Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Модели обеспечения безопасности в электронной коммерции.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Аналітична хімія та інструментальні методи аналізу
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ і науки УКРАЇНИ
національний університет "Львівська політехніка"
EMBED Word.Picture.6
ТИПОВІ ЗАДАЧІ
З КУРСУ
«Аналітична хімія
та ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ, ч. ІІ»
Методичні вказівки
для студентів хімічних спеціальностей
Затверджено
на засіданні кафедри
аналітичної хімії
Протокол № 3 від 12 жовтня 2009 р.
Львів - 2009
Типові задачі з курсу «Аналітична хімія та інструментальні методи аналізу, ч.ІІ»: Методичні вказівки для студентів хімічних спеціальностей. Укл.: М.М.Ларук, П.Й.Шаповал, О.Я.Борова, Д.І.Семенишин, Й.Й.Ятчишин, Ф.І.Цюпко, І.П.Полюжин, Г.О.Маршалок - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка". 2009. - 54 с.
Укладачі: Ларук М.М., канд. тех. наук, доц.,
Шаповал П.Й., канд. хім. наук, доц.,
Борова О.Я., канд. хім. наук, доц.,
Семенишин Д.І., д-р.хім.наук, проф.,
Ятчишин Й.Й., д-р.хім.наук, проф.,
Цюпко Ф.І., канд. хім. наук, доц.,
Полюжин І.П., канд. тех. наук, доц.,
Маршалок Г.О., д-р.хім.наук, проф.
Відповідальний за випуск: Семенишин Д.І., д-р.хім.наук, проф.
Рецензенти: : Дібрівний В.М., д-р.хім.наук, проф.,
Знак З.О., д-р.хім.наук, проф.
Вступ
Дані методичні вказівки складені у відповідності до діючої програми з курсу «Аналітична хімія та інструментальні методи аналізу» і містять приклади розв’язування задач, питання та задачі для самостійної підготовки до контрольних заходів. Вони призначені для студентів та аспірантів технічних спеціальностей.
Методичні вказівки узагальнюють результат багаторічної роботи викладачів кафедри з вдосконалення методик розв’язування задач та покращення самостійної роботи студентів.
У вказівках розглянуто основні інструментальні методи аналізу, які широко використовуються у практичній діяльності інженерів-хіміків, а саме: емісійний спектральний, молекулярно-абсорбційний, потенціометричний, кулонометричний, полярографічний, хроматографічний та радіометричний.
Покращенню знань студентів повинні сприяти питання до самостійної підготовки, які необхідно проробити перед розв’язуванням задач кожного розділу та при підготовці до колоквіумів.
Задачі, які пропонуються студентам до розв’язування, мають практичне значення і часто зустрічаються у їх самостійній роботі.
Значна увага приділяється вирішенню завдань з хроматографічного аналізу, який дуже часто використовується при ідентифікації органічних речовин та встановленні їх кількісного складу; полярографічного та молекулярно-абсорбційного – при проведенні екологічних досліджень.
У зв’язку з актуальністю контролю стану радіаційного забруднення в Україні розглянуто радіометричні методи аналізу. Студенти навчаються обчислювати питому об’ємну активність радіонуклідів, їх масу, період піврозпаду, одержують уявлення про види ядерних перетворень, дію радіоактивного випромінювання на живі організми.
Рекомендовані задачі протягом багатьох років апробовані викладачами та співробітниками кафедри аналітичної хімії, мають як теоретичне, так і практичне значення та сприятимуть кращому засвоєнню студентами дисципліни «Фізико-хімічні (інструментальні) методи аналізу».
ОПТИЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ
Емісійний спектральний аналіз
Питання для самостійної підготовки
Суть емісійного спектрального аналізу.
Механізм випромінювання електромагнітних коливань атомами. Зв’язок між енергією електромагнітних коливань і їх частотою.
Від чого залежить енергія електронних рівнів в атомах? Які електрони називаються оптичними?
Що таке енергія збудження атома та спектральної лінії? Як залежить довжина хвилі лінії від її енергії збудження?
Опишіть, які електронні переходи називаються резонансними, дозволеними, забороненими.
Закономірності випромінювання атомами спектральних ліній. Типи ліній (резонансні, останні, аналітичні (гомологічні пари)).
Що таке спектр випромінювання? В якій області довжин хвиль випромінюють збуджені атоми?
Якими бувають спектри випромінювання? Від чого залежить поява лінійчатих спектрів?
Поясніть природу оптичних лінійчатих спектрів випромінювання атомів як аналітичного сигналу в емісійному атомному спектральному аналізі.
Основні типи спектральних ліній. В яких видах аналізу використовують останні, резонансні та гомологічні лінії і чому?
Якісний спектральний аналіз. «Останні» лінії. Способи вимірювання довжини хвилі спектральної лінії при фотографічному фіксуванні спектра (за дисперсійною кривою, за планшетами атласів спектральних ліній, методом лінійної інтерполяції).
Ідентифікація спектральних ліній (за планшетами та таблицями) у випадках аналізу зразка невідомого складу та при пошуку певного елемента у зразку.
Фактори, від яких залежить інтенсивність спектральних ліній. Рівняння Ломакіна і характеристика величин, які в нього входять. Процес самопоглинаняя (реабсорбції). Фактори, від яких залежить коефіцієнт самопоглинання.
Методи напівкількісного візуального аналізу: а) метод зникаючих ліній; б) метод порівняння; в) метод стандартних серій. Переваги та недоліки кожного методу.
Характеристика джерел збудження (полум'я, електрична дуга та іскра): їх призначення, температурні характеристики, переваги та недоліки, основні сфери застосування (для яких елементів використовують).
Призначення та види дисперсійних елементів (монохроматорів), принципи їх роботи, переваги, недоліки та сфери застосування. Роздільча здатність спектрального приладу та співвідношення, яке кількісно її характеризує.
Фотографічний спосіб фіксування інтенсивності ліній.
Почорніння спектральної лінії. Правила вибору гомологічної пари ліній для кількісного аналізу.
Основне рівняння фотографічних методів кількісної емісійної спектроскопії. Принцип вимірювання почорніння спектральних ліній за допомогою мікрофотометра МФ-2.
Проведення кількісного аналізу методами трьох еталонів, твердого графіку, одного еталону при фотографічній фіксації спектру. Переваги та недоліки кожного методу.
Приклади розв’язування типових задач
Задача № 1. При аналізі сталі на вміст хрому методом трьох еталонів мікрофотометром МФ-2 виміряно фотострум від ліній гомологічної пари у спектрах еталонів і досліджуваного зразка:
Знайдіть масову частку (%) хрому в зразку, якщо I (Cr) = 85 і I (Fe) = 37.
Розв’язок. У методі трьох еталонів використовують залежність різниці почорнінь (ΔS) ліній гомологічної пари від логарифму концентрації визначуваного елементу. За певних умов ця залежність є близькою до лінійної.
За показами вимірювальної шкали мікрофотометра для трьох еталонів визначаємо
ΔS = S(Cr) - S(Fe)=lg I(Cr)-lg I(Fe):
ΔS1 =lg І(Cr)1 – lg І(Fe)1=lg25 -lg40=1,40 - 1,60 = - 0,20;
ΔS2 =lg І(Cr)2 – lg І(Fe)2=lg50 - lg36 = 1,70-1,56=0,14;
ΔS3 =lg І(Cr)3 – lg І(Fe)3= - lg35 = 2,14-1,54=0,60.
Розраховуємо логарифми концентрацій еталонів:
lgC1= lg 0,50 = - 0,30; lgC2=lg 1,23 = 0,09; lgC3=lg 4,17 = 0,62.
За отриманими даними будуємо калібрувальний графік в координатах ΔS – lg С:
EMBED Excel.Sheet.12
Знаходимо значення різниці почорнінь для аналізованого зразка ΔSx= lg85 - lg37=1,93 – 1,57= 0,36 і за калібрувальним графіком визначаємо значення lg Cx = lg С (Сr) = 0,35; звідки Cx (Сr) = 10-0,35 = 2,24 %.
Задача № 2. При аналізі алюмінієвого сплаву на вміст силіцію методом одного еталону отримали почорніння (S) ліній гомологічної пари у спектрах еталону S(Si)=1,09 і S(Al)=0,37 при C(Si)=0,95% і аналізованого зразка (S(Si)=0,86 і S(Al)=0,34.
Визначте масову частку (%) силіцію в зразку, якщо при C0(Si)=0,45 % значення ΔS = 0.
Розв’язок. У методі одного еталону калібрувальний графік в координатах ΔS – lg С будується лише за двома точками, одна з яких відома попередньо: ΔS=0 при lgC0(Si) = lg0,45 = –0,35. За даними фотометрування знаходимо координати другої точки і будуємо калібрувальний графік:
ΔS1 = S(Si) – S(Al) = 1,09 – 0,37 = 0,72; lg С1 = lg 0,95 = – 0,02.
EMBED Excel.Sheet.12
Визначаємо ΔSх для досліджуваного зразка:
ΔSх = 0,86 – 0,34 = 0,52 і за калібрувальним графіком знаходимо вміст силіцію: lg Сх = – 0,12, тоді Сх(Si) = 10– 0,12 = 0,76 %.
Задача № 3. Наважку 1,5469 г добрива розчинили у невеликій кількості суміші кислот. Далі цей розчин кількісно перенесли у мірну колбу місткістю 250 см3 і довели дистильованою водою до риски. Потім 5 см3 цього розчину помістили в іншу мірну колбу місткістю 150 см3 і знову довели водою до риски. Одержаний розчин фотометрували, як і стандартні розчини CaCl2, полум'яним фотометром. За результатами фотометрування визначте масову частку (%) P у зразку добрива, якщо фосфор у добриві знаходиться у вигляді Ca3(PO4)2:
Розв’язок. Будуємо калібрувальний графік в координатах І-С, з якого визначаємо концентрацію кальцій хлориду:
EMBED Excel.Sheet.12
Якщо знайдена за калібрувальним графіком концентрація CaCl2 – 175 мг/л, то вміст фосфору в досліджуваному розчині (другій колбі) С(Р)2 можна розрахувати за співвідношенням:
175 мг/л С(Р)2
3 CaCl2 - Ca3(PO4)2 – 2 P,
3∙111 г/моль 2∙31 г/моль
звідки С(Р)2= (175∙2∙31) / (3∙111) = 33 мг/л.
Вміст фосфору у першій колбі С(Р)1 визначаємо з формули розведення: С(Р)1∙V1=С(Р)2 ∙V2 → С(Р)1=(33∙150) /5 = 990 мг/л.
Масу фосфору у колбі об’ємом 250 мл обчислюємо як:
EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3
Масова частка фосфору у зразку: EMBED Equation.3 .
Задача № 4. 1 мл розчину калій ацетату для внутрішнього прийому (ρ = 1,070 г/мл) вмiстили у колбу об’ємом 250 мл i довели дистильованою водою до риски. Далі 10 мл цього розчину вмістили у колбу об’ємом 100 мл і фотометру вали у полум'ї (як і стандартні розчини КCl) та одержали такі результати:
Визначте концентрацію СН3СООК у досліджуваному розчині і порівняйте її з вимогами стандарту для лікарського препарату, згідно якого вміст калій ацетату в розчині для внутрішнього прийому має становити 15,00 ± 0,15 %.
Розв’язок. Будуємо калібрувальний графік в координатах І-С, з якого визначаємо концентрацію калій хлориду:
EMBED Excel.Sheet.12
Знайдений за калібрувальним графіком вміст КCl становить 50 мг/л, а вміст калій ацетату в досліджуваному розчині (другій колбі) можна встановити як:
50 мг/л С2
КCl - СН3СООК
74,5 г/моль 98 г/моль
звідки С2= (50∙98) / (74,5) = 65,8 мг/л.
Вміст калій ацетату у першій колбі визначаємо із формули розведення
C1V1=C2V2:
С1=(65,8∙100) /10 = 658 мг/л, а масу калій ацетату у ній - як:
EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3
Масова частка калій ацетату у зразку: EMBED Equation.3 .
Висновок: вміст калій ацетату у розчині лікарського препарату не відповідає вимогам технічної документації.
Задача № 5. Для визначення довжини хвилі невідомого елемента вибрано дві лінії феруму: 1=394,112 нм і 2=394,774 нм, відрахунки для яких за шкалою мікроскопу дорівнюють: А1=5,331 мм і А2=6,125 мм. Користуючись таблицею «останніх» ліній, визначте довжину лінії та елемент, якому вона належить, якщо відрахунок за шкалою мікроскопу для неї Аx=5,680 мм.
Розв’язок. Довжину хвилі визначаємо методом лінійної інтерполяції:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 .
За таблицею «останніх» ліній (див. методичні вказівки «Емісійний спектральний аналіз») встановлюємо, що ця лінія належить алюмінію.
Задача № 6. Зробiть обгрунтований вибiр гомологiчної пари лiнiй для кiлькiсного визначення Ca в зразку піску, користуючись табличними даними для спектральних лiнiй чистих елементiв:
Орієнтовний вміст кальцію в зразку 0,05 – 0,10 %. Вважайте, що iнтенсивнiсть лiнiй прямо пропорційна концентрацiї (коефiцiєнт самопоглинання b=1).
Розв’язок. Для вибору гомологічної пари необхідно встановити різницю довжин хвиль, енергій збудження та співвідношення між інтенсивностями близьких ліній досліджуваного та стандартного елементу. Оскільки ми визначаємо вміст кальцію в піску, то стандартним елементом буде силіцій, який є його основним хімічним елементом. Згідно з основною вимогою до вибору ліній гомологічної пари різниця їх довжин не повинна перевищувати 100 Ǻ. За цією вимогою підходять пари ліній за № 2, 6, 7, 8 (див. таблицю):
Для цих пар необхідно перевірити відповідність вимогам за різницею енергій збудження (Δ Е≤1 еВ) та інтенсивностей (0,1≤(Іх/Іст)≤10). За різницею енергій збудження підходять пари ліній за № 2 і 7. Для них необхідно перерахувати реальну інтенсивність ліній при заданому вмісті кальцію в зразку (0,05-0,1%), оскільки в таблиці приведені дані для чистих елементів (100%) і залежність інтенсивності від концентрації є прямо пропорційною:
2 - Іх1= (640∙0,1)/100 = 0,64; (Іх/Іст) = (0,64/2)=0,34; 0,1≤0,34≤10;
7 - Іх1= (200∙0,1)/100 = 0,2; (Іх/Іст) = (0,2/1)=0,2; 0,1≤0,2≤10.
За співвідношенням інтенсивностей підходять обидві ці пари ліній, але більш оптимальним вибором є пара за № 2, оскільки її лінії знаходяться ближче одна від одної, ніж лінії пари за № 7.
Задачі для самостійного розв’язування
1. Для визначення довжини хвилі лінії невідомого елементу вибрано дві лінії феруму λ1=3245,05 Ǻ і λ2 = 3250,27 Ǻ, відрахунки для яких за шкалою мікроскопу дорівнюють: А1 = 7,233 мм і А2 = 7,663 мм. Визначте довжину лінії й елемент, якому вона належить, користуючись таблицею «останніх ліній», якщо відрахунок за шкалою мікроскопу для неї ах = 7,438 мм.
2. Наважку добрива 0,0145 г розчинили у вимірювальній колбі і довели об'єм до 100 мл. При фотометруванні 2 мл цього розчину покази мікро амперметра становили 35 мкА. Визначте масову частку (%) КNО3 за даними фотометрування стандартних розчинів КCl:
3. Наважку 0,5932 г скла розчинили у колбі місткістю 200 мл і довели дистильованою водою до риски. Потім 25 мл цього розчину помістили в іншу колбу місткістю 250 мл і знову довели водою до риски. Цей розчин фотометрували полум'яним фотометром, як і стандартні розчини NaCl. Визначте масову частку (%) Na2O у склі за результатами фотометрування:
4. 10 мл дослiджуваного розчину густиною ρ = 1,034 г/см3 вмiстили у вимiрювальну колбу місткістю 100 см3 i довели дистильованою водою до риски. Цей розчин фотометрували в полум'ї, як і стандартні розчини Na+. Визначте масову частку (%) фосфору в досліджуваному розчині, якщо вiн знаходиться у виглядi Na2HPO4 за результатами фотометрування:
5. Під час аналізу сталі на вміст мангану за методом одного еталону мікрофотометром МФ–2 виміряно почорніння ліній гомологічної пари в спектрах еталону і досліджуваного зразка:
Визначте масову частку (%) мангану в зразку, якщо ΔS = 0 при С(Мn) = 0,012 %
6. При аналізі бронзи на вміст плюмбуму методом одного еталону мікрофотометром МФ–2 виміряно фотострум від ліній гомологічної пари у спектрах еталону і досліджуваного зразка:
Визначте масову частку (%) плюмбуму в зразку, якщо ΔS = 0 при С(Рb) = 0,21 %.
7. Під час аналізу глини на вміст кальцію методом трьох еталонів мікрофотометром МФ–2 виміряно почорніння ліній гомологічної пари у спектрах еталонів і досліджуваного зразка:
Визначте масову частку (%) кальцію в зразку.
8. При аналізі каталізатора на вміст купруму методом трьох еталонів мікрофотометром МФ-2 виміряно фотострум від ліній гомологічної пари у спектрах еталонів і досліджуваного зразка:
Визначте масову частку (%) купруму в зразку каталізатора.
9. Зробiть обгрунтований вибiр гомологiчної пари лiнiй для кiлькiсного визначення феруму в зразку дюралюмінію, користуючись табличними даними для спектральних лiнiй чистих елементiв:
Орієнтовний вміст феруму в зразку 1%–1,5 %. Вважайте, що iнтенсивнiсть лiнiй прямо пропорційна концентрацiї (коефiцiєнт самопоглинання b=1).
Молекулярно-абсорбційний аналіз
Питання для самостійної підготовки
1. Загальна характеристика фотометричних (абсорбційних) методів аналізу.
2. Основні переваги фотометричних методів аналізу.
3. Вимоги до реакцій, які використовуються в фотометричному аналізі для утворення забарвлених розчинів.
4. Основний закон світлопоглинання (закон Бугера-Ламберта-Бера).
5. Спектр поглинання і причина його утворення.
6. Визначення понять: а)коефіцієнт пропускання Т; б)поглинання (оптична густина) А; в)молярний коефіцієнт поглинання. Зв'язок між ними.
7. Умови застосування закону Бугера-Ламберта-Бера. Причини відхилення від нього.
8. Фактори, від яких залежить оптична густина, молярний коефіцієнт поглинання?
9. Оптимальний діапазон вимірюваних оптичних густин. Як збільшують (зменшують) оптичну густину та вибирають розмір (товщину) кювети?
10. Правило вибору довжини хвилі λ для фотометричних вимірювань.
11. Основні методи фотометричних вимірювань: а) порівняння (одного стандарту); б) калібрувального графіку; в) молярного коефіцієнту поглинання; г) добавок; д) диференційна фотометрія; е) фотометричне титрування.
12. Основні вузли і принципи роботи фотоелектроколориметрів.
13. Світлофільтри, їх призначення і вибір.
14. Суть нефелометричного і турбідиметричного методів аналізу.
15. Суть кінетичних методів аналізу.
Приклади розв’язування типових задач
Задача 1. Визначте молярний коефіцієнт поглинання забарвленого розчину солі кобальту, якщо оптична густина цього розчину при макси мальному поглинанні монохроматичного випромінювання в кюветі товщиною 2 см дорівнює 0,42. Концентрація кобальту в розчині – 1,475 мг в 50 мл.
Розв’язок. Обчислюємо молярну концентрацію розчину кобальту, а потім за законом Бугера-Ламберта-Бера значення молярного коефіцієнту поглинання:
EMBED Equation.3 ,
EMBED Equation.3
Задача 2. Молярний коефіцієнт поглинання забарвленого комплексу ніколу з α-бензоїлоксимом при λ=406 нм має значення ε=12000. Обчислити мінімальну концентрацію ніколу (мг/мл), яку можна визначити фотометрично у кюветі завтовшки 5 см, якщо мінімальне значення оптичної густини, при якому зберігається закон Бугера-Ламберта-Бера, – 0,020.
Розв’язок. Мінімальну молярну концентрацію ніколу визначають, виходячи із закону Бугера-Ламберта-Бера:
EMBED Equation.3
Концентрація в мг/мл зв’язана з молярною співвідношенням:
EMBED Equation.3
Задача 3. Яка товщина шару забарвленого розчину необхідна для послаблення світлового потоку у 10 разів? Коефіцієнт поглинання розчину дорівнює 0,333.
Розв’язок. Згідно закону Бугера-Ламберта інтенсивність світлового потоку послаблюється за залежністю:
EMBED Equation.3 ,
де Іо- початкова інтенсивність потоку світла;
І- інтенсивність світла, що пройшло через розчин;
k – коефіцієнт світлопоглинання,
l – товщина поглинаючого шару, см.
Якщо обидві частини цього виразу поділити на Іо, прологарифмувати і змінити знак на протилежний, то отримаємо: EMBED Equation.3 ,
звідки EMBED Equation.3
Задача 4. Для визначення ніколу в монетному сплаві наважку останнього 6,2501 г розчинили і після відповідної обробки довели об'єм розчину до 100,0 мл. При фотометруванні одержаного розчину значення оптичної густини становило 0,509. Стандартні розчини солі ніколу дали такі результати:
Визначте % вміст ніколу в зразку сплаву.
Розв’язок. Будуємо калібрувальний графік в координатах А-С:: EMBED Excel.Sheet.12
Концентрація ніколу в досліджуваному розчині Сх(Ni)=0,025 г/см3, а його маса : m(Ni)=Сх(Ni)·Vколби=0,025·100=2,5 г.
Масова частка (%) ніколу в сплаві становить: EMBED Equation.3 .
Задача 5. Визначте масову частку (%) вольфраму в дроті, якщо після розчинення його наважки 3,0789 г в колбі об’ємом 250 мл значення оптичної густини одержаного розчину становило 0,384. При фотометруванні розчину з вмістом вольфраму 3,50 мг/л значення оптичної густини дорівнювало 0,545.
Розв’язок. Згідно методу стандартів: EMBED Equation.3
Тоді EMBED Equation.3
Масова частка (%) вольфраму в дроті становить: EMBED Equation.3
Задача 6. Розрахуйте масу феруму в 250 мл водопровідної води за результатами фотометрування методом добавок. Оптична густина 50 мл досліджуваної води становить 0,35. Величина оптичної густини такого ж досліджуваного розчину з додаванням стандартного розчину з вмістом феруму 0,010 моль/л , виміряна в тих самих умовах, складає 0,63. Вважати, що об'єм розчину після добавки феруму не змінюється.
Розв’язок. За формулою методу добавок розраховуємо концентрацію феруму в досліджуваному розчині води :
EMBED Equation.3
Масу феруму у водопровідній воді встановлюємо із співвідношення:
EMBED Equation.3
Задача 7. Розрахуйте вміст меркурію (мг/л) в 10 мл аналізованого розчину за результатами фотометрування методом добавок. Оптична густина досліджуваного забарвленого розчину, приготованого з 2 мл аналізованого розчину, дорівнює 0,22. Величина оптичної густини такого ж досліджуваного розчину з додаванням 10 мкг меркурію, виміряна в тих самих умовах, складає 0,64. Вважайте, що об'єм розчину після добавки меркурію не змінюється.
Розв’язок. Оскільки об’єм розчину після додавання добавки не змінюється, то можна використати спрощений варіант формули методу добавок:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 .
Ця маса меркурію міститься в 2 мл розчину, а у 10 мл:
m=mx·(Vк /Vп)=5,24·(10/2)=26,2 мкг.
Вміст меркурію в розчині рахуємо як:
EMBED Equation.3
Задача 8. Наважку 5,4567 г солі Мора Fe(NH4)2(SO4)2∙6Н2О розчинили в колбі об’ємом 250 мл. Методом фотоколориметричного титрування було встановлено, що на взаємодію з 25 мл цього розчину витрачається 2,45 мл стандартного розчину калій дихромату з концентрацією C(1/6 K2Cr2O7) 0,45 моль/л. Визначте вміст Fe2+ в аналізованій пробі солі Мора.
Розв’язок. В основі визначення лежить реакція:
6 Fe2+ + Cr2O72- + 14 H+ = 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O.
Масу Fe2+ в розчині встановлюємо із співвідношення:
EMBED Equation.3
Масова частка феруму у солі Мора: EMBED Equation.3 .
Задача 9. Для визначення феруму в розчині його пробу об’ємом 20 мл фотометрично відтитрували при довжині хвилі λ=540 нм розчином КMnO4 з титром за ферумом 0,04537 г/мл, одержавши при цьому такі результати:
Обчисліть вміст феруму у досліджуваному розчині (г/мл).
Розв’язок.
Будуємо криву фотометричного титрування в координатах А - VКMnO4: EMBED Excel.Sheet.12
З кривої титрування за точкою перегину визначаємо об’єм титранту в точці еквівалентності: V(КMnO4) т.е.= 2,5 мл.
Маса феруму визначається за формулою:
EMBED Equation.3 ,
а його концентрація в розчині: EMBED Equation.3
Задачі для самостійного розв’язування
1. Визначте молярний коефіцієнт поглинання забарвленого розчину солі купруму, якщо відомо, що оптична густина забарвленого розчину при максимальному поглинанні монохроматичного випромінювання в кюветі з товщиною шару 1 см становить 0,27. Концентрація купруму в розчині становить 0,12 мг в 100 мл розчину.
2. Знайдіть товщину поглинаючого шару для фотометрування забарвленого розчину феруму заліза з молярним коефіцієнтом світлопоглинання 4103 л/(мольсм) при концентрації феруму 2 мг в 50 мл розчину. Оптимальне значення оптичної густини 0,43.
3. Іон двовалентного феруму утворює з фенантроліном комплекс червоного кольору з молярним коефіцієнтом поглинання 1104 л/(мольсм). Розрахуйте значення оптичної густини розчину з концентрацією Fe2+ 1,8710-5 моль/л, якщо товщина кювети 5 см.
4. Молярний коефіцієнт поглинання забарвленої сполуки феруму становить 8350 л/(мольсм). Визначте концентрацію заліза (г/л) в досліджуваному розчині, якщо оптична густина забарвленого розчину, приготованого з 10 мл досліджуваного розчину в мірній колбі об'ємом 100 мл і виміряна в кюветі з товщиною шару 1 см, мала значення 0,755.
5. Яка товщина шару забарвленого розчину необхідна для послаблення падаючого світлового потоку у 8 разів? Коефіцієнт поглинання розчину дорівнює 0,845.
6. Визначте коефіцієнт поглинання забарвленого розчину, якщо відомо, що при проходженні через шар цього розчину товщиною 5 см, початкова інтенсивність світлового потоку зменшилась в 5 разів.
7. Визначте масову частку (%) феруму в солі Мора, якщо її наважку 1,4503 г розчинили, додали необхідні реактиви і довели об’єм розчину до 250 мл. При фотометруванні цього розчину значення оптичної густини становило 0,567. При фотометруванні еталонних розчинів солі феруму були одержані дані:
8. Визначте вміст вольфраму в розчині (г/л), якщо значення його оптичної густини становило 0,538. Для розчину з вмістом вольфраму 2,45 мг/л значення оптичної густини дорівнювало 0,345.
9. Визначте масу купруму в 500 мл досліджуваного розчину в г, якщо при його фотометруванні значення оптичної густини становило 0,462. Оптична густина стандартного розчину з вмістом купруму 410-3 моль/л мала значення 0,596.
10. Кювета об'ємом 10 мл заповнена розчином визначуваної речовини, значення оптичної густини для якої 0,65. При додаванні в розчин 1,0 мл стандартного розчину з концентрацією 5 мкг/л значення оптичної густини збільшилось до 0,80. Розрахуйте концентрацію речовини в досліджуваному розчині.
11. Розрахуйте вміст фенолу в 50 мл аналізованого розчину за результатами фотометрування методом добавок. Оптична густина досліджуваного забарвленого розчину, приготованого з 5 мл аналізованого розчину, дорівнює 0,45. Величина оптичної густини такого ж досліджуваного розчину з додаванням 100 мкг фенолу, виміряна в тих самих умовах, складає 0,85. Вважати, що об'єм розчину після добавки фенолу не змінюється.
12. Методом фотоколориметричного титрування було встановлено, що на 10 мл розчину солі Мора витрачається 1,50 мл робочого розчину з концентрацією C(1/5 КMnO4) 0,05 моль/л. Визначте вміст (г/л) Fe2+ в аналізованому розчині солі Мора.
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ
Потенціометрія, кулонометрія, кондуктометрія
Питання для самостійної підготовки
1. Суть потенціометричних методів аналізу. Відмінність між стандартними і реальними окисно-відновними потенціалами.
2. Рівняння Нернста. Зміст величин, які в нього входять. Принципова схема установки для вимірювання потенціалу.
3. Які електроди називають: а) електродами І, ІІ і ІІІ роду; б) індикаторними електродами; в) електродами порівняння. Вимоги до них. Наведіть приклади.
4. Характеристика водневого, скляного, хлоридно-срібного і каломельного електродів.
5. Характеристика електронообмінних та іонообмінних електродів.
6. Суть методу прямої потенціометрії. Схема установки, основні індикаторні електроди. Визначення рН розчину в потенціометрії.
7. Принцип роботи нормального елемента Вестона та його застосування потенціометрії.
8. Опишіть методи потенціометричного титрування, основані на реакціях нейтралізації, окиснення-відновлення, осадження, комплексоутворення. Наведіть приклади (реакції, електроди, криві титрування, розрахунки).
9. Вимоги до реакцій що використовуються в потенціометричному титруванні.
10. Суть кондуктометричних методів аналізу. Дайте визначення понять: електрична провідність, питома електрична провідність, еквівалентна електрична провідність, гранична електрична провідність, закон Кольрауша.
11. Схема установки для вимірювання електричної провідності.
12. Суть методу прямої кондуктометрії. Особливості, переваги та недоліки методу.
13. Вплив на електричну провідність: а) природи електроліту і розчинника; б) концентрації електроліту; в) температури.
14. Суть методу кондуктометричного титрування? Вкажіть особливості, переваги та недоліки методу.
15. Вигляд кривих кондуктометричного титрування для реакцій: а) кислотно-основної взаємодії; б) осадження; в) комплексоутворення. Від чого він залежить?
16. Методи кондуктометричного титрування, основані на реакціях: нейтра лізації, окиснення-відновлення, осадження, комплексоутворення. Наведіть приклади.
17. Основні закони кулонометричних методів аналізу.
18. Принципова схему кулонометричної установки.
19. Умови використання електрохімічних реакцій в кулонометричному аналізі.
20. Суть методу кулонометрії при постійній силі струму.
21. Приклади кулонометричного титрування: а) електроґенерованими окисни ками або відновниками; б) з використанням реакцій осадження, комплексоутворення та нейтралізації.
22. Опишіть, у чому суть прямої кулонометрії, її переваги та недоліки.
23. Фіксування точки еквівалентності в кулонометричному аналізі. Наведіть приклади.
24. Вимоги ставляться до реакцій, що використовуються в кулонометрії. Вихід за струмом.
25. Процедура кулонометричного визначення натрій тіосульфату електроґене рованим йодом.
28. Кулонометрія при контрольованому потенціалі.
Приклади розв’язування типових задач
Задача 1. Обчисліть масову частку (%) нітратів у зразку, якщо його наважку 24,4911 г розчинили у воді, об’єм довели до 100,0 мл і в одержаному розчині виміряли потенціал нітрат-селективного електроду Ех = 1,14 мВ. У стандартних розчинах з концентрацією С(NO3-) електродні потенціали нітрат-селективного електроду, виміряні відносно хлоридно-срібного електроду, мали значення:
Розв’язок. За даними калібрування необхідно побудувати графік у координатах Е рС(NO3-) (pC=-lgC), з якого можна визначити вміст нітрат-йонів в досліджуваному розчині:
EMBED Excel.Sheet.12
рСх(NO3-) = 2,10, а Сх(NO3-) = 10-2,1= 0,0079 м. Маса нітратів обчислюється за формулою :
EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 ,
а масова частка нітратів у зразку EMBED Equation.3 .
Задача 2. Побудуйте криву потенціометричного титрування в координатах pH-V та визначте концентрацію метиламіну СН3NH3OH в моль/л та г/мл, якщо при титруванні 20,0 мл досліджуваного розчину цієї основи 0,2233 М розчином хлоридної кислоти одержали такі результати :
Розв’язок. Вказаний процес титрування відбувається за реакцією:
СН3NH3OH + HCl ↔ СН3NH3Cl + H2O.
EMBED Excel.Sheet.12
З кривої потенціометричного титрування визначаємо об’єм титранту (HCl) в точці еквівалентності Vт.е. = 15 мл. Тоді за законом еквівалентів молярна концентрація метиламіну становитиме EMBED Equation.3
Вміст в г/мл становить: Сг/мл=(Смоль/л∙∙M(СН3NH3OH)):1000=(0,1675∙49):1000=0,00821 г/мл.
Задача 3. Наважку мідного сплаву 1,0545 г розчинили в HNO3 і після видалення нітрат-йонів випарюванням з H2SO4 розчинили у воді. Об’єм розчину довели до 100,0 мл. До 10,0 мл цього розчину додали надлишок KІ і виділений І2 відтитрували потенціометрично розчином натрій тіосульфату з титром за купрумом Т(Na2S2O3/Cu) = 0,01434 г/мл. Побудуйте криву титрування в координатах Е–V та розрахуйте масову частку (%) купруму у сплаві за результатами титрування:
Розв’язок. Розчинення купруму відбувається за реакціями:
Cu + 4 HNO3(к) →Cu(NO3)2 + 2 NO2↑+ 2 H2O;
Cu(NO3)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2 HNO3 .
Додавання до розчину солі купруму надлишку KІ приводить до виділення йоду:
2 Сu2+ + 4 I-(надл.) → 2 СuI↓+I2,
який титрують розчином натрій тіосульфату за реакцією:
I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62- .
EMBED Excel.Sheet.12
З кривої потенціометричного титрування визначаємо об’єм титранту в точці еквівалентності (Vт.е.)=1,50 мл. Маса купруму в 10 мл досліджуваного розчину: m(Cu)10 = T∙Vт.е = 0,01434∙1,50= 0,02151 г.
В 100 мл цього розчину буде знаходитись:
m(Cu)100=m(Cu)10∙(Vк/Vп) = =0,02151∙(100/10)=0,2151 г.
Масова частка купруму в зразку: EMBED Equation.3 .
Задача 4. Аналізовану суміш NaOH і NH4OH помістили у мірну колбу об’ємом 250 мл і довели водою до риски. При кондуктометричному титруванні 50,0 мл цього розчину 0,0200 М розчином НСl отримали дані:
Побудуйте криву титрування, встановіть точки еквівалентності та обчисліть масу (г) NaOH i NH4OH у вихідній суміші.
Розв’язок. У суміші сильної та слабкої основи до початку титрування концентрація ОН- фактично дорівнює концентрації сильної основи, тому що дисоціація слабкої основи практично повністю пригнічена. Тому спочатку титрант буде реагувати з сильною основою, а кількість (моль) титранту в першій точці еквівалентності буде дорівнювати кількості моль сильної основи:
1 кислоти= сильної основи.
Продовження титрування після першої точки еквівалентності призведе до титрування слабкої основи, а кількість (моль) титранту, який витрачається між першою і другою точками еквівалентності, дорівнює кількості (моль) слабкої основи:
1 кислоти- 2 кислоти= слабкої основи.
EMBED Excel.Sheet.8
З кривої кондуктометричного титрування визначаємо об’єми титранту в точках еквівалентності (V1т.е.)=7,0 мл, (V2т.е.)=15,0 мл. Тоді маса натрій гідроксиду визначається за формулою:
EMBED Equation.3 ,
а маса амоній гідроксиду відповідно:
EMBED Equation.3
Задача 5. Для визначення концентрації HCN використовують залежність питомої електричної провідності æх від вмісту кислоти в розчині:
Побудуйте калібрувальний графік у координатах -lgæx–(-lgC(HCN)) і визначте концентрацію ціанідної кислоти, якщо питома електрична провідність її розчину cтановить 2,5·10-4 Ом–1·см–1.
Розв’язок. Для побудови калібрувального графіка необхідно провести ряд розрахунків:
EMBED Excel.Sheet.12
З калібрувального графіка визначаємо концентрацію ціанідної кислоти при -lgæх= -lg( 2,5·10-4)=3,6.
Якщо lgCx= -2,14, то концентрація ціанідної кислоти в розчині становить С(HCN)=10-2,14=7,24·10-3 моль/л.
Задача 6. Наважку сполуки 0,6200 г, яка містить церій (IV), розчинили у мірній колбі об'ємом 50,0 мл. З неї відібрали пробу об’ємом 10 мл і церій (IV) кулонометрично відтитрували до церію (IІІ) при силі струму 150 мА протягом 3 хв 45 с. Визначте масову частку (%) церію в досліджуваній сполуці.
Розв’язок. Відновлення церію (IV) на катоді відбувається за схемою:
Се4+ + 1 е → Се3+.
Маса церію в 10 мл розчину визначається за законом Фарадея:
EMBED Equation.3 де 225 с =3 хв 45 с.
Тоді в 50 мл розчину знаходилося EMBED Equation.3 , а масова частка церію у сполуці відповідно становила:
EMBED Equation.3 .
Задача 7. При визначенні ізотопу урану наважку 0,0321 г солі U4+ кулонометрично відтитрували до U6+ при силі струму 100 мА протягом 4 хв 20 с. Визначте молярну масу еквіваленту ізотопу урану.
Розв’язок. Переводимо час в с: 4 хв 20 с = 260 с.
Титрування відбувається за схемою:
U4+-2 е → U6+.
Оскільки EMBED Equation.3 , то EMBED Equation.3
Задачі для самостійного розв’язування
1. Побудуйте криву потенціометричного титрування в координатах рН V та визначте концентрацію НСООН (моль/л) та (г/л), якщо при титруванні 20,0 мл розчину цієї кислоти 0,2000 М розчином NаОН отримали такі результати:
Вкажіть електроди, з якими можна провести це титрування.
2. У стандартних розчинах солі маґнію з концентрацією С(Mg2+) виміряли електродні потенціали маґнійселективного електрода:
Наважку зразка масою 0,4312 г, який містить маґній, розчинили у воді й об’єм довели до 150,0 мл. Потім виміряли потенціал маґнійселективного електроду в одержаному розчині Ех = 120 мВ. Побудуйте калібрувальний графік у координатах Е рС(Mg2+) та обчисліть масову частку (%) маґнію в зразку.
3. Наважку сплаву 0,7500 г розчинили в HNO3 і після видалення нітрат-йонів випарюванням з H2SO4 розчинили у воді. Об’єм розчину довели до 250,0 мл. До 20,0 мл цього розчину додали надлишок KІ і виділений І2 відтитрували потенціометрично розчином натрій тіосульфату з титром за купрумом Т(Na2S2O3/Cu) = 0,01664 г/мл. Побудуйте криву титрування в координатах Е–V та розрахуйте масову частку (%) купруму у сплаві за даними:
Запишіть рівняння реакцій і вкажіть електроди для цього титрування.
4. При титруванні 40,0 мл розчину, що містить NaOH і NH4OH, 0,0500 М розчином НСl отримали дані:
Побудуйте криву титрування, встановіть точки еквівалентності та обчисліть концентрації (г/л) NaOH i NH4OH в розчині.
5. Для визначення концентрації HF використали залежність питомої електропровідності æ від вмісту кислоти в розчині:
Побудуйте калібрувальний графік в координатах –lgæ – (-lgC(HF)) і визначте концентрацію фторидної кислоти, якщо її питома електропровідність cтановить 9,2·10-4 Ом–1·см–1.
6. Аналізовану суміш HCl i CH3COOH помістили в мірну колбу місткістю 50,0 мл і довели водою до риски. При титруванні 10,0 мл цього розчину 0,1000 М розчином NaOH отримали такі результати:
Побудуйте криву титрування і визначте масу HCl i CH3COOH (г) у суміші.
7. Титрування 20,0 мл розчину, який містить уран (ІV), провели кулоно метричним методом за допомогою йонів церію (IV), які електроґене руються з церію (ІІІ) у сульфатнокислому середовищі при постійній силі струму 0,50 мА. Точку еквівалентності визначили кондуктометрично, час електролізу становив 180 с. Визначте вміст урану в мг/л. Запишіть електродні та хімічну реакції.
8. Наважку алюмінію 3,0000 г розчинили і домішки йонів Fe3+ кулонометрично відтитрували йонами Sn2+, електроґенерованими з Sn4+ при постійній силі струму 3,0 мА. Точку еквівалентності зафіксували потенціометрично. Електроліз тривав 10 хв 30 с. Визначте масову частку феруму в алюмінії (%). Запишіть рівняння електродних і хімічної реакцій.
9. При потенціометричному титруванні 20,0 мл розчину NaCl 0,2000 M розчином AgNO3 отримали такі результати:
Побудуйте криву титрування і визначте концентрацію NaCl у розчині (г/л).
10. Для визначення H2C2O4 у розчині 20,0 мл досліджуваного розчину кулонометрично відтитрували йонами MnO4, електроґенерованими з Mn2+ в сульфатнокислому середовищі. Процес тривав 15 хв при постійній силі струму 25,0 мА. Розрахуйте концентрацію H2C2O4 в мг/л. Запишіть електродні та хімічну реакції.
11. З наважки 0,0800 г руди уран перевели в U4+ і відтитрували розчином калій перманґанату з концентрацією С(1/5 KMnO4) = 0,0100 Н:
2MnO4 + 5U4+ + 2H2O 2Mn2+ + 5UO22+ + 4H+
Розрахуйте масову частку урану в руді (%) за результатами потенціометричного титрування:
12. Побудуйте криву титрування і визначте концентрацію KCN в розчині (г/л), якщо при потенціометричному титруванні 20,0 мл розчину KCN 0,1000 М розчином AgNO3 отримали такі результати:
Полярографічні методи аналізу
Питання для самостійної підготовки
1. Суть полярографічних методів аналізу.
2. Принципова схему полярографа та призначення його основних частин.
3. Основні ділянки вольтамперної кривої та спосіб її запису.
4. Залишковий струм, його складові та зміна з ростом потенціалу електроду.
5. Потенціал виділення, потенціал півхвилі. Фактори, що впливають на значення потенціалу півхвилі.
6. Якісний полярографічного аналізу.
7. Стадії електродного процесу, що супроводжують відновлення (окиснення) електродноактивної речовини.
8. Рівняння полярографічної хвилі та його використання в проведенні якісного аналізу.
9. Граничний дифузійний струм та його зв’язок з концентрацією деполяриза тора в розчині.
10. Причини виникнення міґраційного струму та способи його усунення.
11. Характеристики фонового розчину. Призначення та його вплив на вольт-амперну криву.
12. Поляризація електроду. Види поляризації та причини її виникнення.
13. Причини виникнення максимумів на полярограмах та способи їх усунення.
14. Рівняння Ільковича, характеристика величин, що в нього входять. Практич не застосування цього рівняння.
15. Кількісний полярографічний аналіз методом одного стандартного розчину.
16. Кількісний полярографічний аналіз методом калібрувального графіку.
17. Кількісний полярографічний аналіз методом добавок.
18. Суть розрахункового методу визначення концентрації та його недоліки.
20. Приклади полярографічних визначень в неорганічній та органічній хімії.
21. Галузі застосування, переваги та недоліки полярографії.
22. Суть амперометричного титрування.
23. Схема пристрою для проведення амперометричного титрування.
24. Приклади хімічних реакцій амперометричного титрування.
25. Вигляд кривих амперометричного титрування. Чим пояснюється зміна сили струму на окремих ділянках?
26. Рівняння реакцій в розчині та на електродах при амперометричному титруванні плюмбуму та барію розчином калій дихромату.
27. Області застосування, переваги та недоліки методу амперометричного титрування.
28. Будова крапельного ртутного електроду його переваги та недоліки, можливості використання твердих електродів.
29. Процеси, які відбуваються на неполяризованих електродах. Які електроди не поляризуються?
30. Суть і переваги нових варіантів полярографії: а) зміннострумової; б) амальгамної з нагромадженням; в) осцилографічної?
Приклади розв’язування типових задач
Задача 1. Для визначення домішки цинку у стоматологічному сплаві його наважку 0,0785 г розчинили, перенесли у мірну колбу місткістю 5...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора