осадителя .........................................................................193

11.2. 
Органические аналитические реагенты-осадители .............................194

11.3. 
Применение реакций внешнесферного комплексообразования.........197

11.4. 
Получение осаждаемой формы ..............................................................198

11.5. 
Фильтрование и промывание осадка ....................................................199

11.6. 
Получение гравиметрической формы ...................................................200

11.7. 
Расчеты в гравиметрическом анализе ...................................................202

11.8. 
Применение гравиметрического метода анализа.................................203

11.9. 
Техника эксперимента .............................................................................205
11.9.1. Оборудование ..............................................................................205
11.9.2. Техника проведения гравиметрического анализа ...................208

Практические работы ...........................................................................................212

Работа 1.   Определение сульфатов .....................................................212
Работа 2.   Определение железа(III) ....................................................214
Работа 3.   Определение никеля(II) ......................................................215
Работа 4.   Определение кобальта(II) ...................................................216
Работа 5.   Определение перхлоратов..................................................217
Работа 6.   Определение салициловой кислоты .................................218
Работа 7.   Определение витамина В1 .................................................218

Вопросы и задачи .................................................................................................219
Литература .............................................................................................................221
Глава  12.  Титриметрические методы анализа ..........................................223
12.1. 
Принципы титриметрических методов анализа ..................................223

12.2. 
Теоретические кривые титрования ........................................................225

12.3. 
Установление точки эквивалентности ...................................................228

12.4. 
Погрешности в титриметрических методах анализа ..........................228

12.5. 
Расчеты в титриметрическом методе анализа .....................................230

12.6. 
Способы титрования ...............................................................................233
12.6.1. Прямое титрование .....................................................................233
12.6.2. Обратное титрование ..................................................................233
12.6.3. Титрование заместителя ............................................................234

12.7. 
Первичные и вторичные стандартные растворы .................................235

12.8. 
Техника эксперимента .............................................................................236
12.8.1. Измерение объемов растворов, мерная посуда .......................236
12.8.2. Приготовление стандартных растворов ...................................242
12.8.3. Установка титра растворов титрантов .....................................245
12.8.4. Общие указания по выполнению титриметрических 
определений .................................................................................247

Литература .............................................................................................................248
Глава  13. Методы  кислотно-основного  титрования ...............................249
13.1. 
Теоретические основы методов .............................................................249
13.1.1. Теории кислот и оснований ......................................................249
13.1.2. Протонная теория Брёнстеда–Лоури ........................................251

Содержание

13.1.3. Кислотно-основное взаимодействие и количественная оценка
кислотности и основности .....................................................................254

13.2. 
Кислотно-основное титрование .............................................................255
13.2.1. Кривые титрования сильных одноосновных протолитов ......257
13.2.2. Кривые титрования слабых одноосновных протолитов ........261
13.2.3. Кривые титрования смесей кислот (оснований) ....................265
13.2.4. Кривые титрования многоосновных кислот 
и многокислотных оснований ...................................................269

13.2.5. Влияние различных факторов на кривые титрования ...........273
13.2.6. Определение точки эквивалентности. Кислотно-основные
индикаторы ..................................................................................275

13.3. 
Стандартные растворы ............................................................................283
13.3.1. Приготовление 0,1М-го раствора кислоты ..............................284
13.3.2. Приготовление 0,1М-го раствора щелочи ...............................287

13.4. 
Вещества, определяемые методом кислотно-основного 
титрования ................................................................................................288

Практические работы ...........................................................................................291

Работа 1.   Определение Na2CO3 .........................................................291
Работа 2.   Анализ смесей NaOH + Na2CO3 и Na2CO3 + NaHCO3 ....293
Работа 3.   Определение солей аммония .............................................294
Работа 4.   Определение азота в органических  соединениях 
      по Кьельдалю ......................................................................297

Работа 5.   Определение некоторых оксидов и карбонатов ..............297
Работа 6.   Определение солей щелочноземельных металлов .........298
Работа 7.   Определение кислот ...........................................................299
Работа 8.   Определение солей с использованием ионного обмена ...302
Работа 9.   Определение спиртов .........................................................303
Работа 10. Определение фенолов в неводных растворах .................304
Работа 11. Определение кислотного числа и числа омыления 
      в полимерах .........................................................................305

Вопросы и задачи .................................................................................................306
Литература .............................................................................................................314

Глава  14.  Методы окислительно-восстановительного 
титрования ..............................................................................................316

14.1. 
Теоретические основы методов .............................................................316
14.1.1. Окислительно-восстановительные системы ............................316
14.1.2. Уравнение Нернста......................................................................320
14.1.3. Факторы, влияющие на потенциал ...........................................321
14.1.4. Термодинамика окислительно-восстановительных 
реакций .........................................................................................327

14.1.5. Окислительно-восстановительные равновесия 
и способы их смещения .............................................................328

14.1.6. Расчет констант равновесий окислительновосстановительных реакций при стандартных условиях ......329

Содержание 
7

14.1.7. Механизмы окислительно-восстановительных реакций ........331
14.1.8. Кинетика окислительно-восстановительных реакций ...........333
14.1.9. Окислительно-восстановительные реакции в неводных 
средах ...........................................................................................337

14.2. 
Кривые титрования ..................................................................................339
14.2.1. Расчет теоретических кривых ...................................................339
14.2.2. Влияние условий титрования на ход кривых .........................342
14.2.3. Титрование многокомпонентных систем .................................344
14.2.4. Определение точки эквивалентности .......................................346
14.2.5. Окислительно-восстановительные индикаторы ......................346
14.2.6. Классификация методов окислительно-восстановительного 
титрования ...................................................................................350

14.3. 
Перманганатометрия ................................................................................354
14.3.1. Особенности и возможности метода ........................................355
14.3.2. Приготовление и стандартизация раствора перманганата 
калия (вторичного стандарта) ...................................................360

Практические работы ...........................................................................................362

Работа 1.   Определение железа(II) ......................................................362
Работа 2.   Определение железа(III) ....................................................363
Работа 3.   Анализ растворов, содержащих железо(II) 
      и железо(III) ........................................................................364

Работа 4.   Определение кальция .........................................................364
Работа 5.   Определение дихромата калия ..........................................366
Работа 6.   Определение пероксида водорода ....................................367
Работа 7.   Определение нитритов .......................................................367
Работа 8.   Определение муравьиной кислоты в присутствии 
      уксусной кислоты ...............................................................368

14.4. 
Иодометрия ...............................................................................................369
14.4.1. Особенности и возможности метода ........................................369
14.4.2. Приготовление и стандартизация раствора тиосульфата 
натрия (вторичный стандарт) ....................................................374

Практические работы ...........................................................................................376

Работа 1.   Определение меди(II) .........................................................376
Работа 2.   Определение сильных кислот ...........................................376
Работа 3.   Определение сульфитов .....................................................377
Работа 4.   Определение формальдегида .............................................378

14.5. 
Иодиметрия ...............................................................................................379
14.5.1. Особенности и возможности метода ........................................379
14.5.2. Приготовление и стандартизация раствора иода 
(вторичный стандарт) .................................................................381

Практические работы ...........................................................................................382

Работа 1.   Определение аскорбиновой кислоты ...............................382
Работа 2.   Определение β-нафтола .....................................................383

Вопросы и задачи .................................................................................................384
Литература .............................................................................................................389

Содержание

Глава  15.  Методы комплексоно метрического титрования .....................390
15.1. 
Реакции комплексообразования в титриметрическом анализе ..........390

15.2. 
Скорость и механизм реакций комплексообразования .......................393

15.3. 
Комплексоны класса аминополикарбоновых кислот ..........................396
15.3.1. Протолитические свойства ЭДТА .............................................400
15.3.2. Хелатообразование ЭДТА с ионами металлов .......................401
15.3.3. Равновесия реакций комплексообразования............................404
15.3.4. Условные константы устойчивости ..........................................408
15.3.5. Выбор условий титрования .......................................................411

15.4. 
Кривые комплексонометрического титрования ...................................416
15.4.1. Скачок на кривой титрования ...................................................418
15.4.2. Определение точки эквивалентности .......................................419

15.5. 
Комплексонометрические индикаторы (металлоиндикаторы) ...........419
15.5.1. Типы металлоиндикаторов ........................................................421
15.5.2. Условия применения металлоиндикаторов ..............................424

15.6. 
Приемы улучшения избирательности титрования ..............................426
15.6.1. Влияние кислотности среды .....................................................427
15.6.2. Использование маскирующих реагентов .................................427

15.7. 
Прямые и косвенные способы комплексонометрического 
титрования ................................................................................................430

15.8. 
Определение анионов ..............................................................................431

Практические работы ...........................................................................................433

Работа 1.   Приготовление и стандартизация раствора ЭДТА .........433
Работа 2.   Определение кальция .........................................................435
Работа 3.   Определение магния ...........................................................436
Работа 4.   Определение железа(III) ....................................................437
Работа 5.   Определение алюминия .....................................................438
Работа 6.   Определение марганца(II) ..................................................440
Работа 7.   Определение меди(II)  ........................................................441
Работа 8.   Определение свинца(II)  ....................................................443
Работа 9.   Определение никеля(II)  ....................................................444
Работа 10. Определение жесткости воды ...........................................445

Вопросы и задачи .................................................................................................446
Литература .............................................................................................................448

Приложения .........................................................................................................449
Приложение 1. Произведения растворимости некоторых 
          малорастворимых веществ .......................................................449

Приложение 2. Константы ионизации некоторых кислот и оснований ........450
Приложение 3. Стандартные окислительно-восстановительные 
          потенциалы .................................................................................458

Приложение 4. Логарифмы ступенчатых (Kn) и общих констант 
          устойчивости (βn) некоторых комплексов ионов 
          металлов с различными лигандами .........................................460

ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс химических методов анализа в химико-технологических вузах 
играет в существенной степени роль общеобразовательного курса, тесно 
связанного с другими дисциплинами. Распределение материала в учеб нике
вполне традиционно. Во введении дана классификация методов аналитической химии, определены основные понятия этой нау ки. В первой 
части приведены основные сведения из курса общей и неорганической 
химии и других дисциплин, изложенные под углом зрения аналитической химии, рассмотрены методы статистической обработки результатов 
измерения и метрологические характеристики методов анализа. Вторая 
часть полностью посвящена качественному анализу. Дано большое количество качественных избирательных и групповых реакций, обсуждаются методы систематического и дробного анализа. Авторы считают 
изучение качественного анализа и выполнение соответствующих работ 
необходимым этапом в профессиональной подготовке химика. Кроме 
того, именно на этом этапе отрабатываются основные приемы практической работы студента в лаборатории. Методы количественного химического анализа рассмотрены в третьей части. Приложения содержат 
необходимые справочные данные.
Данный учебник написан для химико-технологических и химических вузов, в которых аналитическая химия является обязательной 
частью естественнонаучной подготовки студента. Выдающийся русский химик Н. А. Меншуткин* писал: «Представив весь ход занятий 
по аналитической химии в виде задач, решение которых предоставлено занимающемуся, мы должны указать на то, что для подобного 
решения задач аналитическая химия даст строго определенный путь. 
Эта определенность (систематичность решения задач аналитической 
химии) имеет большое педагогическое значение. Занимающийся приучается применять свойства соединений к решению вопросов, выводить условия реакций, комбинировать их. Весь этот ряд умственных 
процессов можно выразить так: аналитическая химия приучает химически думать. Достижение последнего представляется самым важным 
при практических занятиях аналитической химией». Несмотря на то, 

* 
Меншуткин Н. Аналитическая химия. Изд. 8-е. – СПб: Типография В. Ди ма но ва, 
1897. – 485 с.

Предисловие

что цитата заимствована из учебника, вышедшего в 1897 г., добавить 
к ней нечего.
Изложение методов химического анализа в данном учебнике основано на многолетнем опыте работы сотрудников кафедры аналитической химии РХТУ им. Д. И. Менделеева. Одна из основных задач, 
которые перед собой ставил авторский коллектив, заключается в том, 
чтобы в одной книге собрать весь необходимый для обучения материал, охватив важнейшие разделы аналитической химии. Особенность 
настоящего издания – в совмещении в себе учебника, практикума 
и задачника. Практикум содержит описание практических работ по 
качественному химическому анализу, гравиметрическому и титриметрическим количественным методам анализа. Вводные разделы содержат теорию соответствующих методов в объеме, достаточном для 
выполнения практических задач. В конце некоторых глав приведены 
вопросы для самоконтроля и типовые задачи с примерами решения.
Таким образом, эта книга, сохранившая традиции учебника, написанного в свое время под редакцией основателя кафедры аналитической химии проф. А. П. Крешкова, будет достаточна для изучения 
материала курса «Аналитическая химия: химические методы анализа». В то же время необходимо еще раз подчеркнуть, что это учебник, который не предполагает подготовку химиков-профессионалов 
в аналитической химии (для студентов, желающих углубить свои знания, и аспирантов химиков-аналитиков можно рекомендовать учебники, подготовленные коллективом кафедры аналитической химии МГУ 
им. М. В. Ломоносова). Более того, надо учитывать, что объем информации, накопленный в аналитической химии и смежных областях знания очень велик; об этом свидетельствует, например, объем изданной 
в Евро пе энциклопедии по аналитической химии – для изложения современной теории и практики аналитической химии авторам потребовалось более 14 000 страниц текста. Так что прежде чем «углублять» 
свои знания по аналитической химии правильнее все-таки проконсультироваться со специалистом в соответствующей области.
Книга будет полезна преподавателям, а также сотрудникам научно- 
исследовательских институтов. Примерами химического анализа, прежде всего анализа объектов окружающей среды, можно будет воспользоваться и для изучения экологии и химии в старших классах, особенно в школах с углубленным изучением химии.
Учебник подготовлен коллективом кафедры аналитической химии РХТУ им. Д. И. Менделеева. Предисловие, главы 1 и 3 написаны проф. О. М. Петрухиным; разделы 2.1 и 2.5 главы 2 – доц. 
А. Ф. Жуковым, разделы 2.2.1, 2.2.2 – доц. Л. Б. Оганесян, раздел 2.2.3 – 
доц. Л. Б. Куз нецовой, раздел 2.3 – проф. О. М. Петрухиным, раз