З. Визначення вмісту феруму гравіметричним методом: хімізм, розрахункові формули.

Перерахунок гравіметричної форми на ферум

m(Fe)=m(Fe₂O₃)* F(2M(Fe)/ M (Fe₂O₃))

2M(Fe)/ M (Fe₂O₃ - аналітичний фактор або фактор перерахунку, який у цьому випадок =0, 6994

m (Fe)= m(Fe₂O₃)* 0,6994

Визначення масової частки феруму в (NH₄)₂Fe₂SO₄*24H₂O

W(Fe)= m(Fe)*100% / m(NH₄)₂Fe₂SO₄*24H₂O = m(Fe₂O₃)*2M(Fe)*100% / m(NH₄)₂Fe₂SO₄*24H₂O*M (Fe₂O₃)

Розрахунок похибки

∆m=│m_іст-m_роз│

одержування форми осадження - ферум (III) гідроксиду.

3NH₄OH + FeCl₃→Fe(OH)₃↓+3NH₄Cl

При прожарювані осаду Fe(OH)₃ перетворюється в безводну гравіметричну форму ферум (III) оксиду.

2[Fe(OH)₃(H₂O)₃]→ Fe₂O₃+9 H₂O

Побічні процеси при прожарюванні

а) окисно-відновні

3Fe₂O₃+СO →2 Fe₂O₄+CO₂↑

Б) термічна дисоціація оксиду за температури понад 1200 ^◦С яка веде до часткового відновлення Fe₂O₃

6Fe₂O₃→4 Fe₂O₄+ O₂↑

4. Який об*єм розчину H₂SO₄ ƍ(ро) =1,202г/cм³ необхідно розбавити водою, що одержати 1,5 дм³ кислоти С( 1/2 H₂SO₄) =0,1моль /дм³

V(H₂SO₄)=М (H₂SO₄) *С(H₂SO₄)*V(H₂SO₄) / ƍ

без розрахунку

Білет №13

1. Електрохімі́чні ме́тоди— сукупність методів якісного та кількісного аналізу речовин, основаних на процесах, які протікають на електродах або у міжелектродному просторі. При цьому вимірюється ряд параметрів, наприклад: електродний потенціал, кількість електрики, повний електричний опір, електропровідність, діелектрична проникність, значення яких пропорційні концентраціям речовин, які визначаються.

Розрізняють методи, які базуються на електродній електрохімічній реакції: потенціометрія, полярографія, вольтамперометрія, амперометрія, хронопотенціометрія, електроліз,кулонометрія та ін.); методи, не пов'язані з електродною електрохім. реакцією (кондуктометрія, діелекрометрія), і методи, пов'язані зі змінами структури подвійного електричного шару (тензометрія).

Електрохімічні методи аналізу використовують для визначення понад 60 елементів у різних природних і пром. матеріалах, в рудах, мінералах.

Потенціометрія– фізико-хімічний метод кількісного аналізу, що ґрунтується на вимірюванні електрохімічного потенціалу електрода в розчині досліджуваної речовини. Застосовують для визначення концентрації електролітів.

Потенціонометричний аналіз був розроблений наприкінці ХІХ ст., після того, як В. Г. Нернст вивів рівняння, яке пов’язує величину потенціалу металічного електрода з концентрацією іонів цього ж металу у розчині:

Е_х = Е₀ + С_ме (1)

де Е_х – потенціал металічного електрода за даної концентрації іонів металу у розчині;

Е₀ – потенціал цього ж електрода у розчині з концентрацією іонів, рівний одиниці (1 моль/л) – нормальний потенціал;

С_ме – концентрація іонів металу;

R – газова стала (8,313 Дж);

Т – абсолютна температура;

F – число Фарадея (96500 К);

n – заряд іона металу.

Якщо підставити в рівняння (1) відповідні значення R і Т (t = 25⁰С) і врахувати коефіцієнт переходу від натуральних логарифмів до десяткових (2,3026), то рівняння Нернста матиме такий вигляд:

Е_х = Е₀ + С_ме (2)

електродний потенціал – це різниця потенціалів, яка виникає між металевою пластинкою і розчином його солі.

Нормальний (стандартний) потенціал – це потенціал, який виникає при зануренні металу у розчин з концентрацією іонів металу 1 моль/л.

Потенціонометричне титрування, полягає у тому, що в досліджуваний розчин занурюють індикаторний електрод і титрують розчин, вимірюючи у процесі титрування потенціал електрода. Концентрація іонів, що визначають, змінюється в залежності від об’єму добавленого робочого розчину нерівномірно. Спочатку ця зміна невелика, потім вона стає помітною і наприкінці, в точці еквівалентності, досягає найбільшого значення.

Потенціонометричне титрування застосовують головним чином для визначення досить великих кількостей речовини. Порівняно з іншими методами потенціометричне титрування має такі переваги: 1) дає змогу титрувати забарвлені розчини (кольорові індикатори непридатні, як і колориметричний метод); 2) легко визначити кілька речовин у суміші без попереднього їх розділення.

Залежить від типу хімічної реакції потенціонометричне титрування застосовують при: а) методах осадження і комплексоутворення; б) окислення – відновлення; в) кислотно-основного титрування.

У потенціометрії дуже важливо правильно вибрати відповідний індикаторний електрод для визначення точки еквіалентності.

Більш точним є компенсаційний метод, коли різницю потенціалів вимірюють у відсутності струму в ланцюгу за допомогою звичайного містка з натягнутим дротом-реохордом. Нині користуються спеціальними приладами-потенціометрами, які дають змогу вимірювати потенціали електродів з великою точністю.

Електроди, які використовуються для визначення концентрації іонів металів у розчинах, називаються індикаторними. Індикаторний електрод з’єднують з другим електродом у гальванічний елемент і вимірюють різницю потенціалів між обома електродами. Потенціал другого електрода постійний і його величина відома – такі електроди називають стандарними, або електродами порівняння. Знаючи різницю потенціалів між електродами і значення потенціалу стандартного електрода, обчислюють потенціал індикаторного електрода.

Електроди порівняння. Величина потенціалів електродів порівняння відомі. Це дає змогу застосовувати їх в абсолютній потенціонометрії, коли необхідно визначити абсолютну величину потенціалу, індикаторного електрода, а не тільки зміну цієї величини в процесі титрування. Найчастіше використовують такі стандартні електроди: каломельний та хлорно-срібний.

Каломельний електрод – це посудина, на дні якої є шар добре очищеної ртуті завтовшки 4 – 5 см, вкритий шаром каломельної пасти (Нg₂СІ₂). Зверху паста вкрита шаром кристалічного хлориду калію та його насиченим розчином. Струм від ртуті відводиться за допомогою платинової дротини, впаяної в скляну трубку.

Потенціал каломельного електрода залежить лише від концентрації іонів хлориду, яка залишається сталою.

Хлорно-срібний електрод – це срібний дріт, вкритий шаром хлориду срібла (він добре проводить електричний струм), занурений у насичений розчин хлориду калію. Хлорно-срібні електроди входять у деякі комплекси вимірювальних прилвдів.

Індикаторні електроди. Вимоги до індикаторних електродів можуть бути різними залежно від того, де вони використовуються – в абсолютній потенціонометрії чи в потенціометричному титруванні. В обох випадках індикаторні електроди повинні бути оборотними, тобто їхній потенціал повинен змінюватися із зміною концентрації іонів металу в розчині у відповідності з рівняннями Нернста. Індикаторні еленктроди повинні бути хімічно стійкими по відношенню до речовини, які містяться у розчині. У методах кислотно-основного титрування необхідно вимірювати концентрацію водневих іонів розчину. Для цього найчастіше користуються водневим, хінгідронним, скляним електродами.

Водневий електрод – це платинова пластинка, вкрита електролітично губчастою платиною, яка насичена воднем. Під час занурення такого електрода у розчин з певною концентрацією водневих іонів між воднем, адсорбованим губчастою платиною, і іонами водню у розчині встановлюється рівновага, а потенціал електрода визначається рівнянням:

Е_х = Е₀ + 0,058 lg [Н⁺]

де Е₀ – потенціал нормального водневого електрода.

Нормальним, або стандартним, водневим електродом називається водневий електрод, у якому платиновий провідник насичений воднем під тиском 101 кПа, занурений у розчин з концентрацією іонів водню 1 моль/л при температурі 25⁰С.

Нормальний потенціал водневого електрода прийнято вважати рівним нулю, тому

Е_х = 0,058 lg [Н⁺]

Звідси

рН = -

Хінгідронний електрод – це скляна посудина з платиновим електродом, зануреним у насичений розчин хінгідрону. Хінгідрон – це малорозчинна молекулярна сполука хінону і гідрохінону, яка у розчині розпадається на хінон і гідрохінон:

С₆Н₄О₂ × С₆Н₄(ОН)₂ D С₆Н₄О₂ + С₆Н₄(ОН)₂

^{хінгідрон хінон гідрохінон}

В останні роки почали широко використовувати скляний електрод, що являє собою кульку з дуже тонкого спеціального скла, в яку наливають електропровідний розчин. У цей розчин занурюють срібну дротину, на поверхню якої наносять хлорид срібла. Електродна реакція в ньому полягає в обміні іонами водню між рідкою фазою (рН якої вимірюється) і склом:

Н⁺ D Н⁺_скла

Потенціал скляного електрода перебуває у повній залежності від концентрації іонів водню, що дає змогу використовувати його для вимірювання рН.

Кулонометричний аналіз.

Кулонометрія має ряд переваг перед іншими методами аналізу: надійне визначення дуже малих концентрацій, легкість автоматизації, можливість використання нестійких реагентів, виключення стандартних розчинів і можливість аналізу без передчасної калібровки прибору по зразкам з відомим вмістом визначаємого компонента.

Визначення кількості електролізу який пройшов через досліджуємий розчин називається кулонометрією. Кількість електролізу визначається за допомогою кулономера. Кулономер це електролізер, який вмикають у електромережу послідовно з ячійкою для електроаналізу. Для кулономера підбирать електрохімічний процес, який проходить зі стовідсотковим виходом по струму та який супроводжується виділенням конкретної речовини, кількість якої легко і точно установити тим чи іншим способом.

Якщо електрохімічна реакція, яка полягає у основі кулонометричного визначення, відбувається на поверхні робочого електроду, тоді визначення ведуть при постійному потенціалі, який забеспечує здійснення цього процесу.

Дуже цікавий метод, який получив назву кулонометричне титрування. Від титрування він відрізняється тим, що тут відбувається електролітичне генерірування титранта, притому що у більшості випадків безпосередньо у тому ж розчині, в якому знаходиться і визначаєма речовина. Електрогенеріруваний реагент взаємодіє з речовиною та появою найменшого надлишку, який свідчить про закінчення титрування, бистро фіксується спеціально розробленою для цього індикаторною системою. Необхідно, щоб титруюча речовина реагувала швидко та кількісно, не взаємодіяла з іншими які знаходяться в даній пробі.

Кондуктометричний аналіз.

Кондуктометричний метод аналізу – метод, оснований на вимірюванні електропровідності розчинів.

Електропровідність розчинів залежить від концентрації та природи присутніх заряджених частин. Тому змінення електропровідності можна використовувати для кількісного визначення хімічного складу розчину.

В практиці виробничих лабораторій кондуктометрію використовують при аналізі різних сольових розчинів, при визначенні концентрацій кислот та розчинів органічних сполук.

Усі провідники які існують у природі, залежно від механізму переносу струму, при проходженні через них електричного струму можна поділити на три класи: електронні, іонні, змішані.

До класу електронних провідників, у яких переносчиками електричних зарядів є електрони, відносяться метали, напівпровідники, більшість металевих сплавів, вуглець та деякі тверді солі.

До класу іонних провідників входять гази та електроліти, в яких переносчиками електричних зарядів є іони та проходження струму, який супруводжується переносом речовин.

Клас змішаних провідників складається з речовин, які володіють частково електронною та частково іоною проводимістью. До них відносяться розчини лужних та лужноземельних металів у рідкому аміаку, деякі рідкі сплави та солі, характер проводимості яких змінюється в визначному інтервалі температур, та інших речовин.

Область вимірювання електропровідності електролітів як одна із областей електрохімічних вимірювань, які охоплюють класи іоних та змішаних провідників.

Області використання кондуктометрії можна поділити на три великі групи.

Кондуктометрія у фізико-хімічних дослідах, як один із методів дослідження будови чистої речовини, розчинів та кінетики фізико-хімічних процесів.

Аналітична кондуктометрія та автоматичні методи, які використовують для контролю виробничих процесів, як один із методів електролітичного аналізу речовин.

Кондуктометричне титрування заключає автоматичні методи кодуктомет-ричного титрування, як один із методів об’ємного хімічного аналізу, при якому крапка еквівалентності встановлюється кондуктометрично.

Аналітичну кондуктометрію розподіляють на дві групи методів: пряма та косвена кондуктометрія.

В методах прямої кондуктометрії концентрація речовини визначається по електропровідності розчину, якщо між ними існує пряма пропорційність. Можливе також визначення одного із компонентів у двухкомпонентному розчині, якщо концентрація другого компонента незмінюється.

Пряма кондуктометрія дозволяє вирішувати багато практичних задач аналітичної хімії. Вона визначається для контролю технологічних процесів, для визначення концентрації сольових розчинів за допомогою сольомерів, для контролю очищення води, сточних вод, для визначення вмісту солей в мінеральній, морській та річній воді, для контролю якості харчових продуктів.

Косвена кондуктометрія заключається у визначенні одного компоненту в багатокомпонентному розчині, при використанні для аналізу, крім кондуктометрії, ще другого методу фізико-хімічного аналізу (визначення рефракції, густини, рН та ін.). До косвеної кондуктометрії відносяться також визначення концентрації різних газів.

При кондуктометричному титруванні електропровідність вимірюють після додовання кожної порції титранта. Залежність електропровідності розчину від кількості доданого титранта показують графічно. Добутий графік називається кривою кондуктометричного титрування.

Недоліком кондуктометричного методу аналізу є відсутність вибору при роботі з багатокомпонентним розчином. Точність визначення від 0,1 до 2%.

Другу аналітичну групу аніонів утворюють р-елементи, розміщені у правому верхньому кутку періодичної таблиці.Це Сульфур і галогеніди Цим елементам властива здатність утворювати сполуки з гідрогеном ( сірководень, хлоридна кислота, йодоводень, бромноводень), які розчиняються у воді. Ці сполуки у водному розчині мають кислотні властивості, тому їх розчини називаються кислотами.

Особливості електронної будови цих аніонів у тому, що вони мають

восьмиелектронний або благородно газовий зовнішній електронний рівень:

₁₆Ѕ^2- [₁₀Nе] 3s²3р⁶

₃₅Br^-[₁₈Аr ] 3d¹⁰4s²4р⁶

₁₇СІ ^- [₁₀Nе] 3s²3р⁶

₅₃І ^-[₃₆Кr ] 4d¹⁰5s²5р⁶

Аніони безбарвні, мають вільні пари електронів, великі радіуси.

АgNО₃ – є груповим реактивом на аніони ІІ аналітичної групи. За окисно – відновними властивостями аніони ІІ групи відновники, при цьому найлегше окиснюються різними окисниками до утворення вільних простих речовин.

Характерні реакції СІ ^–

Більшість хлоридів розчинні у воді . Нерозчинні або малорозчинні : АgСІ, РbСІ₂,

Нg₂СІ₂, СuСІ, ВіОСІ , ЅbОСІ , АuСІ , РtСІ₄.

1. Аg⁺ з хлорид аніоном утворює білий сірнистий осад, який розчиняється в амоніаку, амоній карбонаті, тіосульфаті натрію:

СІ^- + Аg⁺ = АgСІ↓

АgСІ + ( NН₄)₂СО₃ = [Аg(NН₃)₂]СІ + Н₂О + СО₂

АgСІ + 2NН₃ = [Аg(NН₃)₂]СІ

При додаванні нітратної кислоти випадає білий осад :

[Аg(NН₃)₂]СІ + 2НNО₃ = АgСІ ↓ + 2 NН₄NО₃

Характерні реакції Вr ^–

Розчинність бромідів аналогічна розчинності хлоридів

1. Аg⁺ з бромід аніоном утворює жовтий осад, який погано розчиняється в амоніаку

Br^- + Аg⁺ = Аg Br↓

2. Окиснення бромід – аніона окисниками ( хлорна вода, перманганат калію )до вільного брому.

10Br^- + 2МnО₄^- + 16Н⁺ = Br₂+ 2Мn²⁺ + 8Н₂О

Характерні реакції І ^–

Розчинність йодидів майже аналогічна розчинності хлоридів і бромідів.

1. Аg⁺ з йодид аніоном утворює жовтий осад, який не розчиняється в амоніаку, легко розчиняється в тіосульфаті натрію

І ^- + Аg⁺ = Аg І↓

2. Окиснення йодид – аніона окисниками до вільного йоду.

А)10 І^- + 2МnО₄^- + 16Н⁺ = 5І₂+ 2Мn²⁺ + 8Н₂О

Б) 2Fе³⁺ + 2І^- = І₂ + 2 Fе²⁺

Виділений йод виявляють за забарвленням шару органічного розчинника у фіолетовий колір або йодкрохмальним папірцем.

3. c(1/2H₂SO₄)=c(NaOH)*Vcep(NaOH)/10

m(H₂SO₄)=c(1/2H₂SO₄)*Me(H₂SO₄)

Me(H₂SO₄)=98/2=49г/моль

Задача не зроблена

Білет 14

1.В основі потенціометричного методу кількісного аналізу лежить вимірювання різниці потенціалів, яка виникає між індикаторним і стандартним електродами, зануреними у розчин речовини, що аналізується. Індикаторний електрод повинен бути чутливим до йонів, які є у розчині; потенціал який виникає на ньому, залежить від концентрації цих йонів. Стандартний електрод – електрод порівняння - повинен бути нечутливим до йонів, які знаходяться у роз­чині, потенціал його сталий і не залежить від складу розчину.

Система з двох електродів, занурених в аналізований розчин, це гальванічний елемент, е.р.с. якого дорівнює потенціалу, що характе­ризує склад аналізованого розчину

Основним приладом у потенціометричному аналізі є потенціо­метр.який з'єднується з установкою для титрування.

Індикаторним електродом використовують скляні, металіч­ні, мембранні електроди тощо.

Тип індикаторного електрода, який використовується при потенціомет­ричному титруванні, залежить від властивостей суміші, що титруєть­ся, та її взаємодії з електродом. Стандартними беруть насичені каломельний меркурій хлоридний або аргентум хлоридний електроди, які ма­ють сталий потенціал.

Потенціал індикаторного електрода залежить від його при­роди, точніше від активності ком­понента у розчині, який визначає потенціал, від співвідношення концентрацій оксред-пар, температури та інших факторів.

Причиною виникнення електродного потенціалу є електрохі­мічний процес, який проходить на межі розділення «метал-розчин» при зануренні, наприклад, індиферентного електрода з благородно­го металу у розчин, який містить окисно-відновну пару системи. При встановленні динамічної рівноваги, яку можна вира­зити таким рівнянням: Ох + nе ↔Red електрод набуває так званого рівноважного потенціалу.

РІВНЯННЯ НЕРНСТА

Розрізняють пряму потенціометрію і метод потенціометричного виявлення кінцевої точки титрування.У прямій потенціометрії для практичних цілей використовують виміряну величину рівноважного потенціалу (Е_р) електрода. Довгий час пряму потенціометрію обмежено використовували в аналітичній хімії, в основному, для визначен­ня рН водних, неводних і змішаних розчинів. Безпосередній відлік по значенню електродного потенціалу використовується для визначення активності або молярної концентрації водень- або гідроген(1+)-йонів.

Параметри йонселективного мембранного електрода: 1) сту­пінь оборотності відносно йона, який визначають, 2) ступінь селек­тивності, який залежить від оборотності електрода відносно сторонніх йонів, які беруть участь у йонному обміні.

Види мембранних електродів: тверді, рідкі і плівкові, тверді мембранні електроди є гомогенні і гетерогенні.

Значно ширше використовують у практиці аналітичної хімії ме­тод потенціометричного визначення кінцевої точки титрувння, ві­домий під назвою «Потенціометричне титрування». Суть потенціо­метричного титрування у простежуванні зміни рівноважного потенціа­лу електрода при проходженні хімічної реакції між потенціалвизначаючим компонентом у розчині і спеціально введеним реагентом як титрантом Такий спосіб нічим не відрізняється від звичайного титриметричного аналізу з використанням кольорових індикаторів, тому згідно з ІЮПАК називають цей вид потенціометрії «Титриметрія з потенціомет­ричним визначенням кінцевої точки титрування».

Переваги титриметричного методу потенціометричного виз­начення кінцевої точки титрувння у порівнянні з титриметричними методами з використанням кольорових індикаторів: 1) вища правильність, точність визначення і можливість виконувати визначення в розбавлених розчинах; 2) більша чутливість; 3) можна титрувати за­барвлені і каламутні розчини; 4) автоматизація процесу титрування; 5) дозволяє диференційовано визначати суміші речовин в окремій аліквоті , досліджуваного розчину.

Як недолік потенціометричного титрування можна відмітити не завжди швидке встановлення потенціалу при додаванні титранту і необ­хідність у багатьох випадках проводити при титруванні багато відліків

Типи хімічних реакцій, які використовують у потенціометрично­му визначенні кінцевої точки титрування:

1) кислотно-основної взаємодії, 2)окнснення-відновлення; 3)осадження; 4) комплексоутворення

Вимоги до реакцій, які використовують у потенціометрич­ному визначенні кінцевої точки титрувння: 1) велика швидкість; 2) нракгична необоротність; 3) дотримання стехіометрії; 4) однозначність, тобто незалежно від деяких змін умов реакції продукти реакції повинні

У методі потенціометричного визначення кінцевої точки титру­вання індикатором є відповідна електрохімічна реакція, яка дозволяє простежити за зміною концентрації титрованої речовини і тому нази­вається індикаторною. Електрод, на якому відбувається індикаторний процес і потенціал якого є функцією концентрації визначуваної речо­вини, називається індикаторним. Для здійснення потенціометричного визначення кінцевої точки титрування необхідно, щоб відбулася заміна однієї індикаторної реакції, яка проходить до ТЕ, на іншу (після ТЕ) і щоб ця заміна забезпечила стрибок (досить різку зміну) потенціалу в області кінцевої точки титрувння.