Аналитическая химия

Содержание.

1.Иодометрия.Сущность.Применение………………………………………..3

2.Классификация инструментальных  методов анализа……………………..6

3. Систематические погрешности.  Методические погрешности. Случайные  погрешности.                                                                                                                     4. характерные реакции нитритов и нитратов……………………………….16

5. Молекулярное и ионные уравнения реакций вытеснения меди из ее солей алюминием, железом и цинком………………………………………………17

6. Уравнения диссоциации  солей аммония: хлорида, карбоната,  фосфата, нитрата…………………………………………………………………………17

7.  Как можно обнаружить катион марганца (11)……………………….....18

8. Задачи………………………………………………………………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Иодометрия.Сущность.Применение.

Иодометрические методы основаны на применении стандартного раствора тиосульфата натрия для титрования иода, выделившегося при взаимодействии определяемого окислителя с избытком иодида калия (при титровании по замещению) или оставшегося в избытке при медленном взаимодействии определяемого восстановителя с фиксированным объемом стандартного раствора иода (в случае обратного титрования). 

Сущность метода

Иодид-ион является восстановителем  умеренной силы, его применяют  для определения большого числа  окислителей. Прямое титрование стандартным  раствором KI не используют из-за трудностей индикации конечной точки титрования: прекращение образования свободного иода с помощью крахмала заметить нельзя. Поэтому для определения окислителей иодометрическим методом применяют способ титрования по замещению. Прямое титрование окислителей стандартным раствором тиосульфата натрия невозможно в связи с тем, что только I2 в нейтральной среде окисляет ион S2O32- быстро в соответствии со стехиометрией реакции

I2 + 2S2O32-→ 2I- + S4O62-.

Другие окислители обладают способностью полностью или частично окислять тиосульфат до серы, сульфата или тетратионата, например

4HOI + S2O32- + H2O → 2SO42- + 4I- + 6H+.

При титровании иода раствором тиосульфата наиболее благоприятна нейтральная либо слабокислая среда. Высокая кислотность раствора приводит к разложению тиосульфата:

S2O32- + 2H+→ H2SO3 + S

H2SO3 реагирует с I2 в  мольном соотношении 1:1

H2SO3 + I2 + H2O → SO42- + 4H+ + 2I-,

тогда как на 1 моль Na2S2O3 расходуется  ½ моль I2. В щелочной среде иодометрическое определение также не следует проводить из-за реакции диспропорционирования иода:

I2 + 2OH- → IO- + I- +H2O.

 

Применение

1. Большая точность по  сравнению с другими методами  окислительно-восстановительного титрования.

2. Растворы йода окрашены, и титрование можно проводить  без индикатора. Желтая окраска ионов при отсутствии других окрашенных продуктов отчетливо видна при очень малой концентрации .

3. Йод хорошо растворяется  в органических растворителях,  поэтому метод широко применяется  для титрования в неводных  средах.

Недостатки метода, вызывающие ошибки при выполнении йодометрических  определений:

1. Потери йода из-за  его летучести. Поэтому титрование  проводят на холоду и по возможности быстро. При необходимости оставить раствор на некоторое время для завершения реакции, его хранят под притертой пробкой.

2. Окисление ионов йода  кислородом воздуха в кислой  среде.

3. Йодометрическое титрование  нельзя проводить в щелочной  среде вследствие диспропорционирования йода.

4. Относительно медленные  скорости реакций с участием  йода.

5. В процессе хранения  стандартные растворы йода и  тиосульфата изменяют свой титр. Чтобы избежать ошибок, необходимо  периодически проверять титр  йода по тиосульфату, а титр  тиосульфата по дихромату калия.

Фиксируют конечную точку  титрования в методе йодометрии с помощью специфического индикатора - крахмала, который образует с йодом комплексно-адсорбционное соединение синего цвета. Эта реакция очень чувствительна, она позволяет легко обнаруживать йод при концентрации 10?5 н. Т.к. соединение йода с крахмалом очень прочное, крахмал следует добавлять в конце титрования, когда окраска раствора становится бледно-желтой. Если вводить крахмал раньше, то очень много йода будет связано с крахмалом. При титровании йод с трудом освобождается из соединения с крахмалом, и результат титрования окажется неточным.

При проведении йодометрических  определений следует соблюдать  следующие условия:

1. Т.к. стандартный окислительно-восстановительный потенциал пары невелик, многие йодометрические определения не доходят до конца. Поэтому для количественного протекания реакций необходимо создавать специальные условия (вводить комплексообразователи, осадители, буферные добавки и т.д.).

2. Йод - вещество летучее,  поэтому титрование проводят  на холоду. Кроме того, при увеличении температуры снижается чувствительность крахмала как индикатора (при 50 0С индикатор в 10 раз менее чувствителен, чем при 25 0С).

3. Растворимость йода  в воде мала, поэтому определение  окислителей необходимо проводить  в присутствии большого избытка  KI, который образует с йодом  растворимое нестойкое комплексное  соединение:

KI + I2 K[I3]

4. Скорость реакции между  окислителями и KI обычно невелика, поэтому к титрованию выделившегося  йода обычно приступают спустя  некоторое время.

5. Йодометрическое титрование  нельзя проводить в щелочной  среде, т.к. протекает побочная  реакция: 

I2 + 2 OH = IO? + I? + Н2О 

Образующийся гипойодит является более сильным окислителем, чем йод, он окисляет тиосульфат до сульфата.

Поэтому во избежание побочных реакций титрование проводят при  рН не более 9.

6. В кислых растворах  йодиды постепенно окисляются  кислородом воздуха:

4I? + O2 + 4H+ = 2I2 + 2 Н2О

Свет ускоряет эту реакцию, поэтому реакционную смесь хранят в темноте.

Рабочими растворами метода йодометрии являются растворы йода и тиосульфата натрия.

Титрованный раствор йода можно приготовить исходя из точной навески химически чистого кристаллического йода, который очищают от примесей путем возгонки.

Однако, очистка йода представляет собой очень трудоемкую операцию. Кроме того, титрованный раствор в процессе работы с ним и при длительном хранении меняет свой титр вследствие летучести йода, и периодически его нужно проверять. Поэтому обычно готовят раствор I2 приблизительно нужной концентрации (0,05-0,1 н.) растворением навески йода в растворе KI (40 г/л). Точную концентрацию полученного раствора устанавливают по раствору тиосульфата натрия .

Тиосульфат натрия Na2S2O3*5Н2О  является неустойчивым веществом. Оно  легко реагирует с углекислым газом и кислородом воздуха:

Na2S2O3 + Н2О + СO2 = NaHCO3 + NaНSO3 + Sv 2Na2S2O3 + O2 = 2Na2SO4 + 2Sv

 Поэтому готовят приблизительно 0,1 н. раствор тиосульфата, растворяя навеску соли в свежепрокипяченой воде (для удаления СO2). Хранить готовый раствор Na2S2O3 рекомендуется в темных бутылях, защищенных от двуокиси углерода трубкой с натронной известью. В дальнейшем титр раствора начинает медленно уменьшаться, поэтому его необходимо периодически проверять.

Для установки концентрации тиосульфата предложено много различных  стандартных веществ, например твердый  химически чистый йод, йодат калия KIO3, бромат калия KBrO3, дихромат калия и др. На практике чаще всего пользуются дихроматом калия K2Cr2O7.

 

2.Классификация  инструментальных методов анализа.

В одном из способов классификации  инструментальных (физико-химических) методов в основу анализа положена природа измеряемого физического  параметра анализируемой системы  и способа его измерения; величина этого параметра является функцией количества вещества. В соответствии с этим все инструментальные методы делятся на пять больших групп:

- электрохимические;

- оптические;

- хроматографические;

- радиометрические;

- масс-спектрометрические.

Электрохимические методы анализа основаны на использовании электрохимических свойств анализируемых веществ. К ним относятся следующие методы.                                                                   Электрогравиметрический метод - основан на точном измерении массы определяемого вещества или его составных частей, которые выделяются на электродах при прохождении постоянного электрического тока через анализируемый раствор.                                                                  Кондуктометрический метод - основан на измерении электрической проводимости растворов, которая изменяется в результате протекающих химических реакций и зависит от свойств электролита, его температуры и концентрации растворенного вещества.                                     Потенциометрический метод - основан на измерении потенциала электрода, погруженного в раствор исследуемого вещества. Потенциал электрода зависит от концентрации соответствующих ионов в растворе при постоянных условиях измерений, которые проводят с помощью приборов потенциометров.                                                                              Полярографический метод - основан на использовании явления концентрационной поляризации, возникающей на электроде с малой поверхностью при пропускании электрического тока через анализируемый раствор электролита.                                                                       Кулонометрический метод - основан на измерении количества электричества, израсходованного на электролиз определенного количества вещества. В основе метода лежит закон Фарадея.                                                                Оптические методы анализа основаны на использовании оптических свойств исследуемых соединений. К ним относятся следующие методы. Эмиссионный спектральный анализ - основан на наблюдении линейчатых спектров, излучаемых парами веществ при их нагревании в пламени газовой горелки, искры или электрической дуге. Метод дает возможность определять элементный состав веществ.                                                                     Абсорбционный спектральный анализ в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Различают спектрофотометрический и фотоколориметрический методы. Спектрофотометрический метод анализа основан на измерении поглощения света (монохроматического излучения) определенной длины волны, которая соответствует максимуму кривой поглощения вещества. Фотоколориметрический метод анализа основан на измерении светопоглощения или определения спектра поглощения в приборах - фотоколориметрах в видимом участке спектра.

 

Рефрактометрия - основана на измерении коэффициента преломления.

Поляриметрия - основана на измерении вращения плоскости поляризации.

Нефелометрия - основана на использовании явлений отражения  или рассеивания света неокрашенными  частицами, взвешенными в растворе. Метод дает возможность определять очень малые количества вещества, находящиеся в растворе в виде взвеси.                                                    Турбидиметрия - основанная на использовании явлений отражения или рассеивания света окрашенными частицами, которые находятся во взвешенном состоянии в растворе. Свет, поглощенный раствором или прошедший через него, измеряют так же, как и при фотоколориметрии окрашенных растворов.                                                                        Люминесцентный или флуоресцентный анализ - основан на флуоресценции веществ, которые подвергаются облучению ультрафиолетовым светом. При этом измеряется интенсивность излучаемого или видимого света.    Пламенная фотометрия (фотометрия пламени) - основана на распылении раствора исследуемых веществ в пламени, выделении характерного для анализируемого элемента излучения и измерении его интенсивности. Метод используют для анализа щелочных, щелочноземельных и некоторых других элементов.                                                                                         Хроматографические методы анализа основаны на использовании явлений избирательной адсорбции. Метод применяют в анализе неорганических и органических веществ для разделения, концентрирования, выделения отдельных компонентов из смеси, очистки от примесей.             Радиометрические методы анализа основаны на измерении радиоактивного излучения данного элемента.                                                                               Масс-спектрометрические методы анализа основаны на определении масс отдельных ионизированных атомов, молекул и радикалов, в результате комбинированного действия электрического и магнитного полей. Регистрацию разделенных частиц проводят электрическим (масс-спектрометрия) или фотографическим (масс-спектрография) способами. Определение проводят на приборах - масс-спектрометрах или масс-спектрографах.

Примеры инструментальных методов  анализа для качественного анализа  веществ: рентгено-флуоресцентный, хроматография, кулонометрия, эмиссионный, пламенная фотометрия и т.д.

3. Систематические  погрешности. Методические погрешности.  Случайные погрешности.

Систематические и случайные погрешности

Систематической погрешностью называется погрешность, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся во времени при повторных измерениях одной и той же величины.                                                                      Примером систематической погрешности, закономерно изменяющейся во времени, может служить смещение настройки прибора во времени. Случайной погрешностью измерения называется погрешность, которая при мно-гократном измерении одного и того же значения не остается постоянной. Например, при измерении валика одним и тем же прибором в одном и том же сечении получаются различные значения измеренной величины.  Систематические и случайные погрешности чаще всего появляются одновременно.