Контрольная работа по "Аналитической химии"

Вариант 49.

 

Определить фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента для выделенных реагирующих веществ в предложенных уравнениях реакций. Объяснить, являются ли эти величины постоянными:

49.      FeS + 2HCl = FeCl2 + H2O; ошибка в условии, надо H2S

         NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl;

 

Фактор эквивалентности   fЭ(Х) – число, обозначающее какая доля реальной частицы вещества (Х) эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

Молярная масса эквивалента вещества Х  – (МЭ(Х))   – масса одного моля эквивалента этого вещества. Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества (Х): МЭ(Х) = fЭ(Х) × M(Х) .

fЭ(FeS) = 1/2, поскольку в реакции участвуют 2 атома водорода.

МЭ(FeS) = fЭ(FeS) × M(FeS) = 1/2×88=44

 

fЭ(H2SO4) = 1, поскольку в реакции идет обмен одного атома водорода.

МЭ(H2SO4) = fЭ(H2SO4) × M(H2SO4) = 1×98=98

 

Фактор эквивалентности, как и эквивалентная масса вещества – не постоянные величины, они зависят от реакции, в которых принимает участие вещество.

 

51.  Растворимость BaCO3 равна 8,9×10-5 моль/л. Вычислить произведение растворимости карбоната бария.

 

BaCO3 ↔ Ba2+ + CO32–

 

При диссоциации BaCO3 образуется один ион Ba2+ и один ион CO32–, поэтому концентрации ионов в растворе соответственно равны:

[CO32–] = 8,9×10-5 моль/л

[Ba2+] = 8,9×10-5 моль/л

Произведение растворимости BaCO3 равно:

ПР (BaCO3) =  [Ba2+] ∙ [CO32–] = (8,9×10-5)×( 8,9×10-5) =  7,92×10–9

 

92. Рассчитать рН буферной смеси, содержащей 0,01 моль аммиака и 0,1 моль хлорида аммония в 1 дм3 раствора.

рН основного буферного раствора рассчитывается по формуле:

.

Кb(NH4OH) = 1,8∙10–5

рКb(NH4OH) = –lg Кb(NH4OH) = –lg 1,8∙10–5 = 4,74

С(NH4OH) = 0,01 моль/л

С(NH4Cl) = 0,1 моль/л

 

 

127. Сколько карбоната натрия надо добавить к 5 л воды, чтобы устранить общую жесткость, равную 4,60 ммоль/дм3?

 

Жесткость воды (Q) принято выражать в миллимолях ионов Са2+ или Mg2+ (или обоих ионов) в 1 дм3 (л) или 1 кг воды.

 

 

Na2CO3 + Ca2+ →CaCO3↓ + 2Na+

Na2CO3 + Mg2+ →MgCO3↓ + 2Na+

 

Количество карбоната натрия эквивалентно суммарному количеству ионов кальция и магния, т.е. общей жесткости воды

 

 182. Закончите уравнение окислительно-восстановительной реакции, используя метод электронного баланса и расставьте коэффициенты. Укажите процессы окисления и восстановления, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем. Рассчитайте  массы моль-эквивалентов окислителя и восстановителя.

 

Na2SO3 +  KMnO4 +  H2O ®

SO32– + H2O – 2e ® SO42– + 2H+      |3 окисление

MnO4– + 2H2O + 3e® MnO2↓ + 4OH–  |2 восстановление

 

3SO32– + 3H2O + 2MnO4– + 4H2O ® 3SO42– + 6H+ + 2MnO2↓ + 8OH– 

3SO32– + H2O + 2MnO4– ® 3SO42– + 2MnO2↓ + 2OH– 

 

3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O ® 3Na2SO4+ 2MnO2↓ + 2KOH

 

 

Na2SO3 – восстановитель 

KMnO4 – окислитель

209.  Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: 3NaNO2 · Co(NO2)3, CoCl3 · 3NH3 · 2H2O, 2KNO2 · NH3 · Co(NO2)3. Координационное число кобальта (III) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.

 

3NaNO2 · Co(NO2)3    – Na3[Co(NO2)6]

Na3[Co(NO2)6] ® 3Na+ + [Co(NO2)6]3–

[Co(NO2)6]3– ↔ Co3+ + 6NO2–

 

CoCl3 · 3NH3 · 2H2O  – [Co(NH3)3(H2O)2Cl]Cl2

[Co(NH3)3(H2O)2Cl]Cl2 ® [Co(NH3)3(H2O)2Cl]2+ + 2Cl–

[Co(NH3)3(H2O)2Cl]2+ ↔ Co3+ + 3NH3 + 2H2O + Cl–

 

2KNO2 · NH3 · Co(NO2)3 – K2[Co(NH3) (NO2)5]

K2[Co(NH3) (NO2)5] ® 2K+ + [Co(NH3) (NO2)5]2–

[Co(NH3) (NO2)5]2–↔ Co3+ + 5NO2– + NH3

 

239. Закончите аналитическую реакцию с указанием аналитического  сигнала, условия проведения реакции (рН среды,  температура, мешающее влияние других ионов), способ проведения реакции. Привести ионное, ионно-сокращенные уравнения:

 

K2Cr2O7  +   KI   +   H2SO4   →

 

 Cr2O72–  +  14 H+  +  6 e  à  2 Cr3+  + 7 H2O  ê 1

 2 I–  –  2 e  ®  I2                           ê3

 

Cr2O72–  +  14 H+  +  6 I–    à  2 Cr3+  + 7 H2O + 3I2↓

Cr2O72–  + 8K+ +  14H+  + 7SO42–+  6I– à 2Cr3+  + 7H2O + 3I2↓ + 8K+ +7SO42– 

 

K2Cr2O7  +   6KI   +  7H2SO4 (разб.)  →Cr2(SO4)3 +3I2↓+ 7H2O + 4K2SO4

 

 

Реакция используется для стандартизации раствора тиосульфата натрия по раствору дихромата калия. Восстановление дихромат-иона избытком иодида калия в сернокислой среде.

Выделившийся свободный иод в количестве, эквивалентном количеству дихромата калия, титруют тиосульфатом натрия. Индикатор – крахмал, добавляется в самом конце титрования. Аналитический сигнал – объем титранта.

2 Na2S2O3  +  I2  ®  Na2S4O6  +  2 NaI

 

255. Химический анализ и его классификация (по объектам анализа, по массе или объёму образца, взятого на анализ).

 

Аналитическая химия является наукой, разрабатывающей и создающей методы химического анализа, то есть предметом аналитической химии, как науки, является теория химического анализа. Аналитическая химия разрабатывает теоретические основы методов анализа, определяет границы их применимости и метрологические характеристики, предлагает способы анализа различных объектов. Химический анализ является практическим применением аналитической химии.

 

В зависимости от того, какой аспект химической системы интересует химика-аналитика, различают качественный, количественный и структурный анализ:

- качественный анализ служит  для определения качественного химического состава и идентификации (установление идентичности с эталоном) веществ;

- количественный анализ служит  для определения количественных  соотношений между компонентами  химической системы;

- структурный анализ служит  для исследования внутри- и межмолекулярной структуры веществ (например, молекула ДНК представляет собой две спирали, состоящие из пуриновых и пиримидиновых оснований, расположенных в определенной последовательности, и связанные между собой водородными связями).

Качественный анализ обычно предшествует количественному, а определение структуры проводят, как правило, имея информацию о качественном и количественном составе вещества.

По сложности проведения различают элементный, функциональный, молекулярный и фазовый анализ:

- элементный анализ – это установление наличия и количественного содержания химических элементов в веществе, то есть нахождение его элементного состава;

- функциональный анализ – это  установление наличия и количественного  содержания функциональных групп  в молекулах органических соединений;

- молекулярный анализ – это  установление наличия и количественного  содержания молекул индивидуальных  химических соединений в веществе, смесях и материалах;

- фазовый анализ – это анализ  вещества на наличие в нѐм отдельных фаз, различающихся по своим химическим и физическим свойствам и отделенных друг от друга поверхностями раздела.

 

В зависимости от того, с каким количеством вещества оперируют при выполнении анализа различают макро-, полумикро-, микро- и ультрамикроанализ:

Вид анализа	Масса вещества, г	Объѐм раствора, мл
Макроанализ	0,1- 1,0	10 -50
Полумикроанализ	0,01 - 0,10	1 - 10
Микроанализ	0,001 - 0,010	0,1 - 0,5
Ультрамикроанализ	< 0,001 (до 10-6)	< 0,01

 

При макро- и полумикрометоде используют обычную химическую посуду, система работы в обоих методах идентична, однако преимуществом полумикроанализа является значительно меньший расход реактивов. Микро- и ультрамикроанализ требует использования высокочувствительных реакций, специальных методов и аппаратуры.

 

268. Закон эквивалентов и его следствие применительно к титриметрическим методам анализа. Приведите их математические выражения.

 

Закон эквивалентов – все химические элементы ими их соединения вступают в химические реакции в строго определенных количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам.

Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реактива (В), израсходованного на реакцию с определяемым веществом (А). Процесс определения содержания вещества или точной концентрации раствора аналитическим путем называется титрованием. Эта важнейшая операция титриметрического анализа заключается в том, что к исследуемому раствору приливают другой раствор точно известной концентрации до окончания реакции. Следовательно, такое определение возможно только в том случае, если количество прибавляемого реактива эквивалентно количеству определяемого вещества:

n1 = n2,

где n - количество моль эквивалентов реагирующих веществ.

n = Cэ V,

где Сэ - молярная концентрация эквивалента , моль/л.

C1V1 = C2V2

При одинаковой концентрации растворов реагирующих веществ реакции идут между их равными объемами.

Например. На 10,00 мл раствора кислоты расходуется 10,00 мл раствора щелочи, если их концентрации равны 0,1 моль/л.

Титр ( Т ) раствора - это масса вещества, содержащегося в 1 мл раствора (или в 1 см3 ), размерность - г/мл.

Т = m ( вещества ) / V ( раствора )

Т = Сэ Мэ / 1000 

Например. T (HCl/HCl) = 0,0023 г/мл (титр соляной кислоты ( или хлороводородной кислоты ) по HCl ). Это означает, что каждый 1 мл этого раствора соляной кислоты содержит 0,0023 г HCl или 2,3 мг в 1 мл.

Титр по определяемому веществу ( Т (А/В ).

Этот титр используют при массовых определениях одного и того же компонента в большом количестве анализируемых проб . Вычислив титр рабочего раствора ( титранта ) по определяемому веществу, затем находят количество этого вещества простым умножением титра на затраченный объем раствора.

Например. T (HCl/ NaOH) читается : титр HCl по NaOH.

Титр по определяемому веществу показывает, сколько граммов NaOH нейтрализуется (эквивалентно, соответствует ) 1 мл HCl данной концентрации. 

Если на титрование израсходовано 10 мл раствора HCl, то титруемый раствор содержит количество NaOH :

m (NaOH) = T(HCl/NaOH) V(HCl)

Титр по определяемому веществу вычисляют по формуле:

Т (HCl/NaOH) = Cэ (HCl) Mэ(NaOH) / 1000 

 

289. Понятие о комплексонах и комплексонатах. Комплексонометрия. Титранты метода и их приготовление.

 

Комплексонами обычно называют органические соединения, представляющие собой производные аминополикарбоновых кислот. Простейший комплексон — нитрилотриуксусная кислота (НТА), известная под названием комплексон 1 (сокращенно H3Y):

Наибольшее значение имеет четырехосновная этидендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) — комплексон II (сокращенно H4Y):

или

Комплексоны наряду с карбоксильными группами (–СООН) содержат аминный азот (≡N). Благодаря такому строению эти соединения отличаются  полидентантностью, т. е. способностью образовывать сразу несколько координационных связей с ионами металлов-комплексообразователей.

На практике обычно применяют двунатриевую соль этилендиамин-тетрауксусной кислоты, которую называют комплексоном III или трилоном Б (сокращенно Na2H2Y):

Комплексон III образует со многими катионами устойчивые малодиссоциированные растворимые в воде внутрикомплексные соли, построенные по типу известной комплексной соли диметилглиоксимата никеля.

Комплексонометрия (трилонометрия) — титриметрический метод, основанный на реакциях образования комплексных соединений ионов металлов с этилендиаминтетрауксусной кислотой и другими аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами). Большинство ионов металлов взаимодействуют с комплексонами практически мгновенно с образованием растворимых в воде малодиссоциированных соединений постоянного состава. Метод позволяет определять практически все катионы и многие анионы. Комплексонометрия является составной частью комплексиметрии (хелатометрии) .

 

Комплексонометрия основана на использование в качестве титрантов комплексонов, представляющих собой аминополикарбоновые кислоты или их соли. Комплексоны взаимодействуют с ионами металлов, образуя прочные, растворимые в воде внутрикомплексные соединения (комплексонаты) . Наибольшее распространение в аналитической практике получили комплексон III (трилон Б) , представляющий собой этилендинитрилотетраацетат натрия Na2C10H14O8N2∙2H2O. Сокращенно его записывают в виде Na2H2Y, где Y – радикал состава [С10H12O8N2]4–. В водном растворе соль практически нацело ионизируется по уравнению Na2H2Y=2Na++ H2Y–. При взаимодействии металлов с ионом III образуется внутренняя сфера комплекса имеет формулу MeYn- , где n=2, 1 или 0 при взаимодействии с 2-, 3- или 4- валентными ионами металлов соответственно. Поэтому эквивалентные массы ионов металлов (независимо от их заряда) и комплексона равны их атомным (молекулярным) массам, т. е. фактор эквивалентности для реагентов в комплексонометрии всегда равен единице.