Нарежная Е.В., Аскалепова О.И., Евлашенкова И.В. Методические указания к практическим занятиям по аналитической химии
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования Российской Федерации
РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Нарежная Е.В., Аскалепова О.И., Евлашенкова И.В.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям по аналитической химии для студентов
биолого-почвенного факультета (специальность «биология»)
(часть 1)
Ростов-на-Дону
-2001-
ПРОГРАММА ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
2
Предмет аналитической химии. Качественный и количественный анализ
неорганических и органических веществ. Методы аналитической химии, их
характеристика и применение. Характерные реакции катионов и анионов.
Аналитические группы катионов и анионов. Дробный и систематический ме-
тоды анализа. Кислотно-основная схема анализа. Групповой реагент и усло-
вия его применения. Требования к реакциям, используемым в аналитической
химии. Чувствительность и избирательность аналитических реакций.
Химическое равновесие. Закон действующих масс. Константа равновесия.
Факторы, влияющие на равновесие. Сильные и слабые электролиты. Равнове-
сия в растворах слабых и сильных электролитов. Расчёт равновесных концен-
траций. Степень электролитической диссоциации. Понятие ионной силы рас-
твора и коэффициентов активности.
Современные представления о кислотно-основном равновесии.
Понятие
кислот и оснований. Сила кислот и оснований. Понятие рН. Расчёт значений
рН в растворах сильных кислот и оснований. Расчёт значений рН в растворах
слабых кислот. Расчёт значений рН в растворах слабых оснований. Буферные
системы и их свойства. Буферная ёмкость. Вычисление значений рН ацетат-
ного буфера. Вычисление значений рН аммиачного буфера
. Закон действую-
щих масс и явление гидролиза солей. Расчёт значений рН растворов солей,
образованных слабой кислотой и сильным основанием, слабым основанием и
сильной кислотой. Константа и степень гидролиза. Смещение равновесия при
гидролизе. Факторы, влияющие на степень гидролиза. Усиление и подавле-
ние гидролиза. Роль гидролиза в анализе.
Гетерогенное равновесие. Применение закона
действующих масс к гетеро-
генным процессам. Произведение растворимости. Связь между растворимо-
стью и ПР. Использование правила ПР в анализе. Условия образования и рас-
творения осадков. Факторы, влияющие на смещение гетерогенного равнове-
сия. Применение процессов осаждения в анализе.
3
Реакции комплексообразования в аналитической химии. Константа не-
стойкости комплекса. Использование комплексообразования для открытия,
разделения и маскировки ионов.
Окислительно-восстановительные реакции в аналитической химии. Стан-
дартный и равновесный потенциал. Уравнение Нернста. Влияние различных
факторов на величину окислительно-восстановительного потенциала.
Задача и методы количественного анализа. Значение количественного ана-
лиза в почвоведении и агрохимии
. Требования, предъявляемые к количест-
венному анализу. Техника анализа (отбор средней пробы, взятие навески, пе-
реведение вещества в раствор).
Гравиметрический анализ. Осаждаемая и весовая формы и требования,
предъявляемые к ним. Влияние различных факторов на полноту осаждения.
Выбор осадителя. Осадки, их образование, свойства и чистота. Требования,
предъявляемые к осадкам. Влияние различных факторов
на процессы осаж-
дения. Условия образования аморфных и кристаллических осадков. Загряз-
нение осадков и борьба с ним. Виды соосаждения. Фильтрование и промыва-
ние осадков. Старение осадков. Расчёты в гравиметрическом анализе.
Титриметрический анализ. Сущность метода. Классификация. Требова-
ния, предъявляемые к реакциям в титриметрическом анализе. Способы вы-
ражения концентрации растворов. Молярная, нормальная, процентная
кон-
центрации. Титр раствора. Вычисление массы эквивалента в различных ме-
тодах титриметрического анализа.
Титрование. Рабочие растворы. Первичные и вторичные стандарты. Тре-
бования, предъявляемые к первичным стандартам. Приготовление стандарт-
ных растворов HCl, KMnO
4
, Na
2
S
2
O
3
.
Метод кислотно-основного титрования. Приготовление рабочих раство-
ров. Вычисление рН в различных точках для построения кривой титрования.
Выбор индикатора для установления конечной точки титрования в методе
кислотно-основного титрования. Интервал перехода окраски индикатора.
4
Определение временной жёсткости воды методом кислотно-основного тит-
рования. Практическое применение метода.
Методы окислительно-восстановительного титрования. Классификация
методов. Построение кривой титрования. Индикаторы.
Перманганатометрия. Приготовление рабочих растворов метода. Первич-
ные стандарты метода. Определение железа (условия, расчёты). Иодометрия.
Приготовление рабочих растворов метода. Определение меди (условия, рас-
чет).
Комплексонометрическое титрование. ЭДТА. Построение кривой титро
-
вания. Металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического
титрования. Применение комплексонов для определения общей жёсткости
воды.
Характеристика и теоретическое обоснование методов осадительного тит-
рования. Принцип построения кривой титрования. Способы фиксирования
точки эквивалентности. Индикаторы метода. Определение хлоридов.
Потенциометрическое титрование и прямая потенциометрия. Электроды,
используемые в методе. Потенциометрическое определение рН растворов,
используемые электроды.
Теоретические основы
фотометрии. Основной закон светопоглощения Бу-
гера-Ламберта-Бера. Фотометрическое определение меди. Выбор оптималь-
ных условий, расчёты.
Ошибки в количественном анализе, классификация ошибок, источники
ошибок. Оценка истинного значения измеряемой величины с помощью рас-
чёта доверительного интервала при заданной надёжности.
5
ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Занятие 1. Изучение качественных реакций на катионы 1 и 2 аналити-
ческих групп.
Занятие 2. Анализ смеси катионов 1 и 2 аналитических групп
Занятие 3. Изучение качественных реакций на катионы 3 аналитиче-
ской группы.
Занятие 4. Анализ смеси катионов 3 аналитической группы.
Занятие 5. Изучение качественных реакций на катионы 4 и 5 аналити-
ческих групп.
Занятие 6. Изучение качественных
реакций на анионы 1-3 аналитиче-
ских групп.
Занятие 7. Анализ сухих солей. Контрольное задание.
Занятие 8. Гравиметрическое определение железа в растворе
Занятие 9. Продолжение работы по определению железа
Занятие 10. Кислотно-основное титрование
1) Приготовление раствора соляной кислоты
2) Установление точной концентрации раствора HCl
Занятие 11. Продолжение кислотно-основного титрования
3) Определение содержания щелочи в растворе
4) Определение карбонатной жесткости воды
Занятие12.Окислительно-восстановительное титрование.
Перманганатометрия.
1) Определение концентрации рабочего раствора KMnO
4
2) Определение содержания железа в растворе
Занятие 13. Продолжение окислительно-восстановительного титрова-
ния.
Иодометрия.
1) Определение концентрации рабочего раствора Na
2
S
2
O
3
6
2) Определение содержания меди в растворе
Занятие 14. Осадительное титрование (показательное титрование хло-
ридов).
Комплексонометрическое определение общей жесткости воды
Занятие 15. Фотоколориметрический анализ: определение меди
Занятие 16. Потенциометрический анализ.
ЗАЧЕТ
ЗАНЯТИЕ 1.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ПЕРВОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ
1.1. Р е а к ц и и к а т и о н а К
+
1) Гидротартрат натрия NaHC
4
H
4
O
6
дает с растворами солей калия белый
кристаллический осадок:
KCl + NaHC
4
H
4
O
6
→ KHC
4
H
4
O
6
↓ + NaCl
Для проведения реакции в пробирку налейте 4 -5 капель раствора соли ка-
лия и прибавьте столько же капель раствора гидротартрата натрия. Переме-
шайте содержимое пробирки стеклянной палочкой - выпадет белый кристал-
лический осадок. Убедитесь, что осадок кристаллический. После этого ис-
пытайте действие на осадок кислот и щелочей. Для этого взмутите раствор и
разделите его на три пробирки. К первой прибавьте 1-2 капли щелочи, ко
второй - сильной кислоты. К содержимому третьей пробирки прибавьте 2 ка-
пли дистиллированной воды и, перемешивая стеклянной палочкой, нагрейте
ее на водяной бане. Что вы наблюдаете? Сделайте выводы.
2) Гексанитро-(ΙΙΙ)кобальтат натрия Na
3
[Co(NO
2
)
6
] дает с катионом К
+
желтый осадок комплексной соли гексанитро-(ΙΙΙ)кобальтата калия- натрия:
2KCl + Na
3
[Co(NO
2
)
6
]→ 2NaCl + K
2
Na[Co(NO
2
)
6
]↓
7
К капле раствора соли калия прибавьте 1 - 2 капли раствора
Na
3
[Co(NO
2
)
6
]. Образуется осадок ярко-желтого цвета, растворимый в силь-
ных кислотах. Присутствие щелочей мешает реакции, так как щелочи, разла-
гая реактив, образуют темно - бурый осадок гидроксида кобальта Со(ОН)
3
.
Следует иметь в виду, что катион NH
4
+
образует с гексанитро-
(ΙΙΙ)кобальтатом натрия такой же осадок и поэтому мешает определению ио-
на калия.
3) Микрокристаллоскопическая реакция. Гексанитро-(ΙΙ) купрат натрия-
свинца Na
2
Pb[Cu(NO
2
)
6
] c катионами К
+
образует кубические кристаллы чер-
ного или коричневого цвета состава К
2
Pb[Cu(NO
2
)
6
]:
Na
2
Pb[Cu(NO
2
)
6
] + 2 KCl → К
2
Pb[Cu(NO
2
)
6
]↓ + 2 NaCl
Для проведения опыта каплю раствора соли калия поместите на предмет-
ное стекло и досуха выпарьте его над электроплитой. После того, как соль
остынет, обработайте ее реактивом гексанитро-(ΙΙ) купрата натрия-свинца.
Образование характерных кубических кристаллов наблюдают с помощью
микроскопа. При проведении реакции следует иметь в виду, что рН раствора
исходной
соли должен быть равен 6-7. Этой реакции мешают ионы аммония,
образующие с реактивом схожие кристаллы.
1.2. Р е а к ц и и к а т и о н а Na
+
1) Дигидроантимонат калия KH
2
SbO
4
образует с катионами Na
+
белый
кристаллический осадок дигидроантимоната натрия:
NaCl + KH
2
SbO
4
→ NaH
2
SbO
4
↓ + KCl
Возьмите 5-6 капель раствора соли натрия, прибавьте такой же объем рас-
твора дигидроантимоната калия KH
2
SbO
4
и потрите стенки пробирки стек-
лянной палочкой. Выпадет белый осадок. Убедитесь, что осадок кристалли-
ческий. При проведении опыта следует иметь в виду, что концентрация на-
трия должна быть достаточно высокой, поэтому разбавленные растворы упа-
ривают; среда должна быть нейтральной или слабощелочной, т.к. кислоты
8
разлагают дигидроантимонат калия KH
2
SbO
4
с образованием аморфного
осадка метасурьмяной кислоты HSbO
3
; реакцию надо вести на холоде.
2) Микрокристаллоскопическая реакция. Для ее проведения поместите на
предметное стекло каплю раствора соли натрия. Осторожно выпарьте ее до-
суха. Охлажденный осадок обработайте каплей раствора уранилацетата
UO
2
(CH
3
COO)
2
. Рассмотрите под микроскопом образовавшиеся правильной
тетраэдрической или октаэдрической формы кристаллы натрийуранилацетата
NaCH
3
COO⋅ UO
2
(CH
3
COO)
2
.
1.3. Р е а к ц и и к а т и о н а NH
4
+
1) Щелочи разлагают соли аммония с выделением газообразного аммиака:
NH
4
Cl + NaOH → NH
3
↑ + NaCl + H
2
O
Для проведения эксперимента на часовое стекло (или в пробирку) помес-
тите 2-3 капли раствора соли аммония и 3-4 капли раствора щелочи и слегка
нагрейте. Для обнаружения аммиака подержите над часовым стеклом влаж-
ную лакмусовую бумагу (или универсальную индикаторную бумагу) так,
чтобы она не касалась жидкости и стекла. Опишите наблюдения.
2) Реактив Несслера (смесь
комплексной соли K
2
[HgI
4
] и КОН) образует с
катионом аммония красно-бурый осадок:
NH
4
+
+ 2[ HgI
4
]
2-
+ 4OH
-
→ [OHg
2
NH
2
]I↓ + 7I
-
+ 3H
2
O
К капле раствора соли аммония добавьте 1-2 капли реактива Несслера, при
этом выпадет осадок. Реакция очень чувствительная. Следует иметь в виду,
что получаемый осадок растворим в солях аммония, поэтому реактив Несс-
лера нужно брать в избытке. Кроме того, обнаружению катиона аммония ме-
шают катионы Fe
3+
, Cr
3+
, Co
2+
, Ni
2+
и т.д. Почему?
1.4. Р е а к ц и и к а т и о н а Mg
2+
1) Гидрофосфат натрия Na
2
HPO
4
даёт с катионом Mg
2+
в присутствии гид-
роксида и хлорида аммония белый кристаллический осадок фосфата магния-
аммония:
Mg
2+
+ HPO
4
2-
+ NH
4
OH → Mg NH
4
PO
4
↓ + Н
2
О
9
Для выполнения реакции возьмите 3-4 капли раствора соли магния и сме-
шайте с 4-6 каплями 2н раствора соляной кислоты и 3-5 каплями раствора
гидрофосфата натрия Na
2
HPO
4
. После этого прибавьте к раствору по одной
капле 2н раствора аммиака, перемешивая раствор после каждой капли. Вна-
чале аммиак нейтрализует прибавленную кислоту, причём образуется хлорид
аммония NH
4
Cl, препятствующий образованию гидроксида магния Mg(OH)
2
.
После окончания реакции выпадает характерный кристаллический осадок -
фосфат магния-аммония MgNH
4
PO
4
. Следует иметь в виду, что избыток ка-
тионов NH
4
+
мешает выпадению осадка MgNH
4
PO
4
. Катионы всех аналити-
ческих групп, кроме первой, могут мешать проведению реакции.
2) Магнезон Ι (или ΙΙ) - n-нитробензолазорезорцин способен в щелочной
среде адсорбироватьcя на осадке Mg(OH)
2
. Окраска щелочного магнезона
меняется при этом с красно-фиолетовой на синюю или наблюдается образо-
вание сине-голубого осадка.
O
2
N
O
2
N
-H
2
O
OH
Mg(OH)
2
+
NN
HO
OH
NN
O
Mg
HO
Для выполнения реакции несколько капель раствора соли магния налива-
ют в пробирку и добавляют 1-2 капли щелочного раствора реактива. Если
раствор имеет сильнокислую реакцию, то появляется жёлтая окраска. В дан-
ном случае к
раствору надо добавить несколько капель щёлочи до проявле-
ния аналитического эффекта (если ионы магния отсутствуют, то цвет раство-
ра-фиолетовый). Проведению реакции мешает наличие ионов аммония.
2. РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ВТОРОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ
2.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о
р е а г е н т а
Групповым реагентом II аналитической группы катионов является
(NH
4
)
2
CO
3
. Катионы II группы осаждаются при рН=9-9,2 в присутствии ам-
миачного буферного раствора в виде карбонатов Me(CO
3
)
2
. Это отличает II
группу катионов от I группы, катионы которой в этой буферной смеси не
10
осаждаются. В отличие от катионов остальных групп (III, IV и V) катионы II
не осаждаются сероводородом и сульфидом аммония.
Изучите действие группового реагента на катионы II аналитической груп-
пы и проверьте растворимость образующихся карбонатов в HCl и CH
3
COOH,
напишите уравнения реакций.
2.2. Р е а к ц и и к а т и о н а Ва
2+
1) Бихромат калия дает с катионом бария желтый осадок хромата бария:
Cr
2
O
7
2-
+ H
2
O → 2 CrO
4
2-
+ 2H
+
2 CrO
4
2-
+ 2Ba
2+
→ 2 BaCrO
4
↓
В осадок выпадает хромат бария, т.к. в растворе протекает взаимодействие
ионов Cr
2
O
7
2-
с водой. Концентрация образующихся при этом хромат-ионов
вполне достаточна для осаждения иона Ва
2+
в виде BaCrO
4
. Следует иметь в
виду, что при взаимодействии бихромата с водой образуются ионы водорода,
придающие раствору кислую реакцию. Для более полного протекания реак-
ции их надо связывать ацетатом натрия:
CH
3
COONa + H
+
→ CH
3
COOH + Na
+
В образовавшейся уксусной кислоте хромат бария не растворяется.
Для проведения эксперимента возьмите в пробирку 3 капли раствора соли
бария, добавьте 3 капли раствора бихромата калия и 5 капель раствора ацета-
та натрия, нагрейте на водяной бане. Опишите свои наблюдения.
Проведите аналогичные опыты с солью кальция. Опишите наблюдения.
2) Действие родизоната натрия. Родизонат натрия образует
с солями бария
осадок барий родизоната. При нанесении на фильтровальную бумагу капли
нейтрального раствора соли бария и раствора родизоната натрия появляется
красно-бурое пятно родизоната бария. При добавлении капли HCl пятно
O
O
O
O
Ba
O
O
HO
OH
O
O
O
O
HCl
Ba
O
O
O
O
O
O
Ba
2+
O
O
O
O
ONa
ONa