Темы и вопросы для экзамена по аналитической химии

Темы и вопросы для экзамена по аналитической химии

Раздел 1. Предмет аналитической химии, основные принципы, понятия и методы химического анализа

Предмет аналитической химии. Основные этапы развития аналитической химии и её роль в развитии естествознания, техники, защите окружающей среды. Задачи современной аналитической химии. Основные требования к аналитическим методам: высокая точность, низкий предел обнаружения, избирательность, экспрессность. Воспроизводимость, чувствительность, предел обнаружения в химическом анализе. Виды анализа: элементный, функциональный, структурный, системный (основные), изотопный, молекулярный, фазовый. Методы анализа (группы методов): химический, физико-химический, физический анализ. Классификация химических методов анализа: макро-, полумикро-, микро-, ультрамикроанализ. Равновесные аналитические системы: понятие, особенности. Химические соединения и анализируемые смеси. Количество вещества. Молярная масса. Основные законы химии в применении к химическому анализу. Закон эквивалентов. Химический (аналитический) эквивалент, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента. Эквивалентный объем. Определение молярной массы эквивалента. Типы реакций, стехиометрия в анализе, стехиометрические коэффициенты в уравнениях аналитических реакций. Понятие о чистоте анализируемых веществ. Методы очистки веществ: дистилляция, возгонка, фильтрование. Электролиты и неэлектролиты, электролитическая диссоциация, степень и константа диссоциации. Современное состояние аналитической химии и перспективы её развития.

Раздел 2. Краткие метрологические основы аналитической химии

Химическая метрология (хемометрика), краткая характеристика. Система единиц СИ в химии и химическом анализе. Количество вещества и способы выражения концентрации растворов. Выбор подходящего метода анализа. Точность анализа. Отбор и подготовка пробы. Систематические и случайные погрешности анализа, ошибки в химическом анализе.

Раздел 3. Качественный химический анализ. Методы обнаружения химических соединений в индивидуальном виде и смесях. Анализ ионов по аналитическим группам

Аналитические реакции, признаки химических и аналитических реакций, сходство и различия аналитических и общехимических реакций. Классификация аналитических реакций. Аналитический сигнал (аналитический эффект). Способы и условия проведения аналитических реакций. Общие, индивидуальные, селективные, специфические и групповые реакции. Общие и групповые реагенты. Реагенты обнаружения и разделения. Дробный метод качественного анализа, систематический метод качественного анализа ионов в растворе, компромиссный метод анализа. Классификации катионов и анионов по аналитическим группам. Общие и индивидуальные аналитические реакции ионов. Ионно-электронный метод уравнивания окислительно-восстановительных аналитических реакций. Кислотно-основная схема качественного химического анализа. Качественные реакции на катионы и анионы. Анализ "сухой соли" и смеси катионов и анионов в растворе, способы и приёмы.

Раздел 4. Типы реакций и процессов в аналитической химии. Закон действующих масс и его значение в химическом анализе

Химическое равновесие и его использование в анализе. Принцип подвижного равновесия Ле-Шателье в применении к химическому анализу равновесных систем и его использование для выбора оптимальных условий осуществления аналитических реакций. Закон действующих масс в приложении к аналитической химии: кинетический и термодинамический подходы. Сильные и слабые электролиты. Основные положения теории электролитов Дебая-Хюккеля. Активность ионов, коэффициент активности, ионная сила раствора. Предельное и расширенное уравнение Дебая-Хюккеля. Расчет концентраций и активностей ионов. Термодинамические и концентрационные константы равновесия, связь между ними. Зависимость константы равновесия от температуры. Скорость и направление аналитической реакции, их роль в химическом анализе. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Примеры ускорения, замедления аналитических реакций и процессов, используемых в химическом анализе.

Основные типы химических реакций, используемых в аналитической химии. Кислотно-основное равновесие. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория кислот и оснований. Протолитическая теория Бренстеда-Лоури. Протолитические равновесия и растворимость веществ. Автопротолиз воды, образование ионов гидроксония. Диссоциация электролитов. Равновесие в системах кислота – сопряжённое основание. Константа кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Сила кислот и оснований. Кислотно-основные свойства в многокомпонентных системах. Буферные растворы, их свойства. Буферная ёмкость. Расчёт рН растворов сильных и слабых электролитов.

Растворение в аналитической химии. Водные растворы. Равновесия в однофазных гомогенных системах. Концентрация растворов. Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля растворенного вещества. Молярная концентрация и молярная концентрация эквивалента раствора. Титры растворов. Расчёты для приготовления растворов различной концентрации.

Комплексообразование в химическом анализе. Основные понятия. Классификация, типы и свойства комплексных соединений. Количественные физико-химические характеристики комплексных соединений, константы устойчивости и нестойкости. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений. Факторы, влияющие на устойчивость комплексов. Электролитическая диссоциация комплексных соединений, образование и разрушение комплексных ионов. Использование в химическом анализе комплексных неорганических соединений и органических реагентов – комплексообразователей.

Окислительно-восстановительное равновесие. Уравнения окислительно-восстановительных реакций. Оценка окислительно-восстановительной способности ионов, ионные пары. Уравнение Нернста. Стандартный, реальный и формальный потенциалы. Константы окислительно-восстановительных реакций. Влияние различных факторов на силу окислителя и восстановителя. Влияние ионной силы и температуры на протекание реакций окисления – восстановления. Важнейшие окислители и восстановители. Роль среды в протекании окислительно-восстановительных процессов. Эквиваленты окислителя и восстановителя, расчёт молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя.

Равновесие в системе осадок – раствор. Растворимость и константа растворимости (произведение растворимости). Концентрационная и термодинамическая константы растворимости. Факторы, влияющие на растворимость анализируемых соединений. Осаждение. Растворимость малорастворимых электролитов. Условия образования и растворения осадков. Механизм и кинетика образования осадков. Влияние природы, количества осадителя, рН и комплексообразующих ионов на полноту осаждения. Реакции гидролиза. Гидролиз солей, различные случаи гидролиза, гидролиз по катиону и аниону. Реакция среды в водных растворах солей. Обратимый и необратимый гидролиз солей. Степень и константа гидролиза. Факторы, смещающие равновесие гидролиза. Роль гидролиза в химико-аналитических и биологических процессах.

Раздел 5. Количественные методы химического анализа. Гравиметрия

Предмет и методы количественного анализа. Значение количественного анализа в решении химико-аналитических и экологических проблем. Основные разделы и классификация методов количественного химического анализа. Гравиметрический и объёмный методы химического анализа.

Гравиметрический анализ. Сущность и классификация гравиметрических методов химического анализа. Методы осаждения и отгонки. Косвенное определение кристаллизационной воды в кристаллогидратах. Гравиметрическое определение методом осаждения (отбор средней пробы вещества и подготовка к анализу; взятие навески; растворение навески вещества; осаждение соединения, содержащего определяемое вещество; выбор осадителя, требования к осаждаемой форме, расчёт количества осадителя, условия осаждения кристаллических и аморфных осадков, проба на полноту осаждения; фильтрование и промывание осадка; высушивание и прокаливание осадка; взвешивание осадка, требования к гравиметрической форме). Пониятие "навеска" в гравиметрическом анализе. Условия получения и растворения осадков. Загрязнение осадков. Осаждаемая и гравиметрическая формы, требования к ним. Гравиметрический фактор. Погрешности в гравиметрии. Расчёты в методах гравиметрии. Лабораторное оборудование в гравиметрическом анализе. Аналитические весы, взвешивание, точность взвешивания.

Раздел 6. Титриметрические методы анализа

Титриметрические методы аналитической химии. Классификация методов. Виды титриметрических определений. Эквивалент в титриметрии. Основной закон титриметрического анализа. Способы расчётов концентрации в титриметрии. Титр и способы его выражения. Титрованные растворы. Стандарты. Фиксаналы. Кривые титрования. Факторы, влияющие на их характер в различных методах. Способы определения конечной точки титрования в различных методах. Индикаторы в титриметрии.

Группы титриметрических методов: кислотно-основные методы титрования, окислительно-восстановительные (редоксиметрия), осадительные методы титрования, комплексо- и комплексонометрические методы анализа. Погрешности в титриметрических методах определения. Лабораторное оборудование в титриметрическом анализе, измерительная посуда. Расчёты в методах окислительно-восстановительного, кислотно-основного и комплексометрического титрования. Жесткость воды (временная, постоянная) и методы её определения.

Методы кислотно-основного титрования, сущность. Алкалиметрия, ацидиметрия, галометрия. Расчёт эквивалентов. Установочные вещества. Способы приготовления титрованных растворов. Индикаторы метода кислотно-основного титрования. Область (интервал) перехода окраски индикатора, показатель титрования индикатора. Кривые титрования.

Методы окислительно-восстановительного титрования. Редокс-потенциалы. Уравнение Нернста, константа равновесия. Вычисление молярной массы эквивалента окислителя и восстановителя. Классификация методов окислительно-восстановительного титрования. Титранты методов, приготовление титрованных растворов. Расчёты эквивалентов. Индикаторы методов окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, иодометрия, бромо- и броматометрия (уравнения реакций, титранты, установочные вещества).

Осадительное титрование. Классификация методов. Титранты методов. Расчёт эквивалентов. Метод Мора, краткая характеристика.

Методы комплексометрического титрования. Классификация. Индикаторы методов комплексометрии. Комплексонометрия (трилонометрия), характеристика. Титранты и их эквиваленты. Комплексоны в количественном химическом анализе. Определение ионов металлов, уравнения реакций.

Раздел 7. Физико-химические (инструментальные) методы анализа.

Классификация и краткая характеристика физико-химических методов анализа по группам. Спектральные (оптические) методы анализа. Колориметрия, фотоэлектроколориметрия и спектрофотометрия. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Кинетические, радиофизические и радиометрические методы анализа. Электрохимические методы анализа. Кондуктометрия, потенциометрия, кулонометрия. Хроматографические методы анализа. Масс-спектрометрия и хромато-масс-спектрометрия, общее представление. Современные физические и физико-химические методы анализа.

Дата добавления: 2015-11-04