УЧЕБНИК ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Под редакцией д-ра хим. наук проф. <...> Л. Б. Кузнецовой Электронное издание Рекомендовано Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» (национальный исследовательский университет) в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по химико-технологическим направлениям подготовки и специальностям Москва Лаборатория знаний 2017 УДК 543 ББК 24.5я73 А64 С е р и я о с н о в а н а в 2009 г. А в т о р с к и й к о л л е к т и в: Е. Г. Власова, А. Ф. Жуков, И. Ф. Колосова, К. А. Комарова, В. В. Кузнецов, Л. Б. Кузнецова, Е. А. Кучкарев, Л. Н. Медведева, С. Л. Рогатинская, Н. Д. Румянцева, О. Л. Саморукова, Л. Б. Оганесян, М. Б. Огарева, О. М. Петрухин, А. Р. Тимербаев Аналитическая химия: химические методы анализа [ЭлекА64 тронный ресурс] / Е. Г. Власова [и др.] ; под ред. <...> ISBN 978-5-00101-554-3 В настоящем издании для химико-технологических и других вузов, в которых курс аналитической химии является частью общехимической подготовки специалистов, рассмотрены теоретические основы аналитической химии, методы количественного и качественного химического анализа. <...> Общие теоретические основы аналитической химии 13 Глава 1. <...> Приготовление и стандартизация раствора перманганата калия (вторичного стандарта) . <...> Приготовление и стандартизация раствора тиосульфата натрия (вторичный стандарт) . <...> Приготовление и стандартизация раствора иода (вторичный стандарт) . <...> Часть I ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ Глава 1 ВВЕДЕНИЕ В АНАЛИТИЧЕСКУЮ ХИМИЮ Целью аналитической химии является определение химического состава материальных тел. <...> Наряду с неорганическими аналитическими реагентами большое значение в аналитической химии имеют органические аналитические реагенты. <...> Исторически для определения состава вещества использовали в основном аналитические химические реакции <...>
Аналитическая_химия_химические_методы_анализа.pdf
У ЧЕБ
УЧЕБНИК ДЛЯ ВЫСШЕЙ
ЧЕБНИ К ДЛЯ ВЫСШЕЙ ШКО
ЛЯ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
АНАЛИЗА
Под редакцией
д-ра хим. наук проф. О. М. Петрухина,
канд. хим. наук доц. Л. Б. Кузнецовой
2-e издание, электронное
Рекомендовано
Государственным образовательным
учреждением высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
(национальный исследовательский университет) в качестве
учебника для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по химико-технологическим
направлениям подготовки и специальностям
Москва
Лаборатория знаний
2021
Стр.2
УДК 543
ББК 24.5я73
А64
С е р и я о с н о в а н а в 2009 г.
А в т о р с к и й к о л л е к т и в:
Е. Г. Власова, А. Ф. Жуков, И. Ф. Колосова, К. А. Комарова,
В. В. Кузнецов, Л. Б. Кузнецова, Е. А. Кучкарев,
Л. Н. Медведева, С. Л. Рогатинская, Н. Д. Румянцева,
О. Л. Саморукова, Л. Б. Оганесян, М. Б. Огарева,
О. М. Петрухин, А. Р. Тимербаев
А64
Аналитическая химия: химические методы анализа /
Е. Г. Власова [и др.] ; под ред. О. М. Петрухина, Л. Б. Кузнецовой.
— 2-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2021. —
467 с. — (Учебник для высшей школы). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-93208-502-8
В настоящем издании для химико-технологических и других вузов,
в которых курс аналитической химии является частью общехимической
подготовки специалистов, рассмотрены теоретические основы аналитической
химии, методы количественного и качественного химического анализа.
Отдельная глава посвящена метрологической характеристике методов аналитической
химии и результатов анализа. Даны описания практических работ
по анализу неорганических и органических объектов. Включены вопросы
и задачи для самостоятельной работы студентов с примерами их решения.
Таким образом, в одной книге собраны учебник, практикум и задачник.
Для студентов, аспирантов и преподавателей химических факультетов
университетов и химико-технологических вузов.
УДК 543
ББК 24.5я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Аналитическая химия:
химические методы анализа / Е. Г. Власова [и др.] ; под ред. О. М. Петрухина,
Л. Б. Кузнецовой. — М. : Лаборатория знаний, 2017. — 464 с. : ил. —
(Учебник для высшей школы). — ISBN 978-5-906828-19-4.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать
от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-502-8
© Лаборатория знаний, 2017
Стр.3
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ .....................................................................................................9
Часть I. Общие теоретические основы аналитической химии
13
Глава 1. Введение в аналитическую химию ................................................14
1.1. Классификация методов анализа. Основные термины
аналитической химии ................................................................................14
1.2. Значение аналитической химии ...............................................................17
1.3. Роль химических методов анализа в подготовке
химика-технолога .......................................................................................19
Литература ...............................................................................................................20
Глава 2. Химические равновесия ...................................................................22
2.1. Константы равновесия ..............................................................................22
2.2. Протолитические равновесия ...................................................................25
2.2.1. Водные растворы сильных и слабых протолитов ....................26
2.2.2. Буферные растворы ......................................................................30
2.2.3. Неводные растворители ...............................................................34
2.3. Реакции комплексообразования ...............................................................40
2.3.1. Основные понятия ........................................................................41
2.3.2. Равновесия в растворах комплексов ..........................................43
2.3.3. Устойчивость комплексов ............................................................44
2.3.4. Примеры использования комплексов в аналитической
химии ..............................................................................................48
2.4. Окислительно-восстановительные равновесия .....................................51
2.5. Гетерогенные равновесия .........................................................................55
Литература ...............................................................................................................57
Глава 3. Органические аналитические реагенты ......................................59
3.1. Функционально-аналитические группировки
и аналитико-активные группы .................................................................59
3.2. Реакции осаждения ....................................................................................63
3.3. Реакции образования окрашенных комплексов .....................................64
3.4. Другие типы реакций ................................................................................65
3.5. Индикаторы ................................................................................................67
Литература ...............................................................................................................69
Стр.4
4
Содержание
Глава 4. Отбор и подготовка пробы к анализу ..........................................71
4.1. Отбор пробы ...............................................................................................71
4.2. Подготовка пробы ......................................................................................73
4.2.1. Разложение пробы ........................................................................73
4.2.2. Методы разделения и концентрирования ..................................75
Литература ...............................................................................................................91
Глава 5. Погрешности аналитических определений и их оценка ..........93
5.1. Виды погрешностей ..................................................................................93
5.2. Оценка случайных отклонений ................................................................96
5.3. Статистическое распределение погрешностей.
Предел обнаружения .................................................................................99
5.4. Исключение промахов из выборки. Результаты
статистической обработки ......................................................................107
5.5. Сравнение двух выборок. Обнаружение систематических
погрешностей ...........................................................................................109
5.6. Классификация систематических погрешностей.
Коэффициент корреляции .......................................................................113
5.7. Сложение случайных и систематических погрешностей.
Представление результатов анализа ......................................................115
5.8. Погрешности некоторых методов анализа ...........................................117
5.8.1. Гравиметрический метод ...........................................................117
5.8.2. Прямой титриметрический метод .............................................118
Литература .............................................................................................................123
Часть II. Качественный анализ
125
Глава 6. Аналитическая химическая реакция ..........................................126
6.1. Типы аналитических реакций ................................................................127
6.2. Условия проведения аналитических реакций ......................................129
Глава 7. Систематический и дробный качественный анализ ...............131
Глава 8. Техника эксперимента ....................................................................138
Глава 9. Идентификация индивидуальных ионов.
Анализ смеси катионов ........................................................................146
9.1. Аналитические реакции катионов .........................................................146
9.2. Аналитические реакции анионов ..........................................................168
9.3. Анализ смеси катионов ...........................................................................170
Глава 10. Анализ неизвестного вещества ..................................................174
Вопросы и задачи .................................................................................................178
Литература .............................................................................................................179
Часть III. Количественный анализ
181
Глава 11. Гравиметрический метод анализа .............................................182
11.1. Теоретические основы метода осаждения ...........................................183
11.1.1. Механизм процесса осаждения .................................................183
Стр.5
Содержание
5
11.1.2. Растворимость осадков ..............................................................186
11.1.3. Загрязнение осадков ...................................................................191
11.1.4. Выбор осадителя .........................................................................193
11.2. Органические аналитические реагенты-осадители .............................194
11.3. Применение реакций внешнесферного комплексообразования.........197
11.4. Получение осаждаемой формы ..............................................................198
11.5. Фильтрование и промывание осадка ....................................................199
11.6. Получение гравиметрической формы ...................................................200
11.7. Расчеты в гравиметрическом анализе ...................................................202
11.8. Применение гравиметрического метода анализа.................................203
11.9. Техника эксперимента .............................................................................205
11.9.1. Оборудование ..............................................................................205
11.9.2. Техника проведения гравиметрического анализа ...................208
Практические работы ...........................................................................................212
Работа 1. Определение сульфатов .....................................................212
Работа 2. Определение железа(III) ....................................................214
Работа 3. Определение никеля(II) ......................................................215
Работа 4. Определение кобальта(II) ...................................................216
Работа 5. Определение перхлоратов..................................................217
Работа 6. Определение салициловой кислоты .................................218
Работа 7. Определение витамина В1 .................................................218
Вопросы и задачи .................................................................................................219
Литература .............................................................................................................221
Глава 12. Титриметрические методы анализа ..........................................223
12.1. Принципы титриметрических методов анализа ..................................223
12.2. Теоретические кривые титрования ........................................................225
12.3. Установление точки эквивалентности ...................................................228
12.4. Погрешности в титриметрических методах анализа ..........................228
12.5. Расчеты в титриметрическом методе анализа .....................................230
12.6. Способы титрования ...............................................................................233
12.6.1. Прямое титрование .....................................................................233
12.6.2. Обратное титрование ..................................................................233
12.6.3. Титрование заместителя ............................................................234
12.7. Первичные и вторичные стандартные растворы .................................235
12.8. Техника эксперимента .............................................................................236
12.8.1. Измерение объемов растворов, мерная посуда .......................236
12.8.2. Приготовление стандартных растворов ...................................242
12.8.3. Установка титра растворов титрантов .....................................245
12.8.4. Общие указания по выполнению титриметрических
определений .................................................................................247
Литература .............................................................................................................248
Глава 13. Методы кислотно-основного титрования ...............................249
13.1. Теоретические основы методов .............................................................249
13.1.1. Теории кислот и оснований ......................................................249
13.1.2. Протонная теория Брёнстеда–Лоури ........................................251
Стр.6
6
Содержание
13.1.3. Кислотно-основное взаимодействие и количественная оценка
кислотности и основности .....................................................................254
13.2. Кислотно-основное титрование .............................................................255
13.2.1. Кривые титрования сильных одноосновных протолитов ......257
13.2.2. Кривые титрования слабых одноосновных протолитов ........261
13.2.3. Кривые титрования смесей кислот (оснований) ....................265
13.2.4. Кривые титрования многоосновных кислот
и многокислотных оснований ...................................................269
13.2.5. Влияние различных факторов на кривые титрования ...........273
13.2.6. Определение точки эквивалентности. Кислотно-основные
индикаторы ..................................................................................275
13.3. Стандартные растворы ............................................................................283
13.3.1. Приготовление 0,1М-го раствора кислоты ..............................284
13.3.2. Приготовление 0,1М-го раствора щелочи ...............................287
13.4. Вещества, определяемые методом кислотно-основного
титрования ................................................................................................288
Практические работы ...........................................................................................291
Работа 1. Определение Na2CO3 .........................................................291
Работа 2. Анализ смесей NaOH + Na2CO3 и Na2CO3 + NaHCO3 ....293
Работа 3. Определение солей аммония .............................................294
Работа 4. Определение азота в органических соединениях
по Кьельдалю ......................................................................297
Работа 5. Определение некоторых оксидов и карбонатов ..............297
Работа 6. Определение солей щелочноземельных металлов .........298
Работа 7. Определение кислот ...........................................................299
Работа 8. Определение солей с использованием ионного обмена ...302
Работа 9. Определение спиртов .........................................................303
Работа 10. Определение фенолов в неводных растворах .................304
Работа 11. Определение кислотного числа и числа омыления
в полимерах .........................................................................305
Вопросы и задачи .................................................................................................306
Литература .............................................................................................................314
Глава 14. Методы окислительно-восстановительного
титрования ..............................................................................................316
14.1. Теоретические основы методов .............................................................316
14.1.1. Окислительно-восстановительные системы ............................316
14.1.2. Уравнение Нернста......................................................................320
14.1.3. Факторы, влияющие на потенциал ...........................................321
14.1.4. Термодинамика окислительно-восстановительных
реакций .........................................................................................327
14.1.5. Окислительно-восстановительные равновесия
и способы их смещения .............................................................328
14.1.6. Расчет констант равновесий окислительновосстановительных
реакций при стандартных условиях ......329
Стр.7
Содержание
7
14.1.7. Механизмы окислительно-восстановительных реакций ........331
14.1.8. Кинетика окислительно-восстановительных реакций ...........333
14.1.9. Окислительно-восстановительные реакции в неводных
средах ...........................................................................................337
14.2. Кривые титрования ..................................................................................339
14.2.1. Расчет теоретических кривых ...................................................339
14.2.2. Влияние условий титрования на ход кривых .........................342
14.2.3. Титрование многокомпонентных систем .................................344
14.2.4. Определение точки эквивалентности .......................................346
14.2.5. Окислительно-восстановительные индикаторы ......................346
14.2.6. Классификация методов окислительно-восстановительного
титрования ...................................................................................350
14.3. Перманганатометрия ................................................................................354
14.3.1. Особенности и возможности метода ........................................355
14.3.2. Приготовление и стандартизация раствора перманганата
калия (вторичного стандарта) ...................................................360
Практические работы ...........................................................................................362
Работа 1. Определение железа(II) ......................................................362
Работа 2. Определение железа(III) ....................................................363
Работа 3. Анализ растворов, содержащих железо(II)
и железо(III) ........................................................................364
Работа 4. Определение кальция .........................................................364
Работа 5. Определение дихромата калия ..........................................366
Работа 6. Определение пероксида водорода ....................................367
Работа 7. Определение нитритов .......................................................367
Работа 8. Определение муравьиной кислоты в присутствии
уксусной кислоты ...............................................................368
14.4. Иодометрия ...............................................................................................369
14.4.1. Особенности и возможности метода ........................................369
14.4.2. Приготовление и стандартизация раствора тиосульфата
натрия (вторичный стандарт) ....................................................374
Практические работы ...........................................................................................376
Работа 1. Определение меди(II) .........................................................376
Работа 2. Определение сильных кислот ...........................................376
Работа 3. Определение сульфитов .....................................................377
Работа 4. Определение формальдегида .............................................378
14.5. Иодиметрия ...............................................................................................379
14.5.1. Особенности и возможности метода ........................................379
14.5.2. Приготовление и стандартизация раствора иода
(вторичный стандарт) .................................................................381
Практические работы ...........................................................................................382
Работа 1. Определение аскорбиновой кислоты ...............................382
Работа 2. Определение β-нафтола .....................................................383
Вопросы и задачи .................................................................................................384
Литература .............................................................................................................389
Стр.8
8
Содержание
Глава 15. Методы комплексоно метрического титрования .....................390
15.1. Реакции комплексообразования в титриметрическом анализе ..........390
15.2. Скорость и механизм реакций комплексообразования .......................393
15.3. Комплексоны класса аминополикарбоновых кислот ..........................396
15.3.1. Протолитические свойства ЭДТА .............................................400
15.3.2. Хелатообразование ЭДТА с ионами металлов .......................401
15.3.3. Равновесия реакций комплексообразования............................404
15.3.4. Условные константы устойчивости ..........................................408
15.3.5. Выбор условий титрования .......................................................411
15.4. Кривые комплексонометрического титрования ...................................416
15.4.1. Скачок на кривой титрования ...................................................418
15.4.2. Определение точки эквивалентности .......................................419
15.5. Комплексонометрические индикаторы (металлоиндикаторы) ...........419
15.5.1. Типы металлоиндикаторов ........................................................421
15.5.2. Условия применения металлоиндикаторов ..............................424
15.6. Приемы улучшения избирательности титрования ..............................426
15.6.1. Влияние кислотности среды .....................................................427
15.6.2. Использование маскирующих реагентов .................................427
15.7. Прямые и косвенные способы комплексонометрического
титрования ................................................................................................430
15.8. Определение анионов ..............................................................................431
Практические работы ...........................................................................................433
Работа 1. Приготовление и стандартизация раствора ЭДТА .........433
Работа 2. Определение кальция .........................................................435
Работа 3. Определение магния ...........................................................436
Работа 4. Определение железа(III) ....................................................437
Работа 5. Определение алюминия .....................................................438
Работа 6. Определение марганца(II) ..................................................440
Работа 7. Определение меди(II) ........................................................441
Работа 8. Определение свинца(II) ....................................................443
Работа 9. Определение никеля(II) ....................................................444
Работа 10. Определение жесткости воды ...........................................445
Вопросы и задачи .................................................................................................446
Литература .............................................................................................................448
Приложения .........................................................................................................449
Приложение 1. Произведения растворимости некоторых
малорастворимых веществ .......................................................449
Приложение 2. Константы ионизации некоторых кислот и оснований ........450
Приложение 3. Стандартные окислительно-восстановительные
потенциалы .................................................................................458
Приложение 4. Логарифмы ступенчатых (Kn) и общих констант
устойчивости (βn) некоторых комплексов ионов
металлов с различными лигандами .........................................460
Стр.9