Лабораторные работы по аналитической химии титрование. График прохождения лабораторного практикума по аналитической химии. Министерство образования и науки

Практикум состоит из трех частей. Первая часть содержит общие сведения о технике безопасности и правилах работы в химической лаборатории, основных приемах работы с химической посудой и реактивами, проведении основных химико-аналитических операций и метрологии анализа. Вторая часть представляет собой описание 50 работ лабораторного практикума по химическим методам анализа. Третья часть посвящена физико-химическим методам анализа. Изложены основы и техника выполнения 75 работ с применением приборов отечественного производства. Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов химико-технологического профиля. Может быть использован студентами энергетических, сельскохозяйственных, медицинских, металлургических, педагогических и других вузов, а также сотрудниками заводских и экологических лабораторий.

На нашем сайте вы можете скачать книгу "Аналитическая химия. Лабораторный практикум" Васильев Владимир Германович бесплатно и без регистрации в формате fb2, rtf, epub, pdf, txt, читать книгу онлайн или купить книгу в интернет-магазине.

Министерство высшего и среднего специального образования республики Узбекистан.

Ташкентский химико-технологический институт

кафедра «Аналитической химии»

Лабораторные работы

по аналитической химии

Химические методы анализа

ТАШКЕНТ-2004

В данном методическом указании освещены лабораторные работы качественного и количественного химического анализа. В качественном анализе приведены реакции I-II и III групп катионов, реакции анионов, анализ их смесей, а также методики анализа сухой соли.

В количественном анализе приведены методики выполнения работ по титриметрическому анализу, основанных на реакциях нейтрализации, окисления-восстановления, комплексообразования и методы расчётов результатов анализа.

Методическое указание предусмотрено для студентов очного и заочного обучения технологических вузов.

Утверждено на методическом совете ТашХТИ (протокол №).

Составители:доц. Закиров Б.Б.

проф. Назирова Р.А.

ст.пр. Мухамедова М.А.

асс. Жураев В.Н.

Рецензент:проф. Рахмонбердиев А.

Качественный анализ

Лабораторная работа №1

I группы

В I группу входят катионы NН 4 + , К + , Na + , Mg 2+ и др.

Многие их соли хорошо растворимы в воде, особенно их сульфаты, хлориды, карбонаты, что немаловажно маловажно для анализа. В отличие от других групп катионы I группы не имеют группового реагента.

Цель работы : Изучении характерных качественных реакций I- группы катионов.

Реакции катионов NH 4 +

1. Открытие реактивом Несслера – K 2 · 4 KOH.

Для выполнения реакции отбираем в пробирку 1-2 капли раствора соли аммония, приливаем 2-4 капли реактива Несслера. Красно-бурый осадок говорит о присутствии катиона NH 4 + .

NH 4 Cl+2K 2 4KОН→ J↓+7KJ+KCl+2H 2 O

2. Реакции со щелочами:

NH 4 Cl+NaOH → NH 4 OH+NaCl

К 2-3 каплям раствора соли аммония приливаем 3-4 капли щелочи и нагреваем в водяной бане. По запаху аммиака или по посинению лакмусовой бумажке, смоченной водой и приложенной к горлышке пробирки определяем наличие катионов аммония.

Реакции катионов К +

1. Открытие действием кобальтинитритом натрия

2KCl+Na 3 [СО(NO 2) 6 ]→K 2 Na[СО(NO 2) 6 ] ↓+2NaCl

В этой реакции в пробирку приливаем 1-2 капли раствора соли калия и добавляем 3-4 капли Na 3 [СО(NO 2) 6 ]. Образование жёлтого осадка говорит о присутствии катионов K + .

2. Действие винной кислотой или кислым виннокислым натрием.

Н 2 C 4 Н 4 O 6 +CН 3 CОONa→NaHС 4 H 4 O 4 + CH 3 СООН

KCl+NaHС 4 H 4 O 6 →KHC 4 H 4 O 6 ↓+NaCl

В пробирку приливаем 2-3 капли раствора соли калия, добавляем 3-4 капли винной кислоты и 3-4 капли CH 3 СООNa. Пробирку со смесью охлаждаем под струёй водопроводной воды и потираем стенки пробирки с раствором стеклянной палочкой. Образуется белый кристаллический осадок. Осадок сразу не выпадает потому что образуются пересыщенные растворы и частицы стекла, образованные потиранием стеклянной палочкой, являются центром кристаллизации и способствуют выпадению осадка.

Реакции катионов Mg 2+

1. Открытие гидрофосфатом натрия.

MgCl 2 +Na 2 HPO 4 +NH 4 OH MgNH 4 PO 4 ↓ +2NaCl+H 2 O

В этой реакции в пробирку проливаем 2-3 капли раствора соли магния, добавляем 1-2 капли аммонийной буферной смеси и 3-4 капли Na 2 HPO 4 . Образуется белый кристаллический осадок.

2. Действие щелочей.

MgCl 2 +2NaOH→Mg(OH) 2 +2NaCl

MgCl 2 +2KOH→Mg(OH) 2 +2KCl

В пробирку приливаем 2-3 капли раствора соли магния, 2-3 капли воды и 3-4 капли щёлочи. Образуется белый аморфный осадок.

Лабораторная работа №2

Общая характеристика катионов II группы

Ко II группе катионов откосятся Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ и другие. Сульфаты, фосфаты, оксалаты и карбонаты II группы катионов мало растворимые в воде. Групповым реагентом II группы катионов является (NH 4) 2 СО 3 , который в присутствии аммонийной буферной смеси (рH=9.2) ocаждает их в виде карбонатов CaСО 3 ,BaСО 3 и SrСО 3 .

Цель работы–ознакомление с общими и характерными реакциями II группы катионов.

Реакции катионов Ba 2+

1. Бихромат калия K 2 Cr 2 O 7 осаждает катионы бария в виде жёлтого осадка:

2BaCl 2 +2CH 3 СООNa+K 2 Cr 2 O 7 +H 2 O→2BaCrO 4 + 2NaCl + 2CH 3 СООН + KCl

В пробирку приливают 2-3 капли BaCl 2 , добавляют 2-3 капли СH 3 СООNa и 3-4 капли K 2 Cr 2 O 7 . В результате образуется осадок жёлтого цвета. Открытию бария по этой реакции не мешают катионы Cа 2+ и Sr 2+ .

2. Открытие карбонатом аммония.

BaCl 2 +(NH 4) 2 СО 3 →BaСО 3 ↓+ 2NH 4 Cl

В пробирку приливают 2-3 капли BaCl 2 и добавляют 3-4 капли (NH 4) 2 СО 3 . Образуется белый кристаллический осадок.

Реакции катионов Са +2

1. Открытие оксалатом аммония (NH 4) 2 C 2 O 4:

CaCl 2 +(NH 4) 2 C 2 O 4 →CaC 2 O 4 ↓+2NH 4 Cl

К 2-3 каплям CaCl 2 приливают 3-4 капли (NH 4) 2 C 2 O 4 . Образуется белый кристаллический осадок.

2. Действие карбонатом аммония.

CaCl 2 +(NH 4) 2 СО 3 →CaСО 3 ↓ +2NH 4 Cl

K 2-3 каплям CaCl 2 приливаем 3-4 капли (NH 4) 2 СО 3 . Образуется белый осадок.

Лабораторная работа №3

Систематический анализ смеси I и II группы катионов.

1. Открытие катионов NH 4 + .

Для этого в пробирку приливают 1-2 капли контрольной смеси, добавляют 3-4 капли реактива Несслера. Красно-бурый осадок свидетельствует о присутствии катионов NH 4 + .

2. Разделение I и II групп катионов.

В центрофужную пробирку приливают 10 капель контрольной смеси, добавляют 5-6 капель аммонийной буферной смеси и 15 капель (NH 4) 2 СО 3 Образовавшийся осадок (II группа катионов) центрифугируют, к раствору над осадком добавляют 2-3 капли (NH 4) 2 СО 3 (проверочная реакция). Если образуется, белая муть, добавляют 5-6 капель (NH 4) 2 СО 3 и центрифугируют, раствор переливают в другую пробирку и надписывают, что это I группа катионов. К осадку приливают четверть пробирки воды. Вытряхивают и вновь центрифугируют. Раствор сливают в раковину, к осадку приливают 3-4 капли СН 3 СООН. Если осадок не растворился, нагревают в водяной бане и добавляют еще 2 капли CH 3 СООН, т.е. стараются растворить в возможно малом количестве уксусной кислоты. После растворения осадка раствор разбавляют 5 каплями воды, переливают в другую пробирку и надписывают, что это II группа катионов.

3. Открытие Ba 2+ .

В центрофужную пробирку приливают 2-3 капли раствора II группы катионов, добавляют 2 капли CH 3 СООNа и 3-4 капли бихромата калия. Жёлтый осадок говорит о присутствии катионов Ba 2+ .

4. Удаление Ba 2+ и открытие Ca 2+ .

Центрофужную пробирку с осадком BaCrO 4 центрифугируют, раствор переливают в другую пробирку и добавляют 3-4 капли оксалата аммония. Если образуется белый осадок, то присутствует катион Ca 2+ .

5. Открытие Mg 2+ .

В пробирку приливают 2-3 капли раствора I группы, добавляют 2 капли аммонийной буферной смеси и 3-4 капли гидрофосфата натрия. Если образуется белый осадок, значит, присутствует катион Mg 2+ .

6. Удаление NH 4 + и открытие K + .

В центрофужную пробирку 2-3 капли приливают контрольного раствора I группы, добавляют 1 каплю фенолфталеина, 5 капель формалина и по каплям раствор Na 2 СО 3 до покраснения раствора. Смесь нагревают 1 минуту, охлаждают и обесцвечивают, добавляя по каплям уксусную кислоту. Если образуется муть смесь центрифугируют, раствор переливают в другую пробирку и добавляют к ней 3-4 капли кобальтинитрита натрия. Если образуется жёлтый осадок, то присутствует катион калия.

Лабораторная работа № 4

Реакции катионов III группы.

В III группу входят катионы Fe 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , СО 2+ , Mn 2+ катионы подгруппы Al 3+ и другие катионы рассеянных элементов.

Реакция катионов Fe 2+ .

1. Fe 2+ с гексацианоферратом калия K 3 образует осадок “турнбулевой сини”.

3 Fe 2+ +2K 3 →Fe 2 +6K +

В этой реакции к 1-2 капелям сульфата железа (+2) приливаем 3-4 капли K 3 . Образуется осадок синего света, зеленоватый по краю пробирки.

2. Реакция со щелочами:

Fe 2+ +KOH - →Fe(OH) 2 ↓

К 2-3 каплям Fe 2+ приливают 3-4 капля раствора щелочи (KOH, NaOH). Образуется осадок грязно-зеленого цвета.

Реакции катионов Fe 3+

1.Реакция с K 4 (гексоцианоферрат калия).

4Fe 3+ +3 4 - →Fe 4 3 ↓

К 2-3 каплям Fe 3+ приливают 3-4 капли раствора K 4 . Образуется синий осадок “берлинской лазури”.

2.Реакция с роданидом аммония NH 4 CHS.

Fe 3+ +3NH 4 CNS→Fe(CNS) 3 +3NH 4 +

К 1-2 каплям Fe 3+ приливаем 3-4 капли роданида аммония. Образуется раствор кроваво-красного цвета.

Реакции катионов Ni 2+ .

1.Реакции с реактивом Чугаева (диметилглеоксимом)

К 2-3 каплям Ni 2+ приливаем 2-3 капли диметилглеоксима и 1-2 капли разбавленного NH 4 OH. Образуется осадок ярко-красного цвета. Определению Ni 2+ мешают катионы Fe 2+ , которые необходимо предварительно удалить.

2.Реакция со щелочами:

Ni 2+ +2OH - →Ni(OH) 2 ↓

К 2-3 каплям Ni 2+ приливаем 2-3 капли щелочи. Образуется осадок зеленного цвета.

Реакции катионов Со 2+

1.Открытие нитритом калия KNO 2:

Со 2+ +7NО 2 - +3K + +2CН 3 СООН→K 3 [СО(No 2) 6 ]↓+NО+2CH 3 СОО - +H 2 O

К 2-3 каплям Со 2+ добавляют 1 шпатель сухой соли KNО 2 и 1 каплю CН 3 СООН. При этом образуется осадок желтого цвета.

2. Открытие роданидом аммония NH 4 CNS:

Со 2+ +4CNS - →[Со(CNS) 4 ] 2-

К 2-3 каплям Со 2+ приливают 5 капель насыщенного раствора NH 4 CNS и 1 шпатель сухой соли NH 4 CNS.

Образуется раствор ярко-синего цвета.

Реакции катионов Mn 2+ .

1. Открытие висмутатом натрия NaBiO 3:

2Mn 2+ +5NaBiO 3 +14H + →2MnO 4 - +5Bi 3+ +5Na + +7H 2 O

В этой реакции к 1-2 каплям Mn 2+ приливаем 3-4 капли 6N азотной кислоты, 3-4 капли воды и на кончике шпателя сухой соли NaBiO 3. Образуется малиновокрасный раствор над осадком.

2. Открытие двуокисью свинца PBO 2:

2Mn 2+ +5PbO 2 +4H + →2MnO - 4 +5Pb 2+ +2H 2 O

К 1 капли Mn 2+ добавляют 1 шпатель PbO 2 и 5-6 капель концентрированной азотной кислоты.

Образуется фиолетово-красный раствор.

Лабораторная работа №5

Анализ смеси катионов III группы.

1.Открытие катионов Fe 2+ :

К 2-3 каплям контрольной смеси приливают 3-4 капли K 3 . Синий осадок говорит о присутствии катионов Fe 2+ .

2.Открытие катионов Fe 3+ :

К 2-3 каплям контрольной смеси приливают 3-4 капли K 4 . Если образуется синий осадок, то в растворе присутствуют катионы Fe 3+

3.Открытие катионов Ni 2+ :

К 2-3 каплям контрольной смеси приливают 3-4 капли диметилглеоксима и 1-2 капли NH 4 OH. Если образуется ярко-красный осадок, значит присутствуют катионы никеля.

Если в контрольном растворе присутствуют катионы Fe 2+ , то они тоже в этих условиях реагируют с диметилглеоксимом и образуют красный осадок.

В этом случае реакцию выполняют на фильтровальной бумаге. В центр фильтра приливают 1 каплю аммонийной буферной смеси, 1 каплю Na 2 HPO 4 , 1 каплю контрольной смеси. При добавлении каждой капли ждут пока капля рассосётся, а фильтр держат в руке горизонтально. В этих условиях катионы железа образуя осадок с гидрофосфатом натрия остаются в центре фильтра, а катионы никеля рассасываются на периферии фильтра. Приливаем 1 каплю воды, чтобы остатки никеля смыть на периферию фильтра. Пипетку с диметилглеоксимом проводят по внутренней стороне влажного пятна. Если присутствуют катионы никеля, то образуется красное кольцо.

4.Открытие катионов Cо 2+ :

К 2-3 каплям контрольной смеси добавляют 1 шпатель NaNО 2, 2-3 капли KCl, и 1-2 капли CН 3 СООН. Если образуется жёлтый осадок, значит присутствуют катионы кобальта.

5. Открытие катионов Mn 2+ .

К 2-3 каплям контрольной смеси приливают 3-4 капли 6N HNO 3 3-4 капли воды. К смеси добавляют 1 шпатель сухой соли NaBiO 3 . Если над осадком образуется раствор красного цвета, значит присутствуют катионы марганца.

Лабораторная работа №6

Обшая характеристика анионов

Анионы подразделяются на III аналитические группы. В I группу входят анионы СО 3 2- , HPO 4 2- , SO 4 2- ,SO 3 2- ,CrO 4 2- и другие Групповой реагент для I группы анионов BaCl 2, который осаждает их в нейтральной и слабощелочной среде, образуя белые осадки.

Во II группу входят анионы Cl­ - , Br - , J - , S - , CNS - , CN - и другие. Они осаждаются групповым реагентом AgNО 3 из слабокислых растворов.

В III группу входят анионы NO 3 - , NO 2 - , CH 3 СОО - , ClO 3 - , MnO 4 - и другие. Соли бария и серебра III группы анионов растворимы в воде и групповой реагент у них отсутствует.

Реакции анионов I группы.

При действии на анионы I группы раствором BaCl 2 образуются осадки, растворимые в различных кислотах. Этим воспользуемся при обнаружении анионов I группы.

1. СО 3 2 + BaCl ­2 → BaСО 3 ↓ +2Cl -

К 2-3 каплям СО 3 2- приливают, 2-3 капли BaCl 2 образуется белый осадок растворимый в уксусной кислоте с выделением газов:

↓ BaСО 3 +2CN 3 СООН → Ba(CН 3 СОО) 2 + H 2 O + СО 2

2. HPO 4 2‑ + BaCl 2 → BaHPO 4 ↓ + 2Cl -

Осадок гидрофосфата бария растворяется в сильных кислотах без выделения газа:

↓ BaHPO 4 + 2НCl → BaCl 2 + H 3 PO 4

3. Сульфат кислоты тоже образуют с BaCl 2 белый осадок, но не растворимый ни в каких кислотах.

SO 4 2- + BaCl 2 → BaSO 4 ↓ + 2Cl -

К 2-3 каплям SO 4 2- приливают 2-3 капли раствора ВaCl 2 . Образуется белый осадок не растворимый в кислотах.

Реакция анионов II группы

II группа анионов (Cl - , J -) образуют с AgNO 3 осадки белого и жёлтого цветов.

1. Cl - + AgNO 3 → AgCl ↓+ NO 3 -

К 2-3 каплям ионов Cl - приливают 2-3 капли раствора AgNO 3 . Образуется белый осадок. Если к осадку прилить 3-4 капли NH 4 OH осадок растворяется, образуя аммиачный комплекс:

AgCl ↓ + 2 NH 4 OH → Cl + 2H 2 O

2. J - + AgNO 3 → AgJ↓ + NO 3 -

К 2-3 каплям ионов J - приливают, 2-3 капли AgNO 3 образуется жёлтый осадок не растворимый в NH 4 OH

Чтобы убедиться, что J - присутствует, используют его реакцию с Pb(NO 3) 2

2J - + Pb(NO 3) 2 → PbJ 2 ↓ + 2NO 3 -

К 2-3 каплям ионов J - приливают 2-3 капли Pb(NO 3) 2 образуется осадок ярко жёлтого цвета.

Реакция анионов III группы

Анионы III группы (NO 3 - и CH 3 СОО -) не имеют группового реагента и их можно открывать дробным методом, т.е. открытию одного иона не мешает другой.

Реакция открытия анионов NO 3 -

Реакция с сульфатом железа.

2NO 3 - + 2Fe 2+ + 8H + → 2Fe 3+ + 2NO + 4H 2 O

К 2-3 каплям NO 3 - добавляют 2 шпателя сухой соли FeSO 4 и 3-4 капли концентрированной серной кислоты. Образуется газ NO который, окисляясь кислородом воздуха из бесцветного переходят в бурый:

2NO + O 2 → NO 2

Реакция открытия анионов CH 3 СОО -

Реакция открытия ионов CH 3 СОО - хлоридом железа (III)

FeCl 3 + 3CH 3 СООNa → Fe (CH 3 СОО) 3 + 3NaCl

К 2-3 каплям ацетат ионов приливаем 1-2 капли хлорида железа. Образуется раствор красноватого цвета.

Лабораторная работа №7

Анализ смеси анионов трёх групп

К 2-3 каплям контрольной смеси приливают 2-3 капли BaCl 2 . Если образуется белый осадок, то присутствует анионы I группы. К осадку приливают 3-4 капли уксусной кислоты. Если осадок растворяется с образованием газа СО 2 , значит присутствуют анионы карбоната. Если осадок не растворяется, то приливают 2-3 капли азотной кислоты. Если осадок растворится, то присутствуют анионы гидрофосфата, если не растворится, присутствуют сульфат ионы.

2. Открытие анионов II группы.

К 2-3- каплям контрольной смеси приливают 2-3- капли AgNO 3 . Если образуется осадок, то присутствуют анионы II группы. К осадку приливают 3-4 капли гидроокиси аммония. Если осадок полностью растворяется, то присутствуют анионы хлора. Если осадок не растворяется то его, центрифугируют, раствор переливают в другую пробирку и добавляют 2-3 капли азотной кислоты. Если вновь образуется осадок белого цвета, значит присутствуют ионы хлора.

Для определения ионов йода к 2-3 каплям контрольного раствора приливают 2-3 капли нитрата свинца. Если образуется осадок ярко-жёлтого цвета, то присутствуют ионы йода.

3. Анализ III группы анионов.

Ионы нитрата и ацетата определяют по реакциям указанным выше, т.е. нитрат ион действием FeSO 4 и концентрированной серной кислотой, а ацетат-ион действием хлорида железа.

Лабораторная работа №8

Анализ сухой соли

I . Растворение сухой соли.

Часть сухой соли переносят в пробирку, приливают четверть пробирки воды и тщательно встряхивают. Если соль не растворяется, то вначале его растворяют в уксусной, далее в азотной кислоте.

II . Анализ катионов.

1. Если соль состоит из катионов III группы, образование осадка с сульфидом аммония, то определение проводят согласно анализу смеси III группы катионов.

2. Если не образуется осадок с (NH 4) 2 S, то катион или I или II группы. В этом случае проверяют наличие II группы действием карбоната аммония. При образовании белого осадка проводят реакции открытия бария и кальция.

2. Если при действии карбоната аммония не образуется белый осадок, значит присутствуют катионы только I группы и проводят открытие катионов аммония, магния и калия.

III . Открытие анионов.

Это определение проводят по методу анализа смеси анионов трех групп, что указано было выше.

Лабораторная работа №9

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Гравиметрический метод анализа

Определение кристаллизационной воды в соли BaCl 2 ∙2 H 2 O

Гравиметрический (весовой) анализ проводят двумя методами:

1) метод отгонки

2) метод осаждения

Определение кристаллизационной воды проводят методом отгонки.

Воду, входящую в структуру кристаллов некоторых веществ-кристаллогидратов, называют кристаллизационной водой. Содержание кристаллизационной воды в различных кристаллогидратах различная и отвечает определенным химическим формулам: H 2 C 2 O 4 ∙2H 2 O, BaCl 2 ∙2H 2 O, CuSО 4 ∙5H 2 O, Na 2 SO 4 ∙10H 2 O и т.д. Однако в зависимости от температуры, влажности воздуха и природы кристаллогидратов вода может выветриваться из кристаллов, т.е. количественно может уменьшаться или даже увеличиваться. Поэтому чтобы знать точную химическую формулу кристаллогидратов проводят определение кристаллизационной воды.

Метод основан на выделении воды при нагревании, т.е. на методе отгонки. Если рассмотреть на примере BaCl 2 ∙2H 2 O, то точную навеску этой соли (1-1.% г) помещают в тигель и нагревают в сушильном шкафу при 120-125 о С. Пока не перестанет изменяться масса (высушивание до постоянной массы)

BaCl 2 2H 2 O → BaCl 2 + 2H 2 O

Ход определения

Фарфоровый тигель или бюкс тщательно моют и высушивают 5-10 мин в сушильном шкафу и охлаждают 20 мин. в эксикаторе и взвешивают вначале на технохимических, затем на аналитических весах.

Точную навеску соли BaCl 2 ∙2H 2 O (1-1,5 г.) помещают в тигель и высушивают в сушильном шкафу 2 часа при 120-125 о С. Тигель с солью вынимают щипцами и переносят в эксикатор, охлаждают 20 мин. и взвешивают на аналитических весах записав массу. Тигель вновь помещают в сушильный шкаф и высушивают 1 час. Охладив тигель в эксикаторе вновь взвешивают. Если разница в массе составляет не более 0,0002 г. считается, что вода полностью удалена.

После высушивания до постоянной массы производят расчет содержания кристаллизационной воды.

РАСЧЕТЫ:

Положим, что результаты взвешивания таковы:

Масса тигля 10,6572 г.

Масса тигля с веществом 11,9746 г.

Навеска соли будет 1,3274 г.

Масса тигеля с веществом после высушивания

1 е взвешивание 11,7629

2 е взвешивание 11,7624

3 е взвешивание 11,7622

Из результатов взвешивания видно, что второе и третье взвешивание достаточно близки, поэтому отбрасывают первый результат и берут средний из двух последующих:

(11,7624+11,7622) / 2 = 11,7623

По разности массы тигля с веществом до высущивания и после находят массу кристаллизационной воды:

11,9846 - 11,7623 = 0,2223 г.

Процентное содержание кристаллизационной воды находят из пропорции:

В 1,3272 г. навески содержится 0,2223 г. H 2 O

в 100 г. Х 2 H 2 O

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Метод нейтрализации

В титриметрическом (объемном) анализе раствор с точно известной концентрацией (титрованный или стандартный раствор) помещают в бюретку и по каплям приливают к исследуемому раствору с известным объемом, помещённый в коническую колбу и постоянно перемешивают. По изменению окраски индикатора или другим признакам определяют эквивалентный объем, затраченный на реакцию и подставляя его значение (V) в расчетные формулы определяют количество исследуемого вещества.

Метод нейтрализации или кислотно-основного титрования основан на реакции:

H + + OH - = H 2 O

и позволяет определять концентрации кислот, щелочей, гидролизирующихся солей и т.д.

Лабораторная работа №10

Определение процентного содержания кислот

Работа проводится в следующей последовательности.

1. Приготовление 250 мл 0,1 нормального стандартного раствора щавелевой кислоты.

2. Приготовление 250 мл 0,1 нормального раствора щелочи из 4%-ного раствора.

3. Определение точной концентрации приготовленной щелочи.

4. Определение процентного содержания контрольного раствора кислоты.

Теоретический расчёт

1. Расчёт массы щавелевой кислоты для приготовления 250 мл 0,1 нормального раствора

М H 2 C 2 O 4 2H 2 O = 126 г.

г-экв. H 2 C 2 O 4 2H 2 O = 126:2 = 63 г.

Если: 1000мл - 1г-экв - 1 N

значит: 1000 мл - 63 г. - 1 N

1000 мл - 6,3 г. - 0,1N

250 мл - Х г. - 0,1 N

Значит, для приготовления 0,1 N раствора на аналитических весах отмеряем 1,5757 г щавелевой кислоты, переносим в колбу на 250 мл, растворяем в небольшой порции воды, приливаем до метки воду и тщательно перемешиваем.

2. Приготовление 250 мл 0,1 N раствора NaOH из 4% раствора.

М NaOH = 40 г. Г - экв NaOH = 40 г.

Если: 1000 мл - 40 г - 1 N

1000 мл - 4 г - 0,1N

250 мл - Х г - 0,1 N

отсюда: Х = (250 · 4): 1000 = 1 г

Значит для приготовления 250 мл 0,1N растворы NaOH необходимо взять 1г щелочи. Но NaOH сильно притягивает влагу и практически навеску его на аналитических весах отвесить невозможно. Поэтому раствор будем готовить из заранее приготовленного ~ 4%-ного раствора. Рассчитаем сколько мл 4%-ного NaOH необходимо взять, чтобы раствор содержал 1 г

Если 100 мл - 4 г - 4%

Х = (100 1): 4 = 25 мл

Значит, чтобы приготовить 250 мл 0,1 N раствора NaOH, отбираем мерным цилиндром 25 мл 4%го раствора NaOH, приливаем в колбу на 250 мл, приливаем до метки воду и тщательно перемешиваем.

3. Определение точной концентрации NaOH

В коническую колбу при помощи пипетки или бюретки приливаем 10 мл 0,1N щавелевой кислоты, добавляем 1-2 капли индикатора - фенолфталеина (ф-ф) и титруем, приливая по каплям из бюретки раствор NaOH до появления слаборозовой окраски.

H 2 C 2 O 4 + 2NaOH - Na 2 C 2 O 4 + 2H 2 O

Опыты повторяем 4 раза и результаты записываем в таблицу

Из трех близких значений вычисляем средний результат и по формуле рассчитываем нормальность NaOH:

4. Определение % содержания кислоты.

В мерную колбу на 250 мл приливают 5-10 мл контрольной кислоты, разбавляют до метки водой и тщательно перемешивают. При помощи пипетки или бюретки отбирают 10 мл кислоты, приливают в коническую колбу, добавляют 1-2 капли фенолфталеина и титруют рабочим раствором NaOH до бледно-розовой окраски. Опыты повторяют 4 раза и результаты титрований записывают в таблицу.

Из трех близких результатов рассчитывают средний и по формуле определяют процентное содержание кислоты:

Лабораторная работа №11

МЕТОДЫ ОКИСЛИТЕЛЬНО - ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ТИТРОВАНИЯ

Перманганатометрия

Метод основан на высокой окислительной способности перманганат ионов в кислой среде, например ионов Fe 2+ по реакции:

5Fe 2+ + MnO 4 - + 8H + - 5Fe 3+ + Mn +2 + 4H 2 O

Порядок выполнения работы:

1. Приготовление 250 мл 0,05N раствора КМnO 4 из ~ 3% раствора.

2. Определение точной концентрации KMnO 4

3. Определение граммового содержания железа.

Теоретические расчеты

1. Рассчитаем сколько мл. 3% раствора KMnO 4 необходимо для приготовления 250 мл 0,05 раствора

1000 мл - 1 г - экв - 1N

1000 мл - 31,61 г - 1N

1000 мл - 1,5805 г - 0,05N

250 мл - Х г - 0,05N

Наш исходный раствор 3% поэтому:

100 мл - 3 г - 3%

Х мл - 0,395 г - 3%

Значит, чтобы приготовить 250 мл. 0.05N раствор KMnO 4 отбираем мерным цилиндром 13,2 мл 3% раствора KMnO 4 , приливаем в колбу на 250 мл, доливаем до метки воду и тщательно перемешиваем.

2. Определение точной концентрации KMnO 4: при помощи пипетки или бюретки отбираем 5 мл 0,1N щавелевой кислоты, приливаем в коническую колбу, добавляем 10-15 мл 10% ной H 2 SO 4 нагреваем до ~ 80 о С и титруем в горячем виде раствором KMnO 4 до слабо-розовой окраски. После добавления 1-2 капель KMnO 4 смесь тщательно перемешиваем до обесцвечивания затем продолжаем титровать обычным способом.

5C 2 O 4 2- + KMnO 4 - + 16 H + - KMn 2+ + 8H 2 O + 10СО 2

Опыты повторяем 4 раза и из трёх близких результатов берем средний и по формуле рассчитываем нормальность KMnO 4

3. Определение граммового содержания Fe 2+

К контрольному раствору железа в конической колбе приливаем 10-15 мл 10% раствора H 2 SO 4 и титруем рабочим раствором KMnO 4 до бледно-розовой окраски. После добавления 1-2 капель KMnO 4 раствор тщательно перемешиваем до обесцвечивания и далее титруем обычным способом.

Лабораторная работа № 12

ЙОДОМЕТРИЯ

Определение граммового содержания меди ( Cu 2+ )

Метод основан на окислительно-восстановительных процессах, связанных с окислением ионов J - до J 2

2J - - 2e → J 2

Порядок выполнения работы.

1. Приготовление 250 мл 0,1N раствора K 2 Cr 2 O 7

2. Определение концентрации рабочего раствора Na 2 S 2 O 3

3. Определение граммового содержания меди.

Теоретические расчеты

1. Приготовление 250 мл 0,1N раствора K 2 Cr 2 O 7 .

Значит 1000 мл - 49,03 г - 1N

1000 мл - 4,903 г - 0,1N

250 мл - Х г - 0,1N

Значит, чтобы приготовить 250 мл 0,1N раствора необходимо на аналитических весах взвесить 1,2257 г K 2 Cr 2 O 7 перенести в медную колбу, растворить в небольшом количестве воды, долить до метки водой и тщательно перемешать.

2. Определение концентрации Na 2 S 2 O 3:

В коническую колбу приливают мерным цилиндром 5-7 мл 20%-ного раствора KJ и 1-15 мл 10%-ного раствора H 2 SO 4 . При помощи пипетки или бюретки добавляют 1- мл 0,1N раствора K 2 Cr 2 O 7 , накрывают колбу часовым стеклом и оставляют в темноте 5 мин для завершения реакции:

Cr 2 O 7 2- + 6J - + 14H + - 3J 2 + 2Cr 3+ + 7H 2 O

Образовавшийся J 2 раствор бурого цвета титруют тиосульфатом (Na 2 S 2 O 3) до соломенно-жёлтого цвета. Затем приливают 5 мл раствора крахмала и образовавшийся раствор синего цвета оттитровывают тиосульфатом до бледно-зелёного цвета:

J 2 + 2S 2 O 3 2- - 2J - + S 4 O 6 2-

Опыт повторяют 4 раза и из трех близких рассчитывают средний результат и нормальность тиосульфата вычисляют по формуле:

3. Определение граммового содержания Cu 2+ :

В коническую колбу с исследуемым раствором меди приливают из мерного цилиндра 15 мл 20%-ного раствора KJ и 2 мл 10% K 2 SO 4 колбу накрывают часовым стеклом и оставляют в темноте на 5 минут для завершения реакции:

Cu 2+ + 4J - - 2CuJ↓ + J 2

Образовавшую бурую муть титруют тиосульфатом до бледно-жёлтого цвета, приливают 5 мл раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски. Опыты повторяют 4 раза, из близких 3 значений вычисляют средний результат и рассчитывают граммовое содержание Cu 2+ по формуле:

г-экв Cu 2+ = Г-атому = 63,54 г.

Лабораторная работа №13

Методы комплексообразования

На практике аналитической химии чаще используют комплексон-III. Это двунатриевая соль этилен диаминотетроуксусной кислоты, который образует со многими металлоионами внутрикомплексные соединения.

Регулируя pH среды и подбирая соответствующие индикаторы методом комплексонометрии можно определять очень многие металлы, общую жёсткость воды и т.д.

Индикаторы, применяемые в комплексонометрии называют металлохромными индикаторами. Они тоже образуют с ионами металлов комплексы, окрашенные в разные цвета.

Определение общей жёсткости воды.

Порядок выполнения работы.

1. Приготовление 250 мл ~ 0,1 N раствора комплексона - III

2. Определение точной концентрации комплексона - III

3. Определение общей жёсткости водопроводной воды.

1. Приготовление 250 мл 0,1N раствора комплексона-III теоретический расчет.

М К- III = 372 г.

Значит: 1000 мл - 186 г. - 1N

1000 мл - 18,6 г. - 0,N

250 мл - Х 2 - 0,1N

Значит, чтобы приготовить 250 мл 0,1N раствора на аналитических весах отбираем 4,65 г комплексона III, переносим в колбу на 250 мл, растворяем в небольшом объеме воды, приливаем затем до метки воду и тщательно перемешиваем.

2. Определение точной концентрации комплексона III

В коническую колбу при помощи пипетки или бюретки отбираем 10 мл 0,1N раствора нитрата или хлорида цинка, добавляем 10-15 мл аммонийной буферной смеси, на кончике штапеля индикатор хромоген чёрный и образовавшийся раствор красного цвета титруем комплексном-III до синей окраски. Из четырёх определений берем средний результат трёх близких результатов и рассчитываем нормальность комплексона III по формуле:

3. Определение общей жёсткости воды.

В коническую колбу приливаем отмеренный мерным цилиндром 100 мл водопроводной воды, добавляем 10-15 мл аммонийной буферной смеси, на кончике штапеля индикатор хромоген чёрный и титруем красноватый раствор комплексоном III до синего цвета.

Определение повторяем четыре раза и результаты записываем в таблицу. Из трех близких результатов рассчитываем средний и рассчитываем общую жёсткость воды по формуле:

ЛИТЕРАТУРА

1. Миркамилова М.С. «Аналитик кимё», Тошкент, 2003 й.

2. Миркомилова М.С. «Аналитик кимё», Тошкент, 2000 й.

3. Васильев В.П. «Аналитическая химия» 1-2 том. М., Химия, 1089 г.

4. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полмикроанализа. М., Химия, 1972 г.

5. Алексеев В.Н. «Количественный анализ». М., Химия, 1972 г.

6. Крешков А.Н. «Основы аналитической химии» 1-2 том. М., Химия, 1965 г.

Аналитическая химия

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Минск БГТУ 2012

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Аналитическая химия
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

– электронные кафедральные издания ;

– кафедральное учебно-методическое пособие и его электронная версия;

2) для выполнения лабораторных работ и составления отчетов о выполненных лабораторных работах :

– настоящее издание лабораторного практикума и его электронная версия;

– кафедральная разработка «Электронный рабочий журнал по аналитической химии»;

– лабораторные практикумы ;

3) для решения расчетных задач :

– задачники ;

– учебно-методическое пособие ;

– электронная версия кафедрального учебно-методического пособия ;

– электронное кафедральное издание ;

4) для поиска справочной информации :

– справочник ;

– кафедральное справочное издание и его электронная версия;

5) для выполнения проблемного задания :

– кафедральное издание и его электронная версия;

– лабораторные практикумы ;

6) компьютерные программы, презентации и видеоматериалы :

При проведении качественного анализа неорганического вещества его переводят в раствор и затем обнаруживают входящие в его состав катионы и анионы . Для удобства выполнения анализа катионы и анионы подразделяются на аналитические группы , в которые включены сходные по химико-аналитическим свойствам ионы. Классификации катионов и анионов, которые используются при выполнении лабораторного практикума, приведены в табл. 4–5. Классификации имеют большое значение при систематическом ходе анализа сложной смеси. В этом случае ионы выделяют из нее не поодиночке, а целыми группами, используя групповые реагенты .

Систематический ход анализа подразумевает последовательное выполнение следующих действий:

• 
  разделение ионов на группы с помощью групповых реагентов;
• 
  разделение мешающих ионов внутри каждой группы ;
• 
  обнаружение ионов с помощью характерных реакций.

Аналитическая химия

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Минск БГТУ 2012

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Аналитическая химия

учебно-методическим объединением высших учебных заведений Республики Беларусь по химико-технологическому образованию в качестве учебно-методического пособия по дисциплинам «Аналитическая химия» и «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов химико-технологических специальностей

УДК 543(076.5)(075.8)

А. Е. Соколовский , Н. Ф. Шакуро , А. К. Болвако , Е. В. Радион

Рецензенты:

кафедра аналитической химии Белорусского государственного университета;

доктор химических наук, заведующий лабораторией химического катализа Института физико-органической химии НАН Беларуси Н. Г. Козлов

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или ее части не может быть осуществлено без разрешения учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет».

ISBN 978-985-530-144-9.

Учебно-методическое пособие содержит 20 лабораторных работ по качественному и количественному химическому анализу. Работы по гравиметрии и различным методам титриметрии являются многоуровневыми – от типовых до более сложных, предполагающих анализ многокомпонентных смесей, реальных природных и технологических объектов. Особенностями практикума является разнообразная тематика экспериментальных заданий и компьютерная обработка результатов анализа.

Приведены основные сведения об используемой химической посуде и химико-аналитическом оборудовании, приемах работы с ними, а также о технике выполнения химико-аналитических операций.

Пособие предназначено для студентов химико-технологических специальностей.

УДК 543(076.5)(075.8)

ББК 24.4я73

ПРЕДИСЛОВИЕ

Организация лабораторных занятий

Лабораторные занятия по аналитической химии проводятся согласно графику прохождения лабораторного практикума (табл. 1).

Таблица 1

График прохождения лабораторного практикума по аналитической химии

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, которые:

прошли инструктаж по технике безопасности;

сдали допуск к выполнению лабораторной работы;

составили отчеты и защитили выполненные работы (имеют не более двух незащищенных работ);

защитили теоретический и практический материал по всем предыдущим темам.

Лабораторные работы по качественному химическому анализу считаются успешно выполненными, если студент верно идентифицировал все компоненты пробы. Лабораторные работы по количественному химическому анализу считаются успешно выполненными, если полученный студентом результат соответствует истинному значению с допустимой погрешностью. При получении ошибочного результата студент выполняет работу еще раз, заново взяв контрольную пробу.

После выполнения каждого цикла работ проводится проверка усвоения теоретического и практического материала в форме индивидуального устного собеседования с преподавателем, письменного ответа с последующей защитой либо компьютерного тестирования. К защите темы допускаются студенты, которые выполнили все лабораторные и расчетные задания по ней.

Студенты, полностью выполнившие программу лабораторного практикума, допускаются к сдаче зачета по курсу, который проводится в устной или письменной форме. При выставлении зачета учитывается вся работа студента на протяжении семестра: выполнение лабораторных работ и расчетных заданий, знание теоретического и практического материала, ведение рабочего журнала.

Ведение рабочего журнала

Отчеты о выполненных лабораторных работах оформляются в отдельной тетради, которая является рабочим журналом студента. По желанию студента можно вести электронный рабочий журнал с распечаткой отчетов для проверки преподавателем. После защиты работ отчеты подписываются преподавателем и служат документом, подтверждающим успешное выполнение лабораторного практикума.

Качественный анализ » отчет представляется по форме 1 (см. приложение).

При выполнении лабораторных работ по теме «Количественный анализ » отчет представляется по разным формам (см. приложение) в зависимости от изучаемого метода анализа и цели работы. При выполнении работы по гравиметрии отчет представляется по форме 2, при выполнении работ по титриметрии – по форме 3 (стандартизация рабочего раствора ) или форме 4 (выполнение контрольного анализа ).

При выполнении работ по количественному анализу обязательным является соблюдение правил записи результатов измерения и указание единиц измерения . Точность измерения основных величин и правила записи результатов измерения приведены в табл. 2, а точность расчета величин – в табл. 3.

При выполнении всех лабораторных работ по количественному анализу можно использовать документ Microsoft Excel «Практикум по АХ и ФХМА» с целью:

оценки неопределенности измерений;

проведения Q -теста для исключения грубых промахов, если имеется достаточная выборка – 4 и более результатов параллельных измерений;

проведения статистической обработки результатов анализа: расчет среднего, дисперсии, среднеквадратичного отклонения, доверительного интервала и др.

ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ

Министерство образования Российской Федерации

Тамбовский государственный технический университет

М. И. Лебедева, Б. И. Исаева, И. В. Якунина

ПРАКТИКУМ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Утверждено Ученым советом университета

Издательство ТГТУ

Р е ц е н з е н т ы:

Кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической и физической химии ТГУ им. Г. Р. Державина,

А. И. Рягузов

Кандидат химических наук, доцент ТГТУ

О. А. Корчагина

Л33 Лебедева М. И., Исаева Б. И., Якунина И. В. Практикум по аналитической химии / Под общей ред. М. И. Лебедевой. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. 80 с.

ISBN 5-8265-0167-7

Практикум содержит теоретическое введение о методах качественного и количественного анализа, облегчающее усвоение материала, подробное описание методик выполнения лабораторных работ. В конце каждой лабораторной работы приведены контрольные вопросы.

Предназначен для студентов нехимических специальностей.

УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ

ЛЕБЕДЕВА Мария Ивановна, ИСАЕВА Белла Ивановна, ЯКУНИНА Ирина Владимировна

ПРАКТИКУМ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Редактор Т. М. Глинкина

Инженер по компьютерному макетированию М. Н. Рыжкова

ЛР № 020851 от 27.09.99 Плр № 020079 от 28.04.97

Подписано в печать 11.03.2002.

Гарнитура Times New Roman. Формат 60 × 84 / 16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 4,65 усл. печ. л.; 4,5 уч.-изд. л. Тираж 200 экз. С. 155

Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета

392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

ВВЕДЕНИЕ

Основой экологического мониторинга является совокупность различных химических наук, каждая из которых нуждается в результатах химического анализа, поскольку химическое загрязнение − основной фактор неблагоприятного антропогенного воздействия на природу. Целью аналитической химии становится определение концентрации загрязняющих веществ в различных природных объектах. Ими являются природные и сточные воды различного состава, донные отложения, атмосферные осадки, воздух, почвы, биологические объекты.

Аналитическая химия − это наука о способах идентификации химических соединений, о принципах и методах определения химического состава веществ и их структуры. Она является научной основой химического анализа.

Химический анализ − это получение опытным путем данных о составе и свойствах объектов.

Впервые это понятие научно обосновал Р. Бойль в книге "Химик – скептик" (1661 г.) и ввел термин "анализ".

Аналитическая химия базируется на знаниях, полученных при изучении курсов: неорганической, органической, физической химии, физики и математики.

Цель изучения аналитической химии − освоение современных методов анализа веществ и их применение для решения народно-хозяйствен-ных задач. Тщательный и постоянный контроль производства и объектов окружающей среды основан на достижениях аналитической химии. В. Оствальд писал: "Аналитическая химия, или искусство распознавать вещества или их составные части, занимает среди приложений научной химии особое место, так как вопросы, на которые она дает возможность ответить, возникают всегда при попытке воспроизвести химические процессы для научных или технических целей. Благодаря такому своему значению аналитическая химия с давних пор встречает постоянную заботу о себе…".

Данное учебное пособие составлено применительно к стандартам и учебным программам по аналитической химии и физико-химическим методам анализа специальностей Тамбовского государственного технического университета.

Длительное время в аналитической химии господствовали так называемые "классические" методы анализа. Анализ рассматривался как "искусство" и резко зависел от "рук" экспериментатора. Технический прогресс требовал более быстрых, простых методов анализа. В настоящее время большинство массовых химических анализов выполняется с помощью полуавтоматических и автоматических приборов. При этом цена оборудования окупается его высокой эффективностью.

В настоящее время необходимо применять мощные, информативные и чувствительные методы анализа, чтобы контролировать концентрации, меньшие ПДК. В самом деле, что означает нормативное "отсутствие компонента"? Может быть, его концентрация настолько мала, что его традиционным способом не удается определить, но сделать это все равно нужно. Действительно, охрана окружающей среды − вызов аналитической химии. Принципиально важно, чтобы предел обнаружения загрязняющих веществ аналитическими методами был не ниже 0,5 ПДК.

1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ КАК НАУКА

1.1 Химический анализ

На всех стадиях любого производства осуществляется технический контроль, т.е. проводятся работы по контролю качества продукции в ходе технологического процесса с целью предотвращения брака и выпуска продукции, соответствующей ТУ и ГОСТам.

Технический анализ делится на общий − анализ веществ, встречающийся на всех предприятиях (анализ H 2 O , топлива, смазочных материалов) и специальный – анализ веществ, встречающихся только на

данном предприятии (сырье, полупродукты, отходы производства, конечный продукт).

С этой целью ежедневно тысячи химиков-аналитиков выполняют миллионы анализов согласно соответствующему международному ГОСТу.

Методика анализа − подробное описание выполнения аналитических реакций с указанием условий их выполнения. Ее задачей является овладения навыками эксперимента и сущностью аналитических реакций.

Методы аналитической химии основаны на различных принципах.

1.1.1 Классификация методов анализа

1 По объектам анализа − неорганический и органический.

2 По цели − качественный и количественный.

Основоположником качественного анализа считают английского ученого Роберта Бойля, который впервые описал методы обнаружения SO 2 4 − и Cl − -ионов с помощью Ba 2 + и Ag + -ионов, а также применил

органические красители в качестве индикаторов (лакмус).

Однако аналитическая химия начала формироваться в науку после открытия М. В. Ломоносовым закона сохранения веса веществ при химических реакциях и применения весов в химической практике.

Таким образом М. В. Ломоносов − основоположник количественного анализа.

Количественный анализ позволяет установить количественные соотношения составных частей данного соединения или смеси веществ. В отличие от качественного анализа количественный анализ дает возможность определить содержание отдельных компонентов анализируемого вещества или общее содержание определяемого вещества в исследуемом объекте.

Методы качественного и количественного анализа, позволяющие определить в анализируемом веществе содержание отдельных элементов, называют элементным анализом ; функциональных групп – функциональным анализом ; индивидуальных химических соединений, характеризующихся определенной молекулярной массой, − молекулярным анализом.

Совокупность разнообразных химических, физических и физико-химических методов разделения и определения отдельных структурных (фазовых) составляющих гетерогенных систем, различающихся по свойствам и физическому строению и ограниченных друг от друга поверхностями раздела, называют

фазовым анализом.

3 По способу выполнения − химические, физические и физико-химические методы.

4 По массе пробы − макро − (0,1 … 1,0 г); полумикро − (0,01 … 0,10 г); микро − (0,001 … 0,010 г);

ультрамикроанализ − (< 0,001 г).

1.1.2 Способы выполнения аналитической реакции

В основе аналитических методов − получение и измерение аналитического сигнала , т.е. любое проявление химических и физических свойств вещества в результате протекания химической реакции.

Аналитические реакции можно проводить "сухим" и "мокрым" путем. Так, реакции окрашивания пламени (Na + − желтый; Sr 2 + − красный; Ba 2 + − зеленый), образование окрашенных "перлов" буры осуществляются "сухим" путем.

Чаще всего аналитические реакции проводят в растворах. Анализируемый объект (индивидуальное вещество или смесь веществ) может находиться в любом агрегатном состоянии (твердом, жидком, газообразном). Объект для анализа называется образцом или пробой. Один и тот же элемент в образце может находиться в различных химических формах. Например: S 0 , S 2 − , SO 2 4 − , SO 3 2 − и т.д. В зависимости

от цели и задачи анализа после переведения в раствор пробы проводят элементный анализ (определение общего содержания серы) или фазовый анализ (определение содержания серы в каждой фазе или в ее отдельных химических формах).

Выполняя ту или иную аналитическую реакцию, необходимо строго соблюдать определенные условия ее протекания (температура, рН раствора, концентрация) с тем, чтобы она протекала быстро и имела достаточно низкий предел обнаружения.

1.1.3 Сигналы методов качественного анализа

1 Образование или растворение осадка

2 Появление, изменение, исчезновение окраски раствора (цветные реакции)

Mn2 + → MnO− 4 →↓ MnO2 4 − .

б/цв. фиолетовый зеленый

3 Выделение газа

SO3 2 − + 2H+ → SO2 + H2 O .

4 Реакции образования кристаллов строго определенной формы (микрокристаллоскопические реакции)

Вид кристаллов

5 Реакции окрашивания пламени.

1.1.4. Классификация аналитических реакций

Все аналитические реакции можно классифицировать по цели или кругу объектов, для которых используются эти реакции.

1 Групповые реакции , когда один и тот же реактив реагирует с группой ионов, давая одинаковый сигнал. Так для отделения группы ионов (Ag + , Pb 2 + , Hg 2 2 + ) используют реакцию их с Cl − -ионами, при этом образуются белые осадки, AgCl, PbCl 2 , Hg 2 Cl 2 .

2 Избирательные (селективные ) реакции. Пример: йодокрахмальная реакция. Для этих целей используют органические реагенты. Пример: диметилглиоксим + Ni 2 + → образование ало-красного осадка диметилглиоксимата никеля.

Изменяя условия протекания аналитической реакции, можно неизбирательные реакции сделать избирательными. Пример: если реакции Ag + , Pb 2 + , Hg 2 2 + + Cl − – проводить при нагревании, то PbCl 2 не

осаждается, так как он хорошо растворим в горячей воде.

3 Реакции комплексообразования , используемые для целей маскирования мешающих ионов. Пример: для обнаружения Co 2 + в присутствии Fe 3 + с помощью KSCN, реакцию проводят в присутствии F − -ионов. При этом Fe 3 + + 4F − → [ FeF 4 ] − , KН = 10-16 , в то время как KН [ Fe (SCN ) 4 ] − ≈ 10 − 5 , поэтому ионы Fe 3 + закомплексованы и не мешают определению Co 2 + -ионов.

1.1.5 Реакции, используемые в аналитической химии

1 Гидролиз (по катиону, по аниону, по катиону и аниону)

Al3 + + HOH ↔ Al(OH) 2 + + H+ ;

CO3 2 − + HOH ↔ HCO3 − + OH− ;

Fe3 + + (NH4 ) 2 S + HOH → Fe (OH) 3 + … .

2 Реакции окисления-восстановления

MnSO4 + K2 S2 O8 + H2 O Ag + → HMnO4 + KHSO4 + H2 SO4 .

3 Реакции комплексообразования

CuSO4 + 4NH4 OH → [ Cu (NH3 ) 4 ] SO4 + 4H2 O .

4 Реакции осаждения Ba 2 + + SO 2 4 − →↓ BaSO 4 .

1.1.6 Аналитическая классификация катионов и анионов

Таблица 1.1

Классификация анионов

Групповой реагент − BaCl2 .

I группа − растворимые соли бария: Cl- , Br- , I- , NO3 − , S2- , CH3 COO- , SCN- , 4- , 3- , BrO3 - , СN- , ClO3 - , ClO4 - .

II группа − малорастворимые соли бария: F- , CO3 2- , SO4 2-, SO3 2- , S2 O3 2- , SiO3 2- , CrO4 2- , PO4 3- .

1.1.7 Схема анализа по идентификации неизвестного вещества

1 Окраска сухого вещества

черная: FeS, PbS, Ag2 S, HgS, NiS, CoS, CuO,MnO2 и др.;

оранжевая: Cr2 O7 2- и др.;

желтая: CrO4 2- , HgO, CdS; красная: Fe(SCN)3 , Co2+ ;

синяя: Сu2+ .

2 Окраска пламени.

3 Проверка на кристаллизационную воду.

4 Действие кислот на сухую соль (газ?).

5 Подбор растворителя (при комнатной температуре, при нагревании) H 2 O, CH3 COOH, HCl, H2 SO4

, "царская водка", сплавление с Na 2 CO3 и последующее выщелачивание.

Следует помнить, что практически все нитраты, все соли калия, натрия и аммония растворимы в воде!

6 Контроль рН раствора (только для растворимых в воде объектов).

7 Предварительные испытания (Fe 2+ , Fe3+ , NH4 + ).

8 Обнаружение группы катионов, анионов.

9 Обнаружение катиона.

10 Обнаружение аниона.

Лабораторная работа № 1

РЕАКЦИИ ОБНАРУЖЕНИЯ КАТИОНОВ И АНИОНОВ В РАСТВОРЕ

Цель работы : качественные реакции обнаружения различных ионов с целью их последующей идентификации из смеси.

Приборы и реактивы : штатив с пробирками, стеклянная палочка с впаянной платиновой проволокой, спиртовка, соли калия, натрия, стронция, бария и другие.

О п ы т 1 . Обнаружение K+ -ионов

а) К нейтральному или уксуснокислому раствору соли калия прибавьте равный объем раствора гексанитрокобальтата натрия и потрите стеклянной палочкой о стенки пробирки. При этом выпадает желтый кристаллический осадок двойной соли гекса-нитрокобальтата натрия-калия:

2KCl + Na3 → ↓ K2 Na + 2NaCl;

2K+ + Na+ + -3 → ↓ K2 Na.

Реакцию желательно проводить при pH = 3, что соответствует разбавленным растворам уксусной кислоты, ни в коем случае pH не должен быть более 7.

б) Прокалите стеклянную палочку с впаяной в нее платиновой проволокой, опустите ее в раствор хлорида калия или наберите на нее немного твердой соли. Внесите проволоку вместе с каплей раствора или частицами соли калия в бесцветное пламя спиртовки. Пламя окрасится в характерный фиолетовый цвет.

О п ы т 2 . Обнаружение Na+ -ионов

а) К нейтральному раствору соли натрия добавьте равный объем раствора K и потрите стеклянной палочкой о стенки пробирки. При этом выпадет белый кристаллический осадок:

NaCl + K → ↓ Na + KCl;

Na+ + - → ↓ Na .

Реакцию следует проводить в строго нейтральной среде.

б) Летучие соединения натрия окрашивают пламя в характерный желтый цвет (см. опыт 1б). О п ы т 3 . Обнаружение Ca2+ -ионов

Налейте в пробирку раствор соли кальция и добавьте уксусной кислоты до кислой реакции (2 – 3 см3 ). Реакцию среды проверьте при помощи метилового красного. Добавьте по каплям раствор оксалата аммония. При этом из концентрированного раствора сразу, а из разбавленного постепенно выпадает белый кристалический осадок оксалата кальция:

CaCl2 + (NH4 )2 C2 O4 → ↓ CaC2 O4 + 2NH4 Cl;

Ca2+ + C2 O4 2- → ↓ CaC2 O4 .

Ионы магния, бария, стронция мешают обнаружению кальцийонов этой реакцией, так как они тоже образуют малорастворимые осадки соответствующих оксалатов.

О п ы т 4 . Обнаружение Sr2+ -ионов

а) Налейте в пробирку 2 – 5 см3 раствора соли стронция и прибавьте по каплям столько же раствора сульфата аммония или серной кислоты. При этом выпадет белый осадок сульфата стронция:

SrCl2 + (NH4 )2 SO4 → ↓ SrSO4 + 2 NH4 Cl;

Sr2+ + SO4 2- → ↓ SrSO4 .

В качестве реагента можно использовать гипсовую воду. Эту реакцию следует проводить при нагревании с насыщеным раствором осадителя.

б) Летучие соли стронция окрашивают пламя в карминово-красный цвет (опыт 1б). О п ы т 5 . Обнаружение Ва2+ -ионов

2Ba2+ + Cr2 O7 2- + H2 O → ↓ 2BaCrO4 + 2H+ .

Реакцию следует проводить в слабокислой среде при рН = 3 … 5. При осаждении в кислой среде раствором дихромата калия рекомендуется добавлять ацетат натрия. Катионы Ag+ , Pb2+ , Сo2+ , Bl3+ , Сd2+ должны отсутствовать, так как они мешают определению.

б) Соли бария окрашивают пламя в желто-зеленый цвет (см. опыт 1б). О п ы т 6 . Обнаружение Cu2+ -ионов

а) В пробирку с раствором сульфата меди (II) прибавьте избыток разбавленного раствора аммиака. При этом образуется растворимое комплексное соединение сине-фиолетового цвета.

CuSO4 5H2 O + 4NH3 = SO4 H2 O + 4H2 O.

б) Налейте в пробирку 1 – 2 см3 раствора соли меди (II) и добавьте несколько капель раствора сероводородной воды, сульфида аммония или натрия. При этом выпадает черный осадок сульфида меди

СuSO4 + H2 S = = = ↓ СuS + H2 SO4 ;