Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум
.pdf
Зависимость потенциала катода от соотношения Fe3+/Fe2+ определяется
уравнением Нернста:
0,805 = 0,771 + ,
где 0,771 В — стандартный электродный потенциал окислительно–
восстановительной пары Fe3+/Fe2+.
Следовательно, = (0,805 – 0,771)/0,059 = 0,491 и [Fe3+]/[Fe2+] = 3,1.
2. Каков будет предельный диффузионный ток при восстановлении иона
М2+, если его концентрация 2,0·10-4М, коэффициент диффузии 6,0·10
используют капилляр с m= 2m/c и t= 5c?
Решение:
-6 см2·с-1
,
Для расчета Iд используем уравнение Ильковича:
где Iд — диффузионный ток, мкА;
n — число электронов;
D — коэффициент диффузии, см2/c-1;
m — скорость вытекания ртути из капилляра, мг/с;
τ — время жизни капли, с;
C — концентрация деполяризатора, ммоль/л.
С =2,0·10
=605·2· (6,0·10
Iд = 605⋅n⋅D
-4
М= 0,2мМ и поэтому Iд = 605⋅ n⋅ D
-6)1/2·22/3·51/6
· 0,2= 605·2·2,45·10
1/2⋅m2/3⋅τ1/6
-3
⋅C,
1/2
2/3
⋅ τ
1/6
⋅ C=
⋅ m
·1,59·1,31·0,2=1,23мкА
141
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 16
Качественный анализ природных объектов
1. Перечень вопросов, рассматриваемых на практическом занятии
1. Основы качественного анализа
2. Групповые реактивы и качественные реакции
2. Теоретическая часть
2.1 Основы качественного анализа
Качественный анализ позволяет установить, из каких элементов состоит
вещество (или смесь веществ). При исследовании неизвестного образца каче-
ственный анализ предшествует количественному, целью которого является
установление относительного содержания составных частей образца.
Качественный химический анализ основан на использовании реакции
превращения анализируемого веществ в какие–либо новые вещества с характерными свойствами (в растворы, осадки, газы с определенным цветом, кристаллической структурой, запахом и т.п.).
Наличие «мешающих ионов» приводит к понижению чувствительности
реакций и даже к ошибкам качественном анализе. Учитывая подобное обстоя-
тельство, к сложным неорганическим образцам применяют систематический
анализ. Он состоит в выделении из анализируемого образца групп ионов, назы-
ваемых аналитическими группами, с последующим разделением групп на ин-
дивидуальные ионы и идентификацией ионов с помощью качественных реак-
ций.
2.2 Групповые реактивы и качественные реакции
Реакции, которые используют для выделения ионов группу по признаку
сходного отношения к действию какого–либо реагента, называются групповы-
ми реакциями, а применяемые для анализа реагенты называются групповыми
реактивами. Качественный анализ характеризуется пределом обнаружения (об-
наруженным минимумом) сухого вещества, т.е. минимальным количеством
надежно идентифицируемого вещества, и предельной концентрацией раствора
с
.Эти две величины связаны друг с другом соотношением
Х,min
с
=
Х,min
142
Реагент
Катион
Продукт реакции
Ализарин
Al
3+
Ярко–красный осадок
Бензидин
Cr(VI)
Соединение синего цвета
Гексацианоферрит калия
(K4[Fe(CN)6])
Fe3+
Темно–синий осадок
Диметилглиоксим
Ni
2+
Ярко–красный осадок
Магнезон ИРЕА
Mg
2+
Ярко–красная окраска раствора
Дитизон в хлороформе
Zn
2+
Малиново–красный раствор
Роданид калия (KSCN)
Fe3+
Синее окрашивание раствора
Сульфат амония ((NH4)2SO4)
Ba
2+
Белый осадок
Иодид калия (KI)
Pb
2+
Желтый осадок
Гидроксид амония (NH4OH)
Cu2+
Интенсивно синее окрашивание
Сероводородная вода (H
2
S в H
2
O)
Cd2+
Ярко–желтый осадок
Оксалат аммония (NH4)2C2O4
Ca2+
Белый осадок
Гексацианоферрат (III) калия
(K3[Fe(CN)6])
Fe2+
Темно–синий осадок
Реагент
Формула
Ион
Продукты реакции
Антипирин 5%-ный
в H2SO
4
C6H5C3HON2(CH3)2
NO
2
-
Раствор ярко–зеленого
цвета
NO
3
-
Раствор ярко–красного
цвета
Дифениламин в H2SO
4
(C6H5)2NH
NO
3
-
Раствор темно–синего цве-
та
Родизонат бария
ВаC
6O6
SO
4
2-
Обесцвечивание раствора
В качественном анализе применяются только такие реакции, пределы об-
наружения которых не превышают 50 мкг.
Анализ неизвестного вещества проводят в определенной последователь-
ности, при которой то или иное вещество идентифицируют после обнаружения
и удаления мешающих анализу других веществ, т.е. применяют не только реак-
ции обнаружения веществ, но и реакции отделения их друг от друга.
Летучие соединения металлов окрашивают пламя горения в тот или иной
цвет. Поэтому, если внести изучаемое вещество на платиновой или нихромовой
проволоке в бесцветное пламя горелки, то происходит окрашивание пламени в
присутствии тех или иных элементов в определенные цвета, например: яркожелтый (натрий), фиолетовый (калий), кирпично–красный (кальций). Примеры
реактивов для идентификации некоторых катионов и анионов приведены в таб-
лицах 1 и 2.
Таблица 1
Некоторые реактивы для идентификации отдельных катионов
Некоторые реактивы для идентификации отдельных анионов
Таблица 2
143
3. Литературные источники
1. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец. вузов. — М. Высшая шк., 2008.— С.500–505.
2. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Слуцкая С.А. «Общая химия, Часть III.
Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов». — М.: Альтаир–
МГАВТ, 2010.— С.98–119.
3. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Пономарев А.Я. «Химия на водном
транспорте. Учебное пособие». — М.: Альтаир–МГАВТ, 2012. — С.227–230.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко напоминает студентам об основах
качественного анализа. Затем заслушиваются следующие самостоятельно под-
готовленные сообщения студентов (рефераты):
1.Задачи качественного анализа природных объектов.
2. Групповые реактивы и специфические реакции.
Далее заслушивается ход решения задач из раздела №5.
В ходе обсуждения доложенных положений в форме взаимного диалога
между преподавателем и самими студентами в интерактивной форме рассмат-
ривается и обсуждаются следующие основные вопросы:
1. Сероводородный метод классификации катионов.
2. Наиболее часто используемые реактивы для идентификации отдельных
катионов и отдельны анионов.
По результатам доложенных рефератов, разбора решения задач и хода
обсуждения вопросов, вынесенных на занятия преподаватель принимает реше-
ние о зачете данной работы отдельно каждым студентом.
5. Задание на самостоятельную работу
4.1 Изучить по литературным источникам тему «Качественный анализ
природных объектов».
4.2 Решить 2 задачи, предложенные преподавателем, из раздела.
6. Задачи для самостоятельного решения
1. Для обнаружения ионов Fe
3+
качественной является реакция с:
а) K4[FE(CN)6]; б) K3[Fe(CN)6]; в) KSCN; г) HCl.
2. Для обнаружения ионов Mn
2+
качественной является реакция с:
а) H2S; б) NaBiO3 в среде HNO3; в) K2Cr2O4; г) KSCN.
3. Для обнаружения ионов Ni
2+
качественной является реакция с:
144
а) KSCN; б) HCl; в) диметилгиоксимом; г) H2O2.
4. Для обнаружения ионов Cu2+ качественной является реакция с:
а ) NH4OH; б) H2S; в) H2SO4; г) HNO3.
5. Качественной реакцией для обнаружения ионов Cd2+ является реакция
с: а) NH4OH; б) H2S; в) K4[Fe(CN)6]; г) H2SO4.
6. Качественной реакцией для обнаружения ионов Pb2+ является реакция
с: a) HNO3; б) SnCl2; в) K2CrO4; г) CH3COOH.
7. Качественной реакцией для обнаружения ионов Co2+ является реакция
с: а) KSCN в среде изоамилового спирта; б) диметилглиоксимом; в) HCl;
г) NaBiO3.
8. Качественной реакцией для обнаружения ионов Cr2O
2-
является реак-
7
ция с: a) дифениклкарбазидом; б) K3[Fe(CN)6]; в) K4[FE(CN)6]; г) H2S.
9. Качественной реакцией для обнаружения ионов Hg2+ является реакция
с: а) KI; б) HNO3; в) NH4OH; г) Na2HPO4.
10. Имеются 4 склянки с растворами: NH4OH; NH4SCN, HCl, NaOH. В
одной из 4 пробирок находится катион, который необходимо определить. Для
выполнения эксперимента в каждую пробирку необходимо добавить только
один из реагентов находящихся в склянках. Определите, какой это катион:
а) Fe3+; б) Al3+; в) Co2+; г) Ni2+.
11. Имеются 4 склянки с растворами: H2SO4, Na2CrO4, NH4OH, Na2CO3. В
одной из 4 пробирок находится катион, который необходимо определить. Для
выполнения эксперимента в каждую пробирку необходимо добавить только
один из реагентов находящихся в склянках. Это: а) Ba2+; б) Fe
2+
; в) Zn2+; г)
Mn2+?
12. При действии группового реагента (NH4)2S в аммиачном буферном
растворе (NH4OH +NH4Cl) c pH= 8-9 катионы III аналитической группы: Al3+,
Cr3+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Zn2+ выпадают в осадок в виде сульфидов или
гидроксидов. Какие катионы образуют осадки сульфидов, а какие гидроксидов.
На чем основано такое различие?
7. Примеры решения задач
1. Имеются 4 склянки с растворами KI, NaOH, (NH4)2CO3, H2SO
. В одной
4
из 4 пробирок находится катион, который необходимо определить. Для выпол-
нения эксперимента в каждую пробирку необходимо добавить только один из
реагентов, находящихся в склянках. Определите какой это катион:
а) Pb2+; б) Ni2+; в) K+; г) Zn2+?
145
Решение:
В одной из пробирок находится Pb
2+
, который образует характерный жел-
тый осадок PbI2 c иодидом калия.
2. С помощью каких реактивов можно отделить Cu2+ от Cd2+?
Решение:
В отличии от всех катионов 4 группы сульфид кадмия растворяется в
насыщенном растворе NaCl или Kl, поскольку здесь образуется комплексная
растворимая соль кадмия: CdS + 4 NaCl = Na[CdCl4] + Na2S.
Для отделения кадмия от меди, раствор, содержащий смесь катионов
кадмия и меди, насыщают хлоридом натрия и пропускают сероводород H2S.
Медь выделяется в виде CuS, кадмий остается в растворе в виде ионов [CdCl4]2-
3. С помощью какого реактива можно обнаружить Fe3+ и Co2+?
Решение:
Ионы Fe3+ и Co
2+
образуют с роданид-ионами комплексные соединения:
так Fe3+ образует комплексы ярко-красного цвета состава от [Fe(SСN)]2+ до
[Fe(SСN)6]3- в зависимости от количества реактива, а концентрированные растворы Cо2+ — комплексы интенсивного синего цвета состава [Cо(SCN)4]2- кото-
рые являются в водных растворах неустойчивыми. В неводных растворах рода-
нидные комплексы кобальта достаточно устойчивые.
4. Как можно отделить ион Zn2+ от других катионов 3 группы?
Решение:
Для отделения ионов Zn2+ остальных катионов третьей группы осаждение
сероводородом ведут в присутствии формиатной буферной смеси при рН= 2. В
этих условиях ион Zn2+ осаждается постепенно в виде сульфида ZnS, а остальные катионы III группы остаются в растворе.
146
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 17
Количественный анализ природных объектов
1. Перечень вопросов, рассматриваемых на практическом занятии
1. Химические методы количественного анализа
2. Основы титриметрического анализа.
2. Теоретическая часть
2.1 Химические методы количественного анализа
Определение содержания (концентрации массы и т.п.) компонентов в
анализируемом веществе называется количественным анализом. С помощь ко-
личественного анализа выявляют массовые соотношения компонентов в анали-
зируемом образце, концентрации вещества в растворе или газе.
Все методы количественного анализа можно разделить на две большие
группы: химические и инструментальные. Это разделение условно, так как
многие инструментальные методы основаны на использовании химических за-
конов и свойств вещества.
Гравиметрический метод. Сущность метода заключается в получении
труднорастворимого соединения, в которое входит определяемый компонент.
Для этого навеску вещества растворят в том или ином растворителе, обычно в
воде, осаждают с помощью реагента, образующего с анализируемым соедине-
нием малорастворимое соединение с низким значением произведения раство-
римости (ПР). Затем после фильтрования осадок высушивают, прокаливают и
взвешивают. По массе вещества находят массу определяемого компонента и
проводят расчет его массовой доли в анализируемой навеске.
2.3 Титриметрический метод анализа
Сущность титриметрического метода анализа заключается в измерении
объема раствора того или иного реагента, израсходованного на реакцию с ана-
лизируемым компонентом. Для этих целей используют так называемые титрованные растворы, концентрация которых (обычно титр раствора) известны.
Титром называется масса вещества, содержащегося в 1 мл (1 см
раствора (в г/мл и г/ см
3
). Определение проводят способом титрования, т.е. по-
3
) титрованного
степенного прибавления титрованного раствора к раствору анализируемого ве-
щества, объем которого точно измерен. Титрование прекращается при дости-
147
жении точки эквивалентности, т.е. достижении эквивалентности реагента тит-
рующеого раствора и анализируемого компонента.
Точку эквивалентности определяют с помощью индикаторов, изменяю-
щих свою окраску при достижении точки эквивалентности.
Поскольку вещества между собой взаимодействуют в эквивалентных ко-
личествах, то для двух стехиометрически реагирующих веществ справедливо
соотношение:
c1V1= c2V
2,
где c1 и c2 — молярная концентрация эквивалента, нормальность, г–экв/л;
V1 и V2 — объем растворов, л.
Следовательно, можно найти неизвестную концентрацию одного из ве-
ществ, если известны объем его раствора и объем, и концентрация прореагировавшего вещества.
По способу выполнения различают прямое, обратное титрование и титро-
вание заместителя.
При прямом титровании титрант непосредственно добавляют к титруе-
мому веществу.Если скорость реакции мала, или не удается подобрать индика-
тор, или наблюдаются побочные эффекты, например потери определяемого ве-
щества вследствие летучести, можно использовать прием обратного титрова-
ния; добавить к определяемому веществу заведомый избыток титранта Т1, до-
вести реакцию до конца, а затем найти количественно непрореагировавшего
титранта титрованием его другим реагентом Т
с концентрацией с
2
. Очевидно,
2
что на определяемое вещество затрачивается количество титранта Т1, равное
разности
· - · .
Если реакция нестехиометрична или протекает медленно, можно исполь-
зовать титрование заместителя. Для этого проводят стехиометрическую реак-
цию определяемого вещества с вспомогательным реагентом, а получающий в
эквивалентном количестве продукт оттитровывают подходящим титрантом.
Массу определяемого вещества при прямом титровании m
и его массо-
a
вую долю (%) вычисляют по формулам:
ma= · 10-3;
ω
,%= · 100.
a
148
где — молярная концентрация эквивалента, г-экв/л;
VT — объем титранта, мл;
Vx — объем аликвоты определяемого вещества, мл;
М
— молярная масса эквивалента определяемого вещества, г/моль.
э
В методах обратного титрования массу и массовую долю (%) определяемого вещества рассчитывают по формулам:
- в методе пипетирования
m
= (c1V1 – c2V2) V0MA · 10-3;
A
ω
, %= · 100;
a
- в методе отдельных навесок ω
где С
— молярная концентрация титранта Т1, введенная с заведомым
Т1
, %= · 100 ,
a
избытком;
VT1 — объем титранта Т1, введеный с заведомым избытком, мл;
С
— молярная концентрация титранта Т
Т2
непрореагировавшего титранта Т
, мл;
1
, введенная для связывания
2
V0 — исходный объем пробы, мл;
М
— молярная масса эквивалента определяемого вещества, г/моль.
А
Титриметрический анализ широко применяется в клинических и санитар-
но–гигиенических лабораториях для анализа крови, желудочного сока, мочи,
пищевых продуктов, питьевых и сточных вод.
3. Литературные источники.
1. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец. ВУЗов. — М.: Высш.шк., 2008. — С.505–511.
2. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Слуцкая С.А., «Общая химия. Часть III.
Учебное пособие для самостоятельной подготовки студентов». — М. Альтаир–
МГАВТ, 2010. — С.140–148.
3. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Пономарев А.Я. «Химия на водном
транспорте. Учебное пособие». — М.: Альтаир–МГАВТ, 2012. — С.230–233.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко напоминает студентам об основах
количественного анализа. Затем заслушиваются следующие самостоятельно
подготовленные сообщения студентов (рефераты):
149
1. Задачи количественного анализа.
2. Химические методы количественного анализа
3. Способы выражения концентрации растворов.
4. Основы титриметрического анализа.
Далее заслушивается ход решения задач из раздела № 5.
По результатам доложенных рефератов, разбора решения задач и хода
обсуждения вопросов, вынесенных на занятия преподаватель принимает реше-
ние о зачете данной работы отдельно каждым студентом.
5. Задания на самостоятельную работу:
1. Изучить по предложенным литературным источником тему «Количе-
ственный анализ природных объектов (химические методы анализа)».
2. Решить одну задачу, предложенную преподавателем, из раздела 6. За-
дачи для самостоятельного решения.
6. Задачи для самостоятельного решения
1. Навеску образца, содержащего СаО, массой 1,3 г растворили в 50 мл
0,1 М раствора HCl. Избыток непрореагировавшей кислоты оттитровали раствором NaOH, израсходовав 3,50 мл. Вычислите массовую долю (%) СаО в образце, если 1 мл раствора HCL соответствует 1,25 мл раствора NaOH.
2. К навеске известняка массой 0,150 г прибавили 20,00 мл 0,215 М раствора HCl, затем избыток кислоты оттитровали 7,60 мл раствора NaOH.
Найдите массовую долю (%) СО2 в известняке, если С
HCL
: С
NaOH
=0,983.
3. К навеске химически чистого СаСО3 массой 0,1011 г добавили 25,00 мл
раствора H2SO
. На титрование избытка кислоты пошло 9,25 мл раствора
4
NaOН. Найдите концентрации растворов H2SO4 и NaOН, если отношение экви-
валентных объемов V
NaOH
: V
H2SO4
=0,995.
4. Какой объем 0,1063 М раствора HClO4 потребуется для титрования
0,3636 г глицина H2NCH2COOH в ледяной уксусной кислоте?
5. Какую навеску фенола, содержащего около 3% индифферентных при-
месей, нужно взять для анализа, чтобы на титрование его в среде метилэтилке-
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]