Iпрограмма по аналитической химии и ФХМА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Программа, вопросы для подготовки к экзаменам, методические указания и задания по выполнению домашних работ для студентов очной формы обучения по направлению:

 

 

Продукты питания из растительного сырья

Продукты питания животного происхождения

Технология продукции и организация общественного питания

 

Уфа 2015

 

Рекомендовано к изданию методической комиссией

Факультета пищевых технологий (протокол № 1 от 01. 09. 2015г)

 

Составитель: доцент Нурушев Р.А.

 

Ответственный

за выпуск:

заведующий кафедрой химии доцент Ярмухамедова Э.И.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………...……4

I. Программа по аналитической химии и ФХМА……………………...……..4

II. Вопросы для подготовки к курсовому экзамену…………………..………6

Ш. Методические указания по выполнению домашней работы……....……15

IV. Таблица. Домашние задания………………………………………..……..17

V. Методические указания и решения типовых задач…………….……….19

Библиографический список……………………………………………………….43

ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия, являясь одной из общеобразовательных дисциплин, закладывает теоретические основы изучения специальных дисциплин, важнейших в системе образования специалиста естественно - научного и сельскохозяйственного профиля.

Курс аналитической химии дает теоретическую и практическую подготовку студента, предполагает получение им знаний и навыков, необходимых для решения задач по установке качественного, количественного состава пищевых продуктов.

 

IПРОГРАММА ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ И ФХМА

Аналитическая химия как метрологическая наука. Метрологические и аналитические характеристики методов анализа.Качественный и количественный анализ неорганических и органических веществ. Методы аналитической химии, их характеристика и применение. Характерные реакции катионов и анионов. Аналитические группы катионов и анионов. Дробный и систематический методы анализа. Кислотно-основная схема анализа. Групповой реагент и условия его применения. Требования к реакциям, используемым в аналитической химии. Чувствительность и избирательность аналитических реакций.

Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константа равновесия. Факторы, влияющие на равновесие. Сильные и слабые электролиты. Равновесия в растворах слабых и сильных электролитов. Расчёт равновесных концентраций. Степень электролитической диссоциации. Понятие об ионной силе раствора и коэффициентах активности.

Современные представления о кислотно-основном равновесии. Понятие кислот и оснований. Сила кислот и оснований. Понятие рН. Расчёт значений рН в растворах сильных кислот и оснований. Расчёт значений рН в растворах слабых кислот. Расчёт значений рН в растворах слабых оснований. Буферные системы и их свойства. Буферная ёмкость. Вычисление значений рН ацетатного буфера. Вычисление значений рН аммиачного буфера. Закон действующих масс и явление гидролиза солей. Расчёт значений рН растворов солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием, слабым основанием и сильной кислотой. Константа и степень гидролиза. Смещение равновесия при гидролизе. Факторы, влияющие на степень гидролиза. Усиление и подавление гидролиза. Роль гидролиза в анализе.

Гетерогенное равновесие. Применение закона действующих масс к гетерогенным процессам. Произведение растворимости. Связь между растворимостью и ПР. Использование правила ПР в анализе. Условия образования и растворения осадков. Факторы, влияющие на смещение гетерогенного равновесия. Применение процессов осаждения в анализе.

Реакции комплексообразования в аналитической химии. Константа нестойкости комплекса. Использование комплексообразования для открытия, разделения и маскировки ионов.

Окислительно-восстановительные реакции в аналитической химии. Стандартный и равновесный потенциал. Уравнение Нернста. Влияние различных факторов на величину окислительно-восстановительного потенциала.

Задача и методы количественного анализа. Значение количественного анализа в почвоведении и агрохимии. Требования, предъявляемые к количественному анализу. Техника анализа (отбор средней пробы, взятие навески, переведение вещества в раствор).

Гравиметрический анализ. Осаждаемая и весовая формы и требования, предъявляемые к ним. Влияние различных факторов на полноту осаждения. Выбор осадителя. Осадки, их образование, свойства и чистота. Требования, предъявляемые к осадкам. Влияние различных факторов на процессы осаждения. Условия образования аморфных и кристаллических осадков. Загрязнение осадков и борьба с ним. Виды соосаждения. Фильтрование и промывание осадков. Старение осадков. Расчёты в гравиметрическом анализе.

Титриметрический анализ. Сущность метода. Классификация. Требования, предъявляемые к реакциям в титриметрическом анализе. Способы выражения концентрации растворов. Молярная, нормальная, процентная концентрации. Титр раствора. Вычисление массы эквивалента в различных методах титриметрического анализа.

Титрование. Рабочие растворы. Первичные и вторичные стандарты. Требования, предъявляемые к первичным стандартам. Приготовление стандартных растворов HCl, KMnO₄, Na₂S₂O₃.

Метод кислотно-основного титрования. Приготовление рабочих растворов. Кривые титрования. Выбор индикатора для установления конечной точки титрования в методе кислотно-основного титрования. Интервал перехода окраски индикатора. Определение временной жёсткости воды методом кислотно-основного титрования. Практическое применение метода.

Методы окислительно-восстановительного титрования. Классификация методов. Построение кривой титрования. Индикаторы.

Перманганатометрия. Приготовление рабочих растворов метода. Первичные стандарты метода. Определение железа (условия, расчёты). Иодометрия. Приготовление рабочих растворов метода. Определение меди (условия, расчет).

Комплексонометрическое титрование. ЭДТА. Металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования. Применение комплексонов для определения общей жёсткости воды.

Характеристика и теоретическое обоснование методов осадительного титрования. Способы фиксирования точки эквивалентности. Индикаторы метода. Определение хлоридов.

Инструментальные физико-химические методы анализа. Классификация методов.

 

Спектральные и оптические методы анализа.

Колориметрия. Фотоколориметрия, фотоэлектроколориметрия.Объединенный закон светопоглощения Бугера – Ламберта – Бера. Турбидиметрия. Атомно-эмиссионная спектроскопия. Фотометрия пламени. Аналитические линии важнейших элементов. Процессы и физические явления, происходящие в пламени. Рефрактометрия. Показатель преломления. Уравнение Лорентца-Лоренца.

Электрохимические методы анализа.

Потенциометрия. Индикаторные электроды и электроды сравнения. Потенциометрическое титрование. Кондуктометрия. Электрическая, удельная, эквивалентная электропроводности. Прямая кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование. Амперометрическое титрование. Кулонометрия.

Хроматографические методы анализа.

Классификация. Задачи хроматографии при анализе пищевых продуктов. Газовая и газо-жидкостная хроматография. Хроматографические колонки. Адсорбенты. Хроматограмма. Тонкослойная хроматография. Ионнообменная хроматография. Хроматография на бумаге.

 

II ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К КУРСОВОМУ ЭКЗАМЕНУ

Модуль 1

Введение.

Предмет и методы аналитической химии. Роль аналитической химии в производстве продуктов питания.

Метрология в аналитической химии и статистическая обработка анализа. Виды погрешности анализа. Систематические погрешности. Статистическая погрешность и доверительный интервал.

 

2.Качественные реакции обнаружения катионов и анионов. Дан раствор соли бромида магния (карбоната аммония, хлорида аммония, нитрата железа (III), гидрофосфата аммония, хлорида железа (II), хлорида алюминия, карбоната калия, иодида железа (II), сульфата алюминия, бромида бария, хлорида бария, фосфата калия, бромида калия, бромида кальция, хлорида магния, иодида кальция, хлорида кальция, нитрата цинка, нитрата аммония, сульфата калия, иодида бария, нитрата цинка, сульфата марганца, сульфата магния). Используя качественные реакции обнаружения (действие группового и аналитического реагента), приведите уравнения в молекулярном, полном ионно-молекулярном и сокращенном ионно-молекулярном виде. Укажите условия проведения и аналитический эффект каждой реакции; назовите применяемые реактивы и образующиеся соединения.

Модуль 2

Количественный анализ

3.1.Гравиметрический анализ. Основные положения гравиметрии.

3.2. Титриметрический анализ. Основы метода.

3.3.Классификация титриметрических методов анализа.

3.4. Комплексонометрическое титрование. Основы метода.

3.5.Титриметрический метод анализа. Титранты, используемые в комплесонометрии.

3.6.Комплексонометрическое титрование. Примеры комплексонов. Способы титрования с использованием комплексонов.

3.7.Титриметрические методы анализа. Основы аргентометрического титрования.

3.8.Окислительно-восстановительное титрование. Классификация методов окислительно-восстановительного титрования.

3.9.Окислительно-восстановительное титрование. Перманганатометрия. Основы метода.

3.10.Окислительно-восстановительное титрование.Йодометрия. Основы метода.

3.11.Окислительно-восстановительное титрование. Броматометрия. Основы метода.

Расчетные задачи

4.1. Найти массу NaNO 3, необходимую для приготовления 300 мл 0,2 М раствора.

4.2. Сколько граммов Na 2 СO 3 содержится в 500 мл 0,25 н раствора?

4.3. В каком объеме 0,1 н раствора содержится 8 г СuSO 4?

4.4. Для нейтрализации 30 мл 0,1 н раствора щелочи потребовалось 12 мл раствора кислоты. Определите нормальность кислоты.

4.5. В каком объеме 1 М раствора и в каком объеме 1 н раствора содержится 114 г AI 2 (SO 4) 3?

4.6. Сколько миллилитров 0,5 М раствора Н 2 SO 4 можно приготовить из 15 мл 2,5 М раствора?

4.7. Какой объем 0,1 М раствора Н 3 РO 4 можно приготовить из 75 мл 0,75 н раствора?

4.8. Какой объем 6 М раствора HClнужно взять для приготовления 25 мл 2,5 М раствора HCl?

4.9. Плотность 15 %-ного раствора Н 2 SO 4 равна 1,105 г/мл. Вычислите:

а)нормальность; б) молярность;в) титр раствора.

4.10. Какая масса гидроксида калия потребуется для приготовления 300 г 1% раствора?

4.11. Вычислите массу навески перманганата калия, необходимую для приготовления 600 мл с концентрацией перманганата калия 0,05 моль/л.

4.12. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалентов раствора перманганата калия, если титр его равен 0,00075 г/мл при рН=9.

4.13. Сколько граммов КОН содержится в 0,5 л 25% раствора (р=1,24 г/мл)?

Рассчитайте титр и молярную концентрацию эквивалентов этого раствора.

4.14. Определите массу гидроксида калия, которая потребуется для приготовления 500 г 5% раствора.

4.15. Вычислите массу навески перманганата калия, необходимую для приготовления 500 мл с концентрацией перманганата калия 0,01моль/л.

4.16. Вычислите содержание (моль) безводной щавелевой кислоты в 20 мл раствора с концентрацией 0,5 моль/л.

4.17. Рассчитайте титр и молярную концентрацию эквивалентов раствора КОН, в 1 литре которого содержится 280 г щелочи.

4.18. Сколько граммов КОН содержится в 0,5 л 20% раствора (р=1,20г/мл)?

4.19. Вычислите содержание (моль) безводной щавелевой кислоты в 50 мл раствора с концентрацией 0,01моль/л.

4.20. Приготовлен раствор NaOHс массовой долей 8% (p=1,04 г/мл).

Вычислите молярную концентрацию раствора.

4.21. В каком количестве воды следует растворить 30 г KBrдля получения 6% раствора?

4.22. Сколько граммов HClсодержится 0,250 л 10,52% раствора HCl (р=1,05 г/мл)?

4.23. 0,6 л раствора гидроксида калия содержит 16,8 г КОН. Чему равна молярность этого раствора?

4.24. Сколько граммов BaCl 2 содержится в 0,025 л 0,25 н раствора?

4.25. Вычислите молярную концентрацию раствора К 2 SO 4, в 0,02 л которого содержится 2,74 г растворенного вещества.

Модуль 3

Вопросы по ФХМА

1. Предмет и методы аналитической химии. Задачи качественного и количественного анализа. Основные объекты исследования в сельском хозяйстве.

2. Методы анализа: химические, физические и физико-химические

3. Классификация инструментальных методов анализа. Спектральные (оптические) электрохимические и хроматографические методы анализа.

4. Оптические методы анализа. Рефрактометрия. Закон преломления Снеллиуса. Физический смысл показателя преломления.

5. Оптические методы анализа. Рефрактометрия. Уравнение Лорентца-Лоренца. Качественный рефрактометрический анализ.

6. Фотометрические методы анализа. Фотоэлектроколориметрия. Основы метода. Первый закон светопоглощения Бугера-Ламберта.

7. Фотометрические методы анализа. Фотоэлектроколометрия. Основы метода. Второй закон светопоглощения Бера.

8. Фотометрические методы анализа. Основы метолда. Объединенный закон светопоглощения Бугера- Ламберта-Бера.

9. Фотометрические методы анализа. Фотоэлектроколориметрия. Основы метода. Оптическая плотность. Молярный коэффицент светопоглощения. Физический и графический смысл молярного коэффициента светопоглощения.

10. Фотонефелометрический метод анализа. Основы метода. Уравнение Релея.

11. Турбидиметрический метод анализа. Основы метода. Закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера.

12. Спектральные методы анализа. Фотометрия пламени. Основы метода. Аналитические линии важнейших элементов.

13. Спектральные методы анализа. Фотометрия пламени. Качественный и количественный анализ. Уравнение Ломакина-Шейбе.

14. Оптические методы анализа. Поляриметрический анализ. Основы метода. Закон БИО. Удельное вращение плоскости поляризации света.

15. Задачи аналитической химии как метрологической науки. Система единиц. Краткие и дольные единицы.

16. Статистическая обработка результатов анализа. Классификация ошибок.

17. Электрохимические методы анализа. Основы метода. Электрохимические группы методов анализа.

18. Потенциометрия. Основы метода. Зависимость потенциала электрода от активности ионов. Уравнение Нернста.

19. Потенциометрический метод анализа. Классификация электродов. Индикаторные электроды.

20. Потенциометрический метод анализа. Металлические активные 1 рода (амальгамные) и индифферентные электроды. Потенциал активного металлического электрода 1 рода.

21. Потенциометрический метод анализа. Электроды 2 рода. Хлорид серебряный электрод. Потенциал электрода.

22. Потенциометрический метод анализа. Электроды 2 рода. Стеклянный электрод. Потенциал стеклянного электрода.

23. Потенциометрический метод анализа. Прямая потенциометрия. Методы нахождения концентрации определяемых ионов. Индикаторы применяемые в ионометрии.

24. Потенциометрический метод анализа. Потенциометрическое титрование. Интегральные и дифференциальные кривые титрования. Электроды применяемые для измерения pH.

25. Вольтамперометрия. Основы метода. Интегральная и дифференциальная вольтамперограммы.

26. Вольтамперометрия. Потенциал полуволны. Нахождение полуволны графически по интегральной и дифференциальной вольамперограмме. Зависимость между силой предельного диффузионного тока I(мкА) и концентрацией деполяризатора (С).

27. Вольтамперометрия. Амперометрическое титрование. Вольтамперограмма и кривая амперометрического титрования электроактивного вещества.

28. Вольтамперометрия. Вид кривой амперометрического титрования в зависимости от электрохимической активности определяемого вещества и титранта, продукта реакции.

29. Кондутометрия. Основы метода. Объекты анализа. Удельная и эквивалентная электропроводность. Зависимость между удельной и эквивалентной электропроводностью.

30. Кондуктометрия. Прямая кондуктометрия. Построение градуировочного графика. Кондуктометрическое титрование. Типы реакций при кондуктометрическом титровании. Кривая титрования, нахождение точки эквивалентности.

31. Хроматографические методы анализа. Основы метода. Преимущества хроматографических методов анализа.

32. Классификация хроматографических методов анализа по средам, в которых производится разделение исследуемых веществ; по механизмам разделения; по форме проведения процесса хроматографии.

33. Газовая хроматография. Основы метода. Объекты анализа в газовой хроматографии.

34. Газоадсорбционная хроматография (ГАХ). Адсорбенты, применяемые в методе ГАХ. Требования, предъявляемые к адсорбентам.

35. Газо-жидкостная хроматография (ГЖХ). Основы метода. Коэффициент распределения. Требования, предъявляемые к неподвижной жидкой фазе.

36. Газовая хроматография (ГХ). Хроматографические колонки используемые в ГХ.

37. Газовая хроматография (ГХ). Детекторы используемые в ГХ (катарометр, пламенно-ионизационный и детекторы электронного захвата).

38. Газовая хроматоргафия (ГХ). Система регистрации в ГХ. Хроматограмма. Объем удерживания (V_уд.) и время удерживания (t_уд.). уравнение для расчета объема удерживания по времени удерживания.

39. Тонкослойная хроматография. Основы метода.

40. Тонкослойная хроматография (ТСХ). Сорбенты используемые в ТСХ.

41. Тонкослойная хроматография. Подвижные фазы (элюенты) используемые в ТСХ. Проявление анализируемых веществ на хроматографической пластинке.

42. Тонкослойная хроматография (ТСХ). Хроматоргафическая пластинка, закрепленный и незакрепленный адсорбент. Адсорбционные свойства системы в ТСХ; подвижность R_f. Уравнение для расчета R_f.

 

 

Задачи

I. Вычислить молярную рефракцию соединений по атомным рефракциям и инкрементам кратных связей по данным таблицы.

Элемент	Атомная рефракция	Элемент	Атомная рефракция
Углерод	2,418	Иод	13,91
Кислород в группах: - ОН -О- водород	1,525 1,643 2,211 1,100	Азот в первичных алифатических аминах	2,322
Хлор	5,967	Инкрементны кратных связей: С=С С=С	1,733 2,389
Бром	6,865

Рассчитать молярную рефракцию по уравнению Лоренца-Лорентца и сравните оба значения R_М.

Соединения: 1) бромбензол, d= 1,49 г/см³, n²⁰_D=1,5572

2) толуол, d= 0,86 г/см³, n²⁰_D=1,4969

3) о-ксилол, d= 0,88 г/см³, n²⁰_D=1,5054

4) бензиловый спирт, d= 1,04 г/см³, n²⁰_D=1,5396

5) пропаргиловый спирт (СН=С-СН₂- ОН), d= 0,97 г/см³, n²⁰_D=1,4310

6) пропантриол-1,2,3 (глицерин), d= 1,26 г/см³, n²⁰_D=1,4739

7) бензил хлористый, d= 1,043 г/см³, n²⁰_D=1,5390

8) аллиловый спирт (СН₂=СН-СН₂-ОН), d= 0,85 г/см³, n²⁰_D=1,4133

II. Рассчитать концентрацию ионов натрия по данным таблицы, полученным пламенно-фотометрическим методом анализа:

 

1)

Содержание Na+, мкг/см3	С1	С2	Сх
		х
Показания микроамперметра, мкА	I1	I2	Iх

2)

Содержание Na+, мкг/см3	С1	С2	Сх
		х
Показания микроамперметра, мкА	I1	I2	Iх

III. По газо-жидкостной хроматограмме рассчитать массовую долю пентана, гексана и гептана. Результаты привести в виде таблицы.

Углеводород	Высота пика h, мм	Ширина пика μ, мм	Площадь пика S, мм2	Массовая доля углеводорода ω, %
Пентан
Гексан
Гептан

2) По газо-жидкостной хроматограмме рассчитать массовую долю этанола, пропанола и бутанола. Результаты привести в виде таблицы.

Углеводород	Высота пика h, мм	Ширина пика μ, мм	Площадь пика S, мм2	Массовая доля углеводорода ω, %
Этанол
Пропанол
Бутанол

IV. По хроматограмме в тонком слое рассчитать R_f для каждого соединения и идентифицировать по справочным данным R_f. Результаты привести в виде таблицы.

 

 

1)

Спирт	Rf справочн.	Rf рассчитан.	Условия хроматографи-рования	№ соеди-нения
н-пентанол	0,30		Адсорбент – Al2O3
н-гексанол	0,35
н-октанол	0,43		Элюент: гексан: ацетон (3: 1)
Бензиловый спирт	0,20

 

2)

Углеводород	Rf справочн.	Rf рассчитан.	Условия Хроматографи-рования	№ соеди-нения
Нафталин	5,9		Адсорбент – силикагель
2-метилнафталин	5,0		Элюент: н-гексан
1,6-диметилнафталин	5,4

3)

Фенол	Rf справочн.	Rf рассчитан.	Условия Хроматографи-рования	№ соеди-нения
о-крезол	2,6		Адсорбент – силикагель
м-крезол	1,9
n-крезол	2,0		Элюент: бензол