Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Лабораторный практикум
.pdf
1. Нитрат серебра AgNО3 с ионами Br– дает желтовато-белый
осадок бромида серебра:
NaBr + AgNO3 → ↓AgBr + NaNО3;
Ag+ + Br– → ↓AgBr.
Осадок не растворяется в азотной кислоте, плохорастворим в
аммиаке и хорошо растворяется в растворе тиосульфата натрия:
AgBr + Na2S2О3 → NaBr + Na[Ag(S2О3)].
К 4 каплям бромида натрия (NaBr) приливают 4 капли раствора
нитрата серебра. Раствор с осадком делят на две части: к одной
прибавляют раствор тиосульфата натрия, а к другой – концентрированный раствор аммиака и сравнивают растворение осадка AgBr
в этих реактивах.
2. Хлорная вода, прибавленная к раствору бромида, выделяет из
него свободный бром, который растворяется в сероуглероде или
хлороформе, окрашивая слой растворителя в оранжевый цвет:
С12 + 2NaBr → 2NaCl + ↑Br2.
При большом избытке хлорной воды окраска исчезает, потому
что хлор образует с бромом хлористый бром (BrCl), имеющий более светлую окраску. Эта реакция является самой характерной на
ион Вr–.
К 3 каплям раствора бромида натрия прибавляют 0,5 мл хлороформа и затем по каплям, при энергичном встряхивании, 2–3 капли хлорной воды. Наблюдают окраску слоя хлороформа.
В. Обнаружение ионов I –
1. Нитрат серебра (AgNО3) с ионами I– дает желтый осадок йо-
дида серебра:
KI + AgNO3 → ↓AgI + KNО3;
Ag+ + I– → ↓AgI.
Осадок не растворяется в азотной кислоте и растворе аммиака.
К 4 каплям иодида калия (KI) приливают 4 капли раствора нитрата серебра. Наблюдают образование осадка желтого цвета.
2. Хлорная вода, прибавленная к раствору йодида, выделяет из
него свободный йод, который окрашивает крахмал в синий цвет, а
органические растворители – в фиолетовый цвет:
31
С12 + 2I–→ 2Cl– + I2.
,NО
3
,NО
2
,NО
3
,NО
2
3
NО
При избытке хлорной воды фиолетовая окраска исчезает вследствие образования йодноватой кислоты (HIO3):
5С12 + I2 + 6H2О → 2HIO3 + 10HCl.
Смешивают по капле растворы йодида калия (KI) и бромида
калия (KBr), разбавляют водой в 2 раза, подкисляют 2–3 каплями
раствора серной кислоты, приливают несколько капель бензола и
прибавляют по капле хлорную воду, хорошо взбалтывая содержимое пробирки. Появляется фиолетовая окраска бензольного ядра.
Вслед за исчезновением фиолетовой окраски возникает краснобурая окраска от брома, сменяющаяся затем на лимонно-желтую.
Опыт 9. Обнаружение ионов
CH3COO
–
(третья аналитическая группа анионов)
Реактивы и оборудование: растворы дифениламина ((С6H5)2NH),
серной кислоты (H2SO4), нитрата серебра (AgNО3), нитрата калия
(КNO3), молибдата аммония ((NH4)2MoO4), азотной кислоты
(HNO3), гидроксида натрия (NaOH), нитрита калия (KNO3), йодида
калия (KI), ацетата натрия (СH3СООNa), амилового спирта
(C5H11OH), крахмального клейстера, металлический алюми-
ний, лакмусовая бумага, пипетка, пробирки, спиртовка, штатив.
Т е о р е т ич е с к ое по я с н е н ие. К третьей группе анионов
относятся нитрат-ион
нитрит-ион
ацетат-ион
CH3COO–.
Катионы бария Ва2+ и серебра Ag+ с анионами этой группы
осадков не образуют. Группового реагента на анионы третьей
группы нет.
Х о д р а бо ты
А. Обнаружение ионов
1. В сухую пробирку помещают 0,5 мл раствора дифениламина,
добавляют 4–5 капель концентрированной серной кислоты и
3–4 капли раствора нитрата калия. Быстро окисляясь в кислой сре-
32
де под действием
3
NО
3
3NО
.8AlО
2
2
NО
2
О2N
2
NО
-ионов, дифениламин образует соединение
синего цвета.
2. Металлический алюминий в сильнощелочной среде восста-
навливает нитраты до аммиака:
8Al3+ +
+ 5OH– + 2H2O → ↑3NH3 +
В пробирку помещают 4 капли раствора нитрата калия и добавляют 6 капель раствора гидроксида натрия. Вносят в раствор кусочек алюминия. Отверстие пробирки закрывают влажной красной
лакмусовой бумажкой. Наблюдают ее посинение.
Б. Обнаружение ионов
1. Йодид калия (KI) в присутствии разбавленной серной кисло-
ты окисляется нитритами до свободного йода:
2I– +
+ 4H+ → I2 + 2H2O + 2NO↑.
Берут 5–6 капель раствора нитрита калия, добавляют 2–3 капли
2 н. раствора серной кислоты (H2SО4), 4–5 капель 10%-го раствора
йодида калия и несколько капель крахмального клейстера. Полу-
ченную смесь перемешивают. В присутствии нитрит-иона
появляется интенсивно-синее окрашивание раствора.
В. Обнаружение ионов CH3COO–
При взаимодействии с растворами ацетатов образуются эфиры,
которые узнаются по запаху:
2СH3СООNa + H2SO4 → Na2SO4 + 2CH3COOH;
CH3COOH + C5H11OH CH3COOC5H11 + H2O.
К смеси из 3–5 капель раствора ацетата натрия и 3–5 капель
амилового спирта прибавляют около 1 мл концентрированной
H2SO4. Смесь слегка нагревают. Появление приятного фруктового
запаха – признак присутствия ацетат-иона. Можно обнаружить
ацетат-ион непосредственно по запаху уксуса. К 3–5 каплям исследуемого раствора прибавляют 1 мл разбавленной (1:1) серной
кислоты (H2SO4), осторожно нагревают и выделяющиеся пары испытывают на запах.
33
Л а б о р а то р н а я р а бо та № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ
КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ВОДЫ
В КРИСТАЛЛОГИДРАТЕ ХЛОРИДА БАРИЯ
И ЖЕЛЕЗА В СОЛИ МОРА
ГРАВИМЕТРИЧЕСКИМ АНАЛИЗОМ
Р е а к т и вы и о б о р уд о в а н и е: кристаллогидрат хлорида
бария (BaCl2 · 2H2O), соль Мора (NH4)2Fe(SO4)2 · 6Н2О), кристаллы
хлорида аммония (NH4Cl), концентрированная азотная кислота
(HNО3), концентрированный раствор (NH4OH), бюкс, сушильный
шкаф, тигельные щипцы, эксикатор, аналитические весы, фильтры, стакан химический, палочка стеклянная, воронка для фильтрования, колба для сбора фильтрата, промывалка, фарфоровый
тигель для прокаливания, хлористый аммоний химически чистый.
Т е о р е т ич е с к ое п о я с н е ни е. Гравиметрический (весо-
вой) метод – это один из методов количественного анализа, задачей которого является определение количественных соотношений
составных частей в веществе, например определение процентного
состава вещества, концентрации раствора, содержания кристаллизационной воды в кристаллогидрате и т. п.
Суть метода состоит в том, что из определенного взвешенного
количества (навески) вещества посредством соответствующих химических реакций выделяют составную часть в виде осадка. Его
отделяют от раствора (фильтрование) и после прокаливания или
высушивания взвешивают на аналитических весах. Наряду с осаждением применяют другие методы, например метод отгонки, при
помощи которого устанавливают количество летучих составных
частей вещества (Н2О, СО2 и т. д.). Во всех методах весового анализа количество определяемого компонента вычисляют исходя из
результатов взвешивания. Весовой анализ должен выполняться
более тщательно, чем качественный анализ.
Весовой анализ методом осаждения включает следующие характерные операции:
1) подготовку средней пробы вещества;
2) отвешивание небольшого количества вещества (взятие
навески);
34
3) перевод навески в раствор;
4) отделение мешающих элементов;
5) осаждение определяемой составной части вещества;
6) отфильтровывание осадка;
7) сжигание фильтра и прокаливание осадка;
8) взвешивание осадка;
9) вычисление результатов анализа.
При определении кристаллизационной воды методом весового
анализа количество приемов уменьшается за счет того, что нет
операций растворения и фильтрования осадков.
Кристаллизационной называют воду, которая входит в струк-
туру кристаллических веществ. Такие вещества, в структуру которых входит вода, называют кристаллогидратами. Содержание
кристаллизационной воды отражается в химических формулах,
например: BaCl2 · 2H2O, H2C2O4 · 2H2O, CuSO4 · 5H2O, Na2SO4
10H2O. Бывают и более сложные кристаллогидраты, например
оксихинолят магния Mg(C9H6ON)2 · 2H2O.
Кристаллогидраты могут терять кристаллизационную воду при
стоянии на воздухе (выветривании), например Na2SO4 · 10H2O,
Na2CO3 · 10H2O. Некоторые кристаллогидраты, например
CaCl2 · 2H2O, могут даже поглощать водяные пары из воздуха, что
используют для осушения газов. Прочность связи между основным веществом и водой бывает различная.
Опыт 1. Определение содержания
кристаллизационной воды
в кристаллогидрате хлорида бария (BaCl2 · 2H2O)
Х о д р а бо ты
Для проведения опыта необходимо подготовить бюкс. Его тщательно моют и споласкивают дистиллированной водой, снаружи
вытирают чистым полотенцем. На шлифе твердым простым карандашом записывают свой условный номер (или инициалы) и
ставят на определенное место в сушильный шкаф. Бюкс выдерживают при температуре 120–125 °С около 1 ч в сушильном шкафу,
при этом крышку бюкса кладут на ребро. По истечении указанного
срока бюкс переносят тигельными щипцами в эксикатор, подне-
35
сенный к сушильному шкафу, закрывают крышку бюкса, затем
г.7,0
36
1,0244
x
крышку эксикатора и выдерживают бюкс в эксикаторе около
30 мин. После этого взвешивают бюкс на аналитических весах.
Результат взвешивания сразу записывают. Вновь помещают бюкс
в сушильный шкаф на 25–30 мин, не забывая поставить крышку на
ребро. Затем опять охлаждают бюкс в эксикаторе и взвешивают на
тех же аналитических весах, используя тот же разновес. Повторные высушивания ведут до тех пор, пока не доведут бюкс до постоянной массы. В этом случае результаты двух последних взвешиваний не должны различаться более чем на 0,000 1 г. Записи в
тетради зафиксируют изменение массы пустого бюкса после каждого высушивания.
А. Расчет навески
Удаляемая или выделяемая составная часть при гравиметрических определениях имеет массу 0,01–0,10 г. В данном случае удаляемой составной частью является вода. Ее масса может быть принята равной около 0,1 г. Один моль кристаллогидрата BaCl2 · 2H2O
выделяет 2 моль Н2О.
Найдем, сколько граммов кристаллогидрата выделяет 0,1 г
воды:
BaCl2 · 2H2O – 2H2O;
244 г — 36 г;
х — 0,1;
Если в бюксе можно распределить тонким слоем большое количество соли, то размер навески допустимо увеличить до 1 г и
даже несколько больше. Это будет способствовать большей точности определения.
Б. Взятие навески
На аналитических весах тарируют, т. е. уравновешивают, пустой бюкс и добавляют около 1 г, но не менее 0,7 г х. ч. кристаллогидрата хлорида бария. В тетради записывают массу бюкса с
навеской.
В. Высушивание навески
36
Высушивание навески проводят так же, как высушивание пу-
г.80,14
4896,0
1007132,0
х
стого бюкса с открытой крышкой. Первый раз бюкс с навеской
выдерживают в сушильном шкафу около 2 ч. Затем охлаждают в
эксикаторе, не забывая при этом закрыть крышку, и взвешивают,
фиксируя массу бюкса в тетради. Затем ставят бюкс с навеской в
сушильный шкаф на 1 ч, охлаждают в эксикаторе, взвешивают и
фиксируют массу в тетради. Каждый раз несколько сокращая время высушивания, доводят бюкс с навеской до постоянной массы.
Г. Вычисление содержания кристаллизационной воды
П р и м е р. Определение кристаллизационной воды в кристаллогидрате хлорида бария.
Масса пустого бюкса после первого высушивания – 21,840 3 г.
Масса пустого бюкса после второго высушивания – 21,840 3 г.
Масса пустого бюкса после третьего высушивания – 21,840 1 г.
Масса пустого бюкса – 21,840 1 г.
Масса бюкса с навеской до высушивания – 22,736 5 г.
Масса навески – 0,896 4 г.
Масса бюкса с навеской после первого высушивания – 22,608 2 г.
Масса бюкса с навеской после второго высушивания –
22,603 9 г.
Масса бюкса с навеской после третьего высушивания –
22,603 8 г.
Окончательная масса бюкса с навеской после высушивания –
22,603 8 г.
Масса кристаллизационной воды – 0,132 7 г.
Как видно из приведенного примера, массу кристаллизационной воды определяют по разности между массой бюкса с навеской
до высушивания и массой бюкса с навеской после высушивания.
Д. Расчет результата анализа
Из приведенных данных можно рассчитать содержание кристаллизационной воды в навеске х (%):
0,896 4 г BaCl2 · 2H2O содержат 0,1327 г H2O;
100 г BaCl2 · 2H2O содержат х H2O;
37
Находят теоретическое содержание воды в кристаллогидрате
,г75,14
28,244
10003,36
y
%.34,0
75,14
10005,0
отн
х
3
NО
2
HNО
хлорида бария (%):
244,28 г BaCl2 · 2H2O содержат 36,03 г H2O;
100 г BaCl2 · 2H2O – содержат y H2O;
где 244,28 г – молярная масса BaCl2 · 2H2O; 36,03 – молярная масса 2H2О.
Разность между найденным значением и теоретическим содержанием (х – у) составляет абсолютную ошибку опыта:
14,80 – 14,75 = 0,05 %.
Относительную ошибку Δх
(%) находим из пропорции:
отн
14,75 – 0,05 %;
100 – Δх
отн
;
Погрешность измерения: 14,80 0,05.
Определение кристаллизационной воды требует значительных
затрат времени. За одно занятие работу выполнить нельзя, но ее
можно прекратить на любой стадии. В этом случае бюкс с навеской (или без нее) закрывают крышкой и помещают в эксикатор до
следующего занятия.
Опыт 2. Определение содержания железа
в растворе соли Мора
Х о д р а бо ты
Железо в водном растворе соли Мора ((NH4)2Fe(SO4)2 · 6Н2О)
определяют в виде Fe2O3, предварительно окислив ионы железа
(II) раствором азотной кислоты, а затем осадив полученные ионы
Fe3+раствором аммиака:
2Fe2+ +
Fe3+ + 3NH4OH → Fe(OH)3 + 3NH
+ 3Н+ → 2Fe3+ +
+ H2O;
+
;
4
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O.
38
Формой осаждения является аморфный осадок Fe(OH)3=
= 3,2·10
–38
, а весовой формой – прокаленный безводный оксид железа (III) – Fe2O3. Определению мешают ионы Mg2+, А13+, Сr3+ и
другие, образующие гидрооксиды.
К раствору соли Мора, полученному для анализа в стакане
на 300 мл, прибавляют 10 мл дистиллированной воды, 3 г
NH4C1 (х. ч.) и нагревают почти до кипения (но не кипятят!). Затем добавляют по каплям при перемешивании 1–2 мл концентрированной HNO3 и продолжают нагревание еще 3–5 мин. Полученный желтый раствор разбавляют до 150 мл горячей дистиллированной водой и осаждают бурый осадок гидроксида железа концентрированным раствором NH4OH, осторожно, по каплям добавляя его к реакционной смеси при перемешивании. Раствор с осадком оставляют на 5 мин, проверяют полноту осаждения и приступают к фильтрованию через фильтр малой плотности (красную
ленту). Промывают осадок горячей водой методом декантации
(5–6 раз), а затем на фильтре до отрицательной пробы на хлоридион.
Осаждение, фильтрование и промывание осадка заканчивают
обязательно в один прием (оставлять до следующего занятия
не промытый до конца осадок нельзя!).
Фильтр с промытым осадком подсушивают в сушильном шкафу при 110–115 °С и еще слегка влажным переносят в прокаленный до постоянной массы фарфоровый тигель. Далее фильтр обугливают на электрической плитке и прокаливают в муфельной печи
при 800–900 °С.
Техника выполнения операций фильтрования, промывания,
обугливания и прокаливания, а также оформление результатов
анализа аналогичны приведенным в опыте 1.
Определив массу весовой формы (Fe2O3), рассчитывают массу
содержащегося в анализируемом растворе железа, пользуясь соответствующим фактором пересчета.
39
Л а б о р а то р н а я р а бо та № 3
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТИТРОВАННЫХ
РАСТВОРОВ КИСЛОТ И ЩЕЛОЧЕЙ
(МЕТОД КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО
ТИТРОВАНИЯ, ИЛИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ)
Р е а к т и вы и о б о ру д о в а н и е: кристаллогидрат тетрабо-
рата натрия (Na2B4O7 · 10H2O), концентрированная соляная кислота (HCl), растворы метилоранжа, буры, бюретка, стеклянная палочка, воронка, мерная колба, ареометр, пипетка, водяная баня,
бюкс, аналитические весы, воронка Бюхнера, фильтр, термометр,
пробирки, штатив.
Т е о р е т ич е с к ое п о я с н е ни е. Метод кислотно-основного
титрования основан на реакциях взаимодействия между кислотами
и основаниями, т. е. на реакции нейтрализации:
Н+ + ОН– Н2О.
Рабочими растворами метода являются растворы сильных кислот (HCl, H2S, НNОз и др.) или сильных оснований (NaOH, КОН,
Ва(ОН)2 и др.). В зависимости от титранта метод кислотноосновного титрования подразделяют на ацидиметрию, если титрантом является раствор кислоты, и алкалиметрию, если титрантом служит раствор основания.
Рабочие растворы обычно готовят как вторичные стандартные
растворы, поскольку исходные для их приготовления вещества
такими не являются, а затем их стандартизуют по стандартным веществам или растворам. Например, растворы кислот
можно стандартизовать по веществам – натрия тетраборат
(Na2B4О7 · 10Н2О), натрия карбонат (Nа2СО3 · 10Н2О) или по растворам – NaOH, КОН; а растворы оснований – по кислотам – щавелевой (Н2С2О4 · 2Н2О), янтарной (Н2С4Н4О4) или по стандартным
растворам HCl, H2SO4, НNО3.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]