Методи кількісного визначення іонів

1. Визначення магній- та кальцій-йонів у воді (мг/дм³)

Ці йони можна визначати комплексонометричним методом – титруванням стандартним розчином ЕДТА.

Порядок виконання роботи:

1. Титрування.

У бюретку: стандартний розчина ЕДТА.

У колбу для титрування: аліквот ний об`єм досліджуваної води V^а=100,0 см³ , 5 см3 розчину натрій гідроксиду, 20-30 мг сухої суміші мурексиду з натрій хлоридом.

Перемішуємо і титруємо до появи фіолетового кольору.

2. Розрахунок вмісту кальцій-йонів (мг/дм³):

n (Ca²⁺) = c (Na₂H₂Y·2H₂O) · V (Na₂H₂Y·2H₂O ) · 1000/ V^а;

m (Ca²⁺) = M (Ca²⁺) · c (Ca²⁺);

3. Розрахунок вмісту магній-йонів (мг/дм³):

n (Mg²⁺) = H_заг - n (Ca²⁺), де H_заг – загальна твердість води;

m (Mg²⁺) = n (Mg²⁺) · M (Mg²⁺).

2. Визначення вмісту хлорид-іонів у воді аргентометричним титруванням.

1. Підбір аліквоти.

Аліквоту води для визначення вмісту хлорид-іонів підбирають таким чином, щоб на титрування використовувалось не менше 5 см3 і не більше об’єму бюретки розчину аргунтум нітрату.

2. Титрування:

У бюретку: робочий розчин аргентум нітрату.

У колбу для титрування: аліквот ний об’єм води, 0,5 см³ розчину дикалій хромату.

3. Розрахунки:

n(CI^-) = n(AgNO₃)

n(CI^-) _{ммоль в аліквоті води} = c(AgNO₃)·V(AgNO₃)_розч;

m(CI^-) = c(AgNO₃) · V(AgNO₃)_розч · M(CI^-) · 1000/V^a(H₂O), мг у 1 дм³.

Визначення головних іонів (якісний аналіз)

Окремі реакції на Na⁺-катіон:

1) Дія діоксоуран(VI) діацетату (ураніл ацетату) UO₂(СН₃СОО)₈ (мікро-кристалоскопічна реакція). При взаємодії з іонами натрію при pН = 7 утворюються тетраедричні чи октаедричні кристали жовтого кольору NaMg(UO₂)₃(СН₃СОО)₈∙6,5Н₂О:

Na⁺ + Mg(UO)₂(CH₃COO)₈ + CH₃COO^- +6,5 H₂O = NaMg(UO₂)₃(СН₃СОО)₈∙6,5Н₂О.

Виявленню натрій-іонів заважають іони Ag(I), що дають осад з реагентом. Аніони РО₄³⁺ утворюють малорозчинні фосфати цинку і тому руйнують реагент. Іони K(I), NH₄⁺, Са(II), Ва(II), Pb(II), Zn(II), Мn(II), Со(II), Ni(II), Hg(II), Al(III), Fe(III) заважають проведенню реакції при концентрації більше 5 г/л. Їх можна видалити дією К₂СО₃.

Проведення реакції: на предметне скло наносять краплю розчину, що містить іони натрію, поруч наносять розчин реагенту і скляною паличкою з'єднують краплі. Через кілька хвилин розглядають кристали, що утворилися, під мікроскопом.

2) Дія калій гексагідроксостибату(V) К[Sb(OH)₆] (теоретично). Концентровані розчини солей натрію при взаємодії з реагентом утворюють білий кристалічний осад натрій гексагідроксостибіату (V):

Na⁺ + [Sb(OH)₆]^- = Na[Sb(OH)₆]↓.

Реакцію проводять в нейтральному або слабко-лужному середовищі. У кислому середовищі К[Sb(OH)₆] розкладається з утворенням білого аморфного осаду метастибієвої кислоти НSbO₃, який помилково приймають за Na[Sb(OH)₆]. Розчинність Na[Sb(OH)₆] зростає з підвищенням температури. Заважають іони NH₄⁺, у присутності яких реагент розкладається, і іони Мg(II) утворюють білий кристалічний осад з реагентом. Проведення реакції: до 3 – 4 крапель розчину, що містить іони натрію, додають 3 – 4 краплі розчину К[Sb(OH)₆] і для прискорення утворення осаду потирають скляною паличкою по стінках пробірки. Реакцію проводять при охолодженні – пробірку охолоджують водопровідною водою. Випадає білий кристалічний осад.

3) Забарвлення полум'я: леткі солі натрію забарвлюють полум'я газового пальника в жовтий колір.

Окремі реакції на К⁺- іони:

1) Дія натрій гідрогентартрату NaНС₄Н₄О₆ з утворенням з іонами калію при рН 4 - 5 білого кристалічного осаду:

К⁺ + НС₄Н₄О₆ = КНС₄Н₄О₆↓.

Осад калій гідрогентартрату здатний утворювати пересичені розчини. Осад розчиняється в гарячій воді, лугах і сильних кислотах:

КНС₄Н₄О₆ + HCl = КCl + H₂С₄Н₄О₆;

КНС₄Н₄О₆ + КOH = К₂С₄Н₄О₆ + Н₂О.

Заважають іони амонію, що утворюють аналогічний осад. Йони важких металів, як правило, утворюють при надлишку тартрат-іонів розчинні комплексні сполуки. Проведення реакції: до 2 – 3 крапель розчину, що містить іони калію, додають 2 – 3 краплі розчину NaHC₄H₄O₆ і для прискорення утворення осаду потирають скляною паличкою по стінках пробірки. Випадає білий кристалічний осад. При використанні як реагенту винної кислоти необхідно додати 2 – 3 краплі розчину натрій ацетату CH₃COONa.

2) Дія натрій гексанітрокобальтату (III) Na₃[Co(NO₂)₆] з утворенням з іонами калію при рН 4 – 5 жовтого осаду:

Na⁺ + K⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- = K₂Na[Co(NO₂)₆]↓.

Заважають іони амонію, оскільки утворюють аналогічний жовтий осад; йодиди через окиснення нітритом до I₂; окисники, оскільки руйнують реагент. Іони лужноземельних елементів, Fе(II, III), А1(III), Zn(II) та деякі інші не утворюють осадів.

Проведення реакції: до 2 – 3 крапель розчину, що містить іони калію, додають 2 – 3 краплі розчину реагенту, при необхідності нагрівають. Утворюється жовтий осад. Якщо розчин кислий, необхідно додати розчин CH₃COONa до pH = 4–5.

3) Забарвлення полум'я: леткі солі калію забарвлюють полум'я газового пальника в фіолетовий колір. Розглядаючи полум’я через синє скло можна виявити калій-іони у присутності іонів натрію, тому що синє скло поглинає жовті промені.

Окремі реакції на Са²⁺-іони:

1) Амоній оксалат (NH₄)₂С₂О₄ утворює з іонами кальцію кристалічний осад СаС₂О₄:

Ca²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄↓.

Осад не розчиняється в оцтовій кислоті СН₃СООН, розчиняється у сильних кислотах:

CaC₂O₄ + 2HCl = CaCl₂ + H₂C₂O₄.

Заважають іони Ва(II), що утворюють з (NH₄)₂C₂O₄ аналогічний осад. На відміну від кальцій оксалату, осад ВаС₂O₄ розчиняється в оцтовій кислоті:

2BaC₂O₄ + 2CH₃COOH = Ba(HC₂O₄)₂ + Ba(CH₃COO)₂.

Проведення реакції: до 2 – 3 крапель розчину, що містить іони кальцію, додають 2 – 3 краплі розчину реагенту. Випадає білий осад.

2) Дія калій гексаціаноферату(II) K₄[Fe(CN)₆] у присутності NH₄Cl на іони кальцію з утворенням білого кристалічного осаду:

Ca²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- + NH₄⁺ = (NH₄)₂Ca[Fe(CN)₆]↓.

Осад не розчиняється в СН₃СООН. Заважають іони Ва(II) і Mg(II). Проведення реакції. На годинниковому склі перемішують краплю досліджуваного розчину з 2 – 3 краплями розчину реагенту, потім додають 1 – 2 краплі розчину NH₄Cl, краплю етанолу і знову перемішують. Помутніння чи поява кристалічного осаду вказує на присутність іонів кальцію. Годинникове скло можна помістити на чорний папір. Це покращує візуальне спостереження ознак реакції.

3) Сульфатна кислота (мікрокристалоскопічна реакція). У розведених розчинах іони кальцію утворюють із сульфатною кислотою характерні кристали CaSO₄∙2H₂O:

Ca²⁺ + SO₄^2- + H₂O = CaSO₄∙2H₂O.

Заважають йони Pb(II), Ba(II) у 10-кратному надлишку. Проведення реакції: на предметне скло наносять краплю розчину солі кальцію, поруч наносять краплю H₂SO₄ (1:4). Скляною паличкою з'єднують краплі, через кілька хвилин розглядають під мікроскопом кристали (головним чином на краях краплі).

4) Забарвлення полум'я: леткі солі кальцію забарвлюють полум'я газового пальника в цегельно-червоний колір.

Окремі реакції на Mg²⁺-іони:

1) Дія натрій гідроген фосфату Nа₂HPO₄ з утворенням з іонами магнію в присутності аміачної буферної суміші при рН=9 білого кристалічного осаду MgNH₄РО₄∙6Н₂О:

Mg²⁺ + HPO₄^2- + NH3·H2O = MgNH₄PO₄↓ + H₂O.

Осад розчиняється в сильних кислотах і в оцтовій кислоті:

MgNH₄PO₄ + 3HCl = H₃PO₄ + MgCl₂ + NH₄Cl;

MgNH₄PO₄ + 2CH₃COOH = Mg(CH₃COOH)₂ + NH₄H₂PO₄.

Заважають іони, що утворюють малорозчинні фосфати. Проведення реакції: до 1– 2 крапель розчину, що містить іони магнію, додають 2 – 3 краплі 2 М NН₄Сl, 1 краплю розчину Na₂HPO₄ і при перемішуванні краплинами додають 2 М NH₃∙H₂O до появи запаху амоніаку (рН ~ 9). Випадає білий кристалічний осад.

2) Дія натрій гідроксиду NaOH і амоніаку NН₃· H₂O з утворенням білого осаду магній гідроксиду:

Mg²⁺ + OH^- = Mg(OH)₂↓;

Mg²⁺ + NН₃· H₂O = Mg(OH)₂↓ + NН₃⁺.

Осад розчиняється в мінеральних кислотах і солях амонію:

Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺= Mg²⁺ + Н₂О + 2NН₃⁺.

Проведення реакції: до 2 – 3 крапель розчину, що містить іони Н₂О) до утворення магнію, додають 2 – 3 краплі 2 М NaOH. При додаванні розчину солі амонію осад розчиняється.

3) Дія 8-гідроксохіноліну на магній-іони з утворенням зеленувато-жовтого кристалічного осаду:

Mg²⁺ + 2NH3·H2O + 2HOxin = Mg(Oxin)₂↓ + 2NH₄⁺ +2H₂O.

Окремі реакції на SO₄^2- - іони:

1) Барій хлорид BaCl₂ при взаємодії із сульфат-іонами утворює білий кристалічний осад, який практично не розчиняється у воді і кислотах:

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓.

2) Плюмбум нітрат Pb(NО₃)₂ при взаємодії із сульфат-іонами утворює білий кристалічний осад:

SO₄^2- + Pb²⁺ = PbSO₄↓.

Окремі реакції на СО₃^2- - аніони:

1) Дія барій хлориду BaCl₂ з утворенням білого осаду барій карбонату:

СО₃ ²⁺ + Ba²⁺ = BaCO₃↓

2) Дія хлоридної кислоти з утворенням вуглекислого газу, а при додаванні потім кальцій гідроксиду – вода мутніє:

CO₃^2- + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O;

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O.

3) Мінеральні кислоти та оцтова кислота виділяють вуглекислий газ:

CO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + CO₂↑.

Окремі реакції на CI^--аніони:

1) Дія аргентум нітрату AgNO₃ з утворенням білого осаду аргентум хлориду, який не розчиняється в розведених кислотах, але добре розчиняється в розчині амоніаку, утворюючи розчинну комплексну сполуку:

СI^- + Ag⁺ = AgCl;

AgCI + 2NH₃∙H₂O = [Ag(NH₃)₂] + CI^- +2H₂O.

2) Концентрована сульфатна кислота H₂SO₄ розкладає, особливо при нагріванні, усі хлориди; при цьому виділяється хлороводень:

NaCI (крист.) + H₂SO₄ (конц.) = NaHSO₄ + HCI

Хлороводень можна розпізнати за специфічним запахом; колір змоченого водою синього лакмусового папірця змінюється в парі хлороводню на червоний. Якщо в пари хлороводню внести скляну паличку, змочену амоніаком, то в присутності хлороводню з'явиться білий дим амоній хлориду:

HCI + NH₃ = NH₄CI.

3) Сильні окисники (KMnO₄, K₂Cr₂O₇, PbO₂, MnO₂) окиснюють хлорид-іони до вільного хлору. Порівняно легко окиснюються хлориди до CI₂ калій перманганатом:

10CI^- + 2MnO₄^- + 16H⁺ = 5CI₂ + 8Н₂О + 2Mn²⁺.

Хлор розпізнають за зміною забарвлення смужки фільтрувального папірця, змоченої розчином калій йодиду:

2KІ + Cl₂ = I₂ + 2КCl.