Материал: MU_SRS_AKhiFKhMA

3. Контрольная работа № 2

Приступая к выполнению заданий контрольной работы №2,студент должен проработать по рекомендуемой литературе следующие вопросы:

-сущность гравиметрического анализа, классификация методов в гравиметрии;

-требования, предъявляемые к реакциям, осадкам, выбору осадителя и его количеству;

-влияние различных факторов на растворимость осадков, явления соосаждения и окклюзии;

-образование кристаллических и аморфных осадков, их свойства;

-техника общих операций гравиметрического метода (растворение, осаждение, фильтрование, промывание, высушивание и прокаливание осадков);

-область применения и возможности титриметрических методов анализа, их классификации;

-стандартные вещества и предъявляемые к ним требования;

-рабочие и стандартные растворы, способы их приготовления и стандартизации, условия хранения;

-фактор эквивалентности и расчёт молярной массы эквивалента вещества;

-способы фиксирования точки стехиометричности;

-индикаторы, общая характеристика (интервал перехода, показатель титрования), предъявляемые к ним требования, механизм изменения окраски индикаторов;

-построение и анализ кривых титрования, выбор индикатора;

-расчёт результатов анализа.

3.1. Примеры расчётов в гравиметрическом методе

Для определения того или иного элемента (или соединения) в ходе гравиметрического анализа по методу осаждения взвешивают эквивалентное количество другого соединения - гравиметрическую (весовую) форму. Так, при определении бария в сульфате бария взвешивают не элементарный барий, а полученную при анализе гравиметрическую форму - BaSO₄ ,а массу бария рассчитывают по формуле:

, г (11)

Вычисляют фактор пересчёта (гравиметрический фактор), т.е. отношение молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы :

(12)

Вместо формулы (11) можно записать :

m(Ba) = m(BaSO₄) ^. F , г (13)

При анализе, имеющем практическое значение, в большинстве случаев рассчитывают массовую долю (%) определяемого компонента в анализируемом веществе :

(14)

Р Е Ш Е Н И Е Т И П О В Ы Х З А Д А Ч

З а д а ч а 1. Вычислить навеску Ca₃(PO₄)₂ ,если степень чистоты его 98 % и масса гравиметрической формы - CaO равна 0,6455 г.

Р е ш е н и е. 1) Рассчитывают гравиметрический фактор :

2) Находят массу чистого фосфата кальция, соответствующую 0,6455 г CaO:

m(Ca₃(PO₄)₂) = m(CaO) ^. F = 0,6455 ^. 1,843 = 1,1897г.

Следует отметить, что точность гравиметрических методов определяется погрешностью взвешивания на аналитических весах (в зависимости от конструкции - (1 - 2)^.10^-4 г), поэтому массу вещества (в граммах) записывают до четырёх цифр после запятой.

3) Рассчитывают навеску фосфата кальция по известной степени чистоты анализируемого вещества :

q(Ca₃(PO₄)₂) = = 1,2140 г.

О т в е т: навеска фосфата кальция равна 1,2140 г.

З а д а ч а 2. Рассчитать массовую долю алюминия в образце Al(NO₃)₃^.9H₂O, если навеска анализируемого образца равна 1,7000 г, а масса гравиметрической формы Al₂O₃ - 0,2865 г.

Р е ш е н и е. 1) Находят гравиметрический фактор :

2) Рассчитаем массовую долю алюминия по формуле (14) :

W = = 8,92 %

О т в е т: массовая доля алюминия в образце составляет 8,92 %.

3.2. Примеры расчётов в титриметрическом методе

Расчёты результатов титриметрического анализа основаны на законе эквивалентов, согласно которому вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах, которые рассчитываются по формуле :

(15)

При решении задач рекомендуется придерживаться следующего плана:

1) выяснить метод анализа и составить соответствующую реакцию;

2) обратить внимание на достаточность данных в условии задачи (недостающие величины следует найти в справочной литературе);

3) обозначить количество каждого реагирующего вещества числом эквивалентов и составить расчётную формулу;

4) обратите внимание на размерность величин, они должны быть приведены к одной системе единиц;

5) ввести числовые значения в расчётную формулу и произвести вычисления.

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

З а д а ч а 1. Рассчитать навеску тетрабората натрия, необходимую для приготовления 500 см³ раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1500 моль/дм³

Р е ш е н и е. 1) Вычисляют фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента Na₂B₄O₇^.10H₂O

Тетраборат натрия применяется в качестве стандартного вещества в методе кислотно-основного титрования : f(Na₂B₄O₇)^.10H₂O = 1/2.

М(1/2 Na₂B₄O₇^.10H₂O) = 1/2M(Na₂B₄O₇^.10H₂O) = 1/2^.381,4 = 190,7 г/моль

2) Рассчитывают навеску тетрабората натрия по формуле (15) :

q =0,1500^.0,5^.190,7 = 14,3025 г.

О т в е т : для приготовления раствора требуется 14,3025 г тетрабората натрия.

З а д а ч а 2. Рассчитать навеску дихромата калия, необходимую для приготовления 250 см³ раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,0500 моль/дм³.

Р е ш е н и е. 1) Вычисляют фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента К₂Cr₂O₇

Восстановление дихромата калия, являющегося стандартным веществом в методе йодометрии, протекает по реакции :

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6е = 2Cr³⁺ + 7H₂O

Поскольку в полуреакции участвует 6 электронов, то f= 1/6 и

M(1/6 К₂Cr₂O₇) = 1/6M(К₂Cr₂O₇) = 1/6^.294,18 = 49,03 г/моль.

2) Рассчитаем навеску К₂Cr₂O₇ по формуле (15) :

q = 0,0500^.0,250^.49,03 = 0,6129 г.

О т в е т : для приготовления раствора требуется 0,6129 г дихромата калия.

З а д а ч а 3. Вычислить объём раствора азотной кислоты плотностью р=1,180 г/см³, необходимый для приготовления 3 дм³ раствора с молярной концентрацией эквивалента приблизительно 0,20 моль/дм³.

Р е ш е н и е. 1) Рассчитывают массу безводной азотной кислоты, требующуюся для приготовления 3 дм³ раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,20 моль/дм³.

F(HNO₃) = 1 , M(1/1HNO₃) = M(HNO₃) = 63 г/моль.

c(1/1HNO )^.V(дм³)

m(HNO₃) = 0,20^.3^.63 = 37,8 г.

2) По плотности раствора HNO₃ находят в справочнике массовую долю азотной кислоты. Раствор с массовой долей 30 % масс. имеет плотность 1,18 г/см³. Это значит, что в 100 г раствора содержится 30 г HNO₃.

3) Рассчитывают, в каком количестве 30% масс. раствора содержится 37,8 г безводной азотной кислоты. Для этого составляют пропорцию :

В 100 г раствора содержится 30 г

В Х г  37,8 г

4) Рассчитывают объём раствора с массовой долей HNO₃ - 30 % масс.

О т в е т : Необходимый объём раствора HNO₃ равен 106,8 см³.

З а д а ч а 4. Сколько граммов H₂SO₄ содержится в 500 см³ раствора, если на титрование 25,00 см³ этого раствора расходуется 20,25 см³ раствора NaOH c молярной концентрацией эквивалента 0,1150 моль/дм³ ?

Р е ш е н и е. 1) Выясняют метод анализа и записывают реакцию. Эта задача относится к методу кислотно-основного титрования :

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

f(H₂SO₄) = 1/2, M(1/2 H₂SO₄) = 1/2M(H₂SO₄) = 49,04 г/моль.

2) Рассчитывают молярную концентрацию эквивалента H₂SO₄, применяя закон эквивалентов (количество моль эквивалента серной кислоты должно равняться количеству моль эквивалента гидроксида натрия) :

n(1/2 H₂SO₄) = n(1/1NaOH);

c(1/2 H₂SO₄) ^. V(H₂SO₄) = c(1/1NaOH) ^. V(NaOH)

откуда с(1/2 H₂SO₄) = = 0,09315 моль/дм³

3. Находят титр раствора серной кислоты :

4) Вычисляют массу H₂SO₄ в 500 см³ раствора :

m(H₂SO₄) = T(H₂SO₄) ^. V = 4,568^.10^{-3 .} 500 = 2,2840 г.

О т в е т : в 500 см³ раствора содежится 2,2840 г H₂SO₄.

З а д а ч а 5. Рассчитать массу перманганата калия в растворе, если после его замещения на I действием избытка KI и H₂SO₄ на титрование затрачено 24,50 см³ раствора тиосульфата натрия, титр которого равен 3,971^.10^-2 г/см³.

Р е ш е н и е. Выясняют метод анализа и составляют реакции. Эта задача относится к редоксиметрическому титрованию (йодометрия), которое проводят по методу замещения. При взаимодействии KMnO₄ c раствором, содержащим избыток КI и H₂SO₄ ,происходит замещение KMnO₄ эквивалентным количеством I :

2 MnO₄^- + 8H⁺ + 5е = Mn²⁺ + 4H₂O

5 2I^- - 2е = I₂

2MnO₄^- + 10I^- + 16H⁺ = 2Mn²⁺ + 5I₂ + 8H₂O

n(1/5KMnO₄) = n(1/2I₂)

Затем выделившийся йод оттитровывают раствором Na₂S₂O₃ :

1 I₂ + 2е = 2I^-