Ecology_lab_pract

К 2 - 3 каплям раствора, содержащего соли меди (II), осторожно добавьте по каплям гидроксид аммония до образования осадка. Затем, добавив избыток реагента, растворите этот осадок. Отметьте цвет образовавшегося осадка и раствора. Напишите уравнения соответствующих реакций.

в) Определение гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6 ] .

При добавлении к раствору, содержащему соли меди (II), раствора K4[Fe(CN)6 ] образуется красно-бурый осадок

2Cu2 [Fe(CN)6 ]4 Cu2 [Fe(CN)6 ] .

Осадок не растворяется в разбавленных кислотах, но растворяется в гидроксиде аммония и в растворах щелочей.

В раствор, содержащий соли меди, добавьте несколько капель уксусной кислоты и раствора гексацианоферрата (II) калия до появления характерного осадка. Отметьте цвет осадка. Напишите уравнение химической реакции.

Опыт 9. Анализ воды на содержание ионов тяжелых металлов (контрольная задача)

Получите у преподавателя или лаборанта две пробирки с водой, содержащей ионы тяжелых металлов. При помощи изученных реагентов (табл.1) определите, соль какого металла содержится в каждой из пробирок. Для этого отметьте окраску анализируемого раствора.

Если раствор окрашен, то по окраске предположите наличие в воде того или иного иона. Затем часть раствора перенесите в чистые пробирки и при помощи реагентов и соответствующих реакций, выбранных из табл.1, докажите присутствие предполагаемого иона. Для достоверного определения желательно использовать не менее двух различных химических реакций.

16

Если анализируемый раствор бесцветен, то в чистую пробирку перенесите 3 - 4 капли воды и добавьте 2 - 3 капли раствора сульфида натрия Na2S . Выпадение белого осадка указывает на возможное присут-

ствие в воде цинка. Его наличие доказывается другими химическими реакциями. Образование желтого осадка означает наличие в воде кадмия. Отсутствие осадка или осадок другого цвета указывает на отсутствие цинка и кадмия в воде.

Если в анализируемом растворе отсутствуют цинк и кадмий, в другую пробирку отлейте 3 - 4 капли анализируемого раствора и добавьте 1 - 2 капли раствора KI . Образование желтого осадка указывает на присутствие в воде свинца, образование оранжевого осадка, растворимого в избытке реагента, - ртути. Присутствие в воде этих металлов дополнительно докажите независимыми химическими реакциями.

При отрицательной реакции на иодид калия к 2 - 3 каплям анализируемого раствора добавьте несколько капель тиомочевины для обнаружения висмута.

Напишите уравнения соответствующих реакций. Результат анализа проверьте у преподавателя.

17

Работа № 2

Качественное определение ионов токсичных неметаллов в воде

Большинство неметаллов в водных растворах существуют в виде анионов соответствующих кислот. Поэтому чаще всего определяется присутствие не самих неметаллов, а образованных ими анионов, тем более, что от формы существования неметалла в растворе во многом зави-

сит его токсичность. Например, сера в виде сульфат-аниона SO24 зна-

чительно менее токсична, чем в виде сульфид-аниона S2 . В данной работе определению также подлежат не сами неметаллы, а образованные ими анионы.

Сера

В природных водах сера чаще всего присутствует в двух формах: в виде сульфат-аниона SO24 и сульфид-аниона S2–, причем второй более

чем на порядок токсичнее первого. При попадании в организм он вызывает нарушение функций печени. Источниками его поступления в воду являются процессы анаэробного разложения белка, деятельность некоторых микроорганизмов, рудные и сточные воды предприятий цветной металлургии и т.д.

Предельно допустимая концентрация сульфид-аниона в воде составляет 0,05 мг/л.

Опыт 1. Определение сульфид-иона S2

а) Осаждение катионами кадмия.

Растворы солей кадмия осаждают сульфид-анион в виде желтого осадка сульфида кадмия CdS , растворимого в концентрированной соляной кислоте:

S2 Cd2 CdS ;

18

CdS 4HCl H2 [CdCl4 ] H2S .

К 1 - 2 каплям раствора соли, содержащей S2–, добавьте 1 каплю раствора соли кадмия. Отметьте цвет образовавшегося осадка. Напишите уравнение реакции.

б) Осаждение катионами цинка.

Растворы солей цинка осаждают сульфид-анион в виде белого осадка сульфида цинка ZnS, растворимого в сильных кислотах и щелочах:

S2 Zn2 ZnS .

Опыт проведите аналогично предыдущему.

Азот

В природных водах азот встречается, как правило, в виде ионов NH4 , NO2 и NO3 . Соединения азота в больших количествах попада-

ют в воду, в том числе питьевую, в основном при нарушении агрохимических приемов работы.

Опыт 2. Обнаружение иона аммония NH4

Для обнаружения в воде катиона аммония используют реактив Несслера, т.е. смесь KOH и K2 [HgI4 ] , который образует с NH4 крас- но-бурый осадок иодида оксодимеркураммония:

NH4 2[HgI4 ] 4OH [NH2 Hg2O]I 7I 3H2O .

Реакция чрезвычайно чувствительна и показывает присутствие даже случайных примесей солей аммония.

К 1 - 2 каплям раствора, содержащего соли аммония, добавьте 4 - 6 капель реактива Несслера. Отметьте цвет образовавшегося осадка. Из-за присутствия следов аммиака или солей аммония в воде осадок не выпадает, но раствор окрашивается в желтый или оранжевый цвет. Напишите полное уравнение химической реакции.

19

Опыт 3. Определение нитрит-иона NO2‾

а) Реакция с иодидом калия KI .

В слабокислой среде нитриты окисляют анион I до свободного иода:

2NO2 2I 4H I2 2NO 2H2O .

К 2 - 3 каплям раствора, содержащего нитрит-ион, добавьте 2 - 3 капли 2 н раствора серной кислоты, 2 - 3 капли иодида калия и 1 - 2 капли бензола или крахмала. Бензол, экстрагируя образовавшийся иод, окрашивается в фиолетовый цвет, а крахмал дает с иодом синее окрашивание.

б) Окисление перманганатом калия KMnO4 .

Перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет нитрит-ион до нитрат-иона:

5NO2 2MnO4 6H 5NO3 2Mn2 3H2O .

К 2 - 3 каплям раствора перманганата калия добавьте 2 - 3 капли 2 н раствора серной кислоты и 5 - 6 капель раствора, содержащего нит- рит-ион. Обесцвечивание раствора указывает на наличие в воде иона

NO2 . Однако аналогичные реакции и обесцвечивание раствора будут

иметь место и в присутствии других восстановителей (S2–, I и др.), так что перед анализом на нитрит-ион убедитесь в отсутствии в анализируемом растворе других восстановителей.

в) Определение дифениламином (C6H5 )2 NH .

Дифениламин в присутствии иона NO2 окрашивается в интенсив- но-синий цвет. Аналогичная окраска возникает при действии на дифениламин сильных окислителей, таких как NO3 , CrO24 , MnO4 и др.

На тщательно вымытое и досуха вытертое часовое стекло поместите 1 каплю раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Рядом нанесите 1 каплю анализируемого раствора. Осторожно перемешайте обе капли чистой стеклянной палочкой. Образование интенсивно-синей окраски свидетельствует о наличии в растворе ионов

NO2 или NO3 .

20

Опыт 4. Обнаружение нитрат-иона NO3‾

а) Осаждение хлоридом марганца MnCl2 .

Исследуемый раствор при нагревании с двойным объемом насыщенного хлорида марганца MnCl2 в концентрированной соляной ки-

слоте становится темно-бурым вследствие образования комплексных ионов [MnCl6]2–:

3MnCl2 + 12Cl‾ + 2NO2‾ + 8H+ = 3[MnCl6]2– + 2NO ↑ + 4H2O.

Проведите опыт (под тягой!) и запишите результаты.

б) Определение дифениламином (C6H5 )2 NH .

На тщательно вымытое и досуха вытертое часовое стекло поместите 1 каплю раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Рядом нанесите 1 каплю анализируемого раствора. Осторожно перемешайте обе капли чистой стеклянной палочкой. Образование интенсивно-синей окраски свидетельствует о наличии в растворе ионов

NO3 или NO2 .

Фтор

Фтор может присутствовать в природных водах в виде бесцветного аниона F , токсичность которого оценивается между средней и низкой. Попадая в организм, фтор отлагается в костях. Избыток его в питьевой воде вызывает повреждение эмали на зубах. Большие дозы подавляют образование коллагена.

Источниками поступления фтора в окружающую среду являются заводы по производству алюминия (в качестве флюса используется криолит Na3AlF6 ), а также электронная промышленность (при произ-

водстве интегральных схем в больших объемах используется плавиковая кислота).

Предельно допустимая концентрация аниона фтора в воде составляет 1,5 мг/л.

21

Опыт 5. Определение аниона фтора F

а) Осаждение хлоридом бария BaCl2 .

Хлорид бария образует с анионом F объемный белый осадок, растворимый в минеральных кислотах и солях аммония:

Ba2 2F BaF2 .

Проведите соответствующую реакцию, отметьте цвет осадка, исследуйте его растворимость, напишите уравнение реакции.

б) Осаждение хлоридом кальция CaCl2 .

Хлорид кальция образует белый осадок, практически нерастворимый в кислотах:

Ca2 2F CaF2 .

Проведите соответствующую реакцию, отметьте цвет осадка, исследуйте его растворимость, напишите уравнение реакции.

Фосфор

Фосфор - один из главных биогенных элементов, определяющих биологическую продуктивность водоемов. Его соединения встречаются во всех живых организмах и регулируют такие важнейшие процессы, как фотосинтез, обмен веществ, дыхание.

Фосфор поступает в поверхностные воды в результате процессов прижизненного выделения, а также отмирания и последующего разложения организмов, обмена с донными отложениями, в процессе выветривания и растворения пород. Значительные количества фосфорсодержащих соединений попадают в воды в результате хозяйственной деятельности человека (сток фосфорных удобрений с полей, комму- нально-бытовые стоки, содержащие большое количество полифосфатов, входящих в состав моющих средств, умягчителей воды и т.п.).

В природных водах фосфор находится в виде минеральных и органических соединений, причем каждая из этих форм присутствует как в растворенном состоянии, так и в составе взвешенных частиц. Фосфор в виде неорганических и частично-органических соединений потребляется водными организмами, проходит через все звенья пищевой цепи (фитопланктон, зоопланктон, рыбы), причем на каждом этапе частично выделяется обратно в воду в виде растворенного, коллоидного и взвешенного органического вещества. В результате процессов минера-

22

лизации происходит регенерация неорганических фосфатов. Растворенный фосфор присутствует в виде неорганических орто-, мета-, ди- и полифосфатов и органических фосфатов. Соотношение неорганических форм зависит от рН воды. При рН ниже 6,5 фосфаты в воде присутст-

вуют главным образом в виде HPO24 .

Взвешенный фосфор неорганического происхождения представлен в основном частицами фосфорсодержащих минералов.

Для определения содержания различных форм фосфора его предварительно переводят в бесцветные растворимые ортофосфаты H2 PO4 , HPO24 и PO34 .

Опыт 6. Определение фосфора

а) Осаждение хлоридом бария BaCl2 .

Хлорид бария в щелочной среде осаждает фосфор в виде белого фосфата бария, растворимого в соляной кислоте:

3Ba2 2PO34 Ba3 (PO4 )2 ;

3Ba2 2HPO24 2OH Ba3 (PO4 )2 2H2O ;

3Ba2 2H2 PO42 4OH Ba3 (PO4 )2 4H2O .

К раствору, содержащему фосфор, добавьте несколько капель гидроксида аммония NH4OH и 2 - 3 капли раствора хлорида бария. От-

метьте цвет выпавшего осадка, проверьте его растворимость в соляной кислоте, напишите уравнения соответствующих химических реакций.

б) Осаждение нитратом серебра AgNO3 .

Нитрат серебра образует с фосфорсодержащими анионами желтый осадок фосфата серебра, растворимый в гидроксиде аммония и азотной кислоте:

3Ag PO34 Ag3PO4 .

Проделайте опыт и запишите результаты наблюдений.

Мышьяк

Мышьяк обладает очень высокой токсичностью. При попадании в организм вызывает почечную недостаточность, рак легких и кожи, умственные расстройства, способен накапливаться в организме.

23

Источниками его поступления в поверхностные воды могут быть стоки с полей, содержащие пестициды, продукты сжигания ископаемых топлив, коммунально-бытовые стоки, содержащие некоторые моющие средства, стоки и выбросы металлургических предприятий и предприятий микроэлектроники.

Предельно допустимая концентрация мышьяка в воде составляет

0,05 мг/л.

В воде обычно присутствует в виде арсенитов, содержащих анион AsO2 или, реже, AsO33 , и арсенатов (анион AsO34 ). Эти ионы в растворе бесцветны.

Опыт 7. Определение мышьяка

Арсениты образуют с раствором нитрата серебра AgNO3 характерный желтый осадок Ag3AsO3 , в то время как арсенаты - шоколаднобурый осадок Ag3AsO4 :

AsO2 3Ag H2O Ag3AsO3 2H ;

AsO34 3Ag Ag3AsO4 .

К 1 - 2 каплям раствора, содержащего мышьяк, добавьте 1 каплю раствора нитрата серебра. Отметьте образование осадка и его окраску. Напишите уравнение соответствующей реакции.

Опыт 8. Анализ воды на содержание анионов неметаллов (контрольная задача)

Получите у преподавателя две пробирки с образцами воды для анализа. С помощью качественных химических реакций и реагентов, приведенных в табл.2, определите, какие анионы содержатся в каждой пробирке. Для этого часть раствора перенесите в чистые пробирки и при помощи реагентов и соответствующих реакций, выбранных из табл.2, докажите присутствие предполагаемого аниона. Для достоверного определения желательно использовать не менее двух различных химических реакций.

24