Аналитическая химия

Методические указания к самостоятельной

работе студентов

Омск, 2001

Составитель: Юрьева Алла Владимировна, канд. Хим. Наук, доц. Каф. «Физическая химия»

В методические указания включены вопросы для самоподготовки и самопроверки, примеры решения задач и варианты контрольных работ по общей теоретической части курса аналитической химии и основам качественного анализа.

Могут быть использованы студентами всех форм обучения, изучающих аналитическую химию.

Аналитическая химия – наука, развивающая теоретические основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая методы иден­тификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического строения веществ.

Идентификация компонентов и определение качественного состава ве­щества или смеси веществ являются предметом качественного анализа. Определение содержания (количества или концентрации) составных частей веществ – задача количественного анализа.

При обнаружении какого-либо компонента обычно фиксируют появление аналитического сигнала – образование осадка, изменение окраски, появление линии в спектре и т.д. При определении количества вещества измеряют величину интенсивности сигнала. Количественный анализ необхо­дим для определения чистоты веществ, при контроле сырья, продуктов и отходов в различных отраслях промышленности, а также при контроле загрязнения экологических объектов.

Общие методические указания

Теоретическая часть курса состоит из ряда важнейших тем: периодическая система элементов Д.И. Менделеева, закон действия масс, динамическое равновесие в растворах и гетерогенных системах, окислительно-восста­новительные процессы, комплексообразование. Она является общей для качественного и количественного анализа.

Перед решением задачи необходимо проработать по учебнику соответствующий раздел, проверив прочность усвоения материала с помощью вопросов для самопроверки. Выполняя вариант контрольного задания, давайте краткие, но точные ответы. При решении задач следует приводить весь ход решения, включая уравнения реакций, расчетные формулы в общем виде, необходимые константы (диссоциации, произведения раство­римости и др.). Желательно делать краткие пояснения при выполнении вспомогательных расчетов.

Общие теоретические основы аналитической химии и основы качественного анализа

Тема 1. Периодическая система элементов д.И. Менделеева, закон действия масс и их значение в аналитической химии.

Динамическое равновесие в гомогенных средах, диссоциация воды, водородный показатель и буферные системы.

Периодическая система элементов Д.И. Менделеева имеет большое зна­­чение в аналитической химии. С помощью периодического закона можно предвидеть химико-аналитические свойства элементов и их ионов, систематизировать большое количество аналитических реакций, изучить закономерности изменения свойств соединений.

Закон действия масс в аналитической химии применяется при рассмотрении процессов диссоциации слабых электролитов и для характеристики равновесия между осадком малорастворимого электролита и его раствором. С его помощью можно определить константу диссоциации слабого электролита, смещение равновесия при введении одноименного иона.

Динамическое равновесие в растворах зависит от температуры, среды и концентрации (активности в случае сильных электролитов). Восстановите в памяти основы теории сильных и слабых электролитов, понятие о степени диссоциации, активности, коэффициенте активности, ионной силе растворов, смещении гомогенных равновесий.

Электролитическая диссоциация воды. Для воды и ее растворов произве­дение концентраций ионов Н⁺ и ОН^ величина постоянная при данной температуре (ионное произведение воды - при 298 К). Вспом­ните рас­­­четы концентрации ионов Н⁺ и ОН^, а также рН и рОН сильных и слабых одно- и многоосновных кислот и оснований. Водородный показатель среды является одним из главных факторов, определяющих направление, скорость реакций, а в случае окислительно-восстановительных реакций и состав продуктов. Изменение рН может вызвать протекание нежелательных побочных реакций.

Буферные растворы. В химическом анализе для стабилизации рН среды часто используются буферные растворы, в которых концентрация ионов водорода не изменяется при разбавлении и мало изменяется при добавлении небольшого количества сильной кислоты или щелочи.

Буферные растворы обладают определенной буферной емкостью. Она измеряется количеством сильной кислоты или сильного основания, которое необходимо добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу.

Изучите механизм действия кислых и основных буферных растворов. Выясните, от чего зависит рН буферных растворов, их емкость и как можно их регулировать. Ознакомьтесь с вычислением концентрации и активности ионов Н⁺ и ОН^, значениями рН и рОН в водных буферных растворах.

Буферные растворы широко используются в практике химического анализа. Многие химико-аналитические реакции благоприятно протекают в некотором определенном интервале значений рН, который можно создать, добавляя к раствору ту или иную буферную смесь.

Примеры расчетов по определению [H⁺], [OH^-], рН, буферной