Обработка результатов измерений. 2

Контрольная работа должна включать следующие структурные  элементы:

- титульный  лист;

- основная  часть контрольной работы;

- список  использованной литературы.

На  титульном листе приводятся следующие  сведения:

- наименование  учебного заведения;

- наименование кафедры;

- наименование  факультета;

- наименование  дисциплины, в рамках которой  выполняется контрольная работа;

- номер  и тема контрольной работы (для  студентов очной формы обучения);

- фамилия,  имя и отчество студента;

- курс  и обозначение группы, в которой обучается студент;

- фамилия,  имя, отчество, должность преподавателя,  проверяющего работу.

Основная  часть контрольной работы должна содержать непосредственно сами контрольные задания и решения или ответы к ним.

В контрольной  работе, выполняемой студентами заочной формы обучения, должны быть указаны темы курса, к которым относятся выполняемые контрольные задания.

Задания в контрольных работах должны быть пронумерованы. Номера должны совпадать с цифрами, определенными по табл. 13.

Решение задач рекомендуется осуществлять по схемам, приведенным в данном учебно-методическом пособии (раздел 1 «Методические указания к проведению практических занятий»). При использовании других правил и принципов решения задач обязательна ссылка на используемые литературные источники.

Также приводятся ссылки на литературные источники  и технические нормативные правовые акты, используемые при решении задач по теме «Обработка результатов анализа» и составлении ответов на теоретический вопрос, включаемый в контрольные работы студентов заочной формы обучения.

Контрольные работы должны быть выполнены на русском  языке. Текст работы должен быть набран в редакторе Word шрифтом Times New Roman, размером 14 пт, через одинарный межстрочный интервал, на одной стороне стандартного листа белой бумаги формата А4, с соблюдением следующих размеров полей, мм: левое – 30, правое – 10, верхнее – 15, нижнее – 20.

Все страницы контрольной работы должны быть пронумерованы арабскими цифрами в центре нижней части листа. Титульный лист включают в общую нумерацию страниц, но номер страницы на ней не указывается. Если в работе имеются иллюстрации, таблицы, графики, схемы, чертежи, расположенные на отдельных страницах, то их включают в общую нумерацию страниц.

Все иллюстрации обозначаются словом «Рисунок» и нумеруются последовательно арабскими цифрами в пределах всей работы. Иллюстрации располагаются после первой ссылки на них в тексте. Они должны иметь заголовок, который помещают после слова «Рисунок» (например: Рисунок 2 – Кривая потенциометрического титрования), и, при необходимости, поясняющие данные, которые располагают над заголовком. Ссылки на иллюстрацию в тексте приводятся в скобках следующим образом: (рисунок 1).

Каждая таблица должна иметь заголовок, помещаемый слева над таблицей без абзацного отступа. Он должен быть кратким и полностью отражать содержание таблицы. Нумеруют таблицы в пределах всей работы. При ссылке следует писать слово «Таблица» с указанием ее номера. Если в контрольной работе одна таблица, она должна быть обозначена «Таблица 1».

В тексте контрольной работы допускается  сокращение слов только в соответствии с требованиями ГОСТ 7.12.

 

 

 

 

 

Порядковый номер в списке группы 19

Вариант №4

 

Задания

1. Обработка результатов  измерений: 19

2. Гравиметрические  методы анализа: 4, 14, 24

3. Титриметрические  методы анализа: 4, 14

4. Электрохимические  методы анализа: 4, 14

5. Теоретические  основы: 4

 

1. Контрольные  задания по теме «Обработка  результатов измерений»

 

19. Содержание  азота в аммиачной селитре  равно 34,9%. При анализе этой селитры были получены следующие результаты параллельных определений (%): 34,52; 34,72; 34,68; 35,64. Установить, существует ли значимое различие между выборочной средней и средней генеральной совокупностями.

Решение

Среднее выборочное значение вычисляем по формуле:

 

Стандартное отклонение отдельного определения вычисляем  по формуле:

По формуле  находим значение :

Из таблицы  значений коэффициента Стьюдента для и , что больше рассчитанного . Следовательно, средняя величина не значимо отличается от средней генеральной совокупности.

Ответ: различие не значимо при a=0,95

 

2. Контрольные  задания по теме «Гравиметрические  методы анализа»

 

4. Вычислить  фактор пересчета (гравиметрический  фактор), если определяемое вещество – , гравиметрическая форма – (хинолин молибдофосфат).

Решение

Фактор пересчета (гравиметрический фактор) рассчитывают по следующей формуле:

,

где и – стехиометрические коэффициенты в химических формулах определяемого вещества и гравиметрической формы.

Составим пропорцию

Следовательно,

Ответ: фактор пересчета составил 0,0341.

 

14. Какой объем 0,5 М Na₂HPO₄ потребуется для осаждения магния в виде MgNH₄PO₄ из 0,5 г сплава, содержащего 90% Mg, при стехиометрическом соотношении реагирующих веществ?

Решение

Запишем уравнение  реакции:

Молярные массы определяемого вещества и осадителя равны

;

Масса магния в  навеске сплава равна:

Составим пропорцию, в соответствии с которой взаимодействуют  определяемое вещество и осадитель:

Следовательно,

Учитывая молярную концентрацию раствора, вычисляем требуемый  объем раствора .

;

Ответ:

 

24. Из навески  криолита массой 0,4525 г получили 0,0809 г Al₂O₃. Вычислить массовую долю (%) Na₃AlF₆ в криолите.

Решение

Рассчитаем  фактор пересчета оксида аммония на гексафторалюминат натрия:

Вычислим массу гексафторалюмината натрия в полученной гравиметрической форме:

Следовательно, в навеске криолита массой 0,4525 г  содержится 0,3332 г. . Теперь мажем вычислить его массовую долю в криолите:

0,3332 г содержится в 0,4525 г криолита

            m г            содержится в 100 г. криолита

Следовательно, массовая доля гексафторалюмината натрия  в криолите составляет

Ответ: .

 

3. Контрольные  задания по теме «Титриметрические  методы анализа»

 

4. Рассчитайте и постройте  кривую титрования 0,2 н раствора  0,2 М раствором . Выбор индикатора подтвердите расчетами индикаторной ошибки титрования.

Решение

 – сильное основание, а  – сильная кислота, поэтому в данном случае рассмотрим титрование сильного основания сильной кислотой.

Предположим, что для титрования взяли 100,00 мл раствора . По закону эквивалентов рассчитаем объем раствора , необходимый для оттитровывания (для достижения т.э.):

;

Допустим, что объем раствора при титровании не изменяется.

1. Сильные кислоты и  основания в водном растворе  диссоциированы нацело, поэтому  концентрацию  или рассчитывают исходя из концентрации по уравнению:

2. Значение  раствора до точки эквивалентности будут определяться концентрацией неоттитрованного основания. При прибавлении 25,00 мл раствора на титрование затрачено

Неоттитрованное количество определяется вычитанием эквивалентного количества от исходного:

отсюда  , а

Объединим поэтапный расчет и учитывая, что молярные концентрации эквивалентов в данном случае равны  молярным концентрациям, получим в  общем виде:

,

где и – исходные концентрации растворов титранта и титруемого вещества соответственно;

 – исходный объем титруемого  вещества;

 – добавленный объем титранта.

Рассчитываем при добавлении 45,00 мл раствора _(90%):

Если добавлено 49,50 мл раствора _(99%):

После прибавления 49,95 мл раствора _(99,9):

3. В точке эквивалентности  раствора определяется автопротолизом воды,

За точкой эквивалентности  определяется избытком . При добавлении 50,05 мл раствора _(100,1%):

,

При добавлении 50,50 мл раствора _(101%):

При добавлении 55,00 мл раствора _(110%):

Результаты вычислений сведем в таблицу и построим кривую титрования:

Объем титранта,	– определяющий компонент	Формула для  расчета
0			13,30
25,00			13,00
45,00			12,30
49,50			11,30
49,95			10,30
50,00			7,00
50,05			3,70
50,50			2,70
55,00			1,70

 

Рис 1

 

Скачок титрования определяется резким изменением от 10,30 до 3,70 при недотитровывании или перетитровывании на 0,1 % соответственно. Правило выбора индикаторов предусматривает, что интервал перехода окраски индикатора должен укладываться в скачок титрования. Используя справочные данные по интервалу перехода окраски индикаторов, предлагаю следующие индикаторы: метиловый оранжевый (интервал перехода 3,1-4,4), метиловый красный (интервал перехода 4,2-63), бромтимоловый синий (интервал перехода 6,0-7,6), фенолфталеин (интервал перехода 8,0-9,6).

Расчет индикаторной ошибки на примере метилового красного

, индикатор метиловый красный (интервал перехода индикатора 4,2-6,2).

Титрование с метиловым красным заканчивается при наличии в растворе некоторого избытка сильной кислоты (рН=5), т.е. будет наблюдаться Н⁺-ошибка со знаком «+», так как раствор перетитрован.

,

где – объем титруемого основания, см³; – объем титранта, см³.

Ошибка невелика, поэтому индикатор метиловый  красный для титрования пригоден.

 

14. Рассчитайте содержание  формальдегида (в масс. %) в полимерном материале, если навеску полимера массой 0,5 г растворили в 250 см³ растворителя. К 50 см³ этого раствора в щелочной среде добавили 5 см³ 0,1 н раствора йода, избыток которого затем оттитровали 12 см³ 0,01 н раствора тиосульфата натрия.

Решение

Формальдегид количественно  окисляется йодом в щелочном растворе с образование солей муравьиной кислоты:

По методу обратного титрования количество молей эквивалента  определяется разностью:

Найдем количество молей  эквивалента йода:

Количество  молей эквивалента  :

Далее рассчитаем количество молей  :

Найдем массу  формальдегида в 50 мл раствора с  учетом

Рассчитаем массу формальдегида  в 250 мл раствора:

Найдем содержание формальдегида в полимерном растворителе:

Ответ:

 

4. Контрольные  задания по теме «Электрохимические  методы анализа»

 

4. Из навески  сплава 1,2 г железо перевели в Fе²⁺ и оттитровали раствором Ce(SO₄)₂. Вычислить массовую долю железа в сплаве по результатам потенциометрического титрования:

V(Ce(SO4)2), см3	E, мВ	V(Ce(SO4)2), см3	E, мВ	V(Ce(SO4)2), см3	E, мВ
2,0	712	19,8	889	22,0	1391
10,0	771	20,0	1110
18,0	830	20,2	1332

Решение

Результаты  потенциометрического титрования:

	2	10	18	19,8	20	20,2	22
	712	771	830	889	1110	1332	1391

Строим график потенциометрического титрования.

 

Рис 2

 

По этой кривой сложно определить точку конца титрования в виде первой производной функции  .

На основе исходных данных вычислим отношение и поставим их с соответствующими объемами:

	2	10	18	19,8	20	20,2	22
	-	8	8	1,8	0,2	0,2	1,8
	712	771	830	889	1110	1332	1391
	-	59	59	59	221	222	59
	-	7,38	7,38	32,78	1105	1110	32,78

 

Рис 3

 

Конечную точку  титрования определим по данной кривой. В этом случае она составляет , что соответствует максимуму дифференциальной кривой.

Схема анализа 

По закону эквивалентов:

Найдем массу железа в  растворе:

;

Вычислим массовую долю железа в сплаве:

Ответ: 94,01 % железа в сплаве.

 

14. В сплаве  содержится 20 масс. % свинца. Навеску  сплава массой 0,6 г растворили в 200 см³ раствора. Для кулонометрического определения было взято 30 см³ этого раствора. Сколько времени необходимо проводить электролиз током 50 мА для полного выделения свинца, если выход по току равен 0,6?

Решение:

Найдем массу  свинца в сплаве:

Найдем массу  в 30 мл раствора:

;

Найдем количество электричества по формуле:

, где 

 – количество электричества,  необходимое для выделения на  электроде  граммов вещества с молярной массой эквивалента, равной ;

 – число электронов, участвующих  в электродной реакции;

 – молярная масса определяемого вещества.

_{Рассчитаем  время электролиза:}

, где – сила тока, А;

 – время электролиза, с;  – выход по току.

Ответ:

 

5. Теоретические  вопросы для контрольных работ,  выполняемых студентами заочной формы обучения

 

4. Комплексонометрическое  титрование. Сущность метода. Характеристика  средств измерений. Характеристика метода. Применение для контроля качества продукции.

Сущность  метода.

Комплексометрическое  титрование основано на реакциях образования комплексов:

 

Методами  комплексометрического титрования можно определять ионы-комплексообразователи и ионы или молекулы, которые выступают в роли лигандов. Классификация данной группы методов основана на применямых рабочих растворах: фторидометрия , цианидометрия , меркуриметрия , комплексонометрия (комплексоны).

Наибольшее  практическое значение имеет последний  метод, а среди большого числа  применяемых комплексонов – этилендиаминтетрауксусная кислота и ее натриевая соль (ЭДТА). Концентрация стандартного раствора ЭДТА обычно устанавливается по стандартным растворам солей , , . Возможно приготовление стандартного раствора по точной навеске вещества. Промышленностью выпускаются также фиксаналы ЭДТА.

Реакции с ЭДТА протекают строго стехиометрически. Кривые титрования в комплексонометрии показывают изменение концентрации катиона металла от объема раствора титранта. Для индикации КТТ применяют специальные металл-индикаторы: ксиленоловый оранжевый (переход от красной окраски к желтой), ПАН (пиридил-2-азонафтол), эриохром черный (переход синий-оранжевый) и другие.

Комплексонометрическое  титрование применяется для определения содержания катионов металлов. ЭДТА образует с катионами металлов чрезвычайно устойчивые комплексы. Косвенными методами можно определять также анионы. В растворах ЭДТА за счет комплек-сообразования растворяются такие малорастворимые соединения как , , , и т. д. Поэтому данным методом можно определять содержание ионов металла и в малорастворимых соединениях.

Для титрования растворами комплексонов используются различные приемы. Методы прямого титрования используются для определения , , , , , и др. В ходе прямого титрования аликвотную часть исследуемого раствора титруют при соответствующих условиях стандартным раствором ЭДТА. При обратном титровании к исследуемому раствору приливают определенный объем стандартного раствора ЭДТА. После связывания определяемых ионов, избыток ЭДТА отитровывают стандартным раствором , или . Метод косвенного титрования основан на том, что к исследуемому раствору приливают раствор комплекса магния с ЭДТА. Магний образует с ЭДТА менее устойчивые комплексы, чем другие металлы. В растворе происходит реакция обмена:

Выделившиеся  свободные ионы магния титруют стандартным  раствором ЭДТА. В связи с тем, что при образовании комплексов в раствор выделяется эквивалентное количество ионов водорода, определение можно провести оттитровав последние методами кислотно-основного титрования с применением соответствующих кислотно-основных индикаторов. Выделение ионов водорода приводит к изменению среды, что может повлиять на устойчивость комплексов и привести к искажению результатов анализа. Чтобы избежать этого стабилизируют добавлением буферных растворов или определение ведут в щелочной среде.

Характеристика  средств измерений.

В комплексонометрическом титровании используется специальная мерная, или калиброванная, посуда, предназначенная для точного измерения объемов. При проведении анализа всегда следует четко определиться, чем измерять тот или иной объем. Например, в колбу для титрования исследуемый раствор будет отмерен обязательно пипеткой или мерной колбой, т. е. с точностью до 0,01-0,05 мл; буферный раствор можно добавлять мерным цилиндром, с точностью 1-5 мл; а разбавление титруемого раствора в колбе водой достаточно произвести попросту "на глазок".

Мерные колбы (Рис. 1) используют в аналитической  лаборатории для приготовления  и разбавления растворов точной концентрации, иногда для отбора точных объемов. Объем жидкости, заполняющей  колбу, соответствует указанному, когда нижний край мениска точно совпадает со штрихом кольцевой метки на горлышке колбы, причем глаза наблюдателя находятся на одном уровне с мениском и меткой. Мерные колбы применяют для приготовления стандартных растворов: точную навеску первичного стандарта растворяют и разбавляют до требуемого объема (в аналитических лабораториях наиболее распространены мерные колбы вместимостью от 25 до 2000 мл). Также их используют, чтобы точно разбавлять растворы: отбирают определенный объем более концентрированного раствора и доводят до метки. Поскольку мерную посуду нагревать нельзя, то образцы, растворяющиеся при нагревании, предварительно растворяют в стакане или конической колбе, а полученный раствор количественно переносят в мерную колбу (многократным ополаскиванием стенок стакана дистиллированной водой; промывные воды также вносят в мерную колбу). После доведения раствора до метки колбу закрывают пробкой и тщательно перемешивают, переворачивая ее и встряхивая. Мерные колбы не предназначены для хранения растворов, особенно щелочных.

Пипетки (Рис. 2)  служат для переноса точно измеренных объемов (от 1 до 100 мл) из одних сосудов в другие. Для заполнения пипетки рекомендуется применять резиновую грушу, а не всасывать раствор ртом; при этом грушу следует держать левой рукой, а пипетку – большим и средним пальцами правой руки; указательный держат наготове, чтобы закрыть отверстие пипетки. Перед употреблением пипетку промывают дистиллированной водой, а затем ополаскивают исследуемым раствором (набирают раствор, затем выливают в слив). Для наполнения пипетки набирают раствора несколько выше метки, закрывают верхнее отверстие указательным пальцем. Осторожно ослабляя нажим, доводят уровень жидкости до метки и тогда плотно зажимают верхнее отверстие. Пипетку помещают над сосудом, в который надо переноси раствор и, держа ее вертикально, дают жидкости стечь. Последнюю каплю снимают, касаясь отверстием пипетки внутренней стенки колбы (не выдувать!). Затем стенки колбы омывают дистиллированной водой из промывалки. Помимо пипеток с одной меткой (пипетки Мора) существуют градуированные пипетки (от 1 до 25 мл), жидкость из них выливают до соответствующей метки.

Бюретки (Рис. 3) служат для измерения объемов  вытекающих из них растворов (в лабораторной практике используются бюретки объемом от 5 до 100 мл). Прежде чем наполнять бюретку рабочим раствором, ее, как и всякий другой измерительный сосуд, нужно тщательно вымыть. Для удаления воды ее ополаскивают полным объемом того раствора, которым ее предполагается заполнить. Жидкость из бюретки никогда не выливают до конца, а оставляют носик бюретки заполненным; в противном случае образуется воздушный пузырь, который будет мешать титрованию, да и повлияет на точность измерения объема. Непосредственно перед началом титрования устанавливают нижний мениск жидкости в бюретке на нуле, причем глаз наблюдателя находится на одном уровне с мениском и нулевой отметкой. При титровании выливать жидкость из бюретки необходимо не слишком быстро; если она не успевает стекать со стенок, определение становится не точным. После окончания титрования замеряют объем вылитой жидкости по делениям бюретки, не забывая также оценивать (на глаз) расстояние между делениями, которое занимает мениск. Таким образом, точность отсчетов по лабораторной бюретке объемом 25 мл составляет около 0,02 – 0,03 мл. Чтобы бюретки при хранении по возможности не загрязнялись, их заполняют доверху дистиллированной водой.

Химические  колбы (Рис. 4) служат для проведения в них химических реакций; термостойкие колбы используют для нагревания растворов; градуированные колбы служат для приготовления растворов приблизительной концентрации.

Характеристика  метода.

Комплексонометрическое  титрование позволяет с высокой  точностью проводить анализ различных  сплавов и минералов. При этом возможно определение многих элементов при совместном присутствии, если использовать пригодные для этой цели металлохромные индикаторы и регулировать рН среды.

Метод комплексонометрического  титрования точен, выполняется быстро и просто и имеет высокую избирательность, что обеспечило широкое применение метода в практике химического анализа.

Применение для контроля качества продукции.

Разработаны комплексонометрические методики определения  почти всех металлов, а также многих анионов. Большинство ионов металлов определяют прямым титрованием. В кислой среде, например, определяют , , , ; ионы щелочно-земельных металлов – , , – в щелочной среде.

Особое  практическое значение имеет совместное титриметрическое определение кальция и магния для характеристики общей жесткости воды (ГОСТ 4151). Суммарное содержание кальция и магния определяют путем прямого титрования пробы воды раствором ЭДТА при с индикатором эриохромовым черным . Однако при анализе вод бедных магнием применяют заместительное титрование: к пробе добавляют избыток раствора комплекса магния с ЭДТА, а затем титруют магний, вытесненный кальцием из комплекса, раствором ЭДТА.

Стандартные методики комплексонометрического  титрования применяют также при  контроле качества продовольственных  товаров:

- при  определении редуцирующих сахаров в сахаре-песке, сахаре-рафинаде и сахаре-сырце (метод Найта и Аллена с применением ЭДТА по ГОСТ 12575);

- при  определении хлорид-ионов (меркуриметрическим  методом), а также массовой доли  магний- и кальций-ионов и оксида  железа (комплексон – ЭДТА) в поваренной соли (ГОСТ 13685);

- при  определении хлорид-ионов (меркуриметрическим  методом по ГОСТ 23268.17) и ионов  серебра в минеральных питьевых  лечебных, лечебно-столовых и природных  столовых водах (с комплексоном  дитизон по ГОСТ 23268.3).

Комплексон  ЭДТА также широко применяется и при определении характеристик промышленной продукции:

- массой  доли цинка и свинца в белилах  цинковых по ГОСТ 202;