Южно-Российский государственный технический университет
Скачать 0.82 Mb.
|
Вопросы для самоконтроля
Тема 4. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗКлассификация методов количественного анализа. В аналитической химии существуют методы разделения и методы определения. Задача методов разделения – отделить мешающие компоненты или наоборот выделить определяемый компонент в виде, пригодном для определения. Однако нередко определение интересующего компонента производится прямо в пробе без предварительного разделения. В некоторых случаях методы разделения и определения настолько взаимосвязаны, что составляют единое целое. Представителем таких методов является газовая хроматография. В процессе хроматографии смесь разделяется на компоненты, и их содержание определяется количественно. Такие методы называются гибридными. Методы могут классифицироваться на основе различных принципов. При классификации по массе выделяют: макрометод, полумикрометод, микрометод, ультрамикрометод (10-6 г) и субмикрометод (10-9 г). Если для анализа используют менее 10-3 г вещества, техника его выполнения усложняется. Аналитическая операция производится с помощью специальных манипуляторов и нередко под микроскопом. При классификации по свойству вещества метод анализа сохраняет название измеряемого свойства. Если измеряется масса осадка, метод называется гравиметрический, если объем раствора – титриметрический, если определяется интенсивность окраски раствора – фотометрическим или спектрофотометрическим, а если потенциал – потенциометрическим и т.д. Методы определения делят на химические и физико-химические, иногда выделяют группу физических методов. К химическим, как их еще называют классическим, методам, относят гравиметрический и титриметрический. В физико-химических и физических методах анализа наблюдаются и измеряются такие свойства вещества как интенсивность спектральной линии в эмиссионной спектроскопии, величина диффузионного тока в полярографии и т.д. Существуют и другие классификации методов. В зависимости от классов веществ: анализ металлов, анализ воды, газовый анализ, анализ силикатов, элементный анализ органических соединений и т.д. С учетом целевой направленности анализа различают судебный, производственный, арбитражный и другие. Для современных методов аналитической химии характерно широкое использование оптических, электрических и других измерительных приборов, в том числе приборов-автоматов (различных газоанализаторов, титраторов и т.д.) и регулирующей аппаратуры. Существенно возрастает применение компьютеров и статистических методов. Большое значение имеет стандартизация и унификация и закрепление в законодательном порядке применение наиболее точных и надежных методик, включая их в официальные документы. При количественном измерении определяют интенсивность аналитического сигнала, то есть числовое значение свойства, связанное с количеством или содержанием анализируемого компонента. По результатам количественного измерения с помощью уравнения связи рассчитывают содержание определяемого элемента в пробе. Уравнение связи выражает количественную зависимость между интенсивностью аналитического сигнала (измеряемой величиной) и содержанием или количеством анализируемого компонента: P = f (c), где P – интенсивность аналитического сигнала; C – концентрация; f – функциональный компонент. Вид функциональной зависимости определяется особенностями аналитического сигнала. Зависимость может быть линейной, логарифмической или другой. Количественный анализ проводят в основном в растворах. Основной единицей измерения в химии является моль. Моль – это количество вещества, содержащее столько реальных или условных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода – 12. Количество вещества равно n(x) = m(x)\M(x), где m(x) – масса вещества Х, М(х) – молярная масса вещества Х. Важной характеристикой раствора является его концентрация – содержание вещества в единице объема раствора. Концентрацию растворенного вещества в химии выражают в моль/л и называют молярной концентрацией (С(х) = n(x)\V), т.е. количеством вещества, содержащемся в 1 л раствора. Концентрация также может быть выражена количеством граммов вещества в 1 л (г/л) (массовая концентрация) или в 100 мл раствора (массовая доля). Титриметрический анализ. Титриметрический анализ основан на точном измерении количества реагента, израсходованного на реакцию с определяемым веществом. В методах классического титриметрического анализа количество реагента, израсходованного на реакцию с определяемым веществом, находят по объему реагента, вступившего в реакцию. В данном случае реагент - титрованный или стандартный раствор (титрант), концентрация которого известна с большой точностью. Титрование – это постепенное добавление титранта к анализируемому раствору для установления точно эквивалентного количества титранта по отношению к анализируемому веществу. Момент титрования, когда количество добавляемого титранта эквивалентно количеству анализируемого вещества называют точкой эквивалентности. Ее замечают по изменению цвета индикатора. Индикатор – вспомогательное вещество, которое помогает фиксировать окончание титрования изменением окраски анализируемого раствора. Индикаторы различают внутренние, которые добавляют в титруемый раствор и внешние, которые используются как качественный реагент на анализируемое вещество в капельном или бумажном варианте. Реакции, лежащие в основе титриметрического метода, должны удовлетворять следующим требованиям. 1. Взаимодействие титранта с определяемым веществом должно проходить в точном соответствии со стехиометрическим уравнением реакции. 2. Определяемое вещество должно реагировать только с титрантом, то есть должны отсутствовать побочные реакции. 3. Реакция титрования должна протекать количественно, т.е. до полного завершения. 4. Взаимодействие титранта с определяемым веществом должно проходить с большой скоростью. 5. Должен существовать способ, позволяющий определить конец реакции. 6. Раствор титранта должен быть стандартизован. Под стандартизацией раствора титранта понимается установление его точной концентрации. Различают приготовленные и установленные растворы титрантов. Приготовленные растворы получают путем растворения точной навески тщательно очищенного исходного вещества в определенном объеме воды или другого растворителя. Так готовят NaCl, K2Cr2O7 и др. Однако, многие исходные вещества (NaOH, KMnO4) не пригодны для получения титранта с заданной концентрацией. Поэтому раствор готовят приблизительно, а затем стандартизируют установленными растворами (Na2C2O4 – оксалат натрия; KHC8H4O4 – дифталат калия, Na2CO3 – карбонат натрия; Na2B4O7 · 10 H2O – декагидрат тетраборота натрия). Удобным практическим методом приготовления стандартного титрованного раствора является использование фиксаналов, которые содержат точно фиксированное количество (обычно 0,1 моль) вещества. Для получения раствора их достаточно растворить в определенном объеме растворителя, используя мерную колбу. Основные приемы и методы титриметрических определений. Известны основные приемы титриметрического анализа: прямое титрование, обратное титрование (или по остатку), титрование по замещению. В методах прямого титрования определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. Например: NaOH + HCl = NaCl + H2O В методах обратного титрования используют два титрованных рабочих раствора – основной и вспомогательный. Сначала к анализируемому раствору добавляется заведомый избыток одного титрованного раствора, а затем, не вступивший в реакцию остаток этого раствора, оттитровывается другим стандартным раствором. Например, к раствору NaCl добавляется избыток раствора AgNO3 и не вступившее с хлоридом количество вещества AgNO3 оттитровывается NH4SCN. При титровании по замещению к определяемому веществу добавляют специальный реагент, вступающий с ним в реакцию. Один из продуктов взаимодействия оттитровывается рабочим раствором. Например, при иодометрическом определении меди к анализируемому раствору добавляется раствор KJ и происходит реакция: 2Cu2+ + 4J- = 2CuJ + J2 Выделившийся иод оттитровывается тиосульфатом натрия: J2 + 2Na2S2O3 = 2NaJ + Na2S4O6 При классификации по типу основной реакции выделяют следующие методы титриметрического анализа. 1. Методы кислотно-основного взаимодействия, связанные с процессом передачи протона: H+ + OH- = H2O 2. Методы комплексообразования, использующие реакции образования координационных соединений: Hg2+ + 2Cl- = HgCl2 3.Методы осаждения, основанные на реакциях образования малорастворимых соединений: Ag+ + Cl- = AgCl 4. Методы окислительно-восстановительные, которые объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций: MnO4 + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O Расчет результатов анализа основан на принципе эквивалентности. Если определяемое вещество А реагирует с раствором титранта В по уравнению: аА + bВ → сС , то отношение масс реагирующих веществ пропорционально отношению их стехиометрических коэффициентов m (А)\ m (В) = а\ b , где m(А) и m(В) – массы реагирующих веществ, а и b – их стехиометрические коэффициенты. В единицах количества вещества данное соотношение можно записать как  или  .Преобразуем данное выражение   .Выражения в правой и левой частях данного уравнения представляют собой количество вещества эквивалента, и обозначается как n(1\ zX), т.е. n(1/ bA)= n(1/ aB). Из данного соотношения следует, что вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах. Отношение 1/z называют фактором эквивалентности. Фактор эквивалентности (f экв)– это число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. z – эквивалентное число. Молярная масса эквивалента равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности М(1/zХ)= 1/z М(Х). Например: 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O f экв.( NaOH) = 1; f экв. (H2SO4) = 1/2 М (½H2SO4) = ½ М(H2SO4); М (1/1NaOH) = М(NaOH) MnO4 + 8H+ + 5 ē = Mn2+ + 5H2O f экв. (KMnO4) = 1/5; М(1/5КMnO4) = 1/5 М(KMnO4). Отношение количества вещества эквивалента в растворе к объему раствора называют молярной концентрацией эквивалента (С(1/zX)): С(1/zX ) = n(1/zX)/V. При прямом титровании по реакции NaOH +HCl = NaCl + H2O известна молярная концентрация кислоты С(HCl) и объем раствора кислоты V(HCl) в миллилитрах (мл), израсходованный на титрование щелочи. В точке эквивалентности количество кислоты, израсходованной на реакцию, будет точно равно количеству щелочи в анализируемом растворе: n (HCl) = n (NaOH) С(NaOH) · V(NaOH) n  (HCl) = ·1000  , а  .Следовательно, искомая масса щелочи равна  .Аналогично рассчитывают массу вещества при титровании методом замещения. При обратном титровании массу вещества рассчитывают по разности между избытком количеством вещества эквивалента реагента, взаимодействующего с анализируемым веществом, и количеством вещества эквивалента титранта, вступившим в реакцию с оставшимся количеством реагентом после его реакции с определяемым веществом. Например, NaCl + nAgNO3 = AgCl↓ + NaNO3 +(n-1) AgNO3 (n-1)AgNO3 + (n-1)NH4SCN = (n-1)AgSCN↓ + (n-1)NH4NO3  .Титриметрический метод позволяет очень быстро провести анализ, поэтому он является наиболее распространенным в количественном анализе. При его проведении часто приходится отмерять точные объемы различных жидкостей. Для этого применяют специальную посуду: бюретки, пипетки и мерные колбы. Гравиметрический анализ. При гравиметрическом анализе определяемое вещество отгоняется в виде какого-либо летучего соединения (метод отгонки) или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения (метод осаждения). Методом отгонки определяют, например, содержание кристаллизационной воды: BaCl2 · 2H2O = BaCl2 + 2H2O Также данным методом определяют количество SiO2 при взаимодействии с фтористоводородной кислотой, в результате которой образуется летучий SiF4 SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O Количество искомого вещества определяют по убыли массы вещества, взятого на анализ. Наибольшее практическое значение имеет метод осаждения. Последовательность выполнения его заключается в выполнении следующих операций: 1) осаждение; 2) фильтрование; 3) высушивание или прокаливание; 4) взвешивание; 5) расчет результата. Соединение, в виде которого определяемый компонент осаждается из раствора, называется формой осаждения. Например, при осаждении сульфата – форма осаждения BaSO4; при осаждении железа – гидроксид Fe(OH)3. К форме осаждения предъявляются следующие требования: 1)осадок должен быть малорастворим; 2)полученный осадок должен быть чистым и легко фильтроваться. Решающее влияние на полноту осаждения и свойства осадков оказываю следующие условия: 1)концентрация осадителя; 2)температура; 3)концентрация посторонних солей. Для образования чистых крупнокристаллических осадков в начале осаждения, когда идет формирование кристаллов, используют горячие растворы, а для полноты осаждения в конце процесса добавляют избыток осадителя. Для фильтрования используются беззольные фильтры. Для фильтрования мелкодисперсных осадков (BaSO4) применяют наиболее плотные фильтры (синяя лента), для крупнокристаллических и аморфных применяют менее плотные (с белой или черной лентой). Крупнокристаллические осадки промывают на фильтре, а мелкие промывают перед перенесением на фильтр. Промытый осадок высушивают или прокаливают. Полученное после высушивания соединение называют гравиметрической формой. К гравиметрической форме предъявляют следующие требования: точное соответствие ее состава определенной химической формуле; химическая устойчивость в широком интервале температур. Количество определяемого элемента (Х) определяют по формуле x = m · F , где m – масса гравиметрической формы; F – фактор пересчета или гравиметрический фактор. Гравиметрический фактор равен отношению молярной массы определяемого компонента к молярной массе гравиметрической формы. Например, если гравиметрическая форма BaSO4, а в результате анализа надо определить массу серы, получаем:  Наиболее существенным достоинством гравиметрического метода является высокая точность анализа, а также отсутствие стандартизации или градуировок по стандартным образцам. Недостатком метода является длительность его определения, по сравнению с титриметрическим. Чаще всего гравиметрический метод применяют для определения основных компонентов пробы, для анализа эталонов, применяемых в других методах, в арбитражном анализе. Практическое применение метода остается очень широким. |
Похожие:
 | Технический регламент о безопасности питьевой воды Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |  | П р о г р а м м а по курсу Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Биосфера и её структура Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Леонардо да Винчи Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| I. Общие сведения Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | 1. Что называют телом? Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Олимпиада по окружающему миру Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Слайд – фото школы Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Исследование эвтрофирования водоемов Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Программа учебной дисциплины Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Урок 1 Прямая и отрезок Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Урок ознакомления с новым материалом Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Рабочая программа по курсу «Грунтоведение» Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Секция: Биология и науки о Земле Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| Мбоу луговская сош научный Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) | | Рабочая программа по дисциплине «Мерзлотоведение» Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
