Методические рекомендации по предмету Основы аналитической химии и химического анализа Алгоритмы решения задач по гравиметрическому (весовому) анализу

• Название: Методические рекомендации по предмету Основы аналитической химии и химического анализа Алгоритмы решения задач по гравиметрическому (весовому) анализу
• Дата: 08.12.2021
• Размер: 131 Kb.
• Имя файла: reshebnik_po_vesovomu_analizu.doc
• Тип: Методические рекомендации; #297124

ГБПОУ «Березниковский политехнический техникум»

Методические рекомендации

по предмету

«Основы аналитической химии и

химического анализа»:

«Алгоритмы решения задач по гравиметрическому (весовому) анализу»

Подготовила: Полозова Ольга

Александровна,

преподаватель высшей квалификационной категории

Пояснительная записка

В настоящее время новые учебники по аналитической химии содержат в основном теоретический материал, поэтому преподаватели и студенты испытывают дефицит наглядных пособий по практическим материалам.

Предлагаемые методические рекомендации «Алгоритмы решения задач по гравиметрическому (весовому) анализу» предназначено для студентов политехнического техникума дневного и заочного отделений, обучающихся по специальности «Технология неорганических веществ», изучающих аналитическую химию. В пособии рассмотрены основные типы расчётных задач по весовому анализу согласно образовательной программе по предмету (нахождение массы навески и осадителя, объёма осадителя, определение процентного состава вещества и определение влажности осадков).

При решении задач рассматриваются основные формулы, уравнения химических реакций. Данные рекомендации можно использовать на уроках теоретического и практического обучения, при выполнении домашнего задания.

Цель рекомендаций – оказать помощь студентам при подготовке к практическим и контрольным работам. Алгоритмы решения задач позволят лучше проработать способы решения задач, самостоятельно справиться с предложенными практическими заданиями.
1. Алгоритмы решения задач по гравиметрическому (весовому) анализу: расчёт навески и осадителя
1.1. Расчёт навески.

Определение. Навеской называется весовое количество образца, необходимое для анализа.

Алгоритм решения:

1. Составляется уравнение реакции, расставляются коэффициенты.

2. Рассчитываются молярные массы веществ. Данные подставляются в уравнение реакции.

3. Составляется пропорция и по массе осадка находят массу навески (g).
Задача 1.

Определить массу навески образца кристаллического бария BaCI₂∙2H₂O, если необходимо получить осадок BaSO₄ массой 0,5 г при осаждении хлорида бария серной кислотой.

Д ано:Решение:

m _BaSO4 = 0,5 г 1. Составляется уравнение реакции, расставляются BaCI₂∙2H₂O коэффициенты:

BaCI₂∙2H₂O + H₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2 HCI + 2H₂O

g BaCI₂∙2H₂O -?

2. Рассчитываем молярные массы веществ:

М _BaCI2∙2H2O = 137,34 + 2 ∙ 35,453 + 4 ∙ 1,00797 + 15,9994 =244,28 г/моль

М _BaSO4 = 137,34 + 32,064 + 4 ∙ 15,9994 = 233,40 г/моль
3. В уравнение реакции подставляем значения М (молярных масс) и данные по условию задачи:

х г 0,5 г

BaCI₂∙2H₂O + H₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2 HCI + 2H₂O

М = 244,28 М = 233,40 г/моль

г/моль

ν = 1 моль ν = 1 моль

m = 244,28г m = 233,40г
4. Составляем пропорцию:

Из х г BaCI₂∙2H₂O образуется 0,5г BaSO₄, а

Из 244,28 г BaCI₂∙2H₂O образуется 233,40 г BaSO₄ (по уравнению реакции).

5. Находим массу навески:
BaCI₂∙2H₂O

Ответ: масса навески - g BaCI₂∙2H₂O = 0,52 г.

Задача 2.

При осаждении хлорида железа (III) едкой щёлочью NaOH выпал осадок Fe₂O₃ массой 0,6 г. Найдите навеску FeCI₃.

Дано: Решение:

m _{ос. Fe2O3} = 0,6 г 1. Составляем уравнение реакции, расставляем коэффициенты:




g _FeCI3 = ? 2FeCI₃ + 6NaOH = 6NaCI + Fe₂O₃↓ + 3H₂O

2. Рассчитываем молярные массы:

М _FeCI3 = 55,847 + 3 ∙ 35,453 = 162,206 г/моль

М _Fe2O3 = 2 ∙ 55,847 + 3 ∙ 15,9994 = 159,69 г/моль

3. В уравнение реакции подставляем молярные массы и исходные данные:

х г 0,6 г

2FeCI₃ + 6NaOH = 6NaCI + Fe₂O₃↓ + 3H₂O

М = 162,206 г/моль М = 159,69 г/моль

ν = 2 моль ν = 1 моль

m = 324,412г m = 159,69 г
4. Составляем пропорцию:

Из х г FeCI₃ образуется 0,6г Fe₂O₃, а

Из 324,412 г FeCI₃ образуется 159,69 г Fe₂O₃ (по уравнению реакции).
5. Находим массу навески:
FeCI₃

Ответ: масса навески - g _FeCI3= 1,2189 г.
Задача 3.

Какова должна быть навеска AgNO_3, чтобы при осаждении её соляной кислотой образовался осадок хлорида серебра массой 0,1 г.

Д ано: Решение:

m _{ос. AgNO3} = 0,1 г 1. Составляем уравнение реакции, расставляем коэффициенты:

AgNO₃ + HCI = AgCI↓+ HNO₃

g _AgNO3 = ?

2. Рассчитываем молярные массы исходного вещества AgNO₃

и осадка AgCI:
М _AgNO3 = 107,868 + 14,007 + 3 ∙ 15,9994 = 169,87г/моль

М _AgCI = 107,868 + 35,453 = 143,32 г/моль

3. В уравнение реакции подставляем молярные массы и исходные данные:

х г 0,1 г

AgNO₃ + HCI = AgCI↓ + HNO₃

М = 169,87 г/моль М = 143,32 г/моль

ν = 1 моль ν = 1 моль

m = 169,87г m = 143,32 г
4. Составляем пропорцию:

Из х г AgNO₃ образуется 0,1г AgCI, а

из 169,86 г AgNO₃ образуется 143,32 г AgCI (по уравнению реакции).
5. Находим массу навески:
AgNO₃
Ответ: масса навески - g _AgNO3 = 0,1185г.
1.2. Расчет осадителя
Расчет осадителя проводится после расчета навески

1. Составляется пропорция и по массе навески находят массу осадителя.

2. По определению молярной массы эквивалента находят объем осадителя.

Молярная масса эквивалента – это масса 1 моля эквивалента вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молекулярную массу вещества.

Пример. Молярная масса эквивалента нитрата ртути:

f_{экв. Hg(NO3)2 ∙} М_Hg(NO3)2 = 1/2 ∙ 292,6 = 146,3г

Факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов кислот, щелочей и солей зависят от реакций, в которых они участвуют.

Пример (в кислотно-основных реакциях):

H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O

f _экв.H₃PO₄ = 1(замещен один атом водорода)

H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O

f _экв. H₃PO₄ = 1/2 (замещены 2 атома водорода)

H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O

f экв. H₃PO₄ = 1/3 (замещены 3 атома водорода)

Задача 4.

Какова должна быть навеска AgNO₃, чтобы при осаждении ее соляной кислотой образовался осадок AgC1 массой 0,2г. Сколько мл 0,5 молярного раствора HC1 необходимо взять для осаждения навески соли нитрата серебра AgNO₃.

Д ано: Решение:

m_{осадка AgC1} = 0,2г 1. Составляем уравнение реакции:

M_HC1 = 0,5 моль/дм³

AgNO₃+HC1→AgC1↓+HNO₃

V _HC1 = ?
2. Находим молярные массы участвующих в реакции веществ M _AgC1 = 107,868 + 35,453 = 143,32г/моль

М _AgNO3 = 107,868 + 14,007 +3 ∙ 15,9994 = 169,87г/моль

М _HC1 = 1,00797 + 35,453 = 36,46097 г/моль

3. Подставляем данные по условию задачи и значения молярных масс в уравнение реакции:

xг 0,2г

AgNO₃ + HC1 = AgC1 + HNO₃

М = 169,87 г/моль М = 143,32 г/моль

ν = 1 моль ν = 1 моль

m = 169,87г m = 143,32 г

4. Составляем пропорцию:

Из х г AgNO₃ образуется 0,2 г AgNO₂

А из 169,87г AgNO₃ образуется 143,32г AgCl

х = 169,87 ∙ 0,2/143,32 = 0,247 г AgNO₃ – масса навески

5. По массе навески находим массу осадителя соляной кислоты (за у - обозначим массу НCI):

0,247г у г

AgNO₃ + HC1 = AgCl + HNO₃

М = 169,87 г/мольМ = 36,46097 г/моль

ν = 1 моль ν = 1 моль

m = 169,87г m = 36,46097 г
Составляем пропорцию:

На 0,247г AgNO₃ расходуется у г HC1

а на 169,87г AgNO₃ расходуется 36,46097г HC1
HC1
6. Находим объём осадителя - соляной кислоты:

f_экв. HC1=1, а молярная масса эквивалента соляной кислоты:

m _{fэкв. HC1} = f_экв. HC1 ∙ М_HCl = 1 ∙ 36,46097 г/моль = 36,46097 г

Составляем пропорцию, исходя из определения молярной концентрации:

В 1000 мл 0,5 молярного раствора HC1 содержится 36,46097 ∙ 0,5 = 18,23 г HCl

а в z мл 0,5 молярного раствора HC1 содержится 0,053г HC1

z = мл HC1

Ответ: для осаждения 0,247 г нитрата серебра требуется 2,9 мл HC1.
Задача 5.

При осаждении хлорида кальция 0,5 молярным раствором гидроксида натрия выпал осадок СаО массой 0,1124 г. Определить массу навески и объём осадителя гидроксида натрия.

Д ано: Решение:

m_{осадка СаО} = 0,1124г 1. Составляем уравнение реакции:

M_NaOH = 0,5 моль/дм³

CaСI₂ + 2NaOH = CaO ↓ + H₂O + 2NaCI

V_NaOH = ?
2. Находим молярные массы участвующих в реакции веществ M _CaC12 = 40,08 + 2 ∙ 35,453 = 110,99г/моль

М _CaO = 40,08 + 15,9994 = 56,0794 ≈ 56,08 г/моль

М _NaOH = 22,990 + 15,9994 + 1,00797 = 39,99737 ≈ 40 г/моль
3. Подставляем данные по условию задачи и значения молярных масс в уравнение реакции:

xг 0,1124г

CaСI₂ + 2NaOH = CaO ↓ + H₂O + 2NaCI

М = 110,99 г/моль М = 56,08 г/моль

ν = 1 моль ν = 1 моль

m = 110,99г m = 56,08 г

4. Составляем пропорцию:

Из х г CaСI₂ образуется 0,1124 г CaO ,

а из 110,99г CaСI₂ образуется 56,08г CaO.
х = 110,99 ∙ 0,1124 / 56,08 = 0,2225 г – масса навески CaСI₂.

5. По массе навески находим массу осадителя гидроксида натрия (за у - обозначим массу NaOH ):

0,2225г у г

CaСI₂ + 2NaOH = CaO ↓ + H₂O + 2NaCI

М = 110,99 М = 40 г/моль

г/моль

ν = 1 моль ν = 2 моль

m = 110,99г m = 80 г
Составляем пропорцию:

На 0,2225г CaСI₂ расходуется у г NaOH

а на 110,99г CaСI₂ расходуется 80г NaOH
NaOH
6. Находим объём осадителя - NaOH:

f_{экв. NaOH} =1, а молярная масса эквивалента:

m _{fэкв. NaOH} = f_{экв. NaOH} ∙ М _NaOH = 1 ∙ 40 г/моль = 40 г

Составляем пропорцию, исходя из определения молярной концентрации:

В 1000 мл 0,5 молярного раствора NaOH содержится 40 ∙ 0,5 = 20 г NaOH

а в z мл 0,5 молярного раствора NaOH содержится 0,1604г NaOH
z = NaOH

Ответ: для осаждения 0,2225г СаСI₂ требуется 8,02 мл NaOH.
2. Вычисление процентного состава (содержания) определяемого элемента в навеске
1) Процентное содержание (массовая доля) определяемого элемента в навеске рассчитывается по формуле:


Эта формула используется, если формулы определяемого вещества и осадка совпадают.

2) Если формулы определяемого вещества и осадка не совпадают, то используют фактор перерасчёта F (аналитический множитель):
,
где А – атомная масса определяемого элемента в граммах;

М – молярная масса осадка в граммах.

Для второго случая формула выглядит так:

Кроме того, если в формуле определяемого осадка и вещества не совпадают количество атомов элемента, то формулу для расчёта х(%) домножают на необходимое число.

Например, осадок получили в виде AI₂O₃, а требуется определить % содержание AI в пробе, тогда:

Задача 6.

Взято 0,8715 г кристаллического сульфата магния. Получено 0,3942 г Mg₂P₂O₇. Найти процентное содержание Мg в кристаллическом сульфате магния.

Дано: Решение:

g = m_MgSO4 =0,8715 г 1. Находим молярную массу Mg₂P₂O₇:

m_Mg2P2O7 = 0,3942 г М _Mg2P2O7 = 2 ∙ 24,312 + 2 ∙ 30,974 + 7 ∙ 15,9994 = 222,57 г/моль



% Mg-? 2. Находим % содержание магния по формуле:





Ответ: 9,88% магния содержится в кристаллическом сульфате магния.

Задача 7.

При анализе образца массой 0,9000г получено 0,0420 г Fe₂O₃ и 0,0582 г СаО. Вычислите процентное содержание окиси железа и окиси кальция, железа и кальция в образце.

Д ано: Решение:

g = m_{образца} = 0,9000 г 1. Найдём молекулярные массы:

m_{осадка СаО} = 0,0582 г М Fe₂O₃ = 2 ∙ 55,847 + 3 ∙ 15,9994 = 111,694 +47,9982 =

m_{осадка Fe2O3} = 0,0420 г 159,6922 ≈ 159,69 г/моль

МСаО = 40,08 + 15,9994 = 56,08 г/моль

% Fe₂O₃ -? А Fe = 55,847 г/моль

% Fe -?

%СаО -? А Са = 40,08 г/моль

%Са -?













Ответ: Содержание в образце Fe₂O₃ - 4,67%; Fe – 2,94%; СаО – 6,47%; Са – 4,62%.
3. Задачи на определение влажности осадков
Главное при решении этих задач – внимательность. Частые ошибки при решениях возникают, когда путают массу бюкса пустого, с влажной и сухой навесками.

m_Н2О = m_{бюкса с влажным осадком} – m _{бюкса с сухим осадком}
m_{сухого осадка} = m_{бюкса с сухим осадком} – m_{пустого бюкса}
m_{влажного осадка} = m_{бюкса с влажным осадком} – m<sub>пустого бюкса

(или масса навески)</sub>
Задача 8.

Определить процентное содержание влаги в образце по следующим данным: масса бюкса 8,1748г; масса бюкса с навеской образца до высушивания 11,8245 г; масса бюкса после высушивания с образцом – 11,3248 г.

Дано: Решение:

m _п.б. = 8,1748г

m _{б. с вл. ос.} = 11,8245г Влажность осадка рассчитывается по формуле:

m _{б. с сух. ос.}= 11,3248г




(w) %H₂O -?



Ответ: влажность осадка 13,69%.
Задача 9.

В каменном угле определена влажность 2,88%. Масса воды составила 0,2000 г. Определить массу навески угля.

Д ано: Решение:

m_Н2О = 0,2000 г 1. Из формулы влажности выведем массу навески:

w_угля = 2,88%



g_{угля -}?





Ответ: масса навески угля составляет 6,94 г.
Заключение
В настоящее время студентам трудно самостоятельно изучать материал из-за нехватки литературы, поэтому данное пособие должно стать помощником при решении аналитических задач по гравиметрическому анализу.

Надеемся, что данное пособие позволит избежать многих ошибок при решении расчётных и практических задач по аналитической химии по весовому анализу и явится залогом успеха на зачётах и экзаменах.
Список литературы

1. Аналитическая химия. В 2-х кн. Физико-химические методы анализа: Учебник для химико-технологической специальности вузов.-М.: Высш. Шк.,-1989.

2. Глубоков Ю.М. Аналитическая химия: учебник для студ. сред. проф. учеб. заведений / Ю.М.Глубоков, В.А. Головачёва, Ю.А. Ефимова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.

3. Аналитическая химия. Учебное пособие для техникумов / И.А. Попадич, С.Е. Траубенберг, Н.В.Осташенкова, Ф.А. Лысюк.-М.: Химия,- 1989.

4. Основы аналитической химии. В 2-х кн. Методы химического анализа: Учеб. Для вузов / Ю.А. Золотов, Е.Н.Дорохова, В.И. Фадеева и др. Под ред. Ю.А.Золотова.- М.: Высш. шк.,- 2002.

5. Шапиро С.А., Шапиро М.А. Аналитическая химия. Учебник для техникумов.- М.: Высш. шк., -1971.