Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Аналитическая химия: Сборник задач

Голосов: 2

В сборнике задач представлен теоретический и практический материал по основным разделам аналитической химии, который включает методы количественного анализа: нейтрализации, осаждения, комплексонометрии, окисления и восстановления, потенциометрического, электрогравиметрического и оптического. Он составлен по учебной программе дисциплин "Аналитическая химия и физико-химические методы анализа", "Физико-химические методы анализа" для направлений подготовки бакалавров 280700, 022000, 240700, 241000, 260100.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
         Пример 6.4. Определите потенциал хингидронного электрода при
титровании 0,1 М раствора бензойной кислоты (рК = 4,703) 0,1 М раство-
ра NaOH в точке, когда оттитровано 90% кислоты. Потенциал хингидрон-
ного электрода относительно стандартного водородного электрод равен
0,699 В.
     Решение. Когда оттитровано 90% бензойной кислоты, в растворе на-
ходится буферный раствор, состоящий из (0,09/0,19) М раствора бензоата
натрия и (0,01/0,19) М раствора бензойной кислоты. рН в точке эквива-
лентности рассчитывается по формуле
                                     рН = рКк + lg(cc/ck),                          (6.3)
тогда
                   рН = 4,70 + lg(0,09/0,01) = 4,70 +0,96 = 5,66;

                 E = EX – 0,059pH = 0,699 – 0,059 · 5,66 = 0,371 B.

    Пример 6.5. Вычислите потенциал медного электрода (Е0 = +0,339 В),
помещённого в насыщенный раствор Cu(OH)2 относительно насыщенного
каломельного электрода. ПРCu(OH)2 = 2,2⋅10–20.
    Решение.
                                    насыщ. раствор
                  Cu(OH)2 ←    → Cu2+ + 2OH–.
                                      
       Растворимость этого гидроксида будет равна
  3   ПР 4 = 3 2,2 ⋅ 10 −20 4 = 3 0,6 ⋅ 10 −20 = 3 0,6 ⋅ 10 −21 = 1,82 ⋅ 10 −7 моль/дм3.
Следовательно, [Cu2+] = 1,82 · 10–7 моль/дм3.
    По уравнению Нернста потенциал медного электрода при данной
концентрации Cu2–-ионов будет равен
Е = E0 + 0,059/n lgc = 0,339 + 0,059/2lg1,82 · 10–7 = 0,339 +

+ 0,0295 lg1,82 · 10–7 = 0,339 + 0,0295·(–7) · 0,26 = 0,339 – 0,053 = 0,286 В;

                   ЭДС = Еок-ля – Ев-ля = 0,286 – 0,244 = 0,042 В.

     Пример 6.6. Потенциал хингидронного электрода по отношению к
нормальному каломельному равен 0,170 В при 20 °С. Вычислить рН рас-
твора (Ек.э = 0,282 В).
     Решение. рН = –lg[H+]. Потенциал хингидронного электрода (ЕХ) свя-
зан с концентрацией ионов водорода в растворе или рН уравнением (6.2):
                   ЕХ = 0,699 + 0,059 lg[H+] = 0,699 – 0,059 pH.

                                                                                       71


     Электродвижущая сила элемента, составленного из хингидронного
(ЕХ) и каломельного (Ек) электродов, равна
                           Е = ЕХ – Ек = 0,170 В.
                       0,170 = 0,699 – 0,059рН – 0,282;
                          0,699 − 0,282 − 0,170
                      рН =                      = 4,19.
                                  0,059
     Пример 6.7. Вычислите потенциал водородного электрода, опущен-
ного в раствор 0,05 М НСООН, на 50% оттитрованной 0,05М КОН.
     Решение. Потенциал водородного электрода равен Е = –0,059 lg[H+].
Следовательно, нужно вычислить концентрацию ионов водорода в рас-
творе. В результате протекания реакции
                      НСООН + КОН→НСООK + Н2О.
     В растворе наряду со слабым электролитом НСООН будет находить-
ся и сильный электролит НСООK. Ионы Н+ образуются при диссоциации
слабого электролита; для определения их концентрации воспользуемся
уравнением константы ионизации (диссоциации)

                           K=
                                 [H ][HCOO ] = 1,80 ⋅10
                                    +         −
                                                          −4
                                                               .
                                   [HCOOH]
     В момент, когда кислота оттитрована на 50%, [НСООН] = [НСОО–].
Следовательно, [H+] = K = 1,80 · 10–4 моль/дм3.
     Потенциал водородного электрода в момент, когда раствор оттитро-
ван на 50%, равен
                    Е = 0,059lg1,80 · 10–4 = –0,217 B.

     Пример 6.8. Вычислите потенциал платинового электрода, поме-
щённого в раствор FeSO4, на 99% оттитрованного раствором KMnO4.
     Решение. Потенциал платинового электрода – электрода третьего
рода – определяется природой сопряженной окислительно-восстанови-
тельной пары и концентрацией её окисленной и восстановленной формы.
В данном растворе имеется пара
                            Fe3+ + e–↔Fe2+,
для которой

             E 0 3+             = 0,77 B; E = 0,77 + 0,059lg
                                                               [Fe ]
                                                                   3+


                                                               [Fe ]
                           2+                                           .
               Fe     Fe                                           2+

     Поскольку исходный раствор оттитрован на 99%, то [Fe3+]/[Fe2+] =
= 99/1 ≈ 100. Следовательно,

                      E = 0,77 + 0,059 lg100 = 0,876 B.
72


        6.2. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

      388. Вычислите потенциал медного электрода, помещённого в рас-
твор нитрата меди, относительно насыщенного хлорсеребряного электро-
да, если в 150 см3 раствора содержится 24,2 г Cu(NO3)2·H2O.
                                                          Ответ: 0,139 В.
      389. Потенциал хингидронного электрода по отношению к насыщен-
ному каломельному электроду равен 0,215 В при 20 °С. Вычислите рН
раствора (Енас.кэ. = 0,244 В).
                                                            Ответ: 4,26.
      390. Вычислите потенциал водородного электрода, опущенного в
раствор 0,05 М раствора НСООН, если добавлено 50% 0,05 М раствора
КОН.
                                                         Ответ: –0,217 В.
      391. Вычислите потенциал платинового электрода, помещённого в
раствор FeSO4, если добавлено 90% раствора KMnO4.
                                                          Ответ: 0,830 В.
      392. Вычислите потенциал медного электрода, помещённого в рас-
твор, содержащий 16 г CuSO4 в 1000 cм3, относительно СВЭ.
                                                          Ответ: 0,316 В.
      393. Вычислите потенциал серебряного электрода, помещённого в
раствор, содержащий 0,2 моль AgNO3 в 500 см3 раствора, относительно
0,1 н. хлорсеребряного электрода (Е00,1.х.э. = 0,290 В).
                                                          Ответ: 0,486 В.
      394. Чему равен потенциал никелевого электрода, помещённого в на-
сыщенный раствор гидроксида никеля, относительно насыщенного кало-
мельного электрода ? ПРNi(OH) = 2,0·10–15.
                                                          Ответ: 0,665 В.
      395. Железный электрод помещён в раствор, содержащий 20,5 г
FeSO4·7H2O в 100 см3 раствора. Вычислите его потенциал по отношению
к 1 н.к.э. (Е0н.к.э. = 0,282 В).
                                                          Ответ: 0,726 В.
      396. Платиновый электрод помещён в раствор, содержащий 15,8 г
KMnO4 и 2,23 MnSO4·4H2O в 0,5 дм3 раствора; рН = 1. Вычислите его по-
тенциал относительно СВЭ.
                                                          Ответ: 1,401 В.
      397. Рассчитайте потенциал серебряного электрода по отношению к
нормальному хлорсеребряному в 0,01 М растворе KI, оттитрованном
                                                                      73


0,01 М раствором AgNO3 на: а) 50%; б) 90%; в) 99,9%; г) 100%; д) 100,1%.
(Е0н.с.э. = 0,237 В).
             Ответ: а) –0,237 В; б) –0,139 В; в) 0,081 В; г) 0,096 В; д) 0,272 В.
      398. Вычислите потенциал серебряного электрода по отношению к
нормальному хлорсеребряному в 0,01 М растворе KCL, оттитрованном
0,01 М раствором AgNО3 на: а) 50%; б) 90%; в) 99,9%; г) 100%.
              Ответ: а) 0,130 В; б) 0,2229 В; в) 0,257 В; г) 0,279 В; д) 0,272 В.
      399. Вычислите потенциал водородного электрода в 20 см3 0,1 М
раствора Н3РО4 при титровании её 0,1 М раствором NaOH. Добавлено
титранта: а) 10 см3; б) 15 см3; в) 20 см3.
                                  Ответ: а) –0,105 В; б) –0,116 В; в) –271 В.
      400. Вычислите потенциал алюминиевого электрода, помещённого в
раствор, содержащий 27 г AlCl3 в 200 см3 раствора, относительно СВЭ.
                                                               Ответ: –1,660 В.
      401. Вычислите потенциал хингидронного электрода (Е0 = 0,699 В),
находящегося в растворе с рН = 2, по отношению к СВЭ.
                                                                Ответ: 0,583 В.
       402. Чему равен потенциал водородного электрода в 0,1 М растворе
HCl?
                                                               Ответ: 0,059 В.
    403. Чему равен потенциал водородного электрода в 0,02 М растворе
уксусной кислоты.
                                                    Ответ: –0,187 В.
      404. Рассчитайте потенциал хингидронного электрода (Е0 = 0,699 В),
находящегося в 0,1 М растворе HCl, оттитрованном 0,1 М раствором КОН
на : а) 50%; б) 99%; в) 100%.
                                 Ответ: а) 0,614 В; б) 0,508 В; в) 0,293 В.
    405. Рассчитайте потенциал платинового электрода в растворе
FeSO4 оттитрованном K2Cr2O7 на: а) 50%; б) 99%. Концентрация ионов
водорода в растворе равна 1 моль/дм3.
                                        Ответ: а) 0,770 В; б) 0,886 В.
    406. Рассчитайте потенциал водородного электрода в 0,05 М раство-
ре NH4OH, оттитрованном 0,05 М раствором HCl на:
    а) 10%; б) 50%; в) 100%; г) 100,1%
                 Ответ: а) –0,591 В; б) –0,536 В; в) –0,306 В; г) –0,266 В.
     407. Постройте кривые потенциометрического титрования в коорди-
натах E–V, pH–V и ∆E/∆V–V. Определите концентрацию HCl, если при
титровании 20,00 см3 анализируемого раствора кислоты 0,1 н. раствором
NaOH получили следующие результаты:
74


 V(NaOH), см3         10,0           18,0          19,0       19,9          20,0         20,1         21,0    22,0

 pH                   1,48           2,28          2,59       3,60         7,00         10,60        11,49    11,68
 –E, мВ                86            132           150        209          406           615          666      678

                                                Ответ: 0,1 моль/дм3.
     408. Постройте кривые потенциометрического титрования в коорди-
натах E–V, pH–V и ∆E/∆V – V и определите концентрацию CН3СООН,
если при титровании 10,0 см3 анализируемого раствора кислоты 0,1 н.
раствором КОН получили следующие результаты:
 V(KOH), см3     10,0         18,0       19,0        19,5        19,9       20,0        20,1         20,5     21,0

 pH              4,76        5,71        6,04        6,35       7,06       8,79      10,52           11,22    11,52
 –E, мВ          276          331        350         368         410        510         610          650      668

                                                 Ответ: 0,2 моль/дм3.
    409. Определите концентрацию NaCl в растворе (г/дм3), если при по-
тенциометрическом титровании 20,0 см3 этого раствора 0,2 н. раствором
AgNO3 получили следующие результаты:

 V(AgNO3), см3        15,0        20,0        22,0        24,0       24,5        24,9      25,0        25,1    25,5

 Е, мВ                307         328         342         370        388         428       517         606     646
                                                                                         Ответ: 14,61 г/дм3.
     410. Навеску сплава массой 2,1574 г растворили в HNO3 и после со-
ответствующей обработки довели объём раствора до 100 см3. Определите
содержание серебра в сплаве (ω, %), если при потенциометрическом тит-
ровании 25,0 см3 приготовленного раствора 0,125 н. раствором NaCl по-
лучили следующие результаты:
 V(NaCl), см3       16,0      18,0          19,0       19,5        19,9       20,0        20,1         20,5    21,0
 Е, мВ              689       670           652        634         594        518         441          401     383
                                                                                                      Ответ: 50%.
                                                                                                 3
    411. Определите концентрацию NaCl в растворе (г/дм ), если при по-
тенциометрическом титровании 20,0 см3 этого раствора 0,1 н. раствором
Hg(NO3)2 получили следующие результаты:

 V(Hg(NO3)2), см3          10,0      18,0       19,0        19,5          19,9          20,0         20,1     20,5
 Е, мВ                     501       552        570         589           629           704          737      757
                                                                                           Ответ: 5,84 г/дм3.

                                                                                                                     75


     412. Постройте кривые потенциометрического титрования в коорди-
натах E–V, pH–V и ∆E/∆V–V и определите концентрацию метиламина,
если при титровании 20,0 см3 анализируемого раствора 0,2 н. раствором
HCl получили следующие результаты:
 V(HCl), см3        10,0        12,0      14,0        14,5     14,9    15,0     15,1       15,5        16,0
 pH                 10,42 10,12 9,56                  9,28     8,42    5,90     3,24       2,55        2,25
 –E, мВ             605         586       554         538      488     342      188        148         130

                                                                              Ответ: 0,15 моль/дм3.
    413. Определите концентрацию NH4Cl в растворе (г/дм3), если при
потенциометрическом титровании 20,0 см3 этого раствора 0,05 н. раство-
ром Hg2(NO3)2 получили следующие результаты:
 V(Hg2(NO3)2), см3     10,0       15,0        17,0     17,5    17,9    18,0      18,1      18,5        19,0
 Е, мВ                 382        411         442      457     498     613       679       700         709

                                                   Ответ: 2,41 г/дм3.
    414. Определите концентрацию KCN в растворе (г/дм3), если при по-
тенциометрическом титровании 20,0 см3 этого раствора 0,1 н. раствором
AgNO3 получили следующие результаты:
 V(AgNO3), см3         5,0        7,0          9,0       9,5     9,9    10,0     10,1          10,5     11,0
 Е, мВ                –252        –216         –152     –116     24     376       340          340      340

                                                                                 Ответ: 6,51 г/дм3.
     415. Из навески сплава массой 1,2000 г после растворения его в
H2SO4 (разб.) образующийся сульфат железа(II) оттитровали 1,0 н. рас-
твором сульфата церия(IV):
                       Се4+ + Fe2+ ↔ Ce3+ + Fe3+.
     Вычислите содержание железа (ω, %)в сплаве по следующим резуль-
татам потенциометрического титрования:
 V(Ce(SO4)2), см3         2,0           10,0          18,0      19,8     20,0           20,2          22,2
 Е, мВ                    712           771           830       889      1110           1332          1391

                                                                                      Ответ: 93,08%.
    416. Из навески сплава массой 2,0400 г таллий перевели в TI(I) и от-
титровали 0,1 н. раствором KBrO3 в солянокислой среде:
                       BrO3– + 3TI++ 6H+ ↔ Br– + 3TI3+ + 3H2O.
     Вычислите содержание таллия (ω, %) в сплаве по следующим ре-
зультатам потенциометрического титрования:
76


 V(KBrO3), cм3    2,0      10,0    18,0   19,8    20,0    20,2    22,0
 Е, мВ           1251      1280    1309   1339    1407    1430    1451

                                                          Ответ: 10,02%.
     417. Из навески стали массой 2,0000 г ванадий перевели в раствор и
оттитровали 0,1 н. и раствором сульфата железа(II):
                       VO+2 + Fe2++2H+↔VO2++Fe3++H2O.
     Вычислите содержание ванадия (ω, %) в стали по следующим ре-
зультатам потенциометрического титрования:
 V(FeSO4), см3   2,0       10,0    18,0    19,8    20,0    20,2   22,0
 E, мВ           1058      999     940     901     885     841     830

                                                          Ответ: 5,09%.
    418. Из навески сплава массой 0,6000 г титан перевели в TiO2+ и от-
титровали 0,1 н. раствором CrCl2:
                        TiO2++Cr2++2H+↔Ti3++Cr3++H2O.
     Вычислите содержание титана (ω, %) в сплаве по следующим ре-
зультатам потенциометрического титрования:

 V(CrCl2), см3   2,0       10,0    18,0   19,8    20,0    20,2    22,0

 E, мВ           159       100     41     –18     –155    –292    –351


                                                          Ответ: 15,97%.




                                                                         77


      7. ЭЛЕКТРОГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА
     Электрогравиметрический метод – выделение веществ на электро-
дах при действии постоянного тока, полученного от внешнего источника.
По закону Фарадея масса вещества, выделяющегося при электролизе,
пропорциональна силе тока, времени и эквивалентной массе вещества.
     Для выделения одного моля эквивалента вещества требуется около
96 500 кулонов электричества. Один кулон (1 Кл) – количество электриче-
ства, прошедшее через проводник в течение 1 с при силе тока в 1 А.
     Количество вещества, выделяемое одним кулоном электричества, на-
зывают электрохимическим эквивалентом (Ээ), оно равно молю эквива-
лента данного вещества, делённому на 96 500 (Ээ = Мэ/96 500 г/моль).
     Вследствие протекания побочных процессов масса вещества, выде-
ляющегося при электролизе, обычно меньше теоретически, вычисленной
по закону Фарадея, т.е. выход по току (η) чаще всего менее 100%. Поэто-
му масса вещества, выделившегося на электроде
                  m = Ээ I t η или m = M/n ⋅ 96 500 ⋅ I t η,
где m – масса вещества; I – сила тока, А; t – время, с; Ээ – электрохимиче-
ский эквивалент, г /моль; М – молярная масса вещества, выделившегося
на электроде, г /моль; η – выход по току; n – число электронов, участ-
вующих в электрохимическом процессе.
     Электрогравиметрия находится на стыке электрохимического и гра-
виметрического методов анализа. На электроде выделяют металл и взве-
шивают. Таким образом определяют содержание металла в исследуемом
растворе.


                   7.1. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
     Пример 7.1. Рассчитайте электрохимический эквивалент Ме(III), ес-
ли в результате электролиза раствора его соли при силе тока 3 А в тече-
нии 35 минут выделяется 0,5815 г метала. Какой это металл?
     Решение. Используем уравнение, выражающее закон Фарадея:
                              m(Me) = ЭэIt,
где Ээ – электрохимический эквивалент, г/моль; I – сила тока, А; t – вре-
мя, с; Ээ = m/It = 0,5815/3·35·60 = 9,23·105– г/моль; Ээ = Мэ/96500;
Мэ = Ээ·96500 = 8,91 г/моль; А(Ме) = 8,91·3 = 26,73 г/моль – это алюми-
ний.
     Пример 7.2. При пропускании тока через последовательно включён-
ные электролизёры с растворами AgNO3, CuSO4 и ZnCL2 в первом элек-
тролизёре на катоде выделилось 1,1180 г металлического серебра. Опре-
делите массу меди, выделившуюся во втором электролизере, и цинка – в
третьем.
78


    Решение. Если через последовательно соединённые электролизёры
пропустить одно и то же количество электричества, то на электродах вы-
деляются эквивалентные количества веществ:
    ν(Cu) = ν(Zn) = ν(Ag) = m(Ag)/Mэ(Ag) = 1,118/108 = 0,01003 г/моль;
    m(Cu) = ν(Cu)Mэ(Cu) = 0,0103·32 = 0,331 г;
    m(Zn) = ν(Zn)Мэ(Zn) = 0,0103· = 0,339 г.
     Пример 7.3. При электролизе раствора ZnSO4 на катоде выделилось
0,1200 г цинка за 768 с. Какую силу тока необходимо было поддерживать
при электролизе, если выход по току составил 90%?
     Решение. Выход по току
                          η = (mпракт/mтеор)100%;
               mтеор = (mпракт/η)100 = 0,1200/0,9 = 0,1333 г.
    Из уравнения, выражающего закон Фарадея
                               m = MэIt/96500,
находим силу тока
                    I = m(Zn) · 96500/32,5 · 768 = 0,523 A.

        7.2. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

     419. При прохождении тока последовательно через электролизёры,
содержащие цианиды серебра и золота, в первом электролизёре на катоде
выделилось 0,1079 г Ag, во втором – 0,0657 г Au. Вычислите: а) молярную
массу эквивалента золота; б) его валентность в соединении, подвергнутом
электролизу.
                                                  Ответ: 65,7 г/моль; III.
     420. При постоянном токе 0,19 А для выделения меди на катоде и
свинца в виде PbO2 на аноде из навески сплава массой 1,8350 г потребо-
валось 50 мин. Определите содержание свинца и меди в сплаве (ω, %).
                                       Ответ: Cu – 10,30%; Pb – 33,34%.
     421. Для полного выделения цинка из 2,2500 г цинковой руды после
соответствующей обработки потребовалось 18,5 мин при I = 1,15 А.
Определите содержание оксида цинка в руде (ω, %).
                                                        Ответ: 23,53%.
     422. При электролизе 30 см3 раствора Pb(NO3)2 на аноде выделился
PbO2 массой 0,2345 г. Определите нормальность раствора Pb(NO3)2.
                                              Ответ: 6,54 ·10–2 моль/дм3.
     423. Рассчитайте, какая масса Ме(III) с электрохимическим эквива-
лентом 0,5430 г/моль выделится при электролизе в течение 1 мин 25 с,
если сила тока равна 1,8 А.
                                                                Ответ: 83,07 г.
                                                                            79


     424. Навеску сплава массой 0,6578 г растворили в HNO3 и через по-
лученный раствор в течение 20 мин пропускали ток силой 0,20 А, в ре-
зультате чего на катоде полностью выделилась медь, Определите содер-
жание меди (ω, %) в сплаве, если выход по току составил 80%.
                                                           Ответ: 9,67%.
    425. Определите содержание индифферентных примесей в образце
медного купороса CuSO4·5H2O (ω, %), если после растворения его навески
массой m г и электролиза полученного раствора на катоде выделилось x г
меди:
     Варианты             1                 2                   3
       m, г            0,4556            0,5237              0,6274
       x, г            0,1145            0,1322              0,1586
                                     Ответ: 1) 1,83%; 2)1,40%; 3) 1,26%.
     426. При электролизе раствора Pb(NO3)2 на аноде выделилось х г
PbO2. Определите нормальность исходного раствора, если для анализа
взяли V см3 раствора:

     Варианты             1                 2                   3
              3
      V, см             20,0              30,0                40,0
       х, г            0,2500            0,2345              0,2136

                                  Ответ: 1) 0,1045; 2) 0,0653; 3) 0,0445.
     427. Навеску никелевого сплава т г обработали соответствующим
образом и перевели в раствор, при электролизе этого раствора при силе
тока 0,5 А на катоде полностью выделили никель за время t. Определите
содержание никеля в сплаве в массовых долях, % по данным:

     Варианты             1                 2                   3
       т, г            1,0000            1,1000              1,2000
      t, мин             12                10                   8
                                   Ответ: 1) 10,94%; 2) 8,30%; 3) 6,08%.
     428. При электролизе раствора ZnSO4 на катоде за время t выделился
цинк массой 0,1200 г. Какова сила тока при электролизе, если выход по
току составил 90%:
     Варианты             1                 2                   3
       t, c              786              1310                1965
                                       Ответ: 1) 0,5 А; 2) 0,3 А; 3) 0,2 А.
80



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика