Електрохімічні – вимірюють електричні параметри розчинів за допомогою спец. приладів
Харківський гідрометеорологічний технікум
Одеського державного екологічного університету
| Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії загальноосвітніх дисциплін Пр.№__ від__________________ Голова комісії______________ |
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до самостійної роботи студентів
з фізико-хімічного аналізу
Харків 2007
Вступ
Фізико-хімічний аналіз – це частина аналітичної хімії, що присвячена саме фізико-хімічним методам аналізу визначення хімічного складу речовин та їх вмісту і концентрацій у розчинах, твердих речовинах та газах. Фізико – хімічні методи засновані на вимірі фізичної або фізико-хімічної властивості речовини за допомогою спеціальних приладів для визначення складу сполуки або суміші сполук.
Ціль даного курсу - ознайомлення із принципами інструментальних методів аналізу, щоб орієнтуватися в їхніх можливостях і розуміти зміст отриманих результатів аналізу.
Інструментальні методи класифікують відповідно до властивостей речовин, які використовують при вимірах. Інструментальні методи можна розділити на три групи:
Спектральні (оптичні) засновані на вимірюванні оптичних властивостей речовини або розчинів.
Електрохімічні – вимірюють електричні параметри розчинів за допомогою спец. приладів.
3. Хроматографічні використовується хроматографічне розділення речовин.
У програмі з ФХА велика увага приділена найбільш поширеним методам аналізу (спектрометрії, хроматографії та фотоколориметрії).
Для закріплення студентами теоретичних знань проводяться семінари. Вони проходять в усній та письмовій формах. При підготовці до семінарів основним джерелом інформації є лекції, додатковим – література, список, якої наведений на останній сторінці методичних вказівок.
Самостійна робота студентів є частиною програми з ФХА і виконання її є обов’язковою частиною учбового процесу. Для виконання самостійних робіт студенти повинні мати окремий зошит, в якому треба записувати відповіді на питання. Перевірка зошитів для самостійних робіт проводиться викладачем протягом семестру.
Індивідуальні завдання студенти можуть виконувати в тому ж самому зошиті, що і самостійні роботи. Їх виконання обов’язкове.
ПИТАННЯ ДО СЕМІНАРІВ
Семінар № 1 : «Спектральні методи аналізу»
1. Основні фізико-хімічні методи аналізу.
2. Основні прийоми, що використовують у ФХА.
3. Основні характеристики електромагнітного випромінювання.
4. Класифікація основних методів атомної спектроскопії.
5. Теоретичні основи емісійної спектроскопії: спектральні терми, інтенсивність спектральних ліній, ширина спектральних ліній.
6. Фотометрія полум’я.
7. Фотографічні та фотоелектричні методи.
8. Основні вузли та конструкції спектральних приладів: джерела збудження (полум’я, ел. дуга, ІСП, іскра), диспергуючий елемент, приймачі світла, оптична схема стилоскопу.
9. Атомно-абсорбційний аналіз: теоретичні основи методу, фізико-хімічні перешкоди, кількісні визначення, практичне застосування методу.
10. Основні вузли приладів для атомно-абсорбційного аналізу.
11. Рентгеноспектральні методи аналізу: рентгенівські спектри, практичне застосування методу.
12. Основні вузли рентгенівських приладів.
13. Конструкцій рентгенівських спектральних приладів.
14. Рефрактометричні методи аналізу.
15. Поляриметрія: основа методу, прилади для поляриметричних вимірів.
16. Нефелометрія та турбидиметрія: теоретичні основи методів, прилади для нефелометричних та турбидиметричних вимірів.
17. Основний закон світло поглинання та обмеження закону Бугера-Ламберта-Бера.
18. Види спектрів поглинання.
19. Аналіз за УФ- та В- спектрами поглинання: інтенсивність поглинання.
20. Основні вузли приладів абсорбційної спектроскопії: джерела світла, поняття про монохроматори, приймачі світла.
21. Основа ІЧ-спектроскопії.
22. ІЧ-спектрометри.
23. Спектри КР: якісний та кількісний аналіз за спектрами КР.
24. Спектроскопія ЯМР.
25. Схема ЯМР-спектрометру.
26. Якісний аналіз та структурні дослідження методом ЯМР.
27. Спектроскопія ПМР.
28. Класифікація методів люмінесценції.
29. Характеристики люмінесцующих молекул.
30. Спектри люмінесценції, інтенсивність та тушіння люмінесценції.
31. Схема приладу для люмінесцентного аналізу.
32. Атомно-флуоресцентна спектроскопія.
33. Хемілюмінесценція.
Семінар № 2 : «Хроматографічний аналіз»
1. Класифікація хроматографічних методів аналізу.
2. Поняття адсорбції.
3. Теорія хроматографічного розділення.
4. Основні вузли приладів хроматографічного аналізу.
5. Поняття про газову хроматографію: якісний та кількісний аналіз.
6. Основні можливості та обмеження методу ГХ.
7. Теоретичні основи паперової хроматографії.
8. Теоретичні основи тонкошарової хроматографії.
9. Відмінності між ПХ та ТШХ.
10. Іонно-обмінна хроматографія.
11. Методи іонної хроматографії.
12. Розподільна хроматографія.
13. Осадова хроматографія.
14. Методи екстракції та концентрування речовин.
15. Теоретичні основи рідинної хроматографії: якісний та кількісний аналіз.
16. Основні вузли приладів для рідинної хроматографії.
17. Рідинно-рідинна розподільна хроматографія.
18. Переваги рідинної хроматографії в порівнянні з газовою.
Семінар № 3 : «Радіометричні та електрохімічні методи»
1. Типи радіоактивного розпаду та радіаційного випромінювання.
2. Закон радіоактивного розпаду.
3. Методи аналізу, які засновані на вимірі радіоактивності та їх практичне застосування.
4. Використання природної радіації в аналізі.
5. Ядерна хімія та штучна радіація.
6. Активаційний аналіз.
7. Метод ізотопного розведення.
8. Потенціометрія: основа методу, рівняння Нернста.
9. Схема установки для потенціометричних вимірів.
10. Види електродів в потенціометричному аналізі: індикаторні електроди, електроди порівняння та йоноселективні електроди.
11. Потенціометричне титрування: визначення точки еквівалентності та побудова кривої титрування.
12. Вольтамперометрія: суть та практичне застосування методу.
13. Схема полярографічної установки.
14. Пряма полярографія.
15. Амперметричне титрування.
16. Кондуктометрія: електрична провідність розчинів, схема установки для визначення електропровідності.
17. Пряма кондуктометрія та кондуктометричне титрування.
18. Загальна характеристика методу кулонометрії: закони Фарадея.
19. Електрогравіметрія.
ПИТАННЯ ДО САМОСТІЙНИХ РОБІТ
Самостійна робота № 1: «Атомно-емісійний спектральний аналіз»
1. Будова атому: стан атому в звичайних умовах, електронна структура атомів.
2. Умови збудження електронів. Перехід атома із збудженого в основний стан.
3. Розподіл електронів у молекулах.
4. Якісний та кількісний спектральний аналіз.
5. Фотографічні та фотоелектричні методи кількісного аналізу.
6. Хіміко-спектральний аналіз.
7. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості атомно-емісійного методу.
Індивідуальне завдання № 1.Розрахувати оптичну густину розчину, якщо пропускання його дорівнює:
| Варіант | ||||||||||||
| Величина пропускання | 0,25 | 0,90 | 0,36 | 0,29 | 0,58 | 0,46 | 0,51 | 0,30 | 0,88 | 0,44 | 0,65 | 0,47 |
| Варіант | ||||||||||||
| Величина пропускання | 0,22 | 0,37 | 0,14 | 0,79 | 0,65 | 0,17 | 0,63 | 0,51 | 0,87 | 0,83 | 0,21 | 0,55 |
Індивідуальне завдання № 2.Розрахувати оптичну густину розчину, якщо пропускання його становить:
| Варіант | ||||||||||||
| Величина пропускання у % | ||||||||||||
| Варіант | ||||||||||||
| Величина пропускання у % |
Самостійна робота № 2: «Атомно-абсорбційний спектральний аналіз»
1. Схеми процесів, які лежать в основі методів спектроскопії.
2. Підготовка проб до аналізу (концентрування та екстрагування). Заповнити таблицю:
| Елементи, які визначають | Об’єкт аналізу | Особливості підготовки проб | Метод концентрування | Метод визначення | Межа визначення |
3. Фізико-хімічні перешкоди методу ААС.
4. Чуттєвість та діапазон визначення в ААС.
5. Метрологічні характеристики та аналітичні можливості АА методу.
6. Атомно-флуоресцентна спектроскопія.
Індивідуальне завдання № 1.Стандартний розчин з концентрацією Сс має поглинання, яке дорівнює Ас. Знайдіть концентрацію досліджуваного розчину Сх, якщо його поглинання складає Ах.
| Варіант | ||||||||||||
| Ас | 0,62 | 0,52 | 0,41 | 0,87 | 0,64 | 0,23 | 0,54 | 0,25 | 0,69 | 0,42 | 0,57 | 0,36 |
| Ах | 0,50 | 0,48 | 0,32 | 0,56 | 0,55 | 0,19 | 0,43 | 0,18 | 0,51 | 0,36 | 0,40 | 0,28 |
| Сс, % | ||||||||||||
| Варіант | ||||||||||||
| Ас | 0,25 | 0,33 | 0,57 | 0,39 | 0,22 | 0,98 | 0,35 | 0,67 | 0,48 | 0,11 | 0,37 | 0,26 |
| Ах | 0,17 | 0,29 | 0,50 | 0,29 | 0,16 | 0,82 | 0,24 | 0,59 | 0,39 | 0,09 | 0,29 | 0,18 |
| Сс, % |
Самостійна робота № 3: «Оптичні методи аналізу. Якісний та кількісний аналіз в абсорбційній спектроскопії»
1. Рефрактометричні методи аналізу.
2. Поляриметрія.
3. Прилади для поляриметричних вимірів.
4. Основи нефелометрії та турбидиметрії.
5. Прилади для нефелометричних та турбидиметричних вимірів.
6. Умови проведення фотометричної реакції.
7. Основні прийоми фотометричних вимірювань.
8. Фур’є спектроскопія: схема Фур’є спектрометру.
9. Фотометричне титрування.
Індивідуальне завдання № 1.При фотометричному аналізі поглинання досліджуваного розчину дорівнює Ах. До нього додали стандартний розчин з концентрацією Сс і поглинання стало дорівнювати А1. Знайдіть концентрацію досліджуваного розчину Сх.
| Варіант | ||||||||||||
| А1 | 0,62 | 0,57 | 0,39 | 0,22 | 0,98 | 0,48 | 0,11 | 0,37 | 0,26 | 0,35 | 0,67 | 0,59 |
| Ах | 0,50 | 0,50 | 0,29 | 0,16 | 0,82 | 0,39 | 0,09 | 0,29 | 0,18 | 0,24 | 0,59 | 0,43 |
| Сс, % | ||||||||||||
| Варіант | ||||||||||||
| Ас | 0,69 | 0,42 | 0,57 | 0,36 | 0,62 | 0,52 | 0,64 | 0,23 | 0,54 | 0,41 | 0,87 | 0,49 |
| Ах | 0,51 | 0,36 | 0,40 | 0,28 | 0,50 | 0,48 | 0,55 | 0,19 | 0,43 | 0,32 | 0,56 | 0,37 |
| Сс, % |
Самостійна робота № 4: «Радіоспектроскопія та люмінесцентна спектроскопія»
1. Спектроскопія ЯМР.
2. Схема ЯМР-спектрометру.
3. Якісний аналіз та структурні дослідження методом ЯМР.
4. Якісний аналіз методом ЯМР.
5. Спектроскопія ПМР.
6. Класифікація методів люмінесценції за способом збудження.
7. Характеристики люмінесцующих молекул.
8. Схема приладу для люмінесцентного аналізу.
9. Якісний та кількісний аналіз.
10. Практичне застосування люмінесценції.
Індивідуальне завдання № 1.Для визначення довжини хвилі заданої лінії в спектрі зразка, що аналізують, були вибрані дві лінії заліза з довжинами хвиль λ1 та λ2. Відлік за шкалою мікроскопу для цих ліній дорівнюють відповідно b1 та b2. Визначити довжину заданої хвилі, якщо відлік за шкалою для неї дорівнює bx.
| Варіант | Довжини хвиль вибраних ліній заліза, нм | Відлік за шкалою мікроскопу, мм | |||
| λ1 | λ2 | b1 | b2 | bx | |
| 373,713 | 374,556 | 5,08 | 6,14 | 5,62 | |
| 360,885 | 361,877 | 2,06 | 3,18 | 3,06 | |
| 486,370 | 487,130 | 13,36 | 15,23 | 14,17 | |
| 248,327 | 249,064 | 8,22 | 9,48 | 8,76 | |
| 325,436 | 328,026 | 9,12 | 10,49 | 10,13 | |
| 374,710 | 375,552 | 6,07 | 7,15 | 6,63 | |
| 361,886 | 362,878 | 3,04 | 4,17 | 4,05 | |
| 487,370 | 488,130 | 14,36 | 16,23 | 15,17 | |
| 249,328 | 250,065 | 9,22 | 10,49 | 9,76 | |
| 326,436 | 329,026 | 10,12 | 11,50 | 11,13 | |
| 375,714 | 376,558 | 7,09 | 8,16 | 7,63 | |
| 362,896 | 363,872 | 4,04 | 5,17 | 5,06 | |
| 488,370 | 489,230 | 15,46 | 17,22 | 16,27 | |
| 250,328 | 251,065 | 10,26 | 11,51 | 10,76 | |
| 327,436 | 330,126 | 11,13 | 12,56 | 12,15 | |
| 376,614 | 377,558 | 8,11 | 9,26 | 8,63 | |
| 363,896 | 364,872 | 5,04 | 6,17 | 6,06 | |
| 489,370 | 490,330 | 16,46 | 18,22 | 17,27 | |
| 251,428 | 252,165 | 11,36 | 12,61 | 11,86 | |
| 328,336 | 331,026 | 12,23 | 13,66 | 13,25 | |
| 372,713 | 373,556 | 4,08 | 5,14 | 4,62 | |
| 359,885 | 360,877 | 1,06 | 2,18 | 2,06 | |
| 485,370 | 486,130 | 12,36 | 14,23 | 13,17 | |
| 247,327 | 248,064 | 7,22 | 8,48 | 7,76 |
Самостійна робота № 5: «Огляд методів хроматографії»
1. Поняття адсорбції.
2. Теорія хроматографічного розділення.
3. Іонно-обмінна хроматографія: основа методу, константа іонної рівноваги.
4. Методи іонної хроматографії.
5. Розподільна хроматографія.
6. Осадова хроматографія.
7. Поняття про екстракцію.
8. Теоретичні основи рідинної хроматографії.
9. Основні вузли приладів для рідинної хроматографії.
10. Якісний та кількісний аналіз.
11. Рідинно-рідинна розподільна хроматографія.
Індивідуальне завдання № 1. Розрахуйте хроматографічну рухливість Rf, якщо відстань, яку пройшла досліджувана речовини від стартової лінії до центру зони (LA) дорівнює ___см, а відстань, яку пройшов розчинник за той самий час (LF) – ___ см.
| Варіант | ||||||||||||
| LA, см | 3,3 | 2,0 | 1,9 | 4,6 | 2,7 | 2,1 | 4,6 | 1,8 | 7,6 | 2,4 | 5,5 | 8,4 |
| LF, см | 4,8 | 3,5 | 2,5 | 5,0 | 3,8 | 4,2 | 5,5 | 2,4 | 8,9 | 4,0 | 6,1 | 8,9 |
| Варіант | ||||||||||||
| LA, см | 3,0 | 2,1 | 5,9 | 3,4 | 2,9 | 3,3 | 5,0 | 1,5 | 4,9 | 2,6 | 5,7 | 1,9 |
| LF, см | 3,8 | 3,4 | 6,4 | 4,5 | 3,6 | 4,1 | 6,2 | 2,0 | 5,8 | 3,0 | 7,0 | 2,2 |
Самостійна робота № 6: «Радіометричні та електрохімічні методи аналізу»
1. Використання природної радіації в аналізі.
2. Ядерна хімія та штучна радіація.
3. Активаційний аналіз.
4. Метод ізотопного розведення.
5. Рівноважні та нерівноважні електрохімічні системи.
6. Різновиди полярографії.
7. Амперметричне титрування.
8. Закони електролізу.
9. Потенціал розкладу та перенапруги.
10. Електрогравіметрія.
Індивідуальне завдання № 1.При кондуктометричному титруванні 50,00 мл хлоридної кислоти розчином натрій гідроксиду отримали наступні дані:
| VNaOH, мл | Електропровідність розчину ω ∙ 103 См | |||||||||
| В-1 | В-2 | В-3 | В-4 | В-5 | В-6 | В-7 | В-8 | В-9 | В-10 | |
| СNaOH = 0,01 | СNaOH = 0,10 | СNaOH = 0,63 | СNaOH = 1,02 | СNaOH = 1,50 | СNaOH = 0,25 | СNaOH = 0,54 | СNaOH = 0,94 | СNaOH = 2,00 | СNaOH = 1,30 | |
| 1,50 | -- | 4,49 | 4,09 | 8,72 | 2,93 | 4,00 | 5,21 | -- | 8,37 | |
| 1,09 | 1,42 | 3,00 | 4,05 | 8,63 | 2,54 | 3,65 | 5,10 | 2,34 | 8,25 | |
| 0,67 | 0,85 | 1,52 | 1,93 | 2,88 | 2,51 | 1,65 | 5,01 | 2,22 | 6,45 | |
| 0,63 | 0,70 | 1,50 | 2,35 | 2,72 | 2,50 | 2,51 | 3,65 | 0,98 | 7,99 | |
| 0,99 | 1,15 | 2,25 | 3,27 | 5,02 | 4,29 | 2,59 | 4,89 | 1,36 | 8,09 | |
| 1,35 | 1,62 | 3,04 | -- | 5,52 | 6,53 | 3,51 | 4,95 | 1,45 | -- |
| VNaOH, мл | Електропровідність розчину ω ∙ 103 См | |||||||||
| В-11 | В-12 | В-13 | В-14 | В-15 | В-16 | В-17 | В-18 | В-19 | В-20 | |
| СNaOH = 0,02 | СNaOH = 0,50 | СNaOH = 0,43 | СNaOH = 4,02 | СNaOH = 3,50 | СNaOH = 0,75 | СNaOH = 1,54 | СNaOH =2,94 | СNaOH = 3,00 | СNaOH = 1,60 | |
| 2,50 | -- | 4,99 | 5,09 | 7,72 | 2,13 | 5,00 | 4,21 | -- | 7,37 | |
| 2,09 | 3,42 | 4,00 | 5,05 | 7,63 | 2,04 | 4,65 | 4,10 | 3,34 | 7,25 | |
| 1,67 | 2,85 | 1,22 | 1,93 | 2,88 | 2,01 | 2,65 | 4,01 | 3,22 | 5,45 | |
| 1,63 | 2,70 | 1,20 | 2,35 | 2,72 | 1,50 | 3,51 | 2,65 | 1,98 | 7,99 | |
| 1,99 | 3,15 | 3,25 | 3,27 | 6,02 | 3,29 | 3,59 | 3,89 | 2,36 | 8,09 | |
| 2,35 | 3,62 | 4,04 | -- | 6,52 | 5,53 | 3,61 | 3,95 | 2,45 | -- |
Побудувати криву титрування в координатах ω - VNaOH. Визначити точку еквівалентності. Написати рівняння реакції взаємодії хлоридної кислоти з натрій гідроксидом. Визначити молярну концентрацію хлоридної кислоти.
Індивідуальне завдання № 2.Наважку кольорового сплаву масою m (г) розчинили та шляхом електролізу при постійній силі струму І за час τ повністю видалили на катоді мідь, а на аноді свинець у вигляді PbO2. Визначити масову частку міді у сплаві, якщо вихід за струмом склав η = 100%.
| Варіант | |||||||||||
| m, г | 1,525 | 1,442 | 1,811 | 1,621 | 2,525 | 2,442 | 2,811 | 1,821 | 1,520 | 1,260 | 1,326 |
| І, А | 0,200 | 0,150 | 0,220 | 0,180 | 0,400 | 0,250 | 0,420 | 0,280 | 0,320 | 0,650 | 0,290 |
| τ, хв | 45,0 | 50,0 | 40,0 | 38,0 | 40,0 | 55,0 | 49,0 | 32,0 | 20,0 | 60,0 | 25,0 |
| Варіант | |||||||||||
| m, г | 1,825 | 1,842 | 1,311 | 1,721 | 1,564 | 1,280 | 1,459 | 1,112 | 1,478 | 1,654 | 1,241 |
| І, А | 0,200 | 0,150 | 0,120 | 0,280 | 0,400 | 0,260 | 0,500 | 0,230 | 0,450 | 0,600 | 0,400 |
| τ, хв | 45,0 | 50,0 | 40,0 | 38,0 | 54,0 | 43,0 | 22,0 | 14,0 | 25,0 | 13,0 | 15,0 |
Самостійна робота № 7: «Аналіз об’єктів навколишнього середовища»
1. Задачі та планування аналізу.
2. Заповнити таблицю:
Визначення окремих компонентів у геологічних об’єктах з використанням різних методів концентрування
| Елемент, який визначають | Об’єкт аналізу | Метод концентрування | Метод визначення | Межа визначення |