английский для второй подгруппы.ОСНОВЫ ХИМИИ
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ¯
Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Методические указания к контрольной работе для студентов специальностей 240301, 240401, 240403,130405
заочной формы обучения
Составитель О. О. Кудерская
Утверждено на заседании кафедры Протокол № 12 от 22.03.2011
Рекомендовано к печати учебно-методической комиссией специальности 240403 Протокол № 4 от 22.03.2011
Электронная копия находится в библиотеке ГУ КузГТУ
Кемерово 2011
1
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Контрольная работа предназначена для проверки овладения студентами общих приёмов своеобразных химических расчётов, с которыми можно встретиться в количественном анализе.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Вычисления массового и процентного содержания определяемого вещества в гравиметрическом анализе производят по уравнению реакций образования осадка, имеющего после прокаливания постоянный состав (гравиметрическая форма).
Например, если требуется вычислить содержание бария в растворе хлорида бария по массе прокаленного осадка BaSO4 ,
полученного при осаждении Ba2 -ионов серной кислотой, составляют уравнение реакции
BaCl2 H2SO4 BaSO4 2HCl
и производят соответствующий расчёт.
Пусть масса осадка BaSO4 была равна 0,6206 г. Тогда на основании уравнения содержание бария в исследуемом растворе:
233,4 г (1 моль) BaSO4 содержат |
137,4 г Ba 2 -ионов |
|
|||||
0,6206 г |
содержат |
|
x |
|
|
||
x |
137,4 0,6206 |
0,3653 |
г Ba2 -ионов. |
(2.1) |
|||
|
|||||||
233,4 |
|
|
|
|
|
|
Обычно требуется найти процентное содержание определяемого вещества. Для этого берут навеску исследуемого вещества и найденное по предыдущему массовое содержание определяемого элемента выражают в процентах к массе взятой навески:
0,6531 г |
BaCl 2H |
2 |
O содержат 0,3653 г Ba2 -ионов |
||
|
2 |
|
|
|
|
100 г |
|
|
содержат |
x |
|
2 |
|
||
x |
0,3653 100 |
55,92 Ba2 -ионов. |
(2.2) |
|
|||
0,6531 |
|
|
Вычисления (2.1) и (2.2) целесообразнее представить в виде одного выражения:
x |
137,4 0,6206 100 |
55,92% . |
(2.3) |
|
233,4 0,6531 |
||||
|
|
|
Задачи на растворимость осадков в воде и в присутствии одноименных ионов решают на основе произведения раствори-
мости KSo – константы, характеризующей растворимость осадков и зависящей от температуры, давления и природы растворителя.
Равновесие растворимости некоторой соли AmBn в соответствии с законом действия масс описывается выражением:
KSo AmBn a A m a B n , |
(2.4) |
где а(А) и а(В) – активности соответственно катиона и аниона в растворе.
При выполнении грубых оценочных расчетов активности отождествляют с равновесными концентрациями ионов а(А) А , а(В) В и уравнение (2.4) представляют в виде:
KSo AmBn A m B n . |
(2.5) |
В чистой воде равновесные концентрации катиона и аниона определяются молярной величиной растворимости S соли и стехиометрией равновесия А = mS и В = nS, поэтому выражение константы (2.4) выглядит как:
KSo AmBn mS m nS n , |
(2.6) |
Для расчета растворимости осадка в чистом растворителе используют формулу:
3 |
|
S m n KSo Am Bn mm nn . |
(2.7) |
При более точных расчетах необходимо использовать уравнение (2.3) и значение активностей, учитывающих электростатические взаимодействия между ионами и другие эффекты. Активности ионов пропорциональны концентрациям:
a f C |
(2.8) |
где f aC – коэффициент активности, зависящий от концентраций всех ионов в растворе, а также от собственного заряда иона.
В очень разбавленных растворах f 1 и a C , а в растворах с умеренной концентрацией электролитов f 1.
Для нахождения коэффициентов активности сначала оценивают ионную силу раствора I по формуле:
|
1 n |
|
|
I |
|
CiZi2 , |
(2.9) |
|
|||
|
2 1 |
|
где Ci молярные концентрации; Zi заряды каждого из ионов электролитов.
С учетом уравнения (2.8) константа растворимости равна:
KSo AmBn [A]m f A m [B]n f B n |
(2.10) |
Трудно растворимая соль слабой кислоты легко растворяется в более сильной кислоте, при этом растворимость осадков зависит от pH раствора:
pH lg a H3O lg f H3O С H3O . (2.11)
Часто то же самое выражение записывают упрощенно:
pH lg a H lg f H С H . |
(2.12) |
4
Для сильно разбавленных растворов, когда f H3O 1, pH выражается соотношением:
pH lg С H O lg С H . |
(2.13) |
3 |
|
Сущность титриметрии состоит в том, что вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах n1 n2 . Так как n C V , где C – молярная концентрация эквивалента, а V – объём, в котором растворены вещества, то для двух стехиометрически реагирующих веществ, справедливо равенство:
C1 V1 C2 V2. |
(2.14) |
Титриметрический анализ выполняется двумя методами: методом пипетирования и методом отдельных навесок. Метод пипетирования заключается в титровании равных порций раствора (аликвот Vx ), отбираемых пипеткой из мерной колбы определенного объёма Vo , в которой растворена навеска вещества. Массу вещества m(x) вычисляют по уравнению (2.15), подставляя в него среднее арифметическое из результатов параллельных титрований VT , молярную массу эквивалента вещества М(x) и коэффициент 10 3 , т. к. объемы выражают в кубических сантиметрах (см3 ) , а концентрация титранта CT – в молях эквивалентов в
кубических дециметрах (дм3 ):
для прямого (заместительного титрования) |
|
||||||
m x |
CТ |
|
Т Vo M x |
10 3 ; |
|
||
V |
(2.15) |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Vx |
|
||
для обратного титрования |
|
||||||
m x |
CТ1 VТ1 CТ2 VТ2 M x Vo |
10 3. |
(2.16) |
||||
|
|||||||
|
|
|
|
Vx |
|
5
При расчете массовой доли учитывают массу навески m:
w x |
m x |
100. |
(2.17) |
|
|||
|
m |
|
Метод отдельных навесок заключается в том, что n навесок вещества (m1, m2 и т. д.), взятых на аналитических весах, растворяют в небольших объёмах растворителя (знать их нет необходимости) и проводят титрование в каждом растворе:
для прямого (заместительного) титрования
m x C |
|
|
|
|
M x 10 3 ; |
|
(2.18) |
||||||
Т |
V |
|
|||||||||||
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
||
для обратного титрования |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
m x C |
Т |
V |
|
C |
Т |
|
V |
M x 10 3 |
; |
(2.19) |
|||
|
|
Т |
1 |
|
|
|
2 |
Т |
2 |
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для определения массовой доли
|
1 |
C |
Т |
V |
C |
Т |
V |
|||
w x |
|
|
Т1 |
|
|
|
Т2 |
|||
n |
|
|
|
|
m |
|
||||
|
|
m |
|
2 |
||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
... СT VTn mn
|
M x 10 |
3 |
|
||
|
. (2.20) |
|
|
|
|
3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Дисциплина «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа¯ включает гравиметрические и тириметрические методы анализа и изучается в течение семестра, с последующей сдачей зачета или экзамена. Контрольные работы сдаются на проверку за месяц до начала сессии.
Контрольное задание содержит 17 задач (см. табл. 1) и контрольный вопрос. Каждая задача имеет 10 вариантов. Студент выбирает вариант задач и номер вопроса по номеру последней цифры учебного шифра (номер студенческого билета).
Все вычисления в контрольной работе должны быть сделаны с требуемой точностью: масса вещества в граммах и концен-
6
трация растворов до четвертого знака после запятой, объемы и проценты – до второго знака значащей цифры.
Таблица 1
Варианты контрольных работ
Номера |
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
задач |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4.1 |
4.2 |
4.3 |
4.4 |
|
4.5 |
4.6 |
4.7 |
4.8 |
4.9 |
4.10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4.11 |
4.12 |
4.13 |
4.14 |
|
4.15 |
4.16 |
4.17 |
4.18 |
4.19 |
4.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
4.21 |
4.22 |
4.23 |
4.24 |
|
4.25 |
4.26 |
4.27 |
4.28 |
4.29 |
4.30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4.31 |
4.32 |
4.33 |
4.34 |
|
4.35 |
4.36 |
4.37 |
4.38 |
4.39 |
4.40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
4.41 |
4.42 |
4.43 |
4.44 |
|
4.45 |
4.46 |
4.47 |
4.48 |
4.49 |
4.50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
4.52 |
4.52 |
4.53 |
4.54 |
|
4.55 |
4.56 |
4.57 |
4.58 |
4.59 |
4.60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
4.61 |
4.62 |
4.63 |
4.64 |
|
4.65 |
4.66 |
4.67 |
4.68 |
4.69 |
4.70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
4.71 |
4.72 |
4.73 |
4.74 |
|
4.75 |
4.76 |
4.77 |
4.78 |
4.79 |
4.80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
4.81 |
4.82 |
4.83 |
4.84 |
|
4.85 |
4.86 |
4.87 |
4.88 |
4.89 |
4.90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
4.91 |
4.92 |
4.93 |
4.94 |
|
4.95 |
4.96 |
4.97 |
4.98 |
4.99 |
4.100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
4.101 |
4.102 |
4.103 |
4.104 |
|
4.105 |
4.106 |
4.107 |
4.108 |
4.109 |
4.110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
4.111 |
4.112 |
4.113 |
4.114 |
|
4.115 |
4.116 |
4.117 |
4.118 |
4.119 |
4.120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
4.121 |
4.122 |
4.123 |
4.124 |
|
4.125 |
4.126 |
4.127 |
4.128 |
4.129 |
4.130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
4.131 |
4.132 |
4.133 |
4.134 |
|
4.135 |
4.136 |
4.137 |
4.138 |
4.139 |
4.140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
4.141 |
4.142 |
4.143 |
4.144 |
|
4.145 |
4.146 |
4.147 |
4.148 |
4.149 |
4.150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
4.151 |
4.152 |
4.153 |
4.154 |
|
4.155 |
4.156 |
4.157 |
4.158 |
4.159 |
4.160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
4.161 |
4.162 |
4.163 |
4.164 |
|
4.165 |
4.166 |
4.167 |
4.168 |
4.169 |
4.170 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача 3.1. Какой объем (см3 ) 5 -го раствора нитрата серебра необходим для количественного осаждения хлорида сереб-
ра из 200 см3 0,01 М раствора HCl?
Решение. Рассчитывают стехиометрическое количество нитрата серебра по реакции AgNO3 HCl AgCl HNO3 . В 200 см3 0,01 М раствора HCl содержится 0,073 г HCl, поэтому,
|
7 |
|
|
|
|
|
||
m AgNO3 |
|
M AgNO3 m HCl |
|
179 0,073 |
||||
|
|
|
|
|
0,36 г. |
|||
M HCl |
36,5 |
|||||||
|
|
|
|
Учитывая приближенный характер расчетов, принимают плотность 5 -го раствора AgNO3 равной единице и находят
V AgNO3 0,36 100 7,2 см3. 5
Поскольку нитрат серебра – нелетучее вещество, для количественного осаждения хлорид-ионов следует взять 30 -й избыток осадителя. Следовательно,
V AgNO3 7,2 2 9 см3.
Ответ: Примерно 9 см3.
Задача 3.2. Рассчитать произведение растворимости свежеосажденного гидроксида магния Mg OH 2 , если в 500 см3 его на-
сыщенного раствора содержится 1,55 10 2 г этого соединения. Решение. Гидроксид магния – сильный малорастворимый
электролит. Растворившаяся часть его полностью распадается на ионы:
Mg OH 2 Mg2 2OH .
Полагая приближенно коэффициенты активности ионов равными единице f Mg2 1 и f OH 1, можно записать для произведения растворимости:
KSo Mg OH 2 [Mg2 ] [OH ]2 ,
где [Mg2 ] и [OH ] соответственно молярные концентрации ионов Mg2 и OH в насыщенном водном растворе гидроксида магния. Обозначив концентрацию гидроксида магния через S,
8
имеем [Mg2 ] S, [OH ] 2S, поскольку при электролитической диссоциации гидроксида магния из одной частицы Mg OH 2 об-
разуется один катион Mg2 и два аниона OH . Тогда, KSo Mg OH 2 S 2S 2 4S3.
Значение растворимости гидроксида магния находим по формуле [5]:
S 1,55 10 2 5,3 10 4 моль /дм3, 58,32 0,5
где 58,320 г моль – молярная масса гидроксида магния. Следовательно,
KSo Mg OH 2 4 5,3 10 4 3 5,96 10 10.
Ответ: 5,96 10 10 .
Задача 3.3. Рассчитайте молярную концентрацию катионов свинца [Pb2 ] и иодид-ионов [I ] в насыщенном водном растворе иодида свинца PbI2 , если его произведение растворимости
KSo PbI2 1,1 10 9.
Решение. Иодид свинца в водном растворе диссоциирует по схеме: PbI2 Pb2 2I . Полагая коэффициенты активности ио-
нов равными единице f Pb2 1 и f I 1, можно записать для произведения растворимости иодида свинца:
KSo PbI2 Pb2 I 2 .
Учитывая, что [Pb2 ] = S и [I ] = 2S, где S – молярная концентрация соли, можно записать:
KSo PbI2 S 2S 2 4S3.
9
Отсюда
S Pb2 KSo PbI2 / 4 1/ 3 1,1 10 9 / 4 1/ 3 6,5 10 4 моль /дм3, 2S I 2 6,5 10 4 1,3 10 3 моль /дм3,
Ответ: 6,5 10 4 моль /дм3 и 1,3 10 3 моль /дм3.
Задача 3.4. Образуется ли осадок сульфата стронция SrSO4 при смешивании равных объёмов водных растворов хлорида стронция SrCl2 и сульфата калия K2SO4 , если их исходные мо-
лярные концентрации составляют 5 10 4 моль/ дм3 ? Произведение растворимости сульфата стронция равно 3,2 10 7.
Решение. Хлорид стронция и сульфат калия в воде при электролитической диссоциации распадаются на ионы нацело:
SrCl2 Sr2 2Cl ,
K2SO4 2K SO24 .
При смешивании растворов хлорида стронция и сульфата калия может образоваться белый осадок малорастворимого сильного электролита – сульфата стронция:
Sr2 SO24 SrSO4 .
В соответствии с условием образования осадка малорастворимого сильного электролита Kn Am , состоящего из n катионов K m и m анионов An ,
Сn Km Сm An KSo Kn Am .