- •Міністерство освіти і науки України Харківський національний університет імені в. Н. Каразіна Теоретичні основи та способи розв’язання задач з аналітичної хімії
- •Вступне слово
- •Основні позначення
- •1. Величини, що визначають склад
- •1.1. Хімічний склад
- •Розв’язок. Масова концентрація дорівнює
- •1.2. Стехіометричні розрахунки за рівнянням реакції
- •1.3. Вправи
- •2. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій
- •2.1. Загальні співвідношення
- •2.2. Активності та рівноважні концентрації
- •Позначення констант рівноваг
- •2.3. Лінійні комбінації реакцій
- •2.4. У який бік зміщено рівновагу реакції?
- •2.5. Як записувати реакції у лабораторних журналах?
- •2.6. Вправи
- •3. Концентраційно-логарифмічні діаграми (клд)
- •3.1. Клд для гетерогенних систем
- •3.2. Графіки логарифмів розчинності
- •3.3. Вправи із гетерогенних систем
- •3.4. Умови переважання в гомогенних системах
- •3.5. Ускладнення у визначенні областей переважання
- •3.6. Клд для систем із одноядерними комплексами
- •3.7. Зміна ядерності реагентів
- •3.8. Вправи із гомогенних систем
- •4. Баланс компонентів
- •4.1. Загальні принципи
- •4.2. Підстановка рівнянь здм у рівняння балансу
- •4.3. Одноядерні продукти
- •4.4. Фази постійного складу
- •4.5. Вправи Гомогенні системи
- •5. Розрахунки за балансом компонентів
- •5.1. Буферні розчини
- •5.2. Стехіометричні співвідношення концентрацій
- •Кислотно-основні рівноваги
- •5.3. Ієрархія макро- та мікрокомпонентів
- •5.4. Гетерогенні системи
- •5.5. Кількісний вимір буферних властивостей
- •5.6. Вправи Буферні розчини
- •Стехіометричне співвідношення концентрацій
- •Гетерогенні системи
- •Буферні властивості
- •Системи із комплексами
- •6. Розрахунки за балансом реакції
- •6.1. Умови балансу
- •6.2. Прості розрахунки
- •Добуваючи квадратний корінь з обох частин, маємо
- •6.3. Методи розрахунків
- •6.4. Вправи
- •7. Умовні константи рівноваги
- •7.1. Класи реагентів
- •7.2. Умовні константи рівноваги
- •7.3. Умовні константи в розрахунках рівноваг
- •7.4. Графіки залежностей часток та їх логарифмів
- •7.5. Графіки логарифмів умовних констант
- •Параметри графіка залежності
- •7.6. Вправи
- •8. Декілька фаз змінного складу
- •8.1. Розподіл речовини між фазами
- •Відношення об’ємів порцій фаз дорівнює
- •Тангенси кутів нахилу асимптот для логарифма умовної константи екстракції оксинату плюмбуму від pH, приклад 8.4
- •8.2. Іонний обмін
- •8.3. Вправи
- •9. Утворення певної рівноважної концентрації, розчинності або ступеня екстракції
- •9.1. Метод балансу компонентів
- •На кроці 5 (непотрібному для уточнення клд) використовуємо
- •9.2. Метод балансу реакцій
- •9.3. Концентрація реагенту, що забезпечує задані умови для іншої речовини
- •9.4. Відокремлення компонентів Графічний розв’язок цієї проблеми показано на прикладі 3.3. Тут розгляньмо типові розрахункові методи.
- •9.5. Вибір величини умовної константи
- •9.6. Вправи
- •Варіанти завдання для вправи 9.1
- •10. Визначення компонентів. Гравіметрія
- •10.1. Стехіометричні співвідношення у гравіметрії
- •10.2. Розрахунок результату аналізу
- •10.3. Похибки у гравіметрії
- •10.4. Вправи
- •11. Титриметрія: стехіометричні розрахунки
- •11.1. Загальні відомості про титриметрію
- •11.2. Результат кислотно-основного титрування
- •Аліквотне відношення, {Vк/Vп}, безрозмірне, бо величини Vк та Vп виражено у однакових одиницях.
- •Виводячи формулу, маємо (у процентах)
- •11.3. Визначення концентрації розчину титранту за титруванням зразкової речовини
- •Для еквівалентів коефіцієнти вживаємо неявно,
- •Стехіометричний множник 2 приховуємо, застосовуючи еквівалент, (1/2)h2c2o4, або (1/2)h2c2o4·2h2o.
- •11.4. Оцінка наважок та аліквот
- •Бюретці відповідає оптимальна витрата титранту 20 мл, отже nst(oh‑) 2·10‑3 моль, n(н2с4н4о4) nst(oh‑) / 2 1·10‑3 моль.
- •11.5. Окреме визначення декількох аналітів
- •За двома рівняннями,
- •11.6. Зворотне титрування
- •Титруванню надлишку реагенту відповідає реакція
- •Дія 4. Масова частка CaCo3(s) у мінералі дорівнює
- •11.7. Визначення продукту, в який перетворено аналіт
- •Бо при зворотному титруванні здобутий po43‑ знову переходить у hpo42‑. Надлишок реагенту титруємо за реакцією
- •Дія 5. Масова частка p2o5 у мінералі дорівнює
- •11.8. Окисно-відновне титрування
- •11.9. Комплексометричне титрування
- •Дія 4. Масова частка kAl(so4)2 12 h2o у технічному галуні ‑
- •11.10. Вправи
- •Окисно-відновне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •12. Титриметрія: розбіжність точок –стехіометрії та кінцевої
- •12.1. Загальні уявлення
- •12.2. Дослідження титрування безпосередньо за клд
- •12.3. Різні методи титрування
- •12.4. Класи та умовні константи у титруванні
- •12.5. Вибір умов титрування за графіками залежностей логарифмів умовних констант
- •Параметри асимптот для прикладу 12.10
- •Із здм реакції
- •Параметри асимптот графіків (приклад 12.11)
- •Параметри асимптот графіків (приклад 12.12)
- •12.6. Вправи
- •Кислотно-основне титрування
- •Окисно-відновне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •Теоретичні проблеми титрування
- •Цитована література
- •Відповіді до вправ
- •61077, М.Харків, пл. Свободи, 4 Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Організаційно-видавничий відділ нмц
Дія 4. Масова частка kAl(so4)2 12 h2o у технічному галуні ‑
w(KAl(SO4)2 12 H2O) = m(KAl(SO4)2 12 H2O) / m(наважки) =
= (0,3201 г) / (0,3300 г) = 0,970, або 97,0%.
11.10. Вправи
Кислотно-основне титрування
Вправа 11.1. Аліквоту об’ємом 20,00 мл розчину аналіту A титровано розчином титранту Т із концентрацією с(Т). Витрачено об’єм v (дивись табл. 11.1). Яка молярна концентрація с(А) у розчині, що аналізують? Яка масова концентрація титранту за аналітом, (T| A)?
Вправа 11.2. Наважку технічної H3PO4 масою 0,300 г розчинили у воді. Титруючи розчин за фенолфталеїном, витратили 20,85 мл розчину із с(NaOH) = 0,1921 моль/л. Яка масова частка H3PO4 в об’єкті?
Вправа 11.3. До 25,0 мл побутового миючого розчину із густиною 0,9840 г/мл додали воду до загального об’єму 250 мл. Титруючи аліквоту у 20,0 мл, витратили 32,24 мл розчину із с(HCl) = 0,1250 моль/л. Яка масова частка NH3 у миючому розчині?
Таблиця 11.1
Завдання до вправи 11.1
Варiант |
Аналіт, А |
Титрант, Т |
с(Т), моль/л |
v, мл |
a |
HCl |
NaOH |
0,1026 |
19,20 |
b |
KOH |
HCl |
0,0785 |
18,70 |
c |
Na2CO3 |
HCl |
0,1145 |
12,63 |
d |
H2SO4 |
NaOH |
0,0997 |
14,83 |
e |
HNO3 |
KOH |
0,1325 |
20,01 |
f |
Na2B2O7 |
HCl |
0,1675 |
19,50 |
g |
CH3COOH |
KOH |
0,1500 |
20,00 |
h |
NH3 |
HCl |
0,1051 |
19,88 |
i |
NaHCO3 |
H2SO4 |
0,1251 |
13,50 |
j |
/COOH |
NaOH |
0,1285 |
14,50 |
C6H4 |
||||
\ COOK |
||||
k |
H2C2O4 |
NaOH |
0,1054 |
15,60 |
l |
C6H5COOH |
NaOH |
0,0683 |
18,90 |
m |
Ba(OH)2 |
HCl |
0,1046 |
16,40 |
n |
HCOOH |
NaOH |
0,1052 |
17,52 |
Вправа 11.4. До розчину H2SO4 об’ємом 5 мл додали воду до загального об’єму 500 мл. Титруючи аліквоту у 25,0 мл, витратили 19,50 мл розчину із с(NaOH) = 0,0985 моль/л. Яка молярна концентрація H2SO4 у вихідному розчині?
Вправа 11.5. Наважку масою 1,4550 г кальцинованої соди (Na2CO3) із індиферентними домішками розчинили в мірній колбі місткістю 250 мл. Титруючи (за бромкрезоловим зеленим) аліквоту об’ємом 25,00 мл, витратили 20,95 мл розчину із с(HCl) = 0,1025 моль/л. Яка масова частка домішок у соді?
Вправа 11.6. Розчин наважки 0,1200 г зневодненого карбонату, Na2CO3, титровано розчином HCl. Після зміни забарвлення індикатору метилового червоного із жовтого в червоний розчин прокип’ятили, вилучаючи СО2(g), й титрування продовжили. Усього витратили 22,6 мл розчину титранту. Яка концентрація розчину HCl?
Вправа 11.7. Наважку 0,1200 г оксалату натрію, Na2C2O4, прожарили у платиновому тиглі. Оксалат перетворився у карбонат, який титровано, як у вправі 11.6. Яка концентрація розчину HCl, якщо його загальна витрата 17,9 мл?
Вправа 11.8. Наважку 0,2000 г оксиду меркурію, НgО, розчинили у воді, до якої додали 4 г КВr, щоб Нg(ІІ) перевести у НgВr42‑. Суміш нагріли, тверду фазу розчинили й титрували розчином HCl до перехідного забарвлення метилового червоного. Яка концентрація цього розчину, якщо його витрата 18,5 мл?
Вправа 11.9. Наважку 0,4000 г С6Н4(СООН)(СООК), гідрофталату калію, розчинили у воді ( 20 мл) й титрували розчином NaOH за тимоловим синім (перехідне забарвлення між жовтим та синім). Витратили 19,6 мл розчину титранту. Яка концентрація цього розчину?
Вправа 11.10. Наважку 0,2400 г С6Н5(СООН), бензойної кислоти, розчинили в 10 мл етанолу й титрували розчином NaOH до пурпурового забарвлення фенолфталеїну. Витратили 19,6 мл розчину титранту. Яка концентрація цього розчину?
Вправа 11.11. Яку наважку кристалогідрату щавлевої кислоти, H2C2O4.2H2O, слід узяти, щоб, титруючи її, витратити близько 20 мл розчину із с(NaOH) 0,10 моль/л?
Вправа 11.12. Яку наважку кристалогідрату гідрофосфату натрію, Na2HPO4.12H2O, слід узяти, щоб, титруючи її за індикатором бромкрезоловим зеленим, витратити 20 мл розчину із с(HCl) = 0,0524 моль/л?
Вправа 11.13. Яку наважку карбонату натрію, Na2CO3, слід узяти, щоб, встановлюючи (титруванням за метиловим червоним) концентрацію розчину із с(HCl) 0,2 моль/л, витратити 20 мл цього розчину?
Вправа 11.14. Наважку масою 0,9184 г технічного лугу із домішками карбонату розчинили в мірній колбі місткістю 250 мл. Титруючи аліквоту об’ємом 25,00 мл, витратили 20,70 мл (за фенолфталеїном) та 21,48 мл (за бромкрезоловим зеленим) розчину із с(HCl) = 0,1042 моль/л. Які масові частки NaOH та Na2CO3 у технічному лузі?
Вправа 11.15. Наважку масою 0,3223 г їдкого калію, з домішками карбонату, розчинили у воді. Титруючи розчин за фенолфталеїном, витратили 29,65 мл розчину із с(HCl) = 0,1794 моль/л. Продовжили титрувати за бромкрезоловим зеленим, й синє забарвлення змінилось на зелене при загальній витраті титранту 30,90 мл. Яка масова частка KOH у реактиві?
Вправа 11.16. У воді розчинено 0,2800 г суміші, у якій можуть бути Na2CO3, NaHCO3 чи NaOH. Титруючи за фенолфталеїном, витратили 5,14 мл розчину із с(HCl) = 0,1521 моль/л. Продовжили титрувати за бромкрезоловим зеленим, й загальна витрата досягла 21,45 мл. Які речовини у суміші? Які їх масові частки?
Вправа 11.17. Уводі розчинили 0,2623 г суміші, в якій можуть бути K2CO3, KHCO3, KOH. Титруючи розчин кислотою із с(HCl) = 0,1075 моль/л, фенолфталеїн знебарвили від перших крапель. Продовжуючи титрувати за бромкрезоловим зеленим, витратили 21,50 мл розчину. Який компонент у суміші є основним? Яка його масова частка?
Вправа 11.18. 10 мл розчину хлороводневої, HCl, та ортофосфатної, H3PO4, кислот розвели в мірній колбі, додавши дистильовану воду до загального об’єму 200,0 мл. Титруючи аліквоти у 20,00 мл за бромкрезоловим зеленим та за фенолфталеїном, витратили відповідно 16,65 мл та 24,65 мл розчину із с(NaOH) = 0,0997 моль/л. Які масові концентрації кислот в розчині, що аналізують?
Вправа 11.19. Із розчину фосфатної кислоти, H3PO4, та дигідрофосфату натрію, NaH2PO4, відібрано 2 аліквоти. Першу титровано за бромкрезоловим зеленим, другу за фенолфталеїном. Витрати розчину із с(NaOH) = 0,0975 моль/л дорівнюють відповідно 7,45 мл та 23,95 мл. Які маси компонентів у аліквотах?
Вправа 11.20. Пробу 5 мл суміші сульфатної, H2SO4, та ортофосфатної, H3PO4, кислот, розвели в мірній колбі, додавши дистильовану воду до загального об’єму 250,0 мл. Титруючи аліквоти у 25,00 мл, витратили за бромкрезоловим зеленим та за фенолфталеїном відповідно 13,79 мл та 20,47 мл розчину із с(NaOH) = 0,1826 моль/л. Які масові концентрації кислот у суміші?
Вправа 11.21. 10 мл суміші сульфатної, H2SO4, та ортофосфатної, H3PO4, кислот розвели дистильованою водою до об’єму 500 мл. Титруючи 2 аліквоти по 20,00 мл за бромкрезоловим зеленим та за фенолфталеїном, витратили відповідно 9,25 мл та 14,90 мл розчину із с(NaOH) = = 0,0996 моль/л. Які масові концентрації кислот у суміші?
Вправа 11.22. У розчині можуть бути K2CO3, KHCO3, KOH. Титруючи аліквоти за фенолфталеїном та за бромкрезоловим зеленим, витратили відповідно 7,52 мл та 18,25 мл розчину із с(HCl) = 0,2012 моль/л. Які речовини у розчині та які їх маси?
Вправа 11.23. У суміші можуть бути K2CO3, KHCO3, KOH. Наважку масою 0,4177 г розчинено у воді. Титруючи розчин за фенолфталеїном, витратили 21,15 мл розчину із с(HCl) = 0,2482 моль/л. Продовжуючи титрувати за бромкрезоловим зеленим, загальну витрату довели до 27,20 мл. Які речовини у суміші та які їх масові частки?
Вправа 11.24. Наважку 0,4000 г технічного гідроксиду натрію розчинили в мірній колбі місткістю 100,0 мл. Титруючи аліквоту об’ємом 20,00 мл за бромкрезоловим зеленим, витратили 19,20 мл розчину із с(HCl) = 0,0986 моль/л. Таку ж аліквоту оброблено хлоридом барію, осад карбонатів відокремлено, а розчин титровано за фенолфталеїном, із витратою 18,80 мл розчину кислоти. Яка масова частка Na2CO3 в технічному NaOН?
Вправа 11.25. Наважку 0,2582 г суміші, в якій можуть бути Na2CO3, NaHCO3, NaOH, розчинено у воді. Титруючи розчин, фенолфталеїн знебарвлюємо від перших крапель розчину кислоти, а за бромкрезоловим зеленим витрачаємо 14,65 мл розчину із с(HCl) = 0,2040 моль/л. Які речовини у суміші? Яка масова частка основного компонента?
Вправа 11.26. До наважки масою 0,1007 г технічного оксиду цинку додано 25,0 мл розчину із с(H2SO4) = 0,1206 моль/л. Надлишок кислоти титровано 20,95 мл розчину із с(NaOH) = 0,1909 моль/л. Яка масова частка ZnO у об’єкті?
Вправа 11.27. За швидкою, хоч і мало точною методикою визначення Mg(II) у присутності Са(ІІ) [7, с. 698], із розчину вилучають СО2 кип’ятінням, нейтралізують за метилоранжем, Mg(ОН)2(s) осаджують виміряною кількістю розчину лугу (у надлишку) й аліквоту титрують кислотою за фенолфталеїном. Вивести формулу розрахунку концентрації Mg(II).
Вправа 11.28. Через 25 мл розчину із с(Ba(OH)2) = 0,0116 моль/л пропущено 3 л міського повітря. Осад відокремлено, й на титрування надлишку Ba(OH)2 витрачено 20,6 мл розчину із с(HCl) = 0,0124 моль/л. Яка об’ємна частка CO2 у повітрі, густина якого 1,98 г/л?
Вправа 11.29. Нітроген, що міститься в органічній речовині масою 0,4436 г, переведено у сульфат амонію, (NH4)2SO4, додано концентрований розчин лугу та прокип’ячено. Амоніак, що виділився, поглинено 20 мл розчину із с(HCl) = 0,1115 моль/л. Титруючи надлишок кислоти, витрачено 10,2 мл розчину із с(NaOH) = 0,0688 моль/л. Яка масова частка нітрогену в об’єкті?