Решение задачи: Правило Марковникова и радикальное присоединение к алкенам

Ниже представлены подробные решения заданий Варианта 16, оформленные для записи в тетрадь. 1. Принцип работы мембранных электродов (на примере стеклянного) Мембранные электроды — это ионоселективные электроды, потенциал которых возникает за счет обмена ионами между поверхностью мембраны и раствором. Принцип работы стеклянного электрода: Основной частью является тонкая стеклянная мембрана. При погружении в раствор она гидратируется, образуя слои геля на внешней и внутренней поверхностях. Происходит ионный обмен: ионы \(Na^{+}\) или \(Li^{+}\) из стекла замещаются ионами \(H^{+}\) из раствора. Возникает мембранный потенциал, описываемый уравнением: \[E = E^{0} + 0,059 \cdot \lg \frac{a(H^{+})_{внеш}}{a(H^{+})_{внутр}}\] Так как концентрация ионов водорода внутри электрода постоянна, потенциал зависит только от \(pH\) внешнего исследуемого раствора: \[E = E^{0} - 0,059 \cdot pH\] 2. Сущность амперометрического титрования Сущность метода заключается в измерении силы диффузионного тока, проходящего через индикаторный электрод при постоянном внешнем напряжении, в зависимости от объема добавленного титранта. Классификация: 1. С одним поляризуемым электродом (индикаторным). 2. С двумя поляризуемыми электродами (биамперометрия). Реакции: Используются реакции, в которых хотя бы один участник (вещество, титрант или продукт) способен восстанавливаться или окисляться на электроде: - Реакции осаждения (например, титрование \(Ag^{+}\) раствором \(NaCl\)). - Реакции комплексообразования (титрование металлов ЭДТА). - Окислительно-восстановительные реакции. 3. Выбор потенциала в потенциостатической кулонометрии В этом методе потенциал рабочего электрода поддерживается постоянным. Выбор потенциала осуществляется на основании вольтамперных кривых (полярограмм) определяемого вещества. Потенциал выбирают в области предельного диффузионного тока, где скорость электрохимической реакции максимальна и не зависит от небольших колебаний напряжения. Обычно выбирают значение на \(0,1 - 0,2\) В более отрицательное (для катодных процессов) или положительное (для анодных), чем потенциал полуволны \(E_{1/2}\). Это гарантирует 100% выход по току для целевой реакции. 4. Задача на определение концентрации кадмия Для решения используем метод градуировочного графика в координатах \(E - \lg C\). Согласно уравнению Нернста, зависимость потенциала от логарифма концентрации линейна. Рассчитаем \(\lg C\) для таблицы: 1. \(C = 0,5 \Rightarrow \lg C = -0,30\) 2. \(C = 0,05 \Rightarrow \lg C = -1,30\) 3. \(C = 0,005 \Rightarrow \lg C = -2,30\) 4. \(C = 0,0005 \Rightarrow \lg C = -3,30\) 5. \(C = 0,00005 \Rightarrow \lg C = -4,30\) Заметим, что при изменении концентрации в 10 раз (на 1 единицу \(\lg C\)), потенциал \(E\) меняется примерно на \(24 - 26\) мВ. Найдем уравнение прямой \(E = a + b \cdot \lg C\). Возьмем две точки: \(100 = a + b \cdot (-1,30)\) \(122 = a + b \cdot (-2,30)\) Вычитая, получим: \(-22 = b \cdot (1,00) \Rightarrow b = -22\). Тогда \(a = 100 - (-22) \cdot (-1,30) = 100 - 28,6 = 71,4\). Уравнение: \(E = 71,4 - 22 \cdot \lg C\). Подставим \(E = 95\) мВ: \[95 = 71,4 - 22 \cdot \lg C\] \[23,6 = -22 \cdot \lg C\] \[\lg C = -1,07\] \[C = 10^{-1,07} \approx 0,085 \text{ моль/дм}^{3}\] 5. Задача на фотоколориметрическое титрование При титровании \(Fe^{3+}\) комплексоном III (ЭДТА) в присутствии салициловой кислоты сначала разрушается окрашенный комплекс железа с салицилатом. В точке эквивалентности поглощение \(A\) перестает падать и становится постоянным. По данным таблицы строим график \(A - V\). Точка пересечения двух прямых (падающей и горизонтальной) соответствует объему эквивалентности \(V_{экв}\). Из таблицы видно, что после \(V = 8\) мл оптическая плотность \(A = 0,04\) не меняется. Следовательно, \(V_{экв} = 8 \text{ см}^{3}\). Рассчитаем массу железа: \[m(Fe) = C(ЭДТА) \cdot V_{экв} \cdot M(Fe)\] Где \(M(Fe) = 55,85 \text{ г/моль}\). \[m(Fe) = 0,1550 \text{ моль/дм}^{3} \cdot 0,008 \text{ дм}^{3} \cdot 55850 \text{ мг/моль}\] \[m(Fe) = 0,1550 \cdot 0,008 \cdot 55850 \approx 69,25 \text{ мг}\] 6. Отличия и сходства УФС, ИКС и фотоколориметрии Сходство: Все методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом и поглощении квантов энергии (абсорбционный анализ). Все они подчиняются закону Бугера-Ламберта-Бера. Отличия: 1. Область спектра: Фотоколориметрия использует видимый свет (\(400-760\) нм), УФС — ультрафиолет (\(200-400\) нм), ИКС — инфракрасное излучение (\(0,75-1000\) мкм). 2. Природа переходов: УФС и видимая область связаны с переходами валентных электронов. ИКС связана с колебательными и вращательными движениями молекул. 3. Применение: УФС и колориметрия чаще используются для количественного анализа, ИКС — для идентификации структуры молекул (функциональных групп). 7. Типы ионитов и их регенерация Типы ионитов: 1. Катиониты — содержат кислотные группы (\(-SO_{3}H\), \(-COOH\)), обменивают свои катионы (обычно \(H^{+}\) или \(Na^{+}\)) на катионы из раствора. 2. Аниониты — содержат основные группы (аминогруппы), обменивают свои анионы (обычно \(OH^{-}\) или \(Cl^{-}\)) на аниониты из раствора. 3. Амфолиты — проявляют свойства и тех, и других. Регенерация: Это процесс восстановления исходного ионного состава ионита после его насыщения. - Катиониты регенерируют растворами кислот (\(HCl\), \(H_{2}SO_{4}\)) для перевода в \(H\)-форму или раствором \(NaCl\) для \(Na\)-формы. - Аниониты регенерируют растворами щелочей (\(NaOH\)) или сод (\(Na_{2}CO_{3}\)) для перевода в \(OH\)-форму. Процесс заключается в пропускании избытка регенерирующего раствора через колонку с ионитом.