Физико-химические методы анализа основаны на изменении физических свойств исследуемой системы, происходящих в результате определенных химических реакций

Часть 1

А1Определите эквивалентную массу восстановителя (г/моль) в реакции

KNO2 + K2Cr2O7 + HNO3

→ …

1) 34; 2) 85; 3) 21,25; 4) 42,5.

A2Определите эквивалентную массу окислителя (г/моль) в реакции

СН3-С=СН-СН3 + KMnO4 + H2O → …

1) 51,67; 2) 158; 3) 31,6; 4) 77,5.

A3В уравнении разложения бертолетовой соли в присутствии MnO2 сумма коэффициентов равна:

1 8; 2 6; 3 7; 4 9.

A4Скорость ОВР определяется:

1 скоростью самой медленной стадии;

2 суммой скоростей стадий;

3 скоростью самой быстрой стадии;

4 разностью между скоростями самой медленной и самой быстрой стадий.

А5При восстановлении MnO₄^-­­­ раствором КI в присутствии щёлочи окраска из малиново-красной переходит в:

1 чёрно-бурую;

2 цвет не меняется;

3 зелёную;

4 бесцветную.

A6Методы применения восстановителей с применением титранта-окислителя называются:

1 кондуктометрические;

2 редуктометрические;

3 гравиметрические;

4 оксидиметрические.

А7Броматометрия - это метод окислительно-восстановительного титрования с использованием в качестве титранта:

1 Br2; 2 KBrO3; 3 HBr; 4 KBr.

A8Какое выражение верно определяет константу равновесия в окислительно-восстановительных реакциях:

А9Реакция, вызванная какой-либо другой реакцией, протекающей в том же растворе, называется:

1 автокаталитической;

2 сопряжённой;

3 совместной;

4 побочной.

А10Уравнение Нернста для реакции c участием H⁺ -ионов принимает вид:

Часть 2

В1На титрование 20 см³ 0,01 н раствора KMnO4 было израсходовано 10 см³ раствора Na2SO3. Вычислите нормальность раствора Na2SO3 (моль/дм3).

1) 0,01; 2) 0,03; 3) 0,02; 4) 0,04.

В2Рассчитайте массу K2Cr2O7 (г) необходимую для приготовления 100 см³ 0,1 н раствора при титровании в кислой среде:

1) 0,98; 2) 0,49; 3) 2,94; 4) 1,47.

В3К раствору КI добавили избыток Н2О2 в кислой среде. Выделившийся I2 оттитровали 50 см³ 0,1 н раствором Na2S2O3. Вычислите массу КI (г) в исходном растворе.

1) 0,83; 2) 0,415; 3) 0,2; 4) 1,47.

В4Какую массу гептагидрата сульфата железа(II) необходимо взять для приготовления 100 см³ раствора с титром по HIO3 в кислой среде равным 0,0055 г/см3

1) 2,85; 2) 1,425; 3) 7,125; 4) 4,275.

В5Через раствор NaOH (ω = 35 %, ρ = 1,17 г/см³) пропустили газ, выделившийся при взаимодействии 10,8г серебра с концентрированной азотной кислотой. Определите объем раствора NaOH (см³)

1) 3,419; 2) 9,768; 3) 4,884; 4) 5,518.

.

В625 см³ 0,1 н раствора K2S (в кислой среде) оттитровали раствором дихромата калия. Определите

массу осадка (г), образовавшегося в результате реакции

1) 0,01; 2) 0,08; 3) 0,02; 4) 0,04.

В7Определите потенциал системы (В) при титровании 100 см³ 0,1 н раствора FeSO4 0,1 н раствором KMnO4 в момент, когда добавлено 90 см³ раствора KMnO4

1) 0,94; 2) 1,47; 3) 0,83; 4) 1,39.

В8Нормальная концентрация раствора KMnO4 равна 0,025 моль/дм3. Определите титр KMnO4 по H2O2 (г/см³)

1) 0,00425; 2) 0,00042; 3) 0,0085; 4) 0,00085.

В9К 2,50 см³ раствора KClO3 было прибавлено 25,00 см³ 0,12 М раствора FeSO4, избыток которого потом оттитровали 5,00 см³ 0,11 н раствора KMnO4. Рассчитайте содержание KClO3 (ω, %) в растворе, если его плотность равна 1,02 г/см³

1) 4,82 %; 2) 3,92 %; 3) 2,54 %; 4) 1,96 %.

В10Для определения содержания меди иодометрически навеску меди 0,6354 г растворили в азотной кислоте и после соответствующей обработки перенесли в мерную колбу вместимостью 500 см3. Раствор доведен дистиллированной водой до метки. Вычислите молярную концентрацию соли меди (моль/дм³)

1) 0,01; 2) 0,015; 3) 0,02; 4) 0,025.

Часть 3

C1Навеску сплава массой 1,0000 г, содержащего железо, обработали раствором серной кислоты. К раствору добавили 25 см³ 0,2 н раствора KMnO4, на титрование избытка которого израсходовали 5 см³ 0,1 н раствора H2C2O4. Рассчитайте содержание Fe (ω, %) в образце

С2В мерной колбе смешали избыток раствора KClO3 и KCl в кислой среде.

В результате этого выделился газ объемом 0,112 дм3³, который был пропущен через 2,5 % раствор резорцина. К этой смеси добавили избыток раствора KI и выделившийся I2 оттитровывают 20 см³ 0,2 н раствора Na2S2O3. Вычислите массу раствора резорцина.

7 Инструментальные (физические и физико-химические) методы анализа

«Создание нового прибора часто имеет не меньшее значение, чем крупное открытие. Работа по созданию новых приборов должна цениться не меньше, чем любое научное исследование».

М.В. Келдыш

Эти методы анализа используют зависимость между физическими свойствами веществ и их качественным и количественным составом. Физические свойства измеряются с помощью приборов —≪инструментов≫— отсюда их название.

Достоинства этих методов:

— возможность автоматизации;

— низкий предел обнаружения (1 –10^-9мкг) и малая предельная концентрация до 12 10. г/мл;

— высокая чувствительность . величина тангенса угла наклона градуировочной кривой зависимости физического параметра (ось ординат) от концентрации (ось абсцисс). Чем больше тангенс угла, тем чувствительнее метод, т.е. для получения одинакового изменения физического свойства требуется меньшее изменение концентрации или количества определяемого вещества;

— высокая селективность;

— малая продолжительность.

Недостатки:

— воспроизводимость хуже классических методов;

— погрешности ± 0,5 % (в классических методах: 0,1—0,5 %);

— сложность аппаратуры, ее высокая стоимость.

7.1 ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Эти методы основаны на использовании зависимости физических свойств вещества от их химического состава. Наиболее распространены следующие физические методы анализа.

1 Спектральный анализоснован на исследовании спектров поглощения и испускания исследуемого вещества. Таким методом установлен состав Солнца и звезд.

По интенсивности характеристических спектральных линий судят о количественном составе (1859 г немецкие ученые Бунзен и Кирхгоф).

Излучение света нагретыми твердыми телами можно наблюдать довольно часто. Когда нагревают кусок стали, то он вначале раскаляется и испускает красный свет; при более высокой температуре свечение становится белым. Этот белый свет состоит из всех цветов видимого спектра, такое излучение называется непрерывным. Если нагревать кристаллы NaI, то они испускают желтый свет, т.е. в состав этого излучения входит лишь несколько характеристических типов излучения — Na⁺.

Природа излучения различна для различных веществ. Наиболее часто наблюдается линия испускания, соответствующая переходу из первого возбужденного состояния в основное, т.е. в состояние с наименьшей энергией. Подобную линию называют резонансной.

Преимущества метода: низкий предел обнаружения (до 5 10. %), экспрессность, для анализа требуется небольшое количество вещества, возможность проведения анализа на расстоянии (натриевый пояс Земли на расстоянии 80 км от поверхности был обнаружен этим методом). Однако по точности он уступает классическим методам.

Приборы: стилометры, стилоскопы, спектрографы и фоторегистрирующие квантометры.

2 Люминесцентный анализоснован на зависимости интенсивности люминесценции (свечения) от концентрации вещества. Эту зависимость впервые установил русский ученый С. М. Вавилов.

Молекула + hν молекула → молекула* (возбужденное состояние)

Эту реакцию можно осуществить за счет: света — фотолюминесценция; рентгеновских лучей — рентгенолюминесценция; радиоактивного излучения — радиолюминесценция; химических реакций — хемилюминесценция. Эти методы, обладая очень низким пределом обнаружения (10^-6-10^-8 %) оказались весьма эффективными при анализе редких и рассеянных элементов, высокочистых

веществ (ИРЕА, Е.А. Божевольнов). Е.А. Божевольнов говорил, что применять химические методы для анализа высокочистых веществ равносильно определению веса шерсти верблюда путем взвешивания его до и после стрижки.

3 Рефрактометрия- зависимость показателя преломления от концентрации. Преломление (реф-

ракция) - изменение направления прямолинейного распространения при переходе из одной среды в другую, при этом происходит взаимодействие света со средой.

Рефрактометрия - измерение преломления света, которое оценивается величиной показателя преломления. Метод отличается простотой выполнения и обеспечивает точность до 10^-3%, поэтому находит широкое применение.

При определении содержания жиров в пищевых продуктах (зерно, зернобобовые и продукты их переработки, хлебобулочные изделия и т.д.) применяют рефрактометрический метод. Метод основан на извлечении жира из навески изделия α-бромнафталином или α-хлорнафталином. Процент жира определяют по разности коэффициента преломления растворителя и раствора жира в растворителе (табл. 7.1).

Для смеси жиров или неизвестного жира плотность принимается равной 0,920 г/см³.

1 Денсиметрия –зависимость плотности от концентрации (царь Гиерон поручил физику Архимеду определить состав золотой короны. Архимед по плотности определил, что она состоит не из чистого золота, а из сплава золота и серебра. Журнал "Наука и жизнь", 1977 г, № 3, с. 155).

Определение проводят с помощью денсиметра (ареометра). Имеются таблицы зависимости концентрации от плотности растворов различных кислот, оснований и солей. Метод находит широкое применение в аналитической химии, так как от концентрации реагентов зависят многие параметры протекания химических реакций.

По изменению плотности костей судят об их состоянии при лечении остеопороза.

2 Рентгеноструктурный анализ –для исследования веществ используют рентгеновские лучи (анализ сплавов, металлов, строительных материалов).

3 Магнитная спектроскопия. В последнее время метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) нашли широкое применение в аналитической химии.

ЯМРоснован на использовании обусловленного ядерным магнетизмом резонансного поглощения электромагнитных волн исследуемым веществом. ЭПР. использование явления резонансного поглощения электромагнитных волн парамагнитными частицами в постоянном магнитном поле.

4 Атомно-абсорбционный методоснован на способности атомов металлов в газах пламени поглощать световую энергию при определенном значении длины волны. Атомно-абсорбционный метод позволяет определять примеси до 12 10. %. Около 70 % элементов периодической системы Д.И. Менделеева определены этим методом. Одна из японских фирм изготавливает приборы, позволяющие одновременно определять 71 элемент (данные 1978 г).

7.2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Особенно велика их роль в экологическом мониторинге. Лишь современные методы анализа, как спектроскопические, электрохимические, хроматографические и другие (среди них отметим масс-спектрометрию), позволяют достигать необходимых низких пределов обнаружения, высокой чувствительности и избирательности определений. Ввиду важности этой проблемы многие фирмы насыщают рынок приборами простыми и сложными, специально приспособленными для решения задач мониторинга различных объектов.

Физико-химические методы анализа основаны на изменении физических свойств исследуемой системы, происходящих в результате определенных химических реакций.

Обычно этот анализ проводят титрованием.

В основе термометрического титрования - изменение температуры в процессе титрования реакционной смеси, находящейся в термически изолированном сосуде.

Радиометрическое титрование - изменение радиоактивности какого-либо компонента исследуемой системы в процессе протекания аналитической реакции.

Электрохимические, оптические, хроматографические методы анализа более подробно рассмотрим далее.

В последнее время в аналитической практике используют гибридные методы анализа - это методы анализа, в которых органически объединено предварительное разделение и концентрирование и последующее определение компонентов тем или иным методом. Такая гибридизация реализуется в одном компактном приборе. Типичным примером таких методов является хроматографическое разделение Cu2+. и Fe3+. ионов и последующее количественное определение Cu²⁺ - титриметрическим, а Fe⁺³- фотометрическим методами. Достоинства этих методов: высокая степень разделения, относительная простота, низкий предел обнаружения, возможность автоматизации.

7.3 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА