Реферат: Занятие Введение в аналитическую химию

Занятие 1. Введение в аналитическую химию.

Вопросы для самоподготовки:

1. Предмет и задачи аналитической химии.

2. Правила работы в химической лаборатории (работа с едкими, горючими, концентрированными, красящими и дурнопахнущими веществами; правила электробезопасности).

3. Чувствительность химической реакции, её специфичность, открываемый минимум.

4. Основные химические теории и законы, используемые в аналитической химии.

5. Прикладное применение химического анализа.

6. Аналитические реакции, аналитический эффект реакции, аналитические свойства веществ.

7. Реакции образования осадков.

8. Реакции образования окрашенных продуктов (“цветные”).

9. Реакции с выделением газа.


1. Техника безопасности И ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ В ЛАБОРАТОРИИ

Техника безопасности. В химической лаборатории большинство применяемых веществ в той или иной степени ядовито, поэтому работу с вредными и ядовитыми газами, огне- и взрывоопасными веществами, а также выпаривание и прокаливание летучих соединений следует проводить только в вытяжном шкафу, окна которого следует поднимать на высоту, удобную для работы, но не более чем на одну треть. Во время работы не оставлять без наблюдения водяные бани и другие нагревательные приборы. Концентрированные растворы кислот, щелочей, ядовитых веществ ни в коем случае нельзя засасывать том, их следует набирать специальными пипетками Нельзя наклонятся над сосудом с кипящей жидкостью во избежание попадания брызг на лицо или одежду, нагревая жидкость в пробирке, последнюю следует держать отверстием в сторону от себя и работающих рядом товарищей. Легковоспламеняющиеся жидкости следует нагревать только на водяной бане. Недопустимо работать с воспламеняющимися веществами (эфир, спирт, ацетон и др.) или хранить их вблизи зажженной горелки. Категорически запрещается пробовать реактивы на вкус. Запах реактива определяют, направляя ладонью ток воздуха от склянки к себе.

При возникновении пожара следует срочно убрать безопасное место взрывчатые и огнеопасные вещества ля его тушения необходимо умело использовать имеющиеся средства: воду, песок, асбест, одеяло. Например, растворимые в воде вещества нельзя тушить водой, а нужно песком, асбестом или же следует накрыть очаг пожара одеялом. О получении травмы следует немедленно поставить в известность преподавателя.

Первая помощь.

Потеря сознания. Разли­чают кратковременную (обморок) и длительную (кома­тозное или шоковое состояние) потерю сознания. При обмороке пострадавшего следует уложить гори­зонтально, а ноги приподнять. Необходимо расстегнуть ворот и обеспечить приток свежего воздуха. Целесо­образно дать понюхать концентрированный раствор амми­ака, направляя ладонью ток воздуха от склянки к по­страдавшему, смочить шею и затылок холодной водой. При сильных травмах может возникнуть шоковое или коматозное состояние, сопровождающееся длительной потерей сознания, для выведения из которого применяют специальные меры. Больного до прибытия врача необхо­димо уложить горизонтально, обеспечить доступ воздуха, в случае необходимости сделать искусственное дыхание, а при коме дать воду, раствор соды, при шоке – горячий чай. При наличии в ране осколков стекла их следует удалить пинцетом.

^ Ранение, кровотечение. Края раны не­обходимо обмыть водой, присыпать порошком стрепто­цида и наложить повязку. Если повреждены крупные сосуды рук или ног, то туго перетянуть конечность выше места кровотечения резиновой трубкой или платком. При ранении глаз необходимо обильно промыть их водой и вызвать врача. При кровотечении из носа наложить холодные компрессы на лоб и переносицу, а в соот­ветствующую ноздрю следует поместить тампон с 3%-ным раствором Н2O2.

^ Ожоги термические и химические. При термическом ожоге для уменьшения болевых ощущении обожженное место следует погрузить, по возможности, в ледяную воду, сделать примочки 3-5%-ным раствором танина и смазать мазью от ожогов. Для соблюдения антисептики обожженное место можно также смазать 0,1%-ным водным раствором пикриновой кислоты или 0,1%-ным раствором КМnO4. При ожогах кислотами сначала пораженное место следует тщательно обмыть водой, наложить компресс из 2-3%-ного раствора питьевой соды или аммиака, а затем – повязку из ваты, смоченной 3-5%-ным раствором танина или 3%-ным раствором КМnO4. При ожоге щелочами обожженное место нужно обильно промыть водой, пока кожа не пере­станет быть скользкой, 1%-ным раствором уксусной кислоты, а затем наложить повязку из ваты, смоченной раствором танина или КМnО4.

^ Отравление сероводородом. Пострадав­шего следует вынести на свежий воздух или дать ему подышать кислородом, а при потере сознания сделать искусственное дыхание. Внутрь необходимо принять чайную ложку 2%-ного раствора Н2O2.

^ Отравление ртутью и ее солями. Внутрь необходимо принять сырые яйца, взбитые в молоке, вызвать рвоту.

Отравление хлором, бромом, йодом, плавиковой кислотой. Пострадавшего необхо­димо вынести на свежий воздух или дать ему подышать кислородом, а затем парами аммиака. Рот и нос промыть 2-3%-ным раствором питьевой соды и обеспечить полный покой.

^ Отравление кислотами. Вызвать рвоту, рот у прополоскать водой и 5%-ным раствором питьевой соды, а внутрь принять молоко.

Отравление щелочами. Вызвать рвоту, внутрь принять 1-2%-ный раствор уксусной или лимонной кислоты.

^ Отравление солями мышьяка. Вызвать рвоту, внутрь принять или известковую воду, или молоко, или сырые яйца.

Отравление солями свинца, меди, бария, кадмия. Вызвать рвоту, внутрь принять или активированный уголь с водой, или молоко, или яичный белок.

^ 2. ВЫПОЛНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИИ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Мытье посуды. Посуда, которой пользуются в качест­венном анализе, должна быть совершенно чистой, так как даже небольшое загрязнение может привести к не­правильным результатам. Ненужное содержимое пробирки сливают в раковину или в специальные сосуды. Затем пробирки ополаскивают водопроводной водой и ершиком удаляют частицы осадка. В том случае, когда механи­ческое воздействие не дает положительного результата, пробирки (и другую посуду) обрабатывают моющими жидкостями: хромовой смесью (раствор K2Cr2O7 в H2SO4) или теплым щелочным раствором КМnO4, или горячим мыльным раствором. После обработки моющей жид­костью посуду хорошо ополаскивают (не менее 5 раз) водопроводной, а затем 2-3 раза дистиллированной водой. Для более полного удаления воды пробирку следует несколько раз осторожно отряхнуть над раковиной или слегка ударить по ней пальцем, держа пробирку вверх дном.

Стаканы, часовые стекла, стеклянные палочки и фарфоровые чашки ополаскивают водопроводной водой, удалив приставшие частицы ершиком и моют мыльным раствором. Снова ополаскивают водопроводной водой, а затем дистиллированной. Вымытые стаканы ставят вверх дном на фильтровальную бумагу. Чистые и сухие стеклянные палочки хранят в пробирке или стакане.

Капельные пипетки моют под струёй водопроводной воды, предварительно сняв с них резиновые колпачки. Затем удаляют приставшие частицы осадка тонким пером или фильтровальной бумагой, свернутой в жгутик. При необходимости их погружают в моющие жидкости. Очищенные пипетки ополаскивают водопроводной и дистиллированной водой.

Резиновые колпачки промывают дистиллированной водой и, надев их на пипетки, удаляют из носиков пипеток оставшуюся жидкость.

Нагревание и выпаривание. Растворы, находящиеся в пробирках, нагревают, поместив их в водяную баню (нагревать на открытом огне нельзя). Вместо бани можно использовать стеклянный стакан, снабженный вкладышем с отверстиями для пробирок. Водяные бани нагревают на сетке над газовой горелкой. Выпаривать раствор можно в фарфоровой чашке или тигле, поместив их на воздушную или песочную баню. Остаток после выпари­вания прокаливают на голом огне, помещая чашку или тигель в фарфоровый треугольник. Небольшие объемы раствора (1-2 капли) выпаривают на предметном стекле, держа его чуть выше верхнего пламени горелки. Выпа­ривание прекращают при появлении белого налета по краям капли.

Осаждение. Реакции осаждения проводят чаще всего в центрифужных пробирках, в которые помещают ана­лизируемый раствор и затем добавляют требуемый реак­тив. При необходимости содержимое пробирки нагревают на водяной бане. При образовании коллоидного раствора нагревание продолжают еще несколько минут. Если осаж­дение используется для разделения ионов, то проверяют полноту осаждения, добавляя в пробирку с фильтратом (центрифугатом) 1 каплю осадителя. При появлении мути добавляют еще несколько (3-5) капель реактива, перемешивают, фильтруют (центрифугируют) и снова повторяют проверку полноты осаждения.

Центрифугирование. Используют ручные и электриче­ские центрифуги. Чтобы не разбить пробирки во время центрифугирования, на дно патрона вкладывают кусочек ваты. Для отделения осадка от раствора в два противопо­ложно поставленных патрона вставляют пробирки, на­полненные равными объемами жидкости. Если требуется отделить раствор от осадка в одной пробирке, то в другую наливают такой же объем воды. Без этого возникающая при вращении вибрация может привести к искривлению оси центрифуги. Если центрифуга электри­ческая, ее закрывают крышкой после помещения пробирок и включают в сеть на 1-2 мин. Крышку открывают после полной остановки центрифуги и вынимают из нее пробирки. Ручную центрифугу начинают вращать плав­ным движением ручки, постепенно ускоряя вращение. Через 1-2 мин ручку снимают и дают центрифуге остановиться. Рукой или каким-либо предметом останав­ливать центрифугу категорически воспрещается.

Фильтрование. Фильтрование проводят различными способами.

^ 1. Фильтрование через бумажный фильтр. Лист филь­тровальной бумаги складывают вчетверо, обрезают нож­ницами по размеру воронки с таким расчетом, чтобы верхний конец ее не доходил до краев воронки на 3-5 мм.

Один слой отделяют от трех других и полученный обратный “ конус вкладывают в стеклянную воронку. Смочив фильтр дистиллированной водой и прижав его к стенке воронки, начинают фильтровать.

^ 2. Фильтрование через вату. В нижний конец пипетки плотно вставляют маленький тампон из ваты и затем набирают раствор.

3. Фильтрование через полоску фильтровальной бу­маги. Полоску фильтровальной бумаги размером 5х15 мм складывают вчетверо и, смочив двумя каплями воды, помещают на часовое стекло рядом с жидкостью. Жид­кость отсасывают пипеткой через бумагу.

Промывание и растворение осадков. Отделенный от жидкости осадок, который будет подвергаться дальней­шему исследованию, хорошо промывают на фильтре дистиллированной водой из промывалки или из пробирки другой жидкостью. При центрифугировании центрифугат отделяют пипеткой и к осадку добавляют 1-1,5 см3 дистиллированной воды (или специальной промывной жидкости), перемешивают стеклянной палочкой и снова центрифугируют. Операцию повторяют 2-3 раза. Осадок растворяют или в пробирке, или на фильтре, добавляя по каплям растворитель (растворы кислот, щелочей или солей) и помешивая стеклянной палочкой (в про­бирке).


^ 3. Техника выполнения аналитических реакций

Реактивы 

- кобальта сульфат кристаллический;

- аммония тиоцианат кристаллич.;

- железа (III) хлорид кристаллический;

- стронция нитрат кристаллический;

- калия хлорид кристаллический;

- натрия хлорид кристаллический;

- кислота борная кристаллический;

- раствор стронция нитрата;

- раствор натрия сульфата;

- раствор меди сульфата ;

- раствор аммиака;

- раствор натрия нитрата;

- раствор дифениламина;

- раствор калия хлорида;

- раствор натрия гидротартрата;

- раствор аммония хлорида;

- раствор натрия гидроксида;

- раствор кобальта нитрата (хлорида);


Растирание сухих солей. На фарфоровую пластинку помещают кристаллики CoSО4 и NH4SCN и растирают стеклянной или фарфоровой палочкой с плоским торцом. Наблюдают появление окраски (NH4)2[Co(SCN)4]. Повторяют опыт с FеС13 и NH4SCN (образование (NH4)3[Fe(SCN)6]. Записывают уравнения реакций и цвет образующихся продуктов.

Проба на окрашивание пламени. Петлю из платиновой или нихромовой проволоки (или графитовую палочку) погружают в концентрированную НС1 и прокаливают в бесцветном (аналитическом) пламени горелки или спиртовки до исчезновения желтой окраски пламени, вызванной солями натрия. Затем раскаленную петлю погружают в порошок SrCl2 или Sr(NО3)2 и вносят в пламя. Фиксируют окраску пламени.

Повторяют опыт, наблюдая изменение окраски пламени, вызываемой КС1 или KNO3, NaCl, Н3ВО3.

Осадочные реакции. Осадочные реакции обычно выпол­няют в пробирках, внося в них растворы веществ капель­ными пипетками, не касаясь стенок пробирок. При не­обходимости смесь перемешивают вращательными дви­жениями или стеклянной палочкой. В пробирку помеща­ют 5-7 капель раствора SrCl2 и добавляют столько же капель раствора Na2SO4. Наблюдают образование вначале мути, а затем осадка. Фиксирую цвет осадка SrSO4. Записывают уравнение реакции.

Цветные капельные реакции.

На бумаге. В капилляр набирают раствор CuSО4 и наносят его на полоску фильтровальной бумаги, прикасаясь к ней кончиком капилляра. Затем таким же образом наносят реагент – раствор аммиака. Наблюдают окраску образовавшегося соединения [Сu(NН3)4]SO4. Записывают уравнение реакции.

^ На пластинке. В углубление фарфоровой пластинки помещают 1 каплю раствора NaNO3 и 1 каплю раствора дифениламина. Наблюдают возникающий эффект.

Микрокристаллоскопические реакции. На чистое сухое предметное стекло наносят по капле раствора КСl и рядом 1 каплю раствора NaHC4H4O6 с помощью капельных пипеток или стеклянных палочек. Затем капли соединяют (не перемешивая!) стеклянной нитью или палочкой с заостренным концом и через 3-5 мин наблюдают под микроскопом без покровного стекла, соблюдая общие правила микроскопирования, форму образовав­шихся кристаллов КНС4Н4О6. Зарисовывают кристаллы и записывают уравнение реакции.

Реакции с выделением газа.

В пробирке. Вносят в пробирку по 6-8 капель раствора NH4C1 и NaOH. Определяют запах выделяющегося NН3, направляя ток газа движением ладони от пробирки к себе.

^ В газовой камере (из двух часовых стекол или чашек Петри). На внутреннюю часть крышки камеры наносят влажные полоски фенолфталеиновой и лакмусовой бумаги, а на нижнюю часть камеры – по 1 капле растворов NH4C1 и NaOH и из них образуют камеру. Наблюдают окраску индикаторной бумаги.

Экстракционные реакции. В пробирку с притертой пробкой помещают 5-6 капель раствора соли кобальта (II) и добавляют 5-6 капель раствора NH4SCN. К полученной смеси приливают несколько капель амилового спирта и взбалтывают, закрыв пробирку пробкой, а после расслоения фиксируют окраску слоя амилового спирта.

Люминесцентные реакции. Проводится точно так же, как и капельная реакция на фильтровальной бумаге, но продукт подвергается облучению. На полоску фильтровальной бумаги помещают 1 каплю раствора соли кальция, а после впитывания ее – 1 каплю раствора 8-оксихинолина. Мокрое пятно подвергают УФ-облучению и наблюдают свечение образующегося оксихинолината кальция. Фиксируют цвет свечения.


Занятие 2. ПЕРВАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ.

Вопросы для самоподготовки:

1. Аналитические классификации катионов. Достоинства и недостатки аналитических классификаций катионов

2. Связь аналитической классификации катионов с химическими свойствами.

3. Кислотно-основная классификация катионов.

4. Понятие группового реактива, его назначение.

5. Состав первой группы катионов, её особенность.

6. Частные реакции катионов первой группы.

7. Устранение влияния (маскирование) мешающих ионов на проведение анализа.

8. Микрокристаллоскопические реакции – принципы проведения, особенности.

9. Пирохимические реакции, проба окрашивания пламени (наиболее характерные окраски).

Реактивы 

-раствор калия хлорида

-раствор кислоты винной

-раствор натрия ацетата

-раствор кислоты уксусной.

-раствор гексанитрокобальтата (III) натрия

-раствор гексагидроксоантимоната калия

-раствор натрия хлорида

-раствора цинкуранилацетата

-раствор аммония хлорида

-раствор натрия гидроксида

-красная лакмусовая бумага

-реактив Несслера.


1^ . ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА К+.

РЕАКЦИЯ 1.1. ГИДРОТАРТРАТ НАТРИЯ NaНС4Н4О6 (или кислота винная в присутствии натрия ацетата) образует белый осадок гидротартрата калия, имеющий характерные кристаллы:

KCl + NaНС4Н4О6  KНС4Н4О6 + NaCl.

Выпадение осадка ускоряет охлаждение реакционной смеси и потирание стеклянной палочкой о внутренние стенки пробирки. Осадок растворим в кислотах и в щелочах. Проведению реакции мешают ионы NН4+, катионы s2-элементов.

^ ХОД ОПЫТА. К 1 мл раствора калия хлорида прибавляют по 0,5 мл раствора кислоты винной и раствора натрия ацетата. При охлаждении и потирании стеклянной палочкой о стенки пробирки выпадает белый кристаллический осадок, растворимый в разведённых растворах минеральных кислот и едких щелочей и нерастворимый в кислоте уксусной.

РЕАКЦИЯ 1.2. ГЕКСАНИТРОКОБАЛЬТАТ (III) НАТРИЯ Na3[Co(NО2)6] дает с катионами K+ желтый осадок комплексной соли гексанитрокобальтата (III) калия-натрия:

2КС1 + Na3[Co(NО2)6]  K2Na[Cо(NO2)6] + 2NaCl.

Присутствие щелочей мешает реакции, так как щелочи разлагая реактив, образуют темно-бурый осадок гидроксида кобальта Со(ОН)3. Реакция более чувствительна, чем первая. Следует иметь в виду, что гексанитрокобальтат (III) калия-натрия сравнительно быстро разлагается и бурая окраска переходит в розовую. Катион NН4+ образует такой же осадок.

^ ХОД ОПЫТА. К капле раствора калия хлорида прибавить 1-2 капли раствора гексанитрокобальтата (III) натрия. Образуется осадок ярко-желтого цвета, растворимый в сильных кислотах.

РЕАКЦИЯ 1.3.^ ПРОБА НА ПЛАМЯ. Соль калия, внесённая в бесцветное пламя, окрашивает его в фиолетовый цвет.

В присутствии солей натрия окраска маскируется жёлтым цветом, вызываемым ионами натрия, поэтому её необходимо рассматривать через синее стекло – должно наблюдаться пурпурно-красное окрашивание.

^ ХОД ОПЫТА. На предварительно прокалённой графитовой палочке в бесцветное пламя горелки вносят раствор соли калия. Пламя окрашивается в фиолетовый цвет.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона К+ по вышеприведённым реакциям.


2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Na+.

РЕАКЦИЯ 2.1.^ ГЕКСАГИДРОКСОАНТИМОНАТ КАЛИЯ K[Sb(OH)6] образует с катионом Na+ белый кристаллический осадок гексагидроксоантимоната натрия: Na[Sb(OH)6] .
NaCl + K[Sb(OH)6]  Na[Sb(OH)6] + НС1
Концентрация раствора соли натрия должна быть достаточной, поэтому разбавленные растворы упаривают. Реакцию надо вести на холоде.

Среда раствора должна быть нейтральной или слабощелочной. Кислоты разлагают гексагидроксоантимонат калия с образованием белого амфорного осадка метасурьмяной кислоты HSbО3:

K[Sb(OH)6] + НС1  HSbО4 + КС1 + H2О,

поэтому появление амфорного осадка еще не говорит о присутствии катионов Na+ в растворе.

В щелочной среде осадок Na[Sb(OH)6] будет растворяться с образованием Na3SbО4.

Проведению реакции мешают NH4+ и Mg2+.

^ ХОД ОПЫТА. Возьмите 5-6 капель раствора соли натрия, прибавьте такой же объем раствора гексагидроксоантимоната калия и потрите о стенки стеклянной палочкой. Выпадет белый кристаллический осадок гексагидроксоантимоната натрия. Убедитесь, что осадок кристаллический.

РЕАКЦИЯ 2.2. ЦИНКУРАНИЛАЦЕТАТ Zn(UO2)3(CH3COO)8 образует с ратворами солей натрия в слабоуксуснокислой среде зеленовато-жёлтый кристаллический осадок натрий-цинкуранилацетата:

NaCl + Zn(UO2)3(CH3COO)8 + CH3COOН + 9H2O 

 NaZn(UO2)3(CH3COO)99H2O + HCl.

Осадок растворим в избытке воды, щелочах, кислотах; осадок флюоресцирует в УФ-свете ярким жёлто-зелёным светом.

Проведению реакции мешают ионы NH4+ и Mg2+, но для их осаждения необходима более высокая концентрация, поэтому исключить мешающее влияние можно, разбавив раствор водой.

^ ХОД ОПЫТА. 1 мл раствора натрия хлорида подкисляют разведённой кислотой уксусной и прибавляют 0,5 мл раствора цинкуранилацетата – выпадает кристаллический осадок зеленовато-жёлтого цвета.

РЕАКЦИЯ 2.3. ПРОБА НА ПЛАМЯ. Соль натрия, внесённая в бесцветное пламя, окрашивает его в жёлтый цвет.

^ ХОД ОПЫТА. На предварительно прокалённой графитовой палочке в бесцветное пламя горелки вносят раствор соли натрия. Пламя окрашивается в жёлтый цвет.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Na+ по вышеприведённым реакциям.


3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА NH4+.

РЕАКЦИЯ 3.1. ЩЕЛОЧИ разлагают при нагревании соли аммония с выделением газообразного аммиака:

NH4Cl + NaOH  NН3 + NaCl + H2O.

Реакцию следует проводить при рН>9. Выделяющийся аммиак определяют по запаху или по окрашиванию красной влажной лакмусовой бумаги в синий цвет. При этом нужно держать бумажку, не касаясь стенок пробирки. Кроме того, при поднесении к пробирке стеклянной палочки, смоченной кислотой хлороводородной концентрированной, образуется белый дым (NH4Cl).

Реакция позволяет определять NH4+ в присутствии всех катионов.

^ ХОД ОПЫТА. На часовое стекло помещают 3-5 капель раствора соли аммония и 3-5 капель раствора щелочи, слегка нагрейте. Выделяющийся аммиак идентифицируют по запаху. Обнаружить его можно также по посинению влажной красной лакмусовой бумажкой (в пробирке).

РЕАКЦИЯ 3.2. РЕАКТИВ НЕССЛЕРА (раствор K2[HgI4] и КОН) образует с катионом NH4+ красно-бурый осадок [I2Hg2NH2]I:


NH4Cl + 2K2[HgI4] + 2КОН   + КС1 + 5KI + 2Н2О


При выполнении опыта необходимо брать избыток реактива Несслера, так как осадок растворим в солях аммония.

Реакция может использоваться для определения следов ионов аммония. Её проведению мешают Hg2+, Sn2+, Sb3+, разрушающие реактив Несслера, а также Co2+ и Ni2+, образующие с КОН цветные осадки гидроксидов. В присутствии последних реакцию ведут, добавляя 50% раствор тартрата калия, который образует с этими катионами комплексные соединения.

^ ХОД ОПЫТА. К капле разбавленного раствора соли аммония на предметном стекле прибавляют 1-2 капли реактива Несслера. Образуется осадок жёлтого, оранжевого или бурого цвета (в зависимости от содержания аммония в растворе).

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона NН4+ по вышеприведённым реакциям.

 Обобщите данные обо всех изученных частных реакциях и сделайте заключение об особенностях анализа катионов первой группы.


4. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ПЕРВОЙ ГРУППЫ.

ХОД АНАЛИЗА.

Катион NH4+ открывают в первую очередь реакциями 3.2 или 3.1.

Перед открытием катионов К + и Na+ следует удалить (в случае присутствия) катион NH4+ из раствора. Для этого в пробирку отбирают 15-20 капель исследуемого раствора, раствор выпаривают досуха на слабом огне, разбавляют 10 каплями дистиллированной воды и проверяют реактивом Несслера на полноту удаления NH4+. Только после отрицательной реакции на NН4+ приступают к открытию катионов К+ и Na+.

КАТИОН К+ открывают по реакции 1.2 или 1.1.

КАТИОН Na+ открывают по реакциям 2.1 или 2.3.


Занятие 3. ВТОРАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ.

Вопросы для самоподготовки:

1. Применение реакций осаждения в качественном анализе (дробном и систематическом).

2. Произведение растворимости. Ионное произведение. Условия образования осадков.

3. Растворение осадков. Факторы и реагенты, влияющие на растворение осадков.

4. Катионы, входящие в состав второй аналитической группы, групповой реактив.

5. Групповые реакции катионов второй аналитической группы.

6. Частные реакции, используемые для идентификации катионов второй группы.

Реактивы 

-раствор свинца нитрата

-кислота хлороводородная разбавленная

-кислота азотная концентрированная

-раствор серебра нитрата

-концентрированный раствор аммиака

-раствор ртути (I) нитрата

-раствор калия йодида.

-раствор калия хромата

-кислота серная разведённая.

-раствор натрия гидроксида.

-раствор калия бромида

-раствор формальдегида


^ 1. ОБЩИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ВТОРОЙ ГРУППЫ

Ко второй аналитической группе катионов относятся катионы Ag+, Pb2+, Hg22+.

Групповым реактивом на катионы этой группы является кислота хлороводородная. Катионы второй группы при взаимодействии с ней образуют труднорастворимые в воде и в разбавленных кислотах осадки.

В кипящей воде растворимость хлорида свинца увеличивается в три раза. Это свойство используется для отделения катиона Pb2+.

РЕАКЦИЯ 1.1. СВИНЕЦ под действием кислоты хлороводородной образует белый хлопьевидный осадок:

Pb(NO3)2 + 2HCl  PbCl2 + 2HNO3

Образовавшийся осадок легко растворяется в горячей воде.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты хлороводородной. Выпадает белый хлопьевидный осадок.

После прибавления 1 мл воды и нагревания на водяной бане осадок растворяется, а после охлаждения раствора – снова выпадает.

РЕАКЦИЯ 1.2. СЕРЕБРО при взаимодействии с кислотой хлороводородной образует белый творожистый осадок:

AgNO3 + HCl  AgCl + HNO3

Образовавшийся осадок растворяется от прибавления избытка аммиака:

AgCl + 2NH3  [Ag(NH3)2]Cl

При прибавлении кислоты азотной концентрированной осадок снова выпадает:

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3  AgCl + 2NH4NO3

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата и прибавляют 2-3 капли кислоты хлороводородной. Выпадает белый творожистый осадок.

К осадку прибавляют 5 капель концентрированного раствора аммиака и встряхивают до растворения осадка. Прибавление 6 капель кислоты азотной концентрированной приводит к повторному образованию осадка.

РЕАКЦИЯ 1.3. РТУТЬ (I) с кислотой хлороводородной образует белый осадок:

Hg2(NO3)2 + 2HCl  Hg2Cl2 + 2HNO3

Образовавшийся осадок чернеет на свету, разлагаясь с выделением металлической ртути:

Hg2Cl2  HgCl2 + Hg

После прибавления раствора аммиака происходит образование аммиаката с последующим разложением и выделением свободной ртути:

Hg2Cl2 + 2NH3  [Hg2(NH3)2]Cl  [Hg(NH3)2]Cl + Hg.

^ ХОД ОПЫТА. К 2-3 каплям раствора ртути (I) нитрата и прибавляют 2-3 капли кислоты хлороводородной разбавленной. Выпадает белый осадок.

К осадку прибавляют 3 капли раствора аммиака. Наблюдают почернение осадка.

 Сделайте вывод об условиях разделения и открытия катионов второй группы по вышеприведённым реакциям.


^ 2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Pb2+.

РЕАКЦИЯ 2.1. КАЛИЯ ЙОДИД KI образует с катионом Pb2+ жёлтый осадок, растворяющийся при нагревании и снова выпадающий при охлаждении раствора:

Pb(NO3)2 + 2KI  PbI2 + 2HNO3.

Следует учитывать, что полученный осадок растворяется в избытке реактива с образование комплексного соединения:

PbI2 + 2KI  К2[PbI4].

Эта реакция – специфичная. Она позволяет открывать катион Pb2+ в присутствии катионов других аналитических групп.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата и прибавляют 3-5 капель раствора калия йодида. Выпадает жёлтый осадок. К раствору с осадком прибавляют 1 мл воды и нагревают на кипящей водяной бане – осадок растворяется, а после охлаждения выпадает вновь, но уже в виде золотистых чешуек (“золотой дождь”).

РЕАКЦИЯ 2.2. КАЛИЯ ХРОМАТ K2CrO4 из слабокислого раствора соли свинца (II) выделяет жёлтый осадок свинца (II) хромата, нерастворимый в кислоте уксусной и растворимый в щелочах:

Pb(NO3)2 + K2CrO4  PbCrO4 + 2КNO3.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата и прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает жёлтый осадок.

РЕАКЦИЯ 2.3. КИСЛОТА серная Н2SO4 (и растворимые сульфаты) высаживает свинец (II) из раствора в виде сульфата (белый осадок):

Pb(NO3)2 + Н2SO4  PbSO4 + 2HNO3.

Образовавшийся осадок растворяется в едких щелочах с образованием плюмбитов:

PbSO4 + 4NaOH  Na2PbO2 + Na2SO4 +2H2O,

а также в 30% растворе аммония сульфата:

2PbSO4 + 2CH3COONH4  [Pb(CH3COONH4)2PbSO4] + (NH4)2SO4.

Минеральные кислоты (азотная, хлороводородная) повышают растворимость свинца (II) сульфата.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты серной разведённой. Выпадает белый осадок.

После прибавления избытка раствора щёлочи осадок растворяется.

РЕАКЦИЯ 2.4. ГИДРОКСИДЫ КАЛИЯ И НАТРИЯ KOH, NaOH образуют с растворами солей свинца (II) белый осадок:

Pb(NO3)2 + 2NaOH  Pb(OН)2 + 2NaNO3.

Осадок растворяется в избытке реактива:

Pb(OН)2 + 2NaOH  Na2PbO2 + 2H2O,

и в кислотах:

Pb(OН)2 + 2HNO3  Pb(NO3)2 + 2H2O.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата, прибавляют 1-2 капли раствора едкой щёлочи и наблюдают выпадение белого осадка. При прибавлении избытка реактива осадок растворяется.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Pb2+ по вышеприведённым реакциям.


^ 3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Ag+.

РЕАКЦИЯ 3.1. КАЛИЯ ХРОМАТ K2CrO4 образует с солями серебра осадок кирпично-красного цвета:

2AgNO3 + K2CrO4  Ag2CrO4 + 2КNO3.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора серебра нитрата и прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает кирпично-красный осадок.

РЕАКЦИЯ 3.2. БРОМИДЫ И ЙОДИДЫ образуют при взаимодействии с солями серебра соответственно бледно-жёлтый и жёлтый осадки:

AgNO3 + KBr  AgBr + KNO3

AgNO3 + KI  AgI + KNO3.

Осадок серебра бромида частично растворяется в избытке раствора аммиака:

AgBr + 2NH3  [Ag(NH3)2]Br,

а вот серебра йодид нерастворим в растворе аммиака и минеральных кислотах, но переводится натрия тиосульфатом в растворимый комплекс:

AgI + Na2S2O3  Na[AgS2O3] + NaI.

^ ХОД ОПЫТА. а) в пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата и прибавляют 2-3 капли раствора калия бромида. Выпадает светло-жёлтый осадок. К осадку прибавляют 5 капель концентрированного раствора аммиака и встряхивают. Наблюдается почти полное растворение осадка.

б) в пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата и прибавляют 2-3 капли раствора калия йодида. Выпадает жёлтый осадок, не растворяющийся в избытке концентрированного раствора аммиака.

РЕАКЦИЯ 3.3. ВОССТАНОВИТЕЛИ (формальдегид, соли олова (II)) легко восстанавливают металлическое серебро из растворов его солей:

AgNO3 + NH4OH  [Ag(NH3)2]NO3 + 2H2O

2[Ag(NH3)2]NO3 + CH2O + Н2О  2Ag + HCOONH4 + 2NH4NO3 + NH3.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора серебра нитрата и прибавляют раствора аммиака до растворения образующегося осадка. К полученному раствору прибавляют раствор формальдегида. На стенках пробирки образуется металлический налёт – “серебряное зеркало”.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Ag+ по вышеприведённым реакциям.


^ 4. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Нg22+.

РЕАКЦИЯ 4.1. КАЛИЯ ХРОМАТ K2CrO4 образует с солями ртути (I) осадок красно-бурого цвета:

Нg2(NO3)2 + K2CrO4  Нg2CrO4 + 2КNO3.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора ртути (I) нитрата, нагревают на водяной бане и прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает красно-бурый осадок.

РЕАКЦИЯ 4.2. ВОССТАНОВИТЕЛИ (олово (II), металлическая медь) восстанавливают ртуть из солей до металлической:

Нg2(NO3)2 + Cu  Нg + Cu(NO3)2.

^ ХОД ОПЫТА. На очищенную от окисной плёнки медную пластинку (монету) наносят 1-2 капли раствора ртути (I) нитрата. Через некоторое время на поверхности пластинки образуется серое пятно – металлическая ртуть. После протирания пятна фильтровальной бумагой оно становится серебристо-блестящим.

РЕАКЦИЯ 4.3. ЩЁЛОЧИ (NaOH, KOH, NH4OH) при взаимодействии с солями ртути (I) образуют чёрный осадок:

Hg2(NO3)2 + 2NaOH  Hg2O + 2NaNO3 + H2O.

^ ХОД ОПЫТА. К 2-3 каплям раствора ртути (I) нитрата и прибавляют 2-3 капли раствора натрия гидроксида. Выпадает чёрный осадок.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Hg22+ по вышеприведённым реакциям.


^ 5. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ВТОРОЙ ГРУППЫ.

ХОД АНАЛИЗА.

К раствору смеси катионов, для выделения из него второй группы, прибавляют полуторный объём раствора кислоты хлороводородной с концентрацией 2 моль/л. Через 1-2 минуты образовавшийся осадок центрифугируют (фильтруют), промывают холодной водой, подкисленной раствором кислоты хлороводородной.

Осадок обрабатывают горячей (кипящей) водой: хлорид свинца переходит в раствор, а хлориды серебра и ртути остаются в осадке. Раствор центрифугируют.

Катион Pb2+ открывают в центрифугате реакциями 2.1 или 2.3.

Для анализа осадка к нему прибавляют концентрированный раствор аммиака. Серебра хлорид переходит в раствор.

КАТИОН Hg22+ открывают по реакции 4.3 или (в исходном растворе) 4.2.

При наличии в пробе серебра прибавление к раствору кислоты азотной вызывает образование белого творожистого осадка.

КАТИОН Ag+ открывают по реакциям 3.2 или 3.3.

Занятие 4. ТРЕТЬЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ.

Вопросы для самоподготовки:

1. Перевод одних малорастворимых веществ в другие. Обратимость процесса.

2. Катионы, входящие в состав третьей аналитической группы, их свойства.

3. Групповой реактив на катионы третьей группы, химизм протекающих реакций.

4. Органические реагенты, применяемые в качественном химическом анализе. Основные принципы, лежащие в основе использования этих реагентов.

5. Частные реакции, используемые для идентификации катионов третьей группы.

6. Факторы, влияющие на осаждение веществ из раствора (соосаждение, рН, ионная сила раствора, замена растворителя).

Реактивы 

-раствор бария нитрата

-раствор кислоты серной

-раствор стронция нитрата

-раствор кальция хлорида

-раствор натрия карбоната

-раствор родизоната натрия.

-раствор кислоты хлороводородной.

-раствор кислоты азотной

-раствор кислоты уксусной.

-раствор калия хромата

-раствор натрия гидроксида

-раствор аммония оксалата


^ 1. ОБЩИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ

К третьей аналитической группе катионов относятся катионы Са2+, Ва2+, Sr2+.

Групповым реактивом на катионы этой группы является кислота серная или её растворимые соли. Катионы третьей группы при взаимодействии с ней образуют нерастворимые в воде, в минеральных кислотах и щелочах осадки.

Для проведения анализа смеси катионов третьей группы после их осаждения нерастворимые сульфаты переводят в карбонаты, которые затем растворяются в кислотах.

Растворимость сульфатов убывает от кальция к барию, поэтому насыщенный раствор кальция сульфата (известковая вода) является реактивом на стронций, а насыщенный раствор стронция сульфата – на барий.

РЕАКЦИЯ 1.1. БАРИЙ под действием кислоты серной моментально образует белый кристаллический осадок даже из разбавленных растворов:

Ва(NO3)2 + H2SO4  BaSO4 + 2HNO3

Образовавшийся осадок не растворяется в кислотах и щелочах.

В присутствии солей стронция и кальция определить барий по этой реакции можно, добавив незначительное количество калия перманганата, который, окрашивает осадок в фиолетовый цвет. Раствор обесцвечивается от прибавления нескольких капель раствора перекиси водорода, окраска осадка сохраняется.

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора бария нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты серной. Выпадает белый кристаллический осадок.

РЕАКЦИЯ 1.2. СТРОНЦИЙ под действием кислоты серной постепенно образует белый кристаллический осадок:

Sr(NO3)2 + H2SO4  SrSO4 + 2HNO3

Образовавшийся осадок не растворяется в кислотах и щелочах.

В присутствии солей стронция осадок будет выпадать под действием гипсовой воды и аммония сульфата (в отличие от солей кальция).

^ ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора стронция нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты серной. Выпадает белый кристаллический осадок.

РЕАКЦИЯ 1.3. КАЛЬЦИЙ под действием кислоты серной постепенно образует белый кристаллический осадок:

СаCl2 + H2SO4  СаSO4 + 2HCl

Осадок не растворяется в кислотах и щелочах.

Даже в ра