Рабочая тетрадь по химии. Рабочая тетрадь по химии для студентов, обучающихся по всем образовательным программам бакалавриата и специалитета

• Название: Рабочая тетрадь по химии для студентов, обучающихся по всем образовательным программам бакалавриата и специалитета
• Дата: 08.12.2021
• Размер: 1.37 Mb.
• Имя файла: Рабочая тетрадь по химии.docx
• Тип: Учебное пособие; #297189
• страница: 14 из 15

Работа 13. КАЧЕСТВЕННЫЙ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Цель работы

• 
  Ознакомиться с качественными реакциями обнаружения катионов и анионов.
  
• 
  Научиться вести расчеты и готовить растворы заданной концентрации.
  
• 
  Овладеть техникой титриметрического анализа.
  

Теоретические сведения

Закономерности, в соответствии с которыми проводятся исследования качественного и количественного состава веществ, композиционных материа­лов и других объектов, изучаются аналитической химией.

Основанием для проведения исследования является наличие аналитиче­ского сигнала, т.е. функциональной зависимости того или иного измеряемого свойства вещества от его содержания в анализируемом объекте. В качественном анализе только фиксируется наличие аналитического сигнала, в количест­венном анализе измеряется его интенсивность.

Неорганический качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаруживать элементы в форме катионов или анионов по их специфическим аналитическим сигналам.

В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные комплексные соединения, происходит окисление или восстановление с измене­нием цвета раствора (табл. 30).

Основной операцией в титриметрическом анализе является титрование, которое заключается в прибавлении из бюретки по каплям одного раствора к предварительно точно отмеренному объёму второго раствора. Концентрация одного раствора точно (до 0,0001 моль/л) известна, он называется рабочим, стандартным или титрованным. Второй раствор - исследуемый, его концентра­ция определяется в ходе анализа (рис. 15).

Титриметрический метод исследования состоит в точном измерении объ­емов растворов двух веществ, вступающих между собой в реакцию.



Рис. 15

Схема установки для проведения титриметрического анализа

Таблица 30

Качественные реакции обнаружения некоторых катионов и анионов

Титрование ведется до точки эквивалентности, когда количества реагирующих веществ станут эквиваленты:

, (13.1)

Для расчета результата анализа в титриметрии используется основная формула

C_Э(1)∙V₁ = C_Э(2)∙V₂ (13.2)

где C_Э(1) и V₁ – молярная концентрация эквивалента (моль/л) и объем рабочего раствора (мл), пошедшего на титрование;

C_Э(2) и V₂ – молярная концентрация эквивалента (моль/л) и объем исследуемого раствора (мл), взятого для титрования.

Молярная концентрация эквивалента

, моль/л (13.2)

Где m₂ – масса растворенного вещества;

V – объем раствора, л;

M_Э – молярная масса эквивалента растворенного вещества, вычисляется по формуле

Коэффициент f равен числу эквивалентов, содержащихся в 1 моль вещества или, что то же самое, обратной величине числа химических связей M_Э = (M): (n)

Например: M(HCl) = M_Э(HCl); M_Э(H₂SO₄) = 1/2 M(H₂SO₄); M(KOH) = M_Э(KOH); M_Э(K₂SO₄) = 1/2 M(K₂SO₄); M_Э(Ba(OH)₂) = ½ M(Ba(OH)₂); M_Э(Al₂(SO₄)₃) = 1/6 M(Al₂(SO₄)₃).

Между молярной концентрацией и молярной концентрацией эквивалента существует соотношение

или (13.3)

Точка эквивалентности фиксируется с помощью кислотно-основных индикаторов, например фенолфталеина, метилоранжа, окраска которых зависит от pH среды. В основе метода нейтрализации лежит реакция . В момент окончания титрования число эквивалентов кислоты равно числу эквивалентов щелочи.

,

. (13.4)

Рабочее задание

Задание 1. Качественные реакции обнаружения ионов

Таблица 31

Варианты рабочего задания для проведения качественных реакций обнаружения ионов

Вариант	Обнаруживаемый ион	Вещество, содержащее анализируемый ион	Реактив	Аналитический сигнал
1	Fe2+	FeSO4	K3[Fe(CN)6]
2	Fe3+	FeCl3	K4[Fe(CN)6]
3	Fe3+	FeCl3	NH4CNS
4	Ca2+	CaCl2	(NH4)2C2O4
5	Ba2+	BaCl2	H2SO4
6	Cu2+	CuSO4	NH4OH
7	Pb2+	Pb(NO3)2	KJ
8	NH4+	NH4Cl	NaOH
9	Cr3+ → Cr6+	Cr2(SO4)3	KOH + Br2
10	SO42-	Na2CO3	HCl
11	NO3-	Na2SO4	BaCl2
12	PO43-	KNO3	(C6H5)2 – NH + H+
13	NaPO4		MgCl2 + NH4OH

Для проведения качественных реакций к 1-2 мл раствора вещества, со­держащего анализируемый ион, добавьте такой же объём реактива на этот ион.

Отметьте наблюдаемое явление (образование осадков, окрашенных ком­плексных соединений, окисление или восстановление с изменением цвета рас­твора, выделение газа и т.д.) – аналитический сигнал.

Каждый студент, выполняющий определённый вариант, записывает уравнение реакции и уточняет вид аналитического сигнала. Все сту­денты записывают все реакции в рабочую тетрадь, вид аналитического сигнала вносят в таблицу 32.











Задание 2. Приготовление раствора кислоты

Методы приготовления растворов с точно известной концентрацией:

• 
  растворением в мерной колбе содержимого «фиксанала» (запаянной стеклянной ампулы, содержащей (как правило) точно 0,1000 моль эквивалента вещества);
  
• 
  из более концентрированного раствора готовят раствор приблизитель­ной концентрации, а его точную концентрацию устанавливают титрованием;
  
• 
  растворением в мерной колбе, взвешенной на аналитических весах точ­но рассчитанной навески.
  

Вариант задания выберите по последней цифре зачётной книжки из таблицы 32.

Таблица 32

Варианты рабочего задания по приготовлению раствора кислоты

Вариант	Характеристики исходного раствора кислоты				Характеристики приготовляемого раствора
	Формула	Плотность р, г/см3	Массоваяя доля ω, %	Объём раствора, мл		Молярная концентрация эквивалента
1						0,0350
2						0,0400
3						0,0450
4						0,0500
5						0,0550
6						0,0600

Запишите в рабочую тетрадь вариант рабочего задания, проставив вместо многоточия соответствующие данные.

Приготовить _____ мл ... кислоты с молярной концентрацией (эквивалента) _____моль/л из исходного раствора плотностью _____ г/см³ и массовой Долей _____ %.

Объём раствора исходной кислоты рассчитайте аналогично задаче 4.

Рассчитанный объём кислоты отмерьте мерной пробиркой и вылейте в мерную колбу. Колбу заполните водой точно до метки и тщательно перемешай­те. Полученный таким образом раствор будет иметь приблизительно задан­ную концентрацию.











Задание 3. Установление точной концентрации приготовленного раствора

Бюретку промойте приготовленным раствором кислоты и затем заполни­те им бюретку доверху. Проследите за тем, чтобы в «носике» бюретки не было пузырьков воздуха. Избыток раствора слейте и установите уровень жидкости в растворе на нулевом делении, чтобы нижняя граница мениска касалась нулевой отметки. При каждом последующем титровании устанавливайте уровень кисло­ты на любом целом делении бюретки.

Пипетку дважды промойте рабочим раствором NaOH с молярной концен­трацией эквивалента 0,0500 моль/л, отберите 10 мл его, перенесите в чистую колбу для титрования и добавьте 3-4 капли фенолфталеина.

Затем по каплям, постоянно перемешивая раствор NaOH, приливайте ки­слоту из бюретки в колбу до исчезновения розовой окраски. В этот момент сре­да становится нейтральной, так как количество кислоты эквивалентно количе­ству щёлочи. Сделайте отсчёт по бюретке и запишите в таблице 33 объём ки­слоты, пошедший на титрование.

Таблица 33

Данные по приготовлению и определению точной концентрации раствора кислоты

Исходный раствор		Результаты титрования			Концентрация раствора кислоты
ω, %	Объем для приготовления раствора , мл	Объем раствора NaOH, взятый для титрования , мл	Объем раствора HCl, пошедший на титрование Vкислоты, мл	Средний объем HCl, пошедший на титрование Vсредний (кислоты), мл	По варианту задания	Фактически полученная
		V1
		V2
		V3

Выводы

1. 
   Сформулируйте и запишите в чем отличие качественного и количественного химического анализа.
   
2. 
   Каким методом вы пользовались, чтобы приготовить раствор с точно известной концентрацией?
   
3. 
   Сформулируйте суть титриметрического метода анализа.
   

Домашнее задание

Задание 1. Для приготовления 700 г раствора с массовой долей иодида калия 5 % необходимо растворить ____ граммов соли

○ 1) 84 ○ 2) 50 ○ 3) 35 ○ 4) 65

Правильность ответа подтвердите расчетом.







Задание 2. Молярная концентрация эквивалента раствора сульфата натрия, в 50 мл раствора которого содержится 7,1 г данной соли, равна ____ моль/л.

○ 1) 0,2 ○ 2) 2,0 ○ 3) 0,1 ○ 4) 1,0

Правильность ответа подтвердите расчетом.







Задание 3. Для нейтрализации 40 мл раствора уксусной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/л требуется раствор, содержащий _____ миллилитрам

○ 1) 0,01 ○ 2) 0,02 ○ 3) 0,04 ○ 4) 0,05

Правильность ответа подтвердите расчетом.







Задание 4. Объем раствора хлорида кальция с молярной концентрацией 0,1 моль/л, необходимый для осаждения карбонат-ионов из 200 мл раствора карбоната калия с молярной концентрацией 0,15 моль/л, равен _____ миллилитрам

○ 1) 200 ○ 2) 100 ○ 3) 150 ○ 4) 300

Правильность ответа подтвердите расчетом







Задание 5. Объем раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/л, необходимый для нейтрализации 40 мл раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,15 моль/л, равен _____ миллилитрам.

○ 1) 30 ○ 2) 15 ○ 3) 45 ○ 4) 60

Правильность ответа подтвердите расчетом.







Задание 6. При разбавлении 0,5 М раствора соляной кислоты в пять раз pH будет иметь значение, равное ○ 1) 1 ○ 2) 10 ○ 3) 12 ○ 4) 5

Правильность ответа подтвердите расчетом.