Тема 1: «Кислотно-основное равновесие в аналитической химии».

Тема 1: «Кислотно-основное равновесие в аналитической химии».

Цель: закрепить и систематизировать теоретические знания по теме: «Кислотно-основное равновесие в аналитической химии».

II. Ответы на вопросы самоподготовки:

На какие ионы диссоциирует вода?

Вода – очень слабый электролит. При ее диссоциации образуются ионы водорода и гидроксид-ионы. При этом порядок в системе возрастает и энтропия понижается. Повышение температуры до некоторого предела также приводит к повышению порядка. Эти удивительные свойства воды обнаруживаются при термодинамическом анализе диссоциации воды на ионы. Уравнение диссоциации воды упрощенно записывается так:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-.

2. Что называется ионным произведением воды? Чему оно равно при 22 ⁰ С?

Вода является слабым электролитом, ее молекулы в незначительной степени распадаются на ионы:

H2O ↔ H⁺ + OH^-

Константа равновесия реакции диссоциации воды имеет следующий вид:

K = [H⁺]·[OH^-]/[H2O]

при 22° K = 1,8 × 10^-16.

Пренебрегая концентрацией диссоциированных молекул воды и принимая массу 1 л воды за 1000 г получаем:

[H2O] = 1000/18 = 55,56 г

K = [H⁺]·[OH^-]/55,56 = 1,8 × 10^-16

[H⁺]·[OH^-] = 1,8 × 10^-16 · 55,56 = 1·10^-14

[H⁺] определяет кислотность раствора, [OH^-] – определяет щелочность раствора.

В чистой воде [H⁺] = [OH^-] = 1 × 10^-7.

Произведение [H⁺] и [OH^-] называется ионным произведением воды.

KН2О = [H⁺]·[OH^-] = 1·10^-14

Ионное произведение воды – это произведение концентраций ионов водорода Н+ и ионов гидроксида OH^- в воде или в водных растворах, константа автопротолиза воды.

Является постоянной не только для чистой воды, но и для разбавленных водных растворов любых веществ. С повышением температуры увеличивается, с понижением – уменьшается. Однако для расчетов, относящихся к комнатной температуре, можно во всех случаях принимать ее равной 10^-14.

Позволяет для любого водного раствора найти концентрацию ионов водорода, если известна концентрация ионов гидроксида, и наоборот.

Для чистой воды концентрация ионов водорода равна корню квадратному из ионного произведения воды, то есть при комнатной температуре 10^-7 моль/л. Такая среда считается нейтральной. Если концентрация ионов водорода выше 10^-7 моль/л, то раствор считается кислым, а если ниже этого числа, то раствор щелочной.

Как влияет температура на величину ионного произведения воды?

Постоянная величина Кв называется ионным произведением воды.

При повышении температуры усиливается диссоциация воды, т.е. концентрации обоих ионов – Н (+) и ОН (-), величина Кв возрастает. При понижении температуры – уменьшается.

4. В чем смысл выражения [H+]· [OH^-] = const?

Для воды и ее растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная. Эта постоянная величина называется ионным произведением воды Кw.

5. Почему в воде и водных растворах всегда присутствуют ионы H⁺ и OH^-?

Это объясняется слабой диссоциацией молекул воды на ионы водорода и гидроксид-ионы. Такой процесс называется автопротолизом (самодиссоциацией).

6. Какие растворы называют нейтральными относительно концентрации ионов H⁺? Кислыми? Щелочными?

Нейтральный раствор – это раствор, в котором концентрации ионов оксония и гидроксид-ионов равны (как в чистой воде).

Кислый раствор представляет собой водный раствор с рН менее 7.

Щелочной раствор – это раствор, значение pH которого выше 7. Это означает, что щелочные растворы проявляют основные свойства.

В нейтральных растворах: [H+] = [OH^-] = 10^–7 моль/л, рН = рОН = 7.

В кислых растворах: [H+] > [OH^-], [H+] >10^–7 моль/л, рН < 7, рОН > 7.

В щелочных средах: [H+] < [OH^-], [H+] <10^–7 моль/л, рН > 7, рОН < 7.

Что называют степенью диссоциации электролита? Как она меняется при разбавлении раствора?

Степень диссоциации – величина, характеризующая состояние равновесия в реакции диссоциации в гомогенных (однородных) системах.

Степень диссоциации равна отношению продиссоциированных молекул вещества n к общему числу его молекул N. Выражается в долях или процентах.

a = n/N*100%

Степень диссоциации электролита зависит от ряда факторов, среди которых:

· природа электролита;

· природа растворителя;

· температура;

· концентрация раствора;

· присутствие одноименных ионов.

Степень диссоциации электролита при разбавлении раствора увеличивается. И наоборот, чем концентрирование раствор, тем меньше степень диссоциации электролитов.

Тема 2: «Окислительно-восстановительные (ОВ) процессы в аналитической химии».

Цель: закрепить и систематизировать теоретические знания по теме: «Окислительно-восстановительные (ОВ) процессы в аналитической химии».

II. Ответы на вопросы самоподготовки:

Все, кроме Б

3. Уравняйте следующие уравнения методом электронного баланса:

А) Mg + HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O

В Mg(NO3)2 магний имеет степень окисления +2

В N2O азот имеет степень окисления +1

Mg (0) - 2e = Mg (+2)

2 N (+5) + 8e = 2N (+1)

Тогда:

 4 Mg - 8e = 4 Mg (+2)

 2 N + 8e = 2N (+1) 

4Mg + 2HNO3 --> Mg (NO3)2 +N2O + H2O

Теперь нужно добавить ещё HNO3, потребное для образования Mg(NO3)2, т. е. 4 х 2 = 8, в них степень окисления атомов азота не меняется.

Всего HNO3 будет 2 + 8 = 10.

Количества атомов водорода в этом количестве азотной кислоты тоже 10.

Тогда воды будет 10 / 2 = 5.

Получается:

4 Mg + 10 HNO 3 = 4 Mg (NO 3)2 + N 2 O + 5 H 2 O

Всегда стоит проверить, в данном случае надёжнее по кислороду.

Слева: 10 х 3 = 30 [O]

Справа: 3 х 2 х 4 + 1 + 5 = 24 + 6 = 30 [O]

Б) Cu + H₂SO₄ = CuSO₄+ SO₂ + H₂O

Cu - 2e -> Cu (2+) окисление – восстановитель | 1

S (+6) + 2e -> S (+4) восстановление – окислитель | 1

В результате получается:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

В) Mn(NO₂)₃ + PbO₂+ HNO₃ = HMnO₄ + Pb(NO₃)₂ + H₂O

Mn (2+) -5e = Mn (7+) коэффициент 2, окисление – восстановитель

Pb (4+) +2e = Pb (2+) коэффициент 5, восстановление – окислитель

Ответ: 2Mn(NO₂)₃ + 5PbO₂+ 6HNO₃ = 2HMnO₄ + 5Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

Требования:

1. Осаждаемая форма должна обладать достаточно малой растворимостью, без чего невозможно достижение практически полного осаждения определяемого иона (элемента).

2. Желательно далее, чтобы структура осадка давала возможность с достаточной скоростью вести фильтрование и отмывание от примесей.

3. Необходимо, чтобы осаждаемая форма достаточно легко и полностью превращалась в весовую форму

5. Что такое весовая форма? Перечислите требования, предъявляемые к весовой форме.

Весовая (гравиметрическая) форма – это соединение, в виде которого взвешивается определяемый элемент.

Требования:

1. Важнейшим требованием, предъявляемым к весовой форме, является точное соответствие ее состава химической формуле.

2. Вторым требованием является достаточная химическая устойчивость весовой формы.

3. Наконец, желательно, чтобы содержание определяемого элемента в весовой форме было как можно меньшим.

А Д В Б Г

Вариант 1

Задание №1. Решите тестовые задания. Выберите один правильный ответ.

1. В какой цвет окрашивает пламя спиртовки ион калия (К+)?

А) Желтый Б) Фиолетовый В) Розовый Г) Зеленый

2. В какой цвет окрашивает пламя спиртовки ион натрия (Na+)?

А) Желтый Б) Фиолетовый В) Розовый Г) Зеленый

3. Какого цвета образуется осадок при взаимодействии Pb2+ с K2CrO4?

А) Белый Б) Желтый В) Синий Г) Красный

4. С какой кислотой проводят микрокристаллоскопическую реакцию на ион Ca2+, с образованием белых иглообразных кристаллов:

А) HCI Б) HNO3 В) H2SO4 Г) H3PO4

5. Какого цвета образуется осадок при добавлении к соли Cr3+ NaOH или KOH?

А) Серо – зеленого Б) Голубого В) Синего Г) Кроваво – красного

6. Какого цвета осадок образуется при добавлении к соли Zn2+гексацианоферрата (III) калия?

А) Коричневато – желтого Б) Белого В) Синего Г) Осадка не образуется

7. Ионы Mg2+ и Mn2+ имеют окраску:

А) Зеленую Б) Бесцветную В) Розовую, голубую Г) Бесцветную, желтую

8. Катион Ni2+ открывают действием:

А) Реактива Несслера Б) Реактива Чугаева В) Ализарином Г) Роданидом аммония

Задание № 2.

Укажите, какую окраску имеют водные растворы солей следующих катионов:

Fe2+, бледно-зелёная окраска

Fe3+, желтый или желто-бурый цвет

Co2+, розовый

Cu2+, голубой или сине-зеленый

Ni2+, зеленый

Cr3+, зеленый

 

Вариант 1

Задание №1. Решение тестовых заданий. Выбор одного правильного ответа.

1. На какую группу анионов BaCI2 (нейтральная или слабощелочная среда) является групповым реактивом?

А) I Б) II В) III Г) не является групповым реактивом

Б) AgNO3 в HNO3

В) NH4OH

Г) группового реактива нет

Г) группового реактива нет

А) H2SO4

Б) HCI

В) HNO3

Г) он не растворяется в кислотах

Б) Красно-бурые хлопья

В) Белый осадок

Г) Фиолетовый осадок

Задание №2. Решение ситуационной задачи:

В химико-аналитической лаборатории проводят систематический анализ раствора смеси анионов и используют раствор серебра нитрата, подкисленный разведенной HNO3. Какие анионы определяют (Укажите правильную последовательность действий)?

A. Анионы I аналитической группы.

Б. Анионы-восстановители.

В. Анионы-окислители.

Что такое «солевой эффект»?

Солевой эффект – влияние ионной силы раствора на константу скорости реакций между ионами (первичный солевой эффект) и на равновесные концентрации ионов (вторичный солевой эффект).

Соли, не имеющие одноименного иона, тоже влияют на растворимость электролитов, но влияние в данном случае противоположное: растворимость электролита повышается. Так, например, растворимость PbS04 повышается в присутствии нитратов калия или натрия, а растворимость AgCl повышается в присутствии сульфатов «атрия или калия. Описанное явление называется солевым эффектом.

III. Выполнение заданий:

Напишите выражение ПР для:

А) Сульфата бария

ПР = [Ba²⁺]*[(SO₄)^2-]

Б) Фосфата кальция

2. Какой ион нужно добавить, чтобы понизить растворимость AgBr (бромид серебра), PbI₂ (иодид свинца)?

К бромиду серебра нужно добавить Br ^-

К йодиду свинца нужно добавить I^-

3. Объясните, исходя из правила произведения растворимости механизм растворения осадка Al(OH)₃ в HNO₃.

Для того, чтобы растворить осадок, в раствор вводят такой электролит, ионы которого могут образовывать малодиссоциированное соединение с одним из ионов труднорастворимого электролита. Этим объясняется растворение труднорастворимых гидроксидов в кислотах:

Al(OH)₃ + 3HNO₃→ Al(NO₃)₃ + 3H₂O

Ионы OH- связываются в малодиссоциированные молекулы H₂O

Вследствие этого резко снизится концентрация иона OH^-, ионное произведение станет меньше величины ПР Al(OH)₃. Раствор окажется ненасыщенным относительно Al(OH)₃ и часть осадка Al(OH)₃ перейдет в раствор. При добавлении достаточного количества кислоты можно весь осадок перевести в раствор.

II. Выполнение заданий.

Вариант 1

Задание №1. Решение тестовых заданий. Выбор одного правильного ответа.

1. Групповым реактивом на II группу катионов является:

А) HC l

Б) H2SO4

В) NaOH

Г) NH4OH

2. Ионы Hg2+и Ag+ отделяют друг от друга действием:

А) NH4OH

Б) HNO3

В) H2O (горячая)

Г) H2O2

А) Белый

В) Красный

Г) Черный

4. Гидроксид свинца обладает свойствами:

А) Кислотными

Б) Щелочными

В) Амфотерными

Г) Нейтральными

5. Ион Pb2+ с каким реактивом образует золотые чешуйки?

А) HCI

Б) NaOH

В) KI

Г) K2CrO4

II. Выполнение заданий.

Вариант 1

Задание №1. Решение тестовых заданий. Выбор одного правильного ответа.

1. В какой цвет окрашены соединения Cr3+?

А) Розовый

Б) Голубой

В) Зеленый или фиолетовый

Г) Белый

2. Групповым реактивом на IV группу катионов является:

А) NaOH в избытке

Б) NH4OH в избытке

В) HCI

Г) H2SO4

В) Надхромовая кислота синего цвета

Г) Дихромат натрия зеленого цвета

Б) IV

В) V

Г) VI

 

 

А) Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты

Б) Оседание частиц под действием гравитационного поля или центробежных сил.

В) Увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз

Г) Универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами.

Задание № 2.

Задание № 3.

Напишите уравнение реакции взаимодействия сульфата марганца и пероксида водорода в щелочной среде (в присутствии NaOH). Расставьте коэффициенты.

MnSO₄ + H₂O₂ +2NaOH=MnO₂ +Na₂SO₄+2H₂O

Вариант 1

Задание №1. Решение тестовых заданий. Выбор одного правильного ответа.

1. В какой цвет окрашены соли Co2+?

А) Розовый

Б) Голубой

В) Зеленый

Г) Бурый

2. В какой цвет окрашены соли Cu2+?

А) Розовый

Б) Голубой

В) Зеленый

Г) Бурый

3. В какой цвет окрашены соли Ni2+?

А) Розовый

Б) Голубой

В) Зеленый

Г) Бурый

4. Cu(OH)2 разлагается при нагревании на:

А) Cu2O +H2O

Б) CuO + H2O

В) Cu + H2O

Г) CuOH + H2O

Задание №1.

Соотнесите указанные катионы с аналитическими группами по кислотно – основной классификации:

    1. IV  5, 10, 12   

    2. V   2, 4, 7, 9         

    3. VI 1, 3, 6, 8, 11

1. Cd²⁺ 2. Fe ²⁺

3. Co²⁺ 4. Fe ³⁺

5. Zn²⁺ 6. Ni²⁺

7. Mg²⁺ 8. Cu²⁺

9. Mn²⁺ 10. Cr³⁺

11. Hg²⁺ 12. AI³⁺

Задание № 2.

Соотнесите указанные группы катионов с их групповыми реактивами:

1. IV 1            1. NaOH

2. V 3            2. NH₄OH

3. VI 2            3. NaOH

       1 – 1, 2 – 3, 3 – 2

Задание № 3.

Соотнесите окраску водного раствора соли и катион (или ион), который образует эту окраску:

IV группа                       Окраска раствора

1. AI³⁺ А                                                  А. Бесцветная

2. Zn²⁺ В                                                  Б. Зеленая или фиолетовая

3. Cr³⁺ Б                                              В. Бесцветная

4. CrO₄^2- Г                                          Г. Желтая

5. Cr₂O₇^2- Д                                          Д. Оранжевая

 

Задание № 4.

Тема 1: «Кислотно-основное равновесие в аналитической химии».

Цель: закрепить и систематизировать теоретические знания по теме: «Кислотно-основное равновесие в аналитической химии».

II. Ответы на вопросы самоподготовки: