Методические рекомендации по лабораторным занятиям по аналитической химии

Министерство образования и науки Республики Башкортостан
Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
Уфимский топливно-энергетический колледж
Согласовано
на заседании МЦК 13.02.05
«____»_____________2021 г.
Председатель МЦК 13.02.05
____________ М.М.Фадеева
Утверждено
Зам.директора по УР УТЭК
____________Г.Р. Дымова
«_____»___________2021г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ
ЗАНЯТИЯМ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ II КУРСА
по дисциплине: аналитическая химия
13.02.05 Технология воды, топлива и смазочных материалов на электрических
станциях
Разработчик: Фадеева М.М. – преподаватель первой категории УТЭК
2021
Содержание
Введение
Рекомендации по составлению письменного отчета о выполненных занятиях
Критерии оценивания лабораторных занятий
Техника безопасности при занятиях в химической лаборатории
Лабораторное занятие №1. Реакции катионов I группы.
Лабораторное занятие №2. Реакции катионов II группы.
Лабораторное занятие №3. Реакции катионов III группы.
Лабораторное занятие №4. Реакции катионов IV группы.
Лабораторное занятие №5. Реакции катионов V группы.
Лабораторное занятие №6. Реакции катионов VI группы.
Лабораторное занятие №7. Реакции анионов.
Лабораторное занятие №8. Анализ неизвестного вещества.
Лабораторное занятие №9. Определение ионов SO42- гравиметрическим методом.
Лабораторное занятие №10. Приготовление растворов кислот.
Лабораторное занятие №11. Приготовление растворов щелочей.
Лабораторное занятие №12. Определение общей щелочности.
Лабораторное занятие №13. Определение гидратной и гидрокарбонатной щелочности.
Лабораторное занятие №14. Аргентометрическое определение хлоридов
Лабораторное занятие №15. Комплексонометрическое определение жесткости воды.
Лабораторное занятие №16. Определение титра KMnO4
Лабораторное занятие №17. Определение окисляемости воды.
Лабораторное занятие №18. Определение содержания кислорода в воде.
Лабораторное занятие №19. Фотоколориметрическое определение содержания ионов
меди в растворе.
Лабораторное занятие №20. Фотоколориметрическое определение содержания ионов
железа в растворе
Лабораторное занятие №21. Метод потенциометрического титрования.
Лабораторное занятие №22. Определение содержания ионов Mg2+ в растворе методом
ионообменной хроматографии
Учебно-методическое и информационное обеспечение
2
3
4
5
6
7
9
13
17
20
23
26
30
32
36
37
39
40
42
44
46
48
50
55
58
59
61
63
Введение
В настоящих методических указаниях по дисциплине «Аналитическая химия»
описаны методики выполнения лабораторных заданий, которые при самостоятельной
подготовке помогут обучающимся выполнить эти задания. Методические указания
выполнены в соответствии с рабочей программой, составленной на основе ФГОС СПО.
Пособие поможет обучающимся совершенствовать практические умения и закрепить
теоретические знания по дисциплине «Аналитическая химия». Описаны методики
выполнения лабораторных занятий, приведены контрольные вопросы, фиксирующие
внимание обучающихся на наиболее важные этапы изучаемого материала. Контрольные
вопросы составлены для закрепления изученного материала.
Целями освоения дисциплины «Аналитическая химия» являются формирование у
обучающихся знаний об основах аналитической химии, количественном и качественном
анализе.
Задачами изучения дисциплины «Аналитическая химия» являются освоение
обучающимися теоретических знаний и практических способов действий, необходимых и
достаточных для:
 ознакомления обучающихся с основными понятиями курса;
 расчета тепловых эффектов и скорости химических реакций;
 нахождения в справочной литературе показателей физико-химических свойств веществ
и их соединений;
 определения отдельно катионы и анионы в смеси систематическим и дробным
методами;
 идентифицировать неизвестные вещества;
 рассчитывать рН и рОН;
 составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций и определять
содержание восстановителей и окислителей методами прямого и обратного титрования.
В практикуме рассматриваются основные понятия аналитической химии.
В результате изучения дисциплины обучающийся должен:
- Знать:
- Правила безопасных методов занятий в химических лабораториях;
- Методы качественного анализа исследуемых веществ;
- Характерные реакции катионов и анионов, используемые для их разделения и
обнаружения;
- Теоретические основы гравиметрического, титриметрического анализов;
- Условия образования и растворения осадков
- Методы установления точки эквивалентности;
- Способы выражения концентрации растворов;
- Сущность методов кислотно-основного титрования и индикаторы, используемые в
кислотно-основном титровании;
- Сущность окислительно-восстановительного титрования, перманганатометрии и
иодометрии;
- Сущность комплексного титрования, методику определения общей жесткости
воды;
- Сущность осадительного и потенциометрического титрования;
- Теоретические основы фотометрического метода анализа и его основной закон;
- Сущность ионно-обменной хроматографии
- Теоретические основы хроматографического анализа, схему газового хроматографа
и методы расшифровки хроматограмм.
 Уметь:
 Выполнять качественные реакции полумикрометодом;
3
 Определять отдельно катионы и анионы в смеси систематическим и дробным
методами;
 Идентифицировать неизвестные вещества;
 Составлять уравнения реакций разделения и обнаружения ионов;
 Выбирать химическую посуду и оборудование для проведения количественного
анализа;
 Работать с техническими и аналитическими весами;
 Уметь рассчитывать навески исходных веществ и приготовлять растворы заданной
концентрации;
 Рассчитывать рН и рОН;
 Составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций и определять
содержание восстановителей и окислителей методами прямого и обратного
титрования;
 Работать на фотоколориметре, потенциометре, кондуктометре и хроматографе,
строить калибровочные графики и рассчитывать содержание определяемого
компонента.
В процессе выполнения лабораторных заданий обучающиеся должны
самостоятельно изучить дополнительную литературу, заполнить таблицы, составить
схемы. Результаты записывают в отчете для лабораторных занятий, поддерживаясь
определенной последовательности:
- дата выполнения, название лабораторного занятия;
- цель занятий;
- краткие теоретические сведения, касающиеся даннойзанятий;
- зарисовка схем, рисунков (выполняется карандашом);
- выводы.
Рекомендации по составлению письменного отчета о выполненных занятиях
Отчет по лабораторным занятиям выполняется на листах формата А4 (1х1) с
размерами сторон (297х210) мм. На всех листах отчетов выполняется внутренняя рамка,
отступив слева 20 мм, с остальных трех сторон по 5 мм.
На первом листе текста выполняется внутренняя рамка с основной надписью по
форме 2ГОСТ 2.104-68 (т.е. 185х40). На втором и последующем текстовых листах
выполняется внутренняя рамка с основной надписью по форме 2а ГОСТ 2.104-68 (т.е.
185х15).
На всех текстовых листах в основных надписях пишется шестнадцатизначный
номер
УТЭК 13.02.06.ХХ.01.00, где
УТЭК – наименование (организации) колледжа;
13.02.05. – номер своей специальности;
ХХ – тема лабораторного занятия;
01 – порядковый номер лабораторного занятия;
00 – шифр занятий: ЛЗ – лабораторное занятие.
Титульный лист является первым листом отчета и выполняется на листах формата
х
А4(1 1) по ГОСТ 2.105-95. Дата исполнения отчета записывается персонально
преподавателем и обучающимся, выполнившим занятие.
Текстовые документы выполняют одним из следующих способов:
- рукописным – на одной стороне листа. Цифры и буквы необходимо писать
четко, черной тушью.
Структура отчета по лабораторным занятиям.
Отчет по лабораторным занятиям состоит из следующих разделов: название
занятий, цель и задачи занятий, теоретические положения, ход занятий, выводы.
4
Название занятий
Отчет по лабораторным занятиям должен начинаться с новой страницы. В начале
отчета пишется порядковый номер лабораторного занятия, название выполняемой
работы
Цели и задачи занятий
Формулирование общей цели занятий, в рамках которой решаются конкретные
практические задачи.
Материалы и оборудование
Здесь указываются приборы, оборудования, реактивы необходимые для
выполнения лабораторных заданий.
Теоретические положения
Краткая информация по теме лабораторного занятия с основными положениями,
определениями.
Практическая часть
В разделе приводится краткое описание выполняемых действий от третьего лица.
Даются указания по выполнению лабораторных заданий, рекомендации.
Выводы
Основной частью отчета по лабораторным занятиям является раздел «Выводы».
Здесь обучающиеся отражают основные наблюдения и заключения, сделанные при
выполнении занятий, полученные результаты.
Критерии оценивания лабораторных занятий
Критерии оценок едины для выполнения всех лабораторных занятий по
дисциплине «Аналитическая химия».
Отметка "5"
Лабораторные задания выполнены в полном объеме с соблюдением необходимой
последовательности. Обучающиеся работали полностью самостоятельно: подобрали
необходимые для выполнения предлагаемых заданий источники знаний, показали
необходимые для проведения практических и самостоятельных занятий теоретические
знания, практические умения и навыки.
Работа оформлена аккуратно, в оптимальной для фиксации результатов форме.
Отметка "4"
Лабораторные задания выполнены обучающимися в полном объеме и
самостоятельно. Допускается отклонение от необходимой последовательности
выполнения, не влияющее на правильность конечного результата (перестановка пунктов
типового плана, последовательность выполняемых заданий, ответы на вопросы).
Использованы указанные источники знаний. Занятие показала знание основного
теоретического материала и овладение умениями, необходимыми для самостоятельного
выполнения занятий.
Допускаются неточности и небрежность в оформлении результатов занятий.
Отметка "3"
Лабораторные задания выполнены и оформлены с помощью преподавателя. На
выполнение заданий затрачено много времени (дана возможность доделать занятие дома).
Обучающийся показал знания теоретического материала, но испытывали затруднения при
самостоятельной занятиях со статистическими материалами.
Отметка "2"
Выставляется в том случае, когда обучающийся оказался неподготовленными к
выполнению этих заданий. Полученные результаты не позволяют сделать правильных
выводов и полностью расходятся с поставленной целью. Обнаружено плохое знание
теоретического материала и отсутствие необходимых умений.
5
Техника безопасности при занятиях в химической лаборатории
Помещение химической лаборатории должно быть просторным и светлым.
Лаборатория должна быть снабжена необходимыми приборами и оборудованием. В
каждой лаборатории должна быть хорошая вентиляция, необходимо наличие вытяжного
шкафа, в котором проводят занятий с использованием дурно пахнущих или ядовитых
соединений, а также обжиг различных веществ. В специальных вытяжных шкафах хранят
легколетучие, вредные, дурно пахнущие и легковоспламеняющиеся вещества (кислоты и
щелочи, органические жидкости и др.). В лаборатории также необходимы водопровод,
канализация, проводка электрического тока. Лаборатория должна иметь установку для
дистилляции воды, так как все опыты нужно проводить только с использованием
дистиллированной воды. Кроме рабочих столов в лаборатории должны быть письменные
столы, шкафы и тумбочки для хранения посуды и реактивов, приборные столы для
установки различных приборов.
При занятиях в химической лаборатории необходимо соблюдать следующие
правила:
Занятие должна быть предварительно спланирована учащимся и одобрена
преподавателем.
На лабораторном столе во время занятий не должно быть посторонних предметов.
В лаборатории следует работать в хлопчатобумажном халате, волосы должны быть
убраны.
Строго запрещается принимать в лаборатории пищу.
До и после выполнения занятий необходимо вымыть руки.
Работать нужно аккуратно, результат опыта зависит от чистоты проведения
эксперимента.
Все опыты с ядовитыми и пахучими веществами выполнять в вытяжном шкафу.
Химические реактивы брать только шпателем, пинцетом или ложечкой (не
руками!).
Неизрасходованные реактивы не высыпать и не выливать обратно в те сосуды,
откуда они были взяты.
Занятие с твердыми щелочами проводить только в защитных очках и перчатках.
Жидкости переливать через химические воронки. Склянку, из которой переливают
жидкость, необходимо держать этикеткой к руке во избежание её порчи.
При нагревании растворов и веществ в пробирке необходимо использовать
держатель. Отверстие пробирки должно быть направлено в сторону от себя и других
работающих.
Нельзя наклоняться над сосудом, в котором происходит нагревание или кипячение
жидкости.
При необходимости определить запах выделяющихся при реакции газов нужно
легким движением ладони направить струю газа от горла сосуда к себе и осторожно
вдохнуть.
При разбавлении концентрированных кислот и щелочей небольшими порциями
приливать кислоту (или концентрированный раствор щелочи) в воду, а не наоборот.
Опасные продукты реакции сливать только в соответствующие банки в вытяжном
шкафу.
Со всеми возникающими вопросами сразу же обращаться к преподавателю.
6
Лабораторное занятие № 1.
Реакции катионов I группы
(К+, Na+, NH4+).
Цель занятий:
1. Изучить катионы I группы.
2. Провести качественные реакции на катионы I группы.
3. Ознакомиться с понятиями «групповой реактив», «специфический реактив»,
«аналитический эффект».
4. Сделать выводы.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы.
1. Реактивы: КСl, NaOH, H2SO4, НСl, Na3[Co(NO2)6], NaCl, KH2SbO4, реактив Несслера,
NH4Cl.
2. Химическая посуда: пробирки, стеклянные палочки, предметные стекла, нихромовая
проволока, горелка, водяная баня, тигель, индикаторы: универсальный и лакмус.
3. Теоретические положения.
К I-ой аналитической группе относятся катионы калия - К+, натрия - Na+, аммония - NH4+.
Группового реактива у них нет. Эти катионы в большинстве случаев образуют хорошо
растворимые соли, а также их гидроксиды хорошо растворимы в воде. В водных
растворах все эти катионы бесцветны. Соли катиона аммония обладают летучестью, то
есть при нагревании в сухом виде они разлагаются с выделением аммиака. Зная это
свойство аммиака, его легко удалить из исследуемого раствора в ходе аналитического
анализа смеси катионов. Раствор при этом досуха выпаривают в фарфоровой чашечке.
При выпаривании удаляется вода, а растворенные в ней соли остаются на дне чашки в
сухом виде. Оставшийся сухой порошок прокаливают, чтобы соль аммония полностью
исчезла из исследуемого раствора.
Аналитический эффект (реакция)1 – видимый результат протекания химических
реакций (растворение осадка, изменение цвета индикатора, пламени).
Групповой реактив1 – реактив, который дает одинаковый аналитический эффект со
всеми ионами данной аналитической группы.
Н.Я. Логинов Аналитическая химия. Учеб.пособие для студентов химико-биол. и биолого-хим. специальностей пед. ин-тов. 2-е изд.,
перераб. - М. Просвещение, 1979. - 480 с.
1
7
Специфический реактив2 – реактив, который дает определенный аналитический эффект
только с одним катионом данной группы, в присутствии всех остальных.
4. Ход занятий.
Реакции катиона К+
1. Гексанитро-(II) кобальтат натрия Na3[Co(NO2)6].
Выполнение: приготовить реагент из сухого вещества. Для этого взять немного сухого
вещества и растворить в 10 каплях воды. Затем к 4-5 каплям раствора хлорида калия
прибавьте 2-3 капли реагента. Образуется осадок ярко-желтого цвета, растворимый в
сильных кислотах. Бурый раствор Na3[Co(NO2)6] дает с катионами калия желтый осадок
комплексной соли гексанитро-(II) кобальтата калия-натрия К2Na[Co(NO2)6].
Na3[Co(NO2)6] + KCl = К2Na[Co(NO2)6]↓ + NaCl
Условия обнаружения иона К+: отсутствие ионов Na+, NH4+. Катион аммония образует
такой же осадок с данным реактивом. В присутствии щелочей образуется темно-бурый
осадок гидрооксида кобальта Co(OH)3.
Реакции катиона Na+
1.Пирохимический анализ.
Выполнение: чистую нихромовую проволочку смочите раствором хлорида натрия NaCl и
внесите в пламя горелки. Появится интенсивная, долго неисчезающая желтая окраска.
2. Дигидроантимонат калия KH2SbO4.
Выполнение: реактив KH2SbO4 образует с катионами натрия белый кристаллический
осадок дигидроантимоната натрия NaH2SbO4.
KH2SbO4 + NaCl = NaH2SbO4 ↓+ KCl
Возьмите 5-6 капель раствора хлорида натрия и прибавьте столько же раствора реактива и
потрите стенки пробирки стеклянной палочкой. Выпадет белый осадок. Убедитесь, что
осадок кристаллический.
Условия обнаружения иона Na+: раствор соли натрия должен быть сильно
концентрированный, реакцию вести на холоде.
Реакции катиона NH4+
1. Реакция выделения аммиака NH3.
Выполнение: щелочи разлагают соли аммония с выделением газообразного аммиака.
NH4Cl + NaOH = NH3↑ + NaCl + H2O
Приготовьте предметное стекло с 2 маленькими квадратными индикаторами,
универсальным и лакмусом. Поместите индикаторы на предметное стекло и капните на
них 1 каплю воды, так чтобы они прилипли к стеклу. Затем в тигель поместите 2-3 капли
раствора хлорида аммония и 2-3 капли гидрооксида натрия, закройте тигель
приготовленным предметным стеклом.
Слегка нагрейте. Что происходит с
индикаторами?
2.Реактив Несслера(смесь комплексной соли тетраиодомеркурата (II) калия K2[HgI4] и
KOH)
Выполнение: к 2-3 каплям раствора хлорида аммония добавьте 10 капель реактива.
Реактив Несслера образует с солями аммония красно-бурый осадок йодида
оксодимеркураммония [OHg2NH2]I.
Саенко О.Е. Аналитическая химия: учеб.для средних специальных учебных заведений/О.Е. Саенко. – Изд. 3-е., доп. и перераб. –
Ростов н/Д: Феникс, 2013. – 287с.
2
Саенко О.Е. Аналитическая химия: учеб.для средних специальных учебных заведений/О.Е. Саенко. – Изд. 3-е., доп. и перераб. –
Ростов н/Д: Феникс, 2013. – 287с.
1
8
NH4Cl + K2[HgI4] + KOH = [OHg2NH2]I↓+ KCl + KI + H2O
Условия обнаружения иона NH4+: реактив Несслера надо брать в избытке, так как
получившийся осадок растворим в солях аммония.
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
Аналитический
эффект
3
Количественная
оценка
4
1. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по
энергетическим уровням.
2. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
3. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
4. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
 Если пирохимический анализ – длину волны.
 Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
 Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
6. Контрольные вопросы.
1. Можно ли обнаружить катионы K+ и Na+ в присутствии NH4+? Ответ мотивируйте.
2. Какой групповой реагент используют, чтобы обнаружить катионы первой группы в
исследуемом растворе?
3. Почему осаждение катиона натрия в виде дигидроантимоната калия КН 2SbО4 должно
проводиться в нейтральной, а не в кислой или щелочной среде?
4. Напишите уравнения реакции разложения хлорида аммония при нагревании.
Лабораторное занятие № 2.
Реакции катионов II группы
(Ag+, Pb2+).
Цель занятий:
5. Изучить катионы II группы.
6. Провести качественные реакции на катионы II группы с групповым реактивом.
7. Провести специфические качественные реакции на катионы II группы.
8. Сделать выводы.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
9
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы.
3. Реактивы: НСl, AgNO3, Pb(NO3)2, HNO3, H2SO4, NaOH, CH3COOH, KI, K2CrO4, NH4OH.
4. Химическая посуда: пробирки, стеклянные палочки, горелка, водяная баня.
3. Теоретические положения.
Ко II-ой аналитической группе относятся катионы серебра – Ag+, свинца – Pb2+.
Групповой реактив у них НСl – соляная кислота. При взаимодействии с ней эти катионы
образуют труднорастворимые в воде и разбавленных кислотах осадки: AgCl и PbCl2.
Растворимость хлоридов различна, при температуре 100оС растворимость хлорида свинца
увеличивается в три раза, в то время как растворимость хлоридов серебра практически не
меняется. Эти свойства используются при отделении катиона серебра Ag+ от катионов
свинца Pb2+. Хлорид серебра AgCl хорошо растворим под действием аммиака с
образованием комплексной соли.
4. Ход занятий.
Реакции катиона Ag+
2. Групповой реактив – HCl (соляная кислота)
Выполнение:
1) к 15 каплям нитрата серебра AgNO3 прибавьте столько же соляной кислоты НСl.
Выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра AgCl. Напишите уравнение
реакции в молекулярном и ионном виде.
2) Разделите полученный осадок AgCl на 3 части. К одной прибавьте 10 капель соляной
кислоты НСl. Что вы наблюдаете? При добавлении к хлориду серебра AgCl избытка НСl
осадок растворяется.
AgCl+ НСl=H2[AgCl3] (трихлорсеребряная кислота)
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
3) Ко второй прибавьте 10 капель гидроксида аммония NH4OH. Что вы наблюдаете? При
добавлении к хлориду серебра AgCl избытка NH4OH осадок растворяется.
AgCl+ NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + H2O (хлорид диаминосеребра)
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
4) К третьей части прибавьте 5 капель азотной кислоты HNO3. Что вы наблюдаете?
Осадок не растворяется в кислоте. Хлорид серебра не растворим в кислоте и щелочах.
Хорошо растворяется только в избытке соляной кислоты и гидроксиде аммония.
Условия обнаружения иона Ag+: при получении осадка хлорида серебра следует избегать
избытка и использования концентрированной хлороводородной кислоты, так как могут
образовываться растворимые комплексные соединения.
3. Гидроксид натрия – NaOH.
Выполнение:
10
1) К 10 каплям нитрата серебра AgNO3 добавьте 10 капель гидроксида натрия NaOH.
Образуется бурый осадок оксида серебра Ag2O. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Полученный осадок разделите на 2 части. К первой части добавьте 10 капель
гидроксида аммония NH4OH. Оксид серебра Ag2O растворяется в растворе гидроксида
аммония NH4OH.
Ag2O + NH4OH = [Ag(NH3)2]OH (гидроксид диаминосеребра)
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
3) Ко второй части добавьте 5 капель азотной кислоты HNO3. Осадок растворяется.
Напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде.
4. Хромат калия K2CrO4.
Выполнение:
1) к 6 каплям нитрата серебра AgNO3 добавьте 3 капли хромата калия K2CrO4. Образуется
кирпично-красный осадок хромата серебра Ag2CrO4. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Испытайте действие кислот и щелочей на осадок хромата серебра Ag2CrO4. Для этого
осадок разделите на 3 части. К первой добавьте 2 капли азотной кислоты HNO3, ко второй
2 капли уксусной кислоты CH3COOH, к третьей 2 капли гидроксида аммония NH4OH. Что
вы наблюдаете? Какой можно сделать вывод.
Условия обнаружения Ag+: в аммиачной и сильнокислой среде осадок хромата серебра не
образуется, поэтому реакцию следует проводить в нейтральной среде.
5. Иодид калия KI.
Выполнение: к 3 каплям нитрата серебра AgNO3 добавьте 3 капли иодида калия KI.
Образуется желтый осадок иодида серебра AgI. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
6. Бромид калия KBr.
Выполнение: к 3 каплям нитрата серебра AgNO3 добавьте 3 капли бромида калия KBr.
Образуется бледно-желтый осадок бромида серебра AgBr. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
7. Серная кислота H2SO4.
Выполнение:
1) К 6 каплям нитрата серебра AgNO3 добавьте 3 капли серной кислоты H2SO4.
Образуется белый осадок сульфата серебра Ag2SO4. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) К полученному осадку добавьте 10 капель горячей воды. Что вы наблюдаете? Осадок
растворяется.
Реакции катиона Pb2+
8. Групповой реактив – HCl (соляная кислота)
Выполнение:
1) к 15 каплям нитрата свинца Pb(NO3)2 прибавьте столько же соляной кислоты НСl.
Выпадает белый творожистый осадок хлорида свинца PbCl2. Напишите уравнение
реакции в молекулярном и ионном виде.
2) Разделите полученный осадок PbCl2 на 2 части. К одной прибавьте 10 капель соляной
кислоты НСl. Что вы наблюдаете? При добавлении к хлориду свинца PbCl2 избытка НСl
осадок растворяется.
PbCl2+ НСl=H[PbCl3] (трихлорсвинцовистая кислота)
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
11
3) Ко второй прибавьте 10 капель горячей воды. Что вы наблюдаете? При добавлении к
хлориду свинца PbCl2 горячей воды осадок растворяется.
Условия обнаружения иона Pb2+: при получении осадка хлорида свинца следует избегать
избытка и использования концентрированной хлороводородной кислоты, так как могут
образовываться растворимые комплексные соединения.
9. Гидроксид натрия – NaOH.
Выполнение:
1) К 6 каплям нитрата свинца Pb(NO3)2 добавьте 12 капель гидроксида натрия NaOH.
Образуется белый осадок гидроксида свинца Pb(OH)2. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Полученный осадок разделите на 2 части. К первой – добавьте 6 капель гидроксида
натрия NaOH. Что вы наблюдаете. Осадок растворяется в растворе гидроксида натрия.
Pb(ОН)2 + NаOH = Na2PbO2 + Н2О (плюмбит натрия)
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
3) Ко второй части осадка добавьте 6 капель азотной кислоты HNO3. Что вы наблюдаете?
Осадок растворяется в кислоте. Напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном
виде.
Какой вывод вы можете сделать, проделав эти реакции?
Условия обнаружения иона Pb2+: при получении осадка гидроксида свинца следует
избегать избытка щелочи, так как в избытке осадок растворяется.
10. Хромат калия K2CrO4.
Выполнение:
1) к 6 каплям нитрата свинца Pb(NO3)2 добавьте 6 капель хромата калия K2CrO4.
Образуется желтый осадок хромата свинца PbCrO4. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Хромат свинца растворим в гидроксидах, но не растворим в уксусной кислоте. Поэтому
испытайте действие кислот и щелочей на осадок хромата свинца PbCrO4. Для этого осадок
разделите на 2 части. К первой добавьте 2 капли уксусной кислоты CH3COOH, ко второй 2
капли гидроксида натрия. Что вы наблюдаете? Запишите полученные результаты.
11. Иодид калия KI.
Выполнение:
1) к 6 каплям нитрата свинца Pb(NO3)2 добавьте 12 капель иодида калия KI. Образуется
золотисто-желтый осадок иодида свинца PbI2. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Полученный осадок разделите на 2 части. К первой части добавьте 10 капель иодида
калия KI. Что вы наблюдаете? При добавлении к иодиду свинца PbI2 избытка KI осадок
растворяется.
PbI2+ KI=K2[PbI4] (тетраиодоплюмбат (II) калия)
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
3) Ко второй части прибавьте 3 капли дистиллированной воды и 3 капли раствора
уксусной кислоты и нагрейте в водяной бане. Осадок растворяется. Затем резко охладите
пробирку под струей холодной воды, при этом помешивая раствор стеклянной палочкой.
Вы увидите образование блестящих золотистых кристаллов. Эта реакция называется
реакция «золотого дождя» и является специфической при обнаружении ионов свинца при
совместном присутствии любых других катионов всех аналитических групп.
12. Серная кислота H2SO4.
Выполнение:
12
1) К 3 каплям нитрата свинца Pb(NO3)2 добавьте 3 капли серной кислоты H2SO4.
Образуется белый осадок сульфата свинца PbSO4. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) К полученному осадку добавьте 3 капли гидроксида натрия NaOH и нагрейте. Что вы
наблюдаете? Осадок растворяется.
PbSO4 + NaOH = Na2PbO2 + Na2SO4 + H2O
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
Аналитический
эффект
3
Количественная
оценка
4
5. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по
энергетическим уровням.
6. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
7. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
8. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
 Если пирохимический анализ – длину волны.
 Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
 Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
6. Контрольные вопросы.
1. Какими свойствами PbCl2 отличается от AgCl? Ответ мотивируйте уравнениями
химических реакций.
2. Какой групповой реагент используют, чтобы обнаружить катионы второй группы в
исследуемом растворе?
3. Почему при взаимодействии нитрата серебра AgNO3 с гидроксидом натрия NaOH
образуется осадок оксида серебра Ag2O, а не гидроксида серебра AgOH? Ответ обоснуйте
уравнениями реакций.
Лабораторное занятие № 3.
Реакции катионов III группы
(Ca2+, Ba2+)
Цель занятий:
1. Изучить катионы III группы.
2. Провести качественные реакции на катионы III группы с групповым реактивом.
3. Провести специфические качественные реакции на катионы III группы.
4. Сделать выводы.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
13
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы.
1. Реактивы: CaCl2, ВaCl2, H2SO4, CH3COOH, K2Cr2O7, NH4OH, HCl, С2Н5ОН, (NH4)2SO4,
К2CrO4, (NH4)2C2O4, NaOH.
2. Химическая посуда: пробирки, стеклянные палочки, нихромовая проволока, горелка.
3. Теоретические положения.
К III-ей аналитической группе относятся катионы кальция – Ca2+, бария – Ва2+, стронция –
Sr2+). В этой занятиях рассматриваются качественные реакции катионов бария и кальция.
Эти элементы входят во вторую группу периодической системы Д.И. Менделеева.
Химическая активность их возрастает от кальция к барию. Групповой реактив у них
разбавленная серная кислота – H2SO4. При взаимодействии с ней эти катионы образуют
труднорастворимые в кислотах осадки: СаSO4 и ВаSO4. Эти соли, образованные сильными
кислотами, практически не подвергаются гидролизу. Поскольку произведение
растворимости сульфата кальция СаSO4 равна 9.1∙ 10-6, то осаждение ионов кальция
разбавленной серной кислотой происходит не полностью. Поэтому, чтобы не потерять
катион кальция при анализе, необходимо проводить проверочные специфические реакции
на катион Ca2+ после осаждения катионов третьей группы групповым реагентом или
ввести осаждение катионов этой группы смесью серной кислоты и этанола. Если
осаждение катионов кальция серной кислотой производить в водном растворе с
добавлением к нему 50-60% этилового спирта или ацетона, то они при этом полностью
перейдут в осадок. Также при нагревании растворимость сульфата бария и кальция почти
не изменяется, но осаждение происходит более полное, а осадок становится более
крупным. Поэтому осаждение следует проводить из нагретых растворов. Ионы кальция
широко распространены в природе. Хлориды, сульфаты и гидрокарбонаты кальция
находятся в природных водах, сообщая им жесткость.
4. Ход занятий.
Реакции катиона Ca2+
1. Групповой реактив – H2SO4 (разбавленная серная кислота)
Выполнение:
1) к 10 каплям хлорида кальция CaCl2 прибавьте 10 капель серной кислоты H2SO4.
Выпадает белый творожистый осадок сульфата кальция СаSO4. Напишите уравнение
реакции в молекулярном и ионном виде.
2) Разделите осадок на 2 части. К полученному осадку в первой пробирке добавьте 5
капель этанола С2Н5ОН. Проверьте, увеличивается ли количество осадка. Дайте
объяснение.
14
3) Вторую часть осадка нагрейте над пламенем горелки. Что вы наблюдаете? Дайте
объяснение.
2.Оксалат аммония – (NH4)2C2O4.
Выполнение:
1) к 3 каплям хлорида кальция CaCl2 добавьте 2 капли раствора уксусной кислоты, затем
прибавьте 3 капли оксалата аммония (NH4)2C2O4 и добавьте 2 капли раствора аммиака.
Выпадает белый кристаллический осадок оксалата кальция СаС2О4. Напишите уравнение
реакции в молекулярном и ионном виде.
2) Разделите полученный осадок на 2 пробирки. В первую добавьте 5-6 капель сильной
соляной кислоты, а в другую – 5-6 капель слабой уксусной кислоты. Проверьте, что
происходит с осадками. Дайте объяснение.
Условия обнаружения Са2+: При совместном присутствии катиона бария и кальция, оба
катиона выпадают в осадок. Поэтому необходимо полное осаждение катиона бария, для
обнаружения катиона кальция.
3.Сульфат аммония (сернокислый аммоний) – (NH4)2SO4.
Выполнение:
1) к 3 каплям хлорида кальция CaCl2 добавьте 3 капли сульфата аммония (NH4)2SO4.
Выпадает белый осадок сульфата кальция СаSO4. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) К полученному осадку добавьте еще 10 капель сульфата аммония (NH4)2SO4. Вы
увидите, как осадок постепенно растворяется. При действии избытка сульфата аммония,
образуется комплексное соединение кальций-аммоний сульфат.
CaSO4 + (NH4)2SO4 = (NH4)2[Ca(SO4)2]
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде.
4. Пирохимический анализ Ca2+.
Выполнение: чистую нихромовую проволочку смочите раствором хлорида кальция СaCl2
и внесите в пламя горелки. Соли кальция окрашивают пламя горелки в кирпично-красный
цвет.
Реакции катиона Ва2+
5. Групповой реактив – H2SO4 (разбавленная серная кислота)
Выполнение:
1) к 5 каплям хлорида бария ВaCl2 прибавьте 5 капель серной кислоты H2SO4. Выпадает
белый осадок сульфата бария ВаSO4. Напишите уравнение реакции в молекулярном и
ионном виде.
2) К полученному осадку добавьте 5 капель соляной кислоты HCl. Что вы наблюдаете.
Сделайте вывод.
6.Оксалат аммония – (NH4)2C2O4.
Выполнение:
1) к 3 каплям хлорида бария ВaCl2 добавьте 3 капли оксалата аммония (NH4)2C2O4.
Выпадает белый осадок оксалата бария ВаС2О4. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Разделите полученный осадок на 2 пробирки. В первую добавьте 5-6 капель сильной
соляной кислоты, а в другую – 5-6 капель слабой уксусной кислоты. Проверьте, что
происходит с осадками. Дайте объяснение.
15
Условия обнаружения Ва2+: При совместном присутствии катиона бария и кальция, оба
катиона выпадают в осадок. Поэтому необходимо полное осаждение катиона кальция, для
обнаружения катиона бария.
7. Хромат калия – К2CrO4.
Выполнение: к 3 каплям хлорида бария ВaCl2 добавьте 3 капли хромата калия К2CrO4 и
нагрейте над пламенем горелки. Выпадает желтый осадок хромата бария ВаCrO4.
Напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде.
8.Бихромат калия – К2Cr2O7.
Выполнение: к 3 каплям хлорида бария ВaCl2 добавьте 3 капли бихромата калия К2Cr2O7 и
нагрейте над пламенем горелки. Выпадает желтый осадок хромата бария ВаCrO4. В осадок
выпадает хромат бария, а не бихромат бария, потому что в растворах ионы бихромата
Cr2O72- находятся в равновесии с ионами хромата CrO42-.
Cr2O72- +Н2О ↔ 2CrO42- + Н+
При этой концентрации ионов хромата оказывается достаточно для осаждения катионов
бария.
К2Cr2O7 + ВaCl2 + Н2О = ВаCrO4 + KCl + HCl
Уравняйте реакцию и напишите в ионном виде. Добавьте в пробирку 2 капли гидроксида
натрия. Убедитесь, что осадок выпадает более полно. Как вы думаете, почему? Эта
реакция служит для открытия ионов бария и ионов кальция, которые не дают осадки с
бихроматом калия.
9. Пирохимический анализ Вa2+.
Выполнение: чистую нихромовую проволочку смочите раствором хлорида бария ВaCl2 и
внесите в пламя горелки. Соли бария окрашивают пламя горелки в желто-зеленый цвет.
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
Аналитический
эффект
3
Количественная
оценка
4
1. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по
энергетическим уровням.
2. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
3. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
4. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
 Если пирохимический анализ – длину волны.
 Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
 Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
6. Контрольные вопросы.
16
1. Почему осаждение катиона бария из раствора бихромата кали проводят в щелочной
среде?
2. Как отделить ионы кальция от ионов бария при их совместном присутствии?
3. Что такое жесткость воды? Какие виды различают?
4. Как очистить воду от катионов кальция?
Лабораторное занятие № 4.
Реакции катионов IV группы
(Cr3+, Al3+, Zn2+)
Цель занятий:
1. Изучить катионы IV группы.
2. Провести качественные реакции на катионы IV группы с групповым реактивом.
3. Провести специфические качественные реакции на катионы IV группы.
4. Изучить использование солей катионов в процессе водоподготовки.
5. Сделать выводы.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы.
1. Реактивы: Al(NO3)3, Zn(NO3)2, Cr(NO3)3, NaOH, HCl, Na2CO3, NH4OH
(концентрированный), ализарин, K4[Fe(CN)6]
2. Химическая посуда: пробирки, стеклянные палочки, индикаторная бумага, горелка,
фильтровальная бумага, плитка
3. Теоретические положения.
К IV-ой аналитической группе относятся катионы хрома - Cr3+, алюминия - Al3+, цинка Zn2+. Растворы цинка и алюминия бесцветны, а соли хрома (III) имеют зеленую или
фиолетовую окраску. Групповой реактив у них гидроксид натрия NaOH или гидроксид
калия КOH в избытке. При взаимодействии с ней эти катионы образуют осадки
гидроксидов, которые растворимы в избытке щелочи. Гидроксиды катионов 4 группы
обладают амфотерными1 свойствами, т.е. способны диссоциировать в растворе и по типу
основания, и по типу кислот:
Ме(ОН)3 ↔ Ме3+ + 3 ОН-Ме(ОН)3 ↔ Н2О + Н+ + МеО2-
1
Н.Я. Логинов Аналитическая химия. Учеб.пособие для студентов химико-биол. и биолого-хим. специальностей пед. ин-тов. 2-е изд.,
перераб. - М. Просвещение, 1979. - 480 с.
17
Катионы алюминия имеют законченный восьмиэлектронный внешний слой. Хром
является переходным элементом. Он находится в первой половине четвертого периода, в
конце четного ряда и имеет несколько отличные свойства от всех остальных катионов
этой группы. У хрома идет достройка 3d-подуровня. Он обладает выраженной
способностью к комплексообразованию. Цинк расположен во второй половине четвертого
периода. Ионы цинка имеют законченный 18-электронный внешний слой. Алюминий и
цинк обладают постоянной, а хром – переменной степенью окисления.
4. Ход занятий.
Реакции катиона Al3+
2. Групповой реактив – NaOH (гидроксид натрия)
Выполнение:
1) к 6 каплям нитрата алюминия Al(NO3)3 прибавьте 18 капель гидроксида натрия NaOH.
Выпадает белый осадок гидроксида алюминия Al(OH)3. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) Полученный осадок разделите на 2 пробирки. В первую пробирку добавьте избыток
гидроксида натрия. Вы увидите, что осадок растворился. Дайте объяснение.
Al(OH)3 + NaOH = Na [Al (OH)4] тетрагидроксоалюминат натрия
Al(OH)3 + NaOH = Na3AlO3 + Н2О ортоалюминат натрия
Уравняйте реакцию и запишите в ионном виде.
3) Во вторую пробирку добавьте 8 капель соляной кислоты HCl. Вы увидите, что осадок
растворился. Дайте объяснение.
Al(OH)3 + HCl = AlCl3 + H2O
Уравняйте реакцию и запишите в ионном виде.
2.Карбонат натрия – Na2CO3.
Выполнение: к 3 каплям нитрата алюминия Al(NO3)3 прибавьте 7 капель карбоната натрия
Na2CO3. Выпадает белый осадок гидроксида алюминия Al(OH)3. Объясните, почему в
результате реакции не образуется карбонат алюминия Al2(СO3)3. Напишите уравнение
реакции в молекулярном и ионном виде.
3.Испытание раствора соли алюминия индикатором.
Выполнение:
1) Возьмите индикаторную бумагу и посмотрите, какую среду имеет раствор нитрата
алюминия Al(NO3)3. Напишите уравнения гидролиза нитрата алюминия Al(NO3)3 в
молекулярном и ионном виде на всех ступенях.
4. Ализарин – 1,2 – дигидроксиантрахинон С14Н6О2(ОН)2
Выполнение: В щелочной среде гидроксид алюминия образует с ализарином
внутрикомплексное соединение ярко-красного цвета – «алюминиевый лак».
Проведению реакции мешают многие катионы. В их присутствии реакцию выполняют
следующим образом: на кусочек фильтровальной бумаги поместите 1 каплю
анализируемого раствора (соли Al3+). Затем несколько раз коснитесь пятна капилляром с
раствором K4[Fe(CN)6], который переводит мешающие ионы в осадок. К центру пятна
прикасаются капилляром с водой, перемещающей ионы Аl3+ на периферию. После этого,
бумажку некоторое время подержите над склянкой с концентрированным раствором
аммиака NH4OH. Затем по периферии пятна нарисуйте крест капилляром с раствором
ализарина и снова подержите бумажку над парами аммиака. Затем пятно осторожно
подсушите над плиткой. В присутствии Аl3+ появляется красно-розовая окраска
алюминиевого лака. Уравняйте реакции и запишите в ионном виде.
Al(NO3)3 + NH4OH = Al(OH)3↓+ NH4NO3
18
Al(OH)3↓ + C14H6O2(OH)2=Al(OH)2C14H6O2(OH)↓ + H2O
Условия обнаружения Al3+: Проведению реакции мешают многие катионы (Fe3+, Cr3+, Sn2+,
Mn2+, Cu2+ и др.), поэтому, следует проводить реакцию строго по методике.
Реакции катиона Cr3+
5. Групповой реактив – NaOH (гидроксид натрия)
Выполнение:
1) к 6 каплям хлорида хрома (III) CrCl3 прибавьте 18 капель гидроксида натрия NaOH.
Выпадает серо-зеленый осадок гидроксида хрома Cr(OH)3. Напишите уравнение реакции в
молекулярном и ионном виде.
2) К полученному осадку добавьте избыток гидроксида натрия. Вы увидите, что осадок
растворился. (если реакция не идет, нпгреть пробирку над пламенем горелки) Дайте
объяснение.
Сr(OH)3 + NaOH = Na [Al (OH)4] тетрагидроксохромат натрия
Сr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + Н2О метахромит натрия
Уравняйте реакцию и запишите в ионном виде.
3) Дальше в эту же пробирку прилейте немного воды и нагрейте над пламенем горелки.
Дайте объяснение. Напишите уравнения реакции.
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
Аналитический
эффект
3
Количественная
оценка
4
5. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по
энергетическим уровням.
6. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
7. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
8. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
 Если пирохимический анализ – длину волны.
 Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
 Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
19
6. Контрольные вопросы.
1. В чем особенность катионов 4 группы? Какой у них групповой реактив?
2. Как правильно проводить открытие катиона алюминия с реактивом ализарин в
присутствии других катионов?
Лабораторное занятие №5
Реакции катионов V группы
Цель занятий: изучить реакции катионов 5-й группы, применение некоторых солей
железа в качестве коагулянтов на ТЭЦ в процессе водоподготовки; значение железа для
физиологии человека и растений.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы.
 Водяная баня;
 Штатив с пробирками;
 Растворов нитрата железа (II), магния, марганца (II);
 Раствора хлорида железа (III);
 Раствора щёлочи КОН или NaOH;
 Растворов красной и жёлтой кровяной солей;
 Раствора роданида аммония;
 Раствора аммиака;
 Кристаллические соли хлорида аммония и висмута натрия;
 рН-бумага
3. Теоретические положения
К 5-й аналитической группе относятся катионы: Fe2+, Fe3+,Mn2+, Mg2+.
Ион Fe2+ окрашен в светло-зелёный цвет, Mn2+- в розовый,
Fe3+- в жёлтый.В
2+
разбавленных растворах Mn не имеет окраски, в концентрированных – имеет розовую
окраску. Ион Mg2+ бесцветен.
Групповым реактивом на 5-ю группу катионов является едкая щёлочь NaOH или КОН, так
как она образует с ними осадки гидроксидов.
Проделайте реакции действия щёлочи на катионы Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+( берите равные
количества растворов, например, по три капли).
Наблюдайте за образовавшимися осадками. Запишите наблюдения и уравнения реакции.
20
Вы обратили внимание, что цвет осадка Fe(OH)2 из зелёного превращается в бурый, а
белый осадок Mn(OH)2 также становится бурым? Это происходит под действием
кислорода, воды и воздуха. Он окисляет Fe(OH)2 , Fe(OH)3, Mn(OH)2 до MnO(OH)2.
2 Mn(OH)2+O2= MnO(OH)2↓ бурый
4 Fe(OH)2 + O2 + H2O= Fe(OH)3 ↓ бурый
Какой характер имеют гидроксиды катионы 5-й группы? Кислотный? Основной?
Проверьте. Для этого действуйте на осадки кислотой и щёлочью. Запишите наблюдения и
уравнения реакций.
В присутствии солей аммония гидроксид аммония не осаждает катион магния, а катионы
Fe2+,Mn2+ осаждаются частично. Почему?
Возьмите в пробирку раствор соли магния, несколько кристаллов NH4Cl , а затемгидроксида аммония. Осадок не выпадает.
Соль NH4Cl используют для предупреждения образования осадка и дл его растворения.
4. Ход занятий
Реакция катиона Fe3+
1. Реакция с жёлтой кровяной солью (с гексациано-II-ферратом калия) K4[Fe(CN)6]
К трём каплям соли Fe3+ добавьте одну каплю жёлтой кровяной соли. Запишите
наблюдения, молекулярное и ионное уравнение реакции. Выпавший осадок называется
берлинской глазурью.
Испытайте отношение к этому реактиву остальных катионов 5-1 группы и сделайте вывод,
мешают ли они открытию Fe3+. Вы убедитесь, что другие катионы 5-й группы мешают
открытию ионов реактивом K4[Fe(CN)6]. Как устранить их мешающие влияние?
Проверьте как действует соляная кислота на осадки всех катионов с реактивом
K4[Fe(CN)6]. Вы увидите, что все осадки, кроме берлинской лазури растворяются в
кислоте. Какой же следует сделать вывод?
Итак, чтобы открыть Fe3+ в присутствии других катионов 5-й группы данной реакции надо
предварительно подкислить раствор соляной кислотой.
Проверьте действие щелочи на осадок берлинской лазури. Вместо синего осадка
получается бурый осадок. Щёлочи разлагают осадок с образованием Fe(OH)3 .
Можно ли открывать ион Fe3+ в щелочной среде.
2. Реакия с роданидом аммония.
К трём каплям раствора соли Fe3+ добавьте одну каплю раствора соли роданина аммония и
наблюдайте образование кроваво-красного окрашивания.
Fe3++3SCN-↔ Fe(SCN)3
Реакция эта обратима. Как сместить равновесие в прямом направлении? Да, надо роданид
аммония брать в избытке.
Реакция катиона Fe2+
1.
Реакция с красной кровяной солью ( с гексацнано-III-феррамом ) калия K3[Fe(CN)6]
К трём каплям раствора соли Fe2+ прилейте одну каплю раствора красной кровяной
соли и наблюдайте образование темно-синего осадка – турнбулевой сини.
Запишите уравнение реакции в молекулярном ионном виде. Проверьте не мешают ли
другие катионы открытию Fe+2 этой реакции, подействовав на растворы их солей
кровяной солью. Вы убедились, что другие катионы этой группы также дают осадок с
этим реактивом. Сделайте вывод об условия проведения этой реакции.
Подействуйте на осадок турнбулевой сини щелочью. Вы видите, что подобно
берлинской лазури, осадок турнбулевой сини разлагается щелочью, следовательно,
щелочная среда противопоказана этой реакции.
Реакция катиона Mn2+
21
Водные растворы солей двухвалентного марганца имеют бледно-розовую окраску, а
разбавленные растворы – бесцветны.
Реакции окисления Mn2+ до MnO4
Учитывая величину потенциала пары Mn2+ /MnO4- подберите окислитель для
окисления Mn2+ до MnO4C каким потенциалом надо брать окислитель? Изучите этот вопрос по таблице
окислительно-восстановительных потенциалов.
Хорошо окисляет Mn2+ до MnO4- висмутат натрия NaBiO3. Проделайте реакцию.
В чистую пробирку внесите на палочку несколько кристаллов висмутата, добавьте 6
капель HNO3 и 1 каплю Mn(NO3)2 , встряхните и поставьте на водяную баню. После
нагревания снова встряхните и внесите в пробирку палочку, смоченную раствором соли
Mn2+ мешает реакции.
После отстаивания наблюдайте малиновое окрашивание образовавшихся ионов MnO4.
Запишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты на основе электронно ионныхполуреакций.
Реакция специфична. Мешающих ионов нет.
Реакции катиона Mg2+
Растворы солей магния бесцветны.
Реакция с гидрофосфатом натрия Na2HPO4.
Возьмите 3 капли раствора соли магния и добавляйте NH4OH по каплям до тех пор,
пока образуется осадок, затем растворите его в кристаллическомNH4Cl, а далее добавьте 1
каплю раствора гидрофосфата натрия. Наблюдайте образование легкого, мелкого
кристаллического осадка двойной соли MgNH4PO4.
MgCl2 + Na2HPO4 + NH4OH = MgNH4PO4↓ + 2NaCl + H2O
Проверьте, не мешают ли другие катионы этой группы открытию магния данной
реакцией?
При анализе смеси катионов при обнаружении катиона магния поступают следующим
образом: к исследуемой соли добавляют NH4OH (избыток), затем NH4Cl кристаллический
и отфильтровывают раствор (фильтрат должен слабо окрашиваться фенолфталеином),а к
фильтрату добавить 1 каплю гидрофосфата натрия. При наличии Mg2+ можно наблюдать
образование осадка MgNH4PO4
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
Аналитический
эффект
3
Количественная
оценка
4
1. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по
энергетическим уровням.
2. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
3. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
4. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
22



Если пирохимический анализ – длину волны.
Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
6. Контрольные вопросы.
1. Какое строение имеют атомы изучаемых катионов? Какие электроны для них
валентные?
2. Выписать ПР гидроксидов изучаемых катионов. Какой гидроксид имеет наименьшее
ПР? Какой катион осаждается щелочью полнее?
3. Почему Mg(OH)2 растворяется в NH4Cl?
4. Какие соли называются двойными?
5. Рассмотрите диссоциацию красной кровяной соли. Что показывает константа
нестойкости комплекса?
6. На что указывает величина окислительно-восстановительного потенциала? Какие
вещества можно взять ещё кроме висмутата натрия для окисления Mn+2 до MnO4.Много ли таких веществ?
7. Почему в склянках с раствором FeSO4 наблюдается осадок? Что он собою
представляет?
8. Какие соли железа применяются в водоподготовительном процессе? На чем основано
их коагулирующее действие?
9. В чём отличие действия группового реактива на 4-ю и 5-ю группы?
10. Что значит быть амфотерным гидроксидом?
Лабораторное занятие № 6.
Реакции катионов IV группы
(Cu2+, Co2+, Ni2+)
Цель занятий:
1. Изучить общие и частные реакции катионов 6-ой аналитической группы.
2. Обосновать, на основании изученного, принадлежность ионов к данной группе.
3. Выделять катионы 6-ой группы из смеси катионов всех аналитических групп.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы:
Химическая посуда и приборы: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатели
23
Реактивы: 0,5н сульфат меди (II) CuSO4, 0,5н нитрат никеля Ni(NO3)2, 0,5н нитрат
кобальта СO(NO3)2, 0,5н роданид аммония NH4SCN, 2н щелочь, 2н NH4OH, раствор
диметилглиоксима, сульфат или хлорид аммония, пластинка из железа или цинка.
3. Теоретические положения
К 6 аналитической группе относятся катионы: Cu2+ ,Ni2+, Co2+. Эти катионы имеют яркие
красивые окраски:
Cu2+ - голубую
Ni2+ - розовую
Co2+ -зеленую
Отличительной
особенностью
этих
катионов
является
склонность
их
комплексообразованию, в частности, все они образуют комплексные ионы с аммиаком,
благодаря чему их гидроксиды растворяются в растворе аммиака. Групповым реактивом
для служат гидроксид аммония в избытке.
1.
2.
3.
4.
4. Ход занятий.
ЗАДАНИЕ 1. ДЕЙСТВИЕ ЩЕЛОЧИ
При действии щёлочи на катион 6-ой группы образуется осадки Cu(OH)2, Ni(OH)2 и
основная соль кобальта, например CoОHCI. Проделываются реакции. К трем каплям соли
Co2+ ,Cu2+ и Ni2+ добавьте 1 каплю щелочи, наблюдайте образования осадков. Запишите
молекулярные и ионные уравнения реакции.
Теперь проверим в чем растворяются эти осадки. Испытаем их растворимость в кислотах.
Растворяются ли осадки в кислотах? Какой характер имеют гидроксиды? Запишите
уравнения реакции на молекулярном и ионом виде.
Теперь проверьте растворимость осадков в NH4OH. Осадки Cu(OH)2 и Ni(OH)2 легко
растворились в NH4OH, труднее растворить СоНСl. Нужно взять либо раствор аммиака
концентрированнее, либо добавить несколько кристалликов соли аммония и разогреть.
Осадок в этом случае растворяется.
Запишите формулы комплексных ионов для всех катионов 6 группы, учитывая, что
координационное число для меди равно 4, а координационные числа для никеля и
кобальта равны 6.
ЗАДАНИЕ 2. ДЕЙСТВИЯ ГРУППОВОГО РЕАКТИВА
1. Комплексные соединения катионов 6 группы называется аммиакатами, т.к. лигандами в
них являются нейтральные молекулы аммиака. Аммиакаты катионов 6 группы можно
получить и непосредственным действием аммиака на соли катионов. При этом, если взять
небольшое количество аммиака, то получается осадки основных солей кобальта, меди,
никеля СоОНС1, NiOHC1 и (CuOH)2SO4. Проделайте реакции. Возьмите по 3 капли
растворов солей изучаемых катионов и добавьте по одной капле раствора аммиака.
Наблюдайте образование осадков основных солей. Запишите молекулярные и ионные
уравнения реакций.
2. Теперь добавьте к осадкам избыток раствора аммиака до их растворения. Протекаю
реакции:
NiOHC1+NH4C1+5NH4OH=[Ni(NH3)6]C12+6Н2О светло-синий раствор
(СuOH)2CO4+(NH4)2SO4+6NH4OH=2 [Cu(NH3)4]SO4+8H2O ярко-синийраствор
CoOHCl+NH4C1+5NH4OH=[Co(NH3)6]C12+6H2O желто-коричневыйраствор
Почему добавление солей аммония ускоряют реакцию в прямом направлении?
ЗАДАНИЕ 3. РЕАКЦИИ ОТКРЫТИЯ ИОНОВ Cu2+
1. Реакция с раствором аммиака – NH4OH. Эта реакция вам уже знакома из общей
характеристики. Проделайте эту реакцию. Запишите уравнение реакции в молекулярном и
ионном виде.
24
2. Реакция восстановления меди до металлической меди металлическим железом, цинком
или алюминием. Для этой реакции возьмите хорошо очищенную пластинку одного из
предложенных металлов и нанесите на нее каплю раствора меди (II), подкисленного
серной кислотой, через некоторое время на пластинке появится красно-бурое пятно
металлической меди. Напишите уравнения реакции и объясните, почему эти металлы
способны восстанавливать ионы меди до металлической меди.
ЗАДАНИЕ 4. РЕАКЦИИ ОТКРЫТИЯ ИОНОВ Cо2+
Реакция с роданидом аммония.
Катионы кобальта придают растворам розовую окраску. С избытком роданида аммония
ионы кобальта дают комплексное соединение интенсивно синего цвета, которое хорошо
растворяется в органических растворителях, например в амиловом спирте. Реакция идет
по уравнению:
СоCl2+ 4NH4SCN↔ (NH4)2[Co(SCN)4] +2NH4Cl
Для сдвига равновесия вправо – надо набрать избыток роданида аммония. Поэтому для
реакции берут концентрированный раствор роданида аммония или можно бросить в
пробирку несколько кристаллов сухой его соли.
Чтобы проделать реакцию, в пробирку налейте 5-6 капель раствора соли кобальта,
прилейте 3 капли амилового спирта и добавьте роданид, после чего интенсивно
встряхните и дайте отстояться. Амиловый спирт всплывает на поверхность, он
экстрагирует комплекс и поэтому окрашивается в голубой цвет.
В присутствие катионов Fe3+ и Fe2+ и при анализе на катион кобальта неизвестного
раствора реакцию проводят капельным методом: на полоску фильтровальной бумаги
наносят каплю исследуемого раствора, затем каплю соли кобальта и снова каплю
роданида аммония. Бумагу выдерживают на парах аммиака и подсушивают. Голубое
окрашивание в присутствие мешающих ионов появляется на периферии пятна.
ЗАДАНИЕ 5. РЕАКЦИИ ОТКРЫТИЯ ИОНОВ Ni2+
Реакция с реактивом Чугаева – диметилглиоксимом (СН3СNОН)2.
Реактив выделяет катионы никеля из раствора в виде кристаллического ало-красного
осадка внутрикомплексной соли, нерастворимой в минеральных кислотах. К 2-3 каплям
соли никеля прибавьте 3-5 капель гидроксида аммония и 2-3 капли спиртового раствора
диметилглиоксима. Выполнению этой реакции могут помешать катионы железа (II),
дающие с реактивом Чугаева соединение красного цвета. Однако катионы железа (II)
может связать в малорастворимое соединение действием Na2НРО4. В присутствие
катионы железа (II) реакцию проводят капельным методом.
На полоску фильтровальной бумаги нанести каплю гидрофосфата натрия, затем каплю
испытуемой соли никеля, затем снова каплю гидрофосфата натрия. При этом
малорастворимый фосфат никеля перемещается к периферии. Полученное пятно
перечеркните капилляром с диметилглиоксимом и обзанятиейте парами аммиака.
Розовое окрашивание появляется на периферии пятна.
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
1. В 1 столбике записать
энергетическим уровням.
Аналитический
эффект
3
изучаемый
25
ион,
Количественная
оценка
4
расположение
электронов
по
2. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
3. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
4. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
 Если пирохимический анализ – длину волны.
 Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
 Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
6. Контрольные вопросы.
1. Электроны каких орбиталей участвуют при образовании катионов 6 группы?
2. Почему щелочь не является и не может являться групповым реактивом данной группы?
3. Катион какой группы реагирует на раствор аммиака также, как на катионы 6 группы?
4. Какой характер имеют гидрооксиды катионов 6 группы?
5. Какой рН имеют растворы катионов 6 группы? Обоснуйте свой ответ.
6. Как могут попасть ионы 6 группы в сточные воды ТЭЦ? Каково их физиологическое
действие?
7. С какой целью медным купоросом обрабатывают стены помещений перед побелкой?
Лабораторное занятие № 7.
Реакции анионов
Цель занятий:
1. Изучить анионы I, II, III группы.
2. Провести качественные реакции на анионы.
3. Сделать выводы.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы.
Реактивы: Na2SO4, Na2SO3, Na2SiO3, Na2CO3, Na3PO4, BaCl2, HCl, раствор иода, раствор
крахмала, раствор KMnO4,NaCl, NaBr, NaI, Na2S, AgNO3, хлорная вода, NaOH,
металлический Al, КNO3, КNO2
26



Химическая посуда и приборы: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатели.
3. Теоретические положения.
Обычно анионы делят на три аналитические группы по их отношению к катионам бария и
серебра.
К 1-ой аналитической группе относят анионы SO42-, SO32-, SiO32-, CO32-, PO42- и др.
Групповым реактивом для этой группы является хлорид бария, осаждающий эти анионы в
виде нерастворимых в воде солей BaSO4, BaCO3, BaHPO4. Все эти соли за исключением
BaSO4, растворимы в разбавленных кислотах. Поэтому осаждение первой группы следует
проводить в нейтральной среде или слабощелочной.
Ко II-ой аналитической группе относят анионы Cl-, Br-, I-, S2-. Групповым реактивом
является раствор нитрата серебра, который осаждает анионы II-ой аналитической группы
в виде нерастворимых в воде и кислотах солей AgСl, AgBr, AgI, Ag2S. Исключение
составляет соль Ag2S, которая растворяется в азотной кислоте при кипячении. Осаждение
этой группы необходимо проводить в азотнокислой среде, так как в нейтральной среде
катион серебра осаждает анионы 1-ой группы и NO2-.
К III-ей аналитической группе относят анионы NO3-, NO2-, которые из нейтральных и
слабощелочных растворов не осаждаются солями бария, а из азотнокислых растворов не
осаждаются и солями серебра. Группового реактива эта группа не имеет.
4. Ход занятий.
КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ АНИОНОВ 1 АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ Серная
кислота в водном растворе является сильной кислотой. Большинство ее солей
растворяется в воде. Нерастворимы сульфаты бария, стронция, свинца и малорастворим
сульфат кальция. Угольная кислота является слабой кислотой. В свободном состоянии она
не известна даже в сравнительно разбавленных растворах, т.к. легко разлагается на
углекислый газ и воду. Соли угольной кислоты в водных растворах гидролизуются. В воде
растворяются только соли щелочных металлов и аммония, а также соли
щелочноземельных металлов. Ортофосфорная кислота является кислотой средней силы.
Как трехосновная кислота, она образует три ряда солей: нормальные соли, например,
фосфат кальция Са3(РО4)2, кислые солигидрофосфаты (СаНРО4) и дигидрофосфаты
(Са(Н2РО4)2). Нормальные соли щелочных металлов устойчивы только в сухом виде: в
водных растворах они не существуют, т.к. первая ступень гидролиза
РО43- + Н2О ↔ НРО42- + ОНпротекает практически полностью. Поэтому в аналитической химии обычно имеют дело с
анионом НРО4- . В воде также растворяются только соли щелочных металлов и аммония и
однозамещенные соли щелочноземельных металлов.
РеакцияанионовSO42-, SO32-, SiO32-, CO32-, PO42Действие группового реактива хлорида бария BaCl2. Хлорид бария осаждает из растворов
солей все вышеперечисленные анионы.
Выполнение: к 2-3 каплям исследуемых анионов прибавить 2-3 капли раствора хлорида
бария. Написать все уравнения реакции в молекулярном и ионном виде, отметить цвет и
вид осадка.
Реакция аниона SO321. Выполнение: в пробирку возьмите несколько капель раствора сульфита натрия, добавьте
2-3 капли раствора соляной кислоты HCl. Накройте пробирку кусочком белой
фильтровальной бумаги, в центре которой внесите каплю раствора иода и каплю
крахмала, и увидите, что на бумаге образуется синее пятно. Нагрейте содержимое
пробирки на водяной бане или спиртовке. Выделяющийся SO2 будет обесцвечивать пятно.
SO2+I2+H2O = 2HI + H2SO4
2. Реакцию с перманганатом калия KMnO4 проделывают следующим образом. К нескольким
каплям подкисленного серной кислотой раствора сульфита натрия добавляют по каплям
27
раствор KMnO4. Обесцвечивание розового раствора KMnO4 укажет на присутствие в
анализируемом растворе SO32—аниона.
Na2SO3+ KMnO4 + H2SO4 = Na2SO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
Реакции аниона РО43- (НРО42-)
Действие магнезиальной смеси (MgSO4+NH4OH+NH4Cl).
Магнезиальная смесь с солями ортофосфорной кислоты при нагревании образует осадок
двойной соли:
Mg2+ + NH4OH + HPO42- → MgNH4PO4 + H2O
Реакцию проводят в присутствии хлорида аммония, который предотвращает выпадение
аморфного осадка гидроксида магния.
Выполнение: для приготовления магнезиальной смеси к 3-4 каплям раствора сульфата
магния прибавить гидроксид аммония до появления запаха аммиака и раствор хлорида
аммония до растворения появившейся мути. К приготовленному раствору магнезиальной
смеси прибавить 3-4 капли раствора гидрофосфата натрия и нагреть до выпадения осадка
натрия. Отметить цвет осадка. Написать уравнение реакции. Данная реакция является в то
же время и качественной реакцией на ион магния.
КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ АНИОНОВ II АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ Все эти
кислоты являются сильными электролитами. Анионы проявляют восстановительные
свойства, увеличивающиеся в обратном порядке, т.е. от хлора к иоду. Эти свойства
используются в аналитической практике. Большинство солей галогеноводородных кислот
растворимо в воде. Групповым реактивом является раствор нитрата серебра, осаждающий
эти анионы в виде нерастворимых солей: AgCl, AgBr, AgI. Осаждение проводится в
присутствии разбавленной азотной кислоты, так как соли, образованные анионами первой
группы с катионами Ag+, растворяются в разбавленной HNO3.
Реакция анионовCl-, Br-, I-, S2Действие группового реактива нитрата серебра AgNO3. Нитрат серебра осаждает из
растворов солей все вышеперечисленные анионы.
Выполнение: к 2-3 каплям исследуемых анионов прибавить 2-3 капли раствора нитрата
серебра. Написать все уравнения реакции в молекулярном и ионном виде, отметить цвет и
вид осадка.
Сравнить величины произведений растворимости этих соединений и сделать вывод, в
какой последовательности будут выпадать эти осадки из раствора при совместном их
присутствии.
Реакции аниона Br-.
В отличие от AgCl осадок AgBr нерастворим в растворе карбоната аммония.
Произведение растворимости AgBr меньше произведения растворимости AgCl. Только
при большой концентрации аммиака равновесие в реакции:
[Ag(NH3)2]+⇔Ag++ 2NH3
смещается влево всего настолько, что концентрация катионов серебра в растворе
становится меньше концентрации их над осадком AgBr и последний растворяется.
Действие хлорной воды. Хлорная вода представляет собой раствор хлора в воде. Хлор
взаимодействует с водой по уравнению: Cl2 + H2O ⇔HCl + HClO. Поскольку эта реакция
обратима, то в растворе имеются два сильных окислителя – свободный хлор и
хлорноватистая кислота. Окислительная способность хлорной воды обусловлена и тем и
другим веществом. В реакциях же окисления веществ хлорной водой обычно пишут в
качестве окислителя свободный хлор.
Выполнение: к 1-2 каплям нейтрального или слабокислого раствора бромида натрия
прибавить 10-15 капель хлорной воды, 6-8 капель органического растворителя, который
извлекают из раствора практически весь свободный бром. Хорошо перемешать
содержимое пробирки. Написать уравнение реакции, отметить изменение окраски
28
органического растворителя. Бром и йод значительно лучше растворяется в органических
веществах, чем в воде.
Реакции аниона I-.
Свойства AgI.
Иодид серебра имеет столь малую величину произведения растворимости, что его нельзя
растворить даже в очень концентрированном растворе аммиака. Хотя равновесие в
реакции диссоциации [Ag(NH3)2]+⇔Ag++ 2NH3при этом резко смещается влево,
концентрация катионов Ag+ все же не становится меньше концентрации этих ионов над
осадком. Различную растворимость галоидных соединений серебра в водном растворе
аммиака используют в анализе для отделения анионов Cl- от Br-и I- при их совместном
присутствии.
Действие хлорной воды. Хлорная вода в нейтральном или кислом растворе окисляет анион
I- до свободного йода, который окрашивает органический растворитель в фиолетовый
цвет. При действии избытка хлорной воды происходит дальнейшее окисление свободного
йода до бесцветной йодноватой кислоты, вследствие чего органический растворитель
обесцвечивается: I2 + 5Cl2 + 6H2O → 10HCl + 2HIO3
Эта реакция дает возможность открывать анион брома в присутствии аниона йода, так как
свободный бром не окисляется избытком хлорной воды. Выполнение: к 2 каплям раствора
иодида калия прибавить 10-15 капель хлорной воды, 6-8 капель органического
растворителя и хорошо перемешать содержимое пробирки. Добавить избыток хлорной
воды до полного обесцвечивания органического растворителя. Написать уравнение
реакции.
КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ АНИОНОВ III АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ
Эта группа анионов не имеет группового реактива, т.к. все соли азотной кислоты хорошо
растворимы в воде.
Реакции аниона NO3Действие металлического цинка или алюминия в щелочном растворе
Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают анион NO3- до NH3: NaNO3 +
8Al + 5NaOH + 18H2O → 3NH3 + 8Na[Al(OH)4]
Эту реакцию можно проводить только в отсутствие катиона NH4+ . Поэтому перед
проведением этой реакции катион NH4+ удаляют из раствора кипячением с растворами
щелочей (если в растворе присутствует NH4+). Выполнение: к 4-5 каплям раствора нитрата
калия добавить 6-8 капель раствора гидроксида натрия 2-3 кусочка металлического
алюминия. Раствор нагреть до начала выделения пузырьков водорода. Определить
образующийся аммиак по запаху (осторожно) и по посинению влажной лакмусовой
бумажки. Составить электронные уравнение и найти коэффициенты в окислительновосстановительной реакции.
Действие сульфата железа (II) FeSO4
Сульфат железа (II) в присутствии концентрированной серной кислоты восстанавливает
соли азотной кислоты до оксида (II):
FeSO4 +HNO3 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + NO +H2O
Выполнение: приготовить насыщенный раствор сульфата железа (II), для чего к
небольшому количеству сухой соли FeSO4 добавить 8-10 капель разбавленной серной
кислоты и хорошо перемешать. К полученному раствору добавить 2-3 капли раствора
нитрата калия или азотной кислоты. По стенке пробирки осторожно прилить 5-10 капель
концентрированного раствора серной кислоты. При этом на дне пробирки образуется ясно
заметный слой серной кислоты (осторожно, не перемешивать). На границе
соприкосновения серной кислоты с раствором образуется бурое кольцо раствора
комплексной соли [Fe(NO)Х]SO4.
Реакции аниона NO2Действие с иодидом калия
29
Внешний эффект реакции – выделение свободногоиода, который узнают по посинению
крахмальной бумажки.
KI +КNO2 + H2SO4 → I2+ NO + K2SO4 +H2O
Выполнение: К 4-5 каплям подкисленного раствора нитрита калия прибавьте столько же
раствора иодида калия. Выделяется свободный иод. Крахмальная бумажка, поднесенная к
отверстию пробирки, синеет. Частично иод выделяется в виде серых кристаллов на
холодных стенках пробирки.
5. Обработка результатов занятий.
Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде
следующей таблицы.
Ион
Уравнения реакций, условия
1
2
Аналитический
эффект
3
Количественная
оценка
4
1. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по
энергетическим уровням.
2. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в
молекулярном и ионном виде.
3. В 3 столбике зарисовать полученный результат:
 Если получен осадок, указать какой цвет.
 Если пирохимический анализ – цвет пламени.
 Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный
под микроскопом.
4. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции.
 Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка.
 Если пирохимический анализ – длину волны.
 Если получен комплексный ион – константу нестойкости.
 Если получен слабый электролит – константу диссоциации.
6. Контрольные вопросы.
1. В раствор с кислой реакцией (рН ≈ 7) прилили групповой реактив BaCl 2. Можно ли
сделать вывод об отсутствии в растворе анионов 1-ой группы, если осадок не выпал?
2. Какими свойствами отличаются BaSO4, BaCO3, BaHPO4? Какой должна быть
последовательность анализа, если известно, что в растворе присутствует один из
следующих анионов: SO42-, CO32-, HPO42-?
3. В одном растворе одновременно присутствуют анионы Cl- и Br-, в другом Cl- и I-. Каким
должен быть систематический ход анализа в каждом из случаев? Напишите уравнения
реакций в ионном виде.
Лабораторное занятие №8.
Анализ неизвестного вещества.
Цель занятий: обнаружить в выданном образце катионы и анионы.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
30
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
2. Оборудование и реактивы:
Химическая посуда и приборы: штативы с пробирками, спиртовка, пробиркодержатели,
индикаторы, универсальная бумага
Реактивы: все имеющиеся реактивы для обнаружения катионов и анион всех групп
3. Теоретические положения
В общем случае анализируемое вещество может содержать любой из катионов шести
аналитических групп и любые анионы из трех аналитических групп анионов.
Контрольную задачу получают в виде раствора в пробирках. Полученное вещество делят
на три части: одну часть используют для анализа катиона, вторую – для анализа аниона, а
третью – для проведения предварительных результатов и для проверки результатов
анализа.
4. Ход занятий.
Предварительные наблюдения и испытания имеют целью на основании визуальных
наблюдений и выполнения некоторых реакций сделать предварительные выводы о
качественном составе анализируемого образца. Окрашивание пламени горелки позволяют
обнаружить некоторые катионы, такие как катионы калия, натрия, бария, кальция.
Действие разбавленной серной кислоты. К небольшому количеству исследуемого
вещества прибавляют несколько капель разбавленной серной кислоты. При наличии
карбонат – иона происходит энергичное шипение и вспенивание за счет выделения
углекислого газа. При наличии хлорид – или ацетат – ионов выделяются бесцветные газы,
имеющие характерный запах. При наличии нитрат – иона выделяется красно – бурый газ с
резким запахом. Действие концентрированной серной кислоты. К небольшому количеству
вещества добавляют несколько капель кислоты. При этом разрушаются не только
перечисленные выше анионы, но также нитрат -, хлорид -, бромид -, иодид – анионы, о
выделении которых можно судить по характерному запаху и цвету. На основании
предварительных испытаний делают предположения о составе анализируемой смеси,
которые дополняют и уточняют в ходе последующего анализа. Перевод вещества в
растворенное состояние. Сухую соль растворяют в дистиллированной воде. Полная
растворимость в воде свидетельствует об отсутствии карбонатов, сульфатов катионов
второй и третьей группы катионов. Обнаружение катиона. Определяют присутствие
катиона аммония специфическим реактивом (реактив Несслера). Присутствие отдельных
групп катионов проверяют действием групповых реактивов. Катион обнаруживают
дробным методом. Желательно доказать присутствие катиона аналитическими
несколькими реакциями. Все операции по анализу «сухой» соли и вывод о присутствии в
ее составе катиона должны быть зафиксированы в лабораторном журнале в виде
протокола. Обнаружение аниона. Присутствие аниона определяют дробным методом.
Контрольные вопросы
1. Какой предположительный вывод о составе образца сухой соли можно сделать вывод,
если он бесцветен?
2. Какое заключение о составе сухой соли можно сделать, если образец полностью
растворяется в воде?
3. Какие катионы могут входить в состав анализируемого образца, если при разбавлении и
последующем нагревании его солянокислого раствора выделяется белый хлопьевидный
осадок?
31
4. Почему при анализе неизвестного вещества обнаружение катионов проводят перед
обнаружением анионов?
5. Что можно сказать об осадке, если он растворяется в горячей воде?
6. Какие анионы могут входить в состав анализируемой смеси, если при обзанятийке
сухого образца разбавленной серной кислотой бурно выделяется бесцветный газ, не
имеющий запаха?
32
Лабораторное занятие №9.
Определение ионов SO42- гравиметрическим методом.
Цель занятий: определить количество ионов SO42- гравиметрическим методом.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы:
1 н. раствор ВаС12; 6 н. раствор соляной кислоты;5%-ный раствор AgNO3; беззольный
фильтр «синяя лента»; воронка для фильтрования; стеклянная палочка с резиновым
наконечником; стакан вместимостью 250 мл; водяная баня; фарфоровый тигель;
тигельные щипцы; муфель; эксикатор; аналитические весы.
Теоретические положения
Гравиметрический анализ основан на точном измерении массы определяемого
компонента, выделенного в виде соединения известного состава или элементарном виде.
Выделение проводят методами испарения, отгонки, сублимации, осаждения. Наиболее
важное значение имеет метод осаждения, при котором навеску анализируемого вещества
тем или иным способом переводят в раствор, после чего определяемый элемент осаждают
в виде какоголибо труднорастворимого соединения (или выделяют в свободном
состоянии). Выпавший осадок отделяют фильтрованием, тщательно промывают,
прокаливают (или высушивают) и точно взвешивают. По массе осадка и его формуле
рассчитывают содержание в нем определяемого элемента и выражают содержание этого
элемента в граммах или процентах от навески.
Отбор пробы, ее усреднение и взятие навески
Для анализа обычно используют не все вещество, а только его часть, называемую
«пробой». Проба должна быть представительной, то есть отражать средний химический
состав всего анализируемого объекта. Природные вещества или продукты производства,
состав которых следует определить, в большинстве случаев являются неоднородными по
составу. Поэтому состав пробы, взятой в какой-нибудь одной части исследуемого объекта
не будет отражать его средний химический состав. Чтобы результаты анализа точнее
отражали состав всей партии материала, отбирают среднюю пробу.
Существуют различные способы отбора средней пробы. Но во всех случаях при отборе
средней пробы придерживаются следующего правила: чем больше порций вещества взято
из различных мест исследуемой партии, тем больше вероятность, что данная проба будет
отражать средний состав анализируемого вещества. Одним из способов усреднения пробы
является квартование, заключающееся в следующем. Пробы, отобранные в нескольких
местах анализируемого объекта, измельчают, смешивают и, полученную смесь, высыпают
33
на лист бумаги и равномерным слоем в виде квадрата или круга. Затем шпателем делят
этот квадрат на четыре сектора. Два противоположных сектора убирают, а с остальными
повторяют вышеописанную операцию. Уменьшение пробы квартованием продолжают до
тех пор, пока она не будет составлять, такого количества анализируемого вещества,
которого не только было бы достаточно для выполнения анализа, но и хватило бы на
случай повторного и арбитражного, т.е. спорного анализа, выполняемого в особом
порядке, установленном законом. Приготовленную пробу измельчают до необходимого
размера частиц, который требуется при последующей химической обзанятийки вещества,
и помещают в подходящий сосуд для хранения. После отбора средней пробы приступают
к расчету оптимальной величины навески. Навеской называется часть средней пробы,
точно взвешенная на аналитических весах. Величину навески рассчитывают в
зависимости от оптимального количества получаемого осадка. Слишком большие, так и
слишком малые навески невыгодны. Действительно, в первом случае получится слишком
много осадка, который будет невозможно хорошо промыть. При слишком малой навеске
неизбежны ошибки взвешивания и других операций анализа составят слишком высокий
процент определяемой величины, и точность анализа окажется пониженной. Опытом
установлено, что оптимальное количество осадка (гравиметрической формы) в случае
кристаллических осадков (BaSO4, PbSO4) составляет около 0,5 г, а в случае объемистых
аморфных осадков (Fe(OH)3, H2SiO3- nH2O) - около 0,1 - 0,3 г. Рассчитаем, например,
какую необходимо взять навеску ВаС12·2Н2О, чтобы получить 0,5 г BaSO4. Из уравнения
реакции
ВаС12 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl
следует, что
1 моль BaSO4 соответствует - 1 моль ВаС12·2Н2О
233,42 г/моль соответствуют - 244,31 г/моль
0,5 г соответствуют - х г
следовательно,
х=0,5·244,31/233,42=0,52 г.
Расчет навески исследуемого вещества относится к ориентировочным вычислениям, т.к. в
этом случае не требуется большой точности. Так в нашем примере для анализа можно
взять точно взвешенное количество вещества в пределах от 0,5 до 0,7 г.
Вскрытие пробы
Взяв навеску, приступают к ее растворению (или разложению). В качестве растворителей
обычно применяют воду, кислоты (или их смеси), щелочи или окислители. Если имеют
дело с веществами, растворимыми в воде, то растворяют их в воде, слегка подкисляя
раствор в тех случаях, когда можно ожидать далеко идущего гидролиза. Если вещество в
воде не растворимо, то прибегают к помощи других растворителей или даже к
сплавлению.
Осаждение
Одной из важнейших операций гравиметрического анализа является осаждение. В
количественном анализе при осаждении необходимо полностью перевести определяемую
составную часть анализируемого вещества в химическое соединение, практически не
растворимое в воде. При этом осадок должен быть чистым и такой формы, которая
позволяет хорошо отфильтровать и промыть его. Однако практически полное осаждение и
образование осадка необходимой формы можно достичь лишь при соблюдении
определенных условий. Прежде всего, для каждого анализа подбирают
определенныйосадитель, исходя из того, что вещество, образующееся в результате
реакции осаждения, должно быть практически нерастворимым. Но так как абсолютно
нерастворимых в воде веществ не существует, то теоретически ни одно осаждение не
бывает совершенно полным. Часть осаждаемых ионов, соответствующая величине
произведения растворимости осадка, всегда остается в растворе.
Фильтрование и промывание осадка
34
При фильтровании полученный осадок количественно отделяется от маточного раствора.
Вместе с осадком могут оседать частицы посторонних веществ, присутствующих в
растворе, удаление которых достигается промыванием. Большинство осадков при
количественном анализе фильтруют через бумажные беззольные фильтры. Плотность
фильтра должна быть такой, чтобы на нем задерживались наименьшие частички осадка.
Но, с другой стороны, надо учитывать, что чем выше плотность фильтра, тем медленнее
происходит фильтрование. Для фильтрования крупнокристаллических осадков выбирают
фильтры средней плотности (пачки таких фильтров опоясаны белой лентой), для
фильтрования мелкокристаллических осадков (BaSO4, CaC2O4·H2O) используют наиболее
плотные, так называемые баритовые фильтры (на пачке синяя лента); плохо
фильтрующиеся студенистые осадки (А1(ОН)3, Fe(OH)3) фильтруют через наименее
плотные фильтры (на пачке красная лента). При выборе фильтра необходимо учитывать
не только плотность, но и размер его. При этом руководствуются не объемом
фильтрующейся жидкости, а количеством осадка. Размер фильтра следует выбирать
такой, чтобы осадок занимал не более одной трети его вместимости. Выбрав фильтр,
необходимо его правильно вложить в воронку. Фильтр должен быть прижат к стенкам
воронки своей внешней поверхностью. Между фильтром и стенками воронки должно
оставаться пузырьков воздуха; края фильтра должны быть на 5-15 мм ниже края воронки.
При выполнении количественного анализа жидкость на фильтр переносят очень
осторожно и только по стеклянной палочке. Для быстроты фильтрования и промывания
осадка прозрачную жидкость, отстоявшуюся над ним, осторожно сливают на фильтр.
Когда из стакана слит почти весь раствор, приступают к промыванию осадка декантацией.
Она заключается в том, что в стакан с осадком из промывалки наливают около 50 мл
промывной жидкости, взмучивают палочкой осадок и дают ему отстояться. Затем
отстоявшуюся над осадком жидкость снова осторожно сливают на фильтр. При этом
стараются не взмучивать осадок и как можно больше его оставлять в стакане. Промывание
осадка декантацией повторяют 3-4 раза.
Высушивание и прокаливание осадка
После промывания осадок вместе с бумажным фильтром необходимо просушить. Для
этого помещают его (вместе с воронкой) на несколько минут в сушильный шкаф, затем
приступают к прокаливанию. Осторожно вынимают фильтр из воронки и складывают его
края внутрь так, чтобы весь осадок был полностью завернут фильтром. Затем тщательно
укладывают фильтр с осадком (конусом вверх) во взвешенный тигель. Предварительно
тигель прокаливают до постоянного веса. При прокаливании в электрической печи фильтр
сначала обугливают на электрической плитке и, когда он перестанет дымится, помещают
тигель в муфельную печь. При прокаливании осадка так же, как и при всех остальных
операциях, очень внимательно следят за тем, чтобы не потерять ни малейшей крупинки
осадка. Прокаливают осадок в течении 40-60 минут в зависимости от его характера. Затем
тигель с осадком берут щипцами и переносят в эксикатор, а после полного охлаждения
взвешивают. Массу тигля с осадком записывают в лабораторный журнал, после чего
осадок снова прокаливают в течение 20-30 минут, охлаждают и взвешивают.
Прокаливание, охлаждение и взвешивание повторяют до достижения постоянной массы
осадка, т.е. до тех пор, пока результат последнего взвешивания не совпадет с предыдущим
или разница в двух последних взвешиваниях не будет превышать 0,0002 г. Получив
постоянную массу осадка, приступают к расчетам результатов анализа.
Вычисление результатов анализа
Часто после высушивания или прокаливания химический состав осадка изменяется,
поэтому в ГМА различают осаждаемую и гравиметрическую формы осадка. Осаждаемая
форма - это осадок с химическим составом, в виде которого его осаждают, а
гравиметрическая – взвешивают. Расчет результатов гравиметрического анализа проводят
по формулам:
m(X) = F mгр.формы, г;
35
ω(Х)=F·(mгр.формы/mнавески)·100%
где m(X) – масса определяемого вещества Х, г; mгр.форрмы– масса гравиметрической формы
осадка, г; ) (X - массовая доля вещества Х в навеске, %; m нав – масса навески
анализируемого вещества, г; F – аналитический (гравиметрический) фактор пересчета.
Практическая часть
Гравиметрическое определение сульфат-ионов основано на реакции взаимодействия
сульфат-иона с ионом бария:
SO42- + Ва2+ = BaSО4
Образующийся сульфат бария (весовая форма) — это малорастворимое
кристаллическое вещество. ПРВаSО4 =1·10-10.
Анализируют технический сульфат натрия. Навеску (g) рассчитывают по формуле
g=MNa2SO4⋅ 0,5/ MBaSO4 = 0,3(г), где 0,5 — найденная опытным путем удобная масса
весовой формы определяемого вещества для кристаллических осадков, г.
Сульфат-ион осаждают при рН < 2 из горячего раствора. Требуемое количество осадителя
ВаС12·2Н2О рассчитывают на основе уравнения реакции
ВаС12·2Н2О + Na2SO4 = BaSО4 + 2NaCl + 2Н2О
Масса ВаС12·2Н2О, необходимая для осаждения сульфат-иона, содержащегося в 0,3 г
Na2SО4, равна 0,5 г. Практически осадителя берут в 1,5 раза больше. После осаждения
сульфата бария осадок отфильтровывают, используя беззольный плотный фильтр (синяя
лента), так как даже в оптимальных условиях осаждения образуется
мелкокристаллический осадок BaSО4.Осадок необходимо прокаливать в открытом тигле,
обеспечивая достаточный доступ воздуха для предохранения осадка от восстановления.
При недостатке воздуха образуется оксид углерода (II), который восстанавливает сульфат
бария BaSО4 + 4СО = BaS + 4СО2
ХОД АНАЛИЗА
Рассчитанную навеску сульфата натрия взвешивают на аналитических весах,
количественно переносят в стакан и растворяют в 100 мл дистиллированной воды.
Раствор подкисляют 2 мл 6 н. раствора соляной кислоты и нагревают на водяной бане до
90-95 °С. К содержимому стакана осторожно, по каплям при перемешивании добавляют 6
мл 1 н. раствора ВаС12, предварительно разбавленного дистиллированной водой до 50 мл.
Раствор осадителя должен быть предварительно нагрет на водяной бане почти до кипения.
Стакан с выпавшим осадком BaSО4 ставят на кипящую водяную баню и оставляют на 2 - 3
ч до полного осаждения сульфата бария. Проверяют полноту осаждения BaSО4, приливая
по каплям раствор хлорида бария. Если раствор мутнеет, то добавляют 0,5 - 1 мл раствора
осадителя и спустя 1 ч вновь проверяют полноту осаждения BaSО4.После достижения
полноты осаждения сульфата бария раствор оставляют на 2 ч. для созревания осадка.
Затем раствор охлаждают и начинают процесс декантации и фильтрования осадка. Для
фильтрования используют фильтр «синяя лента».Осадок количественно переносят на
фильтр. После этого сульфат бария промывают дистиллированной водой, подкисленной
соляной кислотой. С целью полного удаления ионов, адсорбированных сульфатом бария,
осадок промывают не менее трех раз. Затем сульфат бария промывают дистиллированной
водой, контролируя полноту удаления ионов хлора раствором AgNО3.Фильтр с осадком
осторожно сворачивают и помещают в прокаленный до постоянной массы тигель. Тигель
ставят в муфельную печь, прокаливают до постоянной массы при 800 °С, охлаждают в
эксикаторе и взвешивают. Массовую долю сульфат-ионов (со) рассчитывают по формуле
ω= aSO42 −/ gBaSO4, где а — масса полученного осадка после прокаливания, г; g —
навеска образца анализируемого вещества, г.
Контрольные вопросы
1. Каковы пути увеличения полноты осаждения сульфата бария?
2. От каких факторов зависят размер и число частиц осадка?
36
3. Какие требования предъявляются к осадителю в гравиметрическом анализе?
4. Выпадет ли осадок BaSO4 если к 1 мл 0,01 М раствора Ba(NO3)2 прибавить равный
объем насыщенного раствора CaSО4?
5. Рассчитайте объем 2 н. раствора серной кислоты, необходимый для осаждения
бария из раствора, содержащего 0,025 г хлорида бария.
6. Вычислите растворимость сульфата бария в 0,01 М растворе сульфата натрия.
Лабораторное занятие №10.
Приготовление растворов кислот.
Цель занятий: научиться готовить рабочие растворы кислот
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы:
Набор ареометров, два стакана, цилиндр, мерная колба на 200 мл, бюретка на 25 мл,
пипетка на 10 мл, воронка, рабочий 0,1н раствор соды или буры, метилоранж, раствор
соляной кислоты неизвестной концентрации.
Теоретические положения
Техника приготовления растворов
По точности выражения концентрации растворы делят на приблизительные, точные и
эмпирические.
Растворы кислот и оснований приблизительной концентрации служат в качестве
вспомогательных реагентов при выполнении аналитических, препаративных и других
занятий. Концентрацию подобных растворов рассчитывают либо по степени разбавления
исходных веществ (растворов), либо по массе вещества (взвешивается на технических
весах), растворенного в известной массе растворителя. Часто приблизительную
концентрацию растворов определяют по величине плотности.
Растворы с точной, заранее установленной концентрацией, называемые рабочими,
стандартными или титрованными растворами, служат для определения точной
концентрации других растворов.
Концентрации многих растворов вспомогательных веществ (индикаторы, специфические
реактивы и др.) устанавливаются эмпирически и приводятся в соответствующих
прописях.
Независимо от того, какие по точности концентрации приготовляют растворы, применять
следует только чистые исходные вещества и воду высокой степени очистки, а в ряде
случаев (для растворов NaOH, Na2S2O3) - очищенную от CO2. Следует иметь в виду, что
скорость растворения твердого вещества зависит от размера его частиц
(тонкоизмельченное растворяется быстрее). Некоторые вещества не смачиваются водой и
плавают на ее поверхности, образуя тонкую пленку. Для приготовления водных растворов
37
подобных веществ рекомендуют порошок вначале облить небольшим количеством
этилового спирта (если он инертен по отношению к компонентам раствора), а уже затем
приливать воду. Сосуды для растворения и хранения растворов оснований должны быть
снабжены хлоркальциевыми трубками, заполненными аскаритом или натронной
известью, чтобы защитить раствор от СO2. В некоторых случаях растворы следует
хранить в атмосфере инертного газа (N2, СO2). Растворы веществ, разлагающихся под
действием света, например AgNO3, следует хранить в сосудах из коричневого стекла или
покрытых черным лаком (в крайнем случае, обернутых в черную бумагу).
Практическая часть
ЗАДАНИЕ 1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ 0,1Н РАСТВОРА СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ
1. Измерить плотность неизвестного раствора соляной кислоты
2. По таблице найти процентное содержание раствора
3. Рассчитать необходимый объем этого раствора для приготовления 200 мл
приблизительно децинормального раствора.
4. Рассчитанный объем забрать цилиндром, перенести в мерную колбу на 200 мл и долить
до метки водой. При перемешивании получается приблизительно децинормальный
раствор.
ЗАДАНИЕ 2. УСТАНОВЛЕНИЕ ТОЧНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА КИСЛОТЫ
1.
Залить приготовленный раствор в подготовленную бюретку. В 3 титровальные
колбы отмерить точно по 15 мл децинормального раствора соды или буры, добавить в
каждую колбу по 3 капли метилоранжа и титровать до переходной окраски метилоранжа.
Отметить расход кислоты и по результатам титрования рассчитать нормальность и титр
расхода кислоты.
2.
Получить контрольный раствор щелочи и титрованием его установленным
раствором кислоты найти массу щелочи в выданном растворе в г/л.
Контрольные вопросы
1. Решить задачи на разбавление растворов кислот по задачнику А.А.Ярославцев, стр.
70-79
2. К каким растворам относятся рабочие растворы кислот?
3. Почему для занятий взят индикатор метилоранж?
4. Какие формулы применяются для расчета нормальности и титра?
Лабораторное занятие №11.
Приготовление растворов щелочей.
Цель занятий: научиться готовить растворы щелочей
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
38
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
Твердая щелочь, склянка для щелочи, хлоркальциевая трубка, рабочий раствор щавелевой
или янтарной кислоты, мерные колбы, стаканы, мерные цилиндры, индикаторная бумага.
Теоретические положения
Техника приготовления растворов щелочей
При растворении NaOH или КОН необходимо пользоваться резиновыми перчатками и
защитными очками. Щелочи вызывают химический ожог кожи, разрушают одежду и
обувь. Брать твердую щелочь руками запрещается.
Водные растворы NaOH и КОН. При растворении твердых NaOH и КОН в воде
происходит сильное разогревание; поэтому насыщенные растворы щелочей приготовляют
в термостойкой стеклянной или, лучше, в фарфоровой посуде, постепенно добавляя
твердую щелочь при перемешивании, чтобы избежать местного перегрева.На воздухе
NaOH и КОН поглощают воду и СO2. Образующиеся карбонаты малорастворимы в
концентрированном
растворе
щелочей
и
постепенно
выпадают
в
осадок.Концентрированные растворы щелочей при хранении в стеклянной посуде
разрушают стекло, выщелачивая из него кремневую кислоту. Поэтому лучше хранить их в
сосудах из полиэтилена.Из концентрированных растворов получают разбавленные
растворы
щелочей,
концентрацию
которых
контролируют
по
плотности.
Ориентировочное значение объемов разбавляемого раствора щелочи и воды можно
рассчитать и по правилу креста.
Приготовление 50% раствора NaOH, не содержащего карбонатов, производят следующим
образом: в фарфоровом стакане растворяют при постепенном добавлении и
перемешивании 250 г NaOH в 250 мл дистиллированной воды. После охлаждения раствор
переливают в полиэтиленовый сосуд, закрывают пробкой и выдерживают 2-3 недели, до
полного осаждения Na2CO3. Затем прозрачный раствор сифонируют стеклянной трубкой и
соответственно разбавляют водой, не содержащей СO2.
Практическая часть
ЗАДАНИЕ 1. ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРА ЩЕЛОЧИ
В качестве рабочих растворов щелочей в методе нейтрализации обычно употребляют
децинормальный едкий натр или калий. Для приготовления рабочего раствора щелочи
пользуются твердой щелочью или ее раствором известной концентрации. Рассчитайте
массу щелочи, необходимую для приготовления 1 л 0,1н раствора по формуле:
m= H·V·Э=0,1·1·40=4 г
Навеску взвешивают на весах, причем ее величина должна быть приблизительно на 50%
больше рассчитанного, то есть надо взять 6 г. Перед растворением навеску помещают в
стакан и дважды быстро споласкивают дистиллированной водой, которую сейчас же
сливают. Обмытые куски растворяют в стакане в возможно меньшем объеме воды и
сливают через воронку в склянку, предназначенную для хранения раствора. В склянке
раствор разбавляют прокипяченной и охлажденной дистиллированной водой до нужного
объема.
Контрольные вопросы
1. Какие особенности имеет щелочь?
2. Как приготовить рабочий раствор щелочи?
3. Ответьте на вопросы по задачнику А.А.Ярославцева стр. 154 № 1-10.
4. Решите задачи по задачнику А.А.Ярославцева стр. 161 № 1-10.
Лабораторное занятие №12.
Определение общей щелочности.
39
Цель занятий: определить общую щелочность воды
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
1. Бюретки на 25 мл, закрепленные на штативах.
2. Конические колбы емкостью 250 мл.
3. Пипетки вместимостью 100 мл.
4. Химические стаканы емкостью 150–200 мл.
5. 0,1 М раствор хлороводородной кислоты.
6. 0,1 М раствор гидроксида натрия
7. Индикатор метиловый оранжевый (0,02 %-ный раствор).
8. Индикатор фенолфталеин (1%-ный спиртовый раствор).
Теоретические положения
Для определения общей щелочности воды нейтрализация раствора кислотой проводится
до рН 4,5. При этом в качестве индикатора используют метиловый оранжевый, интервал
перехода окраски которого рН = 3,1–4,4 (табл.). Свободную щелочность определяют
нейтрализацией воды до значений рН = 8,0–8,2 в присутствии индикатора фенолфталеина,
изменяющего свою окраску в интервале значений рН = 8,0–10,0 (табл.). При рН = 4,5
проба воды имеет нулевую щелочность. Определение гидратной, гидрокарбонатной и
карбонатной щелочности проводится также титрованием пробы воды с двумя
индикаторами – фенолфталеином и метилоранжем. Свою окраску фенолфталеин меняет в
тот момент, когда вследствие добавления кислоты в воду полностью удаляются ионы
CO32– и углекислые соединения определяются суммой HCO3- и CO2. Метилоранж меняет
свою окраску, когда в воде исчезают ионы HCO3- и остается только свободная
углекислота. Соответствующие точки эквивалентности определяются с помощью
индикаторов фенолфталеина и метилоранжа.
Практическая часть
Для анализа отмеряют пипеткой 100 мл исследуемой воды и помещают в коническую
колбу для титрования. Добавляют 2–3 капли метилоранжа и титруют из бюретки 0,1М
раствором соляной кислоты до перехода соломенно-желтой окраски в оранжевую. При
этом нужно уловить момент, когда от одной капли соляной кислоты первоначально чистожелтый раствор приобретет оранжевый оттенок. Титрование ведут на белом фоне. Чтобы
лучше был заметен момент перехода окраски, рядом ставят контрольную пробу с
первоначальной окраской. Добившись перемены окраски от одной капли соляной
кислоты, делают отсчет по бюретке объема соляной кислоты, пошедшего на титрование.
При всех отсчетах необходимо, чтобы глаза наблюдателя были на уровне мениска. Точное
титрование следует повторить трижды, каждый раз беря новую порцию раствора и
40
устанавливая уровень жидкости в бюретке на нуле. Разница в отсчетах не должна
превышать 0,1 мл, если наблюдаются большие расхождения, титрование повторяют до
получения трех сходящихся результатов, из которых берут среднее.
V1=
V2=
V3=
Vср= (V1+V2 +V3)/3=
Общую щелочность вычисляют по формуле:
Скислоты·𝑽кислоты
Що =
·1000, ммоль·экв/дм3
𝑽воды
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
где Vкислоты– средний объем кислоты, пошедший на титрование исследуемой воды, мл;
Скислоты – молярная концентрация эквивалента кислоты, моль∙экв/дм3;
Vводы – объем воды, взятой для анализа, мл.
Контрольные вопросы
Что подразумевают под качеством воды?
По каким показателям оценивают качество воды?
На чем основан титриметрический анализ, какие показатели качества воды определяют
титриметрическими методами?
Что такое щелочность воды, какие виды щелочности различают?
Что такое кислотность воды, какие виды кислотности различают?
В чем заключается процесс титрования, какие требования предъявляются к реакциям?
Лабораторное занятие №13.
Определение гидратной и гидрокарбонатной щелочности.
Цель занятий: Определить гидратную и гидрокарбонатную щелочности воды.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
Бюретки на 25 мл, закрепленные на штативах.
Конические колбы емкостью 250 мл.
Пипетки вместимостью 100 мл.
Химические стаканы емкостью 150–200 мл.
0,1 М раствор хлороводородной кислоты.
0,1 М раствор гидроксида натрия
Индикатор метиловый оранжевый (0,02 %-ный раствор).
Индикатор фенолфталеин (1 %-ныйспиртовый раствор).
Теоретические положения
41
Для определения общей щелочности воды нейтрализация раствора кислотой проводится
до рН 4,5. При этом в качестве индикатора используют метиловый оранжевый, интервал
перехода окраски которого рН = 3,1–4,4 (табл.). Свободную щелочность определяют
нейтрализацией воды до значений рН = 8,0–8,2 в присутствии индикатора фенолфталеина,
изменяющего свою окраску в интервале значений рН = 8,0–10,0 (табл.). При рН = 4,5
проба воды имеет нулевую щелочность. Определение гидратной, гидрокарбонатной и
карбонатной щелочности проводится также титрованием пробы воды с двумя
индикаторами – фенолфталеином и метилоранжем. Свою окраску фенолфталеин меняет в
тот момент, когда вследствие добавления кислоты в воду полностью удаляются ионы
CO32– и углекислые соединения определяются суммой HCO3- и CO2. Метилоранж меняет
свою окраску, когда в воде исчезают ионы HCO3- и остается только свободная
углекислота. Соответствующие точки эквивалентности определяются с помощью
индикаторов фенолфталеина и метилоранжа.
Практическая часть
1. Отбирают пипеткой 100 мл исследуемой воды и помещают ее в коническую колбу для
титрования. Добавляют 2–3 капли фенолфталеина. Если жидкость окрасится в розовый
цвет, это свидетельствует о том, что значение рН находится в интервале от 8,3 до 14.
Следовательно, в воде присутствуют карбонаты щелочных металлов, а также могут
содержаться ионы HCO3– и ОН–. В этом случае титруют воду 0,1 М раствором соляной
кислоты до обесцвечивания. Определяют объем кислоты, пошедший на титрование (V1).
2. Затем в эту же колбу добавляют 2–3 капли метилоранжа и продолжают титровать тем же
раствором соляной кислоты до перехода окраски из желтой в оранжевую. Определяют
объем соляной кислоты, пошедший на это титрование (V2), и общий объем,
израсходованный на титрование по фенолфталеину и метилоранжу (Vобщ).
При этом, если объем HCl при титровании по фенолфталеину (V1) равен объему HCl при
титровании по метилоранжу (V2), то в воде присутствуют только ионы CO32- (карбонатная
щелочность), в этом случае карбонатная щелочность рассчитывается по формуле:
Скислоты·𝑽общ
Щкарб=
·1000, ммоль·экв/дм3
𝑽воды
где Скислоты – молярная концентрация эквивалента кислоты, моль∙экв/дм3;
Vобщ – общий объем кислоты при титровании по фенолфталеину и метилоранжу, мл;
Vводы – количество воды, взятой для анализа, мл.
Если объем HCl при титровании по фенолфталеину (V1) больше, чем объем HCl по
метилоранжу (V2), то присутствуют ионы OH-, CO32-, в этом случае рассчитывают
карбонатную и гидратную щелочности по формулам:
Общую щелочность вычисляют по формуле:
Скислоты·𝑽𝟐·𝟐
Щкарб= 𝑽воды ·1000, ммоль·экв/дм3
Скислоты·(𝑽общ.−𝟐𝑽𝟐)
Щгидратная=
·1000, ммоль·экв/дм3
𝑽воды
Если объем HCl при титровании по фенолфталеину (V1) меньше, чем объем HCl по
метилоранжу (V2), то щелочность воды будет обусловлена ионами HCO3- и CO32-:
Скислоты·𝑽𝟏·𝟐
Щкарб= 𝑽воды ·1000, ммоль·экв/дм3
Скислоты·(𝑽общ.−𝟐𝑽𝟏)
Щгидратная=
·1000, ммоль·экв/дм3
𝑽воды
Если при добавлении фенолфталеина жидкость не окрасилась в розовый цвет, то из
этого следует, что карбонатный ион в воде не содержится и общая щелочность равна
гидрокарбонатной.
Тогда в колбу добавляют 2–3 капли метилоранжа и титруют соляной кислотой до
перехода желтой окраски воранжевую. Расчет производят по формуле
42
Скислоты·𝑽кислоты
Що =Щгидрокарб=
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
𝑽воды
·1000, ммоль·экв/дм3
где Vк – средний объем кислоты, пошедший на титрование исследуемой воды, мл;
Ск – молярная концентрация эквивалента кислоты, моль∙экв/дм3;
Vводы – объем воды, взятой для анализа, мл.
Контрольные вопросы
Что такое титрант, аликвотный объем, точка эквивалентности, конечная точка
титрования?
На чем основаны расчеты в титриметрическом анализе?
Какая реакция лежит в основе кислотно-основного метода титрования?
Как фиксируется точка эквивалентности в кислотноосновном методе анализа?
Чем характеризуются кислотно-основные индикаторы титрования? Как подобрать
индикатор для фиксирования точки эквивалентности в кислотно-основном методе
анализа?
Чем обусловлена щелочность и кислотность природных вод?
Как определяют различные виды кислотности и щелочности воды?
Как можно оценить вклад гидратной, карбонатной и гидрокарбонатной щелочности в
общую щелочность воды?
43
Лабораторное занятие №14.
Аргентометрическое определение хлоридов
Цель занятий: установить титр раствора нитрата серебра, определить содержание
хлоридов в контрольном растворе.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
Раствор хромата калия (10%-ный), 0,01н раствор нитрата серебра, рабочий 0,01н раствор
хлорида натрия, контрольный раствор хлорид натрия, мерные колбы на 100 мл и 1 л,
установка для титрования.
Теоретические положения
Титриметрические определения хлоридов основаны на реакциях образования
осадков малорастворимых соединений. Не все реакции сопровождающиеся выпадением
осадков применимы в объемном анализе. В этих реакциях пригодны только некоторые
реакции, удовлетворяющие определенным условиям. Реакция должна протекать строго по
уравнению и без побочных процессов. Образующийся осадок должен быть практически
нерастворимым и выпадать достаточно быстро, без образования пересыщенных
растворов. К тому же необходимо иметь возможность определять конечную точку
титрования с помощью индикатора. Наконец, явления адсорбции (соосаждения) должны
быть выражены при титровании настолько слабо, чтобы результат определения не
искажался.
Аргентометрия - объемный аналитический метод, основанный на реакциях
осаждения ионов галогенов катионами серебра с образованием малорастворимых
галогенидов:
Cl- + Ag+ -= AgCl↓
Наиболее распространено аргентометрическое определение хлора по методу
Мора. Сущность его состоит в прямом титровании жидкости раствором нитрата
серебра с индикатором хроматом калия до побурения осадка.
Индикатор метода Мора - раствор К2СгО4 дает с нитратом серебра красный осадок
хромата серебра Ag2CrO4, но растворимость осадка (6,2ּ10-3 моль/л) гораздо больше
растворимости хлорида серебра (1,33ּ10-5 моль/л). Поэтому при титровании раствором
нитрата серебра в присутствии хромата калия красный осадок хромата серебра появляется
лишь после добавления избытка ионов Ag+, когда все хлорид-ионы уже осаждены. При
этом всегда к анализируемой жидкости приливают раствор нитрата серебра, а не
наоборот.
Возможности применения аргентометрии довольно ограничены. Её используют
только при титровании нейтральных или слабощелочных растворов (рН от 6,5 до 10,5).
44
Практическая часть
При содержании хлоридов менее 250 мг/дм3 берут 100 см3 фильтрованной испытуемой
воды. При большем содержании хлоридов берут 10–50 см3 исследуемой воды и
разбавляют до 100 см3 дистиллированной водой. В две конические колбы для титрования
вносят по 100 см3 анализируемой воды, прибавляют по 5 капель раствора K2CrO4. Раствор
в одной колбе титруют 0,01 Н AgNO3 до изменения окраски раствора по сравнению с
окраской во второй колбе (цветной свидетель).
Для стандартизации титранта в коническую колбу вносят 10 см3 0,01 Н раствора NaCl и 90
см3дистиллированной воды, прибавляют 5 капель K2CrO4. Содержимое колбы титруют
0,01 Н раствором AgNO3 до перехода лимонно-желтой окраски мутного раствора в
оранжево-красную, не исчезающую в течение 15 – 20 сек.
Поправочный коэффициент к титру AgNO3 рассчитывают по
результатам трех титрований,
где V1, V2, V3 – объемы AgNO3, пошедшие на каждое из трех
3
титрований, см .
Расчет. Содержание
хлорид-иона
Х
(мг/дм3)
рассчитывают по формуле:
где Vтитр. – количество раствора AgNO3, пошедшее на
титрование, см3;
Н – концентрация титранта – нитрата серебра, моль-экв/дм3;
К – поправочный коэффициент к концентрации титранта;
ЭCl – эквивалент хлорид-иона, г/моль-экв;
Vпробы – объем воды, взятой для анализа, см3;
1000 – коэффициент для перехода от граммов к миллиграммам.
Контрольные вопросы
1. В чем сущность метода аргенометрического титрования?
2. Как рассчитать количество индикатора?
3. Какие особенности имеет реактив нитрат серебра?
4. Решите по задачнику А.А. Ярославцеву стр. 176 задачи №3,7,11,13,16,18,42,43.
45
Лабораторное занятие №15.
Комплексонометрическое определение жесткости воды.
Цель занятий: определить жесткость воды методом комплексонометрии
1.
2. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
Буферной раствор, рН 10. Растворяют 26,8 г NH4Cl ч.д.а. в 100 мл дистиллированной воды
и смешивают с 300 мл концентрированного раствора аммиака ч.д.а. К полученному
раствору прибавляют 50 мл 0,05 М раствора сульфата магния (1,232 г MgSO4*7H2O ч.д.а.
в 100 мл дистиллированной воды) и эквивалентное количество 0,005 М раствора
комплекса III, которое определяется титрованием раствора сульфата магния способом,
описанным при комплекснометрическом определении магния.
Теоретические положения
Общая жесткость воды показывает концентрацию в ней катионов двухвалентных
щелочноземельных металлов, прежде всего кальция и магния. Эти элементы в природных
условиях попадают в воду вследствие воздействия двуокиси углерода на карбонатные
минералы или в результате биохимических процессов, происходящих в увлажненных
слоях почвы. Жесткость природных вод может изменяться при обзанятийке на
водоприводных станциях или при сбросе в них сточных вод.
Количество кальция и магния, эквивалентное количеству карбонатов и
гидрокарбонатов, называется карбонатной жидкостью. Некарбонатная жесткость
определяется как разность между общей и карбонатной жесткостью и показывает
количество катионов щелочноземельных металлов, соответствующее анионам
минеральных кислот: хлорид-, сульфат-, нитрат-ионам и др.
Общую жесткость определяют в питьевых, подземных и поверхностных водах, а в
особых случаях также и в сточных водах. Ниже приводится комплексно-метрический
метод определения общей жесткости и щелочности воды. Результаты определения
жесткости выражается в мг-экв\л.
В водной среде этилендиаминтетраацетат натрия образует при рН 10 прочные
комплексные соединения: сначала с ионами кальция, затем с ионами магния. Когда в
анализируемую воду вводят эриохром черный Т, он образует с ионами магния вешневокрасное комплексное соединение. Припоследующим титровании комплек-сономIII
последний, соединяясь с ионо кальция и затем с ионами магния, вытесняет индикатор,
который в свободной форме имеет синюю окраску. Определение будет правильным, если
46
титруемый раствор имеет рН 10+ 0,1 и содержит достаточное количество ионов магния.
Точность определения при титровании 100 мл пробы составляет 0,05 мк-экв\л, что
является также и минимальной определяемой концентрацией.
Практическая часть
Раствор проверяют следующим образом: к 100 мл дистиллированной воды прибавляют 5
мл приготовленного буферного раствора и электрометрически определяют рН, который
должен иметь значение 100,1. Если рН оказался меньше, титрирую раствор аммиаком,
при более высоком значении рН – соляной кислотой до получения рН 10. Затем
прибавляют соответствующее количество раствора аммиака или кислоты к оставшемуся
буферному раствору.
Эриохром черный Т, раствор индикатора и смесь.
а) Раствор приготовляют смешением 0,5 г эриохром черного Т с 4,5 г солянокислого
гидроксиламина и растворением в 100 мл 96%-го этилового или изопропилового спирта.
Раствор сохраняют в темноте, в плотно закрытой склянке и выдерживают 6 недель.
б) Смесь индикатора с хлоридом натрия приготовляют смешением тщательным
растворением 0,5 г эриохром черного Т со 100 г хлорида натрия ч.д.а
Комплексон III, 0,05 М раствор. Растворяют 18,6 г комплексона III ч. д. а.
дистиллированной воде и добавляют объем до 1 л. Титр или поправку определяют по
стандарту 0,0025 М раствору хлорида кальция; 20 мл этого раствора в колбе для
титрования разбавляют до 100 мл дистиллированной водой и обрабатывают
соответственно ходу определения анализируемой пробы. Титр или поправочный
коэффициент проверяют каждую неделю.
Хлорид кальция, 0,025 М раствор. Растворяют 2,5023 г свежеосаженного СаСО3 ч. д. а.,
высушенного при 105ºС, в конической колбе в требуемом количестве соляной кислоты
(1:1). После полного растворения прибавляют около 200 мл дистиллированной воды,
нагревают и кипятят около 5 мин. После охлаждения и прибавления нескольких капель
метилового красного обрабатывают 3 н. раствором аммиака или соляной кислоты до
перехода окраски индикатора. Раствор в мерной колбе доводят дистиллированной водой
до 1 л.
Ход определения.
К 100 мл пробы воды или к другому объему, доведенному до 100 мл, приливают 5 мл
буферного раствора. Щелочность устраняют добавлением эквивалентного количества 0,1
н. соляной кислоты. После тщательного перемешивания прибавляют около 5 капель
раствора индикатора или 0,1-0,2 г сухой смеси индикаторов. Жидкость перемешивают и
титрируют до появления синей окраски исследуемого раствора. Изменение окраски
подтверждают прибавлением еще 1 капли (0,02мл) титрованного раствора. Титрование не
должно продолжаться больше 5 мин.
Расчет. Общую жидкость в мг-экв\л (х) вычисляют по формуле:
а𝑘 ∗ 2 ∗ 0,05 ∗ 1000 ak ∗ 1000
𝑥=
=
V
V
где
а- объем 0,05 (0,1 н.) раствора комплексного III, израсходованного на титрование, мл;
k – поправочный коэффициент для приведения концентрации комплексона III к точно 0,05
М; V – объем пробы, взятой для титрования, мл;
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлена жесткость воды?
2. Какие виды жесткости различают?
3. Какие ионы обуславливают карбонатную, некарбонатную жесткость?
4. В чем выражают жесткость? Какие индикаторы применяют в комплескнометрии?
47
Лабораторное занятие №16.
Определение титра KMnO4
Цель занятий: определить титр раствора перманганата калия
3. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
весы технические и аналитические; штатив; стакан вместимостью 100 см 3; бюретка
вместимостью 20 см3; пипетки вместимостью 10 и 100 см3; колбы мерные вместимостью
200, 250 и 500 мл; цилиндры мерные вместимостью 5 и 10 см3; плитка; шпатель; часовое
стекло; запаянные капилляры или кусочки битого фарфора;KMnO4; H2C2O4∙2H2O, соль
Мора, раствор H2SO4 с концентрацией 1 моль/л и 3 моль/л, дистиллированная вода
Теоретические положения
Перманганатометрия
Перманганатометрией называется метод объемного анализа, в котором в качестве
титрованного рабочего раствора применяют раствор перманганата калия KMnO4.
Перманганат калия в кислой среде является очень сильным окислителем.
Зная уравнение реакции, происходящий между перманганатом калия и каким-либо
восстановителем, и зная титр раствора перманганата калия по объему последнего,
израсходованному на реакцию, можно вычислить содержание восстановителя. В
зависимости от степени кислотности среды при восстановлении перманганата могут
получиться различные конечные продукты.
В сильнокислой среде марганец (VII), образующийся в MnO4- приобретает 5 электронов и
превращается в Mn2+:
с-+ 5e + 8H+ = Mn2+ +4H2O.
Если же концентрация Н+ окажется меньшей, чем та, которая требуется для течения
реакции
по
этому
уравнению,
то
произойдет
реакция:
+
MnO4 + 3e + 2HОН= MnО2↓ +4ОH2 .
Марганец (VII) переходит при этом в марганец (IV) и образуется осадок двуокси
марганца, имеющий темно-бурый цвет.
В перманганатометрии
почти всегда используются реакцией, протекающей в
сильнокислой среде.
Раствор перманганата имеет фиолетовую окраску, при проведении реакции в
сильнокислой среде MnO4- переходит в бесцветный Mn2+, вследствие этого фиолетовая
окраска раствора исчезает. Как только определяемый восстановитель прореагирует
полностью, следующая лишняя капля прибавленного перманганата окрасит исследуемый
раствор в розовый цвет. По появлению розовой окраски судят о конце реакции. В этом
случае нет надобности в применении индикаторов. Но в тех случаях, когда исследуемый
48
раствор окрашен и в нем трудно, заметить розовую окраску, приходится применять
индикаторы.
Наиболее важными индикаторами в перманганатометрии является дифениламин и индиго.
Дифениламин при действии незначительного избытка перманганата окрашивается в
синий цвет. При использовании индиго как индикатора в момент окончания реакции
происходит исчезновение синей окраски исследуемого раствора.
Практическая часть
Приготовление рабочего раствора перманганата и установление его титра по
щавелевой кислоте
Титр 0,1 н. раствора КMnO4 по щавелевой кислоте в сильнокислой среде составляет
ТKMnO4/H2C2O4*2H2O = 0,006304 г. Это означает, что 1 мл 0,1 н. раствора КMnO4 в
сильнокислой среде вступает в реакцию с 0,006304 г. щавелевой кислоты.
Для перманганатометрических определений обычно применяют приблизительно 0,1 н.
раствора перманганата калия. Если реакция протекает в сильнокислой среде тоЭKMnO4 =
МKMnO4/5= 158,04/5 = 31,61 г.
Если реакция протекает в сильнокислой среде, то ЭKMnO4 = МKMnO4/3= 158,04/3 = 52,68 г.
Исходя из навески КMnO4, нельзя приготовить его титрованный раствор, так как раствор
перманганата калия в течении 10-15 дней после приготовления заметно меняет свой титр.
Поэтому для приготовления рабочего перманганата калия берут на технических весах
около 3,2 г. КMnO4 на 1 л раствора, после полного растворения раствор хорошо
перемешивают и оставляют на 10-15 дней в склянке из темного стекла, закрытой
стеклянной пробкой. Затем раствор фильтруют через асбест или воронку с пористой
стеклянной пластинкой или устанавливают его титр. Чтобы ускорить приготовление
раствора перманганата калия, рекомендуется нагреть его до кипения, охладить и затем
отфильтровать осадок.
Для титрования перманганатом следует применять бюретки только со стеклянным краном
(так как он действует на резину и другие органические вещества).
Раствор перманганата имеет густую окраску, поэтому отсчет делений в бюретке проводят
по верхнему краю мениска.
Щавелевая кислота и особенно оксалат натрия – лучшие установочные вещества для
определения титра растворов перманганата . Щавелевая кислота кристаллизуется с двумя
молекулами воды (H2C2O4*2H2O) и имеет молекулярный вес 126,07. Оксалат натрия
кристаллизуется без воды (Na2C2O4), его молекулярный вес – 134,00.
Реакция между перманганатом и щавелевой кислотой (или оксалатом натрия) может быть
выражена уравнением
2KMnO4+5 H2C2O4+3H2SO4 = 2MnO4+10CO2+8H2O+K2SO4,
атакже
2KMnO4+5 Na2C2O4+8H2SO4 = 2MnSO4+10CO2+8H2O+K2SO4+5Na2SO4
или в иной форме
2MnO4-+8H++5e = Mn2++4H2O
5C2O42-+2e-+ 2CO2
2Mn-+5C2O42-+16H+ = 2Mn2++10CO2+8H2O
Исходя из этих уравнений вычисляют весовое количество перманганата калия, которое
должно пойти на реакцию со взятой навеской щавелевой кислоты или оксалата натрия.
Как видно из уравнений, каждый ион C2O42- при окислении перманганатом теряет два
электрона. Таким образом:
ЭH2C2O4*2H2O = МH2C2O4*2H2O/2=126,07/2=63,04 г.
ЭNa2C2O4 = MNa2C2O4/2=134,0/2=67,01 г.
Для титрования 0,1 н. раствора KMnO4 нужно готовить 0,1 н. раствора щавелевой
кислоты: 0,1 ЭH2C2O4*2H2O = 6,304 г; 0,1 ЭNa2C2O4 = 6,701 г.
Для ускорения реакции перманганатом титруют горячие растворы щавелевой кислоты
(или оксалата натрия). Точно взвешенную навеску очищенной перекристаллизацией
49
щавелевой кислоты (или оксалата натрия) растворяют в небольшом количестве
дистиллированной воды в мерной колбе. После растворения объем раствора доводят до
метки, прибавляя дистиллированную воду. После тщательного перемешивания раствора
пипеткой переносят 25 мл раствора из мерной колбы в коническую, прибавляют 5 мл
разбавленной серной кислоты (1:4), не содержащей восстановителей, нагревают
приблизительно до 80°С и титруют перманганатом при постоянном взбалтывании. В
начале титрования нужно приливать перманганат по каплям. Не рекомендуется
прибавлять следующую каплю перманганата, пока появившаяся розовая окраска не
исчезнет в течение 1 минуты. Чтобы легче заметить изменение окраски раствора,
рекомендуется колбу ставить на лист белой бумаги.
Контрольные вопросы
1. В какой среде применяется титрование раствором КМnО4 и почему?
2. Как фиксируется конечная точка титрования перманганатометрии ?
3. Какие методы титрования используются для определения: а) восстановителей; б)
окислителей: в) индифферентных веществ?
4. Объясните, как готовится рабочий раствор КМnО4.
5.Перечислите факторы, за счет которых изменяется концентрация рабочего
раствора КМnО4.
6. Какие исходные вещества применяются для установки точной концентрации
рабочего раствора КМnО4?
7. Пользуясь электронно-ионным методом (методом полуреакций), составьте
уравнения ОВ-реакций:
а) Н2С2О4 + KMnO4 + H2SO4 → СO2 + ... ;
б) Н2О2 + KMnO4 + H2SO4 → О2 + ... ;
в) КМnО4 + Н2О2
г) MnSO4 + KMnO4 + Н2О → МnО2 + ... .
Лабораторное занятие №17.
Определение окисляемости воды.
Цель занятий: методом Кубеля определить окисляемость контрольной воды.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
-Электрическая плитка
-Воронкпа
-Битый фарфор
-Кипятильники
-Бюретка
50
-Цилиндр на 10 мл
-Пипетка на 10-15 мл
-Девятинормальный раствор серной кислоты
-Сантинормальный раствор перманганата калия
-Сантинормальный раствор щавелевой кислоты
Теоретические положения
Под окисляемостью воды пронимают способность веществ, содержащихся в воде,
реагировать с окислителями. К числу таких веществ относятся органические взвеси,
продукты распада органических веществ.
Окисляемость характеризует степень загрязненности воды органическими веществами и
играет роль при санитарной и техническ5ой оценке воды. Величину окисляемости
выражают количеством миллиграммов кислорода, которое необходимо для окисления
веществ, содержащихся в 1 литре воды.
Методы определения окисляемости позволяют лишь косвенно установить количественное
содержание органических веществ, так как прямое их определение представляет
затруднения .
Окисляемость воды определяют при помощи сильных окислителей: KMnO4, K2Cr2O7.
Однако степень окисления различных органических веществ различна и поэтому
определяемая величина окисляемости не отвечает общему содержанию органических
веществ в воде. Кроме того, наряду с органическими веществами, окислению
подвергаются и находящиеся в воде минеральные вещества такие как: Fe2+,NO2,H2S,Mn+2,и другие. При значительном содержании Fe2+ более 0,1-0,2 мг/л, NO2- более 0,1
мг/л и H2S более 0,1-0,2 мг/л ,необходимо произвести их предварительное
количественное определение и полученные результаты вычесть из результатов
окисляемости.
Окисляемость может колебаться в различных пределах: для глубоких подземных
артезианских вод она не более 0,2-0,6 мг0/л, для рек и озер 5-12 мг0/л.
Вода считается пригодной для хозяйственно-питьевых целей. Если окисляемость ее не
превышает 3,0 мг0/л , а для питания паровых котлов 5,1 мг0/л 5,1 мг0/л.
Если в качестве окислителя применяют КМnО4, то в зависимости от содержания хлоридионов, окисляемость определяется либо в кислотной среде(метод Кубеля), либо в
щелочной среде (метод Шульца).
Если содержание хлорид ионов превышает 100 мг/л, окисляемость определяют по методу
Кубеля.
Практическая часть
Ход определения по методу Кубеля
В три конические колбы отмеривают 100 мл исследуемой воды, прибавляют 5-10
мл 9н р-раH2SO4 и 10-15 мл 0,01 н р-раKMnO4. Должна появиться интенсивно- розовая
окраска . Колбу закрывают маленькой воронкой , нагревают до кипения в течении 10 мин,
наблюдая все время за окраской .Если окраска жидкости во время кипячения сильно
ослабевает , то прибавляют еще несколько мл 0,01 н р-раKMnO4 и снова кипятят.
Необходимо добиться такого положения, чтобы при кипячении интенсивность окраски
сохранялась. Количество прибавленного КMnO4 записывают в рабочий журнал. Затем к
горячей жидкости прибавляют 10 мл 0,01 н раствора щавелевой к-ты, перемешивают
жидкость взбалтыванием и ждут, чтобы жидкость обесцветилась и стала прозрачной.
Избыток прибавленной щавелевой к-ты при нагревании оттитровывают тем же 0,01 н рром KMnО4. Объемы щавелевой кислоты и KMnO4 также записывают в рабочий журнал.
Расчет окисляемости по методу Кубеля
Q=[(V1+V2)*H1-V3H2 ]*Э0*10 мг 0/л,
Где: V1 –объем раствора KMnO4 прилитого в начале нагревания в мл;
51
V2- объем раствора KMnO4 израсходованного на титрование избытка щавелевой
кислоты , в мл;
H1- нормальность р-раKMnO4
Н2- нормальность р-раH2C2O4
Э0- эквивалент кислорода, равный 8
V3-объем H2C2O4
Контрольные вопросы
1.Какой ион-окислитель из следующих окислительно-восстановительных пар способен
окислить Mn2+ до MnO4- если МnO4-\Mn2+=1,52В
1)ɛ0 NH3 0/NO2- =0,75 B
2) ɛ0Fe3+/Fe2+=0,76B
3) ɛ0Fe3+/Fe2+=1,093B
4) ɛ0PbO/PbO3= 2,001B
2.Какая формула для определения окисляемости воды считается правильной?
5)
[(𝑉1+𝑉2)∗𝐻1+𝑉3∗𝐻2]∗1000
= мг 0/л
𝑉𝐻2 𝑂
[(𝑉1+𝑁2)∗𝐻2−𝑉3∗𝐻1]∗𝐸∗100
6)
= мг 0/л
7)
= мг 0/л
𝑉𝐻2 𝑂
[𝑉1−𝑉2)∗𝐻1−𝑉3∗𝐻2]∗𝐸∗100
𝑉𝐻2 𝑂
[𝑉1+𝑉2)∗𝐻1−𝑉3∗𝐻2]∗𝐸∗1000
8)
𝑉𝐻2 𝑂
= мг 0/л
3.На титрование 20 мл 0,1 н подкисленного и подогретого р-раKMnO4 израсходовали 5 мл
0,2 н р-ра(NH4)2C2О4 . Каков будет результат титрования?
9)Р-р будет оттитрован правильно
10)Недотитрован
11)Перетитрован
12)
4.Чему равняется г-эквKMnO4 при окислении в нейтральной среде?
13)31.6 г
15)158 г
14)52.6 г
16) 79 г
5.Обесцветится р-р KMnO4 если к 20 мл 0,1 н его р-ра , предварительно подкисленному и
подогретому , добавлено 10,04 мл 0,2н (NH4)2C2О4?
17)Остается без изменения
18)Обесцветится
Лабораторное занятие №18.
Определение содержания кислорода в воде.
Цель занятий: определить содержания кислорода в воде методом иодометрии.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
52
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
-титровальная колба
-парфюмерная склянка с пробкой
-техно-химические весы
-раствор хлорида марганца(||)- 45%-ный
-бюретка
-сантинормальный р-р тиосульфата натрия
-щелочная смесь
-р-р крахмала 1%
-р-р соляной к-ты
Теоретические положения
Растворенный кислород в поверхностных водах находится в виде молекул О 2.
Растворимость его растет с понижением температуры, минерализации и повышением
давления. Величину растворимости кислорода при нормальном давлении называют
нормальной концентрацией. Насыщение воды кислородом, соответствующее нормальной
концентрации, принимается равным 100%. В случае высокой интенсивности фотосинтеза
вода может быть значительно пересыщена кислородом. При этом часть его может
переходить в газообразную форму.
Растворенный кислород в поверхностных водах находится в виде молекул О2.
Растворимость его растет с понижением температуры (табл. 1), минерализации (табл. 2)
и повышением давления. Величину растворимости кислорода при нормальном давлении
называют нормальной концентрацией. Зависимость нормальной концентрации от
температуры приведена в табл. 1. Насыщение воды кислородом, соответствующее
нормальной концентрации, принимается равным 100% . В случае высокой
интенсивности фотосинтеза вода может быть значительно пересыщена кислородом. При
этом часть его может переходить в газообразную форму.
Таблица 13 - Зависимость нормальной концентрации кислорода (Со) в воде от
температуры (Атмосферное давление 760 мм рт. ст., парциальное давление кислорода
р= 0,209 атм)
Темпера
Растворенный кислород, мг/л
тура , °С
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
6,9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
14,65
14,25
13,86
13,49
13.13
12,79
12,48
12,14
11,84
11,55
11,27
11,00
10,75
14,61
14,21
13,82
13,46
13,10
12,76
12,43
12,11
11,81
11,52
11,24
10,98
10,72
14,57
14,53
14,49
14,45
14,41
14,37
14,33
14,29
14,17
13,79
13,42
13,рб
12,72
12,40
12,08
11,78
11,49
11,22
10,95
10,70
14,13
13,75
13,38
13,03
12,69
12,36
12,05
11,75
11,47
11,19
10,93
10,67
14,09
13,71
13,35
13,00
12,66
12,33
12,02
11,72
11,44
11,16
10,90
10,65
14,05
13,68
13,31
12,96
12,62
12,30
11,99
11,70
11,41
11,14
10,87
10,62
14,02
13,64
13,28
12,93
12;59
12,27
11,96
11,67
11,38
11,11
10,85
10,60
13,98
13,60
13,24
12,89
12,56
12,24
11,93
11,64
11,35
11,08
10,82
10,57
13,94
13,56
13,20
12,86
12,53
12,21
11,90
11,61
11,33
11,06
10,80
10,55
13,90
13,53
13,17
12,82
12,49
12,18
11,87
11,58
11,30
11,03
10,77
10,52
53
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
10,50
10,26
10,03
9,82
9,61
9,40
9,21
9,02
8,84
8,67
8,50
8,33
8,18
8,02
7,87
7,72
7,58
7,44
10,48
10,24
10,01
9,79
9,58
9,38
9,19
9,00
8,82.
8,65
8,48
8,32
8,16
8,01
7,86
7,71
7,56
7,42
10,45
10,22
9,99
9,77
9,56
8,36
9,17
8,98
8,81
8,63
8,46
8,30
8,14
7,99
7,84
7,69
7,55
7,41
10,43
10,19
9,97
9,75
9,54
9,34
9.15
8,97
8,79
8,62
8,45
8,29
8,13
7,98
7,83
7,68
7,54
7,40
10,40
10,17
9,95
9,73
9,52
9,32
9,13
8,95
8,77
8,60
8,43
8,27
8,11
7,96
7,81
7,66
7,52
7,38
10,38
10,15
9,92
9,71
9,50
9,30
9,12
8,93
8,75
8,58
8,42
8,25
8,10
7,95
7,80
7,65
7,51
7,37
10,36
10,12
9,90
9,69
9,48
9,29
9,10
8,91
8,74
8,56
8,40
8,24
8,08
7,93
7,78
7,64
7,49
7,35
10,33
10,10
9,88
9,67
9,46
9,27
9,08
8,90
8,72
8,55
8,38
8,22
8,07
7,92
7,77
7,62
7,48
7,34
10,31
10,08
9,86
9,65
9,44
9,25
9,06
8,88
8,70
8,53
8,37
8,21
8,06
7,90
7,75
7,61
7,47
7,32
10,28
10,06
9,84
9,63
9,42
9,23
9,04
8,86
8,68
8,52
8,35
8.18
8,04
7,89
7,74
7,59
7,45
7,31
Таблица 14 - Влияние минерализации на растворимость кислорода в воде
Температура,°С
0
10
20
30
Уменьшение растворимости
0,08405 0,00217 0,04777 0,04085
(мг/л) на каждые 1000 мг солей
Содержание в поверхностных водах
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0
до 14мг/л и подвержено значительным сезонным и суточным колебаниям. Суточные
колебания в основном зависят от соотношения интенсивности процессов его
продуцирования и потребления и могут достигать 2,5 мг/л растворенного кислорода. В
речных водах наиболее высокие концентрации наблюдаются обычно в осеннее время,
наиболее низкие — зимой, когда в результате образования ледяного покрова прекращается
поступление кислорода из атмосферы. Дефицит кислорода чаще наблюдается в
эвтрофированных водоемах, а также в водоемах, содержащих большое количество
загрязняющих и гумусовых веществ.
Распределение кислорода по вертикали при отсутствии интенсивного
перемешивания водных масс может быть довольно неравномерным. Стратификация
кислорода, как и температурная стратификация, наиболее значительно проявляется в
летний и зимний периоды. В периоды весенней и осенней гомотермии распределение
кислорода по глубине более равномерное.
Практическая часть
ИОДОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Кислород является неустойчивым компонентом, определение которого вследствие
зависимости его содержания от температуры воды должно производиться на месте отбора
проб. Метод предназначен для анализа неокрашенных или слабоокрашенных вод с
содержанием кислорода выше 0,05 мг О2/л.
Принцип метода. Метод основан на взаимодействии в щелочной среде гидроокиси
марганца с растворенным в воде кислородом. Гидроокись марганца, количественно
связывая растворенный в воде кислород, переходит в нерастворимое соединений четырехвалентного марганца коричневого цвета. При подкислении раствора в присутствии избытка
йодистого калия образуется иод, количество которого эквивалентно содержанию
растворенного кислорода и учитывается титрованием раствора тиосульфата:
54
Мn2+ + 2ОН- → Мn(ОН)2 (белый);
2Мn(ОН)2 + О2 → 2МnО(ОН)2 (коричневый);
МnО(ОН)2 + 4Н+ + 3I- → Mn2+ + I3- + 3Н2О;
I3- + 2S2O32- → 3I- + S4O62-.
Ходопределения.Пробу воды для определения растворенного кислорода отбирают
батометром, к крану которого прикреплена резиновая трубка длиной 20—25 см.
Фиксирование кислорода производят сразу после отбора пробы. Для этого кислородную
склянку 2—3 раза ополаскивают и затем наполняют исследуемой водой. Резиновая трубка
при этом должна касаться дна склянки. После заполнения склянки до горлышка ее
наполнение продолжают до тех пор, пока не выльется приблизительно 100 мл воды, т. е.
пока не вытеснится вода, соприкасавшаяся с воздухом, находящимся в склянке. Трубку
вынимают, не прекращая тока воды из батометра. Склянка должна быть заполнена пробой
до краев и не иметь внутри на стенках пузырьков воздуха.
Затем в склянку с пробой воды вводят 1 мл раствора хлористого марганца и 1 мл
щелочного раствора йодистого калия. При этом необходимо пользоваться отдельными
пипетками. Пипетку погружают каждый раз до половины склянки и по мере выливания
раствора поднимают вверх. Затем быстро закрывают склянку стеклянной пробкой таким
образом, чтобы в ней не оставалось пузырьков воздуха, и содержимое склянки тщательно
перемешивают.
Образовавшемуся осадку гидроокиси марганца дают отстояться не менее 10 мин и
не более суток. Затем приливают 5 мл раствора НС1. Пипетку погружают до осадка и
медленно поднимают вверх. Вытеснение из склянки раствором соляной кислоты части
прозрачной жидкости для анализа значения не имеет.
Склянку закрывают пробкой и содержимое тщательно перемешивают. Отбирают
пипеткой 50 мл раствора (пипетку предварительно необходимо ополоснуть этим
раствором) и переносят его в коническую колбу объемом 250 мл. Раствор титруют 0,02 н.
раствором тиосульфата до тех пор, пока он не станет светло-желтым. Затем прибавляют 1
мл свежеприготовленного раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения
синей окраски.
Расчет. Массовую концентрацию растворённого в воде кислорода находят по
формуле
М  Сm  Vm  V  1000
Сх 
,
V2  (V  V1 )
где Сх- массовая концентрация растворенного кислорода в анализируемой пробе
воды, мг/дм3; Сm - молярная концентрация раствора тиосульфата натрия, моль/дм3 КВЭ;
Vm - объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование, см3; V - объём
кислородной склянки, см3 (или 100 см3); V1
- суммарный объем растворов хлорида
марганца и иодида калия, добавленных в склянку при фиксации растворенного кислорода,
см3; М - масса миллимоля КВЭ кислорода, равная 8 мг/ммоль; V2 - объем аликвоты пробы,
титруемой тиосульфатом, см3.
За результат Х принимают среднее из двух параллельных измерений массовой
концентрации растворенного кислорода, если расхождение между ними не превышает
предела повторяемости r (2,77 σг).
Степень насыщения растворенным кислородом пробы воды Cх, %, вычисляют по
формуле
С  100
Сх %  х
,
Сн
где Cх - найденная средняя концентрация кислорода, мг/дм3; Сн - нормальная
концентрация кислорода с учетом реального давления и минерализации пробы, мг/дм3.
55
Для расчета нормальной концентрации кислорода в соответствии с реальным
атмосферным давлением и минерализацией по таблице 1 находят равновесную
концентрацию растворенного кислорода при измеренной в момент отбора температуре
воды. Из найденной величины равновесной концентрации вычитают на каждые 1000 мг/дм3
солей 0,0840 мг/дм3, при температуре 0 °С, 0,0622 мг/дм3 при 10 °С, 0,0478 мг/дм3 при 20 °С
и 0,0408 мг/дм3 при 30 °С. Поправку для промежуточных значений температуры и
минерализации находят методом интерполяции.
Расчет равновесной концентрации Сн при реальном давлении проводят по формуле
С н'  Р
,
Сн 
760
где Сн’ - равновесная концентрация с учетом минерализации и температуры, мг/дм3;
Р - реальное атмосферное давление, мм рт. ст.
Численные значения результата измерений должны оканчиваться цифрой того же
разряда, что и значения характеристики погрешности.
Результат измерений представляют в виде:
Сх ± Δ, мг/дм3 (Р = 0,95),
где ± Δ - границы характеристик погрешности измерений для данной массовой
концентрации кислорода (таблица 3).
Таблица 3 – Диапазон измерений, значения характеристик погрешности и ее
составляющих
Диапазон измерений
Показатель
Показатель
Показатель
массовой концентрации
повторяемости σr,
воспроизводиточности ±Δ,
растворенного кислорода
мг/дм3
мости σR, мг/дм3
мг/дм3
3
Сх, мг/дм
От 1,0 до 3,0 включ.
0,03∙Сх
0,05∙Сх
0,01∙Сх
Св. 3,0 до 15,0 включ.
0,01∙Сх
0,016∙Сх
0,032∙Сх
Отчет о занятиях должен быть оформлен грамотно, аккуратно, в срок. В отчете
необходимо указать номер пробы и ее описание (местонахождение водоема). Результаты
измерений для каждого образца воды можно оформить в виде таблицы:
№ п/п
Объем титруемой пробы,
Объем титранта, мл
Средний объем титранта,
мл
мл
Далее необходимо выполнить расчет массовой концентрации кислорода и %
содержания (содержание солей принять 1000 мг/дм3). Результаты расчетов представить в
виде итоговой таблицы:
№ пробы
Сх, мг/дм3
Сх%
После таблицы необходимо сделать вывод о качестве исследованных водоемов по
показателю содержания кислорода.
Второй способ. Перед непосредственным определением откалибровать склянку. Для этого
взвесить пустую склянку с пробкой на технических весах с точностью до 0,01 г, а затем
заполнить ее дистиллированной водой. Разность в весе воды в склянке и ее объем
В откалиброванную склянку емкостью 200-250 мл при помощи резиновой трубки,
опущенной на дно, осторожно налить доверху исследуемую воду и пропустить через
56
склянку десятикратный объем воды. Опуская пипетку до дна склянки, прилить до 1 мл р-ра
хлорида марганца и р-р щелочной смеси (KOH+KJ).Закрыть склянку пробкой , взболтать и
поставить для отстаивания образовавшегося осадка. Затем бурый осадок растворить , и
прибавляя 2-3 мл концентрированной соляной кислоты . Перемешать р-р и перелить в
чистую коническую колбу .т Поставить ее в темное место на 15 мин, а затем оттитровать
выделившийся йод 0,01 н р-ом тиосульфата натрия в присутствии 1мл р-ра крахмала до
исчезновения синей окраски. Крахмал добавлять в конце титрования , когда р-р станет
соломенно-желтого цвета.
Количество растворенного в воде кислорода в мл вычисляют по формуле:
𝑉1∗𝐻1∗∗𝐸∗1000
ХО2=
𝑉2
Где ,V1-объем рабочего р-ра тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, мл
Н1- нормальность рабочего р-ра
Е- Эквивалент кислорода(8)
V2-объем пробы воды
Контрольные вопросы
1. От каких показателей зависит растворимость кислорода в воде?
2. Какими 2 основными методами можно определить концентрацию кислорода?
3. Какие значения концентрации кислорода наблюдаются в природных водоемах?
4. Как влияет изменение содержания кислорода на организмы-гидробионты?
5. Какие значения концентрации кислорода вызывают гибель водных организмов?
Лабораторное занятие №19.
Фотоколориметрическое определение содержания ионов меди в растворе.
Цель занятийопределить содержания ионов меди в растворе фотоколориметрическим
методом.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
- штатив с 10 пробирками, подобранными по цвету стекла и объему;
- стандартный раствор меди, содержащий в 1 мл 0,5 мг меди. Раствор готовят растворением
точной навески 1,9647 г CuSo4*5H2O в мерной колбе вместимостью 1 л с добавлением 5 см3
концентрированной H2SO4. Из приготовленного раствора отбирают 100мл, переносят в
мерную колбу на 1000 мл и доводят до метки водой 1 мл приготовленного стандартного
раствора содержит 0,05 мг меди.
- водный раствор аммиака, разбавленный (1:1)
- бюретки на 25 мл.
57
Теоретические положения
Соли меди широко применяют в сельском хозяйстве как ядохимикаты, поэтому
определение содержания ионов меди в растворе представляет большой практический
интерес.
Фотометрическое определение меди выполняют аммиачным, ферроцианидным и др.
методами. Аммиачный метод основан на образовании ионом Сu2+ с аммиаком комплекса
[Cu(NH3)4]2+, окрашенного в интенсивно-синий цвет.
Фотометрический метод. Основан на определении степепи поглощения света раствором в
зависимости
от
концентрации
загрязнения
с
помощью
абсорберов,
фотоэлектроколориметров, спектрофотометров. По характеру взаимодействия света с
анализируемым раствором и способу его измерения различают следующие виды
фотометрического анализа. Метод добавок представляет собой разновидность метода
сравнения. Определение концентрации раствора этим методом основано на сравнении
оптической плотности исследуемого раствора и того же раствора с добавкой известного
количества определяемого вещества. Метод добавок, обычно применяют для упрощения
занятий, для устранения мешающего влияния посторонних примесей, в ряде случаев для
оценки правильности методики фотометрического определения. Этот метод позволяет
создать одинаковые условия для фотометрирования исследуемого и стандартного (с
добавкой) окрашенных растворов, поэтому его целесообразно применять для определения
малых количеств различных элементов в присутствии больших количеств посторонних
веществ при анализах солевых растворов. Метод добавок требует обязательного
соблюдения основного закона светопоглощения.
Практическая часть
Для приготовления стандартной шкалы возьмите 11 пробирок, совершенно одинаковых по
диаметру и цвету стекла. Они должны быть занумерованы и снабжены метками,
отвечающими по объему 10 мл. Ополосните пробирки дистиллированной водой и,
пользуясь бюреткой (или градуированной пипеткой), точно отмерьте в них объемы
стандартного раствора:
№ пробирки
Объем
стандартного
раствора, мл
1
0,3
2
0,6
3
0,9
4
1,2
5
1,5
6
1,8
7
2,1
8
2,4
9
2,7
10
3,0
Пробирку №11оставьте в запасе для приготовления испытуемого раствора.
Растворы в пробирках разбавьте водой до объема 3 мл и нейтрализуйте избыток серной
кислоты, прибавляя по каплям 2 н раствор аммиака до до появления мути, неисчезающей
при перемешивании. Затем прибавьте в каждую пробирку еще по 3,0 мл 2 н раствора
аммиака, доведите объемы окрашенных растворов водой до метки, перемешайте и закройте
пробками, чтобы не улетучивался аммиак.
Ход определения
В мерную колбу емкостью 100 мл возьмите для анализа небольшое количество раствора
соли, разбавьте его водой до метки и перемешайте.
В пробирку №11 отмерьте пипеткой 3,0 мл испытуемого раствора, нейтрализуйте его 2 н
раствором аммиака до появления неисчезающей мути, добавьте 3 мл раствора аммиака,
доведите объем до метки и также перемешайте.
Сравните интенсивность синей окраски испытуемого раствора с окраской растворов шкалы.
Установив, какому образцу колометрической шкалы соответствует окраска испытуемого
раствора, вычислите содержание меди во всех 100 мл его.
Допустим, что она оказалась такой же, как у раствора в пробирке №5. Последний содержал
в 3-х мл 0,75 мг меди. Содержание меди в 100 мл испытуемого раствора составит:
QCu=(0.75*100)/3=25 мг.
58
Возможно, что окраска испытуемого раствора окажется промежуточной между окрасками
каких-то соседних растворов шкалы, тогда и содержание меди в нем считают средним
между количествами ее в этих растворах шкалы.
Если окраска испытуемого раствора будет интенсивнее, чем стандартного в пробирке №10,
определение повторяют, разбавив анализируемого в 2-3 раза.
Второй способ
Определение меди с помощью фотоэлектрического колориметра ФЭК-М.
1. Приготовление раствора сравнения для построения калибровочного графика.
10 мл разбавленного (1:3) аммиака NH4OH переносят в мерную колбу емкостью 50 мл,
добавляют одну каплю концентрированной серной кслоты (пл. 1,84г/см3) и доводят
дистиллированной водой раствора содержится 1 мг иона Cu2+.
2. Приготовление стандартного раствора соли меди.
3,927 г. химически чистого сульфата меди CuSO4*5H2O переносят в мерную колбу
емкостью 1000 мл, растворяют, приливают 5 мл концентрированной серной кислоты (пл.
1,84 г/см3) и доводят водой по метки. В 1 мл этого раствора содержится 1 мг иона Cu2+.
3. Построение калибровочного графика.
В шесть мерных колб емкостью по 50 мл отмерьте пипетками соответственно 25, 20, 15, 10,
5 и 3 мл стандартного раствора соли меди. В каждую из колб прибавьте по 10 мл
разбавленного (1:3) аммиака NH4OH и доведите объемы жидкостей в колбах
дистиллированной водой до метки.
Измерение оптической плотности D начните с раствора, имеющего наибольшую
концентрацию меди. Для этого раствор из колбы налейте в кювету с рабочей длиной 1 см,
закройте кювету крышкой и измерьте оптическую плотность раствора, как описано выше,
при красном светофильтре. Измерив оптическую плотность D всех растворов, постройте
калибровочный график. При этом по горизонтальной оси откладывайте известные
концентрации ионов Cu2+ (т.е. 0,5; 0,4; 0,2; ,0,1; 0,06 мг меди в 1 мл), а по вертикальной –
соответствующие им оптические плотности растворов.
4. Ход определения меди в исследуемом растворе.
В мерную колбу емкостью по 50 мл возьмите для анализа немного испытуемого раствора,
который может содержать от 0,01 до 0,5 мг Cu2+. Прибавьте в колбу 1 каплю
концентрированной серной кислоты (пл. 1,84 г/см3), нейтрализуйте разбавленным (1:3)
аммиаком, приливая его по каплям до появления мути. Прилейте еще 10 мл аммиака и
доведите объем жидкости в колбе водой до метки. Раствор тщательно перемешайте ,
наполните им кювету с рабочей длиной 1 см и измерьте оптическую плотность при красном
светофильтре, т.е. при тех же условиях, при каких был получен калибровочный график.
Зная величину оптической плотности, найдите по калибровочному графику концентрацию
иона Cu2+ в миллиграммах на 1 мл раствора. Умножив ее на объем всего анализируемого
раствора (50 мл), вычислите общее количество меди.
Контрольные вопросы
1. Что называется коэффициентом светопропускания Т и оптической плотностью D? В
каких пределах изменяются эти величины?
2. Какими уравнениями выражается основной закон светопоглощения?
3. Действие каких факторов может привести к нарушению линейной зависимости
оптической плотности от концентрации раствора?
4. Каков физический смысл молярного коэффициента светопоглощения? Какие из факторов
влияют на молярный коэффициент светопоглощения: концентрация раствора, температура,
длина кюветы, природа вещества, длина волны?
5. Что называется спектром поглощения, и в каких координатах его можно представить?
Лабораторное занятие №20.
59
Фотоколориметрическое определение содержания ионов железа в растворе
Цель занятий: определить содержания ионов железа в растворе фотоколориметрическим
методом
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
Фотоэлектроколориметр. Рабочий раствор Fе(NН4)2(SО4)·12Н2O, с концентрацией железа
(III) 0,1 мг/мл. Навеску 0,4838 г Fе(NН4)2(SО4)·12Н2O растворяют в 25 мл 2 М Н2SО4 и
доводят объем раствора до 1 л дистиллированной водой. Сульфосалициловая кислота хч,
0,01 М раствор. Ацетатный буферный раствор, рН=4,0.
Приготовление стандартных растворов. Готовят пять стандартных растворов, содержащих
10; 20; 30; 40; 50 мкг железа в 50 мл. Для этого в мерные колбы вместимостью 50 мл
переносят рабочий раствор соли железа (Ш), содержащий 10; 20; 30; 40 мкг, добавляют по
30 мл 0,01 М раствора сульфосалициловой кислоты и 5 мл ацетатного буферного раствора.
Объем каждого раствора доводят до 50 мл дистиллированной водой и через 10 мин
приступают к измерениям. Раствор сравнения содержит предусмотренные методикой
количества всех компонентов за исключением определяемого элемента.
Теоретические положения
Фотометрический метод. Основан на определении степени поглощения света раствором в
зависимости
от
концентрации
загрязнения
с
помощью
абсорберов,
фотоэлектроколориметров, спектрофотометров. По характеру взаимодействия света с
анализируемым раствором и способу его измерения различают следующие виды
фотометрического анализа. Метод добавок представляет собой разновидность метода
сравнения. Определение концентрации раствора этим методом основано на сравнении
оптической плотности исследуемого раствора и того же раствора с добавкой известного
количества определяемого вещества. Метод добавок, обычно применяют для упрощения
занятий, для устранения мешающего влияния посторонних примесей, в ряде случаев для
оценки правильности методики фотометрического определения. Этот метод позволяет
создать одинаковые условия для фотометрирования исследуемого и стандартного (с
добавкой) окрашенных растворов, поэтому его целесообразно применять для определения
малых количеств различных элементов в присутствии больших количеств посторонних
веществ при анализах солевых растворов. Метод добавок требует обязательного
соблюдения основного закона светопоглощения.
Колориметрическое определение ионов железа (III) основано на взаимодействии их с
сопровождающимся образованием железо-роданидных комплексов, окрашивающих
раствор в кроваво-красный цвет, тем более интенсивный, чем больше содержалось в
растворе. К недостаткам этого метода относится то, что в зависимости от содержания в
растворе состав комплексов может быть различным.
60
Практическая часть
Выбор светофильтра. Раствор, имеющий наиболее интенсивную окраску, фотометрируют
относительно раствора сравнения со всеми светофильтрами поочередно, записывая
результаты измерений в виде таблицы. Для дальнейшейзанятий выбирают светофильтр,
соответствующий наибольшему поглощению светового потока исследуемым раствором.
Построение градуированного графика. С выбранным светофильтром фотометрируют все
растворы относительно раствора сравнения. Каждое измерение повторяют три раза и по
средним значениям в координатах поглощение — содержание железа (III) строят
градуировочный график.
Определение содержания железа (II) в растворе. К анализируемому раствору, содержащему
соль железа (III), приливают 30 мл 0,01 М раствора сульфосалициловой кислоты, 5 мл
ацетатного буферного раствора и доводят объем раствора до 50 мл дистиллированной
водой. Приготовленный раствор через 10 мин фотометрируют с выбранным светофильтром
относительно раствора сравнения. Измерения повторяют пять раз и по средним значениям
поглощения, пользуясь градуировочным графиком, находят содержание железа (III) в
анализируемом растворе. Методом наименьших квадратов находят доверительный
интервал результата и стандартное отклонение.
Контрольные вопросы
1. Представьте графически зависимости оптической плотности, светопропускания,
коэффициента поглощения от длины волны, концентрации раствора, длины кюветы.
2. Какие факторы следует учитывать при выборе светофильтра и толщины поглощающего
слоя?
3. Какие Вы знаете методы фотометрического определения концентрации анализируемого
раствора?
4. Поясните причины происхождения молекулярных спектров. От чего зависит длина
волны поглощаемого данным веществом излучения?
5.
Поясните
принцип
измерения
оптической
плотности
при
помощи
фотоэлектроколориметра.
Лабораторное занятие №21.
Метод потенциометрического титрования.
Цель занятий: освоить потенциометрическое титрование.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
CH3COOH или другая кислота (анализируемый раствор), 0.1 н раствор NaOH, магнитная
мешалка, бюретка, пипетка на 10 мл, мерная колба на 100 мл, рН – метр со стеклянным
электродом.
61
Теоретические положения
Потенциометрический метод титрования основан на измерении потенциала электрода,
погруженного в раствор. Величина этого потенциала пропорциональна концентрации
соответствующих ионов в растворе. Электрод, по потенциалу которого судят о
концентрации определяемых ионов в растворе, называют индикаторным электродом.
Потенциал индикаторного электрода определяют, сравнивая его с постоянной величиной
потенциала электрода сравнения. Обычно в качестве электрода сравнения применяют
нормальный водородный электрод или каломельный электрод. Зависимость величины
потенциала индикаторного электрода от концентрации раствора позволяет установить
точку эквивалентности при титровании, так как в этой точке концентрация определяемого
иона становится ничтожно малой, что в свою очередь приводит к резкому изменению
(скачку) потенциала. Титрование, при котором точка эквивалентности определяется по
скачку потенциала электрода, погруженного в раствор, называют потенциометрическим
титрованием.
Потенциометрическое титрование может успешно использоваться для титрования
окрашенных и мутных растворов, слабых кислот и оснований, смесей кислот или
оснований, смесей окислителей или восстановителей в неводных средах, для определения
рН исследуемых растворов и т. д. Таким образом, метод потенциометрического титрования
имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с индикаторным методом.
При кислотно-основном потенциометрическом титровании изменение активности ионов
водорода в растворе определяется по изменению потенциала любого электрода,
применяемого для измерения величины рН. Наиболее удобной парой являются стеклянный
и каломельный электроды. Водородный электрод служит стандартом, на котором основаны
все измерения рН, однако этот электрод неудобен в занятиях, так как легко отравляется и
часто дает неверные показания вследствие гидрирования определяемого вещества. Помимо
использования в качестве основного стандарта, ценность водородного электрода
заключается в возможности применения его для определения веществ, величина рКа
которых больше 11-12, так как при значениях рН выше 12 стеклянный электрод неточен.
Серебряный электрод в некоторых случаях предпочтительнее каломельного.
Хингидронный и сурьмяный электроды применяются относительно редко.
Практическая часть
Анализируемый раствор готовят разведением до 0,2-0,5 н в мерной колбе. А стакан
вместимостью 100 мл переносят пипеткой 10 мл полученного раствора, погружают туда
индикаторный электрод (стеклянный) и электрический ключ электрода сравнения,
доливают в стакан воды так, чтобы шарик стеклянного электрода погрузился в раствор.
Титрируют стандартным раствором. Смесь перемешивают после каждого прибавления
порции титранта и измеряют рН при выключенной мешалке. В начале титрования
прибавляют по 0,5 мл титранта, а вблизи точки эквивалентности – по 0,05 мл. Результаты
титрования записывают в таблицу по форме:
Объем титранта, мл
РН
рН
Титрование продолжают до резкого перехода рН от рН меньше 7 до рН больше 7. После
этого прибавляют еще 2-3 порции титранта по 0,5 мл, замеряют рН смеси и заканчивают
титрование. По данным титрования строят кривую титрования – график зависимости рН от
объема титранта израсходованного на титрование, дифференциальную зависимость.
Максимум на дифференциальной кривой титрования соответствует точке эквивалентности.
Опустив перпендикуляр с максимума на ось абцисс, определяют объем титранта,
израсходованный на титрование. Содержание определяемой кислоты рассчитывают по
формуле титриметрического анализа.
62
Контрольные вопросы
1. На чем основаны потенциометрические методы анализа?
2. В чем состоит сущность и назначение метода прямой потенциометрии?
3. Как осуществляется потенциометрическое титрование и в чем заключаются его
преимущества перед индикаторным?
4. Как классифицируют электроды по механизму возникновения потенциала?
5. Какие функции выполняют индикаторные электроды и электроды сравнения?
6. Какая зависимость выражается уравнением Нернста? Как выглядит эта зависимость для
разных типов металлических электродов? Стандартный и
формальный равновесный потенциал.
Лабораторное занятие №22.
Определение содержания ионов Mg2+ в растворе методом ионообменной
хроматографии
Цель занятий: определить массу сульфата магния во взятом для занятий объеме раствора
сульфата магния.
1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий.
1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие
инструктаж по технике безопасности в лаборатории.
1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из
хлопчатобумажной ткани.
1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной
занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными
приборами.
1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими
концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой.
1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно.
1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку.
1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в
порядок лабораторию.
1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех
помещениях.
Оборудование и реактивы
-р-р MgSO4 приблизительно децинормальный
- 0,1 н рабочий раствор щелочи
-сильнокислотный катион КУ в Н-форме
-р-р метилоранжа
-вода дистиллированная
-колонка для хроматографии
- стакан на 250 мл – 2шт
-пипетка на 10 мл
-мерный цилиндр на 250 мл
-бюретка на 25 мл
-колбы для титрования – 2 шт
- стеклянная палочка
Теоретические положения
В основе метода ионообменной хроматографии лежит реакция обмена между растворами и
сорбентом. В качестве сорбентов применяют специальные синтетические смолы и
минеральные вещества- ионообменники, содержащие активные группы, которые способны
к обмену ионами с раствором. Ионообменники, способные к обмену катионов, называют
катионитами, анионов- анионитами.
63
Чтобы прошла реакция ионного обмена, необходимо катиониты перевести в Н-форму,
содержащую Н+-ионы, способные обмениваться на катионы, а иониты в ОН или хлоридную
форму, содержащую гидроксид или хлорид – ионы. Перевод в Н– или ОН– форму
производятся обзанятийкой сорбента растворами соляной кислоты или едкой щелочи.
Катионы замачивают при перемешивании с 3% р-ом соляной кислоты в течении 12 часов,
затем промывают водой. Аниониты заливают на 12 часов 3% р-ом едкой щелочи, а затем
промывают водой до желтой окраски.
Приготовленным сорбентом заполняют колонку для хроматографирования, для чего на дно
колонки помещают ватный тампон .Колонку заполняют дистиллированной водой, затем
смывают из колбы в колонку сорбент. Следя, чтобы между частицами сорбента не попали
пузырьки воздуха. Когда слой сорбента достигнет высоты 8-10 см, заполнение прекращают
и поверх слоя сорбента помещают ватный тампон. Сорбент промывают в колонке водой до
нейтральной реакции вытекающей воды и приступают к хроматографированию.
Предварительно определяют обменную емкость ионообменной смолы.
Хроматографирование проводят, пропуская через колонку 5-10 см3 анализируемого р-ра
,со скоростью вытекания жидкости 20-25 капель в минуту. После внесения в колонку
анализируемого р-ра колонку промывают водой до нейтральной реакции, собирая
промывочные воды в колбу. Весь полученный элюат подвергают титрованию кислотой или
щелочью. Масса нитрата эквивалентна массе в-ва. После проведения анализа
ионообменник реагируют, для чего колонку пропускают 3% р-р соляной кислоты, через
колонку с анионимтом-3 % р-р щелочи. При этом происходит восстановление ионов
водорода и ионов гидроксила ионообменников. Сорбенты промывают водой до
нейтральной реакции и повторно используют для анализа.
Практическая часть
Подготовка ионообменной смолы (катионита) к анализу
В химический стакан помещаем 10 г сильнокислотного катионита, заливают водой и
оставляют на 30 мин, для набухания зерен катионита. жидкость дикантируют, катионит
переносят в стеклянную колонку и промывают 100-200 мл двунормального р-ра соляной
кислоты(не менее 2-3 раз), оставляя каждый раз катионит в контакте с раствором кислоты.
Затем катионит промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции по
метилоранжу. Желтая окраска индикатора указывает на отсутствие кислот.
Ход занятий
Отмытый таким образом катионит готов для хроматографического анализа. Колонку с
ионитом заполняют водой до «зеркала» над поверхностью сорбента. Необходимо следить,
чтобы между зеркалами ионита не попал воздух. В случае попадания воздуха колонку
следует потряхивать.
Для определения солесодержания щелочных или щелочноземельных металлов в растворе
пипеткой берут точно 5,00 см3 приблизительно децинормального р-ра соли вносят в
колонку с катионитом. Открывают кран колонки и, медленно выпуская р-р «сажают»
анализируемый раствор на сорбент до появления зерен над поверхностью раствора. Затем
колонку промывают 50 мл воды со скоростью вытекания жидкости 20-25 капель в минуту.
Вытекающий из колонки раствор и промывные воды тщательно собирают в одну и ту же
коническую колбу. Полноту промывания выделившейся кислоты проверяют по
метилоранжу (желтый цвет).
Содержимое колбы оттитровывают децинормальным раствором щелочи с метилоранжем .
Определение проводят три раза. Содержимое соли (г) вычисляют по формуле
𝐻𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 Э𝑀𝑔𝑆𝑂4
MMgSO4=
5
После окончания анализа катионит регенерируют. Для этого через колонку с
отзанятиенным катионитом пропускают 100 мл двунормального р-ра соляной кислоты для
удаления поглощенных катионов, затем отмывают катионит от кислоты дистиллированной
водой. До следующего определения катионит сохраняют в колонке, заполненной водой.
64
Исследуемый
раствор
Сорбент(катионит) Схема реакции
Расчеты
Вывод
Контрольные вопросы
1.Объяснить формулу для расчета
2.На чем основан метод ионообменной хроматографии?
3.Как получить катионную и анионную форму ионообменных смол и подготовить их
кзанятиях?
4.Как определить обменную емкость ионообменника?
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
Учебно-методическое обеспечение
Основные источники
Саенко О.Е. Аналитическая химия: учебник для средних специальных учебных
заведений/ О.Е. Саенко. - Изд. 3-е., доп. и перераб. - Ростов н/Д: Феникс, 2013
Аналитическая химия: учебник для студ. Учреждений сред. Проф.
Образования/[Ю.М. Глубоков, В.А. Головачева, Ю.А. Ефимова и др.]; под ред. А.А.
Ищенко. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 320 с.
Глубоков Ю. М. Аналитическая химия, М., 2013.
Отто М., Современные методы аналитической химии, М., 2014
Ярославцев А.А. Сборник задач и упражнений по аналитической химии: учеб.
Пособие для учащихся техникумов. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2013. –
224 с., ил.
Дополнительные источники:
Золотова Ю. А. Основы аналитической химии, М., Высшая школа, 2013 г.
Золотова Ю. А. Основы аналитической химии. Задачи и вопросы, М., Высшая
школа, 2014 г.
Васильев В. П. Аналитическая химия. Сборник вопросов, упражнений и задач, М.,
Дрофа., 2013 г.
Барсукова З.С. «Аналитическая химия». М.: Высшая школа, 2015.
Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. –
4-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство «Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2014.
– 278 с.
Интернет-ресурсы:
1. http://www.xumuk.ru/
2. http://www.chem.msy.sy/rus/elibrary/
3. http://chemistry-chemists.com
65