Ответы на билеты по аналитической химии для кооперативного техникума
Подождите немного. Документ загружается.
1
1.
Аналитическая химия — наука о методах определения химического состава вещества и его
структуры. Предметом аналитической химии являются разработка методов анализа и их
практическое выполнение, а также широкое исследование теоретических основ аналитических
методов. Существенная задача аналитической химии отводится поискам принципиально новых
методов анализа и использованию в аналитических целях современных достижений науки и
техники. Теоретическую основу аналитической химии составляют фундаментальные законы
естествознания.
Ни одно современное химическое исследование, будь это синтез новых веществ,
разработка новой технологической схемы, интенсификация производства, повышение качества
продукции и т. д., не может обойтись без применения методов аналитической химии.
Существенное значение для многих технологических процессов в пищевой промышленности
имеет контроль производства, анализ продукции и исходных компонентов в ходе
технологического процесса, осуществляемый методами аналитической химии.
2.
Технохимический контроль охватывает все этапы производства на предприятиях
общественного питания (ОП) и имеет большое значение для контроля качества продукции
общественного питания. С помощью технохимического контроля определяют качество сырья,
полуфабрикатов и готовой продукции, нормы вложения сырья, правильность технологических
процессов т.д. Под качеством продукции понимается совокупность свойств продукции,
обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с
назначением. Показатель качества продукции – это количественная характеристика одного или
нескольких свойств продукции, составляющих ее качество, рассматриваемая применительно к
определенным условиям создания или потребления. На предприятиях ОП организован контроль
качества продукции на каждом этапе производства, для чего созданы службы входного,
операционного и приемочного контроля качества с четким разделением функций и
ответственности за качество выпускаемой продукции. Качество сырья, полуфабрикатов и готовых
изделий оценивают по результатам анализа части продукции, отобранной от партии. Средняя
проба должна быть отобрана таким образом, чтобы состав ее соответствовал всей партии. Из
средней пробы выделяют части для органолептической оценки, определения масс и лабораторного
анализа. Поступившие в лабораторию пробы необходимо подготовить к анализу и исследовать в
день поступления. Пробы контролируют по органолептическим и физико-химическим
показателям. Для физико-химических исследований часть пробы превращают в однородную
массу, применяя разные способы гомогенизации. Контроль качества продукции (определение
сухих веществ и влажности, жира, сахаров, кислотности и щёлочности и др.) осуществляется с
помощью различных методов аналитической химии: испарения, рефрактометрии, окислительно-
восстановительного и кислотно-основного титрования и др.
2
5.
В настоящее время разработано несколько тысяч методов анализа. Каждым методом
анализа выявляется то или иное свойство определяемого вещества, позволяющее его обнаружить
и (или) измерить количество. Это свойство называют аналитическим сигналом (АС). Регистрация
АС лежит в основе качественного анализа, а на измерении численного значения величины АС
базируется количественный анализ.
В аналитической химии различают методы разделения, определения (обнаружения) и
гибридные, сочетающие методы первых двух групп. Наиболее общим образом методы
определения можно подразделить на химические, физические и физико-химические. Химические
методы основаны на проведении химических реакций между определяемым веществом и
веществом-реагентом. Идентификация вещества в качественном анализе проводится по
возможности протекания реакции с данным реагентом, а количественный анализ - по количеству
вещества реагента, пошедшего на реакцию. Физические методы основаны на регистрации какого-
либо физического параметра, связанного с наличием или количеством определяемого вещества в
анализируемом объекте (спектральной характеристики, электродного потенциала, тока
растворения и др.). Физико-химические методы являются комбинацией физических и химических
методов. Например, с помощью химической реакции окрашивают раствор определяемого
вещества, а по интенсивности его окраски находят содержание вещества. Поскольку физические
свойства удобнее всего измерять с помощью физических приборов, то физико-химический анализ
проводят на различных приборах и называют приборным или инструментальным.
Методы анализа можно классифицировать по таким их характеристикам как предел
обнаружения, диапазон определяемых содержаний, экспрессность, трудоемкость, эффективность,
разрешающая способность, точность, воспроизводимость и надежность получаемых результатов,
стоимость.
3
6.
Для выполнения лабораторной работы необходимо знать теоретическиё материал. В лаборатории
необходимо соблюдать правила техники безопасности, брежно относиться к оборудованию,
посуде и реактивам. При выполнении лабораторных работ строго соблюдать методику их
выполнения и вести записи в лабораторном журнале по форме.
Правила техники безопасности
• Работу с вредными и ядовитыми газами, огнеопасными и взрывчатыми веществами, а также
выпаривание и прокаливание летучих соединений проводить только в вытяжном шкафу.
• Реактивы, находящиеся в вытяжном шкафу (концентрированные и разбавленные кислоты,
органические растворители, щелочи и др.) не уносить на рабочие места.
• Сухой реактив брать только сухим и чистым шпателем или ложечкой.
• Остатки кислот, щелочей, сильнопахнущих жидкостей, ядовитых веществ нельзя выливать в
раковину. Для их сбора в лаборатории есть специальные емкости.
• При разбавлении кислот следует лить кислоту в воду тонкой струйкой при помешивании, а не
наоборот.
• Все отработанные растворы, содержащие соединения серебра и ртути, сливать в специальные
сосуды.
• Нельзя наклоняться над сосудом с кипящей жидкостью во избежание попадания брызг. При
нагревании жидкости в пробирке держать ее отверстием в сторону от себя и работающих рядом
товарищей.
• При воспламенении летучих жидкостей следует засыпать их песком, затем песок удалить,
поверхность промыть.
Рекомендации по оформлению лабораторного журнала
В лабораторном журнале приводятся только отчеты о проводимой в лаборатории работе. При
подготовке к лабораторной работе (желательно дома) в журнал заносятся следующие данные:
• дата проведения работы, название работы, цель работы;
• все химические реакции по изучаемому вопросу и основные операции методики анализа;
• предварительные расчеты и формулы для оформления результатов анализа;
При выполнении эксперимента в журнале отмечаются:
• все технические данные (результаты титрования, взвешивания и т.д.) с указанием размерности
записываемой величины;
• расчеты результатов анализа (при этом нельзя забывать округлять результаты с учетом
количества значащих цифр в исходных данных); черновые записи рекомендуется делать в конце
тетради, а не на отдельных листах;
• подробные выводы.
4
7.
В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в
растворимости образуемых ими солей и гидроксидов, позволяющее отделять (или отличать) одни
группы ионов от других. Существуют разные системы группового разделения ионов:
сероводородная, кислотно-основная, аммиачно-фосфатная, тиоацетамидная и т. д. Согласно
кислотно-основной классификации катионы делят на шесть аналитических групп в зависимости от
их отношения к действию хлороводородной и серной кислот, щелочей и аммиака. Классификация
в сероводородном методе основывается на растворимости образуемых катионами хлоридов,
сульфидов, сернистых соединений, гидроксидов и карботатовКаждая из этих систем имеет свои
преимущества и недостатки. Основным недостатком сероводородной системы является
необходимость работы с сероводородом, что требует хорошей вентиляции, склонность к
образованию коллоидных сульфидных осадков, в результате чего нарушается разделение катионов
на группы, и т. д. В кислотно-основной системе при разделении групп можно встретиться с
затруднениями, особенно если концентрации разделяемых катионов сильно различаются. С
подобными же затруднениями можно встретиться и в других системах разделения. Сознательный
подход к групповому разделению позволяет в каждом конкретном случае использовать для этой
цели метод, наиболее подходящий для анализируемой смеси ионов.
Таблица 1. Сероводородная классификация катионов
5
8.
К первой аналитической группе катионов в кислотно-основной классификации относятся: K
+
, Na
+
,
NH
4
+
, Li
+
. Данная группа катионов не имеет группового реагента. Все соли этих катионов растворимы
в воде. Все катионы бесцветны. Соли калия и натрия не гидролизуются или гидролизуются по
катиону. Не способны к комплексообразованию. Ионы натрия и калия не участвуют в ОВР, ион
аммония участвует. Соли аммония разлагаются при нагревании. Большинство реакций открытия
катионов проводится в нейтральной среде. Присутствие катиона NH
4
+
мешает открытию ионов Na
+
и K
+
.
NH
4
+
- катион
a) Щелочи NaOH и KOH при добавлении к водному раствору соли аммония разлагают ее с
выделением аммиака, который можно обнаружить по характерному запаху или посинению влажной
лакмусовой бумажки, внесенной в пары над пробиркой. Реакция специфична.
b) Реактив Несслера (K
2
[HgI
4
] с KOH) дает с солями аммония красно-бурый осадок.
Реакция специфична. Ионы K
+
и Na
+
определению не мешают.
Ионы Na
+
a) Ионы Na
+
в растворе могут быть обнаружены по медленно образующемуся белому осадку при
прибавлении к анализируемой смеси гексагидроксостибата калия (K[Sb(OH)
6
]):
K[Sb(OH)
6
] + Na
+
→ Na[Sb(OH)
6
] + K
+
Реакцию проводят в нейтральной или слабощелочной среде.
Ионы K+ определению не мешают. Присутствие NH
4
+
-катионов мешает .
b) Ионы натрия окрашивают пламя в желтый цвет.
Ионы K
+
a) Винная кислота H
2
C
4
H
4
O
6
или гидротартрат натрияNaНC
4
H
4
O
6
при достаточной концентрации
ионов K
+
в растворе дает белый кристаллический осадок гидротартрата калия. Определению мешают
ионы NH
4
+
.
b) Гексанитрокобальтат (III) натрия образует с ионами K
+
желтый кристаллический осадок смешанной
соли.
2K
+
+ Na
3
[Co(NO
2
)
6
] → K
2
Na[Co(NO
2
)
6
] + 2Na
+
c) Ионы калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет.
Систематический анализ. Если в анализируемом растворе обнаружены ионы NH
4
+
, они
мешают обнаружению ионов Na
+
и K
+
их отделяют. Для удаления ионов NН
4
+
раствор выпаривают и
прокаливают до исчезновения белого «дыма», добавляя к сухому остатку 1–2 капли
концентрированной НС1. Полноту удаления ионов NН
4
,
+
проверяют на предметном стекле реактивом
Несслера, прибавляя к 1–2 каплям реактива крупинку сухого остатка. При отсутствии ионов NН
4
,
+
сухой остаток растворяют в нескольких каплях воды. Полученный раствор исследуют на присутствие
6
ионов Na
+
и K
+
с помощью реактивов на эти катионы – гидротартратом натрия (NaHC
4
H
4
O
6)
и
дигидроантимонатом калия (KH
2
SbO
4
.)
9.
Ко второй аналитической группе катионов в кислотно-основной классификации относятся: Ag
+
,
Pb
2+
, [Hg
2
]
2+
. Групповой реагент – раствор HCl. В воде растовримы только нитраты, нитриты и
ацетаты. Катионы бесцветны, гидролизуются по катиону, являютяс хорошими
комплексообразователями, участвуют в ОВР. Соли серебра чернеют на свету. Все катионы являются
ионами тяжёлых металлов и поэтому токсичны.
Ионы Ag
+
a) При действии раствора KI выпадает желтый осадок AgI, нерастворимый в 2 н CH3COOH.
Ag
+
+ KI = AgI + К
+
b) Бихромат-ионы образуют с ионами серебра осадок бурого цвета. K
2
Cr
2
O
7
+ 2Ag
+
= Ag
2
Cr
2
O
7
+ 2К
+
с) Гидрофосфат натрия желтый осадок фосфата серебра, растворимый в HNO
3
и NH
4
OH.
Na
2
HPO
4
+ Ag
+
= Ag
3
PO
4
+ 2Na
+
+ Н
+
Ионы Pb
2+
a) Могут быть обнаружены в растворе по образованию жёлтого осадка PbI
2
, хорошо растворимого в
уксусной кислоте. Pb
2+
+ 2KI = PbI
2
+ 2К
+
b) Бихромат-ионы образуют с ионами свинца малорастворимый хромат свинца желтого цвета.
Образующийся осадок плохо растворяется в разбавленной азотной кислоте, в аммиаке и уксусной
кислоте он практически нерастворим. K
2
Cr
2
O
7
+ Pb
2+
= PbCr
2
O
7
+ 2К
+
c) Гидрофосфат натрия образует с ионами свинца белый осадок фосфата свинца, малорастворимый в
разбавленной азотной и в уксусной кислотах, но растворимый в щелочах.
2Na
2
HPO
4
+ 3Pb
2+
= Pb
3
(PO
4
)
2
+ 4Na
+
+ 2Н
+
d) Ионы свинца окрашивают пламя в бледно-голубой цвет.
Ход анализа смеси катионов 2 группы обусловлен следующими факторами:
• растворимость хлоридов в воде различна (наибольшей является растворимость хлорида
свинца, которая сильно увеличивается при повышении температуры);
• осадок хлорида серебра растворяется в аммиаке с образованием комплекса, а осадок хлорида
ртути при взаимодействии с раствором аммиака чернеет с выделением металлической ртути;
• практически нет реактива, позволяющего открывать тот или иной катион 2 группы в
присутствии других катионов.
Систематический анализ. К анализируемому раствору прибавляют двойной объем 2н НС1 и
С
2
Н
5
ОН. Полученную смесь фильтруют. Осадок промывают 2–3 раза 0,1М НС1, затем кипящей водой.
Промывную жидкость исследуют на присутствие РЬ
2+
реакцией с иодидом калия или с К
2
Сг
2
О
7
. Если
ионы РЬ
2+
обнаружили, то осадок обрабатывают кипящей водой до полного удаления РЬС1
2
(до
прекращения образования желтого осадка при действии иодидом калия или с К
2
Сг
2
О
7
на промывные
воды). Осадок на фильтре после удаления РЬС1
2
обрабатывают концентрированным раствором
аммиака. Для разрушения комплекса к фильтрату но каплям прибавляют концентрированную азотную
7
кислоту до кислой реакции. Выпадение белого осадка или образование мути свидетельствует о
присутствии в анализируемом растворе ионов Аg
+
.
10.
К третьей аналитической группе в кислотно-основной классификации относятся
катионы:Ca
2+
, Ba
2+
, Sr
2+
.Групповой реагент – раствор H
2
SO
4
. Растворимы нитраты, нитриты,
ацетаты, галогениды. Катионы бесцветны, слабо гидролизуются по катиону, не склонны к
комплексообразованию, не участвуют в ОВР. Все катионы открываются по окраске пламени.
Ионы Ca
2+
a) Образуют белый осадок при реакции с оксалатом аммония (NH
4
)
2
C
2
O
4
. Осадок растворим в
минеральных кислотах, нерастворим в уксусной кислоте. Определению мешают ионы Ba
2+
и Sr
2+
.
Ca
2+
+ (NH
4
)
2
C
2
O
4
= CaC
2
O
4
+ 2NH
4
+
b) Ионы кальция окрашивают пламя в коричнево-красный цвет.
Ионы Ba
2+
a) Образуют желтый осадок хромата бария BaCrO
4
при действии на анализируемый раствор
хроматом калия в нейтральной или уксуснокислой среде. Реакция специфична для ионов Ba
2+
.
Ba
2+
+ К
2
CrO
4
= BaCrO
4
+ 2К
+
b) Ионы бария окрашивают пламя в желто-зеленый цвет.
Ионы Sr
2+
а) Ионы стронция окрашивают пламя в розовый цвет.
Ход анализа смеси катионов З группы обусловлен следующими факторами:
• ион бария мешает обнаружению катионов стронция и кальция;
• после удаления катионов бария оранжевый цвет центрифугата за счет присутствия ионов Сг
2
О
7
2-
затрудняет открытие катионов стронция кальция;
• дробный ход анализа при открытии катионов З аналитической группы нецелесообразен.
Систематический анализ. К анализируемому раствору прибавляют 2eм СН
3
СООNa
(рН 5–6) и по каплям – раствор К
2
Сг
2
0
7
до появления оранжевой окраски. Осадок отбросывают,
проверяют полноту осаждения Ва
2+
, прибавляя 1–2 капли раствора К
2
Сг
2
О
7.
К раствору прилевают
насыщенный раствор Nа
2
С0
3
, до рН =10 и нагревают 7–10 минут на кипящей водяной бане.
Карбонаты отделяют отстаиванием и раствор отбросывают. Осадок промывают горячей водой до
белого цвета осадка на фильтре. Осадок растворяют в горячей 2М СН
3
СООН. В полученном
растворе открывают Sг
2+
, прибавляя насыщенный раствор СаS0
4
и нагревая до кипения. Появление
белого осадка или мути после полного охлаждения смеси указывает на присутствие Sг
2+
, если же
осадок или муть образуются в момент приливания СаS0
4
, то возможно, что выпадает из раствора
недоосажденный Ва
2+
в виде ВаS0
4
. После обнаружения ионов Sг
2+
их отделяют от Са
2+
. Для этого
к раствору, содержащему Sг
2+
, Са
2+
и избыток СН
3
СООН, прибавляют равный объем насыщенного
раствора (NH
4
)
2
S0
4
, полученный осадок SгS0
4
отбрасывают. Раствор, анализируют на содержание
ионов Са
2+
реакцией с (NН
4
)
2
С
2
0
4
в присутствии 2 М СН
3
СООН.
8
11.
К четвертой аналитической группе в кислотно-основной классификации относятся катионы: Zn
2+
,
Al
3+
, Cr
3+
, Sn
2+
, Sn
4+
, As
3+
, As (V). Групповой реагент – раствор NaOH, в избытке которого данные
катионы образуют растворимые комплексные соли. В воде растворимы нитраты, нитриты,
ацетаты, галогениды. Ион Cr
3+
окрашен. Гидролизуются по катиону. Zn
2+
, Al
3+
, Сr
3+
образуют
амфотерные гидроксиды. Участвуют в ОВР. Катионы больших периодов способны к
комплексообразованию.
Ионы Zn
2+
a) Гексацианоферрат (II) калия образует с
белый студенистый осадок двойной соли, растворимый
в щелочах. Определению мешают ионы: Ag
+
, Ca
2+
, Cu
2+
, Fe
3+
.
Zn
2+
+ K
4
[Fe(CN)
6
] = K
2
Zn[Fe(CN)
6
] +2К
+
b) Гексацианоферрат (III) калия образует коричнево-желтый осадок, растворимый вHCl и NH
4
OH.
3Zn
2+
+ 2K
3
[Fe(CN)
6
] = Zn
3
[Fe(CN)
6
]
2
+6К
+
c) Краситель метиловый фиолетовый при действии на нейтральный или очень слабокислый
раствор соли цинка в присутствии роданида аммония образует суспензию мельчайших кристаллов
соли, имеющую в проходящем свете фиолетовую окраску. Соль образована органическим
катионом метилового фиолетового и комплексным анионом [Zn(SCN)
4
]
2-
. Обнаружению мешают
Fe
3+
и Cu
2+
.
Ионы Al
3+
a) Ализарин дает с гидроксидом алюминия малорастворимое соединение ярко-красного цвета.
Определению мешают другие ионы (Be
2+
, F
-
).
b) Алюминон – аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты C
22
H
11
O
9
(NH
4
)
3
, образует с Al(OH)
3
соединение красного цвета, называемое алюминиевым лаком. Лаки красного цвета с алюминоном
образуют также ионы Fe
3+
,Cr
3+
и Ca
2+
.
c) 8-оксихинолин образует с солями алюминия в ацетатном буферном растворе зеленовато-
желтый кристаллический осадококсихинолята алюминия, растворимый в минеральных кислотах.
d) Морин C
15
H
10
O
7
•2H
2
O при добавлении к нейтральным или уксуснокислым растворам солей
алюминия дает красивую зеленую флуоресценцию. Составу образующегося при этом соедине-
ния отвечает формула (C
15
H
10
O
7
)
3
Al.
9
Ионы Cr
3+
a) Растворы, содержащие ионы Cr3+, имеют темно-зеленую окраску. Ионы Cr3+ можно перевести
в ионы CrO
2-
жёлтого цвета (при взаимодействии с Н
2
О
2
в щелочной среде) или в Cr
2
O
7
2-
оранжевого цвета (при окислении в кислой среде).
b) Гидрофосфат натрия Na2HPO4 дает с ионами хрома зеленоватый осадок фосфата хрома CrPO4,
растворимый в минеральных кислотах и щелочах.
c) Едкие щелочи дают с ионами Cr3+ осадок гидроксида хрома (III) серо-фиолетового или серо-
зеленого цвета, обладающий амфотерными свойствами. При добавлении избытка щелочи
образуются хромиты, окрашенные в ярко-зеленый цвет. При кипячении они необратимо
разлагаются вследствие гидролиза.
Ход анализа смеси катионов 4 группы обусловлен следующими факторами:
•
в результате действия на катионы 4 группы избытка щелочи в присутствии пероксида водорода
все ионы переменной степени окисления находятся в растворе в высшей степени окисления; при
этом катионы Сг
3+
превращаются в.анионы СrO
4
2-;
•
амфотерный гидроксид хрома Сг(ОН)
3
не растворяется в избытке щелочи в присутствии ионов
Zn
2 –
(в ходе реакции образуется цинкат хрома Сг
2
(Zn0
2
)
3
, нерастворимый в избытке осадителя
NаОН; для предотвращения этого процесса в раствор добавляют пероксид водорода);
•
различная способность алюминат-, хромат- и цинкат-ионов взаимодействовать с солями
аммония (осаждение ионов алюминия в виде А1(ОН)
3
);
•
предварительный анализ смеси катионов 4 группы можно проводить дробным методом: катион
А1
3+
открыть реакцией с ализарином; катион Сг
3+
– окислением до Н
2
СrO
6
пероксидом водорода;
катион Zn
2+
– при помощи дитизона; окончательную проверку наличия тех или иных катионов
проводят систематическим ходом анализа.
Систематический анализ. К исследуемому раствору прибавляют раствор NаОН до растворения
выпавших в осадок гидроксидов и раствор Н
2
О
2
, нагревают. Если в исследуемом растворе
присутствует хром (III), то нагревать необходимо до полного перехода цвета раствора из зеленого
в желтый. Избыток Н
2
О
2
удалияют кипячением. Раствор теперь содержит комплексные ионы
алюминия, цинка и хрома. Для отделения катионов алюминия к раствору прибавляюте
кристаллический NН
4
С1 до запаха выделяющегося аммиака. Смесь нагревают. При наличии в
растворе I соли алюминия выпадает осадок его гидроксида (осадок I). Осадок I отделяют и
растворяют в НС1 (раствор II). В растворе II открывают А1
3+
реакцией с ализарином. В отдельной
пробе раствора I открывают ионы Zn
2+
реакцией с К
4
[Fe(CN)
6
]. Желтый цвет раствора I говорит о
присутствии в нем Сг0
4
2-
и, следовательно, ионов Сг
3+
в исследуемом растворе. Для подтверждения
этого переводят ионы Сг0
4
2-
в Н
2
СгО
6
.
10