Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аналитическая химия основы химического анализа. Качественный анализ. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1110 11 > Следующая >>>

группы обрабатывают избытком гидроксида натрия NaOH и перекиси водорода Н2О2. Избыток перекиси водорода разлагают путем кипячения смеси (до прекращения выделения кислорода).

Осадок 1

Раствор 1

Fe(OH)3, H2MnО3, Co(OH)3,

Ni(OH)2

AlO

3–

, СrО

2–

, ZnO

2–

Буро-красный цвет осадка 1 указывает на присутствие Fe(OH)3, буро-

черный — на Н2МnO3 и Со(ОН)3, зеленоватый — на Ni(OH)2.

2. Растворение осадка 1. Осадок 1 центрифугируют, промывают и обрабатывают несколькими каплями 6 н. раствора азотной кислоты, к которой предварительно добавляют равный объем перекиси водорода. Смесь нагревают. В результате получается раствор 2.

Раствор 2

Fe3+, Mn2+, Со2+, Ni2+

3. Отделение катионов железа и марганца от катионов кобальта и никеля. К раствору 2 прибавляют десять капель концентрированного раствора аммиака и 5 капель перекиси водорода. Полученную смесь нагревают почти до кипения. Выпавший осадок центрифугируют, промывают теплым раствором аммиака в смеси с NH4C1.

Осадок 2

Раствор 3

Fe(OH)3, H2MnО3

[Co(NH3)6]3+, [Ni(NH3)6]2+

Катионы третьей аналитической группы разделяются на три подгруппы:

1) ионы железа и марганца — осадок 2;

2) ионы алюминия, хрома и цинка — раствор 1;

3) ионы кобальта и никеля — раствор 3.

Каждая из полученных подгрупп может быть проанализирована различ-

ными способами.

3. Растворение осадка 2 и обнаружение Мn2+. О присутствии ионов марганца в осадке 2 можно судить по черно-бурой окраске, обусловленной присутствием Н2МnO3. Для большей уверенности осадок 2 растворяют в азотной кислоте HNO3, к которой добавлено 1–2 капли перекиси водорода Н2O2; смесь ки-

пятят до полного разложения оставшейся перекиси водорода (раствор 4). Ионы марганца обнаруживают окислением Мn

в МnО

–

при помощи РbО2.

Обнаружение Fe2+. Присутствие железа (II) обнаруживают по образова-

нию темно-синего осадка турнбулевой сини, выпадающего при действии

K3[Fe(CN)6].

Присутствие Fe3+. Железо (III) обнаруживают по образованию темно-

синего осадка берлинской лазури, выпадающего при действии K4[Fe(CN)6], или по появлению кроваво-красного окрашивания при действии NH4SCN.

4. Обнаружение Ni2+ и Со2+. К капле раствора 3 прибавляют 1–2 капли реактива Чугаева. В присутствии Ni2+ образуется красный осадок (осадок 3). Другую порцию раствора подкисляют уксусной кислотой. К части полученного раствора добавляют 3–5 капель 6 н. раствора KNО2. В присутствии ионов кобальта выпадает желтый осадок (осадок 4). С другой частью раствора проводят реакцию с роданидом аммония.

5. Разложение алюмината, хромата и цинката. Подкисляют раствор 1 хлористоводородной кислотой HCl. При этом алюминат и цинкат разлагаются с образованием Аl3+ и Zn2+, а хромат превращается в бихромат (раствор 5).

6. Отделение и обнаружение Аl3+. К раствору 5 прибавляют равный объем NH4OH и NH4Cl и упаривают смесь. В осадок 5 переходит Аl(ОН)3. Осадок 5 отделяют центрифугированием и проводят проверочные реакции на ионы алюминия.

7. Обнаружение Zn2+ и СrО

–

. После отделения Аl3+ в растворе (раствор 6)

остаются [Zn(NH3)6]2+ и СrО

–

. Анализ этой смеси можно выполнить двумя ва-

риантами.

Вариант 1

Отделение Zn2+. Раствор 6 кипятят с концентрированным раство-

ром Nа2СО3 до полного удаления аммиака NH3. При этом выпадает белый осадок (осадок 6) оксикарбоната цинка. Осадок 6 фильтруют и проводят проверочные реакции на ионы цинка.

Наличие СrО

2–

в растворе 6 устанавливают по желтой окраске,

проведя одну из характерных реакций на хромат-ион

Вариант 2

Отделение СrО

2–

. Раствор 6 подкисляют разбавленной уксусной

кислотой и прибавляют к нему раствор ВаСl2. Выпадает желтый осадок (осадок 7) ВаСrO4. Осадок 7 центрифугируют, а в растворе 8 проверяют наличие Zn2+ осаждением сульфида цинка ZnS сероводородом из уксуснокислой среды или при помощи одной их характерных реакций на ионы цинка

3.6. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ПЕРВОЙ,

ВТОРОЙ И ТРЕТЬЕЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУПП

Анализ смеси катионов первой, второй и третьей аналитических групп

может быть проведен различными способами.

Для начала необходимо провести с отдельными пробами анализируемого

раствора предварительные испытания.

Обнаружение NH

. Обнаружение NH

проводят при помощи NaOH.

Обнаружение Fe3+. Присутствие Fe3+ в исследуемом растворе легко уста-

новить по образованию темно-синего осадка берлинской лазури или по образованию роданида железа, окрашенного в красный цвет.

Обнаружение Fe2+. Присутствие Fe2+ в анализируемом растворе можно

установить по образованию темно-синего осадка турнбулевой сини.

Проведение анализа

1. Осаждение сульфидов и гидроокисей катионов третьей группы и отделение их от катионов первой и второй групп. Для анализа отбирают 1 мл исследуемого раствора, прибавляют к нему несколько капель хлористоводородной кислоты HCl до кислой реакции и 5 капель концентрированного раствора NH4Cl. Смесь нагревают почти до кипения. Затем по каплям добавляют 10 капель группового реактива сульфида аммония и несколько капель раствора аммиака до рН = 9–9,2. Опять нагревают раствор и, если не достигнута полнота осаждения, приливают дополнительно 3–5 капель раствора (NH4)2S.

После достижения полноты осаждения, нагревают на водяной бане до 65–

70 °С и оставляют стоять 30 мин, а затем осадок отделяют центрифугированием.

Осадок 1

Раствор 1

Аl(ОН)3, Cr(OH)3, Fe2S3, FeS,

NiS, CoS, MnS, ZnS, (S)

Ba2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+,

K+, Na+, NH

(S2–)

2. Анализ смеси катионов первой и второй групп. Раствор 1 подкисляют уксусной кислотой и кипятят под тягой до полного удаления H2S. Из оставшегося раствора центрифугированием удаляют серу. Центрифугат исследуют, как указано при анализе катионов первой и второй групп в п. 3.4.

3. Растворение осадка сульфидов и гидроокисей. Осадок 1 промывают 2– 3 раза водой, содержащей NH4OH, NH4C1 и (NH4)2S, и переводят его в раствор по одному из предлагаемых вариантов.

Вариант 1

Осадок 1 обрабатывают при нагревании пятикратным по объему

количеством 1 н. хлористоводородной кислоты HCl и далее исследуют, как описано в сульфидно-щелочном методе анализа катионов третьей группы в п. 3.5.1

Вариант 2

Осадок 1 растворяют при нагревании в смеси 2 н. раствора НСl и Н2O2 или в 6 н. азотной кислоте HNO3 и далее исследуют, как описано в щелочно-пероксидном методе анализа-катионов третьей группы в п. 3.5.2

3.7. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ПЕРВОЙ, ВТОРОЙ И ТРЕТЬЕЙ АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП

АММИАЧНО-ФОСФАТНЫМ МЕТОДОМ

Метод разработан в МХТИ им. Д.И. Менделеева командой ученых под

руководством Анатолия Павловича Крешкова.

Для начала необходимо провести с отдельными пробами анализируемого

раствора предварительные испытания для обнаружения NH

, Fe3+, Fe2+.

Если в растворе находятся Fe2+, то анализируемую смесь кипятят с 2–

3 каплями концентрированной HNO3 до полного окисления Fe

в Fe3+. Если ионы железа отсутствуют, то к анализируемой смеси предварительно добавляют 5 капель раствора, содержащего Fe3+, для лучшего осаждения в дальнейшем вместе с FePО4 и фосфата хрома.

1. Осаждение фосфатов, нерастворимых в аммиаке. Анализируемую

смесь медленно (по каплям) при непрерывном перемешивании приливают к 1 мл 25 %-го водного раствора NH4OH и добавляют туда в избытке раствор

(NH4)2HPО4. При этом выпадает осадок фосфатов.

Осадок 1

Раствор 1

FePО4, AlPO4, CrPO4, MnNH4PO4,

MgNH4PO4, Ba3PO4, Sr3(PO4)2,

Са3(РО4)2

[Zn(NH3)6]2+, [Co(NH3)6]2+,

[Ni(NH3)6]2+, K+, Na+, NH

2. Растворение фосфатов в уксусной кислоте. Осадок 1 отделяют, тщательно промывают аммиаком и в фарфоровой чашке обрабатывают при нагревании уксусной кислотой. При этом растворяются фосфаты, образованные катионами второй аналитической группы, и фосфаты марганца и магния.

Осадок 2

Раствор 2

FePО4, AlPO4, CrPO4

Мn2+, Ва2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+

3. Растворение фосфатов в едком натре. К осадку 2 добавляют раствор едкого натрия, при этом растворяются фосфаты алюминия и хрома.

Осадок 3

Раствор 3

FePО4

AlO

3–

, СrО

2–

4. Отделение катионов Мn2+. К раствору 2 добавляют 5 капель концентрированной HNО3 и несколько кристаллов КВrO3; смесь нагревают. Ионы марганца окисляются и выпадает черно-бурый осадок 4.

Осадок 4

Раствор 4

МпО2 (или Н2МnO3)

Ва2+, Sr2+, Ca2+, Mg2+

Далее отделяют осадок МnО2 центрифугированием и проводят провероч-

ные реакции на марганец. Раствор 4 анализируют обычными способами.

5. Осаждение сульфидов никеля, кобальта и цинка. К раствору 1 добавляют (NH4)2S. Смесь нагревают на водяной бане до 65–70 °С и оставляют на

30 мин. Выпавший осадок, содержащий ZnS, CoS и NiS, анализируют, как опи-

сано при анализе катионов третьей группы. В раствор переходят катионы первой группы, которые анализируют обычным способом, предварительно подкислив раствор уксусной кислотой и прокипятив под тягой до полного удаления H2S.

3.8. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ

Систематический анализ начинают с осаждения и отделения хлоридов катионов второй аналитической группы. Затем переводят в осадок и отделяют сульфаты катионов третьей аналитической группы. При обработке раствора, полученного после осаждения катионов второй и третьей аналитических групп, избытком раствора гидроксида натрия в осадок переводят основные по своей природе гидроксиды катионов пятой и шестой групп, а в растворе остаются катионы четвертой аналитической группы в виде соответствующих гидроксокомплексов.

При обработке концентрированным раствором аммиака осадка, содержащего катионы пятой и шестой аналитических групп, катионы шестой аналитической группы образуют растворимые комплексные соединения — аммиакаты, тогда как катионы пятой аналитической группы остаются в осадке в виде соответствующих гидроксидов.

После разделения катионов на группы с помощью групповых реагентов проводят обнаружение ионов внутри каждой группы.

Контрольные вопросы и задания

1. Приведите пример проведения систематического анализа для смеси ка-

тионов первой аналитической группы.

2. Приведите пример проведения систематического анализа для смеси ка-

тионов первой и второй аналитических групп.

3. Какова последовательность анализа смеси катионов третьей аналитиче-

ской группы сульфидно-щелочным методом?

4. Какова последовательность анализа смеси катионов третьей аналитиче-

ской группы щелочно-пероксидным методом?

5. Приведите пример проведения систематического анализа для смеси ка-

тионов первой, второй и третьей аналитических групп.

4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

4.1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Спектральный анализ — метод определения химического состава вещества на основе изучения его спектра (совокупности полос поглощения или излучения вещества). Благодаря способности атомов и молекул поглощать и испускать электромагнитное излучение возможно проводить спектральные методы исследования веществ. Эти методы основаны на измерении поглощения веществом светового излучения. Методы, в основе которых лежит измерение интенсивности света, который вещество излучает называются эмиссионными.

Изучение оптических спектров показало, что они не ограничиваются видимой областью (380–760 нм), но распространяются как в область коротких волн (10–380 нм, ультрафиолетовые спектры), так и в область длинных волн (760 нм — 100 мкм, инфракрасные спектры). Поэтому исследуются не только оптические свойства разнообразных соединений в видимой и ультрафиолетовой, но и в инфракрасной областях спектра.

Цвет света зависит от длины волны (рис. 3): наибольшая длина волны видимого света соответствует красному цвету, наименьшая — фиолетовому. Окрашивание пламени горелки соединениями натрия в желтый цвет, калия — в фиолетовый, меди — в зеленый и т. д. объясняется тем, что в спектре натрия преобладают линии желтого цвета, в спектре калия — фиолетового, в спектре меди — зеленого и т. д.

Рис. 3. Спектры поглощения некоторых элементов

Эмиссионная фотометрия пламени основывается на измерении интенсивности света, который излучают атомы при нагревании вещества в пламени (рис. 4).

Более наглядно цветные спектрограммы для каждого элемента периодической системы Д.И. Менделеева можно увидеть в российской информационносправочной системе по спектральным данным атомов и ионов — информационная система «Электронная структура атомов» (grotrian.nsu.ru). Эта база является одной из самых полных баз спектральных данных среди мировых систем.

Рис. 4. Эмиссионные атомные спектры некоторых элементов

Интенсивность прямо пропорциональна концентрации ионов в растворе. Исследования проводятся при температурах 1700–3100 °С. Метод применяется для определения калия, натрия, магния, кальция, стронция, бария и других металлов в пищевых продуктах, в том числе продукции растениеводства, в лекарственных препаратах, при анализе почв и воды, производстве удобрений. Для анализа разработано огромное количество экспресс-приборов различных конструкций с достаточно низкими пределами обнаружения вещества до 10–8 мг/л (рис. 5).

Молекулярно-абсорбционные методы основываются на измерении поглощения веществом электромагнитного излучения оптического диапазона. Различают колориметрический, фотоколориметрический и спектрофотометрический методы исследования. Спектры поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях называются электронными, в инфракрасной — молекулярными.

Рис. 5. Пламенные фотометры

Качественный анализ вещества в электронном спектре поглощения осуществляется по максимумам полос поглощения определенной группы атомов. Электронный спектр будет состоять из одной или нескольких полос.

Спектр поглощения вещества изображается графически в виде распределения поглощаемой энергии согласно длинам волн (рис. 6). При определении входящих в состав анализируемого вещества компонентов пользуются каталогами спектров и табличными данными для характерных полос различных соединений или их групп.

Рис. 6. Варианты представления спектров поглощения

100

Спектральный анализ относится к широко применяемым физическим методам анализа вещества. С помощью спектрального анализа можно обнаружить следы элементов. Метод отличается высокой чувствительностью и позволяет одновременно открывать многие элементы при их совместном присутствии. В этом же заключается и сложность качественного анализа: большое количество спектральных линий на аналитической спектрограмме, затрудняет их расшифровку и идентификацию. Но все же спектральный анализ дает надежные результаты и в большинстве случаев не требует предварительного разделения элементов. Для проведения спектрального анализа не требуется много времени и достаточно небольшого количества испытуемого вещества.

4.2. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Хроматография — процесс разделения сложной смеси веществ на компоненты с помощью сорбции в динамических условиях. Методами хроматографии пользуются при определении качества пищевой продукции сложного химического состава; определяют различные добавки, используемые в пищевых продуктах; пищевую ценность в плане определения состава белков, аминокислот, витаминов, углеводов, макро- и микроэлементов. Также с помощью хроматографии можно определить остаточные количества контаминантов (ядов, пестицидов и др.) и определить фальсификацию, например, молочного жира другими животными и растительными жирами. На рис. 7 представлена хроматограмма молочного жира с распределением по триглицеридам.

Основана хроматография на различиях в распределении компонентов исследуемого вещества между двумя фазами, одна из которых неподвижна и омывается другой — подвижной фазой. Неподвижная фаза (твердое вещество или жидкость) — сорбент, подвижная фаза представлена либо газом, либо жидкостью. Компоненты, перемещающиеся по неподвижной фазе с различной скоростью за одинаковые промежутки времени, проходят различные пути. В результате анализа получают хроматограмму с числом пиков равным числу компонентов смеси (рис. 8).

В зависимости от условий проведения опыта и природы соединений определяются характеристики удерживания веществ. Это позволяет использовать их для целей идентификации исследуемых веществ. Для качественной характеристики компонентов после разделения смеси на колонке и регистрации хроматограммы можно использовать абсолютные величины удерживания (при условии постоянства условий хроматографического анализа). С целью сниже-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1110 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]