- •Учебно – практическое пособие по дисциплине:
- •«Аналитическая химия и физико-химические
- •Методы анализа»
- •Химические методы анализа
- •Аналитические реакции
- •Условия выполнения реакции
- •Характеристика реакций
- •Глава1.Качественный дробный и систематический анализы
- •Классификация катионов при кислотно-щелочной системе анализа
- •К раствору, содержащему смесь катионов III÷VI групп (20 каплям), прибавляют несколько капель (5÷6) пероксида водорода и концентрированный (6 n) раствор NaOh (10 капель) до полного осаждения.
- •«Классификация» анионов
- •Общие реакции анионов
- •Литература
- •Глава 2.Теоретические основы химического анализа
- •Химическое равновесие
- •Химическое равновесие – это такое состояние обратимого процесса
- •Константа химического равновесия
- •Изменение равновесного состояния
- •Закон разбавления Оствальда
- •Ионное произведение воды
- •Гидролиз солей
- •Ступенчатый гидролиз
- •Константа гидролиза, степень гидролиза
- •Применение гидролиза
- •Силикаты определяют в виде кремниевой кислоты
- •Буферные системы
- •Рассуждая аналогично, получим для аммиачного буфера:
- •Механизм буферирующего действия
- •Буферная емкость
- •Применение буферных растворов
- •Растворимость. Произведение растворимости
- •Влияние состава раствора на растворимость
- •Вопросы
- •Практические задания
- •Примеры решения задач
- •Решение:
- •Выражение произведения растворимости для него:
- •Литература
- •Глава 3. Количественный химический анализ
- •Методы количественного анализа
- •Гравиметрический анализ Сущность гравиметрического анализа
- •Гравиметрическая форма по составу может отличаться от формы осаждения. Нередко, форма осаждения и гравиметрическая форма совпадают, как это видно на примере BaSo4. Форма осаждения
- •Полнота осаждения
- •Титриметрический анализ
- •Кислотно-основное титрование
- •RedOx процессы. Редоксиметрия
- •Перманганатометрия
- •Иодометрия
- •Комплексонометрия
- •Вопросы
- •Практические задания
- •Физико-химические методы анализа
- •Глава 4. Правильность и статистическая обработка результатов анализа
- •Методы установления правильности анализа
- •Погрешности
- •Статистическая обработка результатов
- •Обнаружение промахов
- •Сравнение двух средних (критерий Фишера)
- •Глава 5. Электрохимические методы анализа
- •5.1. Потенциометрический метод анализа
- •5.3. Кондуктометрический метод анализа
- •Вопросы
- •Практические задания
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Литература
- •Глава 6. Спектральные методы
- •Показатель преломления – относительная величина, которая определяется отношением скоростей распространения света в средах 1 и 2:
- •Рефрактометр Аббе, основанный на использовании явления полного внутреннего отражения, используют для определения n жидкостей.
- •Основные понятия оптической спектроскопии
- •Частота излучения молекулами света ν будет определяться формулой:
- •Спектрофотометрия
- •Люминесцентный анализ
- •Квантовый выход люминесценции, как правило, меньше единицы вследствии наличия тушения люминесценции (наличия безизлучательных переходов).
- •Практические задания
- •Решение
- •Литература
- •Глава 7. Хроматография
- •Общие положения
- •Адсорбция вещества – основа хроматографии
- •Хроматографический метод анализа разработан русским ботаником м.С.Цветом в 1903 г.
- •Хроматографию можно определить как процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента.
- •Классификация хроматографических методов по агрегатному состоянию фаз
- •Газовая хроматография
- •Хроматографические колонки и детекторы
- •Тонкослойная хроматография
- •Жидкостно-жидкостная распределительная хроматография
- •Колоночный вариант
- •Практические задания
- •Примеры решения задач
- •Литература
- •Б) дополнительная литература
- •Аналитическая химия и физико-химические методы анализа
- •8.Карта обеспеченности студентов учебной и методической литературой и иными библиотечно-информационными ресурсами по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа»
Изменение равновесного состояния
Равновесное состояние может быть целенаправленно изменено варьированием температуры (1) и состава реакционной смеси (2).
(1) Для количественного осаждения свинца в виде PbI2 реакцию:
Pb2+ + 2I− ↔ PbI2↓
проводят при пониженной температуре, так как этот процесс экзотермический (ΔH < 0): уменьшение Т смещает равновесие вправо.
(2) Рассмотрим реакцию:
H2O + CO ↔ H2 + CO2.
При температуре ~ 850о C константа равновесия ее равна единице:
.
Пусть смешали по 2 моля H2O и CO. В равновесной смеси появятся H2 и CO2 по x моль, на столько же (по уравнению) уменьшится количество H2O и CO:
Вещества H2O CO H2 CO2
Исходный состав (моль) 2 2 0 0
Равновесный состав (моль) 2-x 2-x x x.
Решив уравнение:
относительно x, получим состав равновесной смеси: по 1 молю всех участников (x=1). Если теперь увеличить количество H2O на 1 моль, то новое равновесное состояние будет отличаться от предыдущего тем, что количество H2 и CO2 возрастет до 1,2 моль, а CO уменьшится до 0,8.
Вещества H2O CO H2 CO2
Равновесный состав (моль) 1 1 1 1
Исходный состав (моль) 2 1 1 1
Равновесный состав (моль) 2-x 1-x 1+x 1+x.
Решив уравнение:
относительно x, получим состав:
Вещества H2O CO H2 CO2
Равновесный состав (моль) 1,8 0,8 1,2 1,2.
Следовательно, при добавлении воды степень превращения CO и выход продуктов увеличился – равновесие сместилось вправо. Того же результата можно достичь, если уменьшить количество любого продукта реакции. Очевидно, что обратные действия приведут к смещению равновесия влево.
Для смещения равновесия в прямом направлении необходимо использовать избыток исходных веществ и удалить продукты из зоны реакции (осаждением, выпариванием, дистилляцией, экстракцией, сорбцией). Для подавления реакции обычно в реакционную смесь добавляют продукты.
Равновесия в растворах электролитов
Проводниками будем называть вещества (материалы, смеси и т.д.), способные проводить электрический ток. В зависимости от природы частиц, переносящих электрический заряд, проводники можно разделить на электронные, ионные и со смешанной проводимостью (без учета дырочной), что показано на схеме 2 с некоторыми примерами.
В дальнейшем будем рассматривать лишь водные растворы кислот, оснований и солей.
Теория Аррениуса
Объяснение некоторых особенностей свойств растворов электролитов от неэлектролитов было дано Аррениусом. Оно касалось в первую очередь коллигативных свойств: понижения давления пара над раствором компонента по сравнению с давлением над чистыми веществами; повышения температуры кипения и понижения температуры замерзания раствора по сравнению с растворителем; осмотическое давление.
Положения теории Аррениуса (теории для слабых электролитов) следующие:
1. При растворении в воде молекулы веществ распадаются (диссоциируют, ионизируют) на заряженные частицы: положительные катионы (С) и отрицательные анионы (A):
где n и m – число катионов и анионов соответственно; m+ и n– ‑ их зарядовые числа (“заряды”).
Ионизация не связана с прохождением электрического тока через раствор.
2. Диссоциируют не все молекулы; часть их остается нераспавшимися. Степень диссоциации (ионизации) αi характеризует долю (или процент) распавшихся молекул:
где
‑ число молекул (молей) i-го
вещества “до” ионизации;
νi – равновесное число молекул (молей) i-го вещества “после” ионизации.
3. Между нераспавшимися молекулами и ионами устанавливается динамическое
ческое равновесие, которое можно описывать, как химическое равновесие, константой равновесия, называемой константой электролитической диссоциации (ионизации).
Выражение для концентрационной константы ионизации:
.
Степень ионизации, константа ионизации
Степень ионизации αi изменяется от 0 (для неэлектролитов) до 1
0
αi
1 (100%).
Это зависит от природы вещества, природы растворителя, концентрации и температуры.
При умеренных концентрациях (~ 0,1÷1,0 М) по значению αi все электролиты делят на сильные и слабые.
Для водных растворов к сильным электролитам (αi близка к единице) относят:
- сильные кислоты (HCl, HNO3, H2SO4),
- сильные основания (NaOH, KOH),
- большинство солей (NaCl, BaSO4, Cu(NO3)2, NaCH3COO).
К слабым электролитам (αi много меньше единицы, ~ 0,01) относят:
- слабые минеральные и органические кислоты (HCN, Н2СО3, H2S, CH3COOH, H2C2O4·2H2O),
- слабые минеральные и органические основания (NH3·H2O, CH3NH2·H2O, C6H5NH2·H2O),
- некоторые соли (HgCl2, Hg(CN)2, Fe(SCN)3, CdI2).
