Приклади обчислень рівноважних концентрацій розчинів за схемою Комаря М. П. - раздел Химия, Аналітична хімія Загальні положення. РІВНОВАГИ Розглянемо Приклад 2, Який Наведено В Розділі «Метод...
Розглянемо приклад 2, який наведено в розділі «Метод матеріального балансу»
Розв’язання. При розчиненні солі HCOOAg у воді – у розчині будуть такі переважаючі компоненти: Ag+, HCOO-, H2O.
Запишемо всі рівноваги в розчині і наведемо значення констант ЗДМ:
H2O D H++OH- lgKW = -14
Ag+ + H2O D AgOH + H+ lgβОH1KW = -12
Аg++2H2O DAg(OH)2- +2H+ lgβОH2KW2 = -24
HCOO- + H2O D HCOOН +OH- lgβH1KW = -10.255
Серед наведених реакцій для останньої – реакції гідролізу форміат-іонів – константа ЗДМ (10-10,255) найбільша. Розглянемо останню рівновагу детальніше.
У першій строчці після рівняння реакції вказують вихідні дані, у другій – координату реакції, а в третій – рівноважний склад (x – рівноважна концентрація продуктів реакції)
HCOO- + H2O D HCOOН +OH-
1) С0 0,1 - -
2) ΔС -x x x
3) [ ] 0,1-x x x
Підставляють рівноважні концентрації з 3-ї строчки в рівняння ЗДМ:
10-10,255 =
= 
.
Розвязуючи квадратне рівняня, знаходять рівноважні концентрації [HCOOН] та [OH-].
х2 + 10-10,255х – 10-11,255 = 0.
Якщо прийняти умову x<<0,1,
то х2 = 10-11,255 і х = 10-5,647моль/л (умова справджується, значить розв’язання правильне).
Таким чином, [HCOOН]= [OH-]=10-5,65 моль/л;
[HCOO-] = 0,1–10-5,65 ≈ 0,1 моль/л;
[Ag+] ≈ С(Ag+) = 0,1 моль/л;
[H+] = KW/[OH-] =10-14/10-5,65 = 10-8,35моль/л, pH = 8,35;
[AgOH] = [Ag+]βОH1KW/[H+] = 0,1 10-12 /10-8,35 = 10-4,65 моль/л.
Відповідь: [HCOOН]= [OH-] = 10-5,65 моль/л, pH = 8,35 [HCOO-]= = 0,1 моль/л; [Ag+] = 0,1 моль/л, [H+] =10-8,35 моль/л, pH = 8,35, [AgOH] = 10-4,65 моль.
Розглянемо ще кілька достатньо простих прикладів з використанням концентраційних констант.
Приклад 3. Розрахувати рН та рівноважний склад розчину оцтової кислоти з концентрацією 0,1 моль/л.
Розв’язання. У розчині будуть такі переважаючі компоненти: СН3COOН (оцтова кислота), H2O.
Запишемо рівноваги в розчині і наведемо значення термодинамічних констант ЗДМ:
H2O D H++OH- lgKW = -14
СН3COOН D СН3COO- + H+ lgKa = -lgβH1 = -4,76
Зрозуміло, що константа другої рівноваги значно вища. Тому детально розглядаємо рівновагу дисоціації оцтової кислоти.
СН3COOН D СН3COO- + H+
1) С0 0,1 - -
2) ΔС -x x x
3) [ ] 0,1-x x x
Після підстановки рівноважних концентрацій з 3-ї строчки в рівняння ЗДМ:
Ка1 = 
= = 10-4,76.
Якщо прийняти умову x<<0,1, то х2 = 10-5,76 і
х = 10-2,88 моль/л (умова справджується, значить розв’язання правильне).
Таким чином,
[СН3COO-] = [H+] = 10-2,88 моль/л; pH=2,88. [OH-] = KW/[H+] =10-14/10-2,88 = 10-11,12 моль/л, [СН3COOH]=0,1- 10-2,88 = 0,09868 моль/л.
Обчислимо значення концентраційних констант.
Іонна сила розчину: I = 1/2([H+]·12 + [СН3COO-]·12) = 10-2,88. Іони ОН- не вносять значимого внеску в іонну силу.
Коефіцієнт активності однозарядного іона:
=
= -0,0173;
lg Kc = lg K −
lg (
) = -4,76 + 1·(-0,0173) + 1·(-0,0173)=-4,79;
= 10-4,79; Якщо x<<0,1 то x2 = 10-5,79, а x = 10-2,9.
У результаті отримуємо:
[СН3COO-] = [H+] = 10-2,9 моль/л; pH=2,9. [OH-] = KW/[H+] = 0-14/10-2,9 = 10-11,1 моль/л, [СН3COOH]=0,1– 10-2,9 = 0,09874 моль/л.
Відповідь: [СН3COO-] = [H+] = 10-2,9 моль/л; pH = 2,9.
[OH-]=10-11,12 моль/л, [СН3COOH] = 0,09874 моль/л.
Примітка. Як видо при співставленні, рівноважні концентрації, розраховані з використанням термодинамічної та концентраційної константи, відрізняються мало.
Приклад 4. Розрахувати рН та рівноважний склад розчну гідроксиду барію з концентрацією 0,01 моль/л.
Розв’язання. у розчині будуть такі переважаючі компоненти: [Ba2+], [OH-], H2O.
Запишемо рівноваги в розчині і наведемо значення констант ЗДМ:
H2O D H++OH- lgKW = -14
Ba2+ + OH- D Ba(OH)+ lgβOH1 = 0,5
Оцінимо іонну силу розчину і концентраційні константи.
I = 1/2([Ba2+]·22 + [OH-]·12 =1/2(0,01·4 + 0,02·12 ) = 0,03.
Обчислимо значення коефіцієнта активності однозарядного іона:
=
= 0,0045 – – 0,0738 = -0,0693; g1±=0,852.
Концентраційна константа первої рівноваги:
lg Kwc = lg Kw –lg gH+ – lg gOH- = -14–2·(-0,0693)=-13,86
Концентраційна константа другої рівоваги:
; lggBa2+=22·lgg1±=-0,2772;
.
розглядаємо детально останню рівновагу
Ba2+ + OH- D Ba(OH)+ lgβOH1 = 0,916
1) С0 0,01 0,02 -
2) ΔС -x -x x
3) [ ] 0,01-x 0,02-x x
Після підстановки рівноважних концентрацій у ЗДМ
100,916 =
=
2·10-4 − 2·10-2x − 1·10-2x + x2 = 0,1213x
x2 − 0,1513x + 2·10-4 = 0
x1 = 0,1499, x2 = 1,28·10-3
У результаті маємо:
x2 = [ Ba(OH)+] = 1,28·10-3 моль/л;
[Ba2+] = 0,01−1.28·10-3 = 8,72·10-3 моль/л;
[OH-] = 0,002−1.28·10-3 = 1,87·10-2 моль/л;
[H+] = KW/ [OH-]= 10-13,86/10-1,728 =10-12,13 моль/л. pH = 2,13.
Відповідь: [Ba2+] = 8,72·10-3 моль/л; [OH-] = 1,87·10-2 моль/л;
[H+] = 10-12,13 моль/л. pH =12,13.
Приклад 5. Розрахувати рівноважний склад і рН насиченого розчину гідроксиду кальцію при наявності NaOH з концентрацією 0,1 моль/л.
Розв’язання. У насиченому розчині справджується константа «добуток розчинності» (Ks).
У вихідному розчині (c(NaOH) = 0,1) іонна сила I = 0,1 (перевірте самостійно).
Коефіцієнт активності однозарядного іона:
=
= -0,1051.
Коефіцієнти активності іонів-учасників рівноваги:
lggCa2+ = 22·lg g1± = 4 ·(-0,1051)=-0,4204;
lggOH- = lg g1±= -0,1051.
Обчислимо значення логарифму концентраційної константи
= ‑5,19+0,420+0,105=-4,665;
Ca(OH)2↓ D Ca2+ + 2OH- lgKs = -4,665
С0 0,1
ΔС -x x x
[ ] x 0,1+ x
10-5,19=[
.
При умові x<<0,1 маємо: x=[ Ca2+]=10-4,665/0,01=10-2,665 моль/л.
[OH-] = 0,1+10-2,665 = 0,1022 моль/л.
[H+] = KW/ [OH-] = 10-14/10-0,991 = 10-13,009моль/л, pH = 13.
[Na+] = 0,1 моль/л.
Відповідь: [Ca2+] = 0,0696 моль/л; [OH-] = 0,1022 моль/л; [Na+] = 0,1 моль/л, [H+] = 10-13,009 моль/л, pH = 13.
Приклад 6. Розрахувати рН та рівноважний склад розчину гідрокарбонату натрію з концентрацією 0,1 моль/л.
Розв’язання. У розчині кислої солі (переважаючі компоненти – Na+, HCO3-, H2O) мають місце такі рівноваги:
HCO3- D CO32-+H+ lgKa2=-lgβH1 =-10,33;
HCO3- +H2OD H2CO3+OH- lgKw+lgKH2=-14+6,35=-7,65;
2HCO3-D H2CO3 + CO32- lgKH2-lgKH1=6,35–10,33=-3,98;
H2O D H++OH- lgKW=-14.
розглядаємо детально рівновагу
2HCO3-D H2CO3 + CO32- lgKH2/KH1 = -3,98.
Виконаємо розрахунки концентраційної константи.
іонна сила розчину: I = ([HCO3-]12 +[Na+]12 )/2 = 0,1.
Обчислимо значення коефіцієнта активності однозарядного іона: 
=
=-0,1051.
Значить lggCO32- =22·lg g1±=4 ·(-0,1051) = -0,4204;
lggHCO3-= lg g1±= -0,1051.
Обчислимо значення логарифму концентраційної константи
= -3,98+0,420−0,105= -
- 3,665.
Продовжуємо аналіз рівноваги
2HCO3-D H2CO3 + CO32- lgKСH2/KH1 = -3,665;
С0 0,1
ΔС -2x x x
[ ] 0,1-2x x x
Після підстановки рівноважних концентрацій у ЗДМ
10-3,665 = 
=
.
10-1,833 = 0,0147=
, 0,00147 =1,0294 x.
х = [H2CO3 ] = [CO32-] = 1,43·10-3 моль/л.
[HCO3-] = 0,1− 2[CO32-] = 0,0971 моль/л.
[H+] =
10-10,33 =10-8,5 рН=8,5.
[OH-] = KW/[H+] =10-14/10-8,5=10-5,5моль/л.
Відповідь: [HCO3-] = 0,0971 моль/л; [H2CO3 ] = [CO32-] = 1,43·10-3 моль/л;
[H+] = 10-8,5; рН = 8,5; [OH-] =10-5,5 моль/л.
Все темы данного раздела:
ПРОГРАМА
"АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ"
для студентів біологічного факультету
денної форми навчання
Харків - 2010
АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ
Аналітична хімія – це наукова дисципліна про методи, засоби й загальну методологію здобуття інформації про якісний i кількісний склад матеріальних об'єктів на основі дослідження хі
Класифікація методів аналізу, що грунтується на кількості речовини аналіту
Метод
Маса аналіту, г
Об’єм розчину проби, мл
Кількість речовини аналіту
Макроаналіз
1 – 10
Методи аналітичної хімії
Метод аналізу – універсальний і теоретично обґрунтований спосіб визначення складу об’єкту, це сукупність принципів, на яких базується аналіз без конкретних посилань на об’єкти та компоненти.
ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Метою якісного аналізу є виявлення окремих елементів та іонів, що входять до складу речовини. Якісний аналіз здійснюють хімічними, фізико-хімічними фізичними або біологічними методами. Хі
Характерні групи атомів у органічних реагентах
Солетворні групи атомів
Комлексотворні групи атомів
Карбоксильна ‑ СООН
Спиртова або фенольна
Використання органічних реагентів у аналізі
Реагент
Формула
Об’єкти, що визначають
Якісний аналіз
Кількісний аналіз
Алізарин
ЗАКОН ДІЇ МАС. АЛГЕБРА ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ
Хімічна рівновага. Зворотні реакції проходять як у прямому, так і у зворотному напрямах. Рівновага встановлюється, якщо ці зміни взаємокомпенсуються. Рівноважний склад – сук
Алгебраїчний підхід при записі рівнянь хімічних реакцій
Розглянемо реакцію загального вигляду
0 D aj Aj, (12)
де S – символ суми, j – н
Позначення констант рівноваг
Реакції (загальний вигляд та приклади)
Позначення
Примітки
1. Константи стійкості комплексів
Лінійні комбінації реакцій
Ми вже мали змогу звернути увагу, що рівняння приєднання кількох протонів до багатозарядного аніону (або кількох лігандів до іону-комплексоутворювача) характеризуються загальною константою, яка дор
Ускладнення у визначенні областей переважання
Якщо послідовність усіх N ступінчатих констант спадна,
K1 > K2 > . . . > KN,
то у всіх N+1 реагентів і
Метод матеріального балансу при розрахунках рівноважного складу розчинів
При розчиненні у воді сполук – сильних електролітів (які повністю розпадаються на іони) – за умови іони, що утворюються у розчині не вступають в інші реакції, рівноважний склад частково можна описа
Буферні розчини
Якщо для розчину характерна властивість зберігати значення будь-якої рівноважної концентрації (активності) при його розведенні або додаванні до нього інших реактивів, то такий розчи
Розрахунки рН буферних розчинів.
Розглянемо кілька прикладів.
Приклад 1. Визначити рН буферного розчину, який приготували змішуванням розчинів: 55 мл оцтової килоти (с0(HAc) = 0,15 моль/
Приготування буферних розчинів із заданим рН
Буферний розчин із заданим рН з відомою парою буферуючих компонентів можна приготувати трьома способами:
- змішуючи в необхідному співвідношенні кількості речовини; розчини слабкої кислоти
Взаємодія катіонів із деякими реагентами
Іон
Реагент
SO42-
Cl-
OH-
NH3.
Pеaкцiї катіонів l-ї аналiтичної групи
Реактив
Ag+
Hg22+
Pb2+
HCl (розведе-на), хлориди
Мікрокристалоскопічна реакція на кальцій
Розведена H2SO4 та розчини сульфату утворюють із катіонами Са2+ голчасті кристали гіпсу, CaSO4 ×2 Н2О.
На предметне скло нанесі
Peaкції катіонів 2-ї aнaлiтичної групи
Реактив
Ва2+
Sr2+
Ca2+
Н2SO4 та сульф
Алюміній
4.1.1. Осадження Al(OH)3(s), його амфотерність. У пробірку налийте 3 краплі розчину Al(NO3)3 й додайте 3 краплі розчину амі
Реакції катіонів 4-ї аналітичної групи
Реактив
Fe2+
Fe3+
Bi3+
Mn2+
Sb(III) та Sb(V)
А група катioнів
Катіони 5-ї групи Cu2+, Cd2+, Ni2+, Co2+, Mg2+, Нg2+ у лужному середовищі в присутності Н2О2 (в умовах відокр
Реакції катіонів 6-ї аналітичної групи
Реактив
K+
Na+
NH4+
NaHC4O4
Проби на присутність аніонів‑відновників.
а) До 3-4 крапель розчину додайте 1-2 краплі розчину з c(H2SO4) = 1 моль/л, 1-2 краплі розчину I2 у KI та 6-8 крапель розчину крохмалю. Якщо розчин знебарвлю
Систематичний якісний аналіз аніонів
88) Які особливості якісного аналізу аніонів порівняно з аналізом катіонів?
89) Назвіть групові реагенти і склад груп систематичного аналізу аніонів.
90) Що таке «водяна витяжка»
Модуль 1.
Приклади розв’язання задач
1.
Запишіть значення констант наступних рівноваг:
1)1) H2AsO4- D HAsO42- + H+
Теорія похибок і статистична обробка результатів вимірювань
При проведенні експериментальних досліджень вимірювання повторюють кілька (n) разів – отримують паралельні значення вимірюваного параметру: x1. x2 …xn
Теоретичні значення Q – критерію. при різних довірчих імовірностях Р
n
Q( n. P )
P = 0.90
p = 0.95
p = 0.99
0
Таблиця 2
Значення критерію грубої похибки β
n
β
α = 0.05
α = 0.
Значення t-критерію Стьюдента
f
p
0.90
0.95
0.99
0.995
0.999
6.3130
Таблиця 4
значення критерію фішера,
F (f1, f2, P = 0,95 ).
Терези і принцип зважування
Масу речовини m вимірюють, зважуючи речовину. Вага Р є пропорційною масі P = mg, де g – прискорення сили тяжіння.
Зважуючи, силу притягування порівнюють із в
Конструкція аналітичних терезів
У сучасні аналітичні терези вмонтовано інтерфейси, що сполучають устрої. У них повністю автоматичне внутрішнє градуювання з урахуванням температури, пристрої для тарування у всьому діапазоні зва
Порядок зважування на терезах типу ВЛР-200.
Увага! Вмикати терези слід при закритих бокових шторках. Ставити об’єкт зважування на ліву шальку, а гирі – на праву. Змінювати навантаження можна тільки при вимкнутих
Умови висушування деяких кристалогідратів
Кристалогідрат
Умови висушування
Над безводяною сіллю
Маса водяної пари (мг / л)
BaCl2.2H2
Загальні відомості
У таких методах хімічного аналізу, як гравіметрія та так звані фізико-хімічні методи, використовують градуйовочну залежність між складом об’єкта та фізичною власт
Мірний посуд та робота з ним
Який мірний посуд вживають у хімічних аналізах?
Одиниці об’єму.Одиницею об’єму в інтернаціональній системі одиниць (СІ) є кубічн
Перевірка місткості посуду
Загальні засади. Згідно ДСТУ, допускають такі відхилення від номінальної місткості (± см3)
для колб
Таблиця 3
Ефективна густина води, r*, г/дм3, що використовується у перевірці мірного посуду, та сума поправок (А + В + С) , г/дм3
t,
Поправки для об’ємів (в см3), що виміряні мірним посудом (каліброваним для температури 20 °С), якщо ним користуються при різних температурах
Виміряний об’єм, см3
Температура, оС
Кислотно-основне титрування
Методики грунтуються на кислотно-основних перетвореннях – передачі іону водню від аналіту до титранту або навпаки. Титрантами зазвичай є сильні кислоти або сильні основи (луги), аналіта
Реактиви й обладнання
Хлороводнева кислота, стандартизований розчин c(HCl) = 0,1 моль/л;
Бромкрезоловий зелений, розчин із масовою часткою w » 0,1 % у водно-етанольній суміші (8:2 за об'ємом);
Б
Комплексонометричне титрування
Реакції комплексоутворення здавна є основою деяких титриметричних визначень. Так, іони галогенідів визначають титруванням комплексоутворювачем – іонами Hg2+ (
Окислювально-відновлювальне титрування
В окислювально-відновлювальному титруванні або аналіт A є відновлювачем (і у титруванні окислюється), а титрант T – окислювачем (і у титруванні відновлюється), або навпаки, аналіт A є окислюв
А. Стандартизація за наважками кристалічного іоду
2А. Реактиви й обладнання:
Тіосульфат натрію, розчин c(Na2S2O3.5H2O) » 0,1 моль/л у свіжопрокип’яченій дистильова
Б. Стандартизація за наважками дихромату калію
2Б. Реактиви й обладнання:
Тіосульфат натрію, розчин c(Na2S2O3.5H2O) » 0,1 моль/л, як у пункті 2А;
Дихромат ка
Кислотно-основне титрування
Приклади розв’язання задач
Приклад 1. Наважку бури (Na2B4O7·10H2O) масою 0,3221 г розчинили у воді. На титрування одержаного ро
Комплексонометричне титрування
Приклади розв’язання задач
Приклад 1. Наважку сплаву, що містить цинк та мідь, масою 0,8512 г розчинено й об’єм розчину доведено до 100 мл. При визначенні сумарної кількос
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ
В основі електрохімічних методів лежать процеси на електродах або в міжелектродному просторі при виникненні потенціалу або при пропусканні електричного струму через розчин. Електродний процес – гет
Теоретичні основи потенціометрії
Для вирішення аналітичної задачі потенціометричні вимірювання можна проводити двома способами. Перший спосіб – пряма потенціометрія, полягає в тому, що в досліджуваний розчин занурюють необхідний і
EACх= Eх= EAB(lACх / lAB).
Із цих рівнянь можна отримати, що
Eх = Eст(lACх / lACст),
де lACхтаlACст –
Результати вимірювань оформлюємо у таблицю
№ розчину
с(NaF), моль/л
lgс(F-)
е.р.с., мВ
&nb
Шпателі, скляні палички.
3. Хід роботи
Наважку зразка (mo), що містить близько 0,1 г заліза, розчиняють при нагріванні у 20 мл концентрованої хлорводневої кислоти. Якщо розчинення неп
Атомна спектроскопія
Атомна спектроскопія– фізичний метод, що грунтується на залежності між складом речовини та випромінюванням чи поглинанням світла у певних умовах. Емісійний спектральний аналіз грун
Атомно-емісійний метод аналізу
Лабораторна робота № 4.1. Визначення калію та натрію в мінеральних водах методом полум'яно-емісійної спектрометрії.
Мета роботи: 1. Визначити масов
Спектрофотометрія
Спектрофотометричні методи аналізу базуються на законі Бугера, який виражають рівнянням
,
де I
Визначення загальної кількості летких фенолів у стічній воді у перерахунку на C6H5OH.
Мета роботи: 1. Ознайомитися з основними етапами методики спектрофотометричного аналізу домішок органічних речовин.
2. Освоїти алгоритм вимірювань на фотометрі.
3. Визначит
Вибрані кінетичні методи аналізу
У багатьох методах аналізу до стану рівноваги доводять хімічні перетворення, за якими аналіт переводять у інші сполуки, що формують вихідний сигнал (масу чи об’єм, випромінюванн
Сутнiсть методики
Щоб визначити мiкрокiлькості альдегідiв, використовують реакцiю окислення п-фенiлендiаміну пероксидом водню, на яку альдегіди дiють як каталiзатори. Схема механізму реакцiї (за нинiшнiми уявленн
Алгоритм методики
2.1. Прилади й реагенти
Фотоелектроколориметр;
Секундомiр;
Вимiрювальнi колби мiсткiстю 50 мл;
Піпетки мiсткiстю 5 мл;
Піпетки с подiлками мiсткi
Алгоритм методики
2.1. Прилади та реагенти
Фотоелектрокалориметр КФК з мікропроцесором;
Вимiрювальнi колби мiсткiстю 50 мл;
Пiпетки мiсткiстю 2 мл;
Пiпетки з подiлками мiст
Хроматографічні методи аналізу
У таких процесах розділення компонентів, як екстракція, у випадках, коли коефіцієнти розподілу між фазами для різних компонентів мало відрізняються один від одного, відокремити їх у
Біологічні та біохімічні методи аналізу
Біологічні методи аналізу базуються на тому, що для життєдіяльності; росту, розмноження й взагалі нормального функціонування живих істот необхідне середовище певного хімічного складу. При зміні цьо
Приклади використання біологічних методів для визначення різних сполук
Індикаторний організм
Сполука, яку визначають
Cmin, P = 0,95
Мікроорганізми
мкг/мл
Таблиця 2
Приклади використання ферментів для визначення їх субстратів (I) і інгібіторів (II)
Клас ферментів
Індикаторна реакція
Неорганічні ліганди
OH‑, гідроксид ‑ іон
H+ lg Kw = {
‑13,997; D H = ‑55,81
Органічні ліганди: аміни
C2H7NO, H2N‑CH2‑CH2‑OH, 2‑аміноетанол
H+ lg KH
Органічні ліганди: карбонові кислоти
CH2O2, HCOOН, мурашина кислота; ліганд HCOO‑, форміат-іон
H+ lg KH = {
Органічні ліганди: амінокислоти
C2H5NO2, H2N-CH2-COOH, амінооцтова кислота (гліцин); ліганд: H2N-CH2-COO‑, L‑,
Інші органічні ліганди: оксими, тіоли тощо
CH4N2S,
тіосечовина
H2N-C-NH2
֐
S
Ag+
Відновні напівреакції
Aglg K(Ag2+ + e‑ Û Ag+) = 32,62 [I=4], Eo = 1,929 B
lg K(2 AgO(s) + H2
Індикатори
(а) кислотно-основні індикатори
Бромкрезоловий синій, L (синій) ® HL+ (жовтий):
lg KH ={
4,80 [20 о
Новости и инфо для студентов