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.
         429. Сколько кислорода и водорода выделится при электролизе сер-
ной кислоты в течение 15 мин, если сила тока равна 2,5 А.
                                               Ответ: 0,13 дм3; 0,26 дм3.
     430. Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора
медного купороса CuSO4·5H2O, если пропускать ток силой 0,2 А в течение
1 ч 15 мин? Выход по току составляет 90%?
                                                       Ответ: 0,2666 г.
     431. Сколько времени потребуется для полного выделения никеля из
50 см3 (ω = 20%, ρ = 1,01 г/см3) раствора NiSO4·7H2O при силе тока 0,3 А,
если выход по току 90%?
                                                          Ответ: 7,14 ч.
     432. Сколько времени потребуется для электролиза 20 см3 0,2 М рас-
твора CdSO4 при силе тока 0,1 А для полного выделения кадмия, если вы-
ход по току составляет 93%?
                                                        Ответ: 1,15 ч.
     433. Какой силы ток надо пропустить через 0,1 М раствор Bi(NO3)3,
чтобы в течение 30 мин полностью выделить металл из 30 см3 раствора,
если выход по току равен 100%?
                                                       Ответ: 0,48 А.
    434. При электролизе раствора NiSO4 в течение 1 ч током в 268 мА
одновременно с никелем выделился водород объёмом 11,2 см3 (н.у.). Вы-
числите выход по току для никеля.
                                                        Ответ: 100%.
     435. Из анализируемого раствора, содержащего ионы Ме(III), в ре-
зультате электролиза при силе тока 1 А за 35 мин выделилось на катоде
0,3774 г металла. Что это за металл?
                                                       Ответ: Хром.
     436. Вычислите электродный потенциал медного электрода, опущен-
ного в раствор с концентрацией Cu2+ 0,1 моль/дм3.
                                                     Ответ: 0,308 В.
    437. При какой концентрации Cu2+ в растворе CuSO4 электродный
потенциал меди будет равен нулю?
                                          Ответ: 2,95·10–12моль/дм3.
     438. Определите время теоретически необходимое для полного вы-
деления на катоде кадмия из V см3 раствора CdSO4 указанной нормально-
сти, если электролиз проводился при силе тока 0,1 А и выход по току со-
ставил 100%:
                                                                      81


     Варианты              1                2                   3
       V, см3             20,0            40,0                50,0
     н(CdSO4)            0,0622          0,0466              0,0435
                                  Ответ: 1) 20 мин; 2) 30 мин; 3) 35 мин.
     439. Из анализируемого раствора, содержащего ионы Ме(III), в ре-
зультате электролиза при силе тока 1 А за время t, было выделено на ка-
тоде а металла и получены следующие данные:
     Варианты              1                2                   3
        а, г             0,2800          0,3744              0,6510
      t, мин               50              35                  15
     Какой был металл?

                                                Ответ: 1) Al; 2) Cr; 3) Bi.




82


    8. ОПТИЧЕСКИЕ (СПЕКТРАЛЬНЫЕ) МЕТОДЫ АНАЛИЗА
     Оптические методы анализа основаны на использовании явлений
испускания электромагнитного излучения атомами или молекулами ис-
следуемого вещества или взаимодействия этого излучения с веществом.
Так как природа излучения зависит от качественного и количественного
состава вещества, то это позволяет проводить его анализ.
     По характеру взаимодействия излучения с исследуемым веществом
(по поглощению излучения) и способу его измерения различают: абсорб-
ционную спектроскопию, нефелометрию, турбидиметрию, люминесцен-
тый анализ.
     В фотометрическом анализе используют поглощение электромагнит-
ного излучения в УФ, видимой и ИК-областях спектра. Наибольшее рас-
пространение получили фотометрические методы анализа, основанные на
поглощении в видимой области спектра, т.е. в интервале длин волн
400…780 нм. Это объясняется возможностью получения множества ин-
тенсивно окрашенных органических и неорганических соединений, при-
годных для их фотометрического определения в видимой области спектра
с помощью достаточно несложных и относительно недорогих приборов.

                      8.1. РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ
    Пример 8.1. Вычислите оптическую плотность раствора, если свето-
пропускание его равно 80%.
    Решение. Используя формулу, выражающую зависимость А от Т
                                   А = lg(1/T)⋅100 ,                             (8.1)
получаем
                          А = 2 – lgT = 2 – lg80 = 0,097.

     Пример 8.2. Молярный коэффициент поглощения KMnO4 при
λ = 546 нм равен 2420. Оптическая плотность этого раствора при l = 2 см
равна 0,800. Определите ТKMnO4 /Mn.
    Решение. По формуле, выражающей закон Бугера–Ламберта–Бера
                                   А = ελlс                    (8.2)
вычислим
            с = A/(ελ/l) = 0,8 /2420 · 2 = 1,65·10–4 моль/дм3.

    По условию: титрант KMnO4 – В; определяемое вещество Mn2+ – A.
    ТKMnO4 /Mn находим по формуле
                     c(KMnO 4 )M (Mn )                55
     TKMnO 4 /Mn =                     = 1,65 ⋅10 −4      = 9,08 ⋅10 −6 г/см3.
                          1000                       1000

                                                                                   83


     Пример 8.3. Определите максимальную толщину поглощающего
слоя l для фотометрирования окрашенного раствора соли железа, если в
50 см3 данного раствора содержится 2 мг железа. Оптическая плотность
раствора равна 0,430, а молярный коэффициент поглощения 4·103.
     Решение. Из формулы (8.2) следует l = A/ ελc;
              2 мг Fe или 2·10–3 г Fe содержится в 50 см3
              х г содержится                     в 1000 см3
                             2 ⋅ 10 −3 ⋅ 1000
                        х=                    = 0,04 г.
                                    50
     Найдём с, моль/дм3:
                    0,04
                c=       = 7,1⋅10–4 моль/дм3, где 56 = MFe
                     56
                   l = 0,430/(4⋅103·7,1·10–4) = 0,15 см.
      Пример 8.4. Рассчитайте наименьшую концентрацию вещества
(моль/дм3) для фотометрического определения, если известно, что
ελ = 5· 104, а оптимальное значение А при l = 5 см равно 0,010.
      Решение. c = A/ ελ l = 0,010/(5 · 104· 5) = 4 · 10–8 моль/дм3.
     Пример 8.5. Исследуемый раствор имеет А = 0,900 при измерении в
кювете с l = 5 см. Определите концентрацию раствора, если стандартный
раствор, содержащий 7 мкг/см3 этого же вещества, имеет А = 0,600 при
измерении в кювете с l = 3 см.
     Решение. Для этих растворов можно записать по формуле (8.2)
                                     Aст = ελcстlст;
                                      Aх = ελcхlх .
     Преобразуя эти выражения, получим
                               Aх/ Aст = cх lх /cст lст,
откуда
           с х = сст А х lст А стl х = 7·0,900·3/0,600·5 = 6,3 мкг/см3.
     Пример 8.6. Навеску стали, содержащей Ni массой 0,1000 г, раство-
рили в кислоте и разбавили до метки дистиллированной водой в мерной
колбе вместимостью 100 см3. 15 см3 этого раствора обработали соответст-
вующими реактивами для получения окрашенного раствора и разбавили
до 50 см3. Содержание никеля, определённое по градуировочному графи-
ку, составляет 0,1230 мг/ 50 см3. Рассчитайте содержание никеля в стали
(ω, %).
     Решение. Ni + H2SO4→ NiSO4 + H2↑.
     Масса никеля составит 0,1230·100/15 = 0,82 мг;
                     ω, % = 0,8200 · 100/100 = 0,82%.

84


                                         −
    Пример 8.7. Для определения в воде NО3 -ионов строят градуиро-
                                                                   −
вочный график, для чего используют стандартный раствор K NО3 c
TKNO NO − = 0,0100 мг/ см3. Пробы в интервале 0,10 … 0,80 см3 обработа-
     3        3
ли необходимыми реактивами, прибавили хромотроповую кислоту и до-
вели до 10,00 см3 концентрированной H2SO4 . Измерили оптическую
плотность при l = 3 см.
  Пробы            1               2             3         4         5
          3
  V, см           0,10             0,20         0,40       0,60      0,80
    А             0,100           0,202        0,318      0,603     0,802
     Через две стадии анализа провели 2,50 см3 анализируемой воды; оп-
тическая плотность этого раствора равна 0,550. Соответствует ли данная
                                     −
вода санитарной норме, если ПДК( NО3 ) = 10 мг/дм3?
     Решение. Построим градуировочный график (A–V)

                          A
                    0,8
                    0,6
                    0,4
                    0,2


                                        0,2 0,4 0,6 0,8    V, см3

     Оптической плотности, равной 0,550, соответствует объём пробы
0,55 см3. Исходя из TKNO NO − = 0,0100 мг/см3, получим:
                              3     3
                        0,01 мг – 1 см3
                        х мг      – 0,55 см3
                          х = 5,5 · 10–3 мг.
                 −
    Столько NО3 содержится в 2,5 см3 Н2О, а в 1 дм3 воды будет содер-
жаться 2,196 мг.
    Данная вода соответствует санитарной норме.
     Пример 8.8. Навеску сплава, содержащего титан массой 0,2500 г,
растворили и разбавили дистиллированной водой в мерной колбе до
100 см3. К 25,00 см3 полученного раствора добавили соответствующие
реактивы и разбавили до 50 см3, при этом получили соединение жёлтого
цвета. Оптическая плотность, полученного раствора равна 0,220. К другой
порции объёмом 25,00 см3 добавили раствор, содержащий 0,20 мг титана,
                                                                            85


и обработали аналогично первому раствору. Оптическая плотность этого
раствора равна 0,500. Определите содержание титана в сплаве (ω, %).
     Решение. Используя метод добавок, запишем
                                    Aх = ελ cхl;
                                А(х + ст) = ελ(cх + cст)l,               (8.3)
или
        Aх/A(x + ст) = cх /( cх + ссп ); 0,220/0,500 = cх /( cх + 0,20);
                                 cх = 0,1571 мг.
     Так как для анализа взята аликвотная часть, равная ¼ от всей пробы,
то содержание титана равно
         m = 0,1571 · 4 = 0,6290 мг; ω = 0,6290 · 100/250 = 0,25%.
     Пример 8.9. Из навески стали, содержащей никель массой 0,2542 г,
после соответствующей обработки получили 100,0 см3 раствора, содер-
жащего диметилглиоксимат никеля. Оптическая плотность этого раство-
ра, относительно раствора сравнения, содержащего 6,00 мг никеля в
100 см3, равна 0,440. Для построения градуировочного графика взяли три
стандартных раствора, содержащих 4,00; 8,00; 10,0 см3 никеля в 100,0 см3
и получили при тех же условиях относительные оптические плотности
соответственно: – 0,240; 0,240; 0,460. Вычислите содержание никеля в
стали (ω, %).
     Решение. Если с х > ссравн, то Ах > Асравн и А отн = Ах – Асравн. Аотн –
величина положительная. При cх < ссравн относительная оптическая плот-
ность отрицательная. Строим градуировочный график в координатах А–с.
Из графика следует, что Ах = 0,440, и это соответствует содержанию ни-
келя 9,80 мг.

              Аотн
                 0,4
                 0,3
                  0,2
                  0,1

                                                           с(Ni), мг
                            4          6   8         10
               –0,1
               –0,2
               –0,3


                       9,80 ⋅10−3 ⋅100
     Тогда ω(Ni) =                     = 3,86%.
                           0,2542
86


         8.2. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
    440. Выразите оптическую плотность в процентах светопропускания:
    а) 0,054; б) 0,801; в) 0,521; г) 0,205.
                           Ответ: а) 88,3%; б) 15,8%; в) 30,1%; г) 62,3%.
    441. Переведите данные измерения светопропускания в оптические
плотности : а) 22,2%; б) 52,5%; в) 79,8%; г) 62,3%.
                            Ответ: а) 0,654; б) 0,280; в) 0,098; г) 0,205.

    • В задачах 442 – 454 рассчитайте молярный коэффициент погло-
щения.
    442. Светопоглощение раствора KMnO4 с концентрацией 5 мкг/cм3,
измеренное в кювете с l = 2 см при λ = 520 нм, равно 0,400.
                                                            Ответ: 0,6⋅104.
     443. Оптическая плотность аммиачного комплекса меди, содержаще-
го 0,40 мг Cu2+-ионов в 250 cм3 при l = 1 см, равна 0,150.
                                                           Ответ: 6,0⋅103.
    444. Светопоглощение окрашенного раствора соли алюминия, со-
держащего 3,20 мг Al3+-ионов в 100 cм3 при 480 нм в кювете с l = 2 см,
равно 34,6%.
                                                     Ответ: 1,96⋅102.
     445. Оптическая плотность раствора KMnO4, содержащего 0,12 мг
Mn2+-ионов в 100 см3 раствора, измеренная в кювете с l = 3 см при
λ = 525 нм, равна 0,152.
                                                    Ответ: 2,33⋅103.
      446. Оптическая плотность раствора трисульфосалицилата желе-
за(III), измеренная при λ = 433 нм в кювете с l = 2 см, равна 0,149. Для
анализа было взято 4,00 см3 0,0005820 М раствора соли железа и разбав-
лено до 50 см3.
                                                        Ответ: 1,56⋅103.
      447. Оптическая плотность раствора диметилглиоксимата никеля(ll),
содержащего 0,025 мг никеля в 50 см3, измеренная при λ = 470 нм в кюве-
те с l = 2 см, равна 0,324.
                                                       Ответ: 1,90⋅104.
     448. Оптическая плотность раствора моносульфосалицилата железа,
содержащего 0,23 мг железа в 50 см3, оказалась равной 0,264 при толщине
слоя 2 см.
                                                         Ответ: 1,7⋅103.
                                                                        87


    449. Оптическая плотность окрашенного раствора, содержащего 0,07 мг
Mn в 50 см3, изменённая при λ = 455 нм в кювете с l = 1 см, равна 0,280.
                                                              Ответ: 1,1⋅104.
     450. Оптическая плотность 2⋅10–5 М раствора окрашенного соедине-
ния меди с 2,2-дихинолином при λ = 546 нм в кювете с 1 = 5 см равна
0,252.
                                                       Ответ: 2,5⋅103.
     451. Титан (IV) образует с пероксидом водорода в кислой среде ком-
плексный ион [TiO(H2O2)]2+ жёлтого цвета (λ = 410 нм). Оптическая плот-
ность раствора, содержащего 1,00 мг Ti(lV) в 50 cм3, оказалась равной
0,270 при l = 2 см.
                                                        Ответ: 3,2⋅102.
     452. После трёх последовательных разведений получен раствор, со-
держащий 3,06·10–4 г циклопентадиена в 9,3721 г гексана (ρ = 0,6603 г/см3);
оптическая плотность раствора в кювете с толщиной поглощающего слоя
1 см при λ = 240 нм составляет 1,100.
                                                          Ответ: 3,4⋅103.
     453. Оптическая плотность раствора, содержащего 0,24 мг меди в
250 см3, при l = 2 см равна 0,140.
                                                      Ответ: 4,65⋅103.
     454. Оптическая плотность окрашенного раствора соли железа в кю-
вете с толщиной слоя 5 см равна 0,750. Концентрация железа составляет
0,05 мг в 50 см3.
                                                      Ответ: 8,38⋅103.
     455. Определите молярный коэффициент поглощения K2CrO4, если
относительная оптическая плотность 2,65⋅10–3 М раствора, измеренная
при λ = 372 нм в кювете с l = 2,3 мм, по отношению к раствору сравнения,
содержащему 10–3 моль/дм3 K2CrO4, оказалась равной 1,380.
                                                           Ответ: 3637.
     456. Молярный коэффициент поглощения раствора [Fe(SCN)]2+ при
λ = 580 нм равен 6⋅103. Рассчитайте оптическую плотность 3⋅10–5 М рас-
твора, если измерения проводят в кювете с l = 2 см.
                                                        Ответ: 0,360.
      457. Молярный коэффициент поглощения дитизонового комплекса
Pb(ll) при λ = 485 нм равен 6,8⋅104. Чему равна оптическая плотность рас-
твора, содержащего 3 мкг PbO2 в 5,00 cм3, если измерения проводили в
кювете с l = 1 см.
                                                            Ответ: 0,171.
88


    458. Молярный коэффициент поглощения комплексного соединения
алюминия с ализарином равен 1,6⋅104 при λ = 485. Какую кювету следует
выбрать для фотометрирования, чтобы оптическая плотность раствора
была не менее 0,300 при содержании алюминия 10–5 моль/дм3 в фотомет-
рируемом растворе?
                                                         Ответ: 2 см.
     459. Какую кювету следует взять для ослабления падающего потока
света в 10 раз? Коэффициент поглощения раствора равен 0,0457.
                                                       Ответ: 21,9 см.
    460. Найдите оптимальную толщину поглощающего слоя l для фото-
метрирования окрашенного раствора соли железа с молярным коэффици-
ентом поглощения равны 4⋅103 при концентрации 0,05 мг железа в 50 см3.
Оптимальное значение оптической плотности равно 0,430.
                                                        Ответ: 6 см.
    461. В УФ-спектре раствора циклопентадиена в гептане оптическая
плотность составляет 0,830 при l = 1 см. Определите концентрацию рас-
твора, если молярный коэффициент поглощения равен 3400 дм3/(моль см).
                                            Ответ: 2,442⋅10–4 моль/дм3.
    462. Рассчитайте минимально определяемую массу (мг) железа(III)
по реакции с сульфосалициловой кислотой в аммиачной среде при ис-
пользовании кюветы с толщиной слоя l = 5 см. Объём окрашенного рас-
твора равен 5 см3; ελ = 4000, а минимальная оптическая плотность, изме-
ряемая прибором, составляет 0,010.
                                                     Ответ: 1,396⋅10–4.
      463. Молярный коэффициент поглощения окрашенного комплекса
никеля с α-бензоилдиоксимом равен 12 500. Какую минимальную концен-
трацию никеля (мг/см3) можно определить фотометрически в кювете с
l = 0,5 см, если минимальная оптическая плотность регистрируемая при-
бором, равна примерно 0,020?
                                                Ответ: 1,8 10–4 мг/см3.
     464. Молярный коэффициент поглощения α-фурилдиоксимата нике-
ля в хлороформе составляет 1,9⋅104. Какое минимальное содержание ни-
келя (ω, %) в чистом алюминии может быть определено этим реагентом,
если навеска не должна превышать 1,0000 г, максимальный объём хлоро-
формного экстракта составляет 10 см. Минимальная оптическая плот-
ность раствора, измеренная при l = 5 см, при которой ошибка измерения
не превышает 10%, равна 0,020.
                                                    Ответ: 1,23⋅10–5%.
                                                                    89


     465. Рассчитайте определяемый минимум фотоколориметрического
определения железа(III) с сульфосалициловой кислотой в аммиачной сре-
де, если l = 5 см, а минимальный объём окрашенного раствора в кювете
составляет 15 см3. Среднее значение молярного коэффициента поглоще-
ния комплекса равно 4000. Минимальная оптическая плотность, измеряе-
мая прибором, Аmin = 0,010.
                                                     Ответ: 0,42 мкг.
     466. Молярный коэффициент поглощения комплекса бериллия с аце-
тилацетоном в хлороформе равен 31 600. Какое минимальное содержание
бериллия (ω, % ) можно определить в навеске массой 1,0000 г, растворён-
ной в 50 cм3, в кювете с толщиной слоя 5 см, если минимальный отсчёт по
шкале оптической плотности фотоколориметра равен 0,025.
                                                      Ответ: 7,15⋅10–6%.
      467. Рассчитайте минимально определяемое содержание (мкг) железа
(III) по реакции с сульфосалициновой кислотой в аммиачной среде при
l = 5 см и минимальном объёме окрашенного раствора 15 см3. Молярный
коэффициент поглощения комплекса равен 4000. Минимальная оптиче-
ская плотность, измеряемая фотоколориметром, составляет 0,010.
                                                  Ответ: 0,42 мкг/см3.
     468. Молярный коэффициент поглощения окрашенного комплекса
никеля с α-бензоилдиоксимом равен 12 000. Определите минимальную
концентрацию никеля (мг/см3), которая может быть определена фотомет-
рически в кювете с l = 5 см, если минимальная оптическая плотность, ре-
гистрируемая прибором, равна 0,020.
                                                Ответ: 1,96⋅10–5 мг/см3.
     469. Значение молярного коэффициента поглощения раствора моно-
сульфосалицилата железа равно 1,6⋅103. Рассчитайте, каково должно быть
содержание железа (мг) в стандартных растворах, приготовленных в мер-
ных колбах вместимостью 100 см3, чтобы оптические плотности при из-
мерении в кюветах с толщиной слоя 1 см укладывались в интервал значе-
ний от 0,100 до 1,000.
                                               Ответ: 0,349 – 3,490 мг.
     470. При фотометрировании раствора сульфосалицилатного ком-
плекса железа получили оптическую плотность, равную 0,200. Раствор
сравнения содержал 0,05 мг Fe в 50 см3. Определите концентрацию железа
в растворе (моль/дм3) если измерения проводили при l = 5 см, а ελ = 2500.
                                               Ответ: 1,6⋅10–5 моль/дм3.
90



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика