АНАЛИЗ

 

Министерство образования Республики Беларусь

 

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра аналитической химии

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.

КАЧЕСТВЕННЫЙ

АНАЛИЗ

 

Методические указания к лабораторным занятиям

по дисциплинам «Аналитическая химия»

и «Аналитическая химия и физико-химические

методы анализа» для студентов

Химико-технологических специальностей

Минск 2002   УДК 543

ВВЕДЕНИЕ

 

Главным содержанием всех химико-аналитических работ являются разделение компонентов анализируемого вещества и выделение их, идентификация компонентов анализируемого вещества и количественное определение компонентов. Идентификациякомпонентов – задача качественного анализа, количественное их определение – задача количественного анализа. Разделениекомпонентов необходимо для обоих видов анализа.

В соответствии с этим курс аналитической химии условно делится на 2 больших раздела – «Методы обнаружения и разделения элементов (качественный анализ)» и «Методы количественного определения элементов (количественный анализ)».

Изучение основ качественного анализа имеет целью закрепить знание теоретических основ аналитической химии; изучить качественные реакции катионов и анионов, выявляющих сходство и различие их химико-аналитических свойств; освоить методы анализа смесей катионов и анионов (разделение и идентификация).

Качественный анализ неорганических веществ включает анализ катионов и анализ анионов и предусматривает подразделение их на группы. Аналитическую группу составляют сходные по химико-аналитическим свойствам ионы. Сходство химико-аналитических свойств ионов характеризуется главным образом общими реакциями, а различие – частными реакциями. При изучении аналитической химии необходимо прежде всего знать сходство и различие свойств ионов, которые позволяет предвидеть Периодический закон Д.И.Менделеева.

В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими соединений. При систематическом ходе анализа ионы выделяют из сложной смеси не поодиночке, а целыми группами, пользуясь одинаковым отношением их к действию некоторых реагентов, называемых групповыми реагентами. Классификация катионов и анионов приведена в табл. 1 и 2.

В химическом анализе используют все типы химических реакций. Каждую реакцию и операцию необходимо осуществлять при вполне определенных условиях, благоприятствующих им и препятствующих протеканию нежелательных процессов (коллоидообразование, соосаждение, гидролиз и т.п.).

Направление и полнота протекания химических процессов в растворах зависят от условий, при которых они осуществляются (концентрация реагирующих веществ, температура, рН среды, катализаторы, время и т.д.). Скорость протекания химических реакций зависит от концентрации реагирующих веществ в растворе, температуры и др. факторов. Растворимость веществ, константы диссоциации слабых электролитов зависят от температуры и от природы электролита.

 

Таблица 1

Классификация катионов

 

I группа	II группа	III группа	IV группа	V группа
K+, Na+, NH4+, Mg2+ и др.	Ba2+, Sr2+, Ca2+ и др.	Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+	Cu2+, Cd2+, Bi3+, Hg2+, AsV, AsIII, SbV, SbIII, SnIV, SnII и др.	Ag+, Hg22+, Pb2+
Группового реагента не имеют	Групповой реагент – (NH4)2CO3	Групповой реагент – (NH4)2S	Групповой реагент – H2S(в присутствии HCl)	Групповой реагент – HCl
Сульфиды растворимы в воде	Сульфиды не растворимы в воде (или вместо них образуются нерастворимые в воде гидроксиды)
Карбонаты растворимы в воде	Карбонаты не растворимы в воде	Сульфиды (или гидроксиды) растворимы в разбавленных кислотах	Сульфиды не растворимы в разбавленных кислотах

 

Таблица 2

Классификация анионов

 

№ гр.	Характеристика группы	Анионы, образующие группу	Групповой реагент
I	Соли бария малорастворимы в воде	SO42-, S2O32-, SO32-, CO32-, PO43-, CrO42-, Cr2O72-, F-, C2O42-	BaCl2 (при рН»7–9)
II	Соли серебра малорастворимы в воде и разбавленной HNO3	Cl-, Br-, I-, SCN-, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3-	AgNO3 (в присут-ствии 2 н. HNO3)
IIII	Соли бария и серебра растворимы в воде	NO3-, NO2-, ClO4-, CH3COO-, MnO4- и др.	Группового реагента нет

ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАНЯТИЙ ПО КАЧЕСТВЕННОМУ

АНАЛИЗУ

Изучение методов обнаружения и разделения элементов начинается с ознакомления с основными аналитическими реакциями ионов, поэтому при выполнении… 1. Самостоятельно и индивидуально выполнить описанные в методических указаниях… 2. Провести контрольные анализы образцов, в состав которых входят соединения изученных элементов (растворы, сухие…

ПОСУДА И РАБОЧЕЕ МЕСТО

При изучении пробирочных реакций обнаружения и разделения элементов используется полумикрометод, а при выполнении микрокристаллоскопических и… Всю используемую в работе посуду следует тщательно вымыть с помощью ерша… Таблица 4

Набор посуды для практикума по качественному анализу

  Сухие препараты и растворы расположены на лабораторном столе.…  

Техника выполнения основных операций

Нагревание. Нагревать растворы в пробирках на электроплитке нельзя. Если реакция проходит при нагревании, то раствор (или раствор с осадком),… Упаривание растворов с целью их концентрирования или выпаривания досуха и… Осаждение. При проведении осаждения в пробирке исходный объем раствора не должен превышать 2 мл. После создания нужных…

Некоторые рекомендации

К выполнению контрольных анализов

Прежде чем приступить к анализу сухого образца или раствора, следует провести визуальные наблюдения, отметив его цвет, однородность и т.д. После… Приступая к систематическому анализу по выбранной схеме (она должна быть… Все разделения на основе осаждения должны быть проведены очень тщательно, с соблюдением указанных в методике условий и…

Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.

2. Изучить основные аналитические реакции указанных ионов, используя растворы их солей; 3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (с. 10); … 4. Получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в соответствии со схемой…

Осадок Раствор

  нет  

Предварительные испытания

(проводятся с отдельными порциями исследуемого раствора)   1.1. Реакция среды.Определяют рН раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Систематический ход анализа

 

Осаждение катионов II группы

К подготовленному таким образом раствору приливают избыток карбоната аммония и нагревают содержимое пробирки на водяной бане до 60–70 ºС.… После проведения процесса осаждения катионы I и II групп оказываются…  

Анализ фильтрата

2.2.1. Удаление ионов NH4+.Фильтрат переносят в фарфоровый тигель, выпаривают досуха и прокаливают на плитке до полного разложения аммонийных солей.… NH3 + 2K2[HgI4] + 3KOH ® HN-Hg2IOH¯ + 7KI + 2H2O Таким способом проверяют полноту удаления ионов NH4+.

Анализ осадка

2.3.1. Растворение осадка. Осадок карбонатов растворяют в 8-10 каплях 2 н. уксусной кислоты. 2.3.2. Обнаружение ионов Ва2+.К отдельной порции уксуснокислого раствора,… 2Ва2+ + K2Cr2O7 + Н2О ® 2ВаCrО4¯ + 2К+ + 2Н+

Лабораторная работа № 2

 

Анализ смеси катионов III группы

 

Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Cr²⁺, Mn²⁺.

Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.

2. Изучить основные аналитические реакции указанных ионов, используя растворы их солей; 3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (с. 10); … 4. После этого получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в…

Систематический ход анализа

 

Осаждение катионов III группы

К анализируемому раствору прибавляют при тщательном перемешивании концентрированный раствор NaOH до щелочной реакции по индикаторной бумаге. Затем… При действии избытка NaOH амфотерные гидроксиды Al(OH)3 и Zn(OH)2 переходят в… После осаждения катионы III группы оказываются разделенными: фильтрат содержит анионы CrO42–, [Al(OН)4(Н2О)2]–,…

Анализ осадка

Обнаружение ионов марганца.

Ионы железа присутствуют. К исследуемому осадку предварительно добавляют несколько кристалликов NaF, а затем вводят Н2С2О4 до появления…   Вопросы к лабораторной работе

Лабораторная работа № 3

Анализ смеси анионов

Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие анионов I, II и III аналитических групп. В противоположность катионам, анионы в большинстве случаев не мешают… Поскольку в данной работе Вы познакомитесь лишь с элементами качественного анализа анионов, то задача на смесь анионов…

Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.

2. Изучить основные аналитические реакции указанных анионов, используя растворы их солей; 3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (с. 10); … 4. После этого получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в…

Предварительные испытания

1.2. Проба на анионы I группы. К 2 каплям нейтрального или слабощелочного раствора (рН=7–8) добавляют 2–3 капли раствора BaCl2. Образование осадка… 1.3. Проба на анионы II группы. К 2–3 каплям исследуемого раствора прибавляют… 1.4. Проба на выделение газов. Несколько капель исследуемого раствора (лучше крупинку твердого вещества) обрабатывают…

Открытие анионов I группы

Если предварительные испытания показали наличие анионов I группы, то проводят их осаждение из отдельной порции раствора объемом 1–2 мл, как описано… 2.1. Обнаружение сульфат-ионов. Если осадок, полученный по п.1.2, нерастворим… 2.2. Обнаружение карбонат-ионов. Если растворение осадка, полученного по п.1.2, в разбавленной соляной кислоте…

Открытие анионов II группы

3.1. Обнаружение хлорид-ионов. К отдельной порции анализируемого раствора добавляют несколько капель 2 н. HNO3 до кислой реакции и несколько капель… Cl- + Ag+ = AgCl↓ AgCl↓ + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Сl + 2H2O

Открытие анионов III группы

4.1. Обнаружение нитрит-ионов. Обнаружению нитрит-ионов мешают ионы-окислители. Анионы-восстановители (I–) могут находиться в растворе вместе с… Нитрит-ионы обнаруживают в отдельной порции раствора с помощью раствора… Кроме того, нитрит-ионы можно обнаружить, используя следующую реакцию:

Лабораторная работа № 4

Анализ смеси солей   Цель работы: провести анализ предложенной смеси на содержание в ней катионов и анионов.

Осаждение катионов III группы

В осадок выпадают сульфиды катионов III группы, за исключением Al3+, Cr3+, которые осаждаются в виде гидроксидов. Катионы I и II групп с избытком…  

Растворение осадка сульфидов катионов III группы

 

Хорошо промытый осадок сульфидов и гидроксидов катионов III группы растворяют в 2 н. HNO₃ и анализируют по схеме, описанной в работе № 2.

 

Подготовка раствора к открытию катионов I и II групп

Во избежание окисления (NH4)2S до (NH4)2SО4 кислородом воздуха и связанного с этим осаждения катионов II группы в виде сульфатов необходимо сразу же… Для этого переносят раствор в фарфоровую чашку, подкисляют его СН3СООН и…  

Обнаружение анионов

Анализ анионов проводят дробным методом, описанным в работе № 3, используя вторую часть полученного раствора.   Вопросы к лабораторной работе

Программа коллоквиума № 1

«Теоретические основы аналитической химии. Качественный анализ»

Предмет аналитической химии. Классификация методов анали-за. Цели и задачи качественного анализа.

 

Общие теоретические основы аналитической химии

1.1. Общие вопросы теории растворов. Раствор как среда для выполнения аналитических реакций. Влияние свойств растворителя на химико-аналитическое поведение ионов. Основы теории сильных электролитов. Активность, коэффициент активности, ионная сила растворов.

Основные типы химических реакций, используемых в аналитической химии.

Кислотно-основное равновесие. Равновесия в водных растворах кислот, оснований и амфолитов. Расчет рН протолитических систем на основе теории… Окислительно-восстановительное равновесие. Использование реакций… Комплексообразование. Использование реакций комплексооб-разования в аналитической химии. Основные характеристики…

Качественный анализ (методы разделения и обнаруже-ния)

 

2.1. Аналитическая химическая реакция. Типы аналитиче-ских химических реакций – общие, групповые, селективные и специ-фические реакции. Условия проведения аналитических химических реакций.

2.2. Систематический и дробный качественный анализ. Аналитические классификации катионов и анионов, основанные на ре-акциях осаждения. Аналитические группы ионов и Периодический за-кон Д.И.Менделеева. Анализ смеси катионов. Анализ смеси анионов. Анализ неизвестного вещества.

2.3. Техника эксперимента. Макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды качественного анализа. Качественные пробироч-ные, капельные, микрокристаллоскопические реакции.

Литература

 

Раздел «Теоретические основы аналитической химии»

 

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. – М.: Высш. шк., 1989. – Т. 1.

2. Аналитическая химия. Химические методы анализа / Под ред.

О.М.Петрухина. – М.: Химия, 1992.

3. Посыпайко В.И., Козырева Н.А., Логачева Ю.П. Химические мето-

ды анализа. - М.: Высш. шк., 1989.

4. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия: В 2 т. –

М.: Химия, 1990.

5. Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А.Золотова. – М.:

Высш. шк., 1996-2001. – Т. 1.

6. Крешков А.П. Основы аналитической химии. – М.: Химия, 1976. –

Т. 1.

7. Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии. – М.:

Высш. шк., 1987.

8. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. – М.: Высш. шк., 1982. –

Т. 1.

9. Мечковский С.А. Аналитическая химия. – Мн.: Университетское,

1991.

 

Раздел «Качественный анализ»

 

Помимо учебников и учебных пособий [2], [3], [4], [6], [8], [9], указанных выше, можно использовать следующие источники:

1. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа.

– М.: Химия, 1973.

2. Ушакова Н.Н. и др. Пособие по аналитической химии: Качествен-

ный анализ. – М.: МГУ, 1981.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………….
Организация занятий по качественному анализу…………………..
Посуда и рабочее место…………………………………………….…
Техника выполнения основных операций…………………………..
Некоторые рекомендации к выполнению контрольных анализов…
Лабораторная работа № 1. Анализ смеси катионов I и II групп…...
Лабораторная работа № 2. Анализ смеси катионов III группы…….
Лабораторная работа № 3. Анализ смеси анионов………………….
Лабораторная работа № 4. Анализ смеси солей……………………
Программа коллоквиума № 1………………………………………...
Литература………………………………………….…………………

 

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

 

Составители:	Соколовский Александр Евгеньевич
Коваленко Наталья Александровна
Поповская Наталия Федоровна
Радион Елена Вадимовна

 

Редактор Л. С. Чаган. Корректор Е. И. Гоман.

Подписано в печать 08.07. 2002. Формат 60*84/16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,0 . Усл. кр.-отт. 2,0. Уч.-изд. л. 1,8.

Тираж 800 экз. Заказ 352 .

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет». 220050. Минск, Свердлова, 13а.

Лицензия ЛВ № 276 от 15.04.98.

Отпечатано на ротапринте Белорусского государственного

технологического университета. 220050. Минск, Свердлова, 13.