WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«РАСЧЕТЫ В КОЛИЧЕСТВЕННОМ АНАЛИЗЕ УЧЕБНИК И ПРАКТИКУМ ДЛЯ ПРИКЛАДНОГО БАКАЛАВРИАТА 2-е издание, исправленное и дополненное Рекомендовано Учебно-методическим отделом высшего образования ...»

А. Н. Борисов, И. Ю. Тихомирова

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ .

РАСЧЕТЫ В КОЛИЧЕСТВЕННОМ

АНАЛИЗЕ

УЧЕБНИК И ПРАКТИКУМ

ДЛЯ ПРИКЛАДНОГО БАКАЛАВРИАТА

2-е издание, исправленное и дополненное

Рекомендовано Учебно-методическим отделом высшего образования

в качестве учебника и практикума для студентов высших учебных заведений, обучающихся по естественнонаучным направлениям Допущено Учебно-методическим объединением по направлениям педагогического образования Министерства образования и науки РФ в качестве учебно-методического пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Педагогическое образование», профиль «Химическое образование»

Книга доступна в электронной библиотечной системе biblio-online.ru Москва Юрайт 2018 УДК 543(075.8) ББК 74я73 Б82

Авторы:

Борисов Алексей Николаевич — доцент, кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической химии факультета химии Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена;

Тихомирова Ирина Юльевна — кандидат химических наук, доцент, почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации, доцент кафедры химического и экологического образования факультета химии Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена .

Рецензенты:

Пак В. Н. — доктор химических наук, профессор Российского государственного педагогического университета имени А. И. Герцена;

Коган В. Е. — доктор химических наук, профессор Национального минерально-сырьевого университета «Горный» .

Борисов, А. Н .

Аналитическая химия. Расчеты в количественном анализе : учебБ82 ник и практикум для прикладного бакалавриата / А. Н. Борисов, И. Ю. Тихомирова. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 119 с. — (Серия : Бакалавр. Прикладной курс) .

ISBN 978-5-534-08086-5 В учебнике рассмотрены основные понятия и теоретические представления, используемые в аналитической химии, приводятся примеры решения задач на равновесия в гомогенных и гетерогенных системах .

Излагаются расчеты, связанные с использованием титриметрических и гравиметрических методов анализа. По каждому разделу для самостоятельной работы предусмотрено решение расчетных заданий. Приведены тестовые задания по основным разделам количественного анализа .

Содержание учебника профессионально ориентировано с учетом направления и профиля подготовки и предназначено для максимального содействия в реализации профессиональной деятельности учителя химии .

Содержан

–  –  –

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав .

Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая компания «Дельфи» .

–  –  –

Предисловие

1. Вычисления, связанные с приготовлением растворов, используемых в химическом анализе................ 9

1.1. Единицы количества вещества. Эквивалент. Закон эквивалентов

1.2. Способы выражения концентраций растворов, используемых в аналитической химии

Задачи к разделу 1





2. Протолитические равновесия

2.1. Равновесия в водных растворах кислот и оснований.............18 Задачи к разделу 2

2.2. Равновесия в буферных растворах

Задачи к разделу 2 (продолжение)

2.3. Равновесия в растворах гидролизующихся солей

Задачи к разделу 2 (окончание)

3. Равновесия в растворах комплексных соединений....... 40 Задачи к разделу 3

4. Равновесия в гетерогенных системах

4.1. Равновесия в насыщенных растворах малорастворимых электролитов

4.2. Условия образования осадка

4.3. Вычисление концентрации раствора ионов-осадителей в начале и в конце осаждения. Зависимость растворимости малорастворимого электролита от концентрации одноименных ионов

4.4. Зависимость растворимости малорастворимого электролита от pН насыщенного раствора

Задачи к разделу 4

5. Титриметрический анализ

5.1. Расчеты в титриметрическом методе анализа

5.2. Метод нейтрализации

5.2.1. Расчет кривых титрования сильных протолитов...........60 5.2.2. Расчет кривых титрования слабых протолитов.............61 5.2.3. Индикаторные погрешности кислотно-основного титрования

Задачи к разделу 5

5.3. Окислительно-восстановительное титрование (редоксиметрия)

Задачи к разделу 5 (продолжение)

5.4. Осадительное и комплексонометрическое титрование.........81 Задачи к разделу 5 (окончание)

6. Расчеты в гравиметрическом анализе

6.1. Расчет навески анализируемого вещества

6.2. Расчет объема раствора осадителя (растворителя)................91

6.3. Расчет потерь при промывании осадка в методе осаждения

6.4. Вычисление результатов гравиметрических определений.....94 Задачи к разделу 6

7. Тестовые задания

7.1. Тестовые задания по теме «Протолитические равновесия»....99

7.2. Тестовые задания по теме «Гетерогенное равновесие»......... 101

7.3. Тестовые задания по теме «Окислительновосстановительные равновесия»

7.4. Тестовые задания по теме «Равновесия в растворах комплексных соединений»

7.5. Тестовые задания по теме «Титриметрический метод анализа»

7.6. Тестовые задания по теме «Гравиметрический метод анализа»

Рекомендуемая литература

Новые издания по дисциплине «Аналитическая химия»

и смежным дисциплинам

Варианты расчетных заданий

Предисловие Аналитическая химия — наука о методах определения химического состава вещества и его строения. Предметом аналитической химии является разработка теоретических основ анализа, усовершенствование известных и создание новых методов анализа. Одним из важнейших теоретических разделов аналитической химии является раздел ионных равновесий, правильный расчет которых позволяет сознательно управлять химическими реакциями и создавать необходимые условия для количественного определения элементов, содержащихся в анализируемой смеси .

При изучении аналитической химии студенты значительно углубляют и расширяют знания начального уровня, полученные при изучении дисциплины «Общая и неорганическая химия» .

В предлагаемом учебнике в доступной для студентов форме изложены приемы и способы расчета некоторых простейших ионных гомогенных и гетерогенных равновесий в водных растворах, основанные на совместном использовании закона сохранения массы веществ, закона действующих масс и закона эквивалентов, а также расчеты результатов анализа в титриметрических и гравиметрических методах. Рассмотрены расчеты четырех типов ионных равновесий: кислотно-основных, гетерогенных (осадок — насыщенный раствор), равновесий в растворах комплексных соединений и в окислительно-восстановительных системах в связи с химическим анализом. Приведены решения типовых задач по титриметрии и гравиметрии .

По каждому разделу для самостоятельной работы предусмотрено решение расчетных заданий. Расчетные задания направлены на то, чтобы студент мог использовать учебник в качестве обучающего материала и для контроля знаний .

При оформлении расчетных заданий рекомендуется приводить полные условия решаемых задач. Решая задачу, студент записывает уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах, дополняет уравнения окислительно-восстановительных реакций ионно-электронными уравнениями, приводит значения констант и другие справочные данные (плотности растворов, константы диссоциации слабых кислот и оснований, константы нестойкости и устойчивости комплексов, произведения растворимости, стандартные редокс-потенциалы и т. д.) .

Расчетные формулы необходимо снабжать пояснениями .

Входящие в них величины следует выражать в соответствующих единицах .

Решения задач должны быть полными, рисунки кривых титрования выполняются в определенном масштабе. В конце учебника приводится список использованной учебной и справочной литературы .

В заключительной части приведены тестовые задания по основным разделам количественного анализа, которые могут быть применены для текущего контроля при сдаче коллоквиумов и отчетов по пройденным темам .

В результате освоения разделов аналитической химии, связанных с количественными расчетами равновесных химических систем, студенты должны:

знать

• основные стехиометрические законы химии (сохранения массы, постоянства состава, эквивалентов);

• основные методы расчета концентраций, используемые в химических методах анализа;

• основы титриметрического и гравиметрического методов анализа;

• основные критерии, используемые при выборе методов химического анализа;

• основные погрешности анализа и принципы обработки результатов измерений;

уметь

• пользоваться справочной литературой для решения аналитических задач;

• производить расчеты, связанные с приготовлением растворов заданной концентрации и с заданным значением кислотности;

• рассчитывать количество анализируемого вещества, аналитического реагента;

• производить оценку потерь на этапах аналитического определения;

• рассчитывать результаты анализа и производить их статистическую обработку;

• выбирать метод анализа конкретных объектов и подбор оптимальных условий его проведения;

• оценивать систематические и случайные погрешности аналитического определения;

владеть

• навыками приготовления растворов, используемых в гравиметрии и титримерии;

• навыками выполнения операций аналитического определения;

• навыками построения схемы анализа конкретного объекта;

• навыками правильного представления результатов анализа в отчете .

Учебник в значительной мере ориентирован на формирование навыков самостоятельной работы студентов с учебной литературой, составлен в соответствии с ФГОС высшего профессионального образования и адресован студентам основной образовательной программы подготовки бакалавра по направлению «050100 — Педагогическое образование», профиль «Химическое образование». Учебник также может быть полезен студентам, обучающимся по специальности «020100 — Химия», изучающим дисциплину «Аналитическая химия» .

1. Вычисления, связанные с приготовлением растворов, используемых в химическом анализе

1.1. Единицы количества вещества. Эквивалент. Закон эквивалентов При вычислениях в количественном анализе используются следующие термины и понятия, принятые в Международной системе единиц (СИ) .

Количество вещества в химии принято измерять в единицах, которые называются моль. Моль — это количество вещества, содержащее столько определенных условных частиц, сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг (или в 12 г) углерода 12С .

Один моль любого вещества всегда содержит одно и то же число частиц, которое равно 6,02 · 1023 .

Для обозначения количества вещества используют символ п. Рядом в круглых скобках записывается формула соответствующей условной частицы. Например, n(K2SO4) = 0,1 моль;

n(Ag+) = 0,05 моль .

Молярная масса М — масса одного моль вещества, измеряется в кг-моль–1. На практике чаще используется размерность г-моль–1. Численно молярная масса равна относительной молекулярной массе, то есть суммарной относительной массе (отнесенной к 1/12 части массы атома углерода) всех атомов в частице. Относительная молекулярная масса является безразмерной величиной, которая вычисляется по таблицам атомных масс элементов. Например, молярные массы атомов меди, ионов водорода, молекул хлора, молекул серной кислоты равны соответственно: M(Cu) = 63,54 г-моль–1; M(Н+) = 1,074 г-моль–1;

M(Cl2) = 70,916 г-моль–1; M(H2SO4) = 98,2 г-моль–1 .

Эквивалентом называют условную частицу вещества, которая в данной кислотно-основной реакции соединяется, замещает или высвобождает один ион водорода. В окислительновосстановительных реакциях эквивалент — условная частица, которая в данной реакции присоединяет или отдает один электрон, т. е. эквивалентна (равноценна) одному электрону .

Эквивалент одного и того же вещества может изменяться в зависимости от реакции, в которой участвует это вещество .

Эквивалент не имеет размерности .

Под условными частицами подразумевают атомы, молекулы, ионы, электроны, радикалы, а также доли молекул или доли ионов (например, 1/5 часть молекулы KMnО4, 1/3 часть иона Fe3+) .

Фактор эквивалентности (fэкв)  — это число, обозначающее долю реальной частицы вещества, эквивалентной одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции .

Он может быть равен или меньше единицы и не имеет размерности. Фактор эквивалентности рассчитывают на основании стехиометрического уравнения химической реакции.

Например, в реакции нейтрализации между соляной кислотой и карбонатом натрия, идущей по уравнению:

–  –  –

фактор эквивалентности fэкв(Na2CO3) = 1/2, а эквивалентом является условная частица l/2Na2CO3. Если же реакция между этими веществами протекает согласно следующему уравнению:

<

–  –  –

Фактор эквивалентности перманганата калия в кислой среде равен fэкв(KMnO4) = 1/5, а эквивалент — условная частица 1/5KMnO4; в нейтральной среде фактор эквивалентности составляет fэкв(KMnO4) = 1/3, а эквивалент — условная частица 1/3KMnO4. При восстановлении перманганата калия в щелочной среде fэкв(KMnO4) = 1, эквивалент совпадает с формульной единицей вещества .

Молярная масса эквивалента вещества М(fэкв(X)X) — это масса одного моль-эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу M вещества X:

Мэкв(Х) = fэкв(X) · M(Х) .

Таким образом, молярные массы эквивалентов кислот, оснований и солей зависят от стехиометрии реакций, в которых они участвуют, а в окислительно-восстановительных реакциях — от числа электронов, участвующих в полуреакциях окисления и восстановления (см. табл. 1) .

Число моль-эквивалентов вещества nэкв, единица измерения — моль-экв.

Число моль-эквивалентов вещества можно выразить через его массу или объем раствора с известной молярной концентрацией эквивалента вещества:

nэкв(Х) = m(Х) / Мэкв(Х), nэкв(Х) = Сэкв(Х) · V(р-ра) .

Один моль эквивалентов, как и моль частиц, содержит 6,02 1023 эквивалентов .

Таблица 1 Расчет молярной массы эквивалента вещества Реакция/полуреакция и фактор Молярная масса эквивалента эквивалентности H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + Н2О M(1H2SO4) = fэкв(H2SO4) M(H2SO4) = fэкв(H2SO4) = 1 = 1 98,2 г/моль = 98,2 г/моль H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O M(1/2H2SO4) = fэкв(H2SO4) M(H2SO4) = fэкв(H2SO4) = 1/2 = 1/2 98,2 г/моль = 49,1 г/моль Fe(OH)3 + HCl = Fe(OH)2Cl + H2O M(1Fe(OH)3) = fэкв(Fe(OH)3) M(Fe(OH)3) = fэкв(Fe(OH)3) = 1 = 1 106,85 г/моль = 106,85 г/моль Fe(OH)3 + 2HCl = Fe(OH)Cl2 + 2H2O M(1/2Fe(OH)3) = fэкв(Fe(OH)3) M(Fe(OH)3) = fэкв(Fe(OH)3) = 1/2 = 1/2 106,85 г/моль = 54,43 г/моль

–  –  –

Закон эквивалентов. Большинство расчетов в количественном анализе, особенно в титриметрии, основано на законе эквивалентов .

Согласно закону эквивалентов, все вещества взаимодействуют между собой и образуются в эквивалентном количестве .

При условии, что ни одно из реагирующих веществ не находится в избытке, для реакции

–  –  –

В приведенных выражениях Мэкв(А) и Мэкв(Х) — молярные массы эквивалента соответствующих растворенных веществ .

Пример 1 Рассчитать молярную и эквивалентную концентрации (молярность и нормальность) раствора перманганата калия с массовой долей растворенного вещества 6 % и плотностью = 1,04 г/см3 .

Вычислить титр раствора и титр раствора по сульфату железа(II) .

Решение.

Перманганат калия и сульфат железа (II) в кислой среде взаимодействуют в соответствии с уравнением окислительно-восстановительной реакции:

2KMnO4 + 10FeSO4+ 8H2SO4= 2MnSO4+ 5Fe2(SO4)3 + K2SO4+ 8H2O

–  –  –

Пример 2 До какого объема следует разбавить раствор, содержащий 0,6874 г гидроксида натрия, чтобы получить раствор с T(NaOH/ H2C2O4) = 0,001547 г/см3? Рассчитать титр раствора и его нормальность .

Решение. Эквивалентные массы: M(NaOH) = 40,00 г/моль-экв;

M(1/2Н2С2О4) = 45,02 г/моль-экв.

Титр раствора гидроксида натрия равен:

–  –  –

Задачи к разделу 1

1. До какого объема следует разбавить 1,0 л 0,2000 н. раствора хлороводородной кислоты, чтобы получить раствор с Т(НСl/СаО) = = 0,005000 г/мл?

2. Для приготовления 1,0 л раствора дихромата калия взяли 5,2000 г K2Cr2O7. Рассчитать титр, нормальность раствора и его титр по иодиду калия .

3. Какую массу кристаллогидрата (NH4)2C2O4H2O следует взять для приготовления 0,5 л 0,2000 н. раствора оксалата аммония?

4. В 250,0 мл рас тв ора гидроксида натрия содержится 5,0000 г NaOH. Чему равны титр, нормальность и титр по серной кислоте этого раствора?

5. Сколько мл раствора хлороводородной кислоты ( = 1.19 г/см3) следует взять для приготовления 2,0 л 0,1000 н. раствора?

6. Чему равен титр раствора хлорида калия, если при прибавлении к 20,00 мл этого раствора избытка нитрата серебра получено 0,2868 г осадка хлорида серебра?

7. До какого объема следует разбавить 1,0 л 0,5000 н. раствора серной кислоты, чтобы получить раствор с титром, равным 0,002800 г/ см3?

8. Титр раствора перманганата калия равен 0,005340 г/см3. Найти титр раствора перманганата калия по оксалату аммония .





Похожие работы:

«1 ОБ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕТОДИКЕ ОБУЧЕНИЯ РУССКОМУ ЯЗЫКУ КАК НЕ РОДНОМУ Айтбенбетова З.Е. Email: Aytbenbetova627@scientifictext.ru Айтбенбетова Зауреш Ертаевна – преподаватель русского языка, кафедра медицинской психологии, педагогики и языковых дисциплин...»

«Студенческий электронный журнал "СтРИЖ". №5(09). Июль 2016 www.strizh-vspu.ru УДК 159.99 В.Г. Граница (valeriya.granitsa18@yandex.ru) Волгоградский государственный социально-педагогический университет ЛИЧНОСТНЫЙ КОМПОНЕНТ В СТРУКТУРЕ ГОТОВНОСТИ СТАРШЕКЛАССНИКОВ К СДАЧЕ ЕДИНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА Рассматривается пр...»

«Возраст 7 – 8 лет Год обучения – первый Учись доброму Цикл № 6 Урок № 42 Тема: Закрепить знание изученных духовных истин.Цель: Библейский источник: Псалом 56:8; Марка 12:41 – 44; 1 Царств 16:7, 1 Петра 3: 3 – 4, 1 Кор. 15:33, 1 Иоан. 2: 15; Рим. 12: 11, Псалом 50:12...»

«ПЕДАГОГИКА М. В. Солдаева РЕАЛИЗАЦИЯ ЦЕЛОСТНОГО ПОДХОДА К ОБУЧЕНИЮ МАТЕМАТИКЕ КАК УСЛОВИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ПОНИМАНИЯ Обосновывается необходимость реализации целостного подхода к обучению математике, в частности, к формированию понятий; представлены основны...»

«МОУ "Белоярская средняя общеобразовательная школа №1" Элективный курс Компьютерная графика в среде Linux Методическое пособие по информатике Составила Наталья Дмитриевна Пехова учитель информатики МОУ "БСШ №1" Белый Яр 2008 г Пехова Н.Д. элективный курс "Компьютерная г...»

«Департамент образования администрации города Липецка Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования Центр развития творчества "Левобережный" г. Липецка "Рассмотрено" "Утверждаю" Педагогическим советом Директор ЦРТ "Левобережный" ЦРТ "Левобережный" _ Т.В. Ханеня Протокол № "" 2017 от Дополните...»

«Учимся рассказывать: развитие связной речи детей дошкольного возраста (консультация для родителей) Разработчик: Масляева А.В., воспитатель МБДОУ – детский сад № 462 Дата проведения: 23.01.2013г. Одна из самых важных задач обучения дош...»

«Д епартам ент культуры города М осквы Г осударственное бю дж етное образовательное учреж дение дополнительного образования детей города М осквы "В ороновская детская ш кола искусств" "П ринято" " УТВЕРЖДЕНО" П едагогическим советом Д иректор ЕБОУДОД г. М осквы ДШ И" // П ротокол № Г рачева И.Н. От " # (А " 2015г. Д О П О Л Н И...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.