Аналитика. Рабочая тетрадь по физико

Л.И. Иванова, А.Б. Дмитриев, В.П. Зайцев,
Т.Д. Мезенова, Н.А. Туховская, Л.С. Ушакова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
2
3
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пятигорская государственная фармацевтическая академия»
Кафедра аналитической химии
Л.И. Иванова, А.Б. Дмитриев, В.П. Зайцев, Т.Д. Мезенова,
Н.А. Туховская, Л.С. Ушакова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Рабочая тетрадь
для студентов к занятиям
по аналитической химии в IV семестре
Пятигорск 2010
4
УДК 543.4'5 (076.5)
ББК 24.46я73
Ф50
Рецензенты: докт. хим. наук, проф. Харитонов Ю.Я.;
академик РАО, проф. Попков В.А.
Л.И. Иванова, А.Б. Дмитриев, В.П. Зайцев,
Т.Д. Мезенова, Н.А. Туховская, Л.С. Ушакова
Ф 50
Физико-химические методы анализа: рабочая тетрадь для студентов к занятиям по аналитической химии в IV семестре / Л.И.Иванова [и др.]. – Пятигорск:
Пятигорская ГФА, 2010. – 52 с.
Рабочая тетрадь к циклу лабораторных работ по физико-химическим методам анализа предназначена студентам 2 курса очного отделения фармацевтической академии для подготовки и выполнения лабораторных работ по аналитической химии в
соответствии с учебным планом и «Примерной программой по дисциплине аналитическая химия» (М.: Минобразование России, 2002.) специальности 060108 «Фармация». Приведены образцы решения задач, образцы оформления отчета о проделанной работе, список литературы.
Рекомендовано для использования в учебном процессе на кафедре аналитической химии ПУМК по химическим дисциплинам Минздравсоцразвития РФ,
июнь, 2007 г.
УДК 543.4'5 (076.5)
ББК 24.46я73
Пятигорская государственная фармацевтическая академия, 2010
5
Оптические методы анализа
Лабораторная работа № 1
Фотоэлектроколориметрическое определение никеля (II) реакцией с диметилглиоксимом в присутствии окислителей
СУЩНОСТЬ РАБОТЫ: Определение никеля основано на измерении интенсивности красно-бурой окраски растворов, образующейся при взаимодействии
никеля(II) с диметилглиоксимом в щелочных растворах в присутствии окислителей.
В условиях проведения реакции происходит окисление никеля, вероятно до никель(III). Определение состава соединения указывает на соотношение Ni: DimГ =
1:3. Для соединения образующегося в щелочной среде, max = 470 нм, Е = 1,3.104. В
качестве окислителей могут применяться иод, бром, персульфат, пероксид водорода
и т.д. Лучше всего использовать иод, так как в его присутствии не окисляется избыток диметилглиоксима. Определению мешают вещества, имеющие собственную
окраску и катионы, образующие гидроксиды в щелочной среде.
Реактивы: нитрат никеля Ni(NO3)2.6H2O;
иод 0,05 М раствор;
диметилглиоксим 1% раствор в 20% растворе щелочи;
гидроксид натрия, 1 н. раствор;
HCl конц.;
H2SO4 конц.
Лабораторная посуда: Бюретки на 25 мл;
Пипетки градуированные на 10 и 5 мл;
Колбы мерные вместимостью 100 и 50 мл.
Приборы: Колориметр концентрационный КФК-2.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:
1. Приготовление 100 мл стандартного раствора, содержащего 0,1 мг/мл никеля (раствор «А»).
Для приготовления стандартного раствора берут точную навеску Ni(NO3)2.6H2O,
равную вычисленной по формуле:
m( Ni ( NO 3 ) 2  6H 2 O 
T  V  10 3  M ,
M
(г), где
Т – титр стандартного раствора – 0,1 мг/мл;
V – объем раствора – 100 мл;
М’ – молярная масса соли Ni(NO3)26H2O (290,79 г/моль);
М – молярная масса никеля (58,69 г/моль);
10-3 – коэффициент перевода мг в г.
Взятую на аналитических весах навеску количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, растворяют в небольшом количестве воды, добавляют
0,2 мл концентрированной серной кислоты, объем доводят до метки и тщательно
перемешивают. Получают раствор А.
2. Приготовление стандартного раствора с содержанием никеля(II) 0,01 мг/мл
(раствор Б).
6
Раствор Б готовится в день употребле- ния. В мерную колбу вместимостью 100
мл отмеривают по бюретке 10 мл раствора с Т = 0,1 мг/мл (раствора «А»), добавляют 2 капли конц. HCl, очищенную воду до метки и тщательно перемешивают.
3. Приготовление эталонных растворов.
В 5 мерных колб вместимостью 50 мл вносят, отмеривая по бюретке 2, 4, 6, 8, 10
мл стандартного раствора с Т = 0,01 мг/мл (раствор Б). Затем в каждую колбу добавляют 1 каплю HCl (1:1), 1 мл раствора йода, 5 мл 1 н. NaOH и 1 мл раствора
диметилглиоксима. Полученную смесь доводят водой до метки и тщательно перемешивают.
4. Приготовление раствора сравнения.
В мерную колбу вместимостью 50 мл вносят, сливая по бюретке, 5 мл дистиллированной воды, 1 каплю HCl (1:1), 1 мл раствора йода, 5 мл 1 н. NaOH и 1 мл
раствора диметилглиоксима. Полученную смесь доводят водой до метки и тщательно перемешивают.
5. Выбор светофильтра.
Эта операция необходима для выбора диапазона длин волн, где ошибка в определении содержания Ni(III) будет наименьшей. Берут эталонный раствор № 3, помещают в кювету с толщиной поглощающего слоя (  ) 3 см и производят измерение светопоглощения (оптической плотности, А) на всех светофильтрах (при всех
длинах волн, ) относительно раствора сравнения. Результаты измерений заносят
в таблицу № 1.
Таблица № 1
-3
Выбор светофильтра (max). Эталонный раствор Ni(II) № 3 (Т = 1,210 мг/мл). Фотоколориметр КФК-2;  = 3 см;  V = 50 мл.
Номер светофильтра
Аi

1
315 нм
2
364 нм
3
400 нм
4
440 нм
5
490 нм
6
540 нм
По полученным данным строят кривую (спектр поглощения) в координатах «светопоглощение (А) - № светофильтра ()» (рис. 1).
Отмечают участок кривой, для которого выполняются следующие условия:
1) Светопоглощение имеет наибольшую величину.
2) Ход кривой примерно параллелен горизонтальной оси (абсцисс).
7
А
1,00,80,60,40,20 |
|
,нм
400
500
600
Рис. 1. Спектр поглощения комплексного соединения Ni(II) с ДimГ в щелочном растворе в присутствии йода.
6. Измерение светопоглощения (оптической плотности) эталонных растворов и
построение градуировочного графика.
Приготовленные 5 эталонных растворов фотоколориметрируют при выбранном
светофильтре (max) в кювете с толщиной поглощающего слоя 3 см относительно
раствора сравнения. Результаты измерений (Аi) заносят в таблицу № 2. Рассчи0,01  Vi
тывают для каждого эталонного раствора титр по формуле: Т i 
, мо50
лярную концентрация (Сi, моль/л) по формуле: C i 
0,01  Vi  1000  10  3
и массо50  M ( Ni)
0,01  Vi  10  3  100
, где 0,01 - титр раствора Б;
50  
Vi – объем раствора Б; 1000 – 1 л раствора; 50 – вместимость мерной колбы; 10-3
– коэффициент пересчета мг в г; M(Ni) – молярная масса никеля; 100 – 100 г раствора;  - плотность раствора ~ 1 г/мл.
Таблица № 2
Светопоглощение эталонных растворов никеля(II)
№ эталонОбъем станТитр эталонноного расдартного расго раствора (Ti),
Сi
ωi ,
i
Аi
E1i1%
cм
твора
твора
мг/мл
моль/л %
(р-ра Б), Vi, мл
1
2
0,410-3
2
4
0,810-3
3
6
1,210-3
4
8
1,610-3
5
10
2,010-3
Средние значения:
вую долю (ω, %) по формуле:  
8
По данным таблицы № 2 строят гра- дуировочный график, откладывая на 3-х
осях абсцисс титр никеля(II) в эталонных растворах (мг/мл), Сi (моль/л) и ω (%), а
на оси ординат – светопоглощение (А) (рис. 2).
А
1,21,00,80,60,40,20
|
|
|
|
|
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0 Ti.103, мг/мл
0
0,68
1,36
2,04
2,73
3,4 С.105, моль/л
0
4
8
12
16
20 ω.105 , %
Рис. 2. Градуировочный график для определения содержания Ni(II) в растворе.
При соблюдении закона Бугера-Ламберта-Бера получают прямую линию, проходящую через начало координат.
7. Вычисление молярного и удельного коэффициентов поглощения диметилглиоксимата никеля.
Для каждого эталонного раствора рассчитывают  i и E1i1%
, затем рассчитывают
cм
средние значения молярного и удельного коэффициентов поглощения диметилглиоксимата никеля по данным таблицы № 2. Формулы расчета:
Аi
%  А i ; где
i 
; E11cм
,i
Ci  
i  
Аi– светопоглощение i-того эталонного раствора;
Сi – молярная концентрация i-того эталонного раствора, моль/л;
l – толщина поглощающего слоя, см;
ωi – массовая доля никеля в i-том эталонном растворе, %.
8. Приготовление раствора с неизвестной концентрацией (контрольного раствора).
В мерную колбу вместимостью 50 мл, содержащую неизвестное количество никеля(II), последовательно добавляют те же реагенты и в тех же количествах, что
и для приготовления эталонных растворов. Измеряют светопоглощение (Ах) приготовленного раствора в кювете с l = 3 см относительно раствора сравнения.
9. Определение содержания никеля(II) в анализируемом (контрольном) растворе с помощью градуировочного графика.
9.1. По градуировочному графику находят титр анализируемого раствора (Тх,
мг/мл), который соответствует светопоглощению Ах и рассчитывают массу
никеля(II) в анализируемом растворе по формуле:
9
m(Ni) = (Tx  V), мг
где V – общий объем анализируемого раствора (50 мл).
9.2.
По градуировочному графику находят молярную концентрацию
никеля(II) в анализируемом растворе (Сх, моль/л), которая соответствует оптической плотности Ах и рассчитывают массу никеля(II) в анализируемом рас3
C ( Ni)  M ( Ni)  V  10
творе по формуле: m( Ni)  х
, мг.
1000
9.3.
По градуировочному графику находят массовую долю никеля(II) в анализируемом растворе (ωx, %), которая соответствует оптической плотности Ах
и рассчитывают массу никеля(II) в анализируемом растворе по формуле:
 x  V  10 3
m( Ni ) 
, мг
100
10.Определение содержания массы никеля(II) по среднему молярному и сред1%
нему удельному коэффициентам поглощения (  и E1cм ). Зная А и или А и
х

х
% можно рассчитать массу никеля по формулам:
E11cм
m( Ni) 
A x  M( Ni)  V

, мг или m( Ni) 
A x  V  10 3
, мг
1%
E
   100
1см
где
V – общий объем анализируемого раствора (50 мл);  = 3 см; 103 – коэффициент пересчета г в мг.
Для уменьшения погрешности определения концентрации, связанной с неточностями при ручном построении градуировочного графика, его наилучшие параметры можно рассчитать по методу наименьших квадратов.
Представим уравнение прямой в виде у=а+bх, где у – аналитический сигнал
(оптическое светопоглощение А), х – концентрация (выраженная в моль/л или в %
или в виде титра, г/мл), а и b – константы. Наилучшие значения а и b вычисляют по
формулам:
y j  x 2j   x j  x j y j
m x j y j   x j  y j

  y j  b x j  / m
b
.a
2
2
m x 2j   x j 
m  x 2j   x j 
где j – номер точки, m – общее количество точек.
Для оценки погрешности в определении а и b вычисляют:
Стандартное отклонение точек от найденной зависимости
sy 
 y  a  bx  /( m  2) ,
2
j
j
Стандартное отклонение рассчитанного значения наклона (b) градуировочной зависимости:
sb 
ms 2y
m  x   x 
2
j
2
.
j
Стандартное отклонение рассчитанного значения отрезка, отсекаемого на оси ординат (а):
10
2
x
 j
sa  sb
m
Границы доверительного интервала рассчитанного значения наклона регрессионной зависимости обозначают ±Δb. Границы доверительного интервала, соответствующего уровню доверительной вероятности P:
Δb = tp,f .sb.
Границы доверительного интервала для рассчитанного значения отрезка, отсекаемого на оси ординат обозначают ±Δa. Границы доверительного интервала, соответствующего уровню доверительной вероятности P:
Δa = tp,f .sa.
Если при этом а будет < Δa, то значение а считают незначимым и переходят к
уравнению прямой вида у=b’x. Значение b’ рассчитывают по формуле:
b
,
sy
x y


 x , стандартное отклонение точек от найденной зависимости
  y  b' x  /( m  1) , и стандартное отклонение рассчитанного знаj
j
2
j
2
j
j
чения наклона регрессионной зависимости: s b 
ms 2y
m  x   x j 
2
j
2
.
Границы доверительного интервала (±Δb), соответствующего уровню доверительной вероятности Р: Δb = tp,f .sb.
Погрешность определения концентрации х, определяемой по градуировочному
графику, зависит от следующих параметров: числа параллельных измерений уj, равное n, числа точек на графике m, разброса точек относительно прямой, мерой которого служит sу, и удаленности значения у от среднего значения y на графике, то
есть центра графика. Стандартное отклонение концентрации рассчитывают по уравнению:
sx 
sy
b
1 1
 
n m
m( y j  y ) 2
m
m
b [m x  ( xi ) ]
2
2
i
i
2
, а доверительный интервал Δх = sх. tР,f.
i
Расчет по этим формулам можно провести с использованием компьютера.
11
ОТЧЕТ
Определение никеля с диметилглиоксимом в присутствии окислителя методом
прямой фотометрии
1. Метод анализа:
2. Метод фотометрического определения:
2.1. по градуировочному графику (графически и по уравнению прямой)
2.2. расчетный (по значению  и Е 1% )
1см
Определяемое вещество:
Анализируемое вещество:
Реагент:
Вспомогательное вещество:
Уравнения реакций, лежащих в основе определения:
7.1. 3I2 + 6OH-  IO3- + 5I- + 3H2O
7.2. IO3- + 6Ni2+ + 3H2O  6Ni3+ + I- + 6OH7.3. Ni3+ + 3H2R + 3OH-  2[Ni(HR)3]o + 3H2O
-------------------------------------------------------------2Ni2+ + I2 + 6H2R + 6OH-  2[Ni(HR)3]o + 2I- + 6H2O
8. Фотометрические характеристики комплексного соединения – продукта фотометрической реакции [Ni(HR)3]o
max =
;=
; Е 1% =
3.
4.
5.
6.
7.
1см
9. Чувствительность (предел) определения (при А = 0,05)
9.1. по градуировочному графику
……. мг/мл; ……. моль/л; ……. %
9.2. по значениям  и Е : С(Ni2+)min =
С(Ni2+)min =
0,05


;
0,05

1%
Е

1см
10.Чувствительность градуировочного графика
tg  = b =
11.Интервал определяемых содержаний Ni2+ в растворе (по прямолинейности градуировочного графика) при  = ……… и  = 3,0 см.
1) ……… - ………, мг/мл;
2) ……… - ………, моль/л
3) ……… - ………, %
12.Светопоглощение контрольного раствора Ах = ……….
13.Содержание никеля в контрольном растворе:
13.1.
по градуировочному графику: ..........;
по Тх ……. мг; по Сi ……. мг; по ωi ……. мг
13.2. по значению : ……….. мг; по значению Е 1% : ……….. мг.
1см
14.Среднее содержание никеля в контрольном растворе: .……….. мг.
15.Истинное содержание никеля в контрольном растворе: ………. мг.
16.Относительная погрешность определения …………….……….. %.
12
Лабораторная работа № 2.
Дифференциальное фотоэлектроколориметрическое определение
железа(III) с сульфосалициловой кислотой в кислой среде
Сущность лабораторной работы.
Определение основано на образовании в кислой среде окрашенного в фиолетовый цвет моносульфосалицилата железа(III) состава 1:1.
Для соединения образующегося в кислой среде max = 510 нм, Е = 1,8.103. В качестве раствора сравнения используют моносульфосалицилат железа(III) известной
концентрации.
Концентрацию железа(III) в исследуемом растворе определяют либо при помощи
градуировочного графика, либо с использованием фактора пересчета (F), концентрация железа(III) в исследуемом растворе и в эталонных растворах должна быть
больше, чем в растворе сравнения.
Реактивы: железо-аммонийные квасцы
сульфосалициловая кислота, 10% раствор
кислота серная, концентрированная
кислота серная, 1 М раствор.
Лабораторная посуда: колбы мерные, вместимостью 100 и 25 мл
бюретки
пипетки, емкостью 10 мл.
Приборы: фотоколориметр КФК-2.
Методика выполнения лабораторной работы:
1. Приготовление стандартного раствора, содержащего 1 мг/мл железа (III).
Для приготовления раствора берут навеску железо-аммонийных квасцов, точно
равную рассчитанной по формуле:
TFe  V  M  10  3
m
,
M'
где:
m
– навеска
Т
– титр железа(III), мг/мл
V
– общий объем стандартного раствора железа(III), мл
М
– молярная масса железа, г/моль
М’ – молярная масса NH4Fe(SO4)2.12H2O, г/моль.
Навеску, взвешенную на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу, емкостью 100 мл, растворяют при нагревании в небольшом количестве
дистиллированной воды с добавкой 1 мл концентрированной серной кислоты. После
охлаждения объем раствора доводят до метки водой и тщательно перемешивают.
2. Приготовление эталонных растворов.
В шесть мерных колб емкостью 25 мл вводят из бюретки последовательно 3,0;
3,9; 4,8; 5,7; 6,6; 7,5 мл стандартного раствора соли железа(III), содержащего 1 мг/мл
железа. Затем в каждую колбу добавляют по 3 мл 3% раствора сульфосалициловой
кислоты и по 1 мл 1 М раствора серной кислоты, разбавляют дистиллированной водой, доводят до метки и тщательно перемешивают.
13
3. Измерение светопоглощения (оп- тической плотности) эталонных растворов.
Светопоглощение эталонных растворов измеряют на фотоколориметре КФК-2 со
светофильтром, максимум пропускания которого лежит при 540 нм в кювете с толщиной поглощаемого слоя 1 см.
В качестве раствора сравнения используют один из эталонных растворов. Сначала измеряют светопоглощение каждого из эталонных растворов по отношению к
первому из них. Затем измеряют светопоглощение всех последующих растворов по
отношению ко второму и т.д.
Результаты измерений вносят в таблицу 3.
Таблица 3
Данные для построения градуировочного графика
и вычисления фактора пересчета (F).
Эталонный раствор
Раствор сравнения
Разность конА
центраций
№
С, мг/мл
№
С0, мг/мл
2
0,156
1
0,036
3
0,192
0,072
4
0,228
0,12
0,108
5
0,264
0,144
6
0,300
0,180
3
0,192
2
0,036
4
0,228
0,072
0,156
5
0,264
0,108
6
0,300
0,144
4
0,228
3
0,036
5
0,264
0,192
0,072
6
0,300
0,108
5
0,264
4
0,036
0,228
6
0,300
0,072
6
0,300
5
0,264
0,036
F
4. Вычисление фактора пересчета (F).
Вычисляют значение фактора пересчета для каждого измерения светопоглощения А по формуле: F 
Ci  C o
Ai
Вычисляют среднее значение (Fср.) полученных результатов.
5. Приготовление раствора с неизвестной концентрацией железа(III).
К анализируемому раствору в мерной колбе емкостью 25 мл добавляют небольшое количество воды, 3 мл 3% раствора сульфосалициловой кислоты и 1 мл 1 М
раствора серной кислоты, дистиллированную воду до метки и тщательно перемешивают.
6. Определение содержания железа(III) в растворе с помощью фактора пересчета (F).
14
Измеряют светопоглощение анализируемого раствора, используя в качестве раствора сравнения эталонный раствор № 1, затем № 2, № 3 и т.д. до получения отрицательного значения относительного светопоглощения. Концентрацию рассчитывают по формуле:
Сх = Ах . F + Со
где
Сх – неизвестная концентрация железа(III), мг/мл: Ах – светопоглощение
анализируемого раствора; F – фактор пересчета (средний результат); Со – концентрация железа(III) в растворе сравнения, мг/мл.
Содержание железа(III) в мг в анализируемом растворе рассчитывают по формуле: mFe = Cx . V = ________мг, где V – общий объем анализируемого раствора, мл.
7. Определение содержания железа(III) в растворе с помощью градуировочного
графика.
По данным таблицы № 3 строят градуировочный график зависимости светопоглощений (Аi), измеренных относительно первого раствора (Со), от концентрации эталонных растворов (мг/мл).
А
1,21,00,80,60,40,2|
|
|
|
|
0,156
0,192
0,228
0,264
0,300
С, мг/мл
Рис. 3. Градуировочный график для определения содержания железа(III).
При соблюдении основного закона светопоглощения градуировочный график
представляет прямую линию, начало которой по оси концентраций смещено от нулевого положения на Со. Измеряют светопоглощение контрольного раствора (Ах)
относительно первого стандартного раствора и по графику определяют неизвестную концентрацию железа (Сх, мг/мл). Рассчитывают массу железа(III) в анализируемом растворе по формуле:
mFe(III) = Cмг/мл . V = ______________, мг
где V – общий объем анализируемого раствора, мл.
15
1.
2.
3.
4.
5.
ОТЧЕТ
Дифференциальное фотоэлектроколориметрическое определение
железа(III) с сульфосалициловой кислотой в кислой среде
Метод анализа:
Метод фотометрического определения:
2.1. расчетный (по значению фактора пересчета, F)
2.2. градуировочного графика.
Анализируемое вещество:
Реагент:
Уравнение реакции:
OH
–
H
O
3+
+ Fe
O3S
COOH
–
O3S
+
Fe
+
+ H
C O
O
6. Фотометрические характеристики моносульфосалицилата железа (III):
max = _________; ε =____________;
Светопоглощение контрольного раствора, Ах =
7. Содержание Fe(III) в контрольном растворе:
7.1. gFe(III) = ______ мг/25 мл (расчетом по значению фактора пересчета, F)
7.2.
gFe(III) = ______ мг/25 мл (по градуировочному графику).
Относительная погрешность определения, Е% = _________%.
ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
Лабораторная работа № 3
Количественное определение солей кадмия
методом фотометрического титрования.
Метод фотометрического (спектрофотометрического) титрования основан на последовательном измерении светопоглощения А (оптической плотности D) раствора
в процессе титрования при заранее заданной длине волны излучения. Если исследуемый раствор подчиняется основному закону светопоглощения, то процесс титрования выражается двумя пересекающимися прямыми линиями. Для определения точки
эквивалентности строят кривую титрования в координатах А (D) – (V), где А (D) –
светопоглощение (оптическая плотность); V – объем титранта. Излом на кривой
титрования соответствует точке эквивалентности.
Сущность лабораторной работы. Количественное определение основано на
комплексонометрическом титровании кадмия в присутствии индикатора ксиленолового оранжевого при  = 578 нм. Учитывая, что ни кадмий, ни комплексон III с индикатором не образуют окрашенного комплекса, используют обратное титрование: к
раствору, содержащему кадмий, добавляется раствор комплексона III, избыток которого оттитровывается раствором нитрата (ацетата) свинца в присутствии индикатора. При  = 578 нм излучение поглощает практически только комплекс свинца с
16
ксиленоловым оранжевым. Максимальное развитие окраски комплекса наблюдается в нейтральной среде (рН 6-7).
Реактивы:
1. раствор комплексона III – 0,01 н.
2. раствор нитрата или ацетата свинца – 0,01 н.
3. водный раствор ксиленолового оранжевого, 0,5%.
Лабораторная посуда:
1. бюретка на 10 мл
2. пипетки Мора емкостью 10 мл
3. мерные колбы емкостью 100 мл.
Приборы:
1. колориметр концентрационный, КФК-2
2. титровальное приспособление ТПР-М.
Порядок выполнения работы.
Раствор, содержащий 20-50 мг кадмия, помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл (контрольный раствор), разбавляют дистиллированной водой до метки
и тщательно перемешивают. Для анализа аликвотную часть анализируемого раствора (VА = 10,00 мл) помещают в кювету, добавляют пипеткой 10,00 мл раствора комплексона III (0,01 н.). Кювету с раствором помещают в кюветное отделение фотоколориметра КФК-2. Устанавливают требуемый светофильтр ( = 540 нм). Закрывают
крышку кюветного отделения и ручками «чувствительность» и «установка 100 грубо» и «точно» устанавливают отсчет 100 по шкале колориметра. Открывают крышку
кюветного отделения и добавляют в кювету 4-7 капли 0,5% водного раствора индикатора (ксиленолового оранжевого). Закрывают крышку кюветного отделения и через отверстие в крышке вводят в анализируемый раствор стеклянную мешалку,
установленную на штанге титровального приспособления ТПР-М. На этой же штанге закрепляется бюретка вместимостью 10 мл с раствором титранта (Pb(NO3)2 или
Pb(СН3СОO)2), оттянутый кончик которой вводят в другое отверстие крышки кюветного отделения. Включают перемешивание. Для этого на передней панели титровального приспособления переключатель «сеть» переводят в положение «включено»
(загорается зеленая лампочка индикатора). Рукоятка «скорость перемешивания»
устанавливается в положение «5». Через ~ 30 секунд снимают значение светопоглощения (Ао) по шкале фотоколориметра. Перемешивание оставляют включенным до
окончания титрования. В процессе титрования титрант (0,01 н. раствор Pb(NO3)2 или
Pb(СН3СОO)2) приливают из бюретки порциями по 0,5 мл. После добавления каждой порции титранта выдерживают раствор ~ 30 секунд и снимают значения светопоглощения по шкале фотоколориметра. Все значения светопоглощения, используемые для расчетов и построения кривой титрования, должны содержать поправку на
разбавление раствора при титровании, т.е.
VU
А = А изм 
, где
V
V – первоначальный объем титруемого раствора, (20 мл);
U – объем добавленного титранта, мл.
Титрование заканчивают при добавлении 9 мл титранта. Результаты титрования заносят в таблицу 4.
17
Таблица 4
Данные для построения кривой фотометрического титрования кадмия
с индикатором ксиленоловым оранжевым
Объем добавленного титСветопоглощение,
Светопоглощение с учетом разранта U, мл
Аизм
бавления
А = А изм  V  U
V
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
По данным таблицы 4 строят кривую титрования в координатах А U, где А –
светопоглощение с учетом разбавления, U - объем добавленного титранта, мл.
а
б
Рис. 4. Образец кривой фотометрического титрования кадмия с ксиленоловым
оранжевым.
18
А
U, мл
Рис. 5. Кривая фотометрического титрования кадмия с ксиленоловым оранжевым.
Объем, соответствующий точке эквивалентности (Uт.э.) определяют:
1) экстрополяцией прямолинейных участков графика кривой титрования (рис. 4, а);
2) если кривая титрования имеет относительно большие прямолинейные участки,
определение объема точки эквивалентности проводят расчетным путем. Для этого строят кривую титрования и выбирают 2 точки на кривой после перегиба (т.е.
после точки эквивалентности). Расчет Uт.э. проводят по формуле для точки пересечения двух прямых, одна из которых параллельна оси абсцисс (рис. 4, б).
U (A  A 0 )  U 2 (A1  A 0 )
, где
U т.э.  1 2
A 2  A1
U1 и U2 – объемы титранта, пошедшие на определение 2-х точек после перегиба
А1 и А2 – значения светопоглощения, соответствующие объемам титранта U1 и U2
(рис. 1, б)
А0 – значение светопоглощения до т.э.
Расчет содержания кадмия в растворе проводят по формуле для обратного титрования
gCd 
( N k.III  Vk.III  N Pb( NO3 ) 2  U т.э.Pb( NO3 ) 2 )  ЭСd W

1000
V
ОТЧЕТ
Количественное определение солей кадмия
методом фотометрического титрования.
1. Метод анализа:
2. Способ количественного определения:
3. Анализируемое вещество:
4. Титрант:
19
5. Вспомогательное вещество:
6. Индикатор:
7. Уравнения реакций:
8. Характеристики образующегося комплекса [PbH4R]0:
цвет – красно-розовый;
фотометрические характеристики: max = 580 нм; Е = 1,9.104.
9. Значение объема титранта, соответствующее точке эквивалентности
9.1.
Vт.э. = ………. мл (по графику)
9.2.
Vт.э. = ………. мл (расчетным способом).
10.Содержание Cd2+ в контрольном растворе
g(Cd2+) = ………… (г).
11. Относительная погрешность определения, Е% = …………%.
20
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
КУЛОНОМЕТРИЯ
Работа 1. Определение кислот.
Определение кислот основано на электрогенерации ионов ОH- из воды на платиновом катоде и последующим их взаимодействии с ионами Н3О+. Вспомогательным
реагентом в данном случае является вода, в которую для повышения электропроводности необходимо добавить индифферентный сильный электролит – 0,5 М или
10%-ный раствор сульфата калия или натрия. На электроде будут протекать следующие реакции:
на катоде: 2Н3О+ + 2е– = Н2+ 2Н2О; 2Н2О + 2е– = Н2 + 2ОН–,
а в растворе: ОН– + Н3О+ = 2Н2О. После завершения химической реакции избыток ионов ОН- создаст в растворе щелочную среду, что можно обнаружить с помощью кислотно-основного индикатора (фенолфталеина) или потенциометрически со
стеклянным индикаторным электродом.
Приборы и реактивы:
Кулонометрическая установка с электронным секундомером
Магнитная мешалка
Генераторный платиновый электрод
Вспомогательный графитовый электрод
Мерная колба вместимостью 100 мл
Пипетка вместимостью 10 мл
Фенолфталеин 1% спиртовый раствор
Сульфат натрия или калия 10% или 0,5 М раствор
Выполнение работы: Исследуемый раствор кислоты разбавляют дистиллированной водой в мерной колбе вместимостью 100 мл до метки и хорошо перемешивают.
В стакан для титрования помещают примерно 10 мл 0,5 М или 10%-ного раствора
Na2SO4 (или К2SO4), семь капель фенолфталеина, опускают платиновый генераторный электрод и стержень магнитной мешалки. В анодную камеру наливают 0,5 М
(или 10%-ный) раствор Na2SO4 (или К2SO4), опускают вспомогательный графитовый
электрод и соединяют оба стакана электролитическим мостиком, заполненным тем
же сильным электролитом. При выключенном тумблере «Ячейка» ручкой «Ток»
устанавливают ток электролиза 5 мА и включают магнитную мешалку. Для исключения ошибки, связанной с присутствием в растворе СО2, сначала проводят предэлектролиз фонового раствора током 5 мА, включив тумблер «Ячейка». При появлении розовой окраски раствора тумблер «Ячейка» выключают. Затем в стакан с генераторным электродом пипеткой добавляют 10,00 мл анализируемого раствора
кислоты, на микрокалькуляторе, служащем электронным секундомером, нажимают
клавиши «С», «+» и «1», а затем включают ячейку. После появления розовой окраски раствора такой же интенсивности, как и при предэлектролизе, выключают ячейку
и записывают ток электролиза и время продолжительности титрования с точностью
до 1 сек.
Титрование повторяют трижды и рассчитывают среднее время электролиза. Содержание кислоты (g) рассчитывают по формуле:
21
g
ItMW
 ______________________ г,
n  FV
где: I - ток электролиза, А; t - время электролиза, с; М - молярная масса кислоты,
г/моль; W - вместимость мерной колбы, мл; V - вместимость пипетки, мл; n – число
электронов (для серной кислоты n = 2), F - константа Фарадея, 96485 Кл/моль.
g ист. 
Е% 
ОТЧЕТ
Определение серной кислоты кулонометрическим титрованием
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение электрохимической реакции:
9. Уравнение химической реакции:
10. Расчет fэкв(А) и Э(А):
11. Расчет g(А):
12. Относительная погрешность определения Е%:
Работа 2. Определение тиосульфата натрия.
Определение тиосульфата натрия основано на его титровании электрогенерированным иодом. В качестве вспомогательного реагента служит иодид калия, который берут в большом избытке по отношению к определяемому веществу. В процессе электролиза из вспомогательного реагента на генераторном платиновом аноде
образуется свободный иод (электрогенерированный титрант): на аноде: 2I– – 2e– = I2
На вспомогательном электроде (катоде) выделяется водород:
на катоде: 2H2O + 2e– = H2 + 2OH–
Образующиеся в растворе гидроксид-ионы необходимо нейтрализовывать, для
чего в раствор перед титрованием добавляют 1-2 мл 0,01 М раствора серной кислоты. Образующийся иод реагирует в растворе с тиосульфат-ионами:
I2 + 2S2O32- = 2I– + S4O62–
После окисления всего количества тиосульфат-ионов в растворе появляется свободный иод, образующий с крахмалом синее окрашивание.
22
Приборы и реактивы:
Кулонометрическая установка с электронным секундомером
Магнитная мешалка
Генераторный платиновый электрод
Вспомогательный платиновый электрод
Мерная колба вместимостью 100 мл
Пипетка вместимостью 10 мл
Иодид калия или аммония, 0,1 М раствор
Крахмал 1% раствор
Серная кислота 0,01 М раствор
Выполнение работы: Исследуемый раствор тиосульфата натрия разбавляют в
мерной колбе вместимостью 100 мл до метки и хорошо перемешивают. В стакан для
титрования помещают примерно 10 мл 0,1 М раствора КI, 1-2 мл раствора крахмала
и 1-2 мл 0,01 М раствора серной кислоты, опускают платиновые электроды и стержень магнитной мешалки.
При выключенном тумблере «Ячейка» ручкой «Ток» устанавливают ток электролиза 15 мА и включают магнитную мешалку. Сначала проводят предварительный
электролиз фонового раствора током 15 мА, включив на некоторое время тумблер
«Ячейка». При появлении синей окраски раствора тумблер «Ячейка» выключают.
Затем в стакан с электродами пипеткой добавляют 10,00 мл анализируемого раствора тиосульфата натрия, на микрокалькуляторе, служащем электронным секундомером, нажимают клавиши «С», «+» и «1», а затем включают ячейку и записывают
фактический ток электролиза. После появления синей окраски раствора такой же
интенсивности, как и при предварительном электролизе, выключают ячейку и записывают время окончания титрования с точностью до 1 сек. Рассчитывают количество прошедшего электричества по формуле:
Qi  I  t , Кл  ,
где I - ток электролиза, t - время электролиза, с.
Титрование повторяют дважды, добавляя аликвотную часть (10,00 мл) анализируемого раствора тиосульфата натрия в тот же стакан, и рассчитывают среднее количество электричества, затраченного на электролиз: Qср. = (Q1 + Q2 + Q3)/3.
Содержание тиосульфата натрия (g) рассчитывают по формуле:
g
QMW
 ______________________ г,
n FV
где Q – количество электричества, Кл
М – молярная масса Na2S2O3·5H2O, г/моль (М = 248,17 г/моль)
W – вместимость мерной колбы, мл (100 мл)
V – вместимость пипетки, мл (10 мл)
F – константа Фарадея, 96485 Кл/моль
n – число электронов (для тиосульфата натрия n = 1).
g ист. 
Е% 
23
ОТЧЕТ
Определение тиосульфата натрия.
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение электрохимической реакции:
9. Уравнение химической реакции:
10. Расчет fэкв(А) и Э(А):
11. Расчет g(А):
12. Относительная погрешность определения Е%:
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
Работа 3. Определение содержания сульфата железа (II)
методом амперометрического титрования
Определение сульфата железа(II) методом амперометрического титрования основано на титровании его стандартным раствором дихромата калия с индикацией точки эквивалентности по току окисления ионов Fe2+ на платиновом электроде. В процессе титрования на электроде протекает электродная реакция: Fe2+ - e- = Fe3+ , a в
растворе химическая реакция: 6Fe2+ + Cr2O72– + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
За счет протекания химической реакции концентрация ионов Fe 2+ в растворе в
процессе титрования уменьшается, следовательно, уменьшается и ток, величина которого пропорциональна концентрации. После завершения химической реакции величина тока остается постоянной, поэтому момент прекращения уменьшения тока,
определяемый как точка пересечения двух прямых на кривой титрования, и будет
соответствовать точке эквивалентности. Так как индикаторный электрод имеет маленькую площадь, доля электрохимического окисления железа по сравнению с химическим пренебрежимо мала, и содержание железа в растворе можно рассчитать
по обычной формуле титриметрического анализа.
Выполнение работы на амперометрической установке АУ-4М.
1. Включают вилку прибора в сеть и переводят тумблер «Сеть» в положение
«Вкл», на передней панели должна загореться индикаторная лампочка.
2. Рукояткой «наложение» устанавливают напряжение 1,2 В.
3. В стаканчик для титрования помещают 10,00 мл анализируемого раствора,
стержень магнитной мешалки, добавляют ≈10 мл 12,5% раствора серной кислоты и
опускают в стакан электродную пару. При необходимости доливают дистиллированную воду таким образом, чтобы электроды были погружены в раствор на 1 см.
24
4. Заполняют бюретку 0,01 н. раствором дихромата калия до нулевой отметки,
включают магнитную мешалку ручкой «мотор» и приступают к титрованию, установив ручку «время между титрованиями» в положение 15 сек. При необходимости
остановить процесс титрования эту ручку переводят в положение «выкл».
5. Результаты титрования запишите в таблицу:
V,мл
I,мкА
Титрование заканчивают тогда, когда получатся 3-4 примерно постоянных значения величины тока. По данным таблицы строят кривую титрования в координатах I V и определяют объем титранта в точке эквивалентности, соответствующий точке
пересечения двух прямых.
I
V
6. Повторяют титрование еще раз, начиная с п.3, и рассчитывают среднее значение двух определений.
V,мл
I,мкА
I
V
7. Рассчитывают содержание FeSO4.7H2O в растворе (g) в граммах по формуле:
g
N K 2Cr2O 7  Vт.э.  Э FeSO4 7 Н 2О  W
g ист. 
Е% 
1000  VA

25
ОТЧЕТ
Определение содержания сульфата железа (II)
методом амперометрического титрования
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение электрохимической реакции:
9. Уравнение химической реакции:
10. Расчет fэкв(А) и Э(А):
11. Расчет g(А):
12. Относительная погрешность определения Е%:
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ
Работа 4. Определение содержания CH3COOH методом потенциометрического титрования
Метод потенциометрического титрования основан на экспериментальном определении рН в процессе титрования с последующим определением точки эквивалентности по кривой титрования, построенной в дифференциальной форме. Значения рН
в процессе титрования измеряют на рН-метре с помощью индикаторного стеклянного электрода в паре с хлоридсеребряным электродом сравнения.
Выполнение работы.
1. Включают прибор в сеть и нажимают клавишу «On/Off» на панели рН-метра.
На индикаторе должны появиться цифры. Выбирают режим измерения рН, нажимая
клавишу «mV/pH», на индикаторе справа символ «mV» должен смениться на символ
«рН».
2. Анализируемый раствор получают в мерной колбе вместимостью 100,0 мл, доводят до метки и тщательно перемешивают. В стаканчик для титрования пипеткой
помещают 10,00 мл анализируемого раствора кислоты, стержень магнитной мешалки и опускают электродную пару. При необходимости доливают дистиллированную
воду так, чтобы электроды были погружены в раствор на 1 см.
3. Заполняют бюретку 0,1 н. раствором щелочи, включают магнитную мешалку и
приступают к титрованию.
4. Ориентировочное титрование: добавляют щелочь порциями по 1 мл до рН не
менее 11, записывая результаты измерения рН в таблицу:
V, мл
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
26
рН
По данным таблицы строят интегральную кривую титрования в координатах
рН - V и определяют примерный объем титранта (Х) в начале скачка титрования.
рН
V
5. Точное титрование: новую аликвотную часть 10,00 мл анализируемого раствора помещают в стаканчик для титрования, заполняют бюретку до нулевой отметки, добавляют объем титранта, соответствующий началу скачка титрования (Х) и
приступают к точному титрованию, добавляя титрант порциями по 0,1 мл и записывая получаемые при этом значения рН.
Результаты заносят в таблицу и рассчитывают изменение рН (рН – разность последующего и предыдущего значения рН) на единицу объема титранта (заполняют
все столбцы таблицы):
V, мл
рН
V
pH V+1/2V pH/V
Х,0
0,1
,1
10,1
,2
0,1
,3
0,1
,4
0,1
,5
0,1
,6
0,1
,7
0,1
,8
0,1
,9
0,1
,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
6. Строят дифференциальную кривую титрования в координатах рН/V –
V+1/2V и по максимуму на ней определяют точно точку эквивалентности.
27
pH/V
V+1/2V
7. Рассчитывают содержание уксусной кислоты в растворе (g) в граммах по формуле (К – поправочный коэффициент к нормальности NaOH):
g
K  N NaOH  VNaOH  ЭСН3СООН  W
g ист. 
1000  VA

Е% 
ОТЧЕТ
Определение содержания CH3COOH методом потенциометрического титрования
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение химической реакции:
9. Расчет fэкв(А) и Э(А):
10. Расчет g(А):
11. Относительная погрешность определения Е%:
28
Работа 5. Определение содержания фосфорной кислоты методом потенциометрического титрования
Фосфорная кислота Н3РО4 имеет три константы кислотности: К1 = 7,1.10-3, К2 =
6,3.10-8 и К3 = 5.10-13. Соотношение К1:К2 ≈ 105 и К2:К3 ≈ 105, то есть больше критерия 104 , поэтому на кривой титрования будут наблюдаться два скачка титрования,
соответствующие оттитровыванию первого и второго протонов. Третий скачок у
фосфорной кислоты отсутствует, так как величина третьей константы кислотности
меньше 10-8. Соответственно, фактор эквивалентности для фосфорной кислоты будет равен 1 при ее определении по первому скачку титрования и ½ при определении
по второму скачку титрования.
Выполнение работы.
1. Включают прибор в сеть и нажимают клавишу «On/Off» на панели рН-метра.
На индикаторе должны появиться цифры. Выбирают режим измерения рН, нажимая
клавишу «mV/pH», на индикаторе справа символ «mV» должен смениться на символ
«рН».
2. Анализируемый раствор получают в мерной колбе вместимостью 100,0 мл, доводят до метки и тщательно перемешивают. В стаканчик для титрования пипеткой
помещают 10,00 мл анализируемого раствора кислоты, стержень магнитной мешалки и опускают электродную пару. При необходимости доливают дистиллированную
воду так, чтобы электроды были погружены в раствор на 1 см.
3. Заполняют бюретку 0,1 н. раствором щелочи, включают магнитную мешалку и
приступают к титрованию.
4. Ориентировочное титрование: добавляют щелочь порциями по 1 мл до рН не
менее 12, записывая результаты измерения рН в таблицу:
V, мл
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
рН
По данным таблицы строят интегральную кривую титрования в координатах
рН - V и определяют примерный объем титранта (Х) в начале каждого скачка титрования.
рН
V
5. Точное титрование: новую аликвотную часть 10,00 мл анализируемого раствора помещают в стаканчик для титрования, заполняют бюретку до нулевой отметки, добавляют объем титранта, соответствующий началу первого скачка титрования
29
(Х1) и приступают к точному титрова- нию, добавляя титрант порциями по 0,1
мл и записывая получаемые при этом значения рН. После прохождения первого
скачка титрования (≈1-2 мл раствора титранта или рН не менее 7) добавляют объем
титранта, соответствующий началу второго скачка титрования (Х2) и приступают к
точному титрованию аналогично первому скачку.
Результаты точного титрования заносят в таблицы:
V, мл
рН
V
pH V+1/2V pH/V
Х1,0
0,1
,1
10,1
,2
0,1
,3
0,1
,4
0,1
,5
0,1
,6
0,1
,7
0,1
,8
0,1
,9
0,1
,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
V, мл
Х2,0
,1
,2
,3
,4
,5
,6
,7
,8
,9
,0
,1
,2
,3
рН
V
0,1
10,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
-
pH
-
-
V+1/2V pH/V
-
-
-
6. Строят дифференциальную кривую титрования в координатах рН/V –
V+1/2V и по максимуму на ней определяют точно первую и вторую точку эквивалентности (рН – разность последующего и предыдущего значения рН). Построение интегральной и дифференциальной кривой можно выполнить на компьютере в
30
программе «Обработка кривых потен- циометрического титрования», разработанной в среде электронных таблиц «Excel».
pH/V
V+1/2V
7. Рассчитывают содержание фосфорной кислоты в растворе (g) в граммах по
первому и второму скачкам титрования по формулам:
K  N NaOH  VNaOH  Эк  ты  W _____ 0,1  ____ 98  100

 ____________ г.
1000  VA
1000  10
K  N NaOH  VNaOH  Эк  ты  W _____ 0,1  ____ 49  100
g2 

 ____________ г.
1000  VA
1000  10
g1 
Вычисляют среднее значение gнайд.= (g1+g2)/2 = _______г.
gист. = __________. Относительная погрешность Е% = ___________.
ОТЧЕТ
Определение содержания фосфорной кислоты методом потенциометрического титрования
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение химической реакции:
9. Расчет fэкв(А) и Э(А):
10. Расчет g(А):
11. Относительная погрешность определения Е%:
31
Работа № 6. Определение массы карбоната натрия
методом потенциометрического титрования.
До титрования водный раствор карбоната натрия Na2СO3 имеет щелочную реакцию среды вследствие гидролиза, рН этого раствора около 11,7.
Титрование данного раствора представляет собой титрование слабого двухпротонного отрицательного основания СO32- раствором HCl. Так как
К
в, СO32 
 2,2  10  4
( 10 6 ) , прямое титрование возможно. На кривой фикси-
руется 2 скачка титрования, поскольку отношение констант основности карбонатиона 2,2.10-4/2,0.10-8 больше 104.
Выполнение работы.
Выполнение работы аналогично работе № 4 «Определение содержания уксусной
кислоты». Бюретку заполняют 0,1000 н. раствором хлороводородной кислоты.
Определение проводят способом аликвотных частей, для чего контрольный раствор
карбоната натрия получают в мерной колбе вместимостью 100,0 мл, а на одно титрование берут пипеткой аликвоту 10,00 мл. Проводят два титрования: ориентировочное и точное.
Ориентировочное титрование: добавляют HCl порциями по 1 мл до рН не более
2, записывая результаты измерения рН в таблицу:
V, мл
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
рН
По данным таблицы строят интегральную кривую титрования в координатах
рН - V и определяют примерный объем титранта в начале каждого скачка титрования.
pH
V+1/2V
Точное титрование: новую аликвотную часть 10,00 мл анализируемого раствора помещают в стаканчик для титрования, заполняют бюретку до нулевой отметки, добавляют объем титранта, соответствующий началу первого скачка титрования (Х1) и приступают к точному титрованию, добавляя титрант порциями по 0,1
мл и записывая получаемые при этом значения рН. Теоретически первый скачок
титрования находится в области рН 10 – 8. После первого скачка титрования продолжают добавлять титрант от объема Х2 и фиксируют второй скачок титрования в
области рН 5 – 3.
32
Результаты титрования заносят в две таблицы, соответствующие первому и
второму скачку титрования:
Первый скачок титрования
V, мл
рН
V
pH V+1/2V pH/V
Х1,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
0,1
,4
0,1
,5
0,1
,6
0,1
,7
0,1
,8
0,1
,9
0,1
,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
Второй скачок титрования
V, мл
рН
V
pH
Х2,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
0,1
,4
0,1
,5
0,1
,6
0,1
,7
0,1
,8
0,1
,9
0,1
,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
-
V+1/2V pH/V
-
-
-
Заполнив все столбцы таблиц, строят дифференциальную кривую титрования в
координатах рН/V – V+1/2V и по максимумам на ней определяют точно каждую
точку эквивалентности. Для вычисления результатов определения по первой точке
эквивалентности считают фактор эквивалентности карбоната натрия равным 1, а по
второй точке – ½.
33
pH/V
V+1/2V
Рассчитывают содержание карбоната натрия по формуле:
g Na 2CO3 
N HCl  VHCl  Э Na 2СO3  W
1000  VA

g ист. 
Е% 
ОТЧЕТ
Определение массы карбоната натрия
методом потенциометрического титрования.
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение химической реакции:
9. Расчет fэкв(А) и Э(А):
10. Расчет g(А):
11. Относительная погрешность определения Е%:________
34
Работа 7. Определение содержания FeSO4.∙7H2O методом потенциометрического титрования
Метод потенциометрического титрования основан на экспериментальном определении потенциала (Е) в процессе титрования с последующим определением точки
эквивалентности по кривой титрования, построенной в дифференциальной форме.
Значения Е в процессе титрования измеряют на потенциометре (рН-метре) с помощью индикаторного платинового электрода в паре с хлоридсеребряным электродом
сравнения.
Выполнение работы.
1. Включают прибор в сеть и нажимают клавишу «On/Off» на панели рН-метра.
На индикаторе должны появиться цифры. Выбирают режим измерения потенциала
(mV), нажимая кнопку «mV/pH» на панели прибора.
2. Определение проводят способом отдельных навесок, для чего контрольный
раствор сульфата железа(II) получают в двух стаканчиках: раствор в одном из них
для ориентировочного титрования, в другом - для точного титрования. В стаканчик для титрования с 10,00 мл анализируемого раствора сульфата железа (II) добавляют 10 мл 12,5%-ного раствора серной кислоты, стержень магнитной мешалки и
опускают электродную пару. При необходимости доливают дистиллированную воду
так, чтобы электроды были погружены в раствор на 1 см.
3. Заполняют бюретку 0,01 н. раствором дихромата калия, включают магнитную
мешалку и приступают к титрованию.
4. Ориентировочное титрование: добавляют титрант порциями по 1 мл до Е не
менее 600 мВ, записывая результаты измерения Е в таблицу:
V, мл
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
Е, мВ
По данным таблицы строят интегральную кривую титрования в координатах Е V и определяют примерный объем титранта (Х) в начале скачка титрования.
Е, мВ
V, мл
5. Точное титрование: заполняют бюретку раствором титранта до нулевой отметки, в другой стаканчик с 10,00 мл анализируемого раствора сульфата железа(II)
добавляют 10 мл 12,5%-ного раствора серной кислоты, стержень магнитной мешалки, ставят на магнитную мешалку и опускают электродную пару, доливая воду при
необходимости. Затем добавляют объем титранта, соответствующий началу скачка
35
титрования (Х) и приступают к точному титрованию, добавляя титрант порциями по 0,1 мл и записывая получаемые при этом значения Е.
Результаты заносят в таблицу:
V, мл
Е
V
Е
V+1/2V Е/V
Х,0
0,1
,1
10,1
,2
0,1
,3
0,1
,4
0,1
,5
0,1
,6
0,1
,7
0,1
,8
0,1
,9
0,1
,0
0,1
,1
0,1
,2
0,1
,3
6. Строят дифференциальную кривую титрования в координатах Е/V –
V+1/2V и по максимуму на ней определяют точно точку эквивалентности (Е –
разность последующего и предыдущего значения Е).
Е/V
V+1/2V
7. Рассчитывают содержание сульфата железа в растворе (g) в граммах по формуле:
g
N дихромата  Vт.э.  Э FeSO 4 7 Н 2 О
g ист. 
Е% 
1000

36
Определение содержания
ОТЧЕТ
методом потенциометрического титрования
FeSO4.∙7H2O
1. Анализ:
2. Метод:
3. Основное уравнение метода:
4. Схема определения:
5. Титрант:
6. Прием титрования:
7. Способ определения:
8. Уравнение химической реакции:
9. Расчет fэкв(А) и Э(А):
10. Расчет g(А):
11. Относительная погрешность определения Е%:__________
37
ХРОМАТОГРАФИЯ
Хроматография – физико-химический метод разделения смесей веществ, основанный на различии в скоростях движения компонентов смеси через неподвижную фазу под действием подвижной фазы.
Хроматография широко применяется в научных исследованиях, в фармации, в
медицине, в биологии, а также для мониторинга окружающей среды. В ряде случаев
хроматография является лучшим или единственным методом анализа.
Знания, умения и навыки, полученные на занятии по хроматографии, будут использованы при изучении фармацевтической химии, фармакогнозии, токсикологической химии, а также в практической деятельности специалиста провизора.
Цель изучения темы: на основе знания теоретических основ метода хроматографии и приобретенных практических умений научиться применять данный метод
для качественного и количественного анализа веществ.
Целевые задачи:
1. Качественный анализ основных компонентов мятного масла.
2. Определение количественного содержания ментола в спиртовом растворе мятного масла методом ГЖХ
3. Количественное определение солей методом ионообменной хроматографии.
4. Решение типовых расчетных задач.
ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
Теоретические основы. Газовая хроматография – это метод разделения смесей
газов, а также паров неразлагающихся жидкостей и твердых веществ при их прохождении через колонку, заполненную сорбентом. В колонке происходит разделение смеси вследствие распределения ее компонентов между движущейся газовой
фазой и неподвижной фазой, которая может быть твердой (в газовой хроматографии, ГХ)
и жидкой (газожидкостная хроматография, ГЖХ).
Газовая хроматография широко применяется для определения веществ, обладающих летучестью при температуре колонки до 350 - 400 о С. Метод высокочувствителен (до 10-12 г). Для анализа необходимо небольшое количество вещества
(объем пробы 1 мкл). Газовая хроматография позволяет проводить одновременно
качественный и количественный анализ смесей веществ.
Качественный анализ проводится путем сравнения времени удерживания
анализируемого вещества и временем удерживания известного вещества или с
табличными величинами.
1 . Определение времени удерживания
Разделение в хроматографии основано на различной сорбируемости разделяемых веществ. Если вещество не сорбируется, то оно не удерживается на колонке и
выходит со скоростью газа - носителя. Сорбирующиеся вещества определенное
время удерживаются в колонке. Время от момента ввода пробы в колонку до выхода
максимума пика называется временем удерживания tR . В колонке оно складывается
38
из двух составляющих: времени нахож- дения молекул в газовой фазе (t0) и времени, когда молекулы находятся в сорбируемом состоянии (t). tо определяется по
времени удерживания воздуха.
tR = t0 + t
Для характеристики истинной удерживающей способности колонки применяют t
(исправленное время удерживания):
t = tR – t0
На практике часто измеряют не время удерживания, а расстояние удерживания
(в мм), пропорциональное времени удерживания, т.е. расстояние на хроматограмме
от точки, соответствующей моменту ввода пробы, до точки на оси абцисс, отвечающей положению максимума (вершины) пика.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ТАРЕЛОК
ПО ПАРАМЕТРАМ ПИКА МЕНТОЛА
Для оценки эффективности колонки пользуются числом теоретических тарелок
(N):
2
 t 

 , где 1/2 - ширина пика на половине высоты.
5
,
55

N=
 1 / 2 
Степень разделения двух компонентов является функцией числа теоретических
тарелок. На практике используются колонки с N>500.
Широко используется другая характеристика эффективности колонки - высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ). ВЭТТ равна общей длине колонки (L),
деленной на число теоретических тарелок. ВЭТТ = L/N.
ВЭТТ выражается в мм. ВЭТТ - качественный показатель, позволяющий сравнить эффективность разных колонок.
3. СЕЛЕКТИВНОСТЬ КОЛОНКИ.
Расстояние между максимумами двух пиков является мерой селективности колонки. Чем оно больше, тем более селективна колонка. Количественно селективность оценивают величиной коэффициента разделения () .
 = tn+1/ tn
Например, для 2 и 3 пиков  = t3/t2, если  = 1, вещества не делятся. Коэффи-
39
циент разделения должен быть больше единицы. Полнота разделения двух компонентов количественно выражается критерием разделения К.
К
t
1/ 2( 2)  1/ 2(3)
где t - расстояние между максимумами пиков разделяемых веществ.
Индексы 2, 3 - номера пиков. При К > 1 разделение достаточно полное.
Лабораторная работа № 1.
Качественный и количественный анализ раствора мятного масла
методом ГЖХ
Цель работы: научиться практически применять метод ГЖХ для анализа раствора
мятного масла.
Приборы и реактивы:
1. Хроматограф "Хром-5".
2. Стеклянная хроматографическая колонка, заполненная Реоплекс-400 (10% от
массы твердого носителя Inerton-супер).
3. Микрошприц.
4. Пенный расходомер.
5. Секундомер.
6. Раствор мятного масла в этаноле.
7. Стандартный раствор ментола в этаноле.
Условия проведения анализа:
газ-носитель
азот
длина колонки 1 м
Температуры:
испарителя
1500
термостата
900
детектора
1500.
Скорость потока газа-носителя (азота) 30 мл/мин.
Скорость потока водорода 30 мл/мин.
Подготовка хроматографа к работе
1. Открыть вентилем баллон с газом-носителем азотом.
2. Редуктором высокого давления на баллоне установить давление азота на входе в
прибор 0,8 атм.
3. Проверить наличие потока газа-носителя на выходе из газовой колонки прибора
с помощью расходомера с мыльной пленкой.
4. Установить скорость потока азота 30 мл/мин.
5. Установить параметры работы прибора (температуру испарителя, колонок (тер
мостата и детектора) согласно условиям проведения анализа.
6. Включить генератор водорода.
7. Включить компрессор, подающий воздух.
8. Включить сетевую вилку прибора в сеть 220 В и тумблерами включить прибор.
9. Поджечь ДИП.
10.Включить компьютер и запустить программу «Хромос».
Выполнение работы
После установления на хроматографе стабильной нулевой линии в испаритель хро
40
матографа вводят 1 мкл раствора мятного масла и хроматографируют его.
- По полученной хроматограмме находят значение времени удерживания (расстояния удерживания) каждого компонента смеси в мм, для чего измеряют расстояние от точки, соответствующей моменту ввода пробы, до точки на оси
абцисс, отвечающей положению максимума (вершины) пика.
- Затем по таблице № 2 устанавливают качественный состав основных компонентов
мятного масла.
- Оценивают эффективность колонки по пику ментола, рассчитав число теоретических тарелок (N) и ВЭТТ (мм). Длина колонки 1 м.
- Рассчитывают коэффициенты разделения () и критерий разделения (К) для второго и третьего компонентов смеси (октанола-3 и ментофурана).
- Количественный анализ: расчет массовой доли ментола проводят методами абсолютной калибровки и внутренней нормализации.
Метод абсолютной калибровки
Построение градуировочного графика. Готовят стандартный раствор ментола. В мерную колбу на 25 мл помещают точную навеску ментола массой ~ 0,3 г и
доводят до метки спиртом. Рассчитывают концентрацию Сст в г/мл по формуле:
С ст 
а
. В испаритель хроматографа вводят 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мкл стандартного
W
раствора ментола и хроматографируют их. На хроматограммах измеряют площади
пиков ментола по формуле: S = h∙1/2, по этим данным строят градуировочный график в координатах S - V стандартного раствора.
Определение концентрации ментола в мятном масле. В тех же условиях
хроматографируют VA (1 мкл) пробы спиртового раствора мятного масла с неизвестной концентрацией ментола, определяют площадь пика ментола и по градуировочному графику находят объем стандартного раствора (VX), соответствующий содержанию ментола в образце спиртового раствора мятного масла. Концентрацию
ментола в г/мл в спиртовом растворе мятного масла рассчитывают по формуле:
V
С  С ст  X .
VA
При выполнении работы точная навеска ментола составила 0,2945 г, а данные для
построения градуировочного графика были получены следующие:
Vст.раствора, мкл
1,0 2,0 3,0
4,0 5,0
2
S, мм
240 585 800 1082 1384
(График можно построить или рассчитать коэффициенты линейного уравнения по
методу наименьших квадратов по формулам, приведенным на стр.9). Рассчитайте
концентрацию ментола в г/мл в образце спиртового раствора мятного масла, хроматограмма которого получена Вами.
Метод внутренней нормализации
Рассчитывают площади пиков 5-ти основных компонентов мятного масла, суммируют их. Массовую долю ментола рассчитывают по формуле:
S
 100%
(ментола ),%  ментола
, где
in

S
 i
i 1
41
Sментола – площадь пика ментола,
ΣSi – сумма площадей пиков основных компонентов мятного масла.
Результаты качественного, количественного анализа, оценки эффективности колонки и селективности НЖФ представляют в виде таблицы № 1.
Таблица № 1
№
t,
Компонент
Высота
Полуширина пи- Площадь
Массовая
2
пика мм
смеси
пика, h, мм
пика, S, мм
ка, 1/2, мм
доля, i,%
1.
2.
3.
4.
5.
Si=
N=
ВЭТТ =
=
К=
Таблица № 2. Времена удерживания (расстояния удерживания) некоторых
компонентов мятного масла.
№
Наименование вещества
t, мм
1.
17
-пинен
2.
камфен
23
3.
25
-пинен
4.
лимонен
29
5.
цинеол
32
6.
n-цимол
35
7.
октанол-3
47
8.
ментофуран
56
9.
линалоол
61
10.
ментон
67
11.
изоментон
74
12.
неоментон
80
13.
ментол
90
Лабораторная работа № 2.
Ионообменная хроматография
В основе метода ионообменной хроматографии лежит реакция обмена между растворами и сорбентом. В качестве сорбента применяют специальные синтетические
смолы – ионообменные, содержащие активные группы, которые способны к обмену
ионами с раствором. Ионообменники, способные к обмену катионов, называются
катионитами, анионов – анионитами. Ионообменная хроматография дает возможность проводить количественное определение солей кислотно-основным методом по
следующим схемам:
NaOH
KtAn 
A
HNO3

RH
катионит

 HAn  RKt или KtAn  ROH  KtOH  RAn
A
анионит
42
Количественное определение NaCl (KCl, CaCl2, Na2SO4, KNO3) методом ионообменной хроматографии.
Реактивы и оборудование:
1. Стандартные раствора NaOH (0,1 н.), HNO3 (0,1 н.).
2. Сильнокислотный катионит KУ-1 в Н-форме, сильноосновный анионит ЭДЭ-10 в
ОН-форме.
3. 1%-ные растворы метилового оранжевого, фенолфталеина.
4. Колонки для хроматографирования с катионитом и анионитом.
5. Конические колбы вместимостью 500 мл.
6. Бюретка вместимостью 25 мл.
Подготовка ионообменной смолы.
Катионит и анионит находятся в колонке в кислой и щелочной среде. Перед проведением анализа ионообменную смолу промывают очищенной водой до нейтральной
реакции по метиловому оранжевому (катионит) или фенолфталеину (анионит). Желтая окраска метилоранжа или бесцветная – фенолфталеина указывает на отсутствие
кислоты в катионите или основания в анионите.
Выполнение работы.
Колонка с ионитом должна быть заполнена очищенной водой до «зеркала»
над поверхностью сорбента. Необходимо следить, чтобы между зёрнами ионита не
попадал воздух. В случае попадания воздуха колонку следует перетряхивать или перезаряжать.
Анализируемый раствор вносят в хроматографическую колонку, открывают
кран колонки и медленно, по каплям выпускают жидкость из колонки со скоростью
20 – 25 капель в 1 минуту в коническую колбу. Когда над поверхностью ионита
останется слой жидкости высотой ~2-3 см, в колонку наливают очищенную воду
порциями по 5-10 мл до нейтральной реакции жидкости, вытекающей из колонки
(по метиловому оранжевому – желтый цвет, по фенолфталеину – бесцветный). Промывную жидкость и пробы на реакцию среды выливают в ту же коническую
колбу. В полученный раствор при необходимости добавляют 2-3 капли индикатора,:
и весь раствор оттитровывают 0,1 н. раствором NaOH (катионит) до желтой окраски
индикатора или 0,1 н. раствором HNO3 (анионит) до бесцветного раствора. Содержание соли (gА) вычисляют по формуле:
gA 
N B  К В  VB  Э А
1000
Е% = _______%.
После окончания анализа ионит регенерируют. Для этого в колонку заливают
1 н. раствор HCl (катионит) или NaOH (анионит), выпустив из колонки немного раствора, чтобы регенерирующий раствор полностью прореагировал с ионитом.
gист.=
43
ОТЧЕТ
о количественном определении _______ методом ионообменной хроматографии.
1 Анализ:
2. Метод:
3. Схема определения:
4. Титрант:
5. Индикатор:
6. Подвижная фаза:
7. Неподвижная фаза:
8. Механизм хроматографического разделения:
9. Способ определения:
10.Прием титрования:
11.Уравнения реакций:
12.Расчет fэкв и Э(А):
13.Расчет g(А):
14.Расчет относительной погрешности Е% = __________%.
Обучающие задачи с эталоном решения
1. Рассчитать число теоретических тарелок (N) и высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ) для колонки длиной 1 м, если при хроматографировании
вещества расстояние удерживания составляет 7,5 см, а ширина пика на половине высоты 0,4 см.
Решение:
 t 

N  5,55
 1 / 2 
2
 7,5 
N  5,55   1951 ;
 0,4 
2
. Подставив значения в формулу, получаем
L 1000

 0,5 мм.
N 1951
Ответ: N = 1951; ВЭТТ = 0,5 мм.
ВЭТТ =
2. Рассчитать массовую долю (%) каждого компонента смеси по данным, полученным методом ГЖХ, считая поправочные коэффициенты равными единице.
h, высота пиS, площадь
Компоненты
1/2, полуши, %, массовая
2
ка, мм
пика, мм
смеси
рина пика, мм
доля компонента
17
2
34
2,47
-пинен
Октанол-3
37
4
148
10,74
Ментофуран
22
5
110
7,98
Ментон
62
6
372
27,00
Ментол
102
7
714
51,81
44
Решение: расчеты проводим по методу внутренней нормализации, согласно которому i % 
k i Si
 100% . По формуле S = h·1/2 найдем площади пиков компонен k i Si
тов смеси и занесем их в таблицу. Поправочные коэффициенты ki считаем равными
единице. Найдем суммарную площадь пиков:  Si = 34 + 148 + 110 + 372 + 714 =
1378 мм2. Отсюда массовая доля (%) равна (-пинена) = 34 100 % = 2,47%. Анало1378
гично находим массовые доли (%) остальных компонентов смеси и заносим их в
таблицу.
3. Рассчитать массовую долю ментола в растворе мятного масла ( = 0,83 г/мл),
если при хроматографировании 1 мкл образца площадь пика ментола на хроматограмме равна 427 мм2, а данные для построения градуировочного графика с использованием стандартного раствора ментола следующие:
m, мкг
11
22
33
44
2
S, мм
200
535 755 990
Решение. Построим градуировочный график в координатах S- m.
S,мм2
427
m,мкг
0
11
22
33
44
Градуировочный график серии стандартных растворов.
По графику определим массу ментола (m = 20 мкг). Найдем массовую долю ментола в растворе:
ω% 
mментола  100%
mпробы

20  100%
 2,41%
830
(mпробы =  . V = 0,83 . 1,0 . 10-3 = 0,83 . 10-3 г = 830 мкг).
Задачи для самостоятельного решения
1. Рассчитайте толщину поглощающего слоя (см) для измерения светопоглощения
раствора сульфата кобальта, содержащего 0,5 мг соли в 50 мл раствора, если  =
4000, А = 0,52, М(СоSО4) = 155 г/моль. (Ответ: 2 см)
2. Определите содержание меди (в %) в 10 г образца, если 1 г его растворили в
мерной колбе вместимостью 100 мл. Светопоглощение полученного раствора в
кювете с толщиной поглощающего слоя 3 см составило 0,675, а молярный коэффициент поглощения равен 45000.
(Ответ: 3,2.10-3 %)
45
3. Рассчитайте, сколько времени потребуется для завершения кулонометрического
титрования 5,58 мг железа (II) электрогенерированным ионом церия (IV) при постоянном токе электролиза, равным 5,00 мА.
(Ответ: 1928 с)
4. Рассчитайте, при каком значении тока следует проводить кулонометрическое
титрование 3,16 мг натрия тиосульфата пятиводного электрогенерированным
иодом в присутствии крахмала, чтобы для появления синей окраски раствора потребовалось пропускать ток не менее 100 с.
(Ответ: 12,3 мА)
5. Анализируемый раствор метиламина CH3NH2 объемом 20,00 мл разбавили в
мерной колбе до 100,0 мл, затем 10,00 мл полученного раствора оттитровали потенциометрически 0,1000 н. раствором HCl. Построить кривую титрования в координатах: pH/V - V+1/2V и определить молярную концентрацию эквивалента исходного раствора метиламина по следующим данным:
V(HCl),мл 10,00 12,00 14,00 14,50 14,90 15,00 15,10 15,50 16,00
pH
10,40 10,12 9,56 9,18 8,42 6,02 3,52 2,85 2,55
(Ответ: 0,7525 н.)
2+
6. Концентрация стандартного раствора, содержащего ион Cd , равна 5 мг/мл. Для
построения градуировочного графика к разным объемам этого раствора (V) добавляли фоновый электролит и разбавляли до 50 мл. Результаты полярографирования полученных растворов оказались следующими:
Объем стандартного раствора, V(мл)
2
4
8
10 12
Высота волны, h (мм)
15 30 48 65 80
Высота волны анализируемого раствора равнялась 40 мм. Рассчитать концентрацию кадмия в анализируемом растворе в г/л. (Ответ: 0,6 г/л)
7. При амперометрическом титровании 50 мл раствора, содержащего смесь Pb2+ и
Ba2+, 0,1 н. раствором хромата калия при потенциале –0,8 В полученные следующие данные:
V, мл
0 1 2 3 4 6 8 10 11 12 13
I, мкА 90 70 50 30 10 10 10 10 35 60 85
Рассчитайте массу (г) и титр каждого металла в анализируемом растворе.
(Ответ: m(Pb2+ ) = 0,0414 г, m(Ba2+)=0,0411 г, Т(Pb2+ ) = 0,000828 г/мл, Т(Ba2+ ) =
0,000822 г/мл.)
8. Рассчитать число теоретических тарелок (N) и высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ) для колонки длиной 3 м, если при хроматографировании
вещества расстояние на ленте самописца от старта до максимума хроматографического пика составляет 12 см, а ширина пика на половине высоты 0,8 см. (Ответ: N = 1249, ВЭТТ = 2,4 мм)
9. Рассчитать массовую долю димексида в образце раствора димексида с плотностью 1,01 г/мл, если при хроматографировании 1 мкл образца площадь пика димексида на хроматограмме равна 224 мм2, а данные градуировочного графика с
использованием стандартного раствора димексида, содержащего 1,2504 г в 25 мл
раствора, следующие:
Vр-ра, мкл 1,0
2,0
3,0
4,0
2
S, мм
230 490
750 970.
(Ответ: 4,95%).
46
10.Рассчитайте массу (г) сульфата цинка в анализируемом растворе, если 25 мл его
раствора отобраны из мерной колбы вместимостью 250 мл и пропущены через
катионит, а выделившаяся кислота оттитрована 17,5 мл 0,1 н. NaOH. Известно,
что M(ZnSO4) = 161 г/моль.
В решении задачи должны содержаться: дано, анализ условия, уравнения реакций, формулы расчета, фактор эквивалентности, индексы и размерности величин,
ответ.
(Ответ: m(ZnSO4) = 1,4088 г).
11.Рассчитайте массу хлорида натрия в анализируемом растворе, если 50,00 мл раствора отобраны из мерной колбы вместимостью 250 мл, пропущены через
анионит, а выделившаяся щелочь оттитрована 15,50 мл 0,1 н. H2SO4. Известно,
что M(NaCl) = 58,44 г/моль.
В решении задачи должны содержаться: дано, анализ условия, уравнения реакций, формулы расчета, фактор эквивалентности, индексы и размерности величин,
ответ.
(Ответ: m(NaCl) = 0,4529 г).
12.Определить массовую долю (в %) компонентов смеси при разделении их методом газожидкостной хроматографии по следующим данным:
компоненты смеси Пропан Бутан Пентан Циклогексан
S (мм2)
175
203
182
35
2
где S - площадь хроматографического пика (мм ).
(Ответ:  (пропана), % = 29,41;
 (бутана), % = 34,12;
 (пентана), % = 30,59;
 (циклогексана), % = 5,88).
47
ИТОГОВАЯ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА (УИРС № 1)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для студентов к итоговому лабораторному занятию в IV семестре
ТЕМА: ИТОГОВАЯ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
Цель: На основе теоретических знаний и использования литературных данных, а
также приобретенных практических навыков привести характеристику определяемого вещества, указать реакции подлинности, предложить возможные методы количественного анализа и определить одним их них содержание вещества в конкретном
объекте.
Порядок проведения работы.
1. Преподаватель называет студенту одну из приведенных ниже тем работ.
2. Студент выполняет теоретическую часть задания по прилагаемой ниже форме,
представляет её преподавателю и делает сообщение на занятии.
3. После сообщения студент получает у преподавателя пропись выполнения анализа и составляет перечень необходимого оборудования, посуды, реактивов, последовательность приготовления и использования растворов (определяемого, стандартного веществ и др.), часть из которых он готовит сам, часть получает у лаборанта, а анализируемый объект – у преподавателя.
4. Получив допуск, студент выполняет эксперимент на занятии, проводит расчеты,
обработку результатов и сдает отчет преподавателю.
Примечание. Теоретическая и экспериментальная части работы должны быть представлены вместе в отдельной тетради или на листах, сшитых вместе.
ТЕМЫ РАБОТ
Определение подлинности и количественного содержания:
1) солей аммония (хлорида, сульфата);
2) солей натрия (хлорида, сульфата, бромида, иодида, нитрита, фосфата);
3) солей калия (хлорида, сульфата, бромида, иодида, нитрита, фосфата);
4) соли серебра (нитрата);
5) солей свинца (нитрата, ацетата);
6) солей кальция (хлорида, карбоната);
7) солей бария (хлорида, нитрата, ацетата);
8) солей алюминия (хлорида, сульфата);
9) солей цинка (хлорида, сульфата, нитрата);
10) солей магния (хлорида, сульфата);
11) солей марганца(II) (хлорида, сульфата);
12) солей железа(II) (хлорида, сульфата);
13) солей железа(III) (хлорида, сульфата);
14) солей кобальта(II) (хлорида, сульфата);
15) солей никеля (хлорида, сульфата);
16) солей меди(II) (нитрата, сульфата);
17) солей кадмия (хлорида, сульфата, нитрата).
48
ФОРМА
ИТОГОВАЯ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
ПО КОЛИЧЕСТВЕННОМУ АНАЛИЗУ
Тема: _________________________________________________
Часть I. Теоретическая часть (выполняется самостоятельно дома).
Характеристика вещества, реакции обнаружения, обзор методов количественного определения, применение.
1. Характеристика определяемого вещества и применение в медицине и фармации.
1.1.
Цвет в свободном состоянии.
1.2. Растворимость в воде (качественная и количественная). Если соль не растворяется в воде, то следует указать ПР и как её перевести в раствор.
1.3. Цвет водного раствора и чем он обусловлен (катионом, анионом, катионом и
анионом одновременно).
1.4. Электролит (не электролит), сила электролита (Кдисс).
1.5. Формулы и сила основания и кислоты Аррениуса, образовавшими данную
соль.
1.6. Состояние ионов соли в растворе.
1.7. Подвергается ли соль гидролизу (по катиону, по аниону, уравнение).
1.8. Реакция водного раствора (рН 7; < 7; > 7).
1.9. Является ли окислителем или восстановителем (Ео).
1.10. Номера аналитических групп, в состав которых входят катион и анион.
1.11. Отнесение катиона и аниона соли к кислоте (основанию) по теории Бренстеда.
1.12. Формулы и названия веществ, сопряженных катиону и аниону.
1.13. Выражение и численное значение Ка катиона и Кв аниона.
1.14. Применение в медицине и фармации.
2. Реакции обнаружения (подлинности):
2.1. Катиона
2.2.Аниона
3. Методы количественного определения.
3.1. Гравиметический анализ
3.1.1. По катиону
3.1.2. По аниону
3.2. Титриметрический анализ.
3.2.1. Кислотно-основное титрование.
3.2.2. Окислительно-восстановительное титрование.
3.2.3. Осадительное титрование.
3.2.4. Комплекси- и комплексонометрическое титрование.
3.3.
Сводная таблица химических методов определения.
3.4.
Инструментальные методы анализа.
3.4.1. Оптические методы.
3.4.2. Электрохимические методы.
3.4.3. Хроматографические методы.
3.5.
Сводная таблица инструментальных методов определения.
49
4. Использованная литература *.
* Используйте литературу, приведенную в конце данных методических указаний.
Литература в п. 4 должна быть приведена следующим образом:
1. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. Ч. 2. М.: Высшая школа, 1982. – С. 100, а
в сводной таблице только ее номер в квадратных скобках.
Гравиметрический
Титриметрический
Инструментальные
методы
осаждения: по катиону
по аниону
кислотно-основное
окислительновосстановительное
осадительное
комплексиметрическое
оптические
электро-химические
хроматография
Литература
Принципиальная
схема анализа
Условия
Стандартные вещества
Индикатор
Вспомогательные
вещества
Метод
Титрант (осадитель)
Анализ
Прием титрования
Часть II. Экспериментальная часть (выполняется на занятии).
1. Реакции обнаружения должны содержать не только уравнения, но и условия их
выполнения (кислая, нейтральная, щелочная среда) и наблюдаемые эффекты.
2. Методы количественного анализа должны включать: а) теоретическое обоснование; б) сущность определения, последовательность операции, условия, вспомогательные вещества, титранты, индикаторы, стандартные вещества; в) уравнения
реакций, fэкв. и молярную массу эквивалента вещества; г) формулу расчета (одну
в каждом методе) массы в г или массовой доли в % с использованием конкретного приема титрования, способа количественного определения и различных способов выражения концентрации титрантов – NB, ТВ, ТВ/А, К.
3. Сводная таблица должна иметь следующую форму:
50
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Обязательная
1. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): в 2-х т. / Ю.Я. Харитонов. – М.: Высш.
шк., 2008. – 2 т.
2. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия. Практикум / Ю.Я. Харитонов, В.Ю. Григорьева. – М.:
ГЭОТАР-Медиа, 2007.- 293 с.
3. Харитонов, Ю.Я. Примеры и задачи по аналитической химии / Ю.Я. Харитонов, В.Ю. Григорьева. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007.- 299 с.
4. Харитонов, Ю.Я. Электронная библиотека. Том 3: Аналитическая химия / Ю.Я. Харитонов,
О.Г. Черкасова. – М.: Русский врач, 2004.
5. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии/ Ю.Ю. Лурье. – М.: Химия, 1989. – 448 с.
6. Курс лекций по аналитической химии.
Дополнительная литература
1. Пономарев, В.Д. Аналитическая химия: в 2-х т. / В.Д. Пономарев. – М.: Высшая школа, 1982. –
2 т.
2. Практикум по аналитической химии / под ред. В.Д.Пономарева, Л.И. Ивановой. – М.: Высшая
школа, 1983. – 272 с.
3. Агасян, П.К. Кулонометрический метод анализа / П.К. Агасян, Т.К. Хамракулов. – М.: Химия,
1984. – 168 с.
4. Агасян, П.К. Основы электрохимических методов анализа / П.К.Агасян, Е.Р. Николаева. – М.:
Изд-во МГУ, 1986. – 195 с.
5. Айвазов, Б.В. Введение в хроматографию / Б.В. Айвазов. – М.: Высшая школа, 1983. – 240 с.
6. Барковский, В.Ф. Основы физико-химических методов анализа / В.Ф. Барковский, Т.В. Городенцева, Н.Б. Торопова. – М.: Высшая школа, 1983. – 248 с.
7. Булатов, М.И. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа / М.И. Булатов, И.П. Калинкин. – Л.: Химия, 1986. – 432 с.
8. Васильев, В.П. Аналитическая химия: в 2-х т. / В.П. Васильев. – М.: «Дрофа», 2002. – 2 т.
9. Государственная фармакопея Российской Федерации. – XII изд. Часть 1. – М.: Изд-во «Научный центр экспертизы средств медицинского применения», 2008. – 697 с.
10. Джабаров, Д.Н. Сборник упражнений и задач по аналитической химии / Д.Н. Джабаров. – М.:
Русский врач, 2007. – 224 с.
11. Дорохова, Е.Н. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа / Е.Н. Дорохова,
Г.В. Прохорова. – М.: Высш. шк., 1991. – 256 с.
12. Зозуля, А.П. Кулонометрический анализ / А.П. Зозуля. – М.: Химия, 1968. – 160 с.
13. Коренман, Я.И. Практикум по аналитической химии (оптические методы анализа) / Я.И. Коренман. - Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1989. – 228 с.
14. Коренман, Я.И. Практикум по аналитической химии (электрохимические методы анализа) /
Я.И. Коренман. – Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1992. – 192 с.
15. Крешков, А.П. Основы аналитической химии: в 3-х т. / А.П.Крешков. – М.: Химия, 1975. – 3 т.
16. Кристиан, Г. Аналитическая химия: в 2-х т. / Г. Кристиан. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,
2009. – 2 т.
17. Кунце, У. Основы качественного и количественного анализа / У. Кунце, Г. Шведт. – М.: Мир,
1997. – 424 с.
18. Лайтинен, Г.А. Химический анализ / Г.А. Лайтинен, В.Е. Харрис. – М.: Химия, 1979. – 624 с.
19. Логинов, И.Я. Аналитическая химия / И.Я. Логинов, А.Г. Воскресенский, И.С. Солодкин. –
М.: Просвещение, 1975. – 478 с.
20. Лопатин, Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа / Б.А. Лопатин. – М.:
Высшая школа, 1975. – 275 с.
21. Отто, М. Современные методы аналитической химии: в 2-х т. / М. Отто. – М.: Техносфера,
2004. – 2 т.
22. Основы аналитической химии: в 2–х т. / под ред. Ю.А.Золотова. – М.: Высшая школа, 1999. –
2 т.
51
23. Петерс, Д. Химическое разделение и измерение: в 2-х т. / Д. Петерс, Дж. Хайес, Г. Хифтье. –
М.: Химия, 1978.- 2 т.
24. Аналитическая химия. Химические методы анализа/ О.М. Петрухин и др. – М.: Химия, 1993.
25. Пиккеринг, У.Ф. Современная аналитическая химия/ У.Ф. Пиккеринг. – М.: Химия, 1977. –
559 с.
26. Пилипенко, А.Т. Аналитическая химия: в 2-х т. / А.Т. Пилипенко, И.В. Пятницкий. – М.: Химия, 1990.- 2 т.
27. Практическое руководство по физико-химическим методам анализа /под ред. И.П. Алимарина,
В.М.Иванова. – М.: Изд-во МГУ, 1987. – 205 с.
28. Руководство по аналитической химии. – М.: Мир, 1975. – 462 с.
29. Скуг, Д. Основы аналитической химии: в 2-х т. / Д.Скуг, Д. Уэст. – М.: Мир, 1979.- 2 т.
30. Столяров, Б.В. Практическая газовая и жидкостная хроматография / Б.В.Столяров,
И.М.Савинов, А.Г. Витенберг. – СПб.: Изд-во С.-Петербург. ун-та, 1998. – 612 с.
31. Фритц, Дж. Количественный анализ / Дж.Фритц, Г.Шенк. – М.: Мир, 1978. – 245 с.
32. Цитович, И.К. Курс аналитической химии / И.К. Цитович. – М.: Высшая школа, 1977. – 475 с.
33. Шемякин, Ф.М. Аналитическая химия / Ф.М. Шемякин, А.Н. Карпов, А.Н. Брусенцов. –
М.: Высшая школа, 1973. – 559 с.
34. Юинг, Г. Инструментальные методы химического анализа / Г. Юинг. – М.: Мир, 1989. – 608 с.
35. Янсон, Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии/ Э.Ю. Янсон. – М.: Высшая школа,
1987. – 304 с.
36. Журнал аналитической химии. Ежемесячное издание Российской Академии наук.
52
Учебное издание
Л.И. Иванова, А.Б. Дмитриев, В.П. Зайцев, Т.Д. Мезенова,
Н.А. Туховская, Л.С. Ушакова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Рабочая тетрадь
для студентов к занятиям
по аналитической химии в IV семестре
Технический редактор Браташова Т.М.
Подписано в печать _________________________
Формат 60х84 1/16 Бумага писчая белая. Усл. печ. л. 2,0
Уч.-изд. л. 2,0 Тираж ______ экз. Заказ ____________
Пятигорская государственная фармацевтическая академия
357532, г. Пятигорск, проспект Калинина, 11.