- •Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України Харківський національний університет
- •Зміст програми Вступ
- •Хімічна рівновага
- •Органічні реагенти в аналітичній хімії
- •Основні метрологічні характеристики методів визначення
- •Методи визначення
- •Методи визначення
- •Титриметрія
- •Кислотно-основне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •Окисно-відновлювальне титрування
- •Птичні методи аналізу Молекулярна абсорбційна спектрометрія (спектрофотометрія)
- •Атомно-емісійний аналіз і фотометрія полум’я
- •Атомно-абсорбційна спектрометрія
- •Електрохімічні методи аналізу
- •Хроматографічні методи аналізу
- •Біологічні методи аналізу
- •Біохімічні методи аналізу
- •Закінчення
- •Навчальна література
- •1. Аналітична хімія. Загальні поняття і визначення
- •Класифікація методів аналізу, що грунтується на кількості речовини аналіту
- •2. Якісний аналіз. Загальні відомості
- •3. Тeхнікa роботи у лабораторії
- •4. Органічні реагенти у неорганічНому аналізі
- •Характерні групи атомів у органічних реагентах
- •Використання органічних реагентів у аналізі
- •5. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій
- •Позначення констант рівноваг
- •2. Константи кислотно-основних рівноваг (продовження)
- •Реакції кислотної дисоціації – зворотні до наведених:
- •6. Концентраційно-логарифмічні діаграм (клд)
- •7. Розрахунки рівноважного складу розчинів
- •Метод матеріального балансу при розрахунках рівноважного складу розчинів
- •Приклади обчислень рівноважних концентрацій розчинів за схемою Комаря м. П.
- •8. Буферні розчини
- •9. Лабораторні роботи з якісного аналізу Аналіз катіонів за кислотно-основною схемою
- •Взаємодія катіонів із деякими реагентами
- •Лабораторна робота № 1. Реакції катіонів 1-ї групи. Оформлення записів у лабораторних журналах
- •Зразок запису результатів дослідження властивостей об’єктів у лабораторному журналі
- •Pеaкцiї катіонів l-ї аналiтичної групи
- •Лабораторна робота № 2.
- •2.3.3. Мікрокристалоскопічна реакція на кальцій
- •Peaкції катіонів 2-ї aнaлiтичної групи
- •Лабораторна робота № 3. Аналіз катіонів 1-2-ї груп.
- •3‑Я групa катіонів
- •Приклад звітної картки для катіонів 1-ї та 2-ї груп
- •Лабораторна робота № 4. Реакції катіонів 3-ї групи.
- •4.1. Алюміній
- •4.2. Цинк (іі)
- •4.3. Хром
- •4.4. Станум (іі) та станум (іv)
- •Реакції катіонів 3-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 5. Аналіз катіонів 3-ї групи.
- •4‑A групa катіонів
- •Лабораторна робота № 6. Реакції катіонів 4-ї групи.
- •6.1. Ферум (іі) та ферум (ііі)
- •6.2. Бісмут (ііі)
- •6.3. Манган
- •Реакції катіонів 4-ї аналітичної групи
- •6.4. Стибій (ііі) та стибій (V)
- •Лабораторна робота № 7. Реакції катіонів 5-ї групи.
- •7.1. Купрум (іі)
- •7.2. Кадмій (іі)
- •7.4. Кобальт (іі)
- •7.5. Магній (іі)
- •Реакції катіонів 5-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 8. Аналіз катіонів 4-5 груп.
- •9.1. Натрій
- •9.3. Амоній
- •Реакції катіонів 6-ї аналітичної групи
- •Лабораторна робота № 10. Аналіз катіонів 6-ї групи.
- •Окисно-відновні властивості аніонів
- •Класифікація аніонів за реакціями осадження
- •Лабораторна робота № 11. Реакції аніонів.
- •11.1. Попередні випробування
- •11.1.3. Проби на присутність аніонів‑відновників.
- •Лабораторна робота № 12. Аналіз аніонів.
- •Коментарі до звітної картки (табл. 16)
- •Хід аналізу аніонів (р0 – вихідна суха речовина,
- •Питання до колоквіуму за темою «якісний аналіз катіонів та аніонів»
- •Кислотно-основна схема систематичного аналізу катіонів
- •Інші схеми систематичного аналізу катіонів
- •Систематичний якісний аналіз аніонів
- •Теорія похибок і статистична обробка результатів вимірювань
- •Теоретичні значення q – критерію. При різних довірчих імовірностях р
- •Значення критерію грубої похибки β
- •Значення t-критерію Стьюдента
- •Значення критерію фішера,
- •1. Гравіметричний аналіз
- •1.1. Терези і принцип зважування
- •Конструкція аналітичних терезів
- •1.2. Порядок зважування на терезах типу влр-200.
- •Лабораторна робота № 1.1. Гравіметричне визначення води в твердих тілах. (для самостійного ознайомлення)
- •2. Підготовка до роботи
- •3. Обладнання
- •4. Хід роботи
- •5. Обробка результатів
- •Умови висушування деяких кристалогідратів
- •Література
- •2.Титриметрія
- •2.1. Загальні відомості
- •2.2. Мірний посуд та робота з ним
- •Час витікання рідини (за стандартом дсту)
- •2.2.1. Перевірка місткості посуду
- •Поправки для об’ємів (в см3), що виміряні мірним посудом (каліброваним для температури 20 °с), якщо ним користуються при різних температурах
- •Лабораторна робота № 2.1. Перевірка місткості посуду. (для самостійного ознайомлення)
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хід роботи
- •3. Приклад розрахунків
- •2.3. Кислотно-основне титрування
- •Лабораторна робота № 2.2. Стандартизація розчину хлороводневої кислоти.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хід роботи
- •3. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.3. Титрування сумішей NaOh, Na2co3, NaHco3.
- •1. Попередні зауваження
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Залежно від постановки задачі, ці маси перераховуємо, зважаючи на те:
- •Лабораторна робота № 2.4. Титриметричне визначення аміаку в амонійних солях.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •Відкривають кран (4) і через лійку вводять у колбу для дистиляції 25 мл розчину гідроксиду натрію. Кран закривають, не допускаючи втрати через нього газоподібного аміаку.
- •4. Обробка результатів
- •2.4. Комплексонометричне титрування
- •Лабораторна робота № 2.5. Стандартизація розчину едта.
- •1.Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.6. Визначення цинку й алюмінію в алюмінієвому стопі.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви та обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •2.5. Окислювально-відновлювальне титрування
- •Лабораторна робота № 2.8. Стандартизація розчину тіосульфату.
- •1. Загальні відомості
- •А. Стандартизація за наважками кристалічного іоду
- •2А. Реактиви й обладнання:
- •3А. Хід роботи
- •4А. Обробка результатів
- •Б. Стандартизація за наважками дихромату калію
- •2Б. Реактиви й обладнання:
- •3Б. Хід роботи
- •4Б. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.9. Іодометричне визначення міді.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання:
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 2.10. Визначення аскорбінової кислоти у фруктових соках.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання:
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Кислотно-основне титрування
- •Комплексонометричне титрування
- •3. Електрохімічні методи аналізу
- •3.1. Потенціометричний метод аналізу
- •3.1.1. Теоретичні основи потенціометрії
- •3.1.2. Вимірювання потенціалу
- •Класифікація іоноселективних електродів
- •Лабораторна робота № 3.1. Вимірювання рН водяних розчинів методом іонометрії.
- •3.2. Порядок вимірювань Схему приладу наведено на рис. 3.2. Вимірюють у режимі ерс («mV») і вузькому піддіапазоні («-1-4»).
- •4. Хід роботи
- •Лабораторна робота № 3.2. Визначення фторидів у зубній пасті методом іонометрії.
- •1. Загальні відомості
- •3. Алгоритм вимірювань
- •Лабораторна робота № 3.3. Біхроматометричне визначення заліза в окалині, продуктах корозії та інших матеріалах.
- •1. Загальні відомості
- •2. Реактиви й обладнання
- •Шпателі, скляні палички.
- •3. Хід роботи
- •4. Обробка результатів
- •Література
- •Оптичні методи аналізу
- •4.1. Атомна спектроскопія
- •4.2. Атомно-емісійний метод аналізу Лабораторна робота № 4.1. Визначення калію та натрію в мінеральних водах методом полум'яно-емісійної спектрометрії.
- •1. Загальні відомості
- •2. Стандартні розчини
- •3. Підготовка полум’яного фотометра до роботи градуювання
- •4. Аналіз зразка води
- •4.3. Атомно-абсорбційна спектрометрія
- •Лабораторна робота № 4.2. Атомно-абсорбційне визначення міді, цинку та марганцю в соках і водах.
- •1. Загальні відомості
- •2. Апаратура, реактиви, розчини
- •4.4. Спектрофотометрія
- •Лабораторна робота № 4.3. Спектрофотометричне визначення загальної концентрації іонів феруму в мінеральній воді з о-фенантроліном.
- •1. Загальні відомості
- •2. Прилади, матеріали, реактиви
- •3. Визначення градуювальної залежності
- •4. Аналіз зразка води
- •5. Обробка результатів
- •Лабораторна робота № 4.4. Спектрофотометричне визначення летких фенолів. Визначення загальної кількості летких фенолів у стічній воді у перерахунку на c6h5oh.
- •2. Прилади, матеріали, реактиви
- •Фенол, стандартний розчин 0,94 г/л; 9,4 мг/л (розчин фенолу з масовою концентрацією 9,4 мг/л, готують перед застосуванням, розводячи розчин з масовою концентрацією 9,4 г/л).
- •3. Визначення градуювальної залежності
- •4. Попередня підготовка проби
- •5. Вимірювання вмісту фенолів
- •6. Обробка результатів
- •5. Вибрані кінетичні методи аналізу
- •Лабораторна робота № 5.1. Визначення вмісту формальдегіду в розчинах кінетичним методом.
- •1. Сутнiсть методики
- •2. Алгоритм методики
- •2.1. Прилади й реагенти
- •2.2. Побудова градуювального графiка
- •2.3. Вимiрювання невiдомої концентрацiї
- •Лабораторна робота № 5.2. Визначення вмісту хрому (VI) в розчинах кінетичним методом.
- •1. Сутнiсть методики
- •2. Алгоритм методики
- •2.1. Прилади та реагенти
- •2.2. Побудова градуювального графiка
- •2.3. Визначення концентрацiї хрому в дослiджуваному розчинi
- •Література
- •6. Хроматографічні методи аналізу
- •Лабораторна робота № 6.1. Розділення нейтральних хелатів (комплексів металівіз органічним лігандом) методом тшх.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Одержання екстрактів комплексів
- •3. Хроматографування
- •Лабораторна робота № 6.2. Розділення амінокислот методом тшх.
- •1. Реактиви й обладнання
- •2. Хроматографування
- •7. Біологічні та біохімічні методи аналізу
- •Приклади використання біологічних методів для визначення різних сполук
- •Приклади використання ферментів для визначення їх субстратів (I) і інгібіторів (II)
- •Вибрані логарифми констант рівноваг Неорганічні ліганди
- •I‑, іодид‑іон
- •I‑, іодид‑іон (продовження)
- •Io3‑, іодат‑іон
- •Io3‑, іодат‑іон (продовження)
- •Органічні ліганди: аміни
- •Органічні ліганди: карбонові кислоти
- •Органічні ліганди: амінокислоти
- •Інші органічні ліганди: оксими, тіоли тощо
- •Відновні напівреакції
- •Індикатори
- •61022, Харків, пл. Свободи, 4
Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України Харківський національний університет
імені В. Н. Каразіна
аналітична хімія Загальні положення. РІВНОВАГИ.
якісний ТА КІЛЬКІСНИЙаналіз
Навчальний посібник
За загальною редакцією доктора хімічних наук,
професора О. І. Юрченка
Харків
2012
УДК 543 (075.8)
ББК24.4я73-1
А64
Аналітична хімія. Загальні положення. Рівноваги. Якісний та кількісний аналіз : навч. посібник [для студ. вищ. навч. закл.] / [Юрченко О. І. , Бугаєвський О. А., Дрозд А. В., та інші; за ред. Юрченко О. І ]. – Х. : ХНУ імені В. Н. Каразіна, 2012. – 418 с.
ISBN
У посібнику подано основні положення аналітичної хімії, теоретичні основи розрахунку рівноваг у розчинах, основи роботи в лабораторії, методики якісного аналізу неорганічних речовин, теоретичні основи методів аналізу, методики кількісного визначення компонентів класичними, фізико-хімічними та фізичними методами.
Для студентів біологічного та філософського факультетів університету.
1) Рецензенти: звідувач кафедри фізичної хімії, доктор хім. наук, професор, Мчедлов-Петросян М. О. (ХНУ імені В. Н. Каразіна)
звідувач кафедри аналітичної хімії, доктор хім. наук, професор, Болотов В. В. (Національний Фармацевтичний Університет)
директор Інституту хімії при ХНУ ім. В. Н. Каразіна, доктор хім. наук, професор, Ларін В. І.
2) Затверджено науково-методичним центром ХНУ,
протокол № ___ від_______2012
ЗМІСТ
-
Вступ ……………………………………………………...
7
Програма курсу «Аналітична хімія» для студентів біологічного факультету денної форми навчання ……………………………………………………………...
8
Якісний аналіз. Теоретичні основи розрахунку рівноваг в розчинах …………………................................................
17
1. Аналітична хімія. Загальні поняття і визначення…..………………………………………………………
18
2. Якіснийаналіз.Загальнівідомості……………………
26
3. Техніка роботи у лабораторії ………………………….
32
4. Органічні реагенти у неорганічному аналізі ………..
36
5. Закон дії мас. Алгебра хімічних реакцій………………
43
6. Концентраційно-логарифмічні діаграми ……………
64
7. Розрахунки рівноважного складу розчинів ……………..
78
8. Буферні розчини………………………………………...
92
9. Лабораторні роботи з якісного аналізу
Аналіз катіонів за кислотно-основною схемою…………….
98
1-а група катioнів………………………………………….
100
2-а група катіонів……………………………………..............
106
3‑a групa катіонів…………………………………………….
116
4‑a групa катіонів……………………………………………
129
5-а група катioнів…………………............................................
134
6-а група катіонів…………………………………………….
145
Аніони………………………………………………………
151
Питання до колоквіуму за темою «Якісний аналіз катіонів та аніонів» …………………………………………………
179
Модуль 1. Приклади розв’язку задач. Задачі для самостійного розв’язуання………………………………………
184
Кількісний аналіз. Методи хімічного аналізу ……………..
189
Теорія похибок і статистична обробка результатів вимірювань ………………………………………………………
190
1. Гравіметричний аналіз…………………………………
202
1.1 Терези і принцип зважування………………………..
202
1.2 Порядок зважування на терезах типу ВЛР-200……..
206
Лабораторна робота № 1.1. Гравіметричне визначення води в твердих тілах …………………………………….
207
2. Титриметрія …………………………………………….
213
2.1 Загальні відомості……………………………………..
213
2.2 Мірний посуд та робота з ним………………………..
215
2.2.1 Перевірка місткості посуду…………………………
224
Лабораторна робота №2.1 Перевірка місткості посду…
227
2.3. Кислотно-основне титрування………………………
233
Лабораторна робота № 2.2. Стандартизація розчину хлоридної кислоти…….………………………………...
236
Лабораторна робота № 2.3. Титрування сумішей NaOH, Na2CO3, NaHCO3 ………………………………………….
237
Лабораторна робота № 2.4. Титриметричне визначення аміаку в амонійних солях…………………………………
241
2.4. Комплексонометричне титрування………………….
244
Лабораторна робота № 2.5. Стандартизація розчину ЕДТА……………………………………………………….
246
Лабораторна робота № 2.6. Визначення цинку та алюмінію у алюмінієвому стопі………………………………
248
Лабораторна робота № 2.7. Визначення загальної твердості води…………………………………………………..
250
2.5. Окислювально-відновлювальне титрування……….
252
Лабораторна робота № 2.8. Стандартизація розчину тіосульфату………………………………………………..
254
Лабораторна робота № 2.9. Іодометричне визначення іонів Сu(II) ……………………………………………….
259
Лабораторна робота № 2.10. Визначення аскорбінової кислоти у фруктових соках………………… ……………
260
Модуль 2. Кислотно-основне та комплексонометричне титрування. Приклади розв’язання задач. Задачі для самостійного рішення. …………………… ……………
263
3. Електрохімічні методи аналізу ………………………..
277
3.1 Потенціометричний метод …………………………...
277
3.1.1. Теоретичні основи потенціометрії………………...
277
3.1.2. Вимірювання потенціалу…………………………..
278
Лабораторна робота № 3.1. Вимірювання рН водяних розчинів методом іонометрії……………………………..
292
Лабораторна робота № 3.2. Визначення фторидів у зубній пасті методом іонометрії……………………………..
295
Лабораторна робота № 3.3. Біхроматометричне визначення іонів Fe(ІІ, ІІІ) в окалині, продуктах корозії та інших матеріалах………………………………………….
298
4. Оптичні методи аналізу ………………………………
302
4.1. Атомна спектроскопія ………………………………
302
4.2. Атомно-емісійний метод аналізу …………………
303
Лабораторна робота № 4.1. Визначення калію та натрію в мінеральних водах методом полум’яно-емісійної спектрометрії………………………………………………….
303
4.3. Атомно-абсорбційна спектрометрія ………………..
306
Лабораторна робота № 4.2. Атомно-абсорбційне визначення міді, цинку та марганцю в соках та водах………..
307
4.4. Спектрофотометрія …………………………………
309
Лабораторна робота № 4.3. Визначення загальної концентрації Феруму в мінеральній воді з о-фенантроліном…………………………………………
310
Лабораторна робота № 4.4. Спектрофотометричне визначення летких фенолів. Визначення загальної кількості летких фенолів у стічній воді у перерахунку на C6H5OH……………………………………………………
312
5. Вибрані кінетичні методи аналізу ……….....................
316
Лабораторна робота № 5.1. Визначення вмісту форм-альдегіду в розчинах кінетичним методом……………...
319
Лабораторна робота № 5.2. Визначення вмісту хрому (VI) в розчинах кінетичним методом………………..
321
6. Хроматографічні методи аналізу.
Метод тонкошарової хроматографії (ТШХ)… …………
325
Лабораторна робота № 6.1. Розділення нейтральних хелатів (комплексів металів із органічним лігандом) методом ТШХ………………………………………………...
332
Лабораторна робота № 6.2. Розділення амінокислот методом ТШХ ……………………………………………
333
7. Біологічні та біохімічні методи аналізу.……………….
335
Контрольні роботи для студентів заочного відділення біологічного та філософського (валеології) факультетів...........................................................................
338
Додаток 1. Таблиці констант хімічних рівноваг, що застосовуються у аналітичній хімії………………………
348
Додаток 2. Нітрати в овочах……………………………….
Додаток 3. Розчинність кислот, основ і солей у воді……...
416
417
Додаток 4 Періодична система елементів………………..
418
Вступ
При підготовці цього посібника використано багаторічний досвід роботи кафедри, зокрема, навчальні посібники: Юрченко О. І., Дрозд А. В., Бугаєвський О. А. «Аналітична хімія. Загальні положення. Якісний аналіз». Бугаєвський О. А., Дрозд А. В., Науменко В. А., Юрченко О. І. «Лабораторний практикум з аналітичної хімії».
При формуванні Додатку 1 «Таблиці констант хімічних рівноваг» використано навчальний посібник: Бугаєвський О. А., Решетняк О. О. «Таблиці констант хімічних рівноваг, що використовуються в аналітичній хімії». Автори виражають подяку О. О. Решетняк за роботу в цьому напрямі.
Автори взяли за мету створити універсальний підручник, в якому б були і лабораторні роботи, і методичні розробки розв’язання задач за темами «Рівноваги в розчинах» і «стехіометричні розрахунки при використанні різних методів аналізу», побудови логарифмічних діаграм, приготування буферних розчинів, теоретичні основи класичних, фізико-хімічних і фізичних методів аналізу.
Програма курсу «Аналітична хімія»
для студентів біологічного факультету денної форми навчання
Предметом дисципліни є методи визначення хімічного складу.
Наукові основи дисципліни – теоретичні основи фізико-хімічних явищ, що зумовлюють аналітичний сигнал: теоретичні уявлення про аналітичні властивості елементів і хімічних форм, про зв’язок хімічного складу та властивостей речовини.
Мета: сформувати теоретичні уявлення про методи, якими одержують фундаментальні хімічні дані про склад хімічних сполук, речовин і матеріалів та навички практичного застосування цих методів.
Задачі викладання полягають у тому, щоб навчити студентів теоретичним основам хімічного аналізу, виробити уявлення про роль і місце кожного методу вимірювання хімічного складу в системі хімічного аналізу, підготувати студентів для самостійних вимірювань хімічного складу окремих об’єктів аналізу та самостійного виконання найпростіших операцій хімічного експерименту.