химия кр. Сборник задач по аналитической химии титриметрические и гравиметрические методы анализа. Для студентов химико технологических

Название	Сборник задач по аналитической химии титриметрические и гравиметрические методы анализа. Для студентов химико технологических
Анкор	химия кр.doc
Дата	12.12.2017
Размер	0.79 Mb.
Формат файла
Имя файла	химия кр.doc
Тип	Сборник задач #10916
страница	1 из 4

1 2 3 4

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С.Торайгырова
Биолого-химический факультет
Кафедра химических технологий

СБОРНИК ЗАДАЧ

ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Титриметрические и гравиметрические методы анализа.

Для студентов химико - технологических,

химических и нехимических специальностей.

Павлодар

УДК 543 (076.1)

ББК 24.4 я 73

З-15
Рекомендовано Ученым советом ПГУ им. С. Торайгырова
Рецензент:

кандидат химических наук, доцент Мальков И.В.
Составители: Н.В. Убаськина, С.Р. Масакбаева
З-15 Сборник задач по аналитической химии. Титриметрические и

гравиметрические методы анализа. Для студентов химико-

технологических, химических и нехимических специальностей /

составители Н.В. Убаськина, С.Р. Масакбаева – Павлодар. –

2007.– 49 с.

Сборник задач составлен для студентов химико- технологических, химических и нехимических специальностей в соответствии с программами курсов по аналитической химии и химическому анализу. Содержит решение типовых задач по основным разделам аналитической химии (титриметрическим и гравиметрическим методам). Каждой теме предшествует небольшое теоретическое введение, облегчающее понимание решения задач, приводятся основные расчетные формулы, в конце каждой темы предлагаются задачи для самостоятельного решения.

Сборник задач разработан в соответствии с ГОСО РК–3.08.095–2004, утвержденным Министерством образования и науки РК от 07.08.2004г №671, ГОСО РК-3.08.096-2004, утвержденным Министерством образования и науки РК от 07.08.2004г №671.

УДК 543 (076.1)

ББК 24.4 я 73

© Н.В. Убаськина, С.Р. Масакбаева, 2007

© Павлодарский Государственный университет

им. С.Торайгырова, 2007

Введение
Целью химического анализа является получение знания о содержании определяемого вещества. Поэтому важно не только методически правильно выполнить анализ, но и научиться рассчитывать количество определяемого вещества в граммах и процентах. Число задач, с которыми можно встретиться в количественном анализе, очень велико, но для того, чтобы научиться решать эти задачи, необходимо овладеть сравнительно небольшим числом общих приемов, применяемых в химических расчетах. При решении каждой задачи надо ясно представлять себе сущность того метода анализа или определения, к которому относится данная задача, уметь написать уравнение и понимать значение каждой величины. Поэтому, прежде чем приступить к решению задач, следует ознакомиться с соответствующими разделами количественного анализа, получить теоретическую подготовку, ознакомиться со способами вычислений в титриметрических и гравиметрических методах анализа. При решении можно ограничиться решением задачи только в общем виде, т.е. довести решение до общего выражения в виде конечной формулы, не подставляя при этом числовые значения. Однако при решении задач не следует механически применять готовые формулы, не уяснив их смысл.

Сборник задач по аналитической химии предназначен для практических занятий и самостоятельной работы студентов химических и нехимических специальностей. Он составлен в соответствии с программой курсов по аналитической химии и химическому анализу. В начале сборника даются краткие теоретические сведения по каждой изучаемой теме, а также основные расчетные формулы, с помощью которых студенты могут в дальнейшем решать задачи, рассматриваются образцы решения задач, которые могут быть полезны при самостоятельной работе студентов. В конце каждой темы предлагаются задачи для самостоятельного решения.

В сборнике представлены задачи по следующим темам: вычисление эквивалента, фактора эквивалентности, закон эквивалентов, титриметрическим методам анализа, гравиметрическим методам анализа, задачи на вычисление рН в растворах, др.

1 Титриметрические методы анализа
1.1 Эквивалент. Фактор эквивалентности

Расчет результатов титриметрического анализа основан на принципе эквивалентности, в соответствии с которым вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах.

Если определяемое вещество А реагирует с раствором титранта В по уравнению

аА+вВ→ продукты реакции(1)то эквивалентными массами веществ будут аМ_А и вМ_В, где М_А и М_В –молярные массы веществ А и В, а и в- стехиометрические коэффициенты.

Уравнению (1) можно придать вид

продукты реакции, где а>в, что означает, что одна частица вещества А будет эквивалентна

частиц вещества В.

Отношение

обозначают символом f _экв(В) и называют фактором эквивалентности вещества В
F _экв(В) =

(1)
Фактор эквивалентности - это число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в реакциях окисления- восстановления.

Фактор эквивалентности и эквивалент являются величинами не постоянными, а зависят от стехиометрии реакции, в которой реагенты принимают участие. Фактор эквивалентности величина безразмерная, она равна единице или меньше единицы.

Эквивалентом называют условную или реальную частицу вещества, которая в кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в реакции окисления восстановления – одному электрону. Единицей количества вещества эквивалента является моль.

Молярной массой эквивалента вещества Х называют массу одного моля эквивалента вещества, равную произведению фактора эквивалентности на молярную массу эквивалента.

В реакциях комплексообразования или осаждения обычно избегают применения понятия « молярная масса эквивалента» и пользуются исключительно молярными массами.

Пример1

Вычислить фактор эквивалентности и молярные массы эквивалентов ортофосфорной кислоты в реакциях
а)

б)

в)

Задания для самостоятельного расчета
1.Вычислить фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента в реакции полной нейтрализации:

а) HNO_3,б) NaOH; в) NH₃;г) H₂SO₄; д) KHSO₄; е) Na₂B₄O₇ ∙10H₂O; ж)Na₂CO₃;з)NaHCO₃; к)K₂O, л)N₂O₅; м) H₂C₂O₄; н) SO₂; о) Ba(OH)₂; п) H₃PO₄; р) H₂CO₃

Ответы: а)f_экв=1; М (HNO₃)=63,01 г/моль; б) f_экв= 1; М(NaOH) = 39,99 г/моль; в) f_эк= 1; М(NH₃)= 17,01 г/моль; г) f_экв=1/2; М(H₂SO₄) = 49,07 г/моль; д) f_экв= 1; М(KHSO₄) = 136,2 г/моль;е) f_экв= 1/2; М(Na₂B₄O₇ ∙10H₂O) = 190,68 г/моль; ж) f_экв= 1/2; М( Na₂CO₃) = 52,99г/моль; з) f_экв= 1; М(NaHCO₃) = 84,01г/моль; к) f_экв=1/2; М(K₂O)=47,1 г/моль, л) f_экв=1/2; М(N₂O₅)=54,01 г/моль; м) f_экв=1/2; М( H₂C₂O₄ ) = 45,02г/моль; н) f_экв= 1 ; М(SO₂) = 40,03г/моль;

В задачах 2-11 рассчитать количество вещества:

2. Количество HCl для нейтрализации 4,33г Na₂C₂O₄. Ответ: n (HCl) = 0,06463 моль.

3.Количество HNO₃ для нейтрализации 5,3г Na₂CO₃ . Ответ: n (HNO₃) = 0,1000 моль.

4.Количество Na₂B₄O₇·10H₂O для нейтрализации 3,65г HCl. Ответ: n (0,5 Na₂B₄O₇·10H₂O) = 0,1001 моль.

5.Количество HCl для нейтрализации 0,2г CaO. Ответ: n (HCl) = 0,007133 моль.

6.Количество NaOH для нейтрализации 6,3г CH₃COOH.

Ответ: n (NaOH) = 0,1049 моль.

7.Количество HNO₃ для нейтрализации3,1г Na₂O.

Ответ: n (HNO₃) = 0,1000 моль.

8.Количество HCl для нейтрализации 4,709г K₂O.

Ответ: n (HCl) = 0,09998 моль.

9.Количество HNO₃ для нейтрализации 22,6г Ba(OH)₂· 8H₂O. Ответ: n (HNO₃) = 0,142 моль.

10.Количество KOH для нейтрализации 0,49г H₂SO₄ .

Ответ: n (KOH) = 0,01000 моль.

11.Количество NaOH для нейтрализации 5,4 N₂O₅ .

Ответ: n (NaOH) = 0,1000 моль.

12.Вычислить массу моля эквивалента вещества, участвующего в окислительно- восстановительной реакции и определить, сколько миллимолей содержится в 100 мг вещества:

а) FeSO₄( Fe²⁺→ Fe³⁺). Ответ: n (FeSO₄) = 0,659 ммоль.

б) HNO₃ (NO₃^- → NO₂). Ответ: n (1/3HNO₃) = 4,76 ммоль.

в) HNO₃ (NO₃^- → NO). Ответ: n (HNO₃) = 1,585 ммоль.

г)H₂O₂ (в реакции с KJ). Ответ: n (0,5 H₂O₂) = 5,90 ммоль.

д) KMn O₄(в кислой среде). Ответ: n (1/5KMnO₄) = 3,17 ммоль.

е) KMn O₄(в щелочной среде). Ответ: n (KMnO₄) = 1,58ммоль.

ж) KMn O₄(в нейтральной среде). Ответ: n (1/3KMnO₄) = 1,91 ммоль.

з) K₂Cr₂O₇ (в кислой среде). Ответ: n (1/6K₂Cr₂O₇) = 2,11 ммоль.

и) Na₂S₂O₃(S₂O₃ ^2- → S₄O₈^2-). Ответ: n (Na₂S₂O₃) = 0,632 ммоль.

к) CuCl₂(при йодометрическом определении). Ответ: n (CuCl₂) = 0,745 ммоль.

л) J₂(J₂→2JO^-). Ответ: n (0,5 J₂) = 0,790 ммоль.

м) J₂(J₂→2J^-). Ответ: n( 1/2 J₂) = 0,790 ммоль.

н) H₂C₂O₄( C₂O₄^2- → CO₂↑). Ответ: n (1/2H₂C₂O₄) =2,23 ммоль

о) SO₂(SO₂ → SO₄^2-). Ответ: n (1/2 SO₂) = 3,13 ммоль

п) V₂O₅(VO₂⁺→V³⁺). Ответ: n (1/2V₂O₅) =1,10 ммоль
1.2 Основные расчетные формулы в титриметрических методах анализа

1.2.1 Нормальность (N) раствора- число грамм-эквивалентов вещества, содержащихся в 1 л раствора

, (2)
где а- навеска образца анализируемого вещества, г;

Э- грамм-эквивалент;

n- число грамм-эквивалентов;

V- объем, мл.

Если V=1л, то N · V=a

1.2.2. Молярность (С_м) – число моль(грамм - молекул) растворенного вещества в 1л раствора

, (3)
где М- масса 1моль растворенного вещества.

(4)
Если V=1л, то

, (5)
где Т- титр, г/см³, г/мл
Основное расчетное уравнение химического анализа
N_AV_A=N_BV_B(6)
В момент эквивалентности химических реакций произведение нормальных концентраций на объемы растворов реагирующих веществ равны друг другу.

При известной нормальной концентрации раствора вещества А можно рассчитать его титр Т_А, перейдя к массе q_А через эквивалентен Э_А.

, (7)
где А- определяемое вещество;

q_А- содержание определяемого вещества, г.

(8)

(9)

(10)

(11)
Рассчитать количество вещества в граммах можно по формуле

, (12)
где В –титрант.
С учетом разбавления в мерной колбе V_K и титрования аликвотной части исследуемого раствора V_a.

, (13)
где V_К- емкость мерной колбы, мл;

V_а- объем аликвотной части раствора, мл.
Рассчитать количество вещества в процентах можно по формуле

(14)
Поправочный коэффициент определяют и рассчитывают следующим образом

, (15)
где К- поправочный коэффициент;

пр- практическое значение;

т- теоретическое значение.

(16)

(17)
1.3 Расчет содержания вещества методом обратного титрования

1.3.1 Расчет содержания вещества обратным титрованием по методу отдельных навесок, %

, (18)
где В –стандартный раствор, взятый с избытком;

В₁ – стандартный раствор, идущий на титрование раствора В.

1.3.2 Расчет содержания вещества обратным титрованием по методу пипетирования, %

(19)
1.3.3 Расчет содержания вещества методом обратного титрования по титру, %

(20)
1.4 Переходные формулы для расчетов концентраций

1.4.1 Формула для перехода от процентной концентрации к нормальной

, (21)
где C – процентная концентрация;

Э – эквивалент, грамм – эквивалент

ρ – плотность г/см³.

1.4.2 Формула для перехода от нормальной концентрации к процентной

, (22)
где n – число эквивалентов.

1.4.3 Формула для перехода от процентной концентрации к молярной

, (23)
где M – молекулярный вес.

1.4.4 Формула для перехода от молярной концентрации к процентной

, (24)
где m – число моль.
1.5 Расчет ошибок кислотно-основного титрования

1.5.1 Протонную ошибку можно рассчитать ОТ _[Н+],%

, (25)
где V- исходный объем определяемого вещества, мл;

V_D- объем добавленного титранта, мл;

рТ- показатель титрования индикатора.

1.5.2 Гидроксидную ошибку можно рассчитать ОТ _[ОН^-_], %

(26)
1.5.3 Кислотная ошибка возникает,если при недотитровании слабых кислот в растворе остается небольшое количество кислоты в молекулярной форме (ОТ_А) ,%

(27)
1.5.4 Основная ошибка появляется при недотитровании слабого основания (ОТ_В), %

(28)

Примеры решения задач.

Пример 1

На титрование смеси, состоящей из карбонатов натрия и калия массой 0,4 г израсходовали 22,00 мл 0,3М HCl. Вычислить массовую долю (%) Na₂CO₃ и К₂СО₃ в смеси.
Решение:

Обозначим: w – количество Na₂CO₃ в % - (доля Na₂CO₃),

(100-w) – количество К₂СО₃ в % - (доля К₂СО₃)