ЗАНЯТИЕ 12

1. Знать:

теоретический материал разделов «Равновесия комплексообразования», «Органические реагенты в химическом анализе», «Равновесия осадок-раствор», «Окислительно-восстановительные равновесия»;

общую характеристику и классификацию методов разделения и концентрирования;

основные понятия, используемые при разделении и концентрировании веществ методом жидкость-жидкостной экстрации, способы количественной характеристики экстракционного равновесия; типы экстракционных систем и экстрагентов (экстракционных реагентов); влияние различных факторов на процесс экстракции.

2. Уметь:

проводить расчёты, связанные с экстракционными равновесиями;

применять жидкость-жидкостную экстракцию для разделения некоторых неорганических и органических веществ.

1. Основные понятия, связанные с комплексными соединениями: комплексная частица, комплексообразователь, лиганд, координационное число, дентатность лиганда.

2. Классификация комплексных соединений. Внешнесферные комплексы. Хелаты. Внутрикомплексные соединения.

3. Виды констант равновесия, используемые для характеристики термодинамической устойчивости комплексов. Кинетическая устойчивость комплексных соединений.

4. Влияние природы комплексообразователя и лигандов, температуры, ионной силы, побочных реакций на процесс комплексообразования и устойчивость комплексных соединений.

5. Влияние концентрации реагирующих веществ на комплексооб­разование. Расчёт молярных долей свободных ионов ме­талла и комплексов в равновесной смеси. Функция закомплексованно­сти. Среднее лигандное число.

6. Понятие об органических реагентах. Органические реагенты как хелатообразующие лиганды. Функционально-аналитическая группировка.

7. Классификация органических реагентов, участвующих в процессах комплексообразования, в зависимости от типа донорных атомов.

8. Применение комплексообразующих органических реагентов в аналитической химии. Органические реагенты, принимающие участие в процессах, не связанных с комплексообразованием.

9. Равновесия в системе осадок-раствор. Произведение растворимости. Использование произведения растворимости для определения возможности выпадения осадка.

10. Растворимость. Связь ионной и молекулярной растворимости вещества с произведением растворимости.

11. Влияние различных факторов (природа растворяемого вещества и растворителя, температура, ионная сила, присутствие общего иона, побочные реакции) на растворимость малорастворимых электролитов.

12. Общие принципы растворения осадков малорастворимых электролитов.

13. Общая характеристика окислительно-восстановительных равновесий. Электродный потенциал. Стандартный электродный потенциал полуреакции. ЭДС реакции.

14. Уравнение Нернста. Формальный электродный потенциал. Константа равновесия окислительно-восстановительной реакции.

15. Влияние различных факторов (температура, посторонние ионы, рН, побочные реакции) на протекание окислительно-восстановительных реакций.

1. Общая характеристика и классификация методов разделения и концентрирования.

2. Основные понятие, используемые в методе жидкость-жидкостной экстракции: экстракция, экстрагент, экстракционный реагент, экстракт, реэкстракция, реэкстрагент, реэкстракт. Применение экстракции в аналитической химии.

3. Количественные характеристики экстракционного равновесия.

4. Экстракционные системы и экстрагенты.

5. Влияние различных факторов на процесс экстракции. Способы осуществления экстракции.

1. Что объединяет понятия «методы разделения» и «методы концентрирования» и чем они различаются? Приведите пример использования одного и того же процесса жидкость-жидкостной экстракции для разделения смеси веществ и для концентрирования.

2. Объясните, почему разделение веществ считают тем более эффективным, чем больше значение коэффициента разделения и, вместе с тем, при близости произведения коэффициентов распределения веществ к 1. Какой экстрагент, хлороформ или тетрахлорметан, обеспечивает более эффективное разделение фенола и 1-нафтола, если константы распределения их между CHCl₃ и H₂O равны, соответственно, 1,9 и 67, а между CCl₄ и H₂O - 0,5 и 17?

3. В чём разница между константой распределения (P₀) и коэффициентом распределения (D)? В каком случае P₀ = D?

4. Что такое реакционная экстракция. Приведите примеры (напишите формулы) известных Вам катионообменных, анионообменных и координационных экстракционных реагентов.

5. Докажите (математически), что экстрагирование дробными порциями экстрагента более эффективно, чем однократное экстрагирование таким же суммарным объёмом экстрагента?

1. Какой из перечисленных ниже органических растворителей экстрагирует максимальное количество кофеина за одну экстракцию (в скобках приведены значения константы распределения кофеина между органическим растворителем и водой)? Во всех случаях экстракцию проводят в одинаковых условиях.

1) диэтиловый эфир (0,06); 2) изобутиловый спирт (1,2);

3) хлороформ (21); 4) бензол (0,7); 5) тетрахлорметан (0,2).

2. При достаточно длительном перемешивании 10 мл водного раствора вещества А с 10 мл н-гексана оказалось, что в органический растворитель перешло 90% от исходного количества вещества А. Коэффициент распределения вещества А между н-гексаном и водой равен:

1) 1; 2) 5; 3) 9; 4) 15; 5) 90.

3. При каком из перечисленных ниже значений рН экстракция органического основания, имеющего pK_BH+ = 9, неполярным органическим растворителем из водной фазы будет максимальной, если органическим растворителем экстрагируются только незаряженные молекулы?

1) 1; 2) 4; 3) 7; 4) 9; 5) 12.

4. Какой из приведенных ниже графиков отражает зависимость константы распределения предельных монокарбоновых кислот между хлороформом и водой в зависимости от числа атомов углерода в молекуле кислоты?

5. В молекуле 8-гидроксихинолина имеется фенольный гидроксил, обладающий кислотыми свойствами (pK_a = 9,7), и атом азота, обладающий основными свойствами (pK_BH+=5). Какой из приведенных ниже графиков отражает зависимость коэффициента распределения 8-гидроксихинолина между хлороформом и водой, если органическим растворителем экстрагируются только незаряженные молекулы?

Коэффициент распределения алкалоида атропина между хлороформом и водой равен 8,2. Сколько % атропина перейдёт в органический растворитель при экстракции его 10 мл СHCl₃ из 10 мл водной фазы? Какой объём экстрагента следует взять, чтобы за одну экстракцию извлечь из 10 мл водной фазы 99% атропина? Сколько экстракций порциями хлороформа объёмом 10 мл следует провести для этой же цели?

При экстракции атропина из 10 мл водной фазы 10 мл хлороформа степень однократной экстракции составляет

= = 0,89 или 89%

Для того чтобы за одну экстракцию в органическую фазу переходило 99% атропина, объём экстрагента должен быть равен

= » 120 мл

В случае многократной экстракции дробными порциями экстрагента степень извлечения равна

= (так как V_o = V_в)

Следовательно

Таким образом, для того, чтобы извлечь из 10 мл водной фазы 99% атропина, необходимо провести однократную экстракцию 120 мл хлороформа или двукратную экстракцию порциями этого же экстрагента по 10 мл.

1. Коэффициент распределения фенола между ССl₄ и H₂O равен 0,5, а коэффициент распределения тимола - 245. Рассчитайте коэффициент разделения тимола и фенола при их экстракции из водного раствора тетрахлорметаном. Ответ: 490.

2. Рассчитайте коэффициент концентрирования для целевого компонента - вещества Х, если при экстракции в органический растворитель переходит 95% от исходного количества вещества Х и 0,1% от исходного количества балластных веществ, содержащихся в исследуемой матрице. Ответ: 950.

3. Рассчитайте коэффициент распределения алкалоида эфедрина между хлороформом и водой, если при однократной экстракции 200 мл CHCl₃ из 100 мл водной фазы в экстракт переходит 84% от исходного количества алкалоида. Ответ: 2,6.

4. Какое минимальное число экстракций порциями бензола по 10 мл необходимо провести для извлечения не менее 99% никотина из 100 мл водной фазы, если коэффициент распределения никотина между бензолом и водой равен 9. Ответ: 7.

5. Рассчитайте степень однократной экстракции органической кислоты, имеющей pK_a = 4, при экстракции её 50 мл CHCl₃ из 25 мл водной фазы при рН 3. Константа распределения неионизированных молекул кислоты в системе CHCl₃/H₂O равна 10, константу распределения анионов считать пренебрежимо малой. Ответ: 65%.