Общая, неорганическая и аналитическая химия. Конспект лекций

CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3NaCl

Cr(OH)3 + 3Na(OH) = Na3[Cr(OH)6]

Cr2O3 + 2NaOH t 2NaCrO2 + H2O

Сr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O 2Cr(OH)3 t Cr2O3 + 3H2O

2CrCl3 + 3Cl2 + 16KOH = 2K2CrO4 + 12KCl + 8H2O 2Na3[Cr(OH)6] + 3Br2 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 8H2O

Свойства соединений хрома (+6)

CrO3 + H2O = H2CrO4

2CrO3 + H2O = H2Cr2O7

Желтый раствор хромата калия устойчив в щелочной среде, оранжевый раствор дихромата калия - в кислой среде.

K2Cr2O7 +2KOH = 2K2CrO4 + H2O 2K2CrO4 + H2SO4 = K2SO4 + K2Cr2O7 + H2O (NH4)2Cr2O7 t Cr2O3 + N2 + 4H2O

Дихромат калия окислитель в кислой среде.

Химия марганца и его соединений

Марганец - серебристо-белый твердый и хрупкий металл. Характерные степени окисления марганца, электронные формулы соответствующих ионов, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.

Получение и свойства марганца

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2

71

Mn + 2H2SO4 (конц.) = MnSO4 + SO2 + 2H2O 3Mn + 8HNO3 (разб.) = 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Свойства соединений марганца (+2) MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2 + Na2SO4 Mn(OH)2 + 2NaOH

Mn(OH)2 + H2SO4 = MnSO4 + 2H2O

2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2 + 2H2O

Mn(OH)2 + 2NaOH + Br2 = MnO2 + 2NaBr + 2H2O Mn(OH)2 t MnO + H2O

2Mn(NO3)2 + 16HNO3 + 5NaBiO3 = 2HMnO4 + 5Bi(NO3)3 + 5NaNO3 + 7H2O

Свойства соединений марганца (+6). Соединения устойчивы лишь в сильнощелочной среде

K2MnO4 + 8HCl = MnCl2 + 2Cl2 + 2KCl + 4H2O

Свойства соединений марганца (+7). Сильные окислители в кислой среде.

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5Na2SO3 = 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O 2KMnO4 + H2O + 3Na2SO3 = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH

2KMnO4 + 2KOH + Na2SO3 = 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

2KMnO4 +8H2SO4 +10FeSO4 =2MnSO4 +5Fe2(SO4)3 +K2SO4 +8H2O

Химия железа и его соединений

Железо является вторым после алюминия металлом по распространенности в природе. Характерные степени окисления железа, электронные формулы соответствующих ионов, химические свойства и примеры соединений приведены в таблице.

72

4Fe + 3O2 + 2H2O = 4FeO(OH) (коррозия на воздухе) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 (разб.) = FeSO4 + H2

Fe + 4HNO3 (разб.) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют железо на холоду. При нагревании реакция идет.

Свойства соединений железа (+2)

FeO + H2O

FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O

FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4

Гидроксид железа (II) сразу окисляется кислородом воздуха. 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3

Fe(OH)2 + Н2SO4 = FeSO4 + 2H2O Fe(OH)2 + 2NaOH

Fe(OH)2 t FeO + H2O

FeSO4 + 6KCN = K4[Fe(CN)6] + K2SO4

FeSO4 + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + K2SO4

Свойства соединений железа (+3) FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

Fe(OH)3 + NaOH не идет в разбавленном растворе

73

Fe(OH)3 + NaOH t NaFeO2 + 2H2O FeCl3 + 2HI =2FeCl2 + I2 + 2HCl FeCl3 + 6KCN = K3[Fe(CN)6] + 3KCl

FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + 3KCl FeCl3 + 3KCNS = Fe(SCN)3 + 3KCl

Свойства соединений железа (+6). Феррат калия - окислитель. Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH t 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O

4K2FeO4 + 10H2SO4 (разб.) = 2Fe2(SO4)3 + 3O2 + 4K2SO4 + 10H2O

Химия меди и ее соединений

Медь - мягкий красный металл, хорошо проводит тепло и электрический ток.

Получение и свойства меди

Cu + 2HCl + H2O2 = CuCl2 + 2H2O

Cu + 2H2SO4 (конц.) = CuSO4 + SO2 + 2H2O Cu + 4HNO3 (конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3Cu + 8HNO3 (разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 4Сu + O2 (недостаток) 200 oC 2Cu2O

Свойства соединений меди (I)

Cu2O + 4(NH3 H2O) (конц.) = 2[Cu(NH3)2]OH + 3H2O

Свойства соединений меди (II) CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OН)2 + Na2SO4

Cu(OН)2 t СuO + H2O Cu(OН)2 + Н2SO4 = CuSO4 + 2H2O

Cu(OН)2 + NaOH не идет в растворе

Cu(OН)2 + 2NaOH (конц.) t Na2[Cu(OH)4] CuSO4 + 4(NH3 H2O) = [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O [Cu(NH3)4]SO4 + Na2S = CuS + Na2SO4 + 4NH3

74

2CuSO4 + 2H2O  (CuOH)2SO4 + H2SO4 (гидролиз) 2CuSO4 + 4KI = 2CuI + I2 + 2K2SO4

2Cu(NO3)2 t 2CuO + 4NO2 + O2

Химия серебра и его соединений

3Ag + 4HNO3 (разб.) = 3AgNO3 + NO + 2H2O

2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + H2O + 2NaNO3 AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3

AgCl + 2(NH3 H2O) = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O [Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 = AgCl + 2NH4NO3

Ag2O + 4(NH3 H2O) (конц.) = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O 2[Ag(NH3)2]OH + CH3CHO + 2H2O = 2Ag + CH3COONH4 + 3(NH3 H2O)

Химия цинка и его соединений

Получение и свойства цинка

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4 (разб.) = ZnSO4 + H2

4Zn + 5H2SO4 (конц.) = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O Zn + 4HNO3 (конц.) = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

4Zn + 10HNO3 (оч.разб.) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Свойства соединений цинка

ZnSO4 + 2NaOH = Zn(OH)2 + Na2SO4

Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] Na2[Zn(OH)4] + 2HCl = Zn(OH)2 + 2NaCl + 2H2O Na2[Zn(OH)4] + 4HCl = ZnCl2 + 2NaCl + 4H2O Zn(OH)2 + 6NH4OH = [Zn(NH3)6](OH)2 + 6H2O

2ZnSO4 + 2H2O  (ZnOH)2SO4 + H2SO4 (гидролиз).

75

Часть III. Аналитическая химия.

3.1. Качественный анализ

Аналитическая химия – наука о методах определения качественного и количественного состава веществ и их строения

Аналитическая химия подразделяется на качественный анализ и количественный анализ.

Качественный анализ – наука о методах определения качественного состава веществ.

Качественный анализ включает в себя следующие методы: химические, физические, физико-химические.

В основе химических методов находятся аналитические реакции, то есть реакции, с помощью которых устанавливается качественный состав вещества.

Аналитические реакции характеризуются чувствительностью и селективностью.

Чувствительность аналитической реакции характеризуется величиной открываемого минимума (наименьшей массой вещества, открываемого данной реакцией, – например, 0,01 г) и предельным разбавлением (отношением массы определяемого вещества к массе раствора – например, 1:1000). По своей чувствительности качественный анализ подразделяется на следующие методы.

Качественный анализ подразделяется на сухой метод (исследования в твердой фазе) и мокрый метод (исследования в растворах). Последний метод подразделяется на анализ катионов и анализ анионов.

При анализе ионов используются:

76

дробныйметод(ионопределяетсявприсутствиидругих ионов с помощью одной реакции);

систематический анализ (ион определяется с помощью последовательности нескольких реакций).

Внастоящем лабораторном практикуме студенты для качественного анализа веществ используют химические методы полумикроанализа, при этом, как правило, используется мокрый метод, то есть анализ ионов в растворах с помощью дробного и систематического методов анализа.

Всоответствии с кислотно-основной классификацией анализируемые катионы разбиваются на 6 групп катионов в зависимости от их поведением при действии групповых реактивов. Перечень ионов по группам и соответствующие групповые реактивы даны в следующей таблице.

При действии на смесь ионов раствора соляной кислоты катионы второй группы образуют нерастворимые хлориды, которые выпадают в осадок, и могут быть отделены центрифугированием от раствора, содержащего катионы других групп. Осадок нерастворимых хлоридов катионов второй группы может быть проанализирован, и каждый катион может быть там определен, независимо от присутствия других катионов второй группы.

При действии раствора серной кислоты на раствор, содержащий катионы всех групп, кроме второй, выпадает нерастворимый осадок сульфатов катионов третьей группы, который далее может быть проанализирован. Для понижения растворимости сульфата кальция при осаждении в раствор добавляют этанол.

При добавлении к раствору, оставшемуся после осаждения и

77

отделения сульфатов третьей группы, раствора гидроксида натрия (или калия) катионы пятой и шестой групп образуют нерастворимые гидроксиды, а катионы первой и третьей групп остаются в растворе, из которого они могут быть определены с помощью соответствующих реакций.

При действии на осадок гидроксидов пятой и шестой групп раствора аммиака гидроксиды катионов шестой группы растворяются с образованием растворимых аммиакатов, гидроксиды катионов пятой группы остаются в осадке. Далее проводится анализ полученных раствора и осадка с помощью соответствующих реакций.

Таким образом, с помощью групповых реактивов возможно разделение ионов на группы. После подобного разделения оказывается возможным определить ионы, в присутствии катионов только той же самой группы.

Исследуемые анионы также разбиваются на три аналитические группы анионов. Однако ввиду малого числа анионов, определяемых в данном практикуме, это разделение мы не рассматриваем, а определяем анионы дробным методом.

3.2. Количественный анализ

Количественный анализ изучает методы определения количественного состава вещества. Методы количественного анализа:

химические, физико-химические и физические.

К химическим методам относятся гравиметрический (весовой) анализ и титриметрический (объемный) анализ.

Физические и физико-химические методы включают оптические, электрохимические, масс-спектральные, хроматографические, радиометрические и другие методы.

Титриметрический анализ Титриметрическим (объемным) анализом называют метод

количественного химического анализа, который основан на точном измерении объема реактива известной концентрации, необходимого для реакции с данным количеством определяемого вещества.

80