Сделай Сам Свою Работу на 5

Оптические методы анализа





В практикум по аналитической химии включены лабораторные работы по фотометрическому и нефелометрическому методам анализа.

Фотометрический метода анализа основан на изучении спектров поглощения вещества в видимой области спектра. Изменение интенсивности светового потока при прохождении через слой анализируемого вещества описывается основным законом светопоглощения, или законом Бугера-Ламберта-Бера:

Светопоглощение растворов окрашенного вещества пропорционально его концентрации и толщине слоя раствора.

Для характеристики светопоглощения используют две величины – пропускание (Т) и оптическую плотность (D):

(39)

(40)

где I – интенсивность света, прошедшего через раствор; I0 – интенсивность падающего на раствор света.

Соотношение между этими величинами дается уравнением:

(41)

Тогда основной закон светопоглощения выражается следующим образом:

(42)

где ε – молярный коэффициент поглощения; С – концентрация окрашенного вещества в растворе, (моль/л); l – толщина светопоглощающего слоя, (см).

Физический смысл молярного коэффициента светопоглощения ε становится ясным, если принять, что l = 1 см, а С = 1 моль/л, тогда ε – оптическая плотность раствора с концентрацией 1 моль/л и толщине кюветы 1 см. Величина молярного коэффициента поглощения во многом определяет чувствительность метода.



Если в растворе присутствует несколько окрашенных веществ, то каждое из них будет давать свой аддитивный вклад в экспериментально определяемую оптическую плотность:

D = D1 + D2 + D3 +… Dn или D = l∙(ε1C1 + ε2C2 + ε3C3 +…+ εnCn).

В нефелометрическом методе анализа уменьшение интенсивности светового потока происходит из-за его частичного поглощения или отражения мельчайшими кристалликами малорастворимого вещества. Уравнение основного закона светопоглощения для этого метода совпадает с уравнением (34); коэффициент ε иногда обозначают буквой k и называют коэффициент мутности:

 

(43)

Задание 14

 

Определите для указанного комплексного соединения (таблица 29) заряд центрального атома и его координационное число. Напишите для него уравнения первичной и вторичной диссоциации и выражения констант нестойкости образующихся промежуточных комплексов.



Таблица 29 – Условие задания 14

Название комплексного соединения Название комплексного соединения
Ca[Ag(CN)2]2 дицианоаргентат (I) кальция H[FeCl4] тетрахлороферрат (III) водорода
K3[Co(NO2)6] гексанитрокобальтат (III) калия [Pt(NH3)6]SO4 сульфат гексаамминплатины (II)
[Cu(NH3)4][PtCl6] гексахлороплатинат (IV) тетраамминмеди (II) Na[Al(H2O)2(OH)4] тетрагидроксодиакваалюминат натрия
[Pt(NH3)4Br2](NO3)2 нитрат дибромотетраамминплатины (IV) [Cu(NH3)4][PtCl6] гексахлороплатинат (IV) тетраамминмеди (II)
H[FeCl4] тетрахлороферрат (III) водорода Na2[Cd(CN)4] тетрацианокадмат натрия
[Pt(NH3)6]SO4 сульфат гексаамминплатины (II) [Co(H2O)6](NO3)3 нитрат гексааквакобальта (III)
[Ni(NH3)6]SO4 сульфат гексаамминникеля (II) [Pt(NH3)3Cl]Cl хлорид хлоротриамминплатины (II)
[Pt(NH3)2Cl4] тетрахлородиамминплатина (IV) K3[Sb(OH)6] гексагидроксоантимонат (III) калия
Na2[Cd(CN)4] тетрацианокадмат натрия [Cr(H2O)3F3] трифторотриаквахром (III)
[Co(H2O)6](NO3)3 нитрат гексааквакобальта (III) [Pt(NH3)2Cl4] тетрахлородиамминплатина (IV)
Ca[Cu(CN)2]2 дицианокупрат (I) кальция K2[Zn(OH)4] тетрагидроксоцинкат калия
[Cu(NH3)4][PtCl6] гексахлороплатинат (IV) тетраамминплатины (II) Na[Al(H2O)2(OH)4] тетрагидроксодиакваалюминат натрия
K3[Sb(OH)6] гексагидроксоантимонат (III) калия [Pt(NH3)3Cl]Cl хлорид хлоротриамминплатины (II)
[Cr(H2O)3F3] трифторотриаквахром (III) [Cu(H2O)4]Cl2 хлорид тетрааквамеди (II)
K2[Zn(OH)4] тетрагидроксоцинкат калия K2[Zn(OH)4] тетрагидроксоцинкат калия
[Ni(NH3)6]SO4 сульфат гексаамминникеля (II) [Co(H2O)6](NO3)3 нитрат гексааквакобальта (III)
Ca[Cu(CN)2]2 дицианокупрат (I) кальция H2[SiF6] гексафторосиликат водорода
[Cu(H2O)4]Cl2 хлорид тетрааквамеди (II) Ca[Cu(CN)2]2 дицианокупрат (I) кальция
[Cu(NH3)4][PtCl4] тетрахлороплатинат (II) тетраамминмеди (II) [Cu(NH3)4][PtCl6] гексахлороплатинат (IV) тетраамминмеди (II)
[Co(H2O)6](NO3)3 нитрат гексааквакобальта (III) Na2[Be(OH)4] тетрагидроксобериллат натрия
Na2[Be(OH)4] тетрагидроксобериллат натрия [Pt(NH3)3Cl]Cl хлорид хлоротриамминплатины (II)
Ca[Cu(CN)2]2 дицианокупрат (I) кальция H2[SiF6] гексафторосиликат водорода
[Cu(NH3)4][PtCl6] гексахлороплатинат (IV) тетраамминплатины (II) [Pt(NH3)4Br2](NO3)2 нитрат дибромотетраамминплатины (IV)

Продолжение таблицы 27



Название комплексного соединения Название комплексного соединения
[Pt(NH3)3Cl]Cl хлорид хлоротриамминплатины (II) K3[Co(NO2)6] гексанитрокобальтат (III) калия
K2[Zn(OH)4] тетрагидроксоцинкат калия Ca[Ag(CN)2]2 дицианоаргентат (I) кальция
[Pt(NH3)4Br2](NO3)2 нитрат дибромотетраамминплатины (IV) [Cu(NH3)4][PtCl4] тетрахлороплатинат (II) тетраамминмеди (II)
[Cu(H2O)4]Cl2 хлорид тетрааквамеди (II) H[FeCl4] тетрахлороферрат (III) водорода
K3[Sb(OH)6] гексагидроксоантимонат (III) калия [Pt(NH3)6]SO4 сульфат гексаамминплатины (II)
Na2[Be(OH)4] тетрагидроксобериллат натрия   Na[Al(H2O)2(OH)4] тетрагидроксодиакваалюминат натрия
[Pt(NH3)2Cl4] тетрахлородиамминплатина (IV) [Cr(H2O)3F3] трифторотриаквахром (III)

 

Рассмотрим пример выполнения этого задания (вариант 1).

Дицианоаргентат (I) кальция Ca[Ag(CN)2]2.

В этом соединении центральным атомом (комплексообразователем) является ион серебра Ag+. Внутренняя сфера – Ag(CN)2 имеет заряд (–1). Это комплексный анион. Са2+ – внешняя сфера комплекса.

Запишем уравнения диссоциации этого соединения. На внешнюю и внутреннюю сферы комплекс диссоциирует полностью и необратимо (первичная диссоциация):

Ca[Ag(CN)2]2 → Ca2+ + 2Ag(CN)2.

Внутренняя сфера диссоциирует обратимо (вторичная диссоциация), каждой стадии диссоциации соответствует константа нестойкости:

Ag(CN)2 ↔ Ag(CN) + СN

Ag(CN) ↔ Ag+ + СN

 

Задача 15

Молярный коэффициент поглощения роданидного комплекса железа (III) при λ = 400 нм равен ε. Рассчитайте процентное содержание железа в образце сплава массой m (г), растворенном в колбе объемом V (мл), если оптическая плотность раствора в кювете с толщиной слоя l (см) равна D (таблица 30).

Таблица 30 – Условие задачи 15

ε m, г V, мл D l, см ε m, г V, мл D l, см
1,000 0,200 1,030 0,260
1,001 0,202 1,031 0,262
1,002 0,204 1,032 0,264
1,003 0,206 1,033 0,266
1,004 0,208 1,034 0,268
1,005 0,210 1,035 0,270
1,006 0,212 1,036 0,272
1,007 0,214 1,037 0,274
1,008 0,216 1,038 0,276
1,009 0,218 1,039 0,278
1,010 0,220 1,039 0,280
1,011 0,222 1,041 0,282
1,012 0,224 1,042 0,284
1,013 0,226 1,043 0,286
1,014 0,228 1,044 0,288
1,015 0,230 1,045 0,290
1,016 0,232 1,046 0,292
1,017 0,234 1,047 0,294
1,018 0,236 1,048 0,296
1,019 0,238 1,049 0,298
1,020 0,240 1,050 0,300
1,021 0,242 1,051 0,302
1,022 0,244 1,052 0,304
1,023 0,246 1,053 0,306
1,024 0,248 1,054 0,308
1,025 0,250 1,055 0,310
1,026 0,252 1,056 0,312
1,027 0,254 1,057 0,314
1,028 0,256 1,058 0,316
1,029 0,258 1,059 0,318

Пример решения задачи (вариант 1).

Из уравнения основного закона светопоглощения (42) следует:

(моль/л).

Рассчитаем массу железа в растворе и его процентное содержание в стали:

Из уравнения (2) следует: m (Fe) = CV ∙ M = 8,84∙10–7 ∙ 0,025 ∙ 55,847 = 1,236∙10–6 (г).

Таблица 31 – Ответы к задаче 15

C, моль/л m (Fe), г ω, % C, моль/л m (Fe), г ω, %
8,850∙10–7 1,236∙10–6 1,24∙10–4 2,400∙10–6 3,285∙10–6 3,27∙10–4
1,118∙10–6 3,121∙10–6 3,12∙10–4 4,847∙10–6 8,848∙10–6 8,79∙10–4
1,506∙10–6 8,411∙10–6 8,39∙10–4 9,789∙10–7 2,681∙10–5 2,66∙10–3
2,283∙10–6 2,549∙10–5 2,54∙10–3 1,235∙10–7 6,767∙10–6 6,71∙10–3
4,612∙10–6 6,439∙10–5 6,41∙10–3 1,663∙10–6 1,367∙10–6 1,35∙10–4
9,318∙10–7 1,301∙10–6 1,29∙10–4 2,518∙10–6 3,450∙10–6 3,41∙10–4

Задача 16

В три мерные колбы вместимостью V1 (мл) поместили V2 (мл) анализируемого раствора Cu2+ и по 10 мл раствора аммиака для получения аммиачного комплекса меди. Во вторую колбу (Сх+ст1) добавили V3 (мл) стандартного раствора сульфата меди с концентрацией 1 г/л, а в третью колбу (Сх+ст2) – V4 (мл) этого стандартного раствора сульфата меди. Все три колбы довели дистиллированной водой до метки.

При фотометрировании приготовленных растворов получили следующие значения оптической плотности: Dх, Dх+ст1, Dх+ст2 (таблица 32). Определите концентрацию ионов меди в анализируемом растворе методом добавок.

Таблица 32 – Условие задачи 16

V1, мл V2, мл V3, мл V4, мл Dх Dх+ст1 Dх+ст2
0,128 0,324 0,540
0,070 0,464 0,685
0,230 0,424 0,644
0,067 0,145 0,191
0,134 0,429 0,597
0,096 0,292 0,507
0,077 0,125 0,181
0,261 0,494 0,634
0,115 0,311 0,527
0,122 0,515 0,635
0,288 0,432 0,601
0,134 0,330 0,546
0,070 0,366 0,481
0,221 0,366 0,532
0,154 0,349 0,566
0,16 0,355 0,470
0,125 0,419 0,587
0,276 0,430 0,609
0,134 0,182 0,239

Продолжение таблицы 32

V1, мл V2, мл V3, мл V4, мл Dх Dх+ст1 Dх+ст2
0,223 0,456 0,595
0,192 0,387 0,605
0,099 0,295 0,408
0,246 0,361 0,496
0,211 0,406 0,624
0,109 0,305 0,418
0,504 0,645 0,821
0,184 0,340 0,515
0,118 0,314 0,428
0,365 0,656 0,832
0,499 0,689 0,918
0,064 0,112 0,168
0,630 0,857 1,010
0,336 0,578 0,854
0,275 0,666 0,792
0,634 0,772 0,953
0,288 0,679 0,907
0,147 0,441 0,559
0,451 0,741 0,920
0,384 0,625 0,903
0,251 0,326 0,379
0,240 0,533 0,705
0,326 0,519 0,742
0,250 0,295 0,357
0,611 0,838 0,991
0,432 0,672 0,952
0,352 0,742 0,870
0,538 0,678 0,855
0,365 0,754 0,986
0,186 0,479 0,598
0,566 0,706 0,884
0,480 0,720 1,001
0,312 0,387 0,441
0,298 0,737 0,917
0,403 0,595 0,820
0,307 0,352 0,416
0,499 0,729 0,877
0,422 0,614 0,840
0,429 0,817 0,949
0,326 0,618 0,793
0,442 0,632 0,859

Пример решения задачи 16 (вариант 1)

Метод добавок применяют при анализе растворов сложного состава, поскольку он позволяет учесть влияние «третьего» компонента, который находится в пробе, сам не определяется, но может влиять на результат. При использовании этого метода определяют оптическую плотность Dх анализируемого раствора, содержащего определяемый компонент неизвестной концентрации Сх, а затем – оптическую плотность одного или нескольких растворов, которые содержат добавку стандартного раствора (Сх+ст) – Dх+ст.

Оптическая плотность анализируемого раствора равна:

(44)

Оптическая плотность анализируемого раствора с добавкой стандартного:

(45)

Сравнение уравнений (44) и (45) дает:

Таким образом, для определения концентрации анализируемого раствора достаточно использовать один раствор с известной концентрацией добавленного вещества. Для увеличения точности этого метода часто используют несколько стандартных растворов с разными концентрациями добавленного вещества. В этом случае удобно использовать графический метод (рисунок 4).

Закон Бугера–Ламберта–Бера предполагает использование молярной концентрации – найдем ее для стандартного раствора сульфата меди:

(моль/л).

Рассчитаем концентрации добавленного вещества во второй и третьей мерных колбах:

(моль/л).

(моль/л).

Полученные значения заносим в таблицу (33), по результатам которой строим график (рисунок 4). При построении этого графика примем, что концентрация определяемого элемента в анализируемом растворе равна 0, тогда С(х+ст1) = Сст1 и С(х+ст2) = Сст2.

Таблица 33 – Результаты фотометрирования исследуемых растворов

С, моль/л Сх С(х+ст1) С(х+ст2)
6,27∙10–4 1,25∙10–3
D 0,128 0,324 0,540

 

 

 

Рисунок 4График для метода добавок

 

Согласно основному закону светопоглощения при концентрации окрашенного вещества в растворе равной 0, оптическая плотность такого раствора также равна 0. Поэтому при продолжении линии до пересечения с осью х получен истинный ноль по шкале концентрации. Отрезок, который отсекается, равен концентрации окрашенного вещества Сх (3,80∙10–4 моль/л).

Рассчитаем эту же концентрацию, пользуясь выведенной формулой.

Для раствора с первой добавкой (колба 2), она примет вид:

(моль/л).

Для раствора со второй добавкой (колба 3), она примет вид:

(моль/л).

Как видно, результаты, полученные графическим методом и с использованием расчетных формул, достаточно хорошо согласуются друг с другом. Среднее значение полученных величин будет наиболее вероятно соответствовать истинному:

(моль/л).

Для расчета начальной концентрации анализируемого раствора необходимо учесть его разбавление при проведении анализа:

(моль/л).

Таблица 34 – Ответы к задаче 16

С(Сu2+), моль/л С(Сu2+), моль/л С(Сu2+), моль/л С(Сu2+), моль/л
1,96∙10–3 2,64∙10–3 3,26∙10–3 3,84∙10–3
2,22∙10–3 2,83∙10–3 3,45∙10–3 4,09∙10–3
2,44∙10–3 3,03∙10–3 3,64∙10–3 4,25∙10–3

Литература

 

1. СТП СМК 4.2.2-01-2011. Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов. – Введ. 2004-11-30. – Могилев: УО МГУП, 2004. – 42 с.

2. Васильев, В.П. Аналитическая химия в 2-х частях / В.П. Васильев – М.: Высшая школа, 2005. – ч.1. – 367 с.

3. Васильев, В.П. Аналитическая химия в 2-х частях / В.П. Васильев – М.: Высшая школа, 2005. – ч. 2. – 384 с.

4. Ляликов, Ю.С. Физико-химические методы анализа / Ю.С. Ляликов – М.: Химия, 1974. – 536 с.

5. Крешков, А.П. Основы аналитической химии в 3-х т. / А.П. Крешков – М.: Химия, 1976.

6. Алексеев, В.Н. Количественный анализ / В.Н. Алексеев – М.: Химия, 1972. – 504 с.

7. Жебентяев, А.И. Аналитическая химия. Химические методы анализа / А.И. Жебентяев, А.К. Жерносек, И.Е. Талуть. – Минск: Новое знание, 2010. – 542 с.

8. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. – М.: Химия, 1989. – 436 с.

9. Краткий справочник физико-химических величин / Под. ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. – Л.: Химия, 1983. – 232 с.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ
Химические методы анализа
  Приготовление и стандартизация растворов Задачи 1 – 4
  Равновесие в растворах электролитов Задачи 5 – 9
Физико-химические методы анализа
  Электрохимические методы анализа Задачи 10 – 13
  Оптические методы анализа Задачи 14 – 16

 

 

Учебное издание

 

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

 

Методические указания и контрольные задания

для студентов технологических специальностей заочной формы обучения

 

 

Авторы:

Дудкина Елена Николаевна

Поляченок Олег Георгиевич

 

 

Редактор Т.Л. Бажанова

Технический редактор А.А. Щербакова

 

Подписано в печать . .2011. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная.

Гарнитура Таймс. Ризография. Усл. печ. листа 3,26. Уч.-изд. л. 3,5.

Тираж экз. Заказ

 

 

УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

ЛИ № 02330/013913 от 08.02.2007.

Пр-т Шмидта, 3. 212027. Могилев.

 

 

Отпечатано в УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

Пр-т Шмидта, 3. 212027. Могилев.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.