Вопросы и задачи для защиты модуля "Физико-химические методы анализа"

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана

Вопросы и задачи для защиты модуля 
«Физико-химические методы анализа» 

Практикум

УДК 543
ББК 24.4
 
В74

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/111/book1575.html

Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Химия»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве практикума 

ISBN 978-5-7038-4581-3

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

 
 
Вопросы и задачи для защиты модуля «Физико-химические 
методы анализа». Практикум / В. Н. Горячева, Ж. Н. Медных, 
Е. А. Якушева, С. Л. Березина. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2017. — 21, [3] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4581-3 

Приведены типовые вопросы и задачи по четырем темам аналитической 
химии «Оптические методы количественного анализа. Абсорбционная 
спектроскопия», «Хроматография», «Экстракция», «Электрохимические 
методы анализа».
Для студентов 2-го курса, обучающихся по специальностям «Безопасность 
жизнедеятельности в техносфере» и «Охрана окружающей 
среды и рациональное использование природных ресурсов» МГТУ 
им. Н.Э. Баумана.

УДК 543
ББК 24.4

В74

ПРЕДИСЛОВИЕ

В связи с переходом технических университетов на блочно-модульную 
организацию учебного процесса с рейтинговой системой 
оценки знаний возросла роль текущего контроля степени усвоения 
студентами отдельных тем и модулей изучаемого курса.
По аналитической химии в третьем и четвертом семестрах предусмотрено 
проведение трех контрольных мероприятий для проверки 
знаний теоретических основ изучаемого предмета, а также умений 
решать расчетные и логические задачи.
Методические указания состоят из четырех разделов, в которых 
приведены типовые вопросы и задачи по темам «Оптические методы 
количественного анализа. Абсорбционная спектроскопия», «Хроматография» (
распределительная бумажная хроматография, газовая 
хроматография), «Экстракция», «Электрохимические методы анализа» (
электрогравиметрия, кондуктометрия и кондуктометрическое 
титрование, потенциометрия).
Цель методических указаний — ознакомить студентов с вопросами 
и задачами по модулю курса аналитической химии «Физико-химические 
методы анализа» для оценки уровня их подготовки. 
Достаточно большой набор вопросов и задач дает возможность 
преподавателю составить необходимое число вариантов заданий с 
неповторяющимися задачами, что позволит объективно оценить уровень 
знаний студентов.

1. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ  
КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА.  
АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

1. Какое физическое явление представляет собой основу оптических 
методов анализа? Что является основой деления оптических 
методов анализа на эмиссионные и абсорбционные? 
2. Сформулируйте закон Кирхгофа. Какие диапазоны электромагнитного 
излучения используют при изучении спектров в видимой 
и ультрафиолетовой областях? 
3. Растворы каких представленных соединений — Na2CO3, CuSO4, 
NaCl, H2SO4, KMnO4 — поглощают свет в видимой области спектра?
4. Расскажите о фотоколориметрическом методе анализа. В чем 
заключается основная идея определения концентрации анализируемого 
вещества по методу калибровочного графика? Каким образом 
получают калибровочный график? 
5. Какое физическое явление представляет собой основу фотометрических 
методов исследования? Приведите пример выражения закона 
Бугера — Ламберта — Бера. Что называют оптической плотностью? 
6. Что представляет собой раствор сравнения? Почему его необходимо 
использовать при проведении фотоколориметрических исследований? 

7. В чем различие спектрофотометрического и фотоколориметрического 
методов анализа?
8. Начертите график, изображающий зависимость светопоглоще-
ния оптической плотности D от концентрации С, моль/л, раствора, 
отвечающий основному закону. 
9. Как выбрать оптимальную длину λ, нм, волны для проведения 
фотометрического анализа, если в спектре поглощения отмечено несколько 
максимумов? 
10. Расскажите об использовании оптических методов для фиксации 
точки эквивалентности. Что представляет собой фотометрическое 
титрование? Изобразите кривые титрования.

11. Что называют фотометрическим титрованием? Перечислите 
особенности этого метода и области его применения. 
12. Изобразите кривые фотометрического титрования на графике 
с вертикальной (объем V) и горизонтальной (оптическая плотность D) 
осями для следующих случаев: а) определяемый компонент и титрант 
не поглощают свет, а продукт реакции поглощает; б) определяемый 
компонент поглощает свет, а титрант и продукт реакции не поглощают. 

13. Если коэффициент пропускания (прозрачность) Т, %, растворов 
с различными концентрациями некоторого вещества равен: 
а) 78,5; б) 57,0; в) 27,8; г) 4,5; то какова оптическая плотность этих 
растворов? 
14. Как и во сколько раз изменятся оптическая плотность D 
и коэффициент Т, %, пропускания раствора перманганата калия  
KMnO4, если его концентрацию увеличить в два раза? Поясните свой 
ответ. 
15. Определите оптическую плотность D растворов, у которых коэффициент 
Т, %, пропускания составляет: а) 0,268; б) 0,337. 
16. Пользуясь данными, приведенными в табл. 1.1, рассчитайте x.

Таблица 1.1

Оптическая 
плотность  
D

Молярный  
коэффициент поглощения 
ε, л/моль · см

Толщина  
слоя  
l, см

Концентрация  
С, моль/л

x
9300
1
6,2 · 10–5

x
7000
1
2,5 · 10–5

0,310
x
2
4,2 · 10–4

0,275
4200
x
2.2 · 10–5

17. Коэффициент Т, %, пропускания водного раствора фумара-
та натрия Na2C4H2O4 при λ = 250 нм и 25 °С составляет 19,2 % для 
5 · 10–4М раствора в кювете толщиной l = 1 см. Вычислите оптическую 
плотность D и молярный коэффициент ε поглощения. 
18. Перечислите особенности проведения фотоколориметрической 
реакции определения содержания ионов Fe3+ с роданид-анионом 
SCN–. 
19. Какие фотометрические реакции используют для определения 
количественного содержания ионов Fe3+ и Cu2+? 

20. В 100 мл раствора 1 г красителя пропускает 80 % света с длиной 
волны λ = 436 нм в стеклянной кювете толщиной l = 1 см. Определите:

а) поглощение k раствора, содержащего 2 г того же красителя 
в 100 мл в кювете с аналогичной толщиной; 
б) концентрацию раствора, при котором поглощение составляет 
50 %; 
в) значение коэффициента Т, %, пропускания раствора, 
содержащего 1 г красителя в 100 мл раствора в кювете толщиной 
5 см; 
г) толщину l, см, кюветы при которой поглощение раствора 
данной концентрации (2 г в 100 мл раствора) составляет 
90 %. 
21. При исследовании содержания витамина А в образце были 
приготовлены растворы известных концентраций с использованием 
хлорида сурьмы (III) SbCl3 в хлороформе CHCl3 до получения синей 
окраски раствора. По приведенным ниже данным рассчитайте значения 
оптической плотности и начертите график для проверки выполнения 
закона Бера. 

Концентрация раствора 
С, мкг/мл  .................................... 1,0 
2,0 
3,0 
4,0 
5,0

Коэффициент пропускания
Т, %  ............................................. 66,8 
44,7 
29,2 
19,9 
13,3

Рассчитайте концентрацию витамина А в анализируемом растворе, 
если пропускание в тех же условиях фотометрирования составило 
35 %.
22. Молярный коэффициент ε светопоглощения воднораство-
римого комплекса ионов Ni2+ с диметилглиоксимом C4H8N2O2 при 
λ = 470 нм составляет 1,30 · 104 л/моль · см. Рассчитайте: а) оптическую 
плотность D, %, воднорастворимого комплекса, в 1 мл которого 
содержится 1 мкг Ni2+, при толщине поглощающего слоя l = 1 см; 
б) коэффициент Т, %, пропускания данного раствора; в) концентрацию 
С, мкг/л, ионов Ni2+ в растворе, если оптическая плотность фо-
тометрируемого раствора в кювете толщиной l = 3 см составляет 0,190 
при λ = 470 нм. 
23. При определении ионов Fe3+ в виде моносульфосалицилат-
ного комплекса пропускание раствора, содержащего 0,115 мг металла 
в 25 мл раствора, равно 54,5 % при толщине поглощающего слоя 
l = 2 см. Рассчитайте молярный коэффициент ε поглощения. 

24. Коэффициент Т, %, пропускания растворов брома Br2 в те-
трахлориде углерода CCl4 при λ = 436 нм в кювете толщиной l = 2 см 
составляет: 

Т, %  .................. 84,0 
57,0 
34,5 
16,5 
5,0 
1,0 

С, мг/мл  ........... 0,032 
0,101 
0,190 
0,320 
0,532 
0,829

Определите: а) соблюден ли в растворе основной закон светопо-
глощения; б) значение молярного коэффициента ε поглощения брома 
в тетрахлориде углерода CCl4 при λ = 436 нм. 
25. Молярные коэффициенты ε светопоглощения этиламина 
CH3–CH2–NH4 при λ = 785 и 728 см–1 составляют 1,67 и 0,0932 
соответственно. Вычислите концентрацию C, моль/л, этиламина 
CH3–CH2–NH4 в техническом триэтиламине (C2H5)3N, если измеренные 
при тех же условиях значения оптической плотности D, %, при 
l = 1 см равны 0,525 и 0,715 соответственно. 

2. ХРОМАТОГРАФИЯ

1. Дайте определение понятию «хроматография». Какие виды 
хроматографии различают в зависимости от способа: а) введения пробы; 
б) передвижения компонентов смеси вдоль неподвижной фазы? 
2. В чем заключается основная идея метода хроматографии? Что 
представляют собой подвижная и неподвижная фазы? 
3. Приведите примеры хроматографических методов исследования: 
а) агрегатного состояния подвижной и неподвижной фазы; 
б) механизма разделения. 
4. Что представляют собой хроматограмма и коэффициент распределения? 
Изобразите хроматограмму и объясните, что такое высота 
и ширина хроматографического пика. 
5. Перечислите явления, происходящие при прохождении пробы 
через хроматографическую колонку. 
6. Если коэффициент K распределения для соединения А в хроматографической 
колонке больше, чем для соединения В, какое 
соеди нение первым выйдет из колонки? 
7. В чем заключается основная идея метода распределительной 
хроматографии на бумаге? 
8. На каком явлении основано разделение веществ методом распределительной 
хроматографии на бумаге? При анализе смесей каких 
веществ используют этот метод? 
9. При хроматографировании на бумаге величины хроматографической 
подвижности Rf  для соединений А, В и D составляют 0,42; 
0,34 и 0,76 соответственно. Какое из указанных соединений присутствует 
в исследуемом растворе, если в тех же условиях при пробеге 
растворителя на 9,5 см пятно оказалось на расстоянии 3,2 см от линии 
старта? 
10. Значения хроматографической подвижности Rf при хроматографическом 
разделении ионов на бумаге в среде n-бутанола, насыщенного 
2М раствором HCl, составляют: Cd2+ — 0,6; Zn2+ — 0,6; 
Bi3+ — 0,5; Al3+ — 0,1; Co2+ — 0,1; Ca2+ — 0,0. Какие из ионов не могут 
быть точно идентифицированы в смеси: а) Zn2+, Al3+ , Co2+; б) Cd2+, 

Zn2+, Co2+; в) Bi3+, Al3+, Ca2+? Выберите правильный вариант ответа и 
объясните его.
11. При хроматографировании на пластинках «Силуфол» и при 
использовании смеси хлороформ — метанол CHCl3–СН3OH (9:1) в 
качестве подвижной фазы (элюента) лекарственные вещества с торговыми 
названиями «амидопирин», «бутадион–1,4» и «димедрол» 
имеют величины Rf , равные 0,60; 0,05 и 0,95 соответственно. Какие 
из перечисленных лекарственных веществ содержатся в неизвестной 
смеси, если при ее хроматографировании в тех же условиях получено 
два пятна на расстоянии 4,8 и 4 см от стартовой линии, а растворитель 
прошел 8,0 см? 
12. Для стандартных растворов кофеина, теобромина и теофиллина 
рассчитанные значения факторов Rf удерживания составляют 
0,87; 0,65 и 0,46 соответственно. Определите качественный состав 
анализируемой смеси, если на ее хроматограмме растворитель прошел 
расстояние 4,5 см и имеются два пятна на расстоянии 3,93 и 
2,1 см от линии старта. 
13. Какое физическое явление представляет собой основу адсорбционной 
хроматографии? Опишите вид изотермы адсорбции и напишите 
уравнение, соответствующее ей. 
14. В чем заключается основная идея ионообменной хроматографии? 
Приведите примеры ионообменников: катионитов и анионитов.
15. Приведите пример уравнения, выражающего равновесие: 
а) между ионами Ca2+, находящимися в растворе, и катионитом RH; 
б) между ионами Cl– и анионитом ROH. 
16. Расскажите, от каких параметров зависит избирательность 
действия ионита, и приведите примеры. 
17. Расположите катионы следующих солей: CaCl2, K2SO4, NaCl, 
FeCl3, LiNO3, в ряд по увеличению их степени поглощения катиони-
том из водных растворов. 
18. Что такое обменная емкость ионита? Укажите размерность 
данной величины. 
19. Объясните, каким образом проводят регенерацию ионитов. 
Напишите уравнения соответствующих ионообменных реакций.
20. Какие ионы можно разделить методом ионного обмена: а) H+, 
Na+; б) Ca2+, Na+; в) Fe3+, OH–? Выберите правильный вариант ответа 
и объясните его. 
21. Расскажите, как провести деионизацию воды с помощью ио-
нообменников и напишите четыре уравнения реакций осуществления 
данного процесса. 

22. Что является основой осадочной хроматографии? Для определения 
содержания каких органических и неорганических соединений 
допустимо использовать данный метод? 
23. При хроматографировании на бумаге, пропитанной раствором 
диметилглиоксима C4H8N2O2 стандартных растворов ионов Ni2+ 
(в 50 мл раствора содержится 0,0372; 0,0744 и 0,116 г NiCl2 · 10H2O), 
получили пики высотой 38,0; 50,5 и 76,0 мм соответственно, а для 
анализируемого раствора, содержащего ионы Ni2+, — 59,0 мм. Путем 
создания калибровочного графика определите концентрацию ионов 
Ni2+ в анализируемом растворе и рассчитайте его массу в 100 мл этого 
раствора. 
24. Перечислите области применения, достоинства и недостатки 
метода газовой хроматографии. 
25. Расскажите о таких параметрах метода газовой хроматографии, 
как время и объем удерживания. 
26. Приведите пример принципиальной схемы газового хроматографа. 
Какие виды детекторов применяют в газовой хроматографии?
27. Как проводят качественный анализ смеси при применении 
метода газовой хроматографии? 
28. При определении этилового спирта C2H5OH методом газовой 
хроматографии измерили зависимость высоты h, мм, пиков от массы 
m, мг, спирта и получили следующие данные: 

m, мг  ..............0,2 
0,4 
0,6 
0,8 
1,0

h, мм  ..............18 
37 
48 
66 
83

Для 0,02 г исследуемого раствора получен пик высотой 57 мм. Вычислите 
массовую долю ω, %, этилового спирта C2H5OH в анализируемом 
образце.

Рис. 2.1. Хроматограмма смеси соединений A, B, С