Н.Ф. Клещёв и др. - Задачник по аналитической химии (1110107), страница 2
Текст из файла (страница 2)
промышленности. Терминология и понятия аналитической химии излагаются в соответствии с "Номенклатурными правилами ИЮПАК по химии", том 4, аналитическая химия, Москва, 1985 г. Авторы приводят решения типовых задач по основным разделам аналитической химии (титриметрическим, гравиметрическим и физико-химическим методам анализа).
Каждому разделу предпослало небольшое теоретическое введение, облегчающее усвоение материала. В конце каждой главы даны задачи для самостоятельного решения, ответы и некоторые справочные сведения. Приведены программы для расчетов по теоретическим основам аналитической химии на вычислительном комплексе аИскра — 1256", В разработке учебного пособия и составлении задач принимали участие доценты Е.А. Алферов (гл.
1,11), Н.В. Базалей (гл. 2,7, Приложение 1), А.С. Бабенко (гл. 6,9), В.П. Бочарова (гл. 2, 10, 13), И.П. Данилов (гл. 3, 8), Л.А. Минеева (гл. 5, 12), З.А. Третьяк (гл. 5, 9), старший преподаватель Н.Е. Шляхова (гл. 6). Общая редакция осуществлена заведующим кафедрой аналитической химии Харьковского политехнического института, профессором Н.Ф. Клещевым.
в протолитических равновесиях данной частицы. Так, для реакции НС1 + ХазСОз э — ХаНСОз + ХаС1 Глава 1 ОСНОВНЫЕ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ Единицей количества вещества в системе СИ является лзолэ, т.е. количество вещества, которое содержит столько условных частиц (атомов, молекул, ионов, электронов и др.), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода ззС.
Число частиц в одном моле приблизительно равно 6,022 10зз (число Авогадро). Количество вещества принято обозначать символом и; количество вещества Х записывают как и(Х) моль, например а(М8з') = 3 моль; а(Ге) = 10 ммоль; и(Н') = 10 з моль; а(СНзОН) = 10 кмоль. Малярная .масса (символ М) определяется как масса, отнесенная к количеству вещества: М(Х) = т(Х)/а(Х), где т(Х) — масса вещества Х. Иными словами, малярная масса — зто масса одного моля вещества.
Например, М(НээОе) = 98 г/моль; М(Сп) = 63,54 г/моль. Концентрация оещестоа, или иоллрная концентрация (символ С), — зто количество вещества в единице объема раствора. Если а молей вещества Х растворено в К дмз раствора (напомним, что 1 литр = 1 дмз, то ) С(Х) = и(Х)/Г(Х). Например: С(ХаОН) = 0,1 моль/дмз; такой раствор называют децимолярным и часто обозначают как 0,1 М раствор ХаОН; С(ХазБзОз) = 0,5 моль/дмз, т.е.
имеем 0,5 М раствор ХазБзОз. Все расчеты в аналитической химии, основанные на проведении тех или иных химических реакций, связаны с понятием эквивалент. Эквивалентом называют условную частицу вещества, которая в данной реакции равноцейна (эквивалентна) атому водорода. Из определения следует, что эквивалентом могут быть как реальные частицы, например молекулы НС1, КОН, так и гипотетические частицы, например половина молекулы серной кислоты 1/2Нз80з или треть молекулы гидроксида железа 1/ЗГе(ОН)з и т.д. Дробь, показывающая, какая часть молекулы илй иона является эквивалентом, называют фактора и эквивалентности. Фактор эквивалентности вещества Х обозначают / (Х), например / (ЙзВОз) '= 1/2; экв экв / Гс(ОН) = 1/3 Значение фактора эквивалентности зависит от реакции, в которой данное вещество участвует.
Для кислотно-основных реакций эквивалент определяется числом ионов водорода, участвующих эквиваленты реагирующих веществ соответственно обозначаются как 1НС1 и 1ХазСОз, / (НС!) = /эк (ХазСОз) = 1. В данном случае эквивалент — это реальные частицы (молекулы НС1 и ХазСОз). Для реакции 2НС! + ХазСОз ~ — 2ХаС1 + НзО + СОз факторы эквивалентности равны: /,(НС1) = 1; /, (ХазСОз) = 1/2. Эквиваленты этих веществ обозначаются как 1НС1 и 1/2ХазСОз.
Для окислительно-восстановительных реакций эквивалент— это такая условная частица вещества, которая присоединяет или отдает один электрон. Например, для реакции 2КМпОз + 10ГсБОз + 8НзВОз <— ~ — 2Мп80з + 5Гсз(80з)з + КзБОз + 8НзО факторы эквивалентности перманганата калия и сульфата железа записываются как / (КМпО,) = 1/5; / (ГсБО,) = 1, а эквиваленты — как 1/5КМпОз и 1Гс80е Для реакций комплексообразовання фактор эквивалентности определяют, исходя из числа координационных мест центрального иона-комплексообразователя.
Например: 2КСХ + АКХОз КА8(СХ)з+ КХОз' /экв(КСХ) / (А8ХОз) =1/2. А!з+ .!. 6Г- ~ А1Гз-. / (Г-) — 1. / (А1з') — 1/6 Е' экв ' экв А8 + 28зОз э А8(БзОз)з; / (ЗзОз ) = 1/2~ / (Абэ) = 1/4: В реакциях комплексообразования с участием динатриевой соли этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА), как правило, ион металла и анион ЭДТА (Уз ) образуют комплекс состава 1: 1.
Например: Гез' + Нз'зез ~ — ГеЪ' + 2Н'. В этом случае / (Гсз') = / (НзУз ), т.е. вещества реагируют в экв экв соотношении 1 моль на 1 моль. Факторы эквивалентности для соединений, участвующих в реакциях осаждения солей, определяют так жэ, как и в случае кислотно-основных реакций, т.е. каждый участник реакции рассматривается как кислота или основание в протолитической (протонной) теории. Например: А8'+ С! = А8СЦ;/ (Ая') =/ (С1) = 1; 2А6' + СтОг = АйгСгОз(; / (А8') = 1; / (СгОг ) = 1/2; Ваг'+ ЯОг = ВаЯОв, / (Ваг') = 1/2; / (БОг ) = 1/2.
Число, стоящее в знаменателе дроби (например, для ионов бария и сульфат-ионов это число 2), называют числом экцйвалент- ности и обозначают г', Малярная масса эквивалента — зто масса одного моля эквива- лентов данного вещества. Если для вещества Х фактор эквивалент- ности равен: / (Х)=1/;, то молярную массу эквивалента М~ —,Х~ можно вычислить из соот- ношения М -'„Х =-',.М(Х).
Например: М(1/2ПгЗО,) = 1/2М(Нг804) = 1/2 . 98 г/моль = 49 г/моль. Молярная концентрация эквивалентов соединения Х обозначается как С(/ Х) моль/дмз. Эта величина равна числу молей эквиэкв валентов в 1 дмз раствора. Например, С(1/2НгБО,) = 0,1 моль/дмз; это означает, что 1 дмз раствора содержит 0,1 моль эквивалентов серной кислоты, т.е. 4,9 г НгБО,. Если молярная концентрация эквивалентов вещества Х составляет 1 моль/дмз, то такой раствор называют норлаяьнмяь НапримеР, если С(1/5КМпОв) = 1 моль/дмз, то это ноРмальный РаствоР перманганата калия (1 н. КМп04).
Из других способов выражения содержания вещества в аналитической химии чаще используют титр, титр рабочего раствора по определяемому веществу, массовую долю. Титр (Т) — это массовая концентрация, показывающая, сколько граммов растворенного вещества Х содержится в 1 смз раствора. Т(Х) = тл(Х)/1(Х). Титр рабочего раствора вепгества Х по определяемому веществу У вЂ” это число, показывающее, какая масса определяемого вещества эквивалентна 1 смз раствора Х.
Например, Т(НС1) = 0,003647 г/смз; такая запись означает, что в 1 смз раствора кислоты содержится 0,003647 г НС1. Запись 7(НС1/НаОН) = 0,00040 г/смз означает, что 1 смз данного раствора кислоты реагирует с 0,004000 г гтаОН. Запись 7(НгЗОв/ЯОз) = 0,00080 г/см означает, что 1 смз раствора НгЗОз соответствует 0,00080 г ЯОз. Массовая доля — безразмерная относительная величина, равная отношению массы компонента к общей массе образца, раствора, смеси вещества н т.д. ЩХ) = вт(Х)/вг го Единицей измерения массовой доли являются также процент (сотая доля, %); промилле (тысячные доли, %); рртп (миллионные доли, млн ();,ррЬ (миллиардная доля, млрд '): 1 промилле = 0,1%; 1 рртп = 10 в%в 1 ррЪ = 10 т%.
Например, массовая доля НгЯОз в растворе составляет 12%. Это значит, что в 100 г раствора содержится 12 г НгЯОе В техни— ческой уксусной кислоте содержание Н! не должно превышать 10 ррЪ, т.е. в 10з г уксусной кислоты должно быть не более 10 г Н1, что в пересчете на проценты составит 10 з%. Часто для приближенной оценки массовой доли растворенного вещества (кислот, щелочей, некоторых солей) достаточно измерить ареометром плотность раствора (р, г/смз) и по справочным табли- цам определить массовую долю растворенного вещества и молярную концентрацию, соответствующие измеренной плотности. Расчеты количества, масс, концентраций взаимодействующих и образующихся в реакциях веществ выполняют по уравнениям мате- риального баланса.
При составлении этих уравнений исходят из того, что вещества реагируют в равных количествах эквивалентов, т.е. если соединение Х прореагировало с соединением У, то и(/ Х) = в(/ 'т'). (1.1). Например, для реакций 2НаОН + НДОв —— 2НгО + ИаээОз, КгСтгОт + 6ГеЯОз + 7НгБОз = = КгБОв + Сгг(БОз)з + 3Рег(Юз)з + 7НгО; Мйг'+ НгУг = М6Уг + 2Н' можно записать: в(НаОН) = в(1/2НгБОз); в(ГсЯОз) = в(1/6КгСггОт)' а(М6г') = в(НгУг ).
Далее пользуемся равенствами: вг(Х) = и(/ Х)М(/ Х); (/,„Х) = С(/,„,Х) Р(Х). (1.2) (1.3) Пример 1.1. Сколько фосфорной кислоты (в граммах) находится в растворе, если на тнтрование по приведенному ниже уравнению реакции пошло 20 смз 0,1 М раствора НаОН? НзРОз + 2ХаОН = НагНРОз + 2НгО. Р е ш е н и е. Находим /,(НзРОз) и / (гтаОН); они равны соответственно 1/2 и 1. Таким образом, в(1/2НзРОз) = а(НаОН). из уравнений (1.1) и (1.2) находим: ш(НзРОз) = а(1/2НзРОз) ' М(1/2НзРОз) = = С(НаОН) У(НаОН) М(1/2НзРОз); вг(НзРОз) = 0,1 моль/дмз 20 10 з 49 г/моль = 0,098 г.
Пример 1.2. Сколько граммов химически чистого препарата перманганата калия нужно взять, чтобы получить 2 дмз нормального раствора перманганата как окислителя? Р е ш е н и е. Эквивалент перманганата для окислительновосстановительных реакций равен обычно 1/5КМп04', С(1/5КМп04) = 1 моль/дмэ; М(1/5КМп04) = 1/5М(КМп04) = 31,6 г/моль. Из уравнений (1.2) и (1.3) находим: т(КМп04) = а(1/5КМп04) М(1/5КМп04) = = С(1/5КМп04) ЦКМп04) 3Г(1/5КМп04) = = 1 моль/дмз . 2 дмз 31,6 г/моль = 73,2 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
