Химические и физико-химические методы анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

РИДДЕРСКИЙ АГРАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Химические и физико-химические методы анализа

Риддер, 2012 г.

Задача № 1

Вычислить произведение растворимости гидрата окиси кальция при 20^оС, если растворимость его при этой температуре равна 1,23 г/л и кажущаяся степень диссоциации = 0,94.

Решение:

Уравнение диссоциации Са(ОН)₂ имеет вид:

Са(ОН)₂ - Са⁺² + ОН^-

т.е. при растворении 1 моль Са(ОН)₂ в раствор переходит 1 моль - ионов Са⁺² и 2 моль-ионов ОН^-. М= 74г/моль.

Р= моль/л.

Следовательно, в растворе Са(ОН)₂ при температуре 20 ^оС:

моль/л.

моль/л.

Тогда, ПР= * = 1,56*10^-2 * (3,12*10^-2)² = 1,52*10^-5

Ответ: ПР=1,52*10^-5.

Задача № 2

Составить уравнения гидролиза солей: Cr(NO₃)₃, MgSO₄, ZnBr₂. Указать среду.

Решение:

1. Соль Cr(NO₃)₃ образована слабым основанием 3-х валентного металла и сильной кислотой, поэтому гидролиз проходит в три ступени:

Cr(NO₃)₃ - Cr³⁺ + 3 NO

Катион катион слабого сильной - основания кислоты в процессе гидролиза участия не принимает

Гидролиз Cr(NO₃)₃ по I ступени идет с образованием нитрата гидроксид хрома:

Cr(NO₃)₃ +Н₂О - CrОН(NO₃)₂ + НNO₃ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

Cr³⁺ + Н₂О - CrОН²⁺ +Н^-.

II ступень:

CrОН(NO₃)₂ + Н₂О - Cr(ОН)₂NO₃ + НNO₃ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

CrОН²⁺ + Н₂О - Cr(ОН) + Н^-.

III ступень:

Cr(ОН)₂NO₃ + Н₂О - Cr(ОН) + НNO₃ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

Cr(ОН) + Н₂О - Cr(ОН)+ Н^-.

Так как в результате гидролиза Cr(NO₃)₃ образуются ионы Н^-, то раствор Cr(NO₃)₃ имеет рН < 7 - средне кислая. В результате гидролиза образуется слабый электролит - гидроксид хрома (III).

2. Соль MgSO₄ образована слабым основанием 2-х валентного металла и сильной кислотой, поэтому гидролиз проходит в две ступени:

I ступень:

2MgSO₄ + 2Н₂О - Mg(ОН)₂SO₄ + H₂SO₄ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

2Mg²⁺ +2Н₂О - MgОН^- +2Н^-

II ступень:

Mg(ОН)₂SO₄ + Н₂О - Mg(ОН)₂ + H₂SO₄ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

MgОН^- + Н₂О - Mg(ОН)₂ + 2Н^-

В результате гидролиза образуется малодиссациирующее вещество Mg(ОН)₂ - гидроксид магния - слабый электролит. В результате образуется ион Н⁺, поэтому раствор MgSO₄ имеет кислую среду рН < 7.

3. ZnBr₂ - соль слабого основания 2-х валентного металла и сильной кислоты. Гидролиз проходит в две ступени:

I ступень:

ZnBr₂ + Н₂О - Zn(ОН)Br₂ + НВr - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

Zn²⁺ + Н₂О - ZnОН⁺ + Н^-

II ступень:

Zn(ОН)Br₂ + Н₂О - Zn(ОН)₂ + НВr - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

Zn(ОН)⁺ + Н₂О - Zn(ОН)₂ + Н⁺

В результате гидролиза образуется слабый электролит - гидроксид цинка и ион Н⁺, т.е. раствор ZnBr₂ проявляет кислую среду, рН < 7.

Задача № 3

Составить уравнения гидролиза солей: Nа₂SO₃, BaS, NH₄Br, FeSO₄. Указать среду.

Решение:

1. Соль FeSO₄ образована слабым основанием 2-х валентного металла и сильной кислотой, поэтому гидролиз соли проходит в две ступени: раствор

распадается на ионы:

FeSO₄ - Fe²⁺ + SO

Катион анион слабого сильной - основания кислоты в процессе гидролиза не принимает

I ступень:

2FeSO₄ + 2Н₂О - Fe(ОН)₂SO₄ + H₂SO₄ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

Fe²⁺ + Н₂О - FeОН^- + Н⁺

II ступень:

Fe(ОН)₂SO₄ + 2Н₂О - 2Fe(ОН)₂ + H₂SO₄ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

FeОН⁺ + Н₂О - Fe(ОН)₂ + Н⁺

В результате гидролиза образуется слабый электролит - гидроксид железа (III). Т.к. в результате гидролиза образуется ионы Н⁺, то раствор FeSO₄ имеет

рН < 7, среда кислая.

2. Соль Na₂SO₃ образована сильным основанием и слабой кислотой. Гидролиз соли проходит в две ступени: раствор распадается на ионы:

Na₂SO₃ - 2Na⁺ + SO

I ступень:

Na₂SO₃ + Н₂О - Na НSO₃ + ОН^- - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

SO + Н₂О - НSO + ОН^-

II ступень:

NaНSO₃ + Н₂О - H₂SO₃ + ОН^- - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

HSO + Н₂О - H₂SO₃ + ОН^-

В результате гидролиза образуется слабый электролит - сернистая кислота. Т.к. в результате образуется ионы ОН^-, то раствор Na₂SO₃ имеет рН > 7, среда щелочная.

3. NH₄Br - соль образована слабым основанием и сильной кислотой, поэтому гидролиз соли проходит в одну ступень. Уравнение гидролиза бромида аммония имеет вид:

NH₄Br + Н₂О - NH₄ОН + Н⁺ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

NH₄ + Н₂О - NH₄ОН + Н⁺

В результате гидролиза образуется слабый электролит - гидроксид аммония и ионы Н⁺, т.е. водный раствор NH₄Br имеет кислую среду, рН < 7.

4. BaS - соль сильного основания и слабой кислоты. Гидролиз соли проходит в две ступени:

I ступень:

BaS + Н₂О - Ba(HS)₂ + Ba(OH)₂ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

S^2- + Н₂О - HS^- + ОН⁺

II ступень:

Ba(HS)₂ + 2Н₂О - 2Н₂S + Ba(OH)₂ - молекулярное уравнение

или в ионно-молекулярной форме:

HS^- + Н₂О - Н₂S + ОН^-

В результате гидролиза образуется слабый электролит - Н₂S^- и ионы ОН^-, т.е. водный раствор BaS имеет щелочную среду, рН > 7

Задача № 4

Раствор KNO₃ содержит 192,6 г соли в 1 дм³(р = 1,14г/см³). Рассчитать массовую долю, молярную концентрацию, моляльность и титр раствора.

Дано: ; m = 192,6г; .

Найти: n = ? С_м = ? Т = ? С_m =?

Решение:

М = 39 + 14+ 3*16 = 101 г.

Молярную концентрацию рассчитаем по формуле:

С_м =

Массовая доля равна

n =,

где m_{раствора} =

Тогда n = Титр раствора равен: Т =

Мольную концентрацию рассчитаем по формуле:

С_m = , где m_{раствора} = m_{раствора} - m_{вещества} = 1140 - 192,6 = 947,4 г = 0,9474 кг.

С_m =

Ответ: n =; С_м =; Т = ; С_m =

Вопрос 1

Что такое адсорбционность и от чего она зависит ? Изложить методику выполнения анализа на ФЭК - 56М.

Ответ:

Адсорбция - процесс самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемом фазы. Адсорбция может наблюдаться в многокомпонентных системах и при перераспределении в поверхностный слой уходит тот компонент, который сильнее понижает поверхностное натяжение. В однокомпонентной системе при формировании поверхностного слоя происходит изменение его структуры - уплотнение, которое называется автоадсорбцией

В общем случае адсорбция может происходить не только благодаря стремлению поверхностной энергии к уменьшению, но и за счет химической реакции компонентов с поверхностью вещества. В этом случае поверхностная энергия может даже увеличиваться на фоне снижения энергии всей системы.

Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а вещество, которое перераспределяется - адсорбатом.

Адсорбция зависит от концентрации компонентов и температуры.

Фотоколориметрический анализ - это метод физико-химического анализа, в котором определяемый ион с помощью реактива приводят в устойчивое окрашенное соединение, затем измеряют интенсивность светового потока, прошедшего через окрашенный раствор, оптическую плотность окрашенного раствора.

Между интенсивностью окраски и содержанием в этом растворе окрашенного вещества, содержащего анализируемый ион существует зависимость, называемая законом Бугера-Ламберта-Бера:

химический анализ раствор

J = J_о*10^-есl (1)

где: J - интенсивность света, прошедшего через раствор;

J₀ - интенсивность падающего на раствор света;

е - коэффициент поглощения света (постоянная величина, характерная для каждого окрашенного вещества и зависящая от его природы);

с - концентрация окрашенного вещества в растворе;

1 - толщина светопоглощающего слоя, см.

Физический смысл этого закона: растворы одного и того же окрашенного вещества при одинаковой концентрации его и толщине слоя раствора поглощают равное количество световой энергии.

Если прологарифмировать уравнение (1), и изменить знаки на обратные, то уравнение (1) примет вид:

lg

Величина является очень важной характеристикой окрашенного раствора. Ее называют оптической плотностью раствора и обозначают буквой D.

D = еcl (2)

Из уравнения (2) следует, что оптическая плотность раствора прямопропорциональна концентрации окрашенного вещества, содержащего анализируемый ион, и толщине слоя раствора. Таким образом, чтобы определить концентрацию анализируемого иона (С), необходимо измерить оптическую плотность (D) окрашенного раствора.

Для измерения оптической плотности раствора используют прибор - фотоэлектроколориметр (ФЭК).

В фотоэлектроколориметре световой поток проходит через кювету с окрашенным раствором. Прошедший через раствор световой поток попадает на фотоэлемент, в котором световая энергия превращается в электрическую. Сила электрического тока, возникающего при действии световой энергии на фотоэлемент, прямопропорциональна интенсивности освещения (закон А.П. Столетова), а, следовательно, и концентрации анализируемого иона.



Рисунок 1. Оптическая схема фотоэлектроколориметра ФЭК-56М:

1 -- источник света, 2 -- светофильтр, 3 -- призма, которая делит световой поток на два, 4, 4' -- линзы, 5, 5' -- зеркала, 6, 6' -- кюветы, 7, 8 -- диафрагмы, 9, 9'-- сурьмяно-цезиевые фотоэлементы, 10--индикатор (миллиамперметр)

В основе фотоколориметрии лежит метод градировочного графика. Сущность метода заключается в следующем:

? Готовят серию стандартных окрашенных растворов, т.е. растворов с разным, но известным количеством анализируемого иона.

? Измеряют оптическую плотность стандартных окрашенных растворов.

? По полученным данным строят градировочный график.

? Готовят анализируемый окрашенный раствор, измеряют его оптическую плотность Д_х и по градировочному графику, соответственно Д_х, определяют С_х - содержание иона в анализируемом растворе.

Вопрос 2

Сущность и методы экстракции.

Ответ:

Экстракцией называют процесс разделения смеси компонентов, входящих в состав твердой или жидкой фаз, путем обработки их жидким растворителем.

В результате контакта растворителя с разделяемой смесью образуются две жидкие фазы или жидкая и твердая фазы, между которыми распределяется извлекаемое вещество. При экстракции состояние равновесия фаз в общем случае характеризуется законом равновесного распределения:

,

где с₁ и с₂ - концентрации извлекаемого вещества в образующихся при экстракции фазах;

К - коэффициент распределения, зависящий от природы компонентов системы, состава и температуры.

Значение коэффициента К определяют экспериментально, и для данной системы он является величиной постоянной.

При выборе растворителя необходимо учитывать его избирательность и растворяющую способность. Чем больше избирательность растворителя, тем выше четкость разделения компонентов, т. е. тем больше коэффициент распределения К. Чем выше растворяющая способность растворителя, тем большее количество извлекаемых компонентов может быть в нем растворено и тем, следовательно, меньше расход растворителя. Оба эти свойства растворителя зависят от температуры экстракции. При повышении температуры избирательность растворителя уменьшается, а его растворяющая способность возрастает. При понижении температуры наблюдается обратная зависимость.

Разделение при помощи процесса экстракции может быть осуществлено только при условии, что смесь растворителя и разделяемого вещества образует двухфазную систему, что обеспечивается соответствующим выбором температуры экстракции и соотношения между количеством растворителя и разделяемой смеси. При небольшом расходе растворителя последний полностью растворяется в исходной смеси, образуя одну фазу. При большем расходе растворителя исходная смесь растворяется в растворителе, также образуя одну фазу.

Каждому количественному соотношению растворитель - исходная разделяемая смесь соответствует определенное значение температуры, при которой и выше которой данная смесь образует однофазную систему.

Рисунок 2. Кривая растворимости, устанавливающая связь между температурой растворения и составом смеси растворителя и исходного сырья.

Избирательность и растворяющая способность растворителя, так же как и температура полного растворения, могут быть в известной степени изменены включением в систему растворитель - разделяемая смесь дополнительного компонента, влияющего на взаимно растворимость исходной системы.

Повышение температуры растворения, понижение растворяющей способности растворителя и повышение его избирательности могут быть достигнуты добавлением в систему компонента, который хорошо растворяется в растворителе и не растворяется или плохо растворяется в исходной разделяемой смеси. Такой метод понижения взаимной растворимости компонентов широко применяется при очистке масел фенолом с использованием воды в качестве дополнительного компонента.

Для повышения взаимной растворимости компонентов, понижения температуры растворения и избирательности растворителя в систему добавляют компонент, хорошо растворяющийся как в растворителе, так и в исходной смеси. Такова роль бензола при очистке масел жидким сернистым ангидридом.

При экстракции необходимо обеспечить интенсивное контактирование растворителя с исходной смесью, что способствует приближению системы к состоянию равновесия, а затем разделение образующихся фаз.

Скорость расслаивания в основном зависит от разности плотностей образовавшихся при экстракции фаз, степени дисперсности и вязкости среды, что, в конечном счете, зависит от природы растворителя и разделяемого сырья и от температуры экстракции.

Методы экстракции.

1. При экстракции неорганических веществ обычно извлекают одно или несколько веществ из водной фазы одним экстрагентом.

2. При разделении экстракцией смесей органических веществ в зависимости от числа применяемых экстрагентов различают:

? экстракцию одним экстрагентом в системах, состоящих минимум из трех компонентов (двух разделяемых компонентов разделяемого раствора и экстрагента);

? экстракцию двумя экстрагентами (фракционная экстракция) в системах, состоящих минимум из четырех компонентов (двух компонентов исходного раствора, распределяющихся между двумя несмешивающимися экстрагентами).

Список литературы

1. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия. - М.: «Высшая школа», 1990.

2. Алесковский В.Б., Бардин В.В., Булатов М.И. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство.- Л.:«Химия», 1988.

3. Петрухин О.М Практикум по физико-химическим методам анализа. - М.: «Химия», 1986 г.

4. Васильев В.П. Аналитическая химия. Часть 2. Физико-химические методы анализа. - М.: «Высшая школа», 1989 г.

5. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. - М.: «Высшая школа», 1990 г.

Размещено на Allbest.ru

...