2. Отделение катионов I аналитической группы от II:

К смеси прибавляют 6-10 капель 2н раствора HCl при этом катионы I группы переходят в остаток (1) в виде хлоридов, а катионы II группы остаются в растворе(р-р1)

A g⁺+ Cl¯ AgCl

P b²⁺+2Cl¯ PbCl₂

H g₂²⁺+2Cl¯ Hg₂Cl₂

Получйвшуюся смесь перемешать стеклянной палочкой и , выждав 2-3 минуты (для более полного осаждения), центрифугировать.

Центрифугат (р-р 1), содержащий катионы П группы, перенести в чистую пробирку и, укрепив этикетку, поставить в штатив.

3. Отделение ионов Ag⁺ и обнаружение ионов Нg₂²⁺

К осадку (1) прилить 6-8 капель NН₄ОН, перемешать, центрифугировать. Раствор (2) перелить а чистую пробирку, а осадок (2) сохранить.

Выводы:

- если осадок (2) почернел, значите смеси присутствует ион ртути (I);

если при прибавлении NН₄ОН к осадку (1) он остался белым, значит, иона ртути нет, а в осадке ион свинца (II);

- если при добавлении NН₄ОН к осадку (1) он полностью растворился, то значит, в смеси отсутствуют ионы и ртути и свинца а ион серебра полностью перешел в раствор (2):

А gС1 + 2 NН₄ОН [Аg(NН₃)₂]С1 + 2Н₂0

Н gСl₂+ 2 NН₄ОН [Hg NН₂]Cl+ 2Н₂0 + NН₄Cl и далее

[Нg₂NН₂]С1 Hg + [HgNH₂]С1

Черный белый

РЬС1₂ + 2 NН₄ОН Рb(ОН)₂ + 2

белый белый

Обнаружение ионов Аg⁺

Раствор (2) (ценфифугат) разделить на 2 пробирки;

а) В первую пробирку прибавить по каплям HNO₃ до рН<5; в присутствии ионов серебра выпадает белая муть:

[Аg(NH₃)₂]С1 + 2HNO₃ АgCl + 2NH₄NO₃

белый

б) Во вторую пробирку прилить раствор КI, в присутствии А⁺ выпадает желтоватый осадок АgI:

[ Аg(NН₃)₂]Cl + КI + 2Н₂0 АgI +2NH₄ОН + КСl

4. Отделение и обнаружение РЬ²⁺

К осадку 2 прибавить 8-10 капель концентрированной NаОН до рH>10, перемешать стеклянной палочкой, центрифугировать. Слить раствор в чистую пробирку:

Р b(ОН)₂ + 2NаОН Nа₂[Рb(ОН)₄]

Конц.

К раствору прибавить раствор К₂СrO₄ и 2н азотную кислоту до рН < 7. Вы­падение жёлтого осадка РbСrO₄ указывает на наличие иона свинца:

N а₂[Рb(ОН)₄] + К₂СrO₄ + 4НNОз РbСO₄ + 2КNОз + 2NаNОз + 4Н₂0

6. Обнаружение ионов

Если открыт ион бария, то ко всему раствору 1 добавить СН₃СООNa и К₂Сr₂0₇ до оранжевой окраски раствора над образовавшимся осадком, нагреть, центрифугировать. Осадок ВаСrO₄ (4) отбросить, а раствор 4 исследовать на на­личие ионов стронция.

7. Обнаружение иона стронция

К раствору 1 (или к раствору 4) прибавить избыток насыщенного раствора (NH₄)₂S0₄ и нагреть на водяной бане 3-5 минут. В присутствии ионов стронция выпадает белый осадок SrS0₄, а ионы кальция остаются в виде растворимого комплекса: I

S r⁺² + S0₄^2- SrSO₄

Са²⁺ + 2S0₄^2- ↔ [Са(S0₄)₂]^2-

Оформить лабораторную работу в виде подробного отчёта, привести все реакции, записать вывод о том, какие ионы были обнаружены в задаче.

Контрольные вопросы:

1. Какой порядок проведения анализа смеси катионов I и II аналитических групп?

2. Почему сульфат кальция легко переводится в карбонат, а сульфат бария очень плохо? Сравнить их произведения растворимости.Почему сульфаты II группы катионов не растворяются в уксусной кислоте, а карбонаты растворяются?

3. Можно ли ион стронция открыть в присутствии иона бария? Почему?

4. К раствору после отделения бария бихроматом добавили раствор соды до щелочной среды. Осадок не выпал. Каких ионов нет в растворе?

Лабораторная работа №6

Определение процентного содержания бария в хлориде бария

Содержание работы

Целью работы является освоение гравиметрического метода анализа и применение его для определения массы ионов бария в хлориде бария.

Ион Ba²⁺ образует много труднорастворимых солей, однако наименее растворимой и поэтому пригодной в качестве осаждаемой формы является сульфат бария BaSO₄ (ПP=1,1×10^-10). Так как при прокаливании состав BaSO₄ не изменяется, то BaSO₄ является и весовой формой.

Осадок BaSO₄ является мелкокристаллическим и иногда проходит сквозь поры фильтра, что искажает результат анализа. Для получения более крупных кристаллов при осаждении его нужно повысить растворимость вещества, а для этого следует соблюдать следующие правила:

а) навеску ВаС1₂´2Н₂О растворить в большом объёме воды (сильно разбавить);

б) раствор осадителя (2н Н₂SО₄) также сильно разбавить водой;

в) перед осаждением растворы соли и кислоты нагреть почти до кипения;

г) осадитель приливать к раствору соли по каплям, постоянно перемешивая палочкой;

д) фильтрование проводить не сразу, а по истечении нескольких часов (в это время проходит «созревание», укрупнение осадка).

При осаждении в таких условиях осадок получается более чистым, свободным от осаждённых примесей. Практически полное осаждение иона бария достигается добавлением полуторного избытка осадителя.

Приступая к выполнению анализа, нужно внимательно прочитать ход анализа, приготовить и тщательно вымыть всю необходимую посуду: стаканы на 200 и 100 мл «с носиком», стеклянную палочку, стаканчик для взятия навески, воронку, фильтр типа «синяя лента» (мелкопористый беззольный), штатив с кольцом, фарфоровый тигель, эксикатор, промывалку с дистиллированной водой.

Ход работы

1. Доведение тигля до постоянной массы

Пустой фарфоровый тигель необходимо довести до постоянной массы: взвесить его на аналитических весах; поставить прокаливать в муфельную печь при температуре 600° С на один час; вынуть его тигельными щипцами, 15 мин охладить на воздухе на фарфоровой подставке, а потом поставить охлаждаться до комнатной температуры в эксикатор на 30 мин; взвесить снова тигель на тех же весах (тигель брать только щипцами); снова поставить его в печь на 15 мин, охладить таким же образом и взвесить.

Например, масса пустого тигля:

1-е взвешивание - 12,2300 г

2-е взвешивание - 12,2233 г

3-е взвешивание - 12,2231 г

Постоянная масса пустого тигля - 12,2231 г.

Массу тигля можно считать постоянной, когда результаты двух последних взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,0002 г. Хранить тигель в эксикаторе.

2. Растворение навески и расчет обьема осадителя

Взять навеску исходного вещества хлорида бария (m(ВаС1₂´2Н₂О)). Так как BaSO₄ - кристаллический осадок, то нужно взять около 0,5 г препарата (масса осадка BaSO₄ тоже будет около 0,5 г).

Взвесить на аналитических весах сухой чистый стаканчик, поместить в него навеску массой 0,5 г (все взвешивания проводить на одних и тех же весах!).

По разности масс стаканчика с солью и пустого стаканчика определить массу навески (m(ВаС1₂´2Н₂О)).

Растворить навеску в 100 мл дистиллированной воды (набираем в мерный цилиндр) и количественно перенести в стакан (на 200 мл), добавить 3 мл 2н HCl.

Рассчитать объём 2н раствора H₂SO₄, необходимый для полного осаждения иона бария по реакции

ВаС1₂´2Н₂О + H₂SO₄ ® BaSO₄↓ + 2НС1 + 2Н₂О

М(ВаС1₂´2Н₂О) - M(H₂SO₄) - V(2h H₂SO₄)

244,3 г/моль - 98 г/моль - 1000 мл

0,5 г - х мл

Увеличить объём в 1,5 раза: 2 мл ´ 1,5 = 3 мл

Отмерить мерным цилиндром 3 мл 2н H₂SO₄, перелить в стакан на 100 мл, разбавить дистиллированной водой 30 мл.

3.Осаждение иона бария

Осадить ион бария следующим образом:

- нагреть на электрической плитке почти до кипения стаканы с растворами хлорида бария и серной кислоты;

- приливать медленно по каплям по стеклянной палочке почти всю серную кислоту к раствору соли (всё время перемешивать, не касаясь дна и стенок стакана).

После добавления всего объема осадителя (по каплям — в случае осаждения кристаллических осадков и порциями — в случае аморфных) осадку дают отстояться и проверить полноту осаждения. Для этого к раствору, находящемуся над осадком, капельной пипеткой добавить каплю осадителя. Если в месте добавления капли раствор мутнеет, осаждение неполное и необходимо добавить новую порцию осадителя. При отсутствии помутнения полнота осаждения достигнута.

Накрыть стакан бумагой, наколов её на палочку (на бумаге написать свою фамилию и группу), оставить осадок до следующего занятия.

Внимание! Палочку из стакана вынимать и класть на стол нельзя, так как к ней прилипли частицы осадка.

4. Фильтрование и промывание осадка.

Отфильтровать осадок следующим образом:

а) сложить вчетверо фильтр «синяя лента» и подогнать его к сухой воронке, (воронку подбирают с таким расчётом, чтобы фильтр не доходил до краёв её на 5-15 мм), так, чтобы он плотно подходил к стенкам, затем налить в него дистиллированной воды осторожно, чтобы не порвать фильтр.

Если фильтр хорошо подогнан, то носик воронки заполнится водой и фильтрование будет проходить быстрее. Воронку с фильтром поместить в кольцо штатива и подставить под неё чистый стакан;

б) потереть пальцем под «носиком» стакана с осадком (он не будет смачиваться водой, и капли фильтруемой жидкости по внешней стенке стакана стекать не будут).

Осадок не взмучивать, осторожно по стеклянной палочке сливать прозрачный раствор на фильтр, заполняя его не более чем на 2/3. Поднимать стакан тоже по палочке, тогда раствор не будет проливаться на внешнюю сторону стакана. Стеклянная палочка должна находиться только над фильтром, или в стакане, нельзя дотрагиваться ею до фильтра.

Таким образом, отфильтровать почти весь раствор с осадка, стараясь меньше взмучивать его.

Такой метод фильтрования и промывания осадка называется «декантацией». В процессе фильтрования необходимо проверить, не прошли ли частички осадка через поры фильтра. Для этого фильтрат в стакане раскрутить и посмотреть на тёмном фоне, если осадка в фильтрате нет, вылить его.

Затем необходимо промыть осадок от осадителя. Для этого применяют раствор 2н серной кислоты . Промывание проводят следующим образом: порцию промывной жидкости (10мл.) приливают к осадку, затем осадок перемешивают , дают отстояться и отфильтровывают.

5. Высушивание и прокаливание осадка.

Высушить фильтр в воронке в сушильном шкафу (15 мин при t=l00⁰С) до слегка влажного состояния, свернуть его так, чтобы осадок оказался внутри, поместить в доведённый до постоянной массы тигель и поставить под тягу на электрическую плитку для обугливания (фильтр не должен гореть пламенем). Обугливание закончено, когда фильтр уже не дымит.

Поставить фильтр с осадком прокаливаться в муфельную печь на 1,5 ч. Остудить на воздухе на фарфоровой подставке 15 мин, а затем поместить на 30 мин в эксикатор.

Охлаждённый тигель взвешиваем. Поставить в печь ещё раз на 15 мин и снова взвесить охлаждённый тигель. (Внимание! Брать тигель только щипцами!)

Повторять прокаливание и взвешивание до постоянной массы. Все результаты взвешивания записывать в журнал. Найти массу BaSO₄ (m(BaSO₄)) по разности масс тигля с осадком и пустого тигля.

Пример оформления результатов анализа:

Масса тигля с BaSO₄: 1-е взвешивание - 12,6890 г

2-е взвешивание - 12,6878 г

3-е взвешивание - 12,6876 г

Постоянная масса тигля с осадком BaSO₄ - 12,6876 г.

Постоянная масса пустого тигля - 12,2231 г.

Постоянная масса осадка BaSO₄ [m(BaSO₄)] - 0,4645 г.

6.Расчет результата анализа

Рассчитать результаты анализа, составив пропорцию:

В 233,4 г BaSO₄ содержится 137,3 г Ва,

В m г BaSO₄ содержится х г Ва;

Вычислить процентное содержание бария в навеске хлорида бария:

m(Ва) ´ 100

ω (Ва)% = --------------------

m(ВаС1₂´2Н₂О)

Расчёт также можно вести по формуле:

m(BaSO₄) ´ F ´ 100

ω (Ва)% = ------------------------

m(ВаС1₂ ´ 2Н₂О)

где F - фактор пересчёта, равный отношению молярных масс определяемого вещества (Ва) к молярной массе весовой формы (BaSO₄). В нашем случае F= 137,3/233,4 = 0,5883.

Показать результат анализа преподавателю, составить подробный отчёт о работе.

Контрольные вопросы и задачи :

1. В чем суть гравиметрического метода анализа?

2. Каким требованиям должны удовлетворять осадки в гравиметрическом анализе?

3. Перечислите условия осаждения кристаллических и аморфных веществ. Что такое форма осаждения и весовая форма?

4. Какую навеску пирита, содержащего около 30% серы, нужно взять для анализа, чтобы получить 0,3 г осадка BaSO₄?

5. Какую навеску Fe₃O₄ следует взять для получения 1,0 г Fe₂O₃ ?

6. Рассчитать навеску фосфорита, содержащего 20% P₂O₅ , необходимую для получения 0,3 г Mg₂P₂O₇ .

7. Анализ карбида кальция выполняли по схеме CaC₂®H₂C₂ ®Ag₂C₂® AgCI. Вычислить фактор пересчета для определения CaC₂.

8. Определение содержания серы выполняют по схеме: S®H₂S®CdS®CuS®CuO. Вычислить фактор пересчета для определения S и CuO.

9. Для определения сульфата в растворе Fe₂(SO₄)₃ осадили Fe(OH)₃ и после прокаливания осадка получили весовую форму Fe₂O₃. Вычислить фактор пересчета.

10. Сколько мл 0,1 M BaCI₂ потребуется для осаждения серы в виде BaSO₄ из навески 2,0 г каменного угля, содержащего около 4% S, если осадитель добавлен в стехиометрическом соотношении?

11. Сколько мл соляной кислоты r=1,17 г/см ³ потребуется для осаждения серебра в виде AgCI из 2,0 г сплава, содержащего 22% Ag, при стехиометрическом соотношении реагирующих веществ?

12. Сульфат алюминия содержит 88% AI₂(SO₄)₃´18H₂O. Рассчитать навеску, необходимую для определения алюминия в виде Al₂O₃ , если масса Al₂O₃ 0,1 г.

13. Какой объем H₂SO₄ (ρ=1,24 г/см ³) потребуется для превращения 0,35г CaO в CаSO₄?

14. Масса прокаленного осадка BаSO₄ составила 0,4128 г. Какова масса навески химически чистого FeS, из которого получен осадок BaSO₄?

15. Какова должна быть масса навески химически чистого железа, чтобы масса прокаленного осадка Fe₂O₃ составила 0,4136 г?

Лабораторная работа № 7

МЕТОД НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЩЕЛОЧИ В РАСТВОРЕ

Содержание работы

Целью работы является ознакомление с методом кислотно-основного титрования, освоение методики приготовления и стандартизации растворов

кислот и основных приемов расчетов, используемых в процессе

приготовления растворов кислот заданной концентрации. Приобретение навыков расчета результатов в методе прямого титрования.

Теоретическая часть

Наиболее удобным для установки титра хлороводородной кислоты считают буру Na₂B₄O₇∙10H₂O. Водный раствор его вследствие протолиза имеет щелочную реакцию:

Na₂B₄O₇ + 7H₂O = 2NaOH + 4H₃BO₃

поэтому его можно титровать кислотами:

2NaOH + 2HCl = 2NaCl + 2H₂O

В ходе титрования равновесие протолиза тетрабората натрия смещается вправо и всё новые количества щёлочи поступают в раствор до тех пор, пока вся соль полностью не прореагирует.

Из суммарного уравнения:

Na₂B₄O₇ + 2HCl +5H₂O = 2NaCl + H₃BO₃

Видно, что в результате реакции накапливается слабая ортоборная кислота. Следовательно, рН раствора в точке эквивалентности будет несколько меньше 7:

рН=12рК - 12lg C_кисл.,

где рК - силовой показатель константы ионизации борной кислоты по первой ступени, равный 9,24.

C_кисл. - концентрация кислоты в точке эквивалентности. Её можно принять равной половине исходной концентрации буры, т.к. объём раствора в конце титрования обычно в 2 раза больше затраченного раствора буры. Если исходная концентрация раствора буры будет 0,1Н, то концентрация борной кислоты в эквивалентной точке будет равна 0,05Н.

Отсюда, рН в точке эквивалентности равен:

рН = 12´9,24 - 12lg5´10^-2 = 4,62+0,35 = 5

Т.к. область скачка на кривой титрования для данного случая располагается от 6 до 4, то титрование можно проводить в присутствии индикаторов метилоранжа (рТ=4) или метилкрасного (рТ=5.5). С выбранным индикатором проводят титрование и на основании полученных данных вычисляют точную концентрацию соляной кислоты (получают титрованный раствор или рабочий раствор).

Пользуясь этим рабочим раствором, с помощью титрования можно определять весовые количества щёлочи в растворах.

Ход работы

Лабораторная работа складывается из нескольких операций:

1. Из навески готовят стандартный раствор тетрабората натрия (Na₂B₄O₇∙10H₂O0.

2. Получают приблизительно 0,1 М раствор хлороводородной кислоты.

3. Стандартизируют кислоту по тетраборату натрия (буре).

1. Приготовление 100мл стандартного 0,1Н раствора тетрабората натрия.

1. Вычислить приблизительную навеску буры Na₂B₄O₇·10H₂O (m₁), необходимую для приготовления 100мл 0,1Н раствора по формуле:

Поскольку один моль тетрабората натрия Na₂B₄O₇*10H₂O в этой реакции взаимодействует с двумя молями ионов водорода, молярная масса эквивалента его равна 381,4:2=190,7гмоль. Для приготовления 100мл 0,1Н раствора требуется:

тетрабората натрия.

2. На аналитических весах взять навеску буры около 2 г. Для этого сначала на аналитических весах взвесить сухой стаканчик и его массу записать в лабораторный журнал, а затем в нём взвесить навеску буры: по разности масс стаканчика с бурой и пустого определить точную навеску буры-m₂- (записать полученную массу в лабораторный журнал).

3. Перенести навеску из стаканчика количественно в мерную колбу на 100мл следующим образом: навеску буры растворить в стаканчике в небольшом количестве горячей воды и осторожно перелить в мерную колбу (не теряя при этом ни одной капли полученного раствора). Затем промыть стаканчик 4-5 раз небольшим количеством горячей воды, выливая каждую порцию в мерную колбу. Охладить полученный раствор до комнатной температуры, долить до метки дистиллированной водой. Закрыть колбу чистой пробкой и тщательно перемешать.

4. Рассчитать с точностью до пятой значащей цифры нормальность полученного раствора (С_б) буры по формуле:

2. Приготовление 250 мл 0,1М раствора HCl из концентрированной хлороводородной кислоты.

1. Ареометром измерить плотность концентрированной соляной кислоты (измерение производить под тягой).

2. Для полученной плотности по справочнику (Ю.Ю.Лурье: Справочник по аналитической химии) найти молярность (она же молярная концентрация эквивалента для HCl) концентрированный HCl (С₁).

3. По формуле рассчитать V₁ объём концентрированной соляной кислоты (мл), необходимый для приготовления 250 мл 0,1М раствора HCl (расчёт приближенный).

4. Налить в пробирку с делениями рассчитанный объём концентрированной соляной кислоты с небольшим избытком 0,1-0,3 мл.

5. В склянку с притёртой пробкой налить мензуркой 250 мл дистиллированной воды, вылить туда же отмеренный объём кислоты, закрыть склянку и перемешать.