Количественный химический анализ

Сущность титриметрического (объёмного) анализа

Сущность титриметрического анализа состоит в определении концентрации веществ, проводимом титрованием.

Титрование осуществляется путём прибавления к точно измеренному объёму исследуемого раствора одного вещества по каплям из бюретки стандартного раствора другого вещества

Титрование ведется до точки эквивалентности. В точке эквивалентности количества эквивалентов реагирующих веществ равны. Раствор, концентрация которого определяется, называется исследуемым, а второй, концентрация которого точно известна, - рабочим.

Молярная концентрация эквивалента С_э выражает число эквивалентов растворённого вещества в единице объёма V, следовательно, произведение С_э V соответствует числу эквивалентов вещества.

Если индексом «1» обозначить раствор исследуемого вещества, а индексом «2» - рабочий раствор, то в точке эквивалентности соблюдается закон эквивалентности:С_{э (1)} V₍₁₎ = С_{э (2)} V₍₂₎.

Измерив в процессе титрования объёмы исследуемого и рабочего растворов и зная концентрацию рабочего раствора, можно вычислить концентрацию раствора исследуемого вещества.

В методе нейтрализации, сущность которого состоит во взаимодействииН⁺ + ОН^ = Н₂О,

точка эквивалентности определяется по изменению окраски кислотно-основных индикаторов,таких как метилоранж, фенолфталеин и др.

99 Качественные реакции на ионы

Ниже приводятся некоторые качественные реакции.

Обнаружение ионов железа (II) и (III)Катион железа (III) легко обнаруживается с помощью бесцветного раствора, содержащего тиоцианат-ион NCS‾ (роданид-ион). При действии NCS‾ на раствор соли железа (III) образуется соединение кроваво-красного цвета − тиоцианат железа (III) Fе(NCS)₃:

Fe³⁺ + 3 NCS‾ → Fe(CNS)₃.

Гексацианоферрат (II) калия (жёлтая кровяная соль) также является специфическим реактивом на ион железа (III):

3K₄[Fe(CN)₆] + 4Fe³⁺ → Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12К⁺.

Образуется берлинская лазурь.

Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) является специфическим реактивом на ион железа (II):

2K₃[Fe(CN)₆] + 3Fe²⁺ → Fe₃[Fe(CN)₆]₂ + 6К⁺.

Образуется турнбулева синь.

Обнаружение ионов К⁺ и Na⁺

Катионы натрия и калия относятся к I аналитической группе, которая характеризуется отсутствием группового реагента, т. е. реактива, способного осаждать все катионы этой группы из их растворов.

Летучие соединения металлов окрашивают пламя горелки:

К⁺ в фиолетовый цвет,

Na⁺ в жёлтый цвет.

Обнаружение ионов ионов S-элeментов IIA группы

ИонMg²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NH₄)₂СОз с раствором соли магния образует белый аморфный осадок основной соли (MgOH)₂CO₃, растворимый в избытке NH₄Cl:

2MgCl₂ + 2(NH₄) ₂CO₃ + Н₂О → (MgOH) ₂CO₃↓+ СО₂­ + 4NH₄Cl,

2Mg²⁺ + 2CO₃^2- + Н₂О → (MgOH)₂CO₃↓ + CO₂­.

Едкие щелочи и гидроксид аммония образуют с растворами солей магния белый аморфный осадок Mg(OH)₂, хорошо растворимый в кислотах и растворах аммонийных солей:

Mg²⁺ + 2OН‾ → Mg(OH)₂↓.

Растворение в кислотах:

Mg(OH)₂ + 2H⁺ → Mg²⁺ + 2Н₂O.

 Растворение в растворах аммонийных солей:

Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺ ↔ Mg²⁺ + 2NH₄OH.

Ион Ва²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NН₄)₂СО₃ осаждает катион Ва²⁺ из растворов его солей в виде белого аморфного постепенно кристаллизующегося осадка ВаСО₃:

BaCl₂ + (NH₄) ₂CO₃ → ВаСО₃↓ + 2NH₄Cl,

Ва²⁺ + CO₃²‾ → ВаСО₃↓.

 Осадок хорошо растворим в кислотах, в том числе и слабых.

 Дихромат калия К₂Сг₂O₇ образует с раствором соли бария желтый осадок ВаСгO₄, нерастворимый в уксусной кислоте, в отличие от хромата стронция (хромат кальция хорошо растворяется в воде):

2Ba²⁺ + Сг₂O₇^2- + Н₂O → 2ВаСгO₄↓ + 2H⁺.

 Реакцию проводят при избытке CH₃COONa, который реагирует с образующимися ионами Н⁺, смещая равновесие вправо вследствие образования малодиссоциированной уксусной кислоты:

СН₃СОO‾ + Н⁺ → СН₃СООН.

Ион Ba²⁺ также можно обнаружить с помощью сульфат-иона SO₄²‾:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Образуется творожистый белый осадок.

Ион Са²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NН₄)₂СО₃ осаждает из растворов солей кальция аморфный белый осадок СаСО₃, который при нагревании переходит в кристаллический:

CaCl₂ + (NH₄) ₂CO₃ → СаСО₃↓ + 2NH₄C1,

Ca²⁺ + CO₃²‾ → СаСО₃↓.

 Осадок легко растворяется в минеральных и уксусной кислотах.

Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но не растворимый в уксусной кислоте:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ → СаС₂O₄↓ + 2NH₄C1,

Ca²⁺ + С₂O₄²‾ → СаС₂O₄↓.

 Аналогичный осадок дают ионы Ва²⁺ и Sr²⁺. Поэтому этой реакцией можно обнаружить Са²⁺ только при отсутствии ионов бария и стронция.

Ион Sr²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NН₄)₂СО₃ осаждает карбонат стронция белого цвета, растворимый в уксусной, соляной и азотной кислотах:

SrCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → SrCO₃↓ + 2NH₄C1.

 Насыщенный раствор гипса CaSO₄^. 2H₂O (гипсовая вода) образует с ионами Sr²⁺ белый осадок сульфата стронция:

Sr²⁺ + SO₄²‾ → SrSO₄↓.

 Однако при действии гипсовой воды ион стронция дает не обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. Появление осадка ускоряют нагреванием.

Реакция служит для обнаружения Sr²⁺ только при отсутствии Ba²⁺, которой с гипсовой водой вызывает помутнение, появляющееся сразу, так как растворимость BaSO₄ меньше растворимости SrSO₄ (K_s⁰(BaSO₄) = 1,1 ^. 10^-10, K_s⁰(SrSO₄) = 2,8 ^. 10^-7).

Гипсовая вода не образует осадков с растворами солей кальция ни на холоду, ни при нагревании. Этим ион Ca²⁺ отличается от ионов Ba²⁺ и Sr²

100. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Любое (физическое, химическое, физико-химическое) явление, в результате которого изменяются свойства системы, может служить основанием для проведения анализа, если есть возможность зафиксировать эти изменения качественно или количественно.

Следует отметить, что многие методы идентификации весьма затруднительно отнести строго к химическим, физико-химическим или физическим. В первом приближении можно считать, что основанием для появления аналитического сигнала в химических методах служит химическая реакция, в физико-химических методах аналитическим сигналом является физическое явление, возникшее в результате химической реакции, а в физических методах фиксируется определённое физическое свойство аналита.

Различают прямые и косвенные методы. В прямых методахданное свойство является критерием содержания вещества, т.е. изучаются соотношения между составом и свойствами. В косвенныхметодах ана­лиза изменение аналитического сигнала указывает на окончание реакции и ис­пользуется для фиксирования этого момента. Как правило, в инструментальных методах анализа применяются сенсоры (датчики), которые дают информацию о составе и свойствах среды, в которой они находятся.

Инструментальные методы идентификации очень многочисленны. Табл. 6.3 представляет классификацию некоторых из них.

Таблица 6.3

Групповое название методов	Основание для появления аналитического сигнала	Аналитический сигнал, методы идентификации
Оптические	Появление спектра в результате взаимодействия электромагнитного излучения с атомами или молекулами анализируемого вещества	Спектры поглощения: · атомно-абсорбционная спектроскопия (спектрофотометрия ) · фотоколориметрия
		Спектры излучения: · эмиссионная спектроскопия · люминесцентная спектроскопия
		Спектры отражения: · нефелометрия взвесей
Электрохимические	Окислительно-восстановительные	Электродный потенциал, ЭДС · потенциометрия
		Электропроводимость · кондуктометрия
		Количество электричества · кулонометрия
Хроматографические	Сорбция	· сорбционная хроматография
	Растворимость	· распределительная хроматография
	Ионный обмен	· ионообменная хроматография
Термические	Энергетические эффекты физико-химических превращений	Изменение энтальпии · калориметрия
		Разность температур · дифференциально-термический (ДТА)
		Изменения массы · термогравиметрический (ТГА)
Ядерно-химические	Образование радиоактивных изотопов	· радиоактивационный

Классификации некоторых физических и физико-химических методов идентификации