Практикум по аналитической химии качественный анализ (часть I ) Учебное пособие для студентов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Оскотская Э.Р., Сенчакова И.Н. ПРАКТИКУМ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ (ЧАСТЬ I) Учебное пособие для студентов Орел 2008 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ^ КАФЕДРА ХИМИИ Оскотская Э.Р., Сенчакова И.Н. ПРАКТИКУМ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ (ЧАСТЬ I) Учебное пособие для студентов Рекомендовано УМО по специальностям педагогического образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 032300 (050101) - химия Орел 2008 УДК 543 Печатается по решению РИС Орловского государственного университета Протокол №2 от 17.11.2005 Составители: Оскотская Э.Р., Сенчакова И.Н. Научный редактор: проф. Оскотская Э.Р. Учебное пособие составлено в соответствии с учебной программой и Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. Пособие предназначено для проведения лабораторных и семинарских занятий по аналитической химии. В нем дан полный перечень лабораторных работ по качественному анализу (кислотно-щелочная система анализа катионов). Рассмотрены основные принципы и методы качественного анализа, приведена классификация качественных реакций. Весь материал пособия разбит по занятиям, к каждому из которых прилагаются вопросы и задачи для самоподготовки студентов. © Оскотская Э.Р., 2008 ^ ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА Основная задача качественного анализа — обнаружение атомов, ионов, молекул, находящихся в исследуемом материале. Обнару­живают вещества с помощью химических реакций или по физиче­ским аналитическим свойствам. В соответствии с этим различают химические и физические методы качественного анализа. Анализи­руемые вещества могут быть в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях. В зависимости от этого меняется методика проведения качественных реакций, которые могут выполняться с сухими веществами и в растворах. С сухими веществами проводят пирохимические реакции — пробы окрашивания пламени, полу­чение окрашенных стекол или «перлов», металлических «корольков», а также применяют растирание веществ с твердым реактивом. В практике качественного анализа наибольшее распространение получили реакции, происходящие в растворах. Вещества сначала переводят в раствор, затем проводят качественные реакции. Реак­ции сопровождаются различным аналитическим эффектом: выпаде­нием или растворением осадка, образованием кристаллов опреде­ленной формы, образованием или изменением окраски, экстракцией окрашенных веществ, выделением газов. В соответствии с этим раз­личают осадочные, цветные, экстракционные, микрокристаллоскопические, газообразующие реакции. Примером цветной реакции является обнаружение йода раствором крахмала, который приобре­тает синий цвет в присутствии I2. Катионы Рb2+ обнаруживают осадочной реакцией с иодидом калия. При этом образуется осадок PbI2, имеющий золотисто-желтый цвет. Микрокристаллоскопические реакции применяют при обнаружении катионов К+, Na+, Mg2+. Выделение газов используется при обнаружении соединений аммо­ния, сероводорода, угольной кислоты. Из физических методов качественного анализа наибольшее раз­витие получил спектральный анализ, с помощью которого наблю­дают спектры поглощения или испускания вещества. По характеру спектров делают заключение о веществе. К спектральным примыкают люминесцентные методы, основанные на способности некото­рых веществ светиться в ультрафиолетовом излучении. Обнаруже­ние ионов и веществ возможно также полярoграфическим путем, когда присутствие вещества определяют по электрохимическим явлениям, возникающим в растворе. При исследовании смесей веществ и различных материалов при­меняют дробный или систематический анализ. Дробный анализ проводят с отдельными порциями раствора или порошка пробы в присутствии всех компонентов пробы. Для проведения дробного анализа используют характерные качественные реакции, которые присущи только данному иону или веществу, или применяют маскирование мешающих веществ. Систематический анализ пре­дусматривает разделение смесей групповыми реактивами, позво­ляющими отделить группу веществ и проводить их обнаружение после разделения или выделения. При анализе смесей часто применяют хроматографические и экстракционные способы их разделения. В хроматографическом ана­лизе используют различную способность веществ к адсорбции или распределяться между несмешивающимися жидкостями. В экстракционных методах к водному раствору смеси добавляют органический растворитель, не смешивающийся с водой. При этом некоторые вещества или продукты реакций, особенно типа комплексных соединений, избирательно переходят в органическую фазу. Существенное значение имеет навеска анализируемой пробы, от которой зависит техника анализа. В зависимости от ее величины методы качественного анализа делят на макро-, полумикро-, микро- и ультрамикро-методы. Макроанализ (грамм-метод) проводят с не­сколькими кубическими сантиметрами раствора (около 0,1 г ве­щества) в пробирках, осадки отделяют на воронках с бумажными фильтрами. При полумикроанализе (сантиграмм-метод) вещества берут в 10 — 20 раз меньше, для работы используют микропробирки, осадки отделяют центрифугированием, реактивы добавляют капля­ми. Полумикроанализ получил большое распространение, так как значительно ускоряет проведение анализа и экономит реактивы. В микрохимическом (микрограмм-метод) анализе (навески вещества 0,001 г и меньше) реакции выполняют в специальной посуде, на предметных и часовых стеклах. Ультрамикрохимическим (пикограмм-метод) методом анализируют 10-6 — 10-12 г пробы, анализ проводят в специальных капиллярах под микроскопом. По способу выполнения различают реакции пробирочные, ка­пельные, микрокристаллоскопические, пламенные, растирания, в газовой камере и др. ^ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В качественном анализе большое значение имеет чувствитель­ность аналитических реакций. Под чувствительностью реакций понимают то наименьшее коли­чество вещества (иона), которое можно открыть с помощью данного реактива. Количественно чувствительность реакций характеризу­ется тремя взаимно связанными показателями: открываемым мини­мумом (m), предельной концентрацией (спред) или же предельным разбавлением (Vпред) и минимальным объемом предельно разбав­ленного раствора (Vмин). ^ Открываемым минимумом называется наименьшее количество вещества (иона), которое при определенных условиях можно от­крыть действием данного реактива. Так как в аналитических реак­циях величина открываемого минимума очень мала, то ее выража­ют не в граммах, а в микрограммах (мкг), т. е. в миллионных долях грамма: 1 мкг = 1 . 10-6 г = 1 . 10-3 мг. Чем меньше открываемый минимум, тем чувствительнее реакция, тем полнее и быстрее она протекает. ^ Предельной концентрацией называется отношение массы опре­деляемого иона к массе наибольшего количества растворителя, вы­раженной в тех же единицах. Так как обычно растворителем явля­ется вода, то массу воды, выраженную в граммах, можно заменить числом миллилитров ее. В этом случае предельная концентрация показывает отношение 1 г определяемого иона к максимальному объему воды в миллилитрах. Предельная концентрация выража­ется в г/мл и обозначается через спред. Величина, обратная предельной концентрации, называется предельным разбавлением. Предельное разбавление показывает, в каком количестве миллилитров водного раствора содержится 1 г определяемого иона. Предельное разбавление выражается в мл/г и обозначается через Vпред. Исследуемый раствор, с которым реакция открытия удается на 50%, называется предельно разбавленным, а его концентрация — предельной или минимальной.. ^ Предельное разбавление — величина, обратная предельной кон­центрации. Реакция будет тем чувствительнее, чем меньше предельная кон­центрация или чем больше предельное разбавление исследуемого раствора. Если тот или иной ион открывается двумя или несколькими реакциями, то более чувствительной будет та реакция, которая уда­ется с раствором, имеющим наименьшую предельную концентра­цию или наибольшее предельное разбавление. Третьим показателем чувствительности реакции является ми­нимальный объем предельно разбавленного раствора. ^ Минимальным объемом (Vмин) предельно разбавленного раствора называется объем раствора, содержащий открываемый минимум определяемого иона. Между открываемым минимумом т, предельной концентрацией спред предельным разбавлением Vпред и минимальным объемом Vмин существует определенное соотношение, так как все эти показатели характеризуют одно и то же свойство — чувствительность аналитической реакции. По данным И. М. Коренмана и А. П. Крешкова, взаимосвязь между показателями чувствительности реакции может быть выражена формулами, которые при использовании при­нятых нами обозначений имеют следующий вид: m = спред Vмин . 106 Если вместо предельной концентрации спред дано предельное разбавление Vпред, то Vмин . 106 m = Vпред Пользуясь этими формулами, можно рассчитать любой из трех показателей чувствительности реакции, если известны два из них. В таблице 1 приведена чувствительность основных методов качественного анализа. Таблица 1 ^ Методы качественного химического анализа Методы анализа Фиксируемый параметр Открываемый минимум, мкг Химические Осадочные реакции Осадок 8 Цветные реакции Окраска 0,2 Микрокристаллоскопические реакции Форма и цвет кристаллов 0,1 Растирание Окраска смеси 5 Капельные реакции Осадок, цвет 0,1 Экстракционные реакции Окраска экстракта 1 Получение перлов Окраска перлов 10 Получение «корольков» Вид и цвет королька - Физические Окрашивание пламени Окраска пламени 1 Спектральный анализ Линии спектра 0,01 Люминесцентный анализ Цвет люминесценции 0,001 Полярография Вид полярограммы 0,1 ^ РЕАКЦИИ МЕЖДУ ТВЕРДЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Иногда для ускорения качественного анализа применяют расти­рание анализируемой пробы с сухим реактивом. В су­хих реактивах и веществах всегда присутствуют небольшие коли­чества влаги, что создает необходимые условия для проведения реакций методом растирания. Качественные реакции этим методом выполняют на фарфоровых пластинках, растирание осуществляют осторожно стеклянной палочкой. Можно также применить расти­рание на бумаге стеклянной палочкой. Реакции растирания обла­дают высокой чувствительностью (до 5 . 10-6 г). В случае необхо­димости при их выполнении применяют маскирующие реактивы. Для проведения анализа методом растирания бывает необхо­димо перевести вещества в форму, способную растворяться в воде. Для этого их растирают с гидросульфатом калия KHSO4. Напри­мер, оксиды и сульфиды многих металлов не дают реакций методом растирания, но после смешивания с гидросульфатом калия пере­ходят частично в гидросульфаты катионов, способные вступать в характерные реакции. При проведении реакций растиранием кроме влаги большую роль играет местный нагрев, который также способствует проведению реакций. Некоторые реакции обнаруже­ния ионов методом растирания приведены в табл. 2. Таблица 2 ^ Обнаружение некоторых ионов методом растирания Ионы Реактивы Продукты реакции Окраска Fе3+ Cd2+ Hg2+ Ba2+ Вг- I- NHSCN Na2S KI К2Сr2O7 AgNO3, Hg(NO3)2 [Fe(SCN)3] CdS HgI2 BaCrO4 AgBr HgI2 Красная Желтая Оранжевая Желтая Желтая Оранжевая ^ ПИРОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ Ряд методов качественного анализа основан на проведении пирохимических реакций, проводимых сплавлением, нагревом на дре­весном угле, в пламени газовой горелки или паяльной лампы. При этом вещества окисляются кислородом воздуха, восстанавли­ваются оксидом углерода СО, атомарным углеродом пламени или древесного угля. Окисление и восстановление может привести к образованию окрашенных продуктов (оксидов или свободного металла). Одной из наиболее употребительных пирохимических реакций является проба окрашивания пламени. Для проведения таких проб петлю из платиновой или нихромовой проволоки погружают в кон­центрированную НСl, прокаливают (для очистки), затем захваты­вают петлей немного вещества и вносят в пламя. Пламя окрашивается в характерный для катиона цвет. Окраска пламени, вызываемая некоторыми катионами, приведена в табл.3. Таблица 3 ^ Пробы окрашивания пламени Элемент Окраска пламени Элемент Окраска пламени Li Na K Ca Sr Sb Коричнево-красная Желтая Фиолетовая Коричнево-красная Коричнево-красная Голубая Ba Cu Bi Pb As B Желто-зеленая Зеленая Зеленая Голубая Голубая Зеленая При проведении проб окрашивания пламени желтая окраска, вызываемая натрием, мешает обнаружению других цветов. Поэтому предварительно платиновую петлю обрабатывают НСl и прокаливают до исчезновения желтой окраски. Если в пробе присутствует натрий, пламя рассматривают через синее стекло (или раствор индиго), избирательно поглощающее желтую часть спектра. Быстрые ориентировочные сведения о составе вещества можно получить с помощью «перлов». Чаще всего используют перлы буры и фосфатов, перлы получают, нанося на платиновую петлю, смоченную раствором пробы, буру или гидрофосфат натрия-аммония и сплавляя смесь в окислительной, затем в восстановительной зоне пла­мени. Цвет перлов в буре и в фосфате получается одина­ковым и зависит от металла, характера зоны пла­мени горелки (окислительная или восстановительная) и от того, расплавлен или охлажден перл (табл.4). Иногда используют получение металлических «корольков», которые получают прокаливанием пробы вещества с содой на древесном угле с помощью паяльной трубки. Корольки в зависимости от металла получаются либо в виде блестя­щего кусочка сплавленного металла (легкоплавкие металлы — Ag, Sn, Pb, Bi, Sb), либо в виде губчатой массы (тугоплавкие металлы — Fe, Со, Ni, Сu). Цвет, вид королька и возгона оксида, образую­щегося около него на угле, может дать некоторую информацию о характере анализируемой пробы. Например, соли Сu образуют губчатые корольки красного цвета; соли Fe, Ni — блестящие белые; соли Sn, Ag, Sn — серые губчатые.

Похожие:

	Предмет аналитической химии. Качественный и количественный анализ.... Щая теоретические основы и методы химического анализа. Это не просто дисциплина, накапливающая и систематизирующая знания; это наука...		Репетиционные тесты по химии учебное пособие Учебное пособие предназначено для подготовки студентов ргупс к промежуточной и итоговой аттестации по общей химии, проводимой в тестовой...
	Курс лекций по биоорганической химии учебное пособие для студентов 1 курса очного обучения Л. А. Каминская. Курс лекций по биоорганической химии: Учебное пособие для студентов 1 курса очного обучения. Специальности: 060101...		Кафедра физики и химии лабораторный практикум по курсу «общая химия»... Лабораторный практикум предназначен для лучшего усвоения студентами программного материала общетеоретической и прикладной части курса...
	Практикум по общей психологии учебное пособие для студентов Практикум з психології : короткий конспект з дисципліни, укладені ст викладачем кафедри практичної психології Черепєхіною О. А		Transporta un sakaru institūts а. В. Поздняков, Б. Я. Цилькер микропроцессоры... ...
	Лабораторно – практические занятия по биологической химии Учебное пособие предназначено для студентов педиатрического и стоматологического факультетов медицинских вузов. Материалы пособия...		Учебное пособие для студентов специальности «Финансы и кредит» Налоги и налогообложение. Учебное пособие для студентов специальности «Финансы и кредит» и «Бухгалтерский учет, анализ и аудит» /Ефименко...
	Исследование электрических цепей учебное пособие Часть III челябинск Учебное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники» студентами энергетических...		Учебное пособие по дисциплине «Финансы» рекомендована к изданию кафедрой... Пособие для самостоятельной работы предназначено для студентов специальности 080109. 65 «Бухгалтерский учет, анализ и аудит»