Основы химического анализа

Название	Основы химического анализа
страница	3/3
Дата	16.03.2016
Размер	343.91 Kb.
Тип	Программа курса

1 2 3

Таблица 2

Кислотно-основная классификация катионов

№ группы	Катионы	Название группы	Групповой реагент	Характеристика группы
I	Ag⁺, Pb²⁺, [Hg₂²⁺]	Хлоридная	2M HCl	Образование малорастворимых хлоридов
II	Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺	Сульфатная	2M H₂SO₄	Образование малорастворимых в воде и кислотах сульфатов
III	Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, As³⁺, As⁵⁺	Амфолитная	2M NaOH	Образование растворимых солей типа NaAlO₂, Na₂ZnO₂, NaCrO₂, Na₂SnO₂
IV	Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺	Гидроксидная	2M NaOH	Образование малорастворимых гидроокисей
V	Cu²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺	Аммиакатная	2M NH₄OH (избыток)	Образование растворимых комплексов – аммиакатов
VI	K⁺, Na⁺, NH₄⁺	Растворимая	Нет группового реагента	Хлориды, сульфаты, гидроксиды растворимы в воде

Выполнение анализа по кислотно-основной схеме имеет определенные преимущества:

используются кислотно-основные свойства элементов, способность к комплексообразованию, амфотерность гидроксидов, что обусловлено их положением в периодической системе элементов Д. И. Менделеева;
исключается токсичное действие сероводорода;
сокращаются затраты времени на анализ.

Недостатком этой классификации является некоторая нечеткость в разделении катионов на аналитические группы. Так, ионы Рb²⁺, относящиеся к I группе, осаждаются групповым реактивом в виде РbС1₂ не полностью вследствие его значительной растворимости. Поэтому эти ионы частично переходят во II группу и осаждаются в виде PbSO₄. Некоторые операции этого метода достаточно трудоемки, например перевод сульфатов BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄ в соответствующие карбонаты. Кислотно-основный метод (как и сероводородный) значительно осложняется присутствием РО₄^3– –иона, поэтому при наличии этого иона приобретает определенные преимущества аммиачно-фосфатный метод.

Существует несколько различных способов классификации анионов на аналитические группы. Общепринятого разделения анионов на группы не существует.

Наиболее широко применяется классификация анионов, основанная на их способности образовывать малорастворимые соли бария и серебра.

Групповыми реагентами в этом случае являются растворы ВаС1₂ и AgN0₃.В основу классификации анионов легло образование нерастворимых в воде осадков солей бария и серебра, окислительно-восстановительные свойства, способность образовывать газообразные вещества и др. Все анионы делятся на три аналитические группы (таблица 3). I группа анионов - соли бария, нерастворимые в воде. Групповым реагентом является хлорид бария, имеющий нейтральную или слабощелочную реакцию. Ко II группе анионов относятся ионы, образующие малорастворимые соли серебра. Групповой реагент - AgNO₃. К III группе относятся анионы, соли серебра и бария которых растворимы в воде.
Таблица 3

Классификация анионов

Группа	Групповой реагент	Анионы
I	BaCl₂	B(OH)₄^-, CO₃^2-, SiO₃^2-, PO₄^3-, AsO₃^3-, AsO₄^3-, SO₄^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, F^-, C₂O₄^2-, CrO₄^2-
II	AgNO₃	S^2-, Cl^-, Br^-, I^-, IO₃^-, SCN^-
III	Нет	NO₃^-, NO₂^-, CH₃COO^-

Занятие 6-8 Анализ КАТИОНов

3 часа
Форма занятия: практическая работа по методическому пособию Качественный химический анализ катионов: методические указания к выполнению лабораторных работ / Сост. К.И.Яковлев, Л.Б.Сельдерханова, Е.С.Дмитриева – СПб. : Изд-во СПХФА, 2009 – 84 с.

Занятие 9-10 Анионы аналитических групп

2 часа
Форма занятия: практическая работа по методическому пособию Алексеева Г. М. Анализ анионов: Методические указания к выполнению лабораторных работ. — СПб.: Изд-во СПХФА, 2002. — 32 с.
Занятие 11 Гравиметрический анализ

1 час

Весовой анализ основан на том, что определяемую составную часть образца выделяют из раствора в виде осадка известного химического состава. Зная массу полученного осадка, вычисляют количество данной составной части.

Часто осадок перед взвешиванием прокаливают, чтобы разложить и превратить его в вещество другого состава, которое почему-либо удобнее взвешивать. Например, количество железа в растворах солей определяют, осаждая ионы Fe³⁺ раствором аммиака. При прокаливании полученная гидроокись железа теряет воду и превращается в окисел Fe₂О₃ который и взвешивают. Вследствие этого в весовом анализе различают две формы вещества: осаждаемую и весовую. Так, Fe(OH)₃ — осаждаемая форма, Fe₂О₃ — весовая. Иногда осаждаемая и весовая формы — одно и то же соединение. Например, ион Ba²⁺ осаждают из раствора серной кислотой в форме BaSО₄ и взвешивают также в форме BaS0₄. При прокаливании его химический состав не меняется. Однако в большинстве случаев химический состав осаждаемой и весовой форм различен.

Вещества в осаждаемой и весовой формах должны отвечать различным требованиям. Вещество в осаждаемой форме должно:

обладать малой растворимостью, т. е. малой величиной ПР;
образовывать крупные кристаллы, так как такой осадок не забивает поры фильтра (это способствует быстрому фильтрованию), мало адсорбирует из раствора посторонние вещества и легко отмывается от различных загрязнений. Мелкокристаллические осадки свободно проходят через поры фильтра, что в весовом анализе недопустимо. Аморфные осадки, особенно студенистые, например Fe(OH)_;_i, в значительной степени адсорбируют посторонние вещества из раствора, и их трудно отмыть от примесей. Кроме того, аморфные осадки медленно фильтруются;
легко и полностью превращаться в вещество весовой формы.

Вещество в весовой форме должно:

иметь определенный химический состав, зная который, можно вычислить количество определяемой составной части;
быть химически устойчивым, т. е. мало гигроскопичным, не поглощать углекислый газ, не окисляться и не восстанавливаться при прокаливании.

Перечисленные требования определяют подбор химических соединений для осаждаемой и весовой форм, а также условия их осаждения.

Практическая работа
Навеску взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,2 мг (0,0002 г). Сначала взвешивают часовое стекло диаметром 4—6 см и записывают его массу. Затем насыпают шпателем на стекло вещество и вновь взвешивают. Иногда навеску удобнее взять по разности. В бюкс помещают анализируемое вещество и взвешивают его с крышкой на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Вынимают бюкс из шкафа весов (руки должны быть чистыми). Над стаканом, в котором проводится анализ, снимают левой рукой крышку с бюкса, ссыпают в стакан некоторое количество вещества и снова взвешивают бюкс с крышкой. Разность между результатами обоих взвешивании дает величину взятой навески.
Занятие 12 Титрометрический анализ

1 час
В весовом анализе определяемую составную часть растворенного образца переводят в осадок известного состава и по массе осадка вычисляют количество этой составной части. В объемном анализе основной операцией является измерение объема двух взаимодействующих растворов, один из которых содержит анализируемое вещество, а у второго заранее известна концентрация. Неизвестную концентрацию анализируемого раствора определяют, зная соотношение объемов реагирующих растворов и концентрацию одного из них. Раствор, концентрация которого известна и при помощи которого определяют количество другого вещества, называется рабочим раствором.

Допустим, требуется определить процентное содержание хлора в хлориде натрия. Это можно сделать одним из двух методов анализа: весовым или объемным. При весовом методе навеску анализируемого вещества растворяют в воде и количественно осаждают хлорид-ионы в виде AgCl. Добавляют избыток осадителя (разбавленный раствор AgNО₃), концентрация которого может быть неизвестна. Определив массу осадка AgCl, вычисляют количество хлора в анализируемой пробе. Для объемного определения хлора в хлориде натрия необходимо применить раствор AgNО₃ известной концентрации и точно определить объем раствора нитрата серебра, эквивалентный анализируемому количеству хлорида натрия. Эквивалентный объем определяют, титруя раствор NaCl раствором AgNO₃.

При объемном анализе необходимы следующие условия:

Реакция между реагирующими веществами должна доходить до конца, протекать быстро и количественно.
Так как при титровании нужно точно установить момент эквивалентности или фиксировать точку эквивалентности, конец реакции между растворами должен быть хорошо заметен по изменению окраски раствора или по появлению окрашенного осадка. Для выявления точки эквивалентности при объемном анализе часто применяют индикаторы.
Концентрация раствора одного из титруемых растворов (рабочего раствора) должна быть точно известна.
Другие вещества, находящиеся в растворе, не должны мешать основной реакции.

Практическая работа

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТИТРОВАННОГО РАСТВОРА ИЗ ФИКСАИАЛА

Фиксаналы — это изготовляемые в заводских или лабораторных условиях стеклянные ампулы, содержащие определенное количество грамм-эквивалентов х. ч. вещества в сухом виде или в растворе. Чаще всего ампула содержит 0,1 или 0,01 г-экв вещества. Большинство фиксаналов хорошо сохраняется, однако некоторые из них с течением времени изменяются. Так, растворы едких щелочей по истечении 2—3 месяцев мутнеют вследствие взаимодействия щелочи со стеклом ампулы.

Чтобы приготовить раствор из фиксанала, содержимое ампулы количественно переносят в мерную колбу, разбавляют дистиллированной водой, доводя объем до метки. Делают это следующим образом. Находящиеся в коробке с фиксаналом бойки обмывают сначала водопроводной, а потом дистиллированной водой. Один боек вставляют (рисунок 1) $c:\documents and settings\user\мои документы\media\image7.jpeg$

Рисунок 1 Прибор для приготовления раствора из фиксанала:

1 — ампула; 2, 3 — бойки; 4 — воронка; 5 — мерная колба

в чистую химическую воронку 3 таким образом, чтобы длинный конец бойка вошел в трубку воронки, а короткий (острый) конец его был направлен кверху; крестовидное утолщение его упирается в нижнюю часть конуса воронки. Воронку вместе с бойком вставляют в чистую мерную колбу 5. Ампулу 1 обмывают сначала теплой, а затем холодной дистиллированной водой, чтобы смыть этикетку и загрязнения на ампуле. Хорошо вымытую с внешней стороны ампулу переворачивают дном книзу. Ударяя ее нижним углублением по бойку в воронке, разбивают дно ампулы. Не изменяя положения ампулы над воронкой, вторым бойком 2 пробивают верхнее углубление на ней. Содержимое ампулы выливается (или высыпается) в мерную колбу. Ампулу продолжают держать в том же положении. В образовавшееся верхнее отверстие вставляют оттянутый в капилляр конец трубки промывалки. Сильной струей из нее промывают ампулу изнутри. Струей воды из промывалки хорошо промывают наружную поверхность ампулы и воронку с бойком, после чего воронку вынимают из колбы. Уровень жидкости в колбе доводят до метки. Колбу плотно закрывают пробкой и тщательно перемешивают раствор.

Занятие 13 Подведение итогов. Конференция

Приложение

К занятию 2

лабораторная посуда

Техника выполнения аналитических операций

1 2 3