Химический анализ катионов

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать материал:

Частные реакции анионов первой группы. Реакции сульфат-иона (действие хлорида бария); сульфит-иона (действие хлорида бария, окислителей: растворов иода или перманганата калия); карбонат-иона (действие хлорида бария, кислот).

Частые реакции анионов второй группы. Реакции хлорид-иона (действие нитрата серебра); сульфид-иона (действие нитрата серебра, соляной кислоты).

Частные реакции анионов третьей группы. Реакции нитрат-иона (действие сульфата железа (II) в кислой среде); нитрит-иона (действие перманганата калия в кислой среде).

Систематический ход анализа соли.

Ход работы

Установление состава твердого вещества осуществляется в два этапа.

Анализ анионов имеет свои особенности. В отличие от катионов, анионы обычно не мешают обнаружению друг друга. Поэтому многие из них обнаруживают дробным методом в порциях исследуемого раствора. К систематическому ходу анализа прибегают лишь в наиболее сложных случаях, например, при наличии в растворе анионов-восстановителей или окислителей.

Если в ходе анализа смеси катионов групповые реагенты служат для последовательного отделения групп, то при анализе смеси анионов они используются лишь для предварительного обнаружения той или иной группы. Это значительно облегчает работу, т. к. отсутствие хотя бы одной из групп позволяет не производить реакций на относящиеся к ней анионы.

Ход анализа смеси анионов 1-3 аналитических групп

(без ионов-восстановителей SO₃^2-, S₂O₃^2-, S^2- и NO₂^-).

Опыт 1. Кислая реакция анализируемого раствора указывает на отсутствие в нем анионов летучих и неустойчивых кислот, например, CO₃^2- и некоторых других.

Опыт 2. Проба на анионы I группы и обнаружение иона SO₄^2-.

Если раствор кислый, нейтрализуют его раствором Ba(OH)₂.

Ионы Ba²⁺ образуют с сульфат-ионами белый осадок сульфата бария, нерастворимый в кислотах. Этим сульфат бария отличается от солей бария других анионов.

Выполнение: к 2-3 каплям нейтрального или слабощелочного раствора прибавляют 3-4 капли группового реагента BaCl₂. Выпадение осадка указывает на присутствие анионов 1_й группы. К осадку прибавляют 3-4 капли 2 н соляной кислоты. Нерастворимость его в 2 н хлороводородной кислоте - признак присутствия иона SO₄^2-.

Отличить сульфат бария от других солей можно также по его способности к образованию смешанных кристаллов с KMnO₄, имеющих розовый цвет.

Выполнение: к 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 2 капли 2 н раствора соляной кислоты, 5 капель 0,01 н раствора KMnO₄ и затем раствор BaCl₂. Образуется осадок. Далее прибавляют раствор H₂O₂ для восстановления избытка KMnO₄, при этом раствор бесцвечивается, а осадок окрашивается в розовый цвет.

Опыт 3. Проба на анионы 2_й группы и их обнаружение.

Выполнение: к 2-3 каплям исходного раствора добавляют 3-4 капли раствора AgNO₃ - реагента на 2_ю группу. Образование осадка и его нерастворимость в 2 н азотной кислоте подтверждает присутствие анионов второй аналитической группы.

Если анионы 2_й группы присутствуют, то добиваются полного осаждения их раствором нитрата серебра, осадок отделяют центрифугированием и промывают. Используют его для обнаружения ионов Cl^-, Br^-, I^-.

a) Растворение хлорида серебра и обнаружение иона Cl^-.
Выполнение: прибавляют к осадку 20-30 капель раствора карбоната аммония с массовой долей (NH₄)₂CO₃ 12% и взбалтывают в течение 1 мин. При этом хлорид серебра растворяется с образованием [Ag(NH₃)₂] Cl, но только частично; бромид и иодид серебра остаются в осадке. Отделяют центрифугированием осадок, центрифугат делят на две порции. К одной из них прибавляют несколько капель азотной кислоты (появление мути AgCl указывает на присутствие хлорид-иона). К другой порции центрифугата прибавляют несколько капель раствора бромида калия. Интенсивное помутнение раствора из-за выделения бромида серебра также указывает на присутствие хлорид-иона.

Отцентрифугированный осадок промывают и исследуют, как описано ниже.

Переведение ионов Cl^-, Br^-, I^- в раствор, обнаружение Br^- и I^-.

Выполнение: к осадку добавляют 5-6 капель воды и немного цинковой пыли. Тщательно перемешивают содержимое пробирки палочкой в течение 1 мин. Осадок (т.е. свободное серебро и избыток цинка) отделяют центрифугированием и отбрасывают.

2-3 капли полученного центрифугата подкисляют 2 н серной кислотой и обнаруживают ионы I^- и Br ^- действием хлорной воды в присутствии бензола (или бензидина). Ион Br ^- можно обнаружить также реакцией с фуксинсернистой кислотой, а ион I^- - реакцией с нитритом натрия в присутствии крахмала.

Реакция на Br^- с фуксинсернистой кислотой.

Пары брома дают с фуксинсернистой кислотой сине-фиолетовое окрашивание. Реакция позволяет обнаруживать ион Br^- в присутствии ионов Cl^- и I^-, которые не окрашивают реактив.

Выполнение: к 2-3 каплям испытуемого раствора на часовом стекле прибавляют 4-5 капель хромовой кислоты с массовой долей H₂CrO₄ 25% для окисления ионов Br ^- до свободного брома.

На внутреннюю поверхность другого часового стекла прикрепляют фильтровальную бумагу, пропитанную фуксинсернистой кислотой (т.е. раствором фуксина, обесцвеченным гидросульфитом натрия NaHSO₃ в присутствии HCl). Накрывают первое стекло вторым и в течение 10 мин нагревают газовую камеру на водяной бане. Бумага окрасится в сине-фиолетовый цвет.

Реакция на I^- с нитритом натрия в присутствии крахмала:

2 KI + 2 KNO₂ + 2 H₂SO₄ = I₂ + 2 NO + 2 K₂SO₄ + 2 H₂O.

Выделившийся йод обнаруживают по посинению крахмала.

Выполнение: к 1-2 каплям исследуемого раствора добавляют столько же раствора нитрита натрия NaNO₂, подкисляют 2 н серной кислотой и добавляют 1-2 капли крахмального раствора. Синяя окраска адсорбционного соединения йода с крахмалом при нагревании исчезает, при охлаждении снова появляется.

Опыт 4. Обнаружение иона CO₃^2-.

Выполнение: 5-6 капель исследуемого раствора помещают в склянку прибора для обнаружения газов и приливают 6-8 капель 2 н HCl. Помутнение известковой воды указывает на присутствие иона CO₃^2-.

Опыт 5. Обнаружение иона PO₄^3-.

Выполнение: к 2 каплям анализируемого раствора прибавляют избыток молибденовой жидкости, нагревают на горячей бане; при необходимости добавляют несколько кристаллов нитрата аммония и дают постоять. В присутствии иона PO₄^{3 -} выпадает желтый осадок (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆].

Опыт 6. Обнаружение иона SiO₃^2-.

Выполнение: к 3-4 каплям исследуемого раствора прибавляют 2 капли 2 н раствора NH₄OH, 3 капли насыщенного раствора хлорида аммония и в течение 2-3 мин нагревают на водяной бане. В присутствии аниона SiO₃^{2 -} выпадает белый студенистый осадок кремниевых кислот.

Опыт 7. Обнаружение аниона NO₃^-.

Выполнение: на чистое и сухое часовое стекло (капельную пластинку) помещают 3-4 капли раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте, вносят в него стеклянной палочкой немного исследуемого раствора и перемешивают. В присутствии NO₃ ^- появится интенсивно-синяя окраска.

Опыт 8. Обнаружение иона ВО^2-.

Выполнение: отбирают в тигель или фарфоровую чашку 5-6 капель анализируемого раствора, выпаривают досуха, дают остыть, приливают к сухому остатку 2-3 капли концентрированной серной кислоты и немного этанола Смесь поджигают. В присутствии иона BO₂ - пламя имеет зеленый цвет.

Результаты проведенных опытов занесите в таблицу

Что делали	Что наблюдали	Вывод (уравнения реакций)

Раздел II. Количественный анализ

Тема 2.1 Методы количественного анализа

Практическое занятие

«Вычисление в количественном анализе»

Концентрацией раствора называется содержание растворенного вещества в определенной массе или известном объеме раствора или растворителя.

Пример 1. Вычислите: а) массовую долю (щ, %); б) молярную (С, моль/дм³), в) молярную концентрацию эквивалента (С (1/z, А)); г) моляльную (С_m) концентрации раствора Н₃РО₄, полученного при растворении 18 г. кислоты в 282 см³ воды, если плотность его 1,031 г./см³. Чему равен титр (Т, г/см³) этого раствора?

Решение

(А)) показываета) Массовая доля растворенного вещества А (число грамм (единиц массы) вещества, содержащееся в 100 г. (единиц массы) раствора.

или

или

где m(A) - масса растворенного вещества, г; m_р-ля - масса растворителя, г; m_р-ра масса раствора, г; V_р-ра - объем раствора, см₃; с_р-ра - плотность раствора, г/см³.

Так как массу воды 282 см³ можно принять равной 282 г. (т. к. плотность воды равна 1г/см³), то масса полученного раствора 18 + 282 = 300 г. и, следовательно,

б) молярная концентрация, или молярность, показывает число молей (х) растворенного вещества, содержащих в 1 л раствора:

в) молярная концентрация эквивалента (С (1/z, А)), или нормальность, показывает число моль эквивалентов растворенного вещества А, содержащихся в 1 дм³ раствора:

или С (1/z, А)=С(А) · z, где z - эквивалент. Так как z = 3, тогда М (1/3, Н₃РО₄) = М/3 = 97,99/3 = 32,66 г./моль,

г) моляльная концентрация, или моляльность, показывает число молей растворенного вещества А, содержащихся в 1 кг растворителя:

где m_{растворителя}= m_р-ра - m(А), отсюда

д) титром раствора называется число граммов растворенного вещества А в 1 см³ (мл) раствора:

, или зная молярную концентрацию эквивалентов и молярную массу эквивалентов растворенного вещества, титр легко найти по формуле: .

Тема 2.2 Гравиметрический (весовой) метод анализа

Лабораторная работа №13.

«Определение кристаллизационной воды в кристаллогидратах»

Цель работы: научиться определять кристаллизационную воду в кристаллогидратах.

Оборудование: порошок голубого сульфата меди (II), бюкс, весы аналитические, сушильный шкаф, спиртовка, металлическая сетка.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать материал:

Аналитические и технохимические весы и правила взвешивания на них. Операции весового анализа: подготовка вещества к анализу, взятие

и растворение навески, высушивание и прокаливание осадка. Посуда и оборудование весового метода анализа.

Ход работы

Основные операции в гравиметрическом анализе

Взятие навески аналитической пробы.

Необходимое количество растворимого вещества отвешиваем на аналитических весах с точностью до четырех десятичных знаков.

Растворение навески.

После взятия навески приступаем к её растворению в растворителе.

Количество растворителя должно соответствовать концентрации раствора определяемого компонента. Навеску растворяют при слабом нагревании, не доводя до кипения во избежание разбрызгивания. Хорошо растворимое вещество растворяем без нагревания, на холоду.

Осаждение.

Берем осадитель, образующий наименее растворимый осадок. Для этого берем избыток осадителя (в 1,5-2 раза больше, чем необходимо).

Созревание осадка.

Выдерживаем раствор с осадком при повышенной температуре. Когда раствор над осадком становится прозрачным, проводим пробу на полноту осаждения. Для этого, к раствору, осторожно по стенке, добавляем осадитель, если в растворе не образуется мути, значит осаждение полное. Если снова произошла реакция, то проводим повторное осаждение.

Фильтрование и промывание.

Отделяем осадок от сопутствующих веществ. Сливаем раствор на приготовленный фильтр по стеклянной палочке.

Перевод осадка в гравиметрическую форму.

Фильтр с осадком подсушивают. Осадок осторожно снимают, или сжигают фильтр, отделяя осадок от золы.

Взвешивают получившийся осадок.

Опыт №1. Определение содержания кристаллизационной воды в кристаллогидрате (сульфате меди (II)).

Взвешиваем пустой бюкс, в него добавляем несколько грамм голубого сульфата меди (II). Снова взвешиваем бюкс с порошком (результаты взвешивания фиксируем до четвертого знака после запятой).

Сушку навески можно проводить с помощью сушильного шкафа или методом прокаливания.

1. Помещаем навеску в сушильный шкаф (при t=80-90⁰С) на 1 час. Взвешиваем. Затем помещаем навеску в сушильный шкаф на 10-20 минут и взвешиваем. Данную операцию проводим до тех пор, пока масса навески не перестанет изменяться больше, чем на 0,00052г.

2. Помещаем навеску в бюксе на металлическую решетку, а снизу ставим спиртовку. Прокаливаем навеску до того, пока порошок не станет бесцветным. Его взвешиваем. Затем снова прокаливаем и взвешиваем до тех пор, пока масса навески не перестанет изменяться больше, чем на 0,00052г.

Вычисляем:

массу воды m (воды) = m (навески до высушивания) - m (после высушивания)

% потери = m (воды) / m (навески до высушивания) *100%

Данные опыта занесите в таблицу:

m (навески до высушивания)	m (после 1 высушивания)	m (после 2 высушивания)	m (после 3 высушивания)	m (после высушивания)	m (воды)	% потери	вывод

Практическая работа №14.

«Вычисление в весовом анализе»

Цель работы: научиться проводить вычисления в весовом анализе.

Оборудование: разработка п\р.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать материал:

Вычисления в весовом анализе.

Ход работы

Тема 2.3 Объемный метод анализа. Метод нейтрализации. Теория индикаторов

Лабораторная работа №15.

«Приготовление рабочего раствора щелочи и стандартного раствора щавелевой кислоты»

Цель работы: научиться готовить рабочий раствор щелочи и стандартный раствор щавелевой кислоты.

Оборудование: Реактивы. Гидроксид натрия NаОН(к). Щавелевая кислота Н₂С₂0₄ * 2Н₂0 (к). Хлороводородная кислота НС1, 0,1М раствор, фенолфталеин - спиртовой 0,1%-й раствор. Метиловый оранжевый, 0,1%-й раствор.

Посуда. Колбы мерные (100, 250 мл). Пипетка (20 мл). Бюретка (25 мл). Колба коническая (250-300 мл). Цилиндр мерный (100 мл.) Весовой стаканчик. Воронка.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать материал:

Сущность и методы объемного анализа. Способы выражения концентрации растворов (нормальная концентрация, титр, титр по определяемому веществу) и вычисления в объемном анализе.

Ход работы

Стандартизация раствора NaOH основана на титровании точной навески щавелевой кислоты Н₂С₂0₄ * 2Н₂0 или аликвоты стандартного раствора щавелевой кислоты раствором гидроксида натрия в присутствии фенолфталеина. Точная концентрация раствора гидроксида натрия может быть установлена также по титрованному раствору хлороводородной кислоты. Стандартный раствор гидроксида натрия готовят разбавлением концентрированного бескарбонатного раствора щелочи.

Выполнение работы. Препарат гидроксида натрия, хранящийся на воздухе, всегда содержит некоторое количество воды и карбоната натрия. Чтобы использовать раствор NaOH в качестве титранта, необходимо предварительно удалить карбонат.

С этой целью готовят почти насыщенный раствор гидроксида натрия. Карбонат натрия вследствие малой растворимости в концентрированном растворе NаОН выпадает в осадок. После отстаивания раствора чистый слой жидкости над осадком тщательно декантируют и разбавляют дистиллированной водой, не содержащей С0₂, до необходимой концентрации.

По другому методу карбонат-ионы из раствора NаОН осаждают в виде ВаС0₃, добавляя к раствору щелочи раствор хлорида бария.

Раствор гидроксида натрия, не содержащий карбоната, можно приготовить растворением в воде очищенного металлического натрия. Однако этот способ небезопасен из-за возможности возгорания и взрыва.

Бескарбонатный раствор гидроксида натрия можно приготовить также растворением его в небольшом объеме безводного этилового спирта. После отделения осадка карбоната натрия, нерастворимого в спирте, раствор NаОН разбавляют необходимым объемом воды, свободной от С0₂.

Во избежание образования карбоната при хранении растворы гидроксида натрия защищают от атмосферного углекислого газа. Сосуды снабжают специальными поглотительными трубками с натронной известью (аскаритом).

Одним из указанных способов готовят 250 мл 0,1М раствора гидроксида натрия.

Опыт №1. Приготовление рабочего раствора щелочи

Стандартизация раствора щелочи по титрованному раствору хлороводородной кислоты. Предварительно вымытую бюретку ополаскивают 2-3 раза малыми порциями (3-5 мл) приготовленного раствора NаОН. Заполняют бюретку раствором щелочи и закрывают ее пробкой, снабженной трубкой с натронной известью.

Отбирают аликвоту (20 мл) стандартного раствора хлороводородной кислоты в коническую колбу для титрования вместимостью 250-300 мл и приливают 1-2 капли метилового оранжевого. Титруют раствором щелочи сначала быстро, а под конец - по каплям до перехода розовой окраски в желтую. При титровании с метиловым оранжевым удобно пользоваться свидетелем. Для его приготовления в коническую колбу для титрования вносят с помощью мерного цилиндра 40 мл дистиллированной воды, 1 каплю метилового оранжевого и 1-2 капли 0,1М раствора хлороводородной кислоты.

Молярную концентрацию раствора щелочи рассчитывают по формуле

С(NaОН) = с(НС1) К(НС1)/К(NаОН),

где К(НС1) - объем пипетки, которой дозировалась хлороводородная кислота; К(NаОН) - объем щелочи, израсходованный на титрование кислоты.

Если значения молярной концентрации NаОН по результатам трех титрований различаются не больше чем на 0,2-0,3%, берут в качестве наиболее вероятного значения среднее арифметическое. При больших расхождениях проводят повторное титрование.

Опыт 2. Приготовление стандартного раствора щавелевой кислоты

Для приготовления 100 см³ 0,1 н. раствора H₂C₂O₄ рассчитывают навеску по формуле

m=c*V/1000

Молярная масса эквивалента H₂C₂O₄ * 2H₂O в рассматриваемой реакции равна 63 г./моль.

Порядок выполнения

Рассчитанную навеску H₂C₂O₄*2H₂O взвешивают на аналитических весах, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³ и растворяют при перемешивании в дистиллированной воде, доводя объем до метки. 0,1 н. раствор щавелевой кислоты можно приготовить из фиксанала.

Результаты опыта занесите в таблицу:

Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Лабораторная работа №16.

«Определение нормальности и титра раствора щелочи»

Цель работы: научиться определять нормальность и титр раствора щелочи.

Оборудование: Реактивы. Хлороводородная кислота НС1, 0,1М раствор. Фенолфталеин, спиртовой 0,1%-й раствор. Метиловый оранжевый, 0,1°/.-и раствор.

Посуда. Колба мерная (100 мл). Пипетка (20 мл). Бюретка (25 мл). Колба коническая (250-300 мл). Стаканчик весовой (бюкс).

Перед выполнением работы необходимо проработать материал:

Титрование, титрованные растворы. Измерительная посуда объемного анализа и ее назначение.

Сущность метода нейтрализации, его индикаторы; интервал перехода индикатора, показатель титрования; выбор индикатора, кривые титрования. Способы приготовления стандартных растворов.

Ход работы

Определение основано на титровании смеси NаОН и Nа₂С0₃ стандартным раствором хлороводородной кислоты с двумя индикаторами - фенолфталеином и метиловым оранжевым, применяемыми последовательно.

При титровании раствора, содержащего эти вещества, хлороводородной кислотой в присутствии фенолфталеина происходят реакции

NaОН + НС1 = NаС1 + Н₂0

Nа₂С0₃ + НС1 = NаНС0₃ + КаС1

Обесцвечивание фенолфталеина указывает на то, что обе реакции полностью завершились, и вместо исходных веществ в растворе имеются NаС1 и NаНС0₃. Бесцветный раствор, содержащий NаНС0₃, имеет слабощелочную реакцию, при добавлении метилового оранжевого, он окрашивается в желтый цвет, и, если продолжить титрование кислотой, будет происходить реакция NаНС0₃ + НС1 = NаС1 + Н₂С0₃

Изменение желтой окраски на оранжевую свидетельствует о том, что реакция полностью закончилась.

Разность объемов хлороводородной кислоты потраченных на титрование смеси с метиловым оранжевым и фенолфталеином, соответствует половине количества карбоната натрия, присутствующего в растворе. Удваивая эту разность, поручают объем кислоты, эквивалентный количеству всего карбоната. Вычитая указанную разность из объема, израсходованного на титрование смеси NаОН и NаС0₃ с фенолфталеином, находят объем кислоты, эквивалентный количеству гидроксида натрия.

Выполнение работы. Анализируемый раствор в мерной колбе вместимостью 100 мл разбавляют до метки свежи - прокипяченной и охлажденной под краном дистиллированной водой. Пипетку вместимостью 20 мл 2-3 раза ополаскивают этим раствором, после чего дозируют аликвоту в коническую колбу вместимостью 250-300 мл, добавляют 5-8 капель 0,1%-го раствора фенолфталеина и быстро титруют кислотой, чтобы избежать заметного поглощения углекислого газа из воздуха. До 12-15 мл титрование проводят быстро, перемешивая раствор, а под конец титрант добавляют по каплям до обесцвечивания. Записывают отсчет по бюретке, прибавляют в колбу 1-2 капли метилового оранжевого и продолжают титрование до перехода окраски из желтой в оранжевую. Производят второй отсчет по бюретке.

Массу каждого из компонентов анализируемой смеси рассчитывают по формулам

Результаты опыта занесите в таблицу:

Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Лабораторная работа №17.

«Определение содержания серной кислоты в растворе»

Цель работы: научиться определять содержание серной кислоты в растворе.

Оборудование: Реактивы. Этилендиаминтетраацетат натрия (ЭДТА), 0,01М раствор. Хлорид бария ВаС1₂, раствор, содержащий хлорид магния (растворяют 0,5 г ВаС1₂* 2Н₂0 и 0,1 г МgС1₂*6Н₂0 в 250 мл воды). Аммиачный буферный раствор. Хлороводородная кислота НС1 (конц). Эриохром черный Т или смесь индикаторная - эриохром черный Т и N301 в соотношении 1: 100 (по массе). Бумага индикаторная, лакмусовая.

Посуда. Колбы мерные (100 и 250 мл). Пипетка (20 мл). Бюретки (25 мл). Колба коническая (250-300 мл). Цилиндр мерный (100 мл).

Перед выполнением работы необходимо проработать материал:

Титрование, титрованные растворы. Измерительная посуда объемного анализа и ее назначение.

Сущность метода нейтрализации, его индикаторы; интервал перехода индикатора, показатель титрования; выбор индикатора, кривые титрования. Способы приготовления стандартных растворов.

Ход работы

Определение основано на том, что сульфат-ионы осаждают раствором хлорида бария, взятым в избытке; остаток непрореагировавшего хлорида бария оттитровывают стандартным раствором ЭДТА в присутствии эриохрома черного Т. Четкий переход окраски происходит только при наличии в растворе ионов магния. С этой целью в осадитель сульфат-ионов (хлорид бария) вводится соль магния.

Выполнение работы

Опыт №1. Анализируемый раствор доводят до метки дистиллированной водой в колбе вместимостью 100 мл. В колбу для титрования отбирают пипеткой 20 мл анализируемого раствора, добавляют 80 мл воды и 3 капли хлороводородной кислоты (плотностью 1,17 г./см³). Нагревают раствор до кипения, кипятят 2-3 мин для удаления диоксида углерода, добавляют пипеткой 20 мл раствора хлорида бария и перемешивают. Раствор охлаждают. Добавляют цилиндром 10 мл аммиачного буферного раствора и на кончике шпателя индикатор для получения интенсивной красно-фиолетовой окраски раствора. Титруют из бюретки раствором ЭДТА до перехода окраски из красно-фиолетовой в чисто синюю (У_х).

Опыт №2. Для проведения опыта в коническую колбу вносят 100 мл дистиллированной воды, 3 капли хлороводородной кисло ты (плотностью 1,17 г./см³). Нагревают раствор до кипения, кипятят 2-3 мин, добавляют той же пипеткой 20 мл раствора хлорида бария и перемешивают. Раствор охлаждают. Добавляют 10 мл аммиачного буферного раствора и на кончике шпателя индикатора. Оттитровывают раствор ЭДТА до перехода окраски из красно-фиолетовой в чисто синюю. Определяют объем У₂.

Разность объемов ЭДТА (У₂ - У_х) эквивалентна содержанию сульфат-ионов во взятой пробе.

Массу сульфат-ионов в пересчете на S0₃ рассчитывают по формуле:

Результаты опыта занесите в таблицу:

Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Тема 2.4 Метод окисления - восстановления

Лабораторная работа №18.

«Приготовление рабочего раствора перманганата калия и установление нормальной концентрации и титра по щавелевой кислоте»

Цель работы: научиться готовить стандартный раствор перманганата калия и определять его концентрацию и титр (по щавелевой кислоте) в растворе.

Оборудование: раствор щавелевой кислоты, 2Н серная кислота, КМnO_4, пробирки, хим. стаканы, спиртовка, оборудование для титрования, весы аналитические.

Перед выполнением работы необходимо проработать материал:

Сущность окислительно-восстановительных методов и их значение в проведении химико-технологического контроля Эквиваленты окислителей и восстановителей, их определение и использование в расчетных задачах.

Перманганатометрия и ее сущность.

Ход работы

Опыт №1. Приготовление рабочего раствора перманганата калия

Опыт №2. Стандартизация раствора перманганата калия по щавелевой кислоте

Хорошо вымытую бюретку с краном промойте раствором перманганата калия и подготовьте к титрованию.

Ополосните пипетки раствором щавелевой кислоты и перенесите 10,00 мл его к коническую колбу. Прибавьте 8-10 мл 2Н серной кислоты, нагрейте до 70-80 (но не доводите до кипения). При этом щавелевая кислота разлагается, раствор титруйте перманганатом калия. Раствор перманганата калия приливайте медленно, по каплям, при непрерывном взбалтывании жидкости. Каждую последующую каплю добавляйте лишь после того, как обесцветилась предыдущая. В начале обесцвечивание будет проходить медленно, но затем, по мере образования сульфата марганца, играющего роль катализатора - ускоряется. Титрование прекратите, когда р-р будет бледно розовым и не исчезнет окраска в течение 1-2 минут.

Титрование повторите 2-3 раза и вычислите концентрацию и титр перманганата калия.

С(КМnO₄)= V (щав. кисл.)* С (щав. кисл)/ V(КМnO₄)

Т (КМnO₄)= С(КМnO₄)* Эквивалент (КМnO₄)/1000

Результаты опыта занесите в таблицу:

Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Лабораторная работа №19.

«Определение содержания железа в соли Мора»

Цель работы: научиться определять концентрацию железа (в соли Мора) в растворе.

Оборудование: раствор соли Мора, 2Н серная кислота, КМnO_4, пробирки, хим. стаканы, спиртовка, оборудование для титрования, весы аналитические.

Перед выполнением работы необходимо проработать материал:

Сущность окислительно-восстановительных методов и их значение в проведении химико-технологического контроля Эквиваленты окислителей и восстановителей, их определение и использование в расчетных задачах.

Иодометрия и ее сущность.

Ход работы

Соль Мора имеет состав (NH₄)₂ SO₄ * FeSO₄* 6 H₂O или (NH₄)₂ SO₄ * Fe(SO₄)₂* 6 H₂O.

В мерную колбу возьмем немного раствора соли Мора, доведем её объем до метки 100 мл дистиллированной водой и перемешайте.

Ополосните полученным раствором пипетку, и перенесите 10 мл этого раствра в коническую колбу, подкислите его 8-10 мл 2Н раствором серной кислоты и на холоде (т. к. при нагревании Fe⁺² окисляется до Fe⁺³) титруйте раствором перманганата калия до появления неисчезающей слабо-розовой окраски раствора.

Титрование повторите 2-3 раза.

Вычислите кол-во железа, содержащегося в соли Мора по формулам:

С (соли Мора)= V (средний объем перманганата* С (перманганата калия)/V (соли калия пошедшего на титрование) Мора)

м (Fe)= С (соли Мора)* М эквивалента соли Мора * V (соли Мора, в литрах)

Результаты опыта занесите в таблицу:

Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Практическая работа №20.

«Выполнение расчетов эквивалентов окислителя и восстановителя»

Цель работы: научиться вычислять эквиваленты окислителей и восстановителей.

Оборудование: разработка п\р.

Перед выполнением работы необходимо проработать материал:

Эквиваленты окислителей и восстановителей, их определение и использование в расчетных задачах.

Ход работы



Тема 2.5 Методы осаждения и комплексонообразования

Лабораторная работа №21.

«Приготовление рабочего раствора нитрата серебра и установление нормальной концентрации».

Цель работы: научиться готовить рабочий раствор нитрата серебра и определять его нормальную в растворе.

Оборудование: Реактивы. Нитрат серебра АgN0₃(к). Хромат калия К₂Сг0₄, 5%-й раствор. Посуда. Колбы мерные (100, 500 мл). Пипетка (20 мл). Пипетка дифференциальная (5 мл). Бюретка (25 мл). Колба коническая (250 - 300 мл). Стаканчик весовой (бюкс). Воронка стеклянная.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать материал:

Сущность методов осаждения. Аргентометрия (метод Мора), условия применения метода и его значение в проведении химико-технологического контроля.

Сущность метода комплексонообразования и его значение в осуществлении химико-технологического контроля.

Ход работы

Раствор нитрата серебра готовят по навеске препарата АgN0₃. Стандартизация раствора АgNO₃ основана на титровании аликвоты стандартного раствора хлорида натрия раствором нитрата серебра. В качестве индикатора применяется хромат калия.

Выполнение работы. Рассчитывают массу навески АgNO₃, необходимую для приготовления 500 мл 0,01М раствора нитрата серебра.

Навеску препарата АgN0₃ взвешивают на технических весах и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 500 мл, растворяют и доводят до метки дистиллированной водой. Так как концентрация раствора АgN0₃ изменяется при хранении, ее периодически проверяют по «х.ч.» NаС1 методом отдельных навесок или методом пипетирования.

Готовят 0,01М раствор хлорида натрия (первичный стандарт) путем растворения навески хлорида натрия в мерной колбе вместимостью 100 мл. Аликвоту полученного раствора NaCl пипеткой на 20 мл переносят в колбу для титрования, прибавляют 1 мл 5% - го раствора К₂Сг0₄ и титруют рабочим раствором АgN0₃, при энергичном перемешивании раствора с осадком.

Титрование заканчивают, когда чисто желтый цвет жидкости со взмученным в ней осадком приобретает грязноватый красно-бурый оттенок.

Содержимое колбы после окончания титрования сливают в специально предназначенный для этого сосуд.

Результаты опыта занесите в таблицу:

Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Лабораторная работа №22.

«Определение содержания хлорида натрия в растворе»

Цель работы: научиться определять концентрацию хлорида натрия в растворе.

Оборудование: Приборы и реактивы. Мерная колба вместимостью 50 мл. Бюретка вместимостью 10 мл. Пипетка вместимостью 5 мл. Растворы: нитрата серебра (0,1 в., титрованный); хлорида натрия (0,5 н., титрованный); хромата калия (насыщенный).

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать материал:

Сущность методов осаждения. Аргентометрия (метод Мора), условия применения метода и его значение в проведении химико-технологического контроля.

Сущность метода комплексонообразования и его значение в осуществлении химико-технологического контроля.

Ход работы

Концентрацию растворов некоторых солей можно определить, используя реакции обмена, протекающие с образованием осадков малорастворимых веществ в процессе титрования. Например, для количественного определения хлоридов (или бромидов) металлов можно применить реакцию образования осадка галогенида серебра.

Раствор галогенида титруют раствором нитрата серебра, концентрация которого известна. Для определения конца реакции к раствору галогенида добавляют в качестве индикатора каплю насыщенного раствора хромата калия К₂Сг0₄. Хромат калия с нитратом серебра дает малорастворимую соль Аg₂Сг0₄ темно-красного цвета. Но растворимость хромата серебра значительно больше, чем хлорида серебра. Поэтому хромат серебра начинает выпадать в осадок только после практически полного осаждения ионов хлора. Внешне это проявляется в начинающемся побурении ранее белого осадка, что и служит признаком конца реакции между хлоридом натрия и нитратом серебра.

Выполнение работы. В мерную колбочку вместимостью 50 мл поместите некоторое количество раствора хлорида натрия. Довести объем раствора хлорида натрия до метки, прибавляя к нему из промывалки дистиллированную воду. Воду прибавлять отдельными порциями, каждый раз перемешивая раствор круговыми движениями колбы. Последние капли воды добавлять пипеткой до тех пор, пока нижний уровень мениска жидкости не совпадет с меткой на шейке колбы. После этого плотно закрыть колбу пробкой и хорошо перемешать раствор, перевертывая колбу.

Бюретку вместимостью 10 мл промыть небольшим объемом титрованного 0,1 н. раствора нитрата серебра. Укрепить бюретку в штативе и через воронку налить в нее тот же раствор нитрата серебра несколько выше нулевого деления. (Кончик бюретки также должен быть заполнен.) Выпуская избыток раствора через нижний конец бюретки, довести уровень жидкости в бюретке до нуля.

В коническую колбочку емкостью 50 мл сухой пипеткой внести 5 мл приготовленного раствора хлорида натрия и налить из промывалки приблизительно такой же объем воды. Туда же добавить одну каплю насыщенного раствора индикатора - хромата калия. Провести ориентировочное титрование. Для этого в колбочку с раствором хлорида натрия добавлять из бюретки небольшими порциями (по 0,5 мл) раствор нитрата серебра. Раствор при этом нужно все время перемешивать круговыми движениями колбочки. Необходимо уловить момент, когда чисто-желтый цвет жидкости с осадком перейдет в буроватый. В этот момент нужно прекратить титрование и определить объем израсходованного раствора нитрата серебра.

Повторить титрование еще три раза, но более точно, добавляя последние порции раствора нитрата серебра по каплям. Перед каждым титрованием колбочку для раствора хлорида натрия необходимо тщательно вымыть и сполоснуть дистиллированной водой, а уровень раствора нитрата серебра довести до нуля.

Выразите массу нитрата серебра из формулы в предыдущей 21 лабораторной работе.

Результаты опыта занесите в таблицу:



Что делали	Что наблюдали	Расчеты	Вывод (уравнения реакций)

Тема 2.6 Физико-химические методы анализа

Контрольные задания

1. При электролизе водного раствора нитрата серебра в течение 50 мин при токе силой 3А на катоде выделилось серебро массой 9,6 г. Определите выход по току (т, %).

2. При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) (ш = 50%) массой 113,30 г. на катоде выделился металл массой 14,75 г. Определите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде и массу оставшегося нитрата никеля(II) после электролиза.

3. После электролиза водного раствора хлорида натрия получили раствор, в котором содержится NaOH массой 20 г. Газ, выделившийся на аноде, полностью прореагировал с раствором иодида калия массой 332 г. Определите содержание иодида калия (w, %) в растворе.

4. При электролизе водного раствора хлорида калия на катоде выделился водород объемом 13,44 дм³ (н.у.). Газ, выделившийся на аноде, полностью окислил раскаленную медную проволоку массой 38,4 г. Определите мольную массу меди.

5. Электролиз водного раствора сульфата калия проводили при токе силой 5 А в течение 3 ч.

Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.), выделившихся на катоде и аноде?

6. При электролизе водных растворов сульфата магния и хлорида меди(II), соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделился водород массой 0,25 г. Вычислите массу веществ, выделившихся на других электродах.

7. Какая масса серной кислоты, образуется в анодном пространстве при электролизе водного раствора сульфата натрия, если на аноде выделился кислород объемом 1,12 дм³ (н.у.)? Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде.

8. Электролиз водного раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, при этом на аноде выделился кислород объемом 6 дм³ (н.у.). Вычислите силу тока (электроды инертные).

9. Электролиз водного раствора нитрата серебра проводили при токе силой 2А в течение 4 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на инертных электродах. Какая масса металла выделилась на катоде и каков объем газа (н.у.), выделившегося на аноде?

10. Электролиз водного раствора сульфата некоторого металла проводили при токе силой 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделился металл массой 5,49 г. Вычислите эквивалентную массу металла.

11. Как изменится масса серебряного анода, если электролиз водного раствора нитрата серебра проводили при токе силой 2 А в течение 33 мин 20 с?

12. Электролиз водного раствора иодида натрия проводили при токе силой 6 А в течение 2,5 ч. Вычислите массу веществ, выделяющихся на электродах.

13. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствора нитрата серебра с серебряным анодом. Масса анода уменьшается на 5,4 г. Определите расход электричества при этом.

14. При электролизе водного раствора сульфата меди(II) при токе силой 2,5 А в течение 15 мин выделилась медь массой 0,72 г. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах с медным и угольным анодами. Вычислите выход по току (т, %).

15. При электролизе расплава неизвестного вещества массой 8 г на аноде выделился водород объемом 11,2 дм³ (н.у.). Что это за вещество? Можно ли провести электролиз его водного раствора?

16. При электролизе с инертными электродами 150 см³ раствора хлорида калия с массовой долей 5 % (р = 1,05 г./см³) током силой 8 А в течение 1 ч 40 мин у анода выделился газ объемом 4,48 дм³ (н.у.).

17. Определите концентрацию щелочи в образовавшемся растворе (w, %).

Через раствор сульфата цинка(II) в течение 45,03 мин пропускали постоянный ток.

18. Определите силу тока, если известно, что на катоде и аноде выделились одинаковые объемы газов, а масса одного электрода увеличилась на 1,1 г. Электроды инертные.

19. Электролиз 200 см³ раствора сульфата меди(II) с массовой долей 6% (р = 1,02 г./см³) продолжали до тех пор, пока масса раствора не уменьшилась на 5 г. Какая масса сульфата меди(II) осталась в растворе после электролиза?

20. Через электролизер, заполненный водным раствором хлорида калия пропустили постоянный ток (электроды инертные), в результате чего масса раствора уменьшилась на 3,5 г. Для нейтрализации
оставшегося раствора был израсходован раствор серной кислоты (w = 8%) массой 20,0 г. Какова масса газообразных продуктов, образовавшихся при электролизе?

21. После электролиза водного раствора хлорида калия масса его уменьшилась на 2,16 г. Оставшаяся смесь прореагировала полностью с раствором соляной кислоты (w = 10%) массой 12,6 г.

Найдите массу каждого продукта, образовавшегося при электролизе.

22. При электролизе водного раствора хлорида натрия на катоде выделился водород объемом 13,44 дм³ (н.у.). Газ, выделившийся на аноде пропущен через горячий раствор едкого калия, при этом образовались хлорид и хлорат калия. Рассчитайте массу образовавшихся солей.

23. Электролиз водного раствора хлорида никеля(II), содержащего соль массой 129,7 г проводили при токе силой 5 А в течение 5,36 ч. Сколько хлорида никеля(II) осталось в растворе и какой объем хлора (н.у.) выделился на аноде?

24. Вычислите массу водорода и кислорода, образующихся при прохождении тока силой 3 А в течение 1 ч через раствор NaNO₃.

25. Определите массу выделившегося железа при прохождении тока силой 1,5 А в течение 1 ч через растворы сульфата железа(II) и хлорида железа(III) (электроды инертные).

26. При прохождении через раствор электролита тока силой 0,5 А за 1 ч выделяется 0,55 г. металла. Определите эквивалентную массу металла.

Примерные вопросы к итоговой аттестации по предмету

1. Методы качественного анализа.

2. Способы выполнения аналитических реакций, типы реакций; чувствительность реакций.

3. Закон действия масс, смещение ионных равновесий, значение теории электролитической диссоциации в качественном анализе.

4. Деление катионов на группы по кислотно-основной классификации.

5. Периодической закон и аналитическая классификация ионов.

6. Гидролиз солей, значение гидролиза в химическом анализе.

7. Определение рН раствора, изменение реакции среды.

8. Произведение растворимости, превращение одних малорастворимых электролитов в другие.

9. Значение реакций окисления-восстановления в качественном анализе.

10. Применение реакций комплексообразования в качественном анализе.

11. Использование органических реагентов в анализе.

12. Классификация анионов.

13. Анализ сухого вещества (основные приемы, этапы).

14. Значение аналитической химии.

15. Аналитическая химия, её задачи и значение. Методы анализа.

16. Правила и техника выполнения лабораторных работ и ведения лабораторного журнала.

17. Классификация катионов.

18. Классификация анионов.

19. Характеристика катионов 1_й аналитической группы.

20. Систематический ход анализа катионов 1_й аналитической группы.

21. Характеристика катионов 2_й аналитической группы.

22. Систематический ход анализа катионов 2_й аналитической группы.

23. Характеристика катионов 3_й аналитической группы.

24. Систематический ход анализа катионов 3_й аналитической группы.

25. Характеристика катионов 4_й аналитической группы.

26. Систематический ход анализа катионов 4_й аналитической группы.

27. Характеристика анионов.

28. Систематический ход анализа анионов.

29. Методы количественного анализа. Их краткая характеристика.

30. Весовой метод анализа.

31. Метод нейтрализации.

32. Титрование.

33. Концентрации растворов. Методы их вычисления.

34. Теория индикаторов.

35. Приготовление стандартных растворов веществ.

36. Метод окисления-восстановления.

37. Перманганатометрия.

38. Йодометрия.

39. Методы осаждения.

40. Метод комплексонотитрования.

41. Кривые титрования.

42. Физико-химические методы анализа. Их краткая характеристика.

43. Колориметрический метод.

Примерные задания к итоговой аттестации по предмету

1) Почему открытие катиона калия гидротартратом натрия NaHC₄H₄O_g должно проводиться в нейтральной среде? Напишите уравнение реакции.

2) Почему осаждение катиона Na⁺ в виде дигидроантимоната натрия NaH₂Sb0₄ должно проводиться в нейтральной, а не в кислой или щелочной среде?

3) Почему перед открытием катиона К⁺ необходимо удалить катион NH/?

4) При действии группового реактива на катионы второй группы получаются осадки - хлориды соответствующих катионов: AgCl и РЬС1₂. Какова растворимость хлоридов в воде и как это используется в анализе?

5) Какова роль азотной кислоты при открытии катионов серебра?

6) Какие происходят явления, если смесь солей AgCl, AgBr, Agl обработать водным раствором аммиака?

7) Какие продукты реакции образуются при взаимодействии хлорида ртути (I) с раствором аммиака? Укажите их химические формулы.

8) Какие химические соединения получаются при взаимодействии хлорида серебра с избытком раствора аммиака? Напишите их химические формулы.

9) Как можно растворить осадок сульфата бария?

10) Какой осадок выпадает первым, если к исследуемому раствору, содержащему катионы бария, стронция и кальция в равных концентрациях, постепенно приливать раствор серной кислоты?

11) Соли каких катионов окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет?

12) Какая реакция открытия катиона кальция является селективной?

13) Как проводится открытие катиона бария в присутствии катионов стронция и кальция?

14) Как повысить чувствительность реакции обнаружения катиона кальция серной кислотой?

15) Как можно объяснить аналитический эффект выпадения осадка при добавлении ацетона к гипсовой воде?

16) Как отделить катионы 2 группы от катионов 1 и 3 аналитических групп?

17) Действием какого реагента можно отделить катионы 3 аналитической группы от катионов первой группы?

18) Подберите несколько окислителей, которыми можно окислить катионы Сг³⁺ в СгО ^2- или в Сг «0,^2-.

19) В какой среде будет протекать окисление катиона Сг³⁺ до Сг⁶⁺ при взаимодействии его: а) с пероксидом водорода, б) с перманганатом калия?

20) Сравните А1 (ОН)₃ и Zn(OH)₂. Какой из этих гидроксидов выпадает в осадок раньше при осторожном добавлении едкого натра к раствору, содержащему одинаковые концентрации катионов?

21) Почему добавление хлорида аммония способствует растворению Zn(OH)₂? Приведите уравнения реакций.

22) Подберите окислитель, определите среду и составьте уравнение реакции окисления ионов Мn²⁺ в ионы марганцевой кислоты.

23) Какова роль нитрата серебра при окислении катиона Мn²⁺ персульфатом аммония (NH₄)₂S₂0₈?

24) Можно ли открыть катион Mg²⁺ при одновременном присутствии в растворе катиона. Fe²*?

25) В чем состоит сходство в свойствах Fe(OH)₂ и Mg(OH)₂?

26) Наличие каких катионов возможно в растворе, если при действии щелочи на реакционную смесь, содержащую катионы 5 аналитической группы, выпадает белый осадок?

27) Напишите ионно-молекулярное уравнение реакции обнаружения: а) катиона железа (III) в виде берлинской лазури; б) катиона железа (II) в виде турнбулевой сини.

28) Какие из катионов в растворе окрашены?

29) Какие катионы б аналитической гуппы присутствуют в растворе, если: а) при действии раствора щелочи на реакционную смесь образовался голубой осадок, чернеющий при нагревании; б) при действии раствора аммиака образовался синий осадок, растворимый в избытке аммиака с окрашиванием реакционной смеси в желто-бурый (или грязно-желтый) цвет?

30) Какой катион присутствует в растворе, если при добавлении к реакционной смеси роданида аммония с изоамиловым спиртом образуется кольцо, окрашенное в ярко-синий цвет?

31) На какие аналитические группы можно разделить анионы по их отношению к двум реактивам: хлориду бария и нитрату серебра?

32) Почему проводят реакции с хлоридом бария в нейтральной или в слабощелочной среде, а с нитратом серебра в присутствии азот ной кислоты?

33) На какие группы можно разделить анионы на основании их окислительных или восстановительных свойств? Какие реактивы используют в этом случае в качестве групповых?

34) Каким реагентом и в каких условиях можно обнаружить карбонат-анион?

35) Какой из анионов будет осаждаться первым при действии на реакционную смесь, содержащую анионы Г, Вг, С1, нитратом серебра?

36) На чем основано открытие ацетат-ионов раствором хлорида железа (III)?

Список литературы

1. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М.: Госхимиздат, 1962.504 с.

2. Барсукова 3. А. Аналитическая химия. М., Высшая школа, 1990.

3. Воскресенский А.Г., Солодкин И. С, Семиколенов Г.Ф. Сборник задач и упражнений по аналитической химии. М., Просвещение, 1999.

4. Гильманшина С.И. Основы аналитической химии. Курс лекций. 2=е изд. - СПб.:Питер, 2006.-224 с.: ил. - (Серия «Учебное пособие»)

5. Жванко ЮН. Аналитическая химия и техно-химический контроль в общественном питании./ Панкратова Г.В., Мамедова З.И. / М., Высшая школа, 2002.