ВАРИАНТ 7
a) Виды качественных аналитических реакций.
Аналитическая реакция – это реакция, которая сопровождается внешним эффектом (выпадение осадка, выделение газа, изменение цвета и т.д.). Вещество, вызывающее аналитическую реакцию, называется реагентом. Каждая аналитическая реакция характеризуется определенной чувствительностью и селективностью.Чувствительность (нижний предел определения) – это минимальная концентрация открываемого компонента, которую можно обнаружить с помощью данной реакции с ошибкой определения не более 30%.Селективность (избирательность) – это способность реагента вступать во взаимодействие с минимальным количеством компонентов смеси.По селективности различают следующие виды аналитических реакций:- специфические – реакции, в которые вступает только один компонент анализируемой смеси;- селективные – реакции, в которые вступает ограниченное число компонентов смеси;- групповые – реакции, в которых целая группа компонентов смеси дает одинаковый сигнал.Если анализ проводится с помощью специфических реакций, он называется дробным.Систематический анализ предполагает систематическое, последовательное разделение и обнаружение компонентов смеси с помощью групповых реакций с последующей идентификацией компонентов внутри группы с помощью селективных и специфических реакций.
б) Какими реакциями можно обнаружить ионы NH4+, Al3+, Cl–? Написать уравнения химических реакций, указать условия их проведения и наблюдаемый эффект.
Ион NH4+
Гидроксид натрия (калия ), NaOH (KOH) выделяет из солей NH4+
газообразный NH3. Его легко обнаружить по изменению окраски кислотноосновного индикатора – лакмуса.
NH4Cl + NaOH ↔ NH3↑ + H2O + NaCl
Лакмус в красный цвет окрашен в кислой среде. При выделении NH3 среда станет щелочной и на бумажке появится синее пятно.
Ион Al3+
1. 8-Гидроксихинолин, при pH 4,5-10 образует с ионом Al3+ малорастворимое соединение желтого цвета, флуоресцирующее
зеленоватым светом при УФ-облучении.
Сl- — ион
Нитрат серебра, AgNO3, образует с Cl— ионом белый творожистый
осадок AgCl
NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3

AgCl↓ — белый как и AgI и AgBr, нерастворимый в HNO3, но в отличие от них, легко растворяющийся в NH3 и (NH4)2CO3.
2. Сущность метода меркуриметрии (рабочие, установочные, определяемые вещества, способы приготовления их растворов). Привести пример химической реакции между рабочим, определяемым и установочным веществами. Указать условия проведения реакций и использование метода в пищевой промышленности.
Метод основан на образовании устойчивых комплексных соединений при взаимодействии раствора ртути (II) c ионами Cl−, Br−, I−, CN−:
Hg2+ + 2Cl− = HgCl2
Титрант метода, 0.1М раствор нитрата ртути (II), готовят как вторичный стандартный раствор. Стандартизуют по растворам NaCl, KCl. Конечную точку титрования определяют индикаторным и безындикаторным методом. В индикаторном методе используются такие индикаторы:
нитропруссид натрия Na2[Fe(CN)5NO] (осадок белого цвета),
дифенилкарбазид и дифенилкарбазон (комплексное соединение ртути синего цвета).
При определении йодид-ионов используют безиндикаторный метод, титрование проводят до появления розовой мути. При этом получают несколько заниженный результат, в связи с чем к израсходованному на титрование объему раствора нитрата ртути (II) прибавляют поправку, величина которой пропорциональна общему объёму титруемой смеси, из расчета на 20.00 см3 смеси 0.35 см3 объема титранта. Меркуриметрическим методом можно также определить и соли ртути (II), при этом в качестве титранта используют NH4CNS, а в качестве индикатора — соли железа(III).

3. Какие индикаторы используют в дихроматометрии для фиксирования точки эквивалентности? Объяснить механизм их действия.
 Момент эквивалентности в дихроматометрическом методе анализа устанавливают с помощью окислительно-восстановительных индикаторов (редоксиндикаторов). Это органические вещества, которые изменяют свою окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала системы, принимая окраску окисленной формы, если потенциал системы больше потенциала редоксиндикатора, или окраску восстановленной формы, если потенциал системы меньше потенциала редоксиндикатора.
Чаще всего применяют индикаторы: дифениламин, фенилантраниловую кислоту, дифенилсульфонат натрия и др.

4. Как готовят растворы по точной навеске? Какую мерную посуду используют при этом и как готовят ее к работе?
 Метод отдельных навесок. Для установки титра берут отдельные, близкие по величине навески установочного вещества (на титрование каждой из них должно расходоваться 20—25 см3 стандартного раствора) и, растворив каждую из них в произвольном объеме воды, оттитровывают стандартным раствором.
    При стандартизации растворов этим методом рассчитывают навеску стандартного вещества, необходимую для приготовления заданного объемараствора первичного стандарта концентрации, как правило, близкой кмолярной концентрации титранта. Взвешенную на аналитических весахнавеску твердого вещества количественно переносят в мерную колбу через воронку, смывая навеску из стаканчика струей воды из промывалки. По окончании растворения стандартного вещества раствор в колбе, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Аликвотуполученного раствора отбирают пипеткой, предварительно ополоснутойэтим раствором, в коническую колбу для титрования и титруют стандартизируемым раствором. При стандартизации раствора титрование проводят не менее трех раз. Если объемы, затраченные на титрование, совпадают между собой в пределах 0,2-0,3%, то берут из них среднее значение и рассчитывают молярную концентрацию титранта. В случае большего расхождения проводят повторное титрование.

5. Какой вид имеют кривые титрования в методе нейтрализации? От каких факторов зависит величина скачка на кривой титрования?
Кривая титрования для кислотно-основной реакции представляет собой графическое изображение зависимости величины рН титруемого раствора от объема прибавленного титранта. На рис.1 приведена эта зависимость. Кривую титрования строят, откладывая величину рН титруемого раствора на оси ординат, а на оси абсцисс – объем прибавленного титранта (см3).
Рис.1. Кривые титрования в методе нейтрализации:1 – кислоту титруют основанием; 2 – основание титруют кислотой
По оси х откладывается объем щелочи, которую добавляют в титруемый раствор соляной кислоты. По оси y значения рН раствора. Первоначальное значение рН соответствует рН раствора кислоты концентрации 0.01 моль/л. По мере добавления в раствор кислоты щелочи рН раствора начинает медленно увеличиваться, но вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение рН, практически при добавлении одной капли щелочи рН меняется от 4 до10. Это изменение рН называется скачком титрования. На этот график можно нанести значения рН соответствующие интервалам перехода окраски индикаторов метилоранжа 3-5, лакмуса 6-8 и фенолфталеина 8-10. Из приведенного рисунка видно, что разница в объемах добавляемой щелочи при фиксации точки эквивалентности этими тремя индикаторами практически отсутствует. Рассматриваемая нами картина наблюдается довольно редко, только при титровании сильных кислот и щелочей, когда среда в точке эквивалентности нейтральная.
Величина скачка на кривой титрования зависит от концентрации реагирующих веществ, их природы и температуры. Она тем больше, чем больше Кдис (или меньше рК) (рис. 2), больше концентрация реагирующих веществ (рис. 3) и меньше температура.
V V
Рис. 2. Зависимость величины скачка на кривой титрования от рК титруемой кислоты:1 – рК = 1; 2 – рК = 5; 3 – рК = 7; 4 – рК = 9 Рис. 3. Зависимость величины скачка на кривой титрования от концентрации кислоты: 1 – 1М; 2 – 0,1М; 3 – 0,01М

Практически невозможно оттитровать сильные кислоты и основания с С(Х) < 10 — 4 моль/л, а слабые с С(Х) < 10 — 2 моль/л. При титровании водных растворов кислот или оснований с Кдис< 5 × 10 — 8 скачок практически отсутствует и прямое титрование использовать нельзя. На величину скачка на кривой титрования влияет и природа растворителя (рис. 4). Многие органические растворители изменяют степень диссоциации слабых кислот и оснований — кислотные свойства усиливаются в протофильных растворителях и подавляются в протогенных, основные свойства наоборот – усиливаются в протогенных и ослабляются в протофильных растворителях. При титровании смеси кислот или смеси оснований или при титровании многоосновных кислот или многокислотных оснований на кривой титрования будет несколько скачков, если Кдис их отличаются в 10000 раз и больше (рис. 5).
Рис. 4. Кривые титрования ацетата натрия соляной кислотой в различных растворителях:I – в воде; II – в метаноле; III – в диметилформамиде
Рис. 5. Кривая титрования смеси кислот или многоосновных кислот.
6. Какие вещества называют комплексонами и для определения каких ионов их используют?
Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами). Из многочисленных аминополикарбоновых кислот наиболее часто используют этилендиаминтетрауксусную кислоту. Этилендиаминтетрауксусная кислота. Вследствие низкой растворимости в воде сама кислота не подходит для приготовления раствора титранта. Для этого обычно используют дигидрат ее динатриевой соли (этилендиаминтетраацетат натрия — ЭДТА). Эту соль можно получить добавлением к суспензии кислоты гидроксида натрия до рН ≈ 5. В большинстве случаев для приготовления раствора ЭДТА используют коммерческий препарат, а затем раствор стандартизуют. Можно также использовать фиксанал c ЭДТА.
Независимо от заряда катиона образуются комплексы с соотношением компонентов 1:1. Следовательно, молярная масса эквивалента ЭДТА и определяемого иона металла равны их молекулярным массам. Степень протекания реакции зависит от рН и константы устойчивости комплексоната. Катионы, образующие устойчивые комплексонаты, например, Fе (III), могут быть оттитрованы в кислых растворах, в которых металл не гидролизован. Ионы Са (II), Мg (II) и другие, образующие менее устойчивые комплексонаты, титруют при рН = 9 и выше. Конечную точку титрования определяют с помощью металлоиндикаторов — хромофорных органических веществ, образующих с ионами металлов интенсивно окрашенные комплексы. Так как количества определяемого металла и ЭДТА, пошедшей на титрование, равны, при комплексонометрическом титровании массу определяемого вещества (г) можно вычислить по формуле:
m = (VЭДТА/ VMe) · cЭДТА · Vколб · MMe,
где VЭДТА — объем раствора ЭДТА, пошедшего на титрование, мл; VMe — объем титруемого раствора металла, мл; cЭДТА — концентрация ЭДТА, моль/л; Vколб — объем мерной колбы, содержащей анализируемый раствор, л; MMe — молярная масса определяемого металла, г/моль.

7. Каковы оптимальные условия получения кристаллических осадков?
Для осаждения кристаллических осадков необходимо соблюдать следующие условия:
Вести осаждение из достаточно разбавленных растворов разбавленными растворами осадителя. Прибавлять осадитель медленно. При осаждении из разбавленных растворов выпадают крупнокристаллические осадки.
Прибавлять осадитель медленно, по каплям. При быстром осаждении сразу появляется много центров кристаллизации. В результате получается много мелких кристаллов.
Перемешивать раствор стеклянной палочкой, чтобы избежать сильных местных перенасыщений при прибавлении осадителя. Перемешивание способствует созданию условий для роста крупных кристаллов.
Вести осаждение из горячего раствора горячим же раствором осадителя. При нагревании увеличивается растворимость мелких кристаллов и за их счет образуются крупные кристаллы.
В некоторых случаях на отдельных стадиях процесса осаждения необходимо добавлять вещества, повышающие растворимость формирующегося осадка.

8. а) Рассчитать молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалентов для раствора, содержащего в 250 см3 0,2960 г СaСl2.
n(СaСl2) = m/M = 0.2960г/111г/моль = 0,002667 моль.
См(СaСl2) = n/V = 0.002667/0.250 = 0.0107 моль/л.
Сн(СaСl2) = э/V
э(СaСl2) = n/2 = 0.002667/2 = 0.001333 моль.
Сн(СaСl2) = э/V = 0,00133/0,25 = 0,005332 моль/л.

б) Рассчитать моляльность и титр по серной кислоте для раствора гидроксида калия с титром, равным 0,01459 г/см3 и плотностью 1,012 г/см3.
T(H2SO4) = C(KOH)*M(H2SO4)/1000
В 1 литре раствора содержится 14,59г щелочи.
n(КOH) = m/M = 14.59/56 = 0.26 моль.
См(KOH) = 0.26 моль/л.
T(H2SO4) = C(KOH)*M(H2SO4)/1000 = 0.26*98/1000 = 0.02548 г/мл.

Сm(KOH) = n/mр-ля
mр-ля = mр-ра – mр.в-ва = 1000*1,012 – 14,59 = 0,9974 кг.
Сm(KOH) = n/mр-ля = 0,26/0,9974 = 0,2606 моль/кг.

9. а) Сколько см3 раствора серной кислоты с массовой долей 31,40 % и плотностью 1,230 г/см3 необходимо взять, чтобы приготовить 2 дм3 раствора с титром, равным 0,06541 г/см3? Указать способ приготовления раствора.
Найдем количество кислоты в 2 л раствора:
m(H2SO4) = 0.06541 г/мл * 2000 мл = 130,82 г.
Найдем массу и объем кислоты с концентрацией 31,40%.
m(H2SO4) = 130.82*100/31.40 = 416.62 г.
V(H2SO4) = m/p = 416.62г/1,230г/мл =338,72 мл.

б) Сколько г гидроксида калия, содержащего 6,00 % примесей, необходимо взять, чтобы приготовить 250 см3 раствора с массовой долей 25,85 % и плотностью 1,245 г/см3? С какой точностью следует рассчитывать навеску и на каких весах ее взвешивать?
Найдем массу растворенного вещества гидроксида калия:
m(KOH) = w*V*p/100 = 25.85*250*1.245/100 = 80.46 г.
m(KOH) c учетом примесей = 80,46*1,06 = 85,28 г.
Расчет навески с точностью до второго знака после запятой, подойдут технические весы.
10. а) Сколько граммов хлороводорода содержится в 1 дм3 соляной кислоты, если на титрование йода, выделенного из 20,00 см3 кислоты смесью KIO3 + KI, израсходовано 21,20 см3 раствора тиосульфата натрия с Сэкв (Na2S2O3) = 0,1141 моль/дм3?
  2KIO3 + 4KI + 6HCl = 3I2 + 6KCl + 6H2O
      3I2 + 6Na2S2O3 = 3Na2S4O6 + 6NaI
      Вещества участвуют в реакции в следующих молярных соотношениях:
      6HCl ® 3I2® 6Na2S2O3, следовательно:
      n(HCl) = n(1/2I2) = n(Na2S2O3)
      C(Na2S2O3) ´ V(Na2S2O3) = C(HCl) ´ V(HCl)
      C(HCl) = C(Na2S2O3) ´ V(Na2S2O3)/V(HCl) = 0.1141*21.20/20.00 = 0.1209 моль/л.
n(HCl) = C*V = 0.1209*1 = 0.1209 моль.
m(HCl) = n*M = 0.1209 моль*36,5 г/моль = 4,4145 г.
б) Рассчитать массу хлорида аммония в 1 дм3 раствора, если к 50,00 см3 его добавили 30,00 см3 раствора NaOH с молярной концентрацией 0,2000 моль/дм3, нагрели раствор, удалили аммиак и избыток NaOH оттитровали 17,11 см3 серной кислоты с Т(H2SO4), равным 0,009804 г/см3.
NH4Cl + NaOHизб. = NaCl + NH4OH
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

m(H2SO4) = 17.11*0.009804 = 0.1677 г
n(H2SO4) = 0.1677/98 = 0.0017 моль
n(NaOH) = 2n(H2SO4) = 0.0034 моль
n(NaOH) = 0,2*0,03 = 0,006 моль
n(NaOH) = 0,006-0,0034 = 0,0026 моль
n(NaOH) = n(NH4Cl) = 0,0026 моль
См(NH4Cl) = 0,0026/0,05 = 0,052 моль/л
m(NH4Cl) = 0,052 моль*53,5 г/моль = 2,782 г.

ВАРИАНТ 7 a) Виды качественных аналитических реакций Аналитическая реакция – это реакция