Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия основы химического анализа. Качественный анализ. Учебное пособие
.pdf
ВОЛОГОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОЛОЧНОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Н.В. ВЕРЕЩАГИНА
Т.Ю. Бурмагина, И.С. Полянская
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ:
ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОГО
АНАЛИЗА.
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Учебное пособие
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2022
УДК 543.061
ББК 24.4
Б91
Авторы:
Бурмагина Т.Ю. — канд. техн. наук, доц. кафедры технологии молока
и молочных продуктов Вологодской государственной
молочнохозяйственной академии имени Н.В. Верещагина;
Полянская И.С. — канд. техн. наук, доц. кафедры технологии молока
и молочных продуктов Вологодской государственной
молочнохозяйственной академии имени Н.В. Верещагина
Рецензенты:
Хайдукова Е. В. — канд. техн. наук, доц. кафедры технологии молока
и молочных продуктов Вологодской государственной
молочнохозяйственной академии имени Н.В. Верещагина;
Воропай Л. М. — канд. хим. наук, доц. кафедры биологии и химии
Вологодского государственного университета
Бурмагина, Татьяна Юрьевна.
Б91 Аналитическая химия: основы химического анализа. Качественный
анализ : учебное пособие / Т.Ю. Бурмагина, И.С. Полянская ; Вологодская
государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина. —
Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2022. — 106 с. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-1996-6
Учебное пособие содержит основные понятия, связанные с аналитическим процессом и методами аналитического анализа, представлены
аналитические классификации ионов и методы их качественного определения. Изложен систематический ход анализа смесей ионов, в том числе
инструментальные методы качественного анализа.
Подготовлено с учетом требований Федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования.
Предназначено для студентов всех специальностей и направлений
подготовки, учебными планами которых предусмотрено изучение дисциплин «Аналитическая химия», «Химические методы анализа», «Физикохимические методы анализа» и другие аналогичные курсы.
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-1996-6 © Бурмагина Т.Ю., Полянская И.С., 2022
© ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА, 2022
© ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2022
Учебное издание
Бурмагина Татьяна Юрьевна
Полянская Ирина Сергеевна
Редактор А.Д. Талмаева
Технический редактор, компьютерная верстка Ю.В. Семенова
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк «Лори»
Подписано к использованию 16.12.2022. Объем данных 7 Мб.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»
8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)
E-mail: sale@iprmedia.ru
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 6
1. ВВЕДЕНИЕ В АНАЛИТИЧЕСКУЮ ХИМИЮ .............................................. 9
1.1. Понятие, направления развития и задачи предмета ...................................... 9
1.2. Классификация аналитических методов анализа ........................................ 11
1.3. Стадии аналитического процесса .................................................................. 16
1.4. Аналитические реакции, способы и условия их выполнения .................... 20
1.5. Дробный и систематический методы анализа .............................................. 27
Контрольные вопросы и задания ...................................................................... 30
2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ИОНОВ .................................. 32
2.1. Анализ катионов .............................................................................................. 32
2.1.1. Сульфидная классификация ..................................................................... 32
2.1.2. Кислотно-основная классификация ........................................................ 61
2.1.3. Аммиачно-фосфатная классификация ................................................... 68
2.2. Анализ анионов ............................................................................................... 71
Контрольные вопросы и задания ...................................................................... 82
3. СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ ХОД АНАЛИЗА СМЕСЕЙ ИОНОВ .................. 84
3.1. Анализ смеси катионов первой подгруппы K+, NH
4
+
, Rb+, Cs+ .................. 84
3.2. Анализ смеси катионов второй подгруппы Li+, Na+, Mg2+ ......................... 84
3.3. Анализ смеси катионов первой группы
K+, NH
4
+
, Rb+, Cs+, Li+, Na+, Mg2+ .......................................................................... 85
3.4. Анализ смеси катионов первой и второй
аналитических групп NH
4
+
, K+, Na+, Mg2+, Ba2+, Sr2+, Ca2+ ................................ 86
3.5. Анализ смеси катионов третьей аналитической группы ............................ 88
3.5.1. Сульфидно-щелочной метод анализа смеси
катионов третьей аналитической группы ...................................................... 88
3.5.2. Щелочно-пероксидный метод анализа
катионов третьей аналитической группы ...................................................... 90
3.6. Анализ смеси катионов первой, второй
и третьей аналитической групп ............................................................................ 93
3.7. Анализ смеси катионов первой, второй
и третьей аналитических групп аммиачно-фосфатным методом ..................... 94
3.8. Анализ смеси катионов кислотно-основной классификации ..................... 95
Контрольные вопросы и задания ...................................................................... 96
5
4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ........................................................................... 97
4.1. Спектральный качественный анализ ............................................................. 97
4.2. Хроматографический качественный анализ .............................................. 100
Контрольные вопросы и задания .................................................................... 102
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 103
ПРИЛОЖЕНИЕ. Общая таблица
аналитической классификации катионов........................................................ 104
6
ВВЕДЕНИЕ
Один опыт я ставлю выше, чем
тысячу мнений, рожденных только
воображением.
М.В. Ломоносов
Наука аналитическая химия, история которой коренится в алхимии, за все
время своего развития накопила множество способов быстрого и экономичного
определения содержания в анализируемой пробе желательных или не желательных химических соединений, и даже позволяет определить конкретный катион или анион, который содержится в них. Многие из найденных способов отнесены к качественному полумикроанализу.
С одной стороны, небольшие количества необходимых реактивов делают
такой анализ существенно более безопасным, поскольку в ходе реакций образуются маленькие массы осадков, выделяются очень маленькие объемы газообразных веществ и т. п. В некоторых случаях это делает возможным проведение
таких реакций в условиях учебной химической лаборатории.
С другой стороны, многие качественные реакции используются на прак-
тике во многих отраслях народного хозяйства, имеют модификацию полуколичественного анализа, в котором уже дается ответ не просто на вопрос, содержится ли искомый химический элемент в анализируемых пробах, но и сколько
его примерно содержится, например, нет ли превышения предельно-допустимой концентрации (ПДК). Таким образом, качественный анализ в аналитической химии часто экономит средства и силы исследователя, предшествуя количественному анализу.
Проведение качественных реакций аналитической химии студентами
также позволяет, следуя выражению М.В. Ломоносова, не только научиться
ставить опыты, но и, что является неотъемлемой частью современного образовательного процесса, может научить анализу проблемных ситуаций на основе
системного подхода, вырабатывать стратегию действий в условиях неполной
определенности, служить основой для разработки реальных или вымышленных
ситуаций, для формирования у студентов новых качеств и умений, связанных
с продуктивной деятельностью.
7
Среди осваиваемых компетенций при изучении дисциплины «Аналитиче-
ская химия» отмечаются следующие:
- способен осуществлять критический анализ проблемных ситуаций на
основе системного подхода, вырабатывать стратегию действий;
- способен решать типовые задачи профессиональной деятельности на
основе знаний основных законов естественнонаучных дисциплин;
- способен применять основные законы и методы исследований есте-
ственных наук для решения задач профессиональной деятельности;
- способен проводить лабораторные исследования физико-химическими,
химическими методами анализа в соответствии со стандартными методиками,
требованиями нормативно-технической документации и экологической безопасности.
Освоение материалов данного учебного пособия способствует раз-
витию:
1) знаний:
- методов и основных принципов критического анализа, оценки совре-
менных научных достижений;
- правил техники безопасности при выполнении аналитических исследо-
ваний;
- по осуществлению расчетов, анализу полученных результатов и их си-
стематизации;
- основных методов анализа проб исследуемого вещества (пищевой про-
дукции, агробиологических объектов и т. д.);
- технических возможностей современного специализированного оборудо-
вания и методов решения задач профессиональной деятельности с его помощью;
2) умений:
- в получении новых знаний на основе анализа и синтеза полученной ин-
формации;
- в сборе и обобщении данных по проблеме, непосредственно относящей-
ся к профессиональной деятельности;
- в осуществлении поиска информации и решений на основе эксперимен-
та и опыта;
- проведения лабораторных химических и физико-химических экспери-
ментальных исследований и интерпретации полученных аналитических результатов;
8
- применения современных технологий и методов исследований в про-
фессиональной деятельности;
3) навыков:
- практических лабораторных исследований по проведению аналитиче-
ских анализов с применением как классических методов, так и современных
технологий и методов исследований;
- работы со специализированной лабораторной химической посудой, ре-
активами, материалами и оборудованием для реализации поставленных задач
при проведении исследований;
- оценки качественных и количественных показателей анализируемой
пробы;
- решения задач профессиональной деятельности посредством анализа,
синтеза и других методов интеллектуальной деятельности;
- оценочных суждений в решении проблемных профессиональных ситуаций.
9
1. ВВЕДЕНИЕ В АНАЛИТИЧЕСКУЮ ХИМИЮ
1.1. ПОНЯТИЕ, НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ И ЗАДАЧИ ПРЕДМЕТА
Аналитической химией называют науку о методах качественного и ко-
личественного (атомного, ионного, изотопного, молекулярного) определения
состава веществ или их смесей, из которых состоят объекты природы и деятельности человека.
Аналитическая химия — наука, разрабатывающая теоретические основы
и экспериментальные методы определения состава веществ и (или) их смесей.
Аналитическая химия — наука, развивающая теоретические основы
анализа химического состава веществ, разрабатывающая методы идентификации и обнаружения, определения и разделения химических элементов, их соединений, а также методы установления химического строения соединений.
Аналитическая химия имеет огромное научное и практическое значение,
представляя совокупность методов исследования веществ и их превращений.
Важную роль она играет также и в смежных с химией областях науки — минералогии, геологии, физиологии, микробиологии, а также в медицинских, агрономических и технических науках.
Направления развития аналитической химии как науки осуществля-
ется в следующих направлениях:
- в области теории: развитие теории химических процессов, расчет
сложных химических систем на основе термодинамических и квантово-химических представлений с применением алгоритмов и вычислительной техники;
- в методическом аспекте: внедрение автоматизации в аналитический
контроль на основе новых методов, устанавливающих зависимость между составом и свойствами химических систем без их измерения (физико-химический
анализ, лазерная, электронная, полупроводниковая техника);
- в прикладном аспекте:
4) повышение предела обнаружения, то есть снижение минимальных кон-
центраций и количеств определяемых веществ, что связано с получением вещества особой чистоты;
5) увеличение точности анализа;
6) создание методов анализа, обладающих высокой избирательностью,
исключающих необходимость устранения мешающих компонентов;
7) разработка экспрессных методов анализа, позволяющих исследовать
процессы, протекающие в короткие промежутки времени (ядерные реакции);
10
8) разработка методов микроанализа;
9) разработка безразрушительных и дистанционных методов анализа (ра-
диоактивные вещества, морские воды на больших глубинах, космические объекты).
В развитие этих направлений большой вклад внесли русские аналитики:
всемирно известны их работы по анализу веществ высокой чистоты, разработке
органических аналитических реагентов, фотометрии и другие. В нашей стране
создан ряд методов, которые используют во многих странах (тонкослойная
хроматография, бесстружковый метод анализа).
Проведение многих научных исследований тесно связано с использова-
нием методов аналитической химии.
Особенно велико значение аналитической химии и химического анализа
в производстве, где необходим постоянный контроль для предупреждения брака, причиной, которого часто бывают нежелательные примеси в исходном сырье, промежуточных продуктах и готовой продукции. По результатам анализа
судят о течении технологического процесса и о качестве получаемого материала. Ни один технологический процесс не обходится без входного, технологического, арбитражного и экологического контроля Служба аналитического контроля, существующая в большинстве лабораторий различных предприятий,
обеспечивает необходимое качество промышленного сырья и готовой продукции, помогает в решении вопросов охраны окружающей среды.
На основании данных химического анализа геологами ведутся поиски по-
лезных ископаемых. На основе многочисленных определений изотопного состава рудных свинцов и метеоритов установлен возраст земной коры (5 · 109лет)
и солнечной системы (более (4–4,5) · 109 лет).
По результатам анализа судят о той роли для питания растений и живот-
ных, которую играют, входящие в состав почв и удобрений микроэлементы.
По данным анализа крови врачи судят о состоянии здоровья человека или
животного.
Без современных методов анализа был бы невозможен синтез новых хи-
мических соединений. С другой стороны, новые методы производства требуют
более совершенных методов анализа.
В соответствии с определениями и значением аналитической химии мож-
но выделить следующие аналитические задачи:
1. Установление химического состава анализируемого объекта путем ка-
чественного и количественного анализа.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]