для студентов специальности 48 01 03

Вопросы к зачёту по дисциплине
«Физико-химические методы анализа»
для студентов специальности 48 01 03 (заочная форма обучения, летняя сессия)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Цели и задачи аналитической химии. Специфическая терминология дисциплины. Выбор аналитических методов. Чувствительность аналитических реакций.
Классификации методов химического анализа.
Классификация аналитических реакций.
Пробоотбор. Оценка величины пробы. Генеральная, лабораторная и аналитическая пробы. Правила отбора твердых, жидких и газообразных проб. Потери и загрязнения при пробоотборе
Подготовка пробы к анализу. Высушивание пробы. Разложение пробы.
Классификация качественного анализа. Дробный и систематический анализ. Требования к групповым реагентам.
Сущность метода гравиметрии. Общий ход гравиметрического анализа. Гравиметрические факторы веществ. Высушивание, прокаливание и взвешивание продукта реакции.
Осаждение, созревание осадка. Источники погрешностей и методы их устранения. Осаждаемая и
весовая форма и требования, предъявляемые к ним. Преимущества органических осадителей перед неорганическими.
Сущность титриметрического анализа, способы титрования, классификация методов титриметрического анализа. Стандартные растворы. Первичные и вторичные стандарты. Фиксаналы. Кривые титрования.
.Хроматографические методы анализа. Классификация хроматографических методов анализа.
Газовая хроматография. Устройство и принцип работы газового хроматографа.
Хроматографические колонки: насадочные, капиллярные. Колонки в ГЖХ и в ГАХ.
Детекторы в газовой хроматографии.
Высокоэффективная жидкостная хроматография. Детектирование в жидкостной хроматографии.
Качественный и количественный анализ в хроматографии.
Важнейшие узлы спектральных приборов.
Атомно-абсорбционная спектроскопия. Основные узлы прибора для ААС.
Атомно-эмиссионная спектроскопия. Схема пламенного фотометра.
Методы беспламенной атомизации в АЭС. Атомизация с индуктивно связанной плазмой. Схема
аргоновой горелки. Достоинства и недостатки методов.
Электронная спектроскопия поглощения. Качественный анализ в электронной спектроскопии
поглощения. Применение УФ-спектроскопии.
Количественный анализ в электронной спектроскопии поглощения. Фотоэлектроколорометрия.
Схема однолучевого фотоэлектроколориметра.
Рефрактометрия. Измерение показателя преломления раствора. Применение рефрактометрии в
химическом анализе.
Потенциометрия. Классификация электродов.
Уравнение Никольского. Применение метода смешанных растворов и метода отдельных растворов в потенциометрии.
Ионометрия. Метод калибровочного графика, метод добавок. Потенциометрическое титрование.
Применение потенциометрии.
Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование. Применение кондуктометрии.
Сравнительная оценка методов количественного определения: математическая обработка результатов измерений.
Систематические погрешности. Выявление, оценка и устранение систематических погрешностей.
Случайные погрешности. Генеральная и выборочная совокупности. Методы выявления промахов.
1
Примеры задач
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
1.
2.
Титрование
Какая массовая доля H2SO4 в образце, если навеска его 5 г доведена в мерной колбе водой до 200
мл, и на нейтрализацию 25 мл этого раствора затрачивается 16,5 мл раствора NaOH с Т NaOH/H2SO4 =
0,007823 г/мл.
На титрование 20 мл раствора NaOH израсходовано 24,12 мл 0,12 н раствора HCl. Рассчитайте
массовую долю NaOH в растворе. Плотность раствора принять равной 1,015 г/мл.
Какова массовая доля примесей в образце соды, если на нейтрализацию раствора, содержащего
0,3500 г ее, затрачивается при титровании с метилоранжем 25,9 мл 0,19 н раствора соляной кислоты?
Для определения концентрации NaOH методом отдельных навесок было взвешено три навески
бензойной кислоты С6Н5СООН массой 0,25 г. На титрование этих навесок с тимолфталеином было
израсходовано 20,25; 20,28; 20,27 мл раствора NaOH. Рассчитайте молярную концентрацию NaOH
в растворе.
Какой должна быть навеска железной проволоки, необходимая для установки титра 0,1 н раствора
KMnO4, если титруется 25 мл раствора KMnO4?
Навеску 1,7450 г серебряного сплава растворили в HNO3 и довели до 200 мл. На титрование 10 мл
раствора расходуется 11,75 мл 0,0488 н раствора NH4SCN. Рассчитать массовую долю Ag в сплаве?
Навеску соли магния 0,2 г растворили в колбе на 100 мл. На титрование 20 мл расходуется 20,25
мл 0,025 М раствора трилона Б. Найти массовую долю магния в соли.
На титрование 20 мл раствора FeSO4 в присутствии серной кислоты израсходовано 7,55 мл 0,014
М раствора KMnO4. Рассчитайте массовую долю FeSO4 в растворе. Плотность раствора принять
равной 1 г/мл.
Рассчитайте титр раствора K2Cr2O7 по иодиду калия, если на титрование 10 мл 0,1 н раствора KI
расходуется 5,54 мл раствора K2Cr2O7.
Определите содержание цинка, если навеска сплава 0,5412 г, растворена в кислоте, цинк из раствора осажден гидрофосфатом натрия в присутствии аммиачного буфера. Осадок отфильтрован,
промыт и растворен в H2SO4. На титрование полученного раствора затрачивается 16,65 мл 0,05 М
раствора ЭДТА. Рассчитать массовую долю цинка в сплаве.
Навеску руды, содержащей MnO2, массой 0,852 г обработали концентрированным раствором HCl.
Выделившийся хлор поглотили избытком раствора KI. На титрование выделившегося иода расходуется 11,32 мл 0,0985 н раствора Na2S2O3. Рассчитайте массовую долю MnO2 в руде.
К подкисленному раствору пероксида водорода прибавили избыток раствора KI. Выделившийся
иод оттитровали 18,53 мл 0,0995 н раствора Na2S2O3. Какая масса H2O2 находилась в исходном
растворе?
Навеску технического сульфата аммония массой 1,405 г растворили в воде, прибавили избыток
гидроксида натрия. Выделяющийся аммиак поглотили 100 мл 0,25 М раствора НCl. На титрование
остатка кислоты с метиловым красным было израсходовано 31,2 мл 0,13 н раствора гидроксида
натрия. Рассчитать массовую долю сульфата аммония в образце.
Для определения массовой доли персульфата калия в образце 1,1 г растворили в колбе на 200 мл.
Отобрали 25 мл раствора и прибавили к нему избыток раствора KI. Выделившийся иод был оттитрован 8,05 мл 0,102 н раствора тиосульфата натрия. Рассчитать массовую долю персульфата калия
в исходном растворе.
Гравиметрия
Для определения массовой доли серной кислоты провели осаждение сульфат-ионов раствором
BaCl2. Навеска серной кислоты составила 1,2 г. Масса BaSO4 после осаждения, высушивания и
прокаливания составила 0,951 г. Определить массовую долю серной кислоты в исходной навеске.
Рассчитайте гравиметрические факторы Fe и Fe2O3 для следующих веществ: Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3,
NH4Fe(SO4)2∙12H2O, Fe(OH)3.
2
3.
4.
5.
6.
7.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Для определения массовой доли углерода в угле навеску угля массой 0,24 г сожгли, выделившийся
СО2 поглотили избытком известковой воды, осадок отделили, высушили и взвесили. Его масса
оказалась равна 2 г. Определить массовую долю углерода в угле.
Железо из железного сплава массой 0,88 г перевели в Fe3+, который осадили действием избытка
водного раствора аммиака. Осадок отделили, высушили и прокалили. Масса остатка после прокаливания составила 1,2143 г. Определить массовую долю железа в железном сплаве.
Хром, содержащийся в 1,23 г хромового минерала, перевели в хромат-ион, который осадили действием нитрата свинца. При этом был получен осадок массой 1,0619 г. Определить массовую долю хрома в минерале.
Навеску алюминий-магниевого сплава 0,2485 г растворили в соляной кислоте, смесь нейтрализовали до рН=5, алюминий осадили действием раствора 8-оксихинолина. Осадок отфильтровали и
прокалили при 400 ºС. Масса остатка после прокаливания составила 0,3051 г. Определить массовую долю алюминия в сплаве.
Для определения массовой доли никеля в сплаве навеску сплава 0,4812 г растворили в азотной
кислоте, никель осадили действием спиртового раствора диметилглиоксима, осадок отфильтровали и высушили. Масса осадка оказалась 0,5418 г. Определить массовую долю никеля в сплаве.
Хроматография
Определите ширину хроматографического пика циклогексана, если при хроматографировании на
сквалане максимум пика выходит через 25 мин. ВЭТТ для данной колонки определена 0,3 мм.
Рассчитать процентный состав смеси по данным, полученным при газовой хроматографии смеси
углеводородов.
Вещество
S, мм2 R
Пропан
125
1,09
Бутан
180
1,1
Пентан
20
1,15
Гексан
21
1,18
Определить плотность такой газовой смеси в г/л при 25 ºС и 101,3 кПа.
Рассчитать число теоретических тарелок и ВЭТТ для капиллярной колонки длиной 400 м, если
циклогексанол выходит из колонки через 27,3 мин после ввода в колонку, а ширина пика у основания равна 9 с.
Хроматографическая колонка длиной 1,3 м заполнена силикагелем со средним радиусом частиц
0,02 мм. При хроматографировании смеси углеводородов максимум пика бензола выходит из колонки через 16 мин 20 с, а ширина пика у основания составляет 30 с. Определить приведенную
ВЭТТ.
В качестве ПФ для жидкостной хроматографии используют хлороформ. НФ – силикагель. Смесь
содержит 6 компонентов – бутанол-1, октанол-1, фенилбензоат, бензойную кислоту, воду и фенол.
Определить и обосновать порядок выхода компонентов из колонки.
Провести обработку приведенной хроматограммы (рис.). Для каждого пика определить время
удерживания, исправленное время удерживания, коэффициент удерживания, провести идентификацию пиков, если известно, что ПФ – водород, НФ – сквалан. Компоненты смеси – гексан, октан,
2-метилгептан, пентан, 2,4-диметилоктан, ундекан. Определить содержание каждого компонента
по методу внутренней нормировки. Коэффициент чувствительности детектора для линейных молекул принять равным 1, а для разветвленных – 1,05. Одно деление сетки примите равным 1 мм.
3
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
t, мин
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Оптические методы
При определении цинка в сточных водах атомно-абсорбционным методом применяют метод добавок. Оптическая плотность анализа аликвоты сточной воды равна 0,12, а после того, как к 10 мл
сточной воды прибавили 0,5 мл стандартного раствора, содержащего 2·10-4 моль/дм3 Zn(NO3)2, оптическая плотность стала равной 0,288. Определить содержание цинка в сточной воде.
Стандартный образец ионов Fe3+ 1 мг/мл растворили в колбе на 100 мл. Затем этот раствор
использовали для приготовления стандартных растворов, для чего в мерные колбы на 50 мл отобрали аликвоты 1, 2, 5, 10 и 15 мл исходного раствора. В колбы добавили избыток раствора сульфосалициловой кислоты и довели до метки. При фотометрировании полученных окрашенных растворов
получены следующие результаты.
№
1
2
3
4
5
D
0,073
0,149
0,368
0,742
1,15
400 мл речной воды упарили до объема 5 мл, поместили в мерную колбу на 50 мл и обработали
аналогично, как для построения калибровки. Измеренное значение оптической плотности оказалось равным 0,084. Превышена ли ПДК по ионам Fe3+, равная 4 мкг/л?
Для определения состава водных растворов пропанола найдены показатели преломления стандартных р-ров:
W(С3Н7ОН), %
0
10
20
30
40
20
nD
1,3333
1,3431
1,3523
1,3591
1,3672
Определить содержание пропанола в растворах, показатель преломления которых nD20 = 1,3470 и
nD20 = 1,3615. Задачу решить графическим и аналитическим способом. Сравнить полученные результаты.
Молярные коэффициенты поглощения моноэтаноламина при 785 и 728 см-1 составляют ε785 =
1,67 и ε728 = 0,0932, а диэтаноламина ε785 = = 0,0446 и ε728 = 1,17. Вычислить концентрации
(моль/дм3) моноэтаноламина и диэтаноламина в техническом триэтаноламине, если значения оптической плотности при l = 2 см равны D785 = 0,525, D728 = 0,715.
Определить молярный коэффициент поглощения хромата калия, если относительная оптическая плотность
раствора К2СrО4 с молярной концентрацией 2,65·10-3 моль/дм3, измеренная при λ = 372,5 нм в кювете с l = 2,3 мм
по отношению к раствору сравнения, содержащему 10-3 моль/дм3 К2СrО4, оказалась равной 1,38.
Навеску минерала 1,5 г, содержащего титан, растворили и после обработки получили 250 мл
окрашенного раствора. В качестве стандартного использовали раствор, содержащий 0,2 г титана в 1 л.
Интенсивности окрасок стандартного и исследуемого раствора оказались равными при толщине слоя
соответственно 10 и 6,7 см. Определить массовую долю ТiO2 в минерале.
Для определения Cu в цветном сплаве из навески 0,325 г после растворения и обработки
4
8.
9.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
аммиаком было получено 250 мл окрашенного раствора, оптическая плотность которого в кювете
с толщиной слоя 2 см была равна 0,254. Определить массовую Cu в сплаве, если молярный коэффициент поглощения аммиаката меди 423.
Определите оптимальную толщину кюветы для фотометрирования окрашенного раствора
соли железа с молярным коэффициентом поглощения εmах, = 4·103 при содержании железа 0,2
мг/50 мл.
Навеску сплава 1 г, содержащего олово, растворили в кислоте и довели объем до 100 мл водой. Из полученного раствора отобрали 5 проб по 10 мл; из них после обработки дитиолом получили
по 25 мл окрашенных растворов, оптические плотности которых 0,32; 0,33; 0,31; 0,31; 0,32. Для приготовления стандартного раствора в тех же условиях растворили и обработали 1 г сплава, содержащего
точно 4,56 % олова. Оптические плотности полученных растворов 0,22; 0,23; 0,23; 0,215; 0,225. Определить массовую долю олова в металле.
Электрохимия
Навеску 0,222 г смеси азотной и серной кислот довели до 100 мл безводной СН3СООН. Титрование
проводили кондуктометрически 0,2 М раствором CH3COOLi. На достижение первой эквивалентной
точки расходовалось 5,5 мл 0,2 М CH3COOLi, второй – 11 мл, третьей – 20 мл (суммарный объем).
Определить массовую долю H2SO4 и НNO3 в анализируемой смеси.
Вычислить рН раствора, если ЭДС элемента, составленного из хингидронного и хлорсеребряного
электрода (в 1 н КCl), при 20 °С равна 248 мВ. Какой объем концентрированной соляной кислоты
(w(HCl) = = 36 %, d = 1,18 г/см3) понадобится для приготовления 5 дм3 такого раствора?
Рассчитайте потенциал платинового электрода относительно насыщенного каломельного электрода в точке эквивалентности при титровании FeSO4 раствором K2Cr2O7. Температура раствора 25
ºС.
Определить коэффициент селективности салицилат-селективного электрода по отношению к бензоат-иону, если для определения коэффициента селективности салицилат-селективного электрода
по отношению к бензоат-иону провели измерение потенциала при постоянной концентрации
С6Н5СОО- 0,01 моль/дм3. Получены следующие результаты:
С(С6Н5СОО-), моль/дм3
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
Е, мВ
73,5
126
168
182
182
177
Концентрацию нитрат-иона в воде определяли методом добавок. Для 25 мл исходного раствора
измеренное значение потенциала составило +0,102 В. После добавления 1 мл стандартного раствора, содержащего 200 ррm NO3- измеренное значение потенциала составило +0,089 В. Рассчитать концентрацию ионов NO3- в исходном растворе (моль/дм3 и ppm).
Чистоту тиосульфата натрия определяли кулонометрическим титрованием электрогенерируемым
I2 из раствора KI. Навеску 0,2112 г технического пентагидрата тиосульфата натрия разбавили в
колбе на 100 мл. Аликвоту 10 мл внесли в ячейку, добавили 10 мл 1 М раствора KI, 30 мл фосфатного буфера и несколько капель раствора крахмала. Электролиз при постоянном токе 36,45 мА
проводили в течение 221,8 с до момента появления синей окраски. Определить массовую долю
Na2S2O3·5H2O в образце.
Навеску сплава 0,75 г, содержащего свинец, растворили в колбе на 100 мл. При амперометрическом титровании 10 мл полученного раствора 0,1 М раствором К2Сr2O7 получены результаты:
V, мл
0,5
1,0
1,5
2,0
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
h, мм
70
57
45
32
24
21
20
20
20
Построить кривую титрования и рассчитать содержание Рb2+ (массу, титр раствора и массовую
долю в навеске).
5