Химические методы анализа

Москва
Лаборатория знаний
2023

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

ХИМИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА

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

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
для химико-технологических вузов

Электронное издание

УДК 543
ББК 24.4я73
Х46

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:
А. Ф. Жуков, В. В. Кузнецов, О. Л. Саморукова, А. Р. Тимербаев

Х46
Химические методы анализа : учебное пособие для химикотехнологических вузов / А. Ф. Жуков [и др.] ; под ред. О. М. Петрухина, Л. Б. Кузнецовой. — Электрон. изд. — М. : Лаборатория
знаний, 2023. — 481 с. — (Учебник для высшей школы). — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул.
экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-601-8
В настоящем издании для химико-технологических и других вузов,
в которых курс аналитической химии является частью общехимической
подготовки специалистов, рассмотрены химические методы анализа. Приведена классификация методов количественного и качественного химического
анализа: химических и инструментальных. 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, а также химиков-аналитиков и всех, кто связан с аналитической химией и химическим анализом.
УДК 543
ББК 24.4я73

Деривативное издание на основе печатного аналога: Химические методы
анализа : учебное пособие для химико-технологических вузов / А. Ф. Жуков [и др.] ; под ред. О. М. Петрухина, Л. Б. Кузнецовой. — М. : Лаборатория
знаний, 2023. — 478 с. : ил. — (Учебник для высшей школы).
ISBN 978-5-93208-320-8

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 978-5-93208-601-8
© Лаборатория знаний, 2023

СОДЕРЖАНИЕ

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

Часть I.   Общие теоретические основы аналитической химии 
13

Глава  1.  Введение в аналитическую химию ................................................14
1.1. 
Классификация методов анализа .............................................................14
1.1.1. Химические методы анализа .......................................................15
1.1.2. Инструментальные методы анализа ...........................................18

1.2. 
Значение аналитической химии ...............................................................31

1.3. 
Роль химических методов анализа в подготовке 
химика-технолога .......................................................................................33

Литература ...............................................................................................................34

Глава  2.  Химические равновесия ...................................................................36
2.1. 
Константы равновесия ..............................................................................36

2.2. 
Протолитические равновесия ...................................................................39
2.2.1. Водные растворы сильных и слабых протолитов ....................40
2.2.2. Буферные растворы ......................................................................44
2.2.3. Неводные растворители ...............................................................48

2.3. 
Реакции комплексообразования ...............................................................54
2.3.1. Основные понятия ........................................................................55
2.3.2. Равновесия в растворах комплексов ..........................................57
2.3.3. Устойчивость комплексов ............................................................58
2.3.4. Примеры использования комплексов в аналитической 
химии ..............................................................................................62

2.4. 
Окислительно-восстановительные  равновесия .....................................65

2.5. 
Гетерогенные равновесия .........................................................................69

Литература ...............................................................................................................71
Глава  3.  Органические аналитические реагенты ......................................73
3.1. 
Функционально-аналитические группировки 
и аналитико-активные группы .................................................................73

3.2. 
Реакции осаждения ....................................................................................77

3.3. 
Реакции образования окрашенных комплексов .....................................78

3.4. 
Другие типы реакций ................................................................................79

3.5. 
Индикаторы ................................................................................................81

Литература ...............................................................................................................83

Содержание

Глава  4.  Отбор и подготовка пробы к анализу ..........................................85
4.1. 
Отбор пробы ...............................................................................................85

4.2. 
Подготовка пробы ......................................................................................87
4.2.1. Разложение пробы ........................................................................87
4.2.2. Методы разделения и концентрирования ..................................89

Литература .............................................................................................................105
Глава  5.  Погрешности аналитических определений и их оценка ........107
5.1. 
Виды погрешностей ................................................................................107

5.2. 
Оценка случайных отклонений ..............................................................110

5.3. 
Статистическое распределение погрешностей. 
Предел обнаружения ...............................................................................113

5.4. 
Исключение промахов из выборки. Результаты 
статистической обработки ......................................................................121

5.5. 
Сравнение двух выборок. Обнаружение систематических 
погрешностей ...........................................................................................123

5.6. 
Классификация систематических погрешностей.
Коэффициент корреляции .......................................................................127

5.7. 
Сложение случайных и систематических погрешностей. 
Представление результатов анализа ......................................................129

5.8. 
Погрешности некоторых методов анализа ...........................................131
5.8.1. Гравиметрический метод ...........................................................131
5.8.2. Прямой титриметрический метод .............................................132

Литература .............................................................................................................137

Часть II.   Качественный анализ 
139

Глава  6.  Аналитическая химическая реакция ..........................................140
6.1. 
Типы аналитических реакций ................................................................141

6.2. 
Условия проведения аналитических реакций ......................................143

Глава  7.  Систематический и дробный качественный анализ ...............145

Глава  8.  Техника эксперимента ....................................................................152

Глава  9.  Идентификация индивидуальных ионов. 
Анализ смеси катионов ........................................................................160

9.1. 
Аналитические реакции катионов .........................................................160

9.2. 
Аналитические реакции анионов ..........................................................182

9.3. 
Анализ смеси катионов ...........................................................................184

Глава  10.  Анализ неизвестного вещества ..................................................188
Вопросы и задачи .................................................................................................192
Литература .............................................................................................................193

Часть III.   Количественный анализ 
195

Глава  11.  Гравиметрический метод анализа .............................................196
11.1. 
Теоретические основы метода осаждения ...........................................197
11.1.1. Механизм процесса осаждения .................................................197

Содержание 
5

11.1.2. Растворимость осадков ..............................................................200
11.1.3. Загрязнение осадков ...................................................................205
11.1.4. Выбор осадителя .........................................................................207

11.2. 
Органические аналитические реагенты-осадители .............................208

11.3. 
Применение реакций внешнесферного комплексообразования.........211

11.4. 
Получение осаждаемой формы ..............................................................212

11.5. 
Фильтрование и промывание осадка ....................................................213

11.6. 
Получение гравиметрической формы ...................................................214

11.7. 
Расчеты в гравиметрическом анализе ...................................................216

11.8. 
Применение гравиметрического метода анализа.................................217

11.9. 
Техника эксперимента .............................................................................219
11.9.1. Оборудование ..............................................................................219
11.9.2. Техника проведения гравиметрического анализа ...................222

Практические работы ...........................................................................................226

Работа 1.   Определение сульфатов .....................................................226
Работа 2.   Определение железа(III) ....................................................228
Работа 3.   Определение никеля(II) ......................................................229
Работа 4.   Определение кобальта(II) ...................................................230
Работа 5.   Определение перхлоратов..................................................231
Работа 6.   Определение салициловой кислоты .................................232
Работа 7.   Определение витамина В1 .................................................232

Вопросы и задачи .................................................................................................233
Литература .............................................................................................................235
Глава  12.  Титриметрические методы анализа ..........................................237
12.1. 
Принципы титриметрических методов анализа ..................................237

12.2. 
Теоретические кривые титрования ........................................................239

12.3. 
Установление точки эквивалентности ...................................................242

12.4. 
Погрешности в титриметрических методах анализа ..........................242

12.5. 
Расчеты в титриметрическом методе анализа .....................................244

12.6. 
Способы титрования ...............................................................................247
12.6.1. Прямое титрование .....................................................................247
12.6.2. Обратное титрование ..................................................................247
12.6.3. Титрование заместителя ............................................................248

12.7. 
Первичные и вторичные стандартные растворы .................................249

12.8. 
Техника эксперимента .............................................................................250
12.8.1. Измерение объемов растворов, мерная посуда .......................250
12.8.2. Приготовление стандартных растворов ...................................256
12.8.3. Установка титра растворов титрантов .....................................259
12.8.4. Общие указания по выполнению титриметрических 
определений .................................................................................261

Литература .............................................................................................................262
Глава  13. Методы  кислотно-основного  титрования ...............................263
13.1. 
Теоретические основы методов .............................................................263
13.1.1. Теории кислот и оснований ......................................................263
13.1.2. Протонная теория Брёнстеда–Лоури ........................................265

Содержание

13.1.3. Кислотно-основное взаимодействие и количественная оценка
кислотности и основности .....................................................................268

13.2. 
Кислотно-основное титрование .............................................................269
13.2.1. Кривые титрования сильных одноосновных протолитов ......271
13.2.2. Кривые титрования слабых одноосновных протолитов ........275
13.2.3. Кривые титрования смесей кислот (оснований) ....................279
13.2.4. Кривые титрования многоосновных кислот 
и многокислотных оснований ...................................................283

13.2.5. Влияние различных факторов на кривые титрования ...........287
13.2.6. Определение точки эквивалентности. Кислотно-основные
индикаторы ..................................................................................289

13.3. 
Стандартные растворы ............................................................................297
13.3.1. Приготовление 0,1М-го раствора кислоты ..............................298
13.3.2. Приготовление 0,1М-го раствора щелочи ...............................301

13.4. 
Вещества, определяемые методом кислотно-основного 
титрования ................................................................................................302

Практические работы ...........................................................................................305

Работа 1.   Определение Na2CO3 .........................................................305
Работа 2.   Анализ смесей NaOH + Na2CO3 и Na2CO3 + NaHCO3 ....307
Работа 3.   Определение солей аммония .............................................308
Работа 4.   Определение азота в органических  соединениях 
      по Кьельдалю ......................................................................311

Работа 5.   Определение некоторых оксидов и карбонатов ..............311
Работа 6.   Определение солей щелочноземельных металлов .........312
Работа 7.   Определение кислот ...........................................................313
Работа 8.   Определение солей с использованием ионного обмена ...316
Работа 9.   Определение спиртов .........................................................317
Работа 10. Определение фенолов в неводных растворах .................318
Работа 11. Определение кислотного числа и числа омыления 
      в полимерах .........................................................................319

Вопросы и задачи .................................................................................................320
Литература .............................................................................................................328

Глава  14.  Методы окислительно-восстановительного 
титрования ..............................................................................................330

14.1. 
Теоретические основы методов .............................................................330
14.1.1. Окислительно-восстановительные системы ............................330
14.1.2. Уравнение Нернста......................................................................334
14.1.3. Факторы, влияющие на потенциал ...........................................335
14.1.4. Термодинамика окислительно-восстановительных 
реакций .........................................................................................341

14.1.5. Окислительно-восстановительные равновесия 
и способы их смещения .............................................................342

14.1.6. Расчет констант равновесий окислительновосстановительных реакций при стандартных условиях ......343

Содержание 
7

14.1.7. Механизмы окислительно-восстановительных реакций ........345
14.1.8. Кинетика окислительно-восстановительных реакций ...........347
14.1.9. Окислительно-восстановительные реакции в неводных 
средах ...........................................................................................351

14.2. 
Кривые титрования ..................................................................................353
14.2.1. Расчет теоретических кривых ...................................................353
14.2.2. Влияние условий титрования на ход кривых .........................356
14.2.3. Титрование многокомпонентных систем .................................358
14.2.4. Определение точки эквивалентности .......................................360
14.2.5. Окислительно-восстановительные индикаторы ......................360
14.2.6. Классификация методов окислительно-восстановительного 
титрования ...................................................................................364

14.3. 
Перманганатометрия ................................................................................368
14.3.1. Особенности и возможности метода ........................................369
14.3.2. Приготовление и стандартизация раствора перманганата 
калия (вторичного стандарта) ...................................................374

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

Работа 1.   Определение железа(II) ......................................................376
Работа 2.   Определение железа(III) ....................................................377
Работа 3.   Анализ растворов, содержащих железо(II) 
      и железо(III) ........................................................................378

Работа 4.   Определение кальция .........................................................378
Работа 5.   Определение дихромата калия ..........................................380
Работа 6.   Определение пероксида водорода ....................................381
Работа 7.   Определение нитритов .......................................................381
Работа 8.   Определение муравьиной кислоты в присутствии 
      уксусной кислоты ...............................................................382

14.4. 
Иодометрия ...............................................................................................383
14.4.1. Особенности и возможности метода ........................................383
14.4.2. Приготовление и стандартизация раствора тиосульфата 
натрия (вторичный стандарт) ....................................................388

Практические работы ...........................................................................................390

Работа 1.   Определение меди(II) .........................................................390
Работа 2.   Определение сильных кислот ...........................................390
Работа 3.   Определение сульфитов .....................................................391
Работа 4.   Определение формальдегида .............................................392

14.5. 
Иодиметрия ...............................................................................................393
14.5.1. Особенности и возможности метода ........................................393
14.5.2. Приготовление и стандартизация раствора иода 
(вторичный стандарт) .................................................................395

Практические работы ...........................................................................................396

Работа 1.   Определение аскорбиновой кислоты ...............................396
Работа 2.   Определение β-нафтола .....................................................397

Вопросы и задачи .................................................................................................398
Литература .............................................................................................................403

Содержание

Глава  15.  Методы комплексоно метрического титрования .....................404
15.1. 
Реакции комплексообразования в титриметрическом анализе ..........404

15.2. 
Скорость и механизм реакций комплексообразования .......................407

15.3. 
Комплексоны класса аминополикарбоновых кислот ..........................410
15.3.1. Протолитические свойства ЭДТА .............................................414
15.3.2. Хелатообразование ЭДТА с ионами металлов .......................415
15.3.3. Равновесия реакций комплексообразования............................418
15.3.4. Условные константы устойчивости ..........................................422
15.3.5. Выбор условий титрования .......................................................425

15.4. 
Кривые комплексонометрического титрования ...................................430
15.4.1. Скачок на кривой титрования ...................................................432
15.4.2. Определение точки эквивалентности .......................................433

15.5. 
Комплексонометрические индикаторы (металлоиндикаторы) ...........433
15.5.1. Типы металлоиндикаторов ........................................................435
15.5.2. Условия применения металлоиндикаторов ..............................438

15.6. 
Приемы улучшения избирательности титрования ..............................440
15.6.1. Влияние кислотности среды .....................................................441
15.6.2. Использование маскирующих реагентов .................................441

15.7. 
Прямые и косвенные способы комплексонометрического 
титрования ................................................................................................444

15.8. 
Определение анионов ..............................................................................445

Практические работы ...........................................................................................447

Работа 1.   Приготовление и стандартизация раствора ЭДТА .........447
Работа 2.   Определение кальция .........................................................449
Работа 3.   Определение магния ...........................................................450
Работа 4.   Определение железа(III) ....................................................451
Работа 5.   Определение алюминия .....................................................452
Работа 6.   Определение марганца(II) ..................................................454
Работа 7.   Определение меди(II)  ........................................................455
Работа 8.   Определение свинца(II)  ....................................................457
Работа 9.   Определение никеля(II)  ....................................................458
Работа 10. Определение жесткости воды ...........................................459

Вопросы и задачи .................................................................................................460
Литература .............................................................................................................462

Приложения .........................................................................................................463
Приложение 1. Произведения растворимости некоторых 
          малорастворимых веществ .......................................................463

Приложение 2. Константы ионизации некоторых кислот и оснований ........464
Приложение 3. Стандартные окислительно-восстановительные 
          потенциалы .................................................................................472

Приложение 4. Логарифмы ступенчатых (Kn) и общих констант 
          устойчивости (βn) некоторых комплексов ионов 
          металлов с различными лигандами .........................................474

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

Предисловие

чески думать. Достижение последнего представляется самым важным 
при практических занятиях аналитической химией». Несмотря на то, 
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. Общая идея написания этого учебника, 
составление плана, предисловия, оглавления, написание указанных в