1 курс / Химия / neorganicheskaya_i_analiticheskaya_khimia_metodicheskie_ukazania

−составьте электронную формулу атома, укажите валентные состояния;

−отношение к воде, к соляной, серной и азотной кислотам, составьте элек-

тронные балансы, укажите редокс - свойства магния; − в молекулярном и ионном виде представьте уравнения гидролиза хлорида магния;

147. Доломитовая мука и гипс:

− чистый доломит содержит 54.4% СаСО3 и 45.6% MgCO3. Полученный при прокаливании 1 т доломита оксид углерода (IV) пропустили через 100 м3

воды. Растворимость СО2 в воде 0.9 л СО2 в 1 л воды. Какова молярная концен-

трация полученного раствора?; − осуществите следующие превращения:

Са → СаО → Са(ОН)2 → CaSO4;

− с целью мелиорации провели обработку солонцовой почвы гипсом. Составь-

те уравнение взаимодействия и смысл мероприятия.

148. Что такое жесткость воды? Чем она обусловлена? В каких единицах изме-

ряется?

− рассчитайте, какую массу гидроксида кальция надо добавить к воде объемом

25 л для устранения жесткости ее, если она содержит гидрокарбонат кальция

(массовая доля 0.015%) и гидрокарбонат магния (массовая доля 0.05%)?;

− составьте уравнения реакций, происходящих при этом.

149. Роль ионов Са2+ и Mg2+ в растительных и животных организмах, в воде.

− в организме взрослого человека ионов кальция примерно 1050 г, причем 99%

этого количества находятся в составе костей в виде фосфата кальция. Какой массе фосфата кальция это отвечает?; − объясните механизм действия бикарбонатной буферной смеси животного ор-

ганизма; − вода обладает некарбонатной жесткостью и содержит сульфат кальция (масс.

доля 0.02%) и сульфат магния (0.01%). Какой объем раствора Na2CO3 с массо-

81

вой долей 15% (плотностью 1.15 г/мл) надо добавить к 50 л воды для устране-

ния постоянной жесткости?

150. Биогенная роль ионов кальция и магния:

−в крови содержится около 12 моль/л ионов кальция. Какой массе фосфата кальция это соответствует?;

−буферная функция почв обуславливается смесью гидрокарбоната кальция и угольной кислоты. Объясните механизм действия этой смеси;

— в молекулярном и ионном виде рассмотрите гидролиз хлорида магния. Рас-

считайте константу и степень гидролиза 0.001 моль/л раствора; − наличие каких солей кальция и магния обусловливает временную и постоян-

ную жесткость природной воды?

2.7. Металлы - микроэлементы, тяжелые металлы и их соединения

Контрольные задания 151-160

151. Охарактеризуйте химические свойства кадмия и его соединений.

Представьте:

−электронную формулу атома кадмия и его степени окисления;

−ежегодно во всем мире в атмосферу поступает в виде частиц оксида и суль-

фида кадмия 7300 т кадмия. Рассчитайте, какой массе оксида это соответству-

ет?; − установлено, что кадмий может накапливаться в генеративных органах рас-

тений (плоды, семена). Содержание кадмия в питательной среде в виде нитра-

та кадмия 100 мг/л вызвало гибель ячменя через 2 месяца роста. Рассчитайте:

а) молярную и молярную концентрация эквивалента такого раствора;

в) составьте уравнения гидролиза нитрата кадмия;

в) рассчитайте константу и степень гидролиза.

152. Рассмотрите химические свойства основных соединений кадмия: оксидов,

гидроксидов, солей:

82

− поступающий в реки кадмий осаждается в донном иле в виде гидроксидов и карбонатов кадмия, которые возвращаются в жидкую среду при понижении рН водной системы. Почему? Составьте соответствующие уравнения взаимо-

действий в молекулярном и ионном виде;

153. Опишите фитотоксичный характер влияния соединений кадмия на расте-

ния:

−каковы источники попадания соединений кадмия в почву, в воду, атмосферу?;

−на почвах с повышенным содержанием ионов Н+ известкование снижает по-

движность ионов Cd2+. Почему? Составьте уравнения реакции;

− при разложении смеси карбонатов цинка и кадмия массой 14.2 г выделился оксид углерода (IV) объемом 3.40 л. Определите массовую долю карбонатов цинка и кадмия в смеси.

154. Установлено, что фосфорные удобрения различных месторождений со-

держат от 10 до 170 мг кадмия на 1 кг Р2О5. Рассчитайте массу кадмия, попада-

ющего в почву с 100 т фосфоритной муки;

− в ирригационных водах содержание Cd2+ может составлять 0.01 мг/л. Рассчи-

тайте:

а) число молей кадмия в этой воде;

б) какой объем сероводорода (н.у.) потребуется пропустить через 1 л такой воды для получения 12.0 г сульфида кадмия?

155. Цинк обладает слабой фитотоксичностью, которая растет при высоком содержании цинка (300-500 мг/кг):

−рассчитайте, какой массе сульфата цинка это отвечает?;

−докажите соответствующими уравнениями реакций в молекулярном и ион-

ном виде реакцию среды при гидролизе сульфата цинка.

156. Охарактеризуйте:

−строение атома цинка;

−отношение цинка к следующим реагентам:

Zn + О2 →

83

Zn + H2SO4(paзб) → Zn + NaOH + H2O →

Определите и докажите тип реакций; − рассчитайте объем водорода (н.у.), выделившегося при взаимодействии 20 г

цинка с раствором серной кислоты с ω =10%, плотностью 1.060 г/см8.

157. Рассмотрите:

−химические свойства гидроксида цинка;

−получение аммиакатов цинка, их диссоциацию в растворе;

−гидролиз соли цинка (на примере хлорида цинка).

158. Установлено, что недостаток цинка в растениях ведет к распаду белков.

Вынос цинка с урожаем составляет 2.25 кг с 1 га. В каждом кг сухого навоза находится 96 мг цинка. Рассчитайте, какой массе цинкового удобрения

ZnSO4 ∙ 7Н2О, соответствует 1 тонна внесенного в почву навоза?

Осуществите превращения:

ZnSO4 → Zn(OH)4 → Na2[Zn(OH)4]

159. Прокаливание карбоната цинка приводит к образованию оксида цинка и

газа:

−представьте уравнение реакции разложения;

−докажите соответствующими уравнениями тип полученного оксида;

−какой объем газа выделится при прокаливании 1 моля карбоната цинка?

−установлено, что вынос цинка с урожаем может составить 2.25 кг/га. Рассчи-

тайте массу цинкового удобрения ZnSO4 ∙ 7Н2О, необходимую для компенса-

ции выноса цинка из почвы.

160. Охарактеризуйте химические свойства железа и его соединений:

− изобразите электронную формулу атома железа в нормальном и возбужден-

ном состояниях, укажите степени окисления атома железа; − обоснуйте характер оксидов и гидроксидов железа (II) и (III).

84

3.АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

3.1Количественный анализ

Аналитическая химия – наука об определении химического состава ве-

ществ. Количественный анализ предназначен для определения содержания, т.е.

количества, массы, концентрации или массовой доли отдельных компонентов в анализируемом образце, материале, веществе и т.д. Под компонентами в анали-

тическом смысле понимают атомы химических элементов, ионы, молекулы,

функциональные группы и т.д.

Количественный анализ любого образца, материала, вещества проходит ряд стадий:

1.Отбор пробы – проводится таким образом, чтобы состав пробы правиль-

но отражал состав всего анализируемого материала.

2.Подготовка пробы к анализу – может включать три операции: высушива-

ние до постоянной массы; растворение пробы; отделение мешающих примесей.

3.Измерение аналитического сигнала – обычно проводят несколько парал-

лельных измерений (3-5) в одинаковых условиях.

4.Расчет содержания определяемого компонента по средней величине ана-

литического сигнала.

Аналитическим сигналом называется любая физическая величина (масса,

объем, интенсивность поглощения света, электропроводность и др.), прямо или косвенно связанная с содержанием определяемого компонента.

Определение содержания одного и того же компонента можно осуществ-

лять путем измерения разных аналитических сигналов, то есть разными ме-

тодами. По происхождению аналитического сигнала методы количествен-

ного анализа подразделяются: на химические, физико-химические, физиче-

ские и биологические. В лабораторном практикуме предусмотрены хими-

ческие методы количественного анализа. В них аналитический сигнал воз-

никает в результате протекания химической реакции. В свою очередь хими-

85

ческие методы делятся на титриметрический анализ, где аналитическим сигналом служит объем раствора, и гравиметрический анализ, где аналити-

ческим сигналом является масса вещества.

3.2Титриметрический анализ

3.2.1Расчеты в титриметрическом анализе

Титриметрический анализ – это метод количественного анализа, основан-

ный на определении объема раствора реагента с точно известной концентраци-

ей, затраченного на реакцию с определяемым компонентом.

В основе титриметрического анализа лежит химическая реакция: bB + a A = продукты

B – определяемое или титруемое вещество (компонент), концентрация его не известна;

A - рабочий раствор или титрант, его концентрация известна; a и b – стехиометрические коэффициенты реакции.

Любой раствор с точно известной концентрацией называется стандартным раствором. По способу приготовления стандартные растворы делятся на первичные и вторичные.

Первичный стандартный раствор можно приготовить двумя способами:

1) Растворением точной навески вещества в определенном объеме растворите-

ля. Вещества, по навеске которых можно приготовить стандартный раствор,

называются первичными стандартами (установочные вещества, исходные вещества). Их состав должен строго соответствовать химической формуле, они должны быть химически чистыми и устойчивыми при хранении в твердом виде и в растворе. Каждый метод титриметрического анализа имеет свой первичный стандарт.

2) По фиксаналам или стандарт-титрам. Это промышленным способом при-

готовленные и запаянные в стеклянные ампулы точные навески веществ или

86

объемы жидкостей, растворением которых в определенном объеме воды можно приготовить раствор с точно известной концентрацией.

Вторичный стандартный раствор готовят по приблизительной навеске с приблизительной концентрацией, затем определяют его концентрацию, т.е.

стандартизируют по подходящему первичному стандартному раствору.

Основной операцией в титриметрическом анализе является титрование -

это процесс постепенного прибавления титранта к раствору определяемого ве-

щества до тех пор, пока их количества не станут эквивалентными. Этот мо-

мент называется точкой эквивалентности (ТЭ), которая фиксируется обычно по изменению окраски индикатора или другим способом.

В зависимости от типа реакции в титриметрическом анализе различают:

1) метод кислотно-основного титрования (метод нейтрализации, протолитомет-

рия);

2)метод окислительно-восстановительного титрования (редоксметрия);

3)метод комплексонометрического титрования (комплексонометрия);

4)метод осадительного титрования.

В любом из этих методов можно использовать разные приемы (способы) тит-

рования:

1) Прямое титрование – самое распространенное и удобное. Используется один рабочий раствор (титрант). Окончание титрования устанавливают по из-

менению окраски индикатора. По шкале бюретки определяют объем титранта,

пошедший на реакцию (это аналитический сигнал), и по нему находят содер-

жание определяемого вещества. Все расчеты ведут на основе закона эквива-

лентов: вещества взаимодействуют между собой и образуются в равных коли-

87

где (1/zX)- число молей эквивалентов любого из участвующих в реакции веществ (Х); B – определяемое вещество; A - рабочий раствор.

Из этого уравнения вытекают следующие расчетные формулы:

Уравнение (3.3) называют основным уравнением титриметрического анализа.

При титровании методом пипетирования массу определяемого ком-

понента рассчитывают по формуле:

нормальная концентрация, моль/л; m(X) – масса вещества, г; M(1/z X) – мо-

лярная масса эквивалента вещества, г/моль; 1/z – фактор эквивалентности; V(X)

– объем раствора, в уравнениях (3.4-3.6) выражается в литрах; в уравнениях

(3.3 и 3.7) объемы V(Х), V(колбы), V(аликвоты) выражаются в мл или см3.

При проведении расчетов в аналитической химии удобно пользоваться понятиями титра и титра рабочего раствора по определяемому веществу.

Титр раствора вещества – Т(X), г/см3 или г/мл - показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 1 см3 (мл) раствора.

88

3)c (B) = ;

4)m(В) = Т(В) ∙ V(колбы).

Здесь: В - определяемое вещество, А-рабочий раствор, V(колбы) - объем мерной колбы.

Наряду с прямым титрованием (1), описанном выше, в титриметрическом анализе используются и другие способы (приёмы) титрования.

2) Обратное титрование - используют, когда прямое титрование невозможно или когда определяемое вещество неустойчиво. В данном способе титрования к определяемому веществу добавляют в избытке определенный объем (V1) рабочего раствора №1. Затем его избыток оттитровывают рабочим раствором №2

(V2). Расчет содержания определяемого вещества ведут с учетом двух химических реакций, используя V1 и V2.

3)Заместительное титрование – применяют, когда нет подходящей реакции или индикатора для прямого титрования. В данном способе титрования к определяемому веществу добавляют вспомогательный реагент. Получившийся в эквивалентном количестве продукт, оттитровывают подходящим титрантом. По объему титранта сразу рассчитывают содержание определяемого вещества, минуя все расчеты вспомогательных реагентов.

4)Реверсивное титрование – применяют, когда определяемое вещество неустойчиво в условиях эксперимента. В этом случае рабочий раствор титруют раствором определяемого вещества. Способ используют, например, для определения содержания нитритов методом перманганатометрии.

3.3. Метод нейтрализации

Применяется для определения содержания кислот, оснований, солей, подвергающихся гидролизу и других веществ, реагирующих с кислотами или основаниями.

В основе этого метода лежит реакция:

90