Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы общей химии. Методические рекомендации к лабораторным работам
.pdf
112
Опыт №5. Электрохимическая защита.
Налить в прибор для электролиза 3% раствор хлористого натрия и
добавить к нему несколько капель раствора желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]. В качестве электродов применить две железные пластинки,
подсоединенные к полюсам источника постоянного тока. Пропустить ток
в течение 2-3 мин. У какого электрода /катода или анода/ появилось синее
окрашивание? Объяснить результат опыта. В чем сущность электрохимической защиты?
Опыт №6. Ингибиторы коррозии в кислой среде.
Налить раствор 2Мэ серной кислоты в 2 пробирки (на 1/3 объема). В
обе пробирки внести несколько железных стружек. Вследствие растворения металла в обеих пробирках через несколько минут начнется выделение газообразного водорода. Когда выделение водорода станет интенсивным, добавить в одну из пробирок уротропин. Уротропин является ингибитором процесса взаимодействия железа с кислотой. Описать наблюдаемый эффект.
Опыт №7. Пассивирование металлов и роль защитных пленок в процессе
коррозии.
а) Очистить наждаком два стальных гвоздя, налить в пробирку (1/3
объема) конц. HNO3 и поместить в нее гвоздь. Течение реакции вначале
бурное, быстро приостанавливается. Образовавшаяся тончайшая пленка
препятствует реакции. Промыть гвоздь водой и вновь опустить в азотную
кислоту. Ополоснуть гвоздь водой и опустить в пробирку с разбавленной
H2SO4. Для сравнения другой непассивированный гвоздь опустить в эту
же пробирку. На каком образце скорее выделяется водород?
113
б) Убедиться в значении защитной пленки Al2O3, мешающей алю-
минию проявить свою активность. Опустить алюминиевую пластинку в
раствор щелочи, затем промыть водой, осушить фильтровальной бумагой
и поместить на минуту в пробирку с раствором соли ртути. Промыть пластинку водой и наблюдать за изменением поверхности алюминия на воздухе.
Снять появившийся на поверхности металла порошок фильтровальной бумагой и поместить пластинку в пробирку с водой. Какая происходит реакция? Снятие защитной окисной пленки с алюминия связано с ре-
акцией 2Al+3Hg2+ 2Al3++3Hg. Металлическая ртуть легко образует с
алюминием сплав – амальгаму. На амальгамированном алюминии окисная
пленка не удерживается, поэтому алюминий, лишенный защитной пленки,
способен проявлять собственную активность.
АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ИОНОВ.
Аналитическая химия – это наука, разрабатывающая теоретические ос-
новы и методы химического анализа.
Практической задачей аналитической химии является установление
химического состава веществ или их смесей. Методы аналитической хи-
мии имеют большое применение в различных областях науки и техники, в
том числе и на водном транспорте. Поэтому современные специалисты
должны иметь представление об аналитической химии и ее задачах и основных приемах.
Аналитическая химия подразделяется на три большие раздела:
качественный анализ, количественный анализ и физико-
химические методы анализа.
114
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.
ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВА
Принципы и методы определения химического состава вещества изучает
аналитическая химия, включающая качественный и количественный анализ. Качественный анализ позволяет установить, из каких элементов состоит вещество (или смесь веществ). При исследовании неизвестного образца качественный анализ предшествует количественному, целью которого является установление относительного содержания составных частей
образца.
Качественный химический анализ основан на использовании реакций превращения анализируемых веществ в какие-либо новые вещества с характерными свойствами (в растворы, осадки, газы определенным цветом,
кристаллической структурой, запахом и т.п.). Эти реакции называются
качественными реакциями, а вещества, вызывающие соответствующие
превращения, называются качественными реактивами.
Один и тот же качественный реактив может реагировать с несколькими
ионами, и, вместе с тем, присутствие некоторых ионов может препятствовать вступлению открываемого иона в качественную реакцию. Наличие
таких "мешающих ионов" приводит к понижению чувствительности реакций и даже к ошибкам в качественном анализе. Для предотвращения этого
необходимо подавлять их влияние (другими словами, маскировать мешающие ионы), что значительно усложняет проведение анализа, особенно
в случае многокомпонентных образцов.
Учитывая подобное обстоятельство, к сложным неорганическим образцам
применяют систематический анализ. Он состоит в выделении из анализируемого образца групп ионов, называемых аналитическими группами, с
последующим разделением групп на индивидуальные ионы и идентифи-
115
кацией ионов с помощью качественных реакций. Реакции, которые используют для выделения ионов в группу по признаку сходного отношения
к действию какого-либо реагента, называются групповыми реакциями, а
применяемые для этого реагенты называются групповыми реактивами.
Поскольку предварительное разделение на группы облегчает маскировку
мешающих ионов, применение систематического анализа значительно ускоряет установление состава сложного образца.
В основу деления ионов на аналитические группы положена растворимость соединений в воде и в растворах различных веществ, которая зависит от многих характеристик ионов (от электронной структуры, радиуса,
заряда). Все эти характеристики закономерно изменяются в зависимости
от положения соответствующих элементов в периодической таблице. Однако суммарный эффект, который определяет величину растворимости,
настолько сложно зависит от заряда ядра, использованного при построении периодической системы, что полной аналогии между аналитической
группой и подгруппой таблицы Д.И. Менделеева не существует.
Задачей качественного анализа является обнаружение или «открытие» отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ. Качественный анализ неорганических веществ делится на анализ катионов и
анализ анионов. Катионы, вследствие значительного химического сходства между многими из них, подвергают систематическому анализу с предварительным разделением на аналитические группы, включающие более
сходные элементы. При анализе по сульфидно-карбонатной схеме, выделяются следующие пять аналитических групп катионов. (Для каждой
аналитической группы катионов выделяется групповой реагент, т.е. реагент, способный отделять все катионы данной группы от остальных катионов):
I группа катионов: K+ , Na+, NH
+
, Mg2+. Группового реагента нет.
4
116
II группа катионов: Ca2+, Sr2+, Ba2+.
Групповой реагент – (NH4)2CO3 в аммиачном буферном растворе
(NH3H2O+NH4Cl;
pH=8-9).
III группа катионов: Al3+, Fe3+, Fe2+, Cr3+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mn2+.
Групповой реагент – (NH4)2S в аммиачном буферном растворе
(NH3H2O+NH4Cl;
pH=8-9).
IV группа катионов: состоит из двух подгрупп:
а) Cu2+, Cd2+, Bi3+, Hg2+;
б) As (III, V), Sв (III, V), Sn (II, IV).
Групповой реагент – H2S в среде HCl (0,3Мэ).
Отличие подгруппы а) от подгруппы б) состоит в том, что сульфиды
подгруппы б) растворяются в полисульфаде аммония – (NH4)2Sn, а сульфиды подгруппы а) – не растворяются.
V группа катионов: Ag+, Pв2+, Hg
2+
.
2
Групповой реагент – (HCl (6Мэ)).
Начинают разделение на группы с выделения V группы, затем IV
группы и т.д. После разделения на группы проводят анализ каждой группы на отдельные катионы при помощи характерных качественных реакций. К сожалению, систематический ход анализа требует значительного
времени.
Кроме систематического хода анализа иногда используют дробный
метод анализа ряда катионов при помощи отдельных реакций.
117
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
Ход анализа смеси катионов металлов дробным
методом (упрощенный вариант).
1. Получите у преподавателя анализируемый раствор. Он может
содержать следующие ионы: Mg2+, Ba2+, Ni2+, Co2+, Fe3+, Mn2+, Cr3+ или
2-
CrO
, Cu2+, Pb2+, Ag+ и Hg2+.
4
2. Цвет раствора. Окраска анализируемого раствора может ука-
зать на присутствие или отсутствие в смеси некоторых катионов. Если
раствор бесцветный, то в нем могут отсутствовать следующие ионы:
Ni2+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe3+ (?), Mn2+(?), CrO
2-
.
4
Приведем окраску ионов, которые могут присутствовать в анализируемом
растворе: Ni2+ - зеленый, Co2+ - розовый, Cr3+ - фиолетовый, CrO
2-
- жел-
4
тый, Fe3+ - слабо желтый, Cu2+ - сине-голубой, Mn2+ - слабо розовый.
Остальные ионы бесцветны.
3. Реакции на присутствие Ag+, Pb2+, Mg2+.
Поместить в пробирку 3 капли анализируемого раствора и добавьте
2-3 капли раствора HCl (2Мэ). Выпадение белого осадка свидетельствует о
возможном присутствии в растворе ионов Pb2+ или Ag+. Отсутствие
осадка – показывает на отсутствие этих ионов. Слейте раствор с осадка.
Раствор отбросьте, к осадку прибавьте 5-6 капель раствора NH3H2O (6н) и
перемешайте. Растворение осадка в NH3H2O показывает на присутствие в
анализируемом растворе ионов Ag+. Если осадок не растворяется в аммиаке, то это указывает на присутствие ионов Pb2+.
Докажите присутствие свинца в растворе реакцией с иодистым ка-
лием - KJ. Для этого в отдельную пробирку внесите 3 капли анализируемого раствора, добавьте 2-3 капли раствора KJ. Выпадение желтого осадка свидетельствует о присутствии в растворе ионов Pb2+. Если цвет
118
осадка трудно определить. Или цвет осадка красно-бурый или просто бурый, то в растворе наряду с ионами Pb2+ присутствуют такие ионы Hg2+.
4. Реакции на присутствие Ba2+ и Pb2+.
Поместите в пробирку 3 капли анализируемого раствора и добавьте
2-3 капли раствора H2SO4 (2Мэ). Выпадение белого осадка свидетельствует о присутствии в растворе ионов Ba2+ или Pb2+. Если при действии
на анализируемый раствор раствором KJ выпал желтый осадок (см. п.3)
или если осадок сульфатов растворяется в уксуснокислом аммонии
CH3COONH4 (30%), то, следовательно, в анализируемом растворе присутствует Pb2+. Если осадок сульфатов не растворяется в CH3COONH4, то в
растворе присутствует Ba
5. Реакция на присутствие Fe3+.
2+
Поместите в пробирку 3 капли анализируемого раствора, добавьте 2-
3 капли роданида аммония NH4SCN (0,5Мэ). Появление красно-бурого
окрашивания свидетельствует о присутствии в растворе ионов Fe3+.
6. Реакция на присутствие Mn2+.
Внесите 3 капли анализируемого раствора в пробирку, добавьте 2-3
капли раствора НNO3 (2Мэ) и один микрошпатель висмутата натрия
NaBiO3 (твердого). Малиновая или красно-бурая окраска характерна для
MnO
-
- ионов.
4
7. Реакция на присутствие Cо2+.
Поместите в пробирку 3 капли анализируемого раствора, добавьте 2-
3 капли насыщенного раствора роданида аммония – NH4SCN в ацетоне.
Появление синего окрашивания свидетельствует о наличии в растворе ионов Cо2+.
8. Реакция на ионы хрома (Cr3+ или CrO
2-
).
4
Внести в пробирку 3 капли анализируемого раствора, добавьте 5-6
капель раствора H2SO4(6Мэ) и 5-6 капель раствора пероксида водорода –
H2O2 (6Мэ).
119
Появление синего быстроисчезающего окрашивания, свидетельствует о присутствии в растворе ионов хрома (Cr3+ - ионы предварительно
переводят в CrO
2-
- окислением H2O2 в среде NaOH).
4
9. Реакция на присутствие Ni2+.
Помесите в пробирку 3 капли анализируемого раствора, добавьте 23 капли раствора гидроксида аммония – NH3H2O (6Мэ) и 2 капли раствора
диметилглиоксима (1%). Появление красного осадка свидетельствует о
присутствии в растворе ионов Ni2+.
10. Реакция на присутствие Cu2+.
Поместите в пробирку 3 капли анализируемого раствора, добавьте 3-
4 капли NH3H2O (6Мэ). Появление интенсивно синего окрашивания показывает на присутствие ионов Cu2+.
11.Реакция на присутствие Mg2+.
Внесите в пробирку 3 капли анализируемого раствора, добавьте 2
капли раствора NaOH (0,5Мэ) и 2-3 капли раствора магнезона. Появление
синего окрашивания показывает на присутствие ионов Mg2+.
12. После проведения анализа необходимо подробно описать ход
анализа, написать реакции в ионном виде с теми катионами металлов, которые были обнаружены , и сделать вывод о присутствующих в анализируемом растворе катионах.
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ.
Задачей количественного анализа является определение количе-
ственного содержания элементов, ионов или химических соединений,
входящих в состав исследуемых веществ и материалов. Для определе-
ния количественного содержания элементов используют химические,
физико-химические и физические методы. Химические методы
анализа делятся на гравиметричесие и титриметрические.
120
Большее распространение по сравнению с гравиметрическими, по-
лучили титриметрические методы анализа, вследствие большого преимущества в отношении скорости выполнения.
В титриметрическом (объемном) анализе количествен-
ное определение химических веществ осуществляется путем точного измерения объемов растворов двух веществ, вступающих между собой в химическую реакцию.
Прежде, чем остановиться на особенностях титриметрического метода анализа, необходимо познакомиться со способами выражения концентрации растворов.
Концентрацией растворов называется содержание растворенного
вещества в определенной массе или в определенном объеме раствора или
растворителя.
СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ.
Массовая доля или процентная концентрация – процентное отношение
массы растворенного вещества к массе раствора или, другими словами,
количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 100г раствора (концентрация по массе).
Молярная концентрация или молярность – количество молей растворенного вещества, содержащееся в 1л или в 1000мл раствора (концентрация по объему).
Молярная концентрация эквивалента вещества – количество мольэквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1л или в 1000 см3
раствора (концентрация по объему).
Титр – количество граммов растворенного вещества, содержащееся в
1 см3 раствора (концентрация по объему).
121
Моляльная концентрация или молялность – количество молей растворенного вещества, приходящееся на 1кг или 1000г растворителя (концентрация по массе).
Мольная доля растворенного вещества – отношение количества молей
растворенного вещества к сумме молей растворенного вещества и растворителя.
Мольная доля растворителя – отношение количества молей растворителя к сумме молей растворителя и растворенного вещества.
Промилле – масса растворенных веществ в граммах, содержащихся в 1кг
раствора (концентрация по массе). Обычно эту концентрацию используют
при определении солености морской воды, другими словами содержание
растворенных веществ относят к 1 кг морской воды.
Растворимость вещества измеряется концентрацией его насыщенного
раствора. Обычно растворимость твердых веществ и жидкостей выражают
значением коэффициента растворимости, т.е. массой вещества
в граммах, растворяющегося без остатка с образованием насыщенного
раствора при определенных условиях (Т,р) в 100г растворителя.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
Приготовление растворов соляной кислоты точной
концентрации
ОПЫТ I: Приготовление раствора соляной кислоты приблизительно
0,1Мэ концентрации.
Для выполнения работы надо знать концентрацию соляной кислоты, из которой будет готовиться 0,1Мэ раствор. Для этого соляную
кислоту (1: 1) наливают в цилиндр и определяют плотность раствора с по-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]