Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

589

.pdf
Скачиваний:
273
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
1.92 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Российской Федерации

МоскоеCICЗЯ госудаpcтsенная академия ТОНкой химическом технологии им. М.В.Ломоносова

Кафедра аналитической химии

А.П.Рысев, В.А.Соломонов, И.Ю.Ловчиновскиl4, Л.И.Федорина,

ЗАДАЧНИК

Методические указания ДЛЯ самостоятельной работы студентов

по дисцимине «Основы химического анализа»

Москва, 2004

www.mitht.ru/e-library

УДК 543 (075.8)

д.П.Рысев, В.А.Соломонов, И.Ю.ловчиновский, Л.И.Федорина

Задачник

Методические указания для самостоятельной работы cryдентов по дисцими­

не «Основы химического анализа»

М., МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2004 - 52 с.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В.Ломоносова в качестве задачника для самостоятельной раБОТы cryдентов. Поз.

/2004.

в задачник вошли задания по кислотно-основным, коммексонометрическим и

редоксиметрическим методам анализа, а таюке по обработке и представлению ана­

литических данных. для каждого раздела даны подробные примеры решений типо­

вых задач. Значительное место уделено предварительным (оценочным) расчетам,

крайне необходимым при манировании и подготовке к проведению аналитических определений.

Рецензенты:

Д.Х.н., проф. Букин В.И.

www.mitht.ru/e-library

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ВЫЧИСЛЕНИЙ

 

В ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

4

2.

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ (ПРОТОЛИТОМЕТРИЯ)

5

 

2.1. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

5

 

2.1.1. ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ

5

 

2.1.2. ВЫЧИСЛЕНИЯ по РЕЗУЛЬТАТАМ ТИТРОВАНИЯ

10

 

2.2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

12

3.

КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЯ

18

 

3.1. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

18

 

3.1.1. ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ

18

 

3.1.2. ВЫЧИСЛЕНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТИТРОВАНИЯ

19

 

3.2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

21

4.

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ ТИТРОВАНИЕ (РЕДОКСИМЕТРИЯ) 27

 

4.1. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

27

 

4.1.1. РАСЧЕТЫ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ

27

 

4.1.2. ВЫЧИСЛЕНИЯ по РЕЗУЛЬТАТАМ ТИТРОВАНИЯ

29

 

4.2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

34

5.

ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

41

 

5.1. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

41

 

5.2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

46

6. СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

48

7.

ОТВЕТЫ

51

www.mitht.ru/e-library

1. ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ХИМИЧЕ­

СКОМ АНАЛИЗЕ

Вычисления, которые приходится выполнять в аналитической практике, ус­ ловно можно разделить на оценочные и точные. Первые из них иногда называют предварительными. К ним относят расчеты при приготовлении растворов (вычисле­ ния масс навесок проб, стандартных веществ). Расчеты равновесий в растворах

также являются в большинстве случаев оценочными. Для того, чтобы подчеркнуть приближенный характер вычислений, в заданиях вместо слов «вычислить» или «рассчитать» часто пишут «оценить». При выполнении подобных расчетов можно

использовать округленные справочные данные. В результатах оценочных

(приближенных) расчетов не следует оставлять более двух значащих цифр.

К точным вычислениям относятся вычисления концентраций рабочих раство­ ров, а также результатов анализа. Их необходимо выполнять с использованием точ­ ных (не округленных) справочных данных, объемов мерной посуды, титранта, ре­ альных масс навесок веществ и т.д. Особое внимание при точных расчетах следует обратить на то, что результаты необходимо представлять с учетом числа значащих цифр.

Значащими называются все достоверно известные цифры плюс первая из не­

достоверных. Иными словами, все экспериментальные результаты следует округ­

лять до первой недостоверной цифры.

При известной точности измерения определение числа значащих цифр обыч­

но не вызывает затруднений. Так при взвешивании на аналитических весах с точно­

стью ±О,ООО2 r массу навески следует указывать с соблюдением этой пorpeшности. Например: 1,9521 г, а не 1,95 г или 1,95210 г. При измерении большого объема с точностью до ±О,1 л правильная запись должна быть следующей 2,5 л, но не 2500

мл. В этом случае числовое значение лучше представить в так называемой ·нор­

мальной" форме как 2,5·103 мл. Тогда число 0,05270, содержащее четыре значащих цифры в ·нормальной· форме следует представить как 5,270'10·2.

При выполнении расчетов в промежуточных результатах оставляют дополни­ тельно одна запасная цифра.

Наряду с экспериментально установленными числовыми значениями физиче­

ских величин (объем раствора, масса навески и др.) при расчетах широко использу­

ются справочные данные. Из справочников берутся числовые значения таких вели­

чин, как: молярные массы, плотности, константы равновесия, стандартные окисли­ тельно-восстановительные потенциалы и др.

Расчеты, как правило, выполняют с использованием калькуляторов ДЛЯ инже­

нерных или научных расчетов. В сложных случаях вычисления ПР080ДЯТ с помощью специального программного обеспечения на компьютерах.

4

www.mitht.ru/e-library

2.КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ ТИТРОВАНИЕ (ПРОТОЛИТОМЕТРИЯ)

2.1.РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

2.1.1.ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ РАСТВОРОВ

Пример 2.1.

Оценить объем раствора серной кислоты плотностью 1,10 кr/ДM3 (г/смЭ) (О> = 14,7 % H2S04), необходимый для приготовления 700 мл раствора серной кислоты с

концентрацией 0,10 моль/л.

Справочные данные: M(H2S04 ) = 98,00 г/моль.

Реweние.

Кратко запишем условие задачи:

р" 1,10 г/смЭ;

,. 14,7 % H2S04

V=700мл;

С(НzS<Ы ,. 0.10 моль/л.

Vx, [мл]"?

В растворе, который необходимо приготовить содержится:

n(H SO.) = C(H2SO.)·V, моль

C(H SO.)= n(H2SO.)

2

1000

2

V

 

 

Это же количество вещества H2S04 содержится в исходном растворе серной кислоты объемом Vx.

 

m

тх _ V•. р.(О

 

М(Н2SО.) = n(H2SO.);

M(H2SO.) - М(Н24 )

 

Следовательно:

 

 

Откуда:

 

V =С(Н2SО.)·V·М(Н2SО4)

0,10·700·10-3·98,00=424:42мл

х

р.(О

1,10.14,7.10-2'

Пример 2.2.

Оценить массу навески карбоната натрия, которую необходимо взять ДЛЯ при­ roтовления раствора с концентрацией 0,050 молыл и объемом 250 мл.

Решение.

V=250 мл;

C(NazCOj,j) = 0.050 моль/л. mN8,CO, ,[г] ,. ?

тна,со. =п(Nа2СОз), М(Nа2СОз) = С(Nа2СОзV ·М(Nа2СОз);

После подстановки числовых значений:

т....с:о, =0,050·250·10-3 ·106 == 1,3 г

Справочные данные: М(Nа2СОЭ) = 106 г/моль.

5

www.mitht.ru/e-library

Пример2.3.

Навеску декаrидрата тетрабората натрия массой 3,7595 r растворили в мер­ ной колбе вместимостью 200,0 мл.

Вычислить C{Na2B40 7), C(1/2Na2B407) и TNa

В

О

в полученном растворе.

 

 

2

4

7

Решение.

 

 

 

тн = 3,7595 г

 

 

 

VK = 200,0 мл

 

 

 

 

 

 

 

 

Отметим, что n(Na2B.Oi10H20)::: n(Na2B.07)

n(1/2Na2B40i10H20) = n(1/2Na2B.07)

n(Na2B.Oi10H20 ) =

m

 

__Н'-'--__

 

 

 

 

М(Nа2В4О7 ·10Н2О)

 

C(Na

В О

)=

М(Nа2

mн

.

2

4 7

 

В4О7.1OН20).VK

'

 

После подстановки числовых значений:

C(Na2B407)=

 

 

3,7595

 

 

 

3 =0,04929 моль/л

 

 

 

381,37 ·200,0·10-

 

C{~a В О

)=

 

тн

;

2

2 4

7

 

М(1/2Nа2В4О7 .10Н2О). VK

После подстановки числовых значений:

C(1/2Na2B40 7 )= 1

3,7595

-0,09858 моль/л

 

 

 

 

 

-.38137.2000.10- 3

 

 

 

 

 

2' ,

 

Справочные данные: M(Na28.0i10HzO) = 381,37 г/моль;

После подстаНО8КИ числовых значений:

т

3,7595·201,37 О009924 г/мл

Na28407

388,37·200,0

'

Справочные данные: M{NazB407) = 201,37 г/моль.

6

www.mitht.ru/e-library

Пример2.4.

Объектом анализа является смесь Nа2СОз (0)1 = 20+40%) и Nа2СОз'10Н20 (0)2 = 60+80%). Содержание Nа2СОэ в смеси определяют ацидиметрическим титровани­ ем. В лаборатории имеется раствор серной кислоты с приблизительной концентра­ цией 0,05 молыл, раствор метилового оранжевого (индикатор) и следующая мерная

посуда: пипетка на 10 мл, бюретка на 25 мл, мерные колбы вместимостью 100 и 250

мл.

Оцените массу навески смеси, которую нужно взять для приготовления анали­

зируемого раствора в мерной колбе на 100 мл. Оцените массу навески декагидрата

тетра60рата натрия, которую нужно взять для приготовления стандартного раствора

в мерной колбе на 250 мл.

Решение.

0>1'"2й-40% Nа2СОз

0>2'"60-80% Nа2СОз'1ОН20 T$H2S0.

C(H2S04) == 0,05 моль/л VN = 10,00 мл

VБ =25 мл VK1 = 100,0 мл VК2 = 250,0 мл

ИНдикатор - метиловый оранжевый

тем., [г]=?;

тет.' [г]=?

При использовании метилового оранжевого фиксируются окончания следую­ щих титриметрических реакций (в общем случае это необходимо обосновать).

При титровании раствора стандартного вещества:

Na2B407 + H2S0. + 9 Н20 =Na2S04 + 4 Н[В(ОН).].

Или в ионной форме:

В.О/· + 2 НзО+ + 7 Н20 =4 Н[В(ОН).].

При титровании определяемого компонента:

Nа2СОЗ + H~04 = Н2СОЗ + N82S04

или В ионной форме:

соз2' + 2 НзО+ = Н2СОЗ + 2 Н20

Х Т Р S

В соответствии с приведенными уравнениями:

 

 

B O

1

 

f....(H2S04)=f....(Nа2СОз)=f_.(Nа2В407)=f....(Na2 • i 1ОН2О)=2'

 

По закону эквивалентов имеем:

 

 

 

С(~Na2B407)'Vn=n(~Na2B.Or)=n1( ~H2S04) =С(~H2S04)·VТ1

1

1

1

1

-

С(2' 2СОэ)'Vп = п(2'2СОэ)= n~

2' H2S0.) =С(

2' H2S0.)·VТ2,

где

-VTI и VT2 средние объемы раствора серной кислоты (титранта), затра­

ченные на титрование аликвотной части раствора. Возможен следующий вариант решения задачи:

Для упрощения расчетов принимаем, что VТI == VТ2. В этом случае:

1

1

С(2'

Nа2СОЗ) '"С(2' Na2B.07).

7

www.mitht.ru/e-library

Для получения небольшой относительной пorpeшности измерения объема

титранта задаются такими концентрациями растворов реагирующих в ходе титрова­

ния веществ. чтобы на титрование пошло от 1/3 до 2/3 вместимости используемой

бюретки. В нашем случае вместимость бюретки 25 мл. а вместимость пипетки 10 мл. Мы можем выбрать объем титранта из интервала значений от 8.3 мл (1/3 VБ) до 16.7

мл (213 VБ). Выберем значение \}ТI = \}Т2 = 10 мл. В этом случае \}п = \}12 = VN. ТО­

гда

1

С( 2"Н2ЗО4) = 2 С(Н2ЗО4) = 20.05 = 0.10 молЫл.

Для приготовления раствора стандартного вещества мерную колбу вместимо­

стью 250 мл (VIO). а для пробы карбонатов колбу вместимостью 100 мл (VK1). тогда

 

1

1

тет

= C(2"Na2B407)·M(2"Na28.07·10НР), VK2 =

1

1

07 ·10НР), VK2

;

= С(2"NazB.o72".М(Nа:z84

После подстановки числовых значений:

тет. =2'0.05'~'381.З7'250.0.1О-Э ",4.8г

Массу навески смеси (тем.) NЭ2СОэ и Nа2СОэ'10Н20 оценим следующим обра-

зом:

С(Nа2СОз) ==

 

 

 

=(тем';;;(Nа2СОз)+ тем.. ;;;(Nа2СОэ·1онр»)/V

М(Nа2СОз)

М(Nа2СОэ ·1ОНР)

KI

 

Откуда:

 

 

 

_

С(NаzСОз). VKI

.

 

тем - [~)(Nа2СОз) ro(Nа2СОэ

·1ОНР)]

 

М(Nа2СОз)+М(Nа2СОэ

·10Нр)

 

Учтем. что С(Nа2СОЭ) '"С(Н2ЗО4) =0.05 моль/л

После подстановки числовых значений:

т =

0,05·100,0·10-3

095 г

см

(~0'10-Z + 70.10-2)

,

 

106,0

286,0

 

Справочные данные: М(Nа2СОЭ)= 106.0 г/моль; М(Nа2СОэ'10НzО) =286,0 г/моль;

M(Na2840710H20) = 381.37 г/моль.

Пример 2.5.

Объектом анализа является смесь, содержащая Н2С204 (60...80%) и NaCI (20+40%). Содержание щавелевой кислоты определяют алкалиметрическим титро­ ванием (титрант - раствор гидроксида натрия).

При приготовлении стандартного раствора навеска стандартного вещества (Н2С2О42Н20) массой 1,5245 г растворена в мерной колбе вместимостью 200 мл.

Для проведения анализа взята следующая мерная посуда: пипетка на 20 мл, бюрет­

ка на 50 мл, мерные колбы на 200 и 250 мл.

Оцените концентрацию титранта и массу навески смеси, которые необходимо взять для анализа. Напишите уравнение титриметрической реакции.

www.mitht.ru/e-library

Решение.

 

 

 

 

<ОН2С20. = 60+80 % = <01

Щавелевая кислота реагирует с гидрокси-

<oNaCl = 20+40 % =<02

дом натрия по уравнению:

 

тНАВ.= 1,5245 г

Н2С204+ 20Н-= ~042'+ 2Н20

V Б= 50 мл

Х

Т

Р

S

VKI = 200 мл

следовательно:

f....(H2~04)= 1/2

VК2 = 250 мл

Х - титруемое вещество;

 

VП = 20 мл

Т - тирант;

 

 

-П1см..:...:..!..-.-=,[;;'r)-:"'_~?~-------------i Р -

продукт титриметрической реакции;

C(NaOH), [моль/л)- ?

S - растворитель.

 

 

в качестве стандартного вещества таюке используется щавелевая кислота. По закону эквивалентов:

1

п( 2 Н2С204) = n(NaOH)

По закону эквивалентов для аликвотной части титруемых растворов:

1

-

 

С(2

Н2С204)"an.~Vп = C(NaOH)'Vп

 

1

-

 

С(2Н2С204)cr:Vп = C(NaOH)VH

 

Принимаем (обоснование см. пример 4.2):

 

УТ1'" УТ2 '"

 

Тогда

 

1

1

~

С(2

Н2С204)....".н '"C(NaOH) '"С(2H2C204)cr.

1

По массе навески стандартного вещества можно оценить С(2H2C204)cr.~ в

растворе стандартного вещества.

 

C(~Н С О

)

_

ll'Iн,c,o.·2Н,о

.

2

2 2

4 CT.p-р

1

'

 

 

 

 

М(2Н2С20. ·2Н20)· VKI

 

После подстановки числовых значений:

 

1

Н2С2О

4 )СТ. -

 

1,5245

 

С(2

63,03.200,0.10-3 = 0,1209 '"0,12 моль/ л

1

Справочные данные: М(2 H2C~4) = 45,03 г/моль;

1

М(2 Н2С20.2Н2О) = 63,03 г/моль

9

www.mitht.ru/e-library

2.1.2. ВЫЧИСЛЕНИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТИТРОВАНИЯ

Пример2.6.

Вычислить молярную концентрацию раствора хлорной кислоты НСЮ., если на

титрование раствора карбоната натрия, приготовленного по навеске химически чис­ того карбоната натрия массой 0,2500 Г, израсходовано 20,50 мл раствора хлорной кислоты. Титрование проводили с индикатором метиловым оранжевым.

Решение

В присутствии метилового оранжевого окончание титриметрической реакции

фиксируют в кислой среде.

....:.;.;-==.:..::.t:...:::.::..:..:.==~=::..::.:;=:::::.-I Уравнение титриметрической реакции может

быть записано следующим образом:

 

 

 

соз2'+2НэО+=Н2СОз +2Н20,

 

 

 

Х

Т

Р

S

Справочные данные:

 

где Х - титруемое вещество,

1

 

 

Т -титрант,

 

 

М( 2" Nа2СОз)=53,ОО г/моль

 

Р - продукт титриметрической реакции,

М(Nа2СОэ)=105,99 г/моль

 

S - растворитель.

 

С\.РНм.о.= 3,1 .;. 4,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Следовательно, f_( Nа2СОэ)= 2

 

 

 

По закону эквивалентов:

п(~СОз2')= п(НзО+) или

 

п(1.Nа2СОЗ) = п(НСIO.)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

п(НСЮ.) ::: С(НСЮ4)'Vт;

 

 

 

 

 

1

тНАВ

.

 

 

 

 

п( 2 Nа2СОз) :::

1

 

 

 

 

 

М(2Nа2СОЭ)

 

 

 

С(НСIO4) '" 1 тнав.

; Подставивчисловые значения, получим:

M(2Na2C03)'VT

 

 

 

С(НСI04)= 1

02500.103

 

 

 

 

'

 

=0,2301 моль/л

 

 

2 ·105,99 .20,50

 

 

 

 

Пример 2.7.

Навеску декагидрата тетрабората натрия массой 3,9568 г растворили и коли­ чественно перенесли в мерную колбу вместимостью 200 мл. В колбы для титрования

отобрали аликвотные части приготовленного раствора равные 9,97 мл и оттитрова­ ли хлороводородной кислотой, затратив на титрование 11,45; 11,43; 11,42 и 11,46 мл

титранта.

Рассчитать концентрацию раствора хлороводородной кислоты.

10

www.mitht.ru/e-library