В таблице 3 приведены основные формулы и обозначения, используемые при решении задач по теме «Растворы».

 

Таблица 3 - Основные формулы и обозначения, используемые для решения задач по теме «Растворы».

 

Величина	Обозначение	Размерность	Формула
Массовая доля растворенного вещества	ω	безразмерная величина	ω = m в / mр В расчетах ω выражают в долях единицы
Плотность раствора	ρ	г/мл	ρ(г/мл) = mр (г)/ Vр (мл)
Молярная концентрация (молярность)	СМ	моль/л	СМ = n в/ Vр или СМ = m в/ (Mв.Vр ) так как n в = m в/ Mв
Молярная концентрация эквивалентов (нормальность)	н	мольэкв/л	н = nэкв. в/ Vр н = nв. Z / Vр н = mв.Z/ (Mв.Vр)
Моляльная концентрация (моляльность)	Сm	моль/кгр-ля	Сm = mв(г) / (Mв(г/моль). m s (кг)) Масса растворителя выражается в килограммах!
Молярная масса эквивалентов вещества	Мэкв	г/мольэкв	Мэкв = Мв / Z

 

Формулы перехода от одного способа выражения концентрации к другому:

1) С_М ↔ н (молярность ↔ нормальность):

 

н = С_М ^. Z

 

СМ = н / Z или СМ = н . f

 

2) С_М ↔ ω (молярность ↔ массовая доля):

 

С_М = ω ^. ρ(г/мл) ^. 1000(мл/л) / М(г/моль)

 

ω = М ^. С_М/(ρ ^. 1000)

 

Примеры решения задач по теме «Растворы»

 

Для удобства расчетов будем выражать массовые доли растворенных веществ в долях единицы (Например: 96%→0,96; 15%→0,15).

Пример 1. Какой объем 96%-ной серной кислоты (r = 1,84 г/мл) и какую массу воды нужно взять для приготовления 100 мл 15% раствора H₂SO₄ (r = 1,10 г/мл).

Решение.

Расчетные формулы:

а) w (раствора) = m (раств. вещества) / m (раствора);

б) m (раствора) = V (раствора) × r(раствора);

в) m (растворителя) = m (раствора) - m (растворенного вещества).

1) Найдем массу 100 мл 15% раствора H₂SO₄ (формула б).

100мл ×1,10г/мл = 110г.

2) рассчитаем массу «безводной» H₂SO₄, содержащаяся в 110 г этого раствора (формула а).

0,15×110г = 16,5 г.

3) найдем массу 96% раствора, которая содержит 16,5г H₂SO₄

(формула а):

16,5г / 0,96= 17,19г.

4) Рассчитаем объем этого раствора (формула б):

17,19г / 1,84г/мл = 9,34мл.

Следовательно, искомый объем исходного рас­твора H₂SO₄ равен 9,34 мл.

Итак, для приготовления 100 мл 15% раствора H₂S0₄ тре­буется 9,34мл 96% раствора H₂SO₄ и 110г — 16,5г = 93,5г Н₂О.

Пример 2. Какой объем воды нужно прибавить к 200 мл 30% раствора NaOH (p = 1,33 г/мл) для получения 10% рас­твора щелочи?

Решение.

Находим массу 200мл 30% раствора NaOH: 200мл×1,33г/мл = 266г.

Находим массу NaOH в этом растворе: 266г×0,3 = 79,8г.

Находим массу 10% раствора NaOH: 79,8г / 0,1 = 798г.

Находим массу воды в этом растворе: 798г-79,8г = 718,2г.

Поскольку плотность воды при комнатной температуре близка к 1г/мл, объем воды составит 718,2г×1г/мл = 718,2мл.

Пример 3. Найти нормальность и молярность 15% раствора H₂S0₄ (p = 1,10 г/мл).

Решение. По определению массовой доли в 15% растворе на 100 массовых частей раствора приходится 15массовых частей растворенного вещества, следовательно, количество (n) H₂S0₄ в 100г раствора равно 15г / 98г/моль = 0,153моль,

количество эквивалентов H₂S0₄ равно 15г / 49г/моль = 0,306моль,

Рассчитываем молярность и нормальность раствора: объем 100г раствора равен 100г/1,10 г_/ мл = 90,9мл или 0,0909л.

С_м = 0,153моль / 0,0909л = 1,68моль/л.

н = 0,306моль/0,0909л = 3,36моль/л.

Для решения этой задачи можно воспользоваться общей формулой перехода от одного способа выражения состава вещества к другому:

 

С_М = ω ^. ρ(г/мл) ^. 1000(мл/л) / М(г/моль)

 

Подставляем данные задачи и получаем:

С_М = (0,15 ^. 1,10г/мл ^. 1000мл/л)/98г/моль = 1,68 моль/л

н = 1,68г/мл ^. 2 = 3,36 моль_экв/л

Пример 4. Какие объемы 2 М и 6 М растворов НС1 нужно смешать для приготовления 500 мл 3 М раствора? Изменением объема при смешивании растворов пренебречь.

Решение. В 500 мл (500мл = 0,5л) 3 М раствора содержится 0,5л×3моль/л = 1,5моль НС1. Обозначим нужный объем 6 М раствора че­рез х, тогда необходимый объем 2 М раствора равен (0,5— х) л. В х л 6 М раствора содержится 6х моль НС1, а в (0,5—х)л 2 М раствора — 2(0,5 —х) моль НС1. Так как общее количество растворенного вещества должно составлять 1,5моль, можно написать:

6х + 2(0,5 —х) =1,5; х = 0,125(л) или 125мл.

Значит, для приготовления требуемого раствора надо взять 125 мл 6 М и 375 мл 2 М раствора соляной кислоты НС1.

Пример 5. Для нейтрализации 42 мл раствора H₂SO₄ потребовалось добавить 14мл 0,3н. раствора щелочи. Определить молярность раствора H₂SО₄.

Решение. Поскольку вещества взаимодействуют в экви­валентных количествах, (количества эквивалентов вещества кислоты и щелочи равны) можно написать:

н_к ×V_к = н_щ ×V_щ

где н_к и н_щ — нормальности кислоты и щелочи; V — соответствующие объемы. Следовательно

н(H₂S0₄) × 42мл (H₂S0₄.) = 0,3моль_экв/л(щелочи)×14мл(щелочи)

т.е. молярная концентрация эквивалентов кислоты составляет 0,1моль/л. Фактор эквивалентности серной кислоты ра­вен1/2. Отсюда молярность кислоты = 0,1моль/л × 1/2 = 0,05 моль/л.

Пример 6. При 60^оС насыщенный раствор KNO₃ содержит 52,4% соли. Найти коэффициент растворимости соли при этой температуре.

Решение.

Исходя из определения массовой доли, в 100г 52,4% раствора содержится 52,4г соли и 47,6г растворителя (воды). Коэффициент растворимости находим из соотношения:

на 47,6 г Н₂О приходится 52,4 г KNO₃, следовательно на 100г Н₂О потребуется 100×52,4/47,6 = 110,08(г) KNO_3.

Таким образом, растворимость КNО₃ при 60°С равна 110 г в 100 г Н₂О.

Пример 7. При охлаждении 300 г 15% раствора часть рас­творенного вещества выпала в осадок, и концентрация раствора стала равной 8%. Чему равна масса выпавшего в осадок ве­щества?

Решение. В 300г 15% раствора содержится 45г раство­ренного вещества (300×0,15) и 255 г растворителя (300-45). При охлаждении масса растворителя не изменилась. Содержание растворенного вещества в 255г растворителя находим из соотношения:

если 92г растворителя содержат 8 г растворенного вещества (по определению массовой доли), то в 225г растворителя содержится 255×8/92=22,2(г) растворенного вещества.

Таким образом, при охлаждении раствора в осадок выпало 45—22,2=22,8(г) растворенного вещества.

Пример 8. В каких массовых соотношениях следует смешать 50% и 10% растворы серной кислоты, чтобы получить 20% раствор?

Задачи на смешивание и разбавление растворов удобно решать, используя правило смешения (правило «креста»). Массовые доли исходных растворов записывают друг под другом. Справа между ними (по центру) записывают массовую долю раствора, который следует получить. Затем по диагонали выполняют действия вычитания (из большего значения массовой доли вычитают меньшую), результат операции вычитания, показывает в каком массовом соотношении следует смешивать исходные растворы. Концентрация чистого растворителя, которым разбавляют исходный раствор, принимается равной нулю.

Решение:

Массовые доли исходных растворов	Массовая доля получаемого раствора	Результат операции вычитания
50
	20

 

Стрелками показаны направления операций вычитания.

Ответ: для приготовления 20% раствора следует смешать 10 массовых частей 50% раствора и 30 массовых частей 10% раствора, или 50% и 10% растворы следует смешать в массовом отношении 1:3.

Пример 9. Сколько мл воды следует прибавить к 100 г 70 % раствора уксуса, чтобы получить 9 % раствор?

 

 

Решение по правилу «креста»:

Массовые доли исходных растворов	Массовая доля получаемого раствора	Результат операции вычитания
70
	9

Согласно расчетам, к 9 массовым частям 70% уксусной кислоты следует прибавить 61 массовую часть воды. Поскольку 9 массовых частей по условию задачи составляют 100г (масса исходного раствора кислоты), то масса воды составит (100г/9) ^. 61 = 677,8 г. Объем воды будет равен 677,8г ^. 1г/мл = 677,8 мл

Задачи

1. Выразить в процентах концентрацию раство­ра, содержащего в 250 г воды 10г глюкозы.

2. Сколько граммов Na₂SO₄ потребуется для приготовления 5л 10% раствора (ρ=1,075г/мл)?

3. 4 мл 25% раствора содержат 0,458 г раство­ренного вещества. Какова плотность этого раствора?

4. Из 400 г 40% раствора H₂SO₄ выпариванием удалили 80 г воды. Чему равна массовая доля оставшегося раствора?

5. При 25°С растворимость NaCl равна 36,0г в 100г воды. Выразить в процентах состав насыщенного раствора.

6. Сколько граммов 20% раствора NaCl нужно добавить к 200г воды, чтобы получить 10% раствор соли?

7. В какой массе воды надо растворить 10л НС1 (объем измерен при нормальных условиях), что­бы получить 10% раствор НС1?

8. Какую массу 10% раствора КОН надо до­бавить к 2кг 40% раствора, чтобы получить 30% раствор?

9. Определите массовую долю раствора, полученного смешиванием 300г 25% и 400г 40% растворов.

10. Из 400г 20% раствора при охлаждении выделилось 50г растворенного вещества. Какова массовая доля оставшегося раствора?

11. Какой объем воды надо прибавить к 100мл 20% раствора H₂S0₄ (p=l,14 г/мл), чтобы получить 5% раствор?

12. К 500 мл 32% НNО₃ (р=1,20г/мл) приба­вили 1л воды. Чему равна массовая доля НNО₃ в полученном растворе?

13. До какого объема надо разбавить 500 мл 20% раствора NaCl (ρ = 1,152 г/мл), чтобы получить 4,5% раствор (ρ = 1,029 г/мл)?

14. Найти массовую долю раствора азотной кислоты, в 1 л которого содержится 224г HNO₃ (ρ =1,12 г/мл).

15. Плотность 26% раствора КОН равна 1,24 г/мл. Какое количество (моль) КОН находится в 5л раствора?

16. Для приготовления 5% раствора MgSО₄ взято 400г MgSO₄×7H₂O. Найти массу полученного рас­твора.

17. Определить массовую долю CuSO₄ в растворе, полученном при растворении 50г медного купороса CuSO₄×5H₂O в 450г воды.

18. В какой массе воды нужно растворить 25г CuSO₄×5H₂O, чтобы получить 8% раствор CuS0₄?

19. Сколько граммов Na₂SO₄×10H₂O надо рас­творить в воде, чтобы получить 2л 0,1М раствор Na₂SO₄?

20. Найти массу NaNO₃ необходимую для при­готовления 300 мл 0,2 М раствора.

21. Сколько граммов Na₂CO₃ содержится в 500 мл 0,25н. раствора?

22. В каком объеме 0,1н. раствора содержится 8г CuSO₄?

23. Найти молярность 36,2% раствора НС1, плот­ность которого 1,18 г/мл.

24. В каком объеме 1 М раствора и в каком объеме 1н. раствора содержится 114 г A1₂(SO₄)₃?

25. Сколько миллилитров 96% раствора H₂SO₄ (ρ = 1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 1л 0,25н. раствора?

26. Сколько миллилитров 0,5 М раствора H₂SO₄ можно приготовить из 15 мл 2,5 М раствора?

27. Какой объем 0,1 М раствора Н₃РО₄ можно приготовить из 75 мл 0,75 н. раствора?

28. Какой объем 6,0 М раствора НС1 нужно взять для приготовления 250 мл 2,5 М раствора НС1?

29. Вычислить массовую долю 9,28 н. раствора NaOH (ρ = 1,310 г/мл).

30. Плотность 15% раствора H₂SO₄ равна 1,105 г/мл. Вычислить: а) нормальность; б) молярность раствора.

31. Сколько миллилитров 2н. раствора H₂SO₄ по­требуется для приготовления 500 мл 0,5 н. раствора?

32. Какой объем 0,05н. раствора можно получить из 100 мл 1н. раствора?

33. Какой объем 2 М раствора Na₂CO₃ надо взять для приготовления 1л 0,25н. раствора?

34. Сколько миллилитров концентрированной со­ляной кислоты (р = 1,19 г/мл), содержащей 38% НС1, нужно взять для приготовления 1л 2н. раствора?

35. К 100 мл 96%-ной H₂SO₄ (плотность 1,84 г/мл) прибавили 400 мл воды. Получился раствор плотно­стью 1,220 г/мл. Вычислить его массовую долю и молярную концентрацию эквивалентов.

36. Рассчитать нормальность концентрированной соляной кислоты (плотность 1,18г/мл), содержащей 36,5% НС1.

 

2. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

 

2.1 ПРИНЦИПЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

 

Химические методы качественного анализа основаны на превращении анализируемого вещества в новые соединения, обладающие определенными свойствами, позволяющие произвести идентификацию полученного вещества. В качественном анализе используются только такие реакции, которые сопровождаются определенным хорошо заметным внешним эффектом: изменением окраски раствора, выпадением или растворением осадка, выделением газов, обладающих характерным запахом или цветом. Такие реакции называются реакциями «открытия» того или иного вещества или компонента.

Некоторые соли и оксиды металлов могут растворяться в расплавленном фосфате натрия-аммония NaNH₄HPO₄ ^. 4H₂O или тетраборате натрия Na₂В₄O₇ ^. 10H₂O образуя характерные по внешнему виду стекла (перлы). Соединения хрома дают изумрудно-зеленые перлы, соединения кобальта – синие, соединения марганца – фиолетовые, соединения железа – желто-бурые, соединения никеля – красно-бурые. По окраске перлов можно судить о присутствии того или иного иона в растворе.

В некоторых случаях для открытия ионов можно использовать эффект окрашивания бесцветного пламени, возникающий при внесении в него летучей соли металла (пирохимический анализ). Приемы пирохимического анализа используют в качестве предварительного испытания при анализе смеси сухих веществ или в качестве проверочных реакций. В таблице 4 указаны цвета окрашивания пламени некоторыми катионами металлов.

Некоторые катионы образуют соли и гидроксиды характерного цвета (таблица5). Цвет вещества является дополнительным идентификационным признаком.

 

Таблица 4 – Окрашивание пламени летучими солями металлов

Катион	Цвет пламени
Натрия	Желтый
Калия	Сиреневый
Рубидия и цезия	Розово-фиолетовая
Лития и стронция	Карминово-красный
Бария	Желто-зеленый
Кальция	Кирпично-красный
Меди	Голубой или зеленый
Свинца, мышьяка, сурьмы	Бледно-голубой

 

 

Таблица 5 – Цвет солей и гидроксидов некоторых катионов

Соли (хлориды, сульфаты, нитраты)	Цвет
Меди (II) (гидратированные)	Голубой (оттенки до синевато-зеленых)
Меди (II) (безводные)	Белый
Никеля	Зеленый
Кобальта (безводные)	Синий
Кобальта (водные)	Розовый
Хрома (Сr+3)	Зеленый. Свежеприготовленный раствор -зеленый. С течением времени раствор приобретает фиолетовый оттенок
Марганца (II)	Бледно-розовый (в растворах -бесцветный)
Железа (III)	Желто-бурый (цвет ржавчины)
Сульфиды
Меди (II)	Черно-коричневый
Никеля	Черный
Кобальта (водные)	Черный
Марганца (II)	Телесный
Железа (III)	Черный
Гидроксиды
Меди (II)	Голубой
Никеля	Зеленый
Кобальта (водные)	Розовый. (Обычно при действии щелочей на соли кобальта образуется основные соли синего цвета, при действии избытка щелочи образуется Со(ОН)2 розового цвета)
Хрома (Сr+3)	Серо-зеленый или серо-фиолетовый
Марганца (II)	Белый, на воздухе становится бурым
Железа (III)	Цвет ржавчины

 

Выполнение качественного анализа сопряжено со многими трудностями. Например, различные ионы с одним и тем же реагентом могут образовывать сходные по внешнему виду продукты, мешая открытию друг друга. Поэтому анализ вещества следует проводить таким образом, чтобы можно было удалить все мешающие ионы, прежде чем открывать нужный. Последовательность реакций, удовлетворяющая этому требованию, называется систематическим ходом анализа. При выполнении систематического анализа катионы удаляют не по одному, а целыми группами с помощью групповых реагентов. Применение групповых реагентов и осаждение катионов целыми группами имеет большое значение, поскольку если катионы какой- либо группы в растворе отсутствуют, групповой реагент укажет на это.

 

2.2 КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНАЯ СИСТЕМА АНАЛИЗА КАТИОНОВ

 

В настоящее время разработаны различные системы анализа катионов (сульфидная, аммиачно-фосфатная, кислотно-щелочная). В каждой системе катионы подразделяют на несколько групп. В данном пособии мы будем рассматривать кислотно-щелочную систему анализа катионов. В кислотно – щелочной системе выделяют 6 групп катионов (таблица 6). Катионы каждой группы имеют ряд общих свойств.

 

Таблица 6 – Кислотно-щелочная система анализа катионов.

Аналитические группы		Характеристика групп	Групповой реагент	Характер соединений, получаемых при при действии группового реагента
I K+, Na+, NH4+	Хлориды, сульфаты и гидроксиды растворимы в воде	Не имеет	Раствор K+, Na+, NH4+
II Ag+, Pb2+, Hg22+	Хлориды не растворимы в воде и в разбавленных кислотах	2 н раствор соляной кислоты (HCl)	Осадок AgCl, PbCl2, Hg2 Cl2
III Ba2+, Sr2+, Ca2+ (Pb2+)	Сульфаты не растворимы в воде и в кислотах	2 н раствор серной кислоты (H2SO4)	Осадок BaSO4, SrSO4, CaSO4 (Pb SO4)
IV Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+, Sn+4, As+5, As+3, (Sb+3)	Гидроксиды амфотерны, орастворимы в избытке щелочи	Избыток 4 н раствора гидрокида натрия (NaOH) или гидроксида калия (КОН)	Раствор [Al(OH)4]-, [Cr(OH)6]3-, [Zn(OH)4]2-, SnO32-, AsO33-, (SbO33-)
V Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Bi3+, (Sb+3), (Sb+5)	Гидроксиды не растворимы в избытке щелочи	Избыток 25% раствора аммиака	Осадок Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Bi(OH)3, HSbO2, HSbO3
VI Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+,	Гидроксиды образуют растворимые аммиакаты	Избыток 25% раствора аммиака	Раствор [Cu(NH3)4]2+, [Hg(NH3)4]2+, [Cd(NH3)4]2+, [Cо(NH3)6]2+, [Ni(NH3)6]2+,

Применение групповых реагентов во многих случаях связано с длительными и кропотливыми операциями осаждения, фильтрования, промывания осадков, повторного растворения и т.д. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется дробным реакциям. Дробными называют такие реакции, которые позволяют обнаружить интересующий экспериментатора ион в присутствии других ионов. Для проведения дробных реакций требуются специфические или избирательно действующие реагенты. Число таких реагентов мало. Поэтому дробное открытие ионов проводят в два этапа: вначале с помощью подходящего реагента выделяют нужный ион или маскируют ионы, мешающие его открытию, затем с помощью характерной реакции убеждаются в наличие открываемого иона в системе.

Каждый катион внутри своей группы при отсутствии мешающих ионов может быть идентифицирован путем проведения соответствующих реакций открытия.

 

2.3 АНАЛИЗ АНИОНОВ

 

Общепринятая классификация анионов пока не разработана. Чаще всего пользуются классификацией, в которой все анионы подразделяются на 3 аналитические группы в зависимости от растворимости их бариевых и серебряных солей (таблица 7).

 

Таблица 7 – аналитические группы анионов

Группа	Анионы	Групповой реагент	Характеристика группы
	SO42-, SO32-, PO43-, CO32-, SiO32-,	Хлорид бария в нейтральной или слабощелочной среде	Соли бария практически не растворимые в воде
	Cl-, Br -, I-, S2-	Нитрат серебра в присутствии азотной кислоты	Соли серебра практически не растворимые в воде и в разбавленной азотной кислоте
	NO3-, NO2-, CH3 COO-,	Группового реагента нет	Соли бария и серебра растворимы в воде

 

Задачи:

37. При растворении бесцветной соли в воде, раствор окрасился в голубой цвет. Добавление раствора щелочи вызвало образование голубого осадка, который растворился в избытке 25% раствора аммиака. Какой катион присутствовал в соли? К какой группе относится этот катион? Напишите все уравнения реакций.

38. Раствор соли имеет розовый цвет. Добавление раствора щелочи вызывает образование осадка, который растворяется в избытке 25% раствора аммиака. Если каплю анализируемого раствора поместить на стекло и нагреть до полного высушивания, то получается осадок синего цвета. Какой катион присутствовал в растворе? К какой группе относится этот катион? Напишите все уравнения реакций.

39. При растворении соли в воде получается раствор желтого цвета. Добавление к полученному раствору аммиака вызывает образование осадка цвета ржавчины, который не растворяется в избытке щелочи. Какой катион присутствовал в растворе? К какой группе относится этот катион? Напишите все уравнения реакций.

40. При испытании раствора бесцветной соли растворами соляной и серной кислот, а также растворами гидроксида натрия и аммиака никаких осадков получить не удалось. Однако исследуемая соль вызывает окрашивание пламени горелки в желтый цвет. Какой катион содержит соль? К какой группе относится этот катион?

41. Соль розоватого цвета растворили в воде и получили бесцветный раствор. Добавление растворов соляной и серной кислот к раствору этой соли не привело к образованию осадков, однако добавление растворов гидроксида натрия или аммиака вызывало появление осадка, который не растворялся в избытке реактива. Какой катион присутствовал в соли? К какой группе относится этот катион? Напишите все уравнения реакций.

42. При растворении соли в воде был получен зеленый раствор, который через некоторое время приобрел фиолетовый оттенок. Добавление к раствору щелочи вызвало появление осадка, который растворился в избытке щелочи. Какой катион присутствовал в соли? К какой группе относится этот катион? Напишите все уравнения реакций

43. При добавлении к раствору бесцветной соли серной кислоты, появляется белый осадок не растворимый в кислотах. Внесение исследуемой соли в пламя горелки вызывает появление желто-зеленого окрашивания пламени. Какой катион входит в состав соли? К какой группе относится этот катион? Напишите все уравнения реакций.

44. Каким образом можно доказать, что в состав соли входит катион калия? При ответе на этот вопрос используйте данные таблиц 4,5,6.

45. Каким образом можно доказать, что в состав соли входит катион стронция? При ответе на этот вопрос используйте данные таблиц 4,5,6.

46. Каким образом можно доказать, что в состав соли входит катион кальция? При ответе на этот вопрос используйте данные таблиц 4,5,6.

 

2.4 ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

 

Под чувствительностью реакций понимают то наименьшее количество вещества, которое можно открыть с помощью данного реагента. Знание чувствительности аналитических реакций и умение рассчитать ее позволяет сознательно выбирать необходимые реактивы и определенные объемы реагирующих растворов.

Количественно чувствительность реакций характеризуется следующими взаимосвязанными показателями:

· открываемым минимумом (наименьшее количество вещества (мкг), которое при определенных условиях можно открыть действием данного реагента). Чем меньше открываемый минимум, тем чувствительнее реакция;

· предельной концентрацией (наименьшая концентрация вещества в растворе, при которой данная реакция еще дает положительный результат. Выражается отношением единицы массы определяемого вещества к массе или объему растворителя, например 1: 1 000 000);

· предельное разбавление (величина обратная предельному минимуму, показывает в каком объеме (мл) водного раствора содержится 1 г определяемого иона).

Каждая химическая реакция может протекать только в определенных условиях: температура, рН, и др. В большинстве случаев для осуществления реакции необходимо создать определенную среду раствора (кислую, нейтральную или щелочную). Если условия реакции не будут соблюдены, то реакция может не пойти или пойти в нежелательном направлении.

Во всех случаях ионные реакции протекают в сторону уменьшения числа свободных ионов в растворе. Реакция между ионами возможна в тех случаях, если в результате образуется осадок, слабый электролит, газ или достаточно прочное комплексное соединение.

 

Задачи:

47. Пользуясь таблицей произведений растворимости, определите могут ли в растворе одновременно присутствовать следующие соли: AgNO₃, NaCl?. Ответ объясните и напишите необходимые уравнения реакций.

48. В результате качественного химического анализа в растворе был обнаружен катион бария. Есть ли смысл искать в этом растворе сульфат ионы? Ответ объясните.

49. Пользуясь таблицей произведений растворимости и таблицей 4 данного пособия определите могут ли в растворе одновременно присутствовать следующие соли: BaCl₂, Na₂SO₄? Ответ объясните и напишите необходимые уравнения реакций.

50. В результате анализа в растворе были обнаружены ионы железа (III). Может ли рН данного раствора быть выше 7? Ответ объясните. Приведите уравнения реакций.

51. Пользуясь таблицей произведений растворимости и таблицей 4 данного пособия определите могут ли в растворе одновременно присутствовать следующие вещества: Na₂CO₃, HCl? Ответ объясните и напишите необходимые уравнения реакций.

52. Какие явления будут происходить в растворе хлорида алюминия при постепенном повышении рН путем прибавления в раствор щелочи КОН?

53. Пользуясь таблицей произведений растворимости и таблицей 4 данного пособия определите могут ли в растворе одновременно присутствовать следующие вещества: FeCl₃, KOH? Ответ объясните и напишите необходимые уравнения реакций.

54. Пользуясь таблицей произведений растворимости и таблицей 4 данного пособия, определите, могут ли в растворе одновременно присутствовать следующие соли: KCl, Na₂SO₄? Ответ объясните и напишите необходимые уравнения реакций.

 

3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

 

Количественный анализ основан на использовании целого ряда различных химических, физических и физико-химических методов. В данной контрольной работе рассматриваются только химические методы количественного анализа, такие как гравиметрический и титриметрический. Данные методы базируются на теоретических представлениях о процессах осаждения, кислотно-основного взаимодействия, окисления и восстановления, комплексообразования.

Во всех методах количественного анализа необходимо точное измерение определенной физической величины, например массы (гравиметрический метод) или объема (титриметрический метод). В тириметрическом методе вместо объема иногда измеряют другие характеристики. Гравиметрический и титриметрический анализы основаны на законе эквивалентов. Точность титриметрических определений несколько ниже точности гравиметрических определений.

 

ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

 

3.1.1 СУЩНОСТЬ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

 

В гравиметрическом анализе используют прямое измерение массы при помощи аналитических весов. Современные аналитические весы, используемые в лабораториях, позволяют устанавливать массу образца с точностью до 10 ^–4 – 10^-5 г. С этой точностью следует выполнять и математические расчеты результатов анализа.

Определяемую составную часть выделяют либо в чистом виде, либо в виде определенного соединения. Определение массы является не только начальной, но и конечной стадией анализа. Гравиметрический анализ основан на законе сохранения массы веществ при химических превращениях, законе постоянства состава и законе эквивалентов.

Большую роль в гравиметрическом анализе играет превраще­ние определяемой составной части в малорастворимое соединение. Осадок этого соединения выделяют, высушивают, прокаливают и взвешивают. По массе его рассчитывают содержание определя­емой составной части. Осадками являются гидроксиды металлов, карбонаты, сульфаты, фосфаты, оксалаты и др., а также комплексные соединения металлов с органическими реактивами (оксихинолином, купфероном, диметилглиоксимом).

Например, при определе­нии содержания в образце железа, железо осаждают в виде Fe(OH)₃ раствором аммиака. Гидроксид железа прокаливают и переводят в Fе₂О₃. И уже по массе оксида железа (III) Fe₂O₃ рассчитывают содержание железа. В ходе подобного определения можно выделить две формы вещества: осаждаемую и гравиметрическую. В данном случае осаждаемой формой будет Fe(OH)₃, поскольку все железо в растворе переведено в осадок в виде Fe(OH)₃. Гравиметрической формой будет оксид железа Fe₂O₃, поскольку по массе этого оксида рассчитывают содержание железа во взятой навеске. При определении кальция осаждаемой формой является оксалат каль­ция СаС₂О₄, а гравиметрической формой — оксид кальция СаО. Осаждаемая и гравиметрическая формы могут совпадать. На­пример, барий осаждают в виде BaSO₄ и взвешивают также в виде BaSO₄, так как при прокаливании его химический состав не изменяется.

В основе гравиметрических определений лежат различные химические реакции: реакции разложения, замещения, обмена, комплексообразования.

Гравиметрический анализ — один из первых методов количественного анализа. Разновидностью гравиметрического анализа является электрогравиметрический анализ, созданный трудами В. В. Петрова, Г. Деви и М. Фарадея. В этом методе определяемые элементы выделяются из раствора с помощью электролиза, а потом взвешиваются. Сравнительно недавно получила развитие термогравиметрия, осуществляемая с помощью термовесов. Термовесы позволяют наблюдать, как изменяется масса твердых тел в широком интервале температур (около 1000° С).

Изменение массы при повышении температуры автоматически
регистрируется в виде ступенчатой кривой. Термогравиметрически
показано, что кристаллогидрат оксалата кальция СаС₂О₄ ^. Н₂О устойчив до температуры 100° С. При повышении температуры до 226° С он переходит в безводную соль СаС₂О₄, при 420° С оксалат переходит в карбонат кальция СаСО₃, при 660° С карбонат распадается на оксид кальция СаО и диоксид углерода СО₂. Процесс заканчивается при 840° С.

Гравиметрическим методом был установлен химический состав,
большого числа веществ. Он являлся основным методом определения атомных масс. Его используют для определения гигроскопической влаги у широкого круга веществ, кристаллизационной воды, сульфат-иона, диоксида кремния, щелочных, щелочноземельных и многих других металлов. Метод этот хорошо изучен, но в практике современного анализа применяется сравнительно редко. Его основной недостаток – длительность выполнения эксперимента. Гравиметрические определения требуют больших затрат времени. Однако метод обеспечивает высокую точность, не требует сложной аппаратуры и доступен для любой химической лаборатории.

Задачи

55. В чем сущность гравиметрического анализа?

56. Каковы достоинства и недостатки гравиметрического метода?

57. Что такое осаждаемая форма и гравиметрическая форма? Почему в одних случаях эти формы совпадают, а в других различаются?

58. Какие разновидности гравиметрического метода используют в практике анализа?

59. Навеска анализируемого вещества до высушивания составляла 0,524 г. После высушивания масса образца составила 0,4861г. С какой точностью можно определить содержание влаги в образце? Ответ объясните.

60. Масса навески анализируемого вещества составляла 0,4500 г. В лабораторном журнале лаборант сделал запись, что масса образца равна 0,45 г. Какую ошибку допустил лаборант? Объясните.

61. Почему в качестве гравиметрической формы не используют гидроксид железа (III)?

62. Почему операции высушивания и прокаливания веществ проводят при определенной температуре и отклонения от заданных значений температуры не допускаются? Ответ мотивируйте.