Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим

Концен-тра­ция	ω	В	С	N	с	b
1. Массо-вая доля ω (%) =	ω	100 В 100 + В	С   10 d	N Е   10 d	с Mr   10 d	100 b Mr 1000+ bMr
2.В грамм-мах в-ва на 100 г раствори-теля В =	100 ω   100 ― ω	В	100 c 1000d−c	100 N Е 1000 d− N Е	100 с Mr 1000d− сMr	b Mr  10
3. Массовая кон-центрация С (г/л) =	10 ω d	1000 Вd 100 + В	С	N Е	с Mr	1000 b Mr 1000+bMr
4. Норма-льность N (моль/л) =	10 ω d Е	1000 Вd (100+В)E	С   E	N	с Mr   E	1000 b Mr (1000+bMr)E
5. Моляр-ность с (моль/л) =	10 ω d Mr	1000 В d (100+В)Mr	С   Mr	N Е   Mr	c	1000 b d 1000 + b Mr
6. Моляль-ность b (моль/кг)	1000 ω (100–ω)Mr	100 В  Mr	1000 c (1000d−c)Mr	100 N Е (1000 d −NЕ)Mr	1000 с 1000d−сMr	b

где: d – плотность раствора (г/мл); E – относительная эквивалентная масса.

Вопросы к зачету по разделу курса «Экоаналитическая химия» «Качественный анализ»

1. Что такое дробный и систематический анализ?

2. Какие вы знаете операции качественного химического анализа.

3. Какие бывают классификации катионов (групповые реактивы)?

4. Какие s-элементы составляют I и II группы катионов и каковы их свойства?

5. Назовите групповые и специфические реакции катионов I КЩ группы.

6. Назовите основные аналитические реакции аммония.

7. Назовите основные аналитические реакции натрия.

8. Назовите основные аналитические реакции калия.

9. Назовите основные аналитические реакции лития.

10. Назовите основные аналитические реакции магния.

11. Назовите групповые и основные специфические реакции катионов II КЩ группы.

12. Назовите основные аналитические реакции кальция.

13. Назовите основные аналитические реакции стронция.

14. Назовите основные аналитические реакции бария.

15. Какие p-элементы входят в состав III, IV и V групп катионов и каковы их свойства?

16. Какие d-элементы входят в состав IV, V и VI групп катионов и каковы их свойства?

17. Назовите групповые и основные специфические реакции катионов III КЩ группы.

18. Назовите основные аналитические реакции серебра.

19. Назовите основные аналитические реакции ртути (I).

20. Назовите основные аналитические реакции свинца.

21. Назовите групповые и основные специфические реакции катионов IV КЩ группы.

22. Назовите основные аналитические реакции цинка.

23. Назовите основные аналитические реакции алюминия.

24. Назовите основные аналитические реакции ванадия (V).

25. Назовите основные аналитические реакции хрома (III).

26. Назовите основные аналитические реакции молибдена (VI).

27. Назовите групповые и основные специфические реакции катионов V КЩ группы.

28. Назовите основные аналитические реакции титана.

29. Назовите основные аналитические реакции циркония.

30. Назовите основные аналитические реакции сурьмы.

31. Назовите основные аналитические реакции висмута.

32. Назовите основные аналитические реакции марганца (II).

33. Назовите основные аналитические реакции железа.

34. Назовите групповые и основные специфические реакции катионов VI КЩ группы.

35. Назовите основные аналитические реакции кобальта.

36. Назовите основные аналитические реакции никеля.

37. Назовите основные аналитические реакции меди.

38. Назовите основные аналитические реакции кадмия.

39. Назовите основные аналитические реакции ртути (II).

40. Какие бывают классификации анионов (групповые реактивы)?

41. Назовите групповые и основные специфические реакции анионов I ОС группы.

42. Назовите основные аналитические реакции борат-ионов.

43. Назовите основные аналитические реакции фосфат-ионов.

44. Назовите основные аналитические реакции анионов мышьяка.

45. Назовите основные аналитические реакции фторид-иона.

46. Назовите групповые и основные специфические реакции анионов II ОС группы.

47. Назовите основные аналитические реакции сульфид-ионов.

48. Назовите основные аналитические реакции хлорид-ионов.

49. Назовите основные аналитические реакции роданид-ионов (тиоцианат).

50. Назовите основные аналитические реакции цианид-ионов.

51. Назовите групповые и основные специфические реакции анионов III ОС группы.

52. Назовите основные аналитические реакции нитрат-ионов.

53. Назовите основные аналитические реакции нитрит-ионов.

54. Какие основные классы органических веществ могут быть обнаружены методами качественного анализа?

55. Какие существуют основные методы разделения веществ, применяемые в анализе?

Вопросы и ответы к зачёту по качественному анализу

1. Что такое дробный и систематический анализ?

Задачей качественного химического анализа является изучение методов исследования качественного состава вещества. Поскольку анализ проводят в водном растворе, практическая задача качественного анализа сводится к обнаружению катионов и анионов, присутствующих в анализируемом растворе, с оценкой: «много», «мало», «следы». Если в растворе присутствует только одна соль, то ее катион или анион легко могут быть обнаружены с помощью каких-либо характерных реакций. Выполнить ре­акции можно пробирочным, капельным или микрокристал­лоскопическим методами.

Однако эти способы эффективны только тогда, когда в растворе находится одна или небольшое число солей. Если же раствор представляет собой сложную смесь ионов, обнаружение одного из них является более трудной задачей, так как присутствующие в растворе посторонние ионы, вступая в реакцию с реагентом, мешают об­наружению. Анализ сложной смеси ионов проводят систематическим или дробным методами.

Систематический метод качественного анализа основан на том, что вначале с помощью групповых реагентов разделяют смесь ионов на группы и подгруппы, а затем уже в пределах этих подгрупп обнаруживают каждый ион характерными реакциями.

Обычно название систематических методов определяется применяемыми групповыми реагентами: сероводородный, кислотно-щелочной, аммиачно-фосфатный, ацет-амидный и др.

В качестве примера анализа систематическим методом рассмотрим обнаружение ионов Na+ сероводородным методом, в котором групповыми реагентами являются газообразный сероводород и сульфиды (NH₄)₂S и (NH₄)₂S_n. К испытуемому раствору добавляют кислоту и пропускают сероводород. При этом осаждаются катионы четвертой и пятой групп в виде соответствующих сульфидов. Полученный осадок отфильтровывают. К фильтрату добавляют водный раствор аммиака до щелочной реакции и (NH₄)₂S. В осадок переходят катионы третьей группы в виде сульфидов и гидроксидов. Осадок отфильтровывают.

К фильтрату добавляют кислоту до кислой реакции по лакмусу и кипятят до исчезновения запаха H₂S. К раствору добавляют водный раствор аммиака до щелочной реакции и (NН₄)₂СО₃. В осадок выпадают катионы второй группы в виде карбонатов. Ион Mg²⁺ в присутствии большого избытка аммонийных солей остается в растворе. Осадок отфильтровывают. В фильтрате остаются катионы Na⁺, К⁺, NH₄ и Mg²⁺. В полученном растворе обнаруживают ион Na⁺ одной из его характерных реакций, например с помощью цинкуранилацетата.

В кислотно-щелочном методе группы катионов последовательно осаждают соляной и серной кислотами и щелочью. Поскольку с изменением реагента меняется и состав осаждаемых групп катионов, то каждый из систематических методов имеет групповую классификацию.

Недостатком всех систематических методов анализа являются громоздкость, оторванность от практики и методов количественного анализа, а также длительность выполнения анализа. Многочисленные операции разделения приводят к значительным потерям обнаруживаемых ионов вследствие явления соосаждения. В связи с этим систематическими методами трудно обнаружить малые количества примесей.

Принципиально отличным от систематических методов анализа является качественный химический дробный анализ, представляющий собой исследования качественного состава вещества с применением дробных реакций.

Дробный метод анализа, в отличие от систематических методов, не может быть основан на классификации ионов построенной на эффекте взаимодействия их с одним или несколькими групповыми реагентами. В качественном химическом дробном анализе для обнаруже­ния одних ионов и устранения мешающего действия других используют многообразие химических свойств ионов и применяемых реактивов. Дробный метод анализа опирается на классификацию, которая определяет все химические свойства элементов и образуемых ими ионов, а именно на периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

Создателем качественного дробного химического анализа в России Тананаевым Н.А. [⁶⁵, с.9] дано следующее определение дробным реакциям: «Дробными реакциями называются такие реакции, при помощи которых можно отделить какой-либо ион от всех других ионов, находящихся вместе с ним в растворе. Характерной реакцией на данный ион мы убеждаемся в том, что он присутствует в растворе, и приблизительно (на глаз) определяем его количество (очень много, много, мало, следы)».

Таким образом, обнаружение иона дробной реакцией выполняется в два приема: сначала с помощью различных реакций создают условия, при которых устраняется влияние мешающих ионов, а затем характерной реакцией устанавливают наличие искомого иона в растворе.

В идеальном случае в дробном анализе предполагается применение характерной реакции, которая, обладая избирательностью действия и достаточной чувствительностью, позволяла бы обнаружить искомый ион в присутствии всех остальных ионов. Однако таких реакций практически не существует. Больше всего условиям дробного определения удовлетворяют реакции с применением органических реагентов. Например, для практикума, включающего ограниченное число катионов, в качестве таких дробных реакций можно рекомендовать обнаружение ионов сурьмы с помощью метилового фиолетового (в таких растворах должны отсутствовать катионы Ga, Tl, In, Тe, которые с метиловым фиолетовым дают аналогичные реакции) или ионов меди (II) с помощью 1,4-дифенилтиосемикарбазида. Обе реакции весьма чувствительны.

В большинстве случаев обнаружению иона в сложной смеси мешают какие-то другие присутствующие в растворе ионы. Например, обнаружению кобальта (II) по синей окраске его комплексного иона [Co(NCS)₄]^2– мешает железо (III), которое с ионами роданида образует окрашенное в красный цвет комплексное соединение. Устранить мешающее действие железа (III), можно различными способами: восстановить Fe³⁺ до Fe²⁺ практически не взаимодействующего с NCS^–, связать Fe³⁺ в бесцветный комплекс [FeF₆]^3– или, используя правило рядов Тананаева, действием суспензии Zn(OH)₂ перевести Fe³⁺ в осадок Fe(ОН)₃. Таким образом, дробным методом обнаружение Со²⁺ выполняется очень просто. К испытуемому раствору добавляют реагент для устранения влияния железа (III), а затем или в этом же растворе, или в фильтрате после отделения осадка Fe(ОН)₃ обнаруживают Со²⁺ характерной реакцией ‑ добавляют избыток роданида и амиловый спирт, получая синий раствор комплексной соли.

Значительно проще и надежнее, чем сероводородным методом можно обнаружить Na⁺ дробным методом в виде желто-зеленого осадка цинкуранилацетата. Выполнению этой реакции мешают окрашенные катионы и катионы, растворы солей которых сильно гидролизуются и имеют рН значительно меньше четырех. Их по правилу рядов Тананаева отделяют действием суспензии гидроксида магния в виде соответствующих гидроксидов: Mg²⁺ переходящий при этом в раствор, обнаружению Na⁺ не мешает. После отделения осадка фильтрованием или центрифугированием к раствору добавляют уксусную кислоту до pH=4 и обнаруживают Na⁺ действием цинкуранилацетата. Эту реакцию можно выполнить и микрокристаллоскопическим методом.

Метод дробных реакций отличается следующими характерными особенностями.

1. Он позволяет обнаруживать тот или иной ион в отдельных порциях раствора в любой последовательности в присутствии других ионов.

2. При выполнении дробных реакций, как правило, исключаются длительные процессы выпаривания и прокаливания.

3. В большинстве случаев анализируют фильтрат, поэтому промывания осадка не требуется.

4. Как общее правило, требуется не больше одного фильтрования при обнаружении каждого иона.

5. Возможность оперировать небольшими объемами исследуемых растворов – в пределах 0,1–0,6 мл.

6. Время, необходимое на обнаружение одного иона, колеблется в пределах 1–10 мин.

Любое дробное определение проводят по одной и той же схеме, а именно: сначала устраняют мешающие ионы, затем обнаруживают искомый ион какой-либо характерной реакцией. Как устранение мешающих ионов может быть проведено самыми различными способами, так и обнаружение искомого иона может быть осуществлено с помощью различных характерных реакций. В этом одно из принципиальных различий дробного метода и систематического, в котором для обнаружения иона применяют всегда одну и ту же схему разделения мешающих и обнаруживаемых ионов.