Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Методические указания к практическим занятиям по аналитической химии для студентов биолого-почвенного факультета (часть I) (специальность - почвоведение)

Голосов: 0

Пособие содержит методические указания к практическим занятиям по аналитической химии для студентов биолого-почвенного факультета специальностм "Биология".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                                            11

                                Hg22+ + 2Cl- → Hg2Cl2↓
                             Hg2Cl2↓ + Sn2+ → 2Hg↓ + Sn4+ + 2Cl-
  2) Восстановление Hg22+ возможно и с помощью металлической меди. Для
этого на очищенную наждачной бумагой медную пластинку поместите
каплю раствора соли        одновалентной ртути и дайте постоять. Через
некоторое время на пластинке образуется серое пятно - металлическая ртуть.
Обмойте пластинку водой и протрите фильтровальной бумагой, пятно
становится блестящим:
                             Hg22+ + Cu → Cu2+ + 2Hg↓
  Полученная ртуть должна быть удалена.


3. РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ


  3.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о р е а г е н т а


  Групповым реагентом 3-й аналитической группы катионов является
разбавленная серная кислота, которая образует с ионами Ba2+, Sr2+, Ca2+
осадки, нерастворимые в кислотах. Поскольку произведение растворимости
сульфата кальция равно 9,1⋅10-6, то осаждение ионов Са2+ разбавленной
серной кислотой происходит не полностью. Чтобы не потерять катион Са2+
при анализе, необходимо проводить проверочные реакции на катион Са2+
после осаждения катионов третьей группы групповым реагентом или вести
осаждение катионов этой группы смесью серной кислоты и этанола.


  3.2. Р е а к ц и и к а т и о н а Ва2+


  Бихромат калия дает с катионом бария желтый осадок хромата бария:
                           Cr2O72- + H2O → 2CrO42- + 2H+
                           CrO42- + Ba2+ → BaCrO4↓


                                      12

  В осадок выпадает хромат бария, т.к. в растворе протекает взаимодействие
ионов Cr2O72- с водой. Концентрация образующихся при этом хромат-ионов
вполне достаточна для осаждения иона Ва2+ в виде BaCrO4. Следует иметь в
виду, что при взаимодействии бихромата с водой образуются ионы водорода,
придающие раствору кислую реакцию. Для более полного протекания
реакции их надо связывать ацетатом натрия:
                     CH3COONa + H+ → CH3COOH + Na+
  В образовавшейся уксусной кислоте хромат бария нерастворяется.
  Для проведения эксперимента возьмите в пробирку 3 капли раствора соли
бария, добавьте 3 капли раствора бихромата калия и 5 капель раствора
ацетата натрия, нагрейте на водяной бане. Опишите свои наблюдения.
  Проведите аналогичные опыты с солью кальция. Опишите наблюдения.


  3.3. Р е а к ц и и к а т и о н а Са2+


  1) Оксалат аммония и другие растворимые соли щавелевой кислоты
образует с катионом кальция белый кристаллический осадок :
                         Ca2+ + C2O42- → CaC2O4↓
  В пробирку налейте 3 капли раствора соли кальция и добавьте каплю
раствора уксусной кислоты, затем прилейте 3 капли раствора оксалата
аммония и 1-2 капли раствора аммиака. Выпадает белый кристаллический
осадок.
  Проведите аналогичный эксперимент с солями бария. Что вы наблюдаете?
Проверьте растворимость оксалатов кальция и бария в растворах уксусной,
соляной и азотной кислот. Опишите ваши наблюдения.
  2) Микрокристаллоскопическая реакция. Для ее проведения одну каплю
раствора соли кальция поместите на предметное стекло, добавьте каплю 2 н
раствора серной кислоты и осторожно нагрейте над плитой до появления


                                         13

белой каймы. По краям капли образуются игольчатые кристаллы CaSO4⋅2H2O
в виде пучков или звездочек.
  При наличии в растворе катионов Ва2+ поступают следующим образом: в
пробирку вносят 3-4 капли исследуемого раствора, добавляют 4 капли 2 н
раствора серной кислоты, нагревают 5-6 минут на водяной бане, при этом
ионы Ва2+ переходят в осадок, а ионы Са2+ остаются в растворе. Осадок
отделяют    центрифугированием.      Каплю         центрифугата     помещают    на
предметное стекло и упаривают до появления белой каймы, а затем
рассматривают полученные кристаллы под микроскопом.


  4. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ II - III ГРУПП


  Исследуемый раствор, содержащий смесь катионов трёх групп, может
быть с осадком и без осадка. Осадок может содержать хлориды AgCl, PbCl2,
Hg2Cl2, сульфаты BaSO4, CaSO4 или все вместе. Поэтому различают два
случая : раствор с осадком и раствор без осадка.


  4.1. Р а с т в о р б е з о с а д к а


  1) В отдельной порции раствора открывают катион NH4+ нагреванием с
раствором гидроксида натрия или с помощью реактива Несслера.
  2) К исследуемому раствору добавляют 2 н раствор HCl, перемешивают
стеклянной палочкой и центрифугируют. Осадок промывают водой,
подкисленной     2   н   раствором       соляной     кислоты      (для   понижения
растворимости хлорида свинца).
  3) К центрифугату, содержащему катионы Ba2+, Ca2+, K+, Na+, NH4+ и
некоторое количество Pb2+, приливают 12-15 капель раствора сульфата
аммония (NH4)2SO4, нагревают 5-6 мин на кипящей водяной бане, дают
отстояться 10 мин и центрифугируют.


                                    14

  4) Осадок, полученный в п.3, может содержать BaSO4, CaSO4, PbSO4. Для
удаления свинца осадок обрабатывают при нагревании 30 %-ным раствором
ацетата аммония CH3COONH4 до полного растворения сульфата свинца.
После этого оставшийся осадок сульфатов бария и кальция промывают два
раза дистиллированной водой, переносят в фарфоровую чашку, добавляют 3-
4 мл 10 н раствора K2CO3 и кипятят             5 мин. После охлаждения в
фарфоровую чашку добавляют 2 мл воды, перемешивают, дают отстояться и
прозрачный слой жидкости сливают. Обработку карбонатом калия проводят
2-3 раза (до полного удаления ионов SO42-). После промывания осадок
карбонатов бария и кальция растворяют в 10-12 каплях уксусной кислоты.
 5) В растворе, полученном в п.4, обнаруживают ионы Ва2+ и Са2+. Для этого
берут 3 капли раствора и прибавляют к ним 3 капли K2Cr2O7 и 3 капли
ацетата натрия CН3СООNa. Образование осадка указывает на присутствие
ионов Ва2+. Для их удаления к раствору добавляют избыток бихромата калия
в присутствии ацетата натрия, перемешивают стеклянной палочкой, дают
постоять 2-3 мин и осадок отделяют. Оставшийся раствор может содержать
ионы Са2+. Для их обнаружения к раствору добавляют несколько капель
(NH4)2C2O4. Появление белого кристаллического осадка указывает на
наличие ионов Са2+.
  6) Центрифугат, полученный в п.3, может содержать ионы K+, Na+, NH4+,
частично Ca2+. Их обнаружение можно проводить дробным методом. Для
этого вначале удаляют ионы Са2+ из одной порции центрифугата действием
К2СО3. Осадок СаСО3 отфильтровывают, а в фильтрате открывают катионы
Na+ действием KH2SbO4. Из другой порции центрифугата ионы Са2+ удаляют
действием Na2CO3. Осадок СаСО3 тоже отфильтровывают и отбрасывают, а
из фильтрата удаляют катион аммония. Для этого полученный фильтрат
помещают в тигель или фарфоровую чашку, выпаривают досуха и
прокаливают.   После   охлаждения        содержимое   тигля   обрабатывают
несколькими каплями дистиллированной воды. Операцию прокаливания
повторяют несколько раз. После этого проверяют на полноту удаления солей


                                       15

аммония с помощью реактива Несслера и открывают катионы К+ действием
Na3[Co(NO2)6] или NaHC4H4O6.
  7) Осадок, полученный в п.2, может содержать хлориды AgCl, Hg2Cl2,
PbCl2. Для отделения ионов свинца осадок необходимо 2-3 раза обработать
горячей водой и отцентрифугировать. При этом хлорид свинца PbCl2
переходит в раствор, а хлориды серебра и ртути остаются в осадке.
 8) Для открытия иона свинца к 3-5 каплям центрифугата из п.7 добавьте
такое же количество KI - образуется жёлтый осадок иодида свинца PbI2,
который при нагревании растворяется, а при охлаждении вновь выпадает в
виде золотисто-жёлтых кристаллов.
 9) К осадку, полученному в п.7, прилейте 5-7 капель раствора аммиака и
перемешайте. Если присутствует катион Hg22+, то осадок чернеет. Хлорид
серебра под действием аммиака переходит в раствор в виде комплексной
соли, а соль [HgNH2]Cl и ртуть остаются в осадке и дают чёрный цвет.
Отцентрифугируйте осадок и отбросьте его. Центрифугат разделите на две
части и к одной из них прилейте раствор KI, а к другой - азотной кислоты.
При наличии катиона Ag+ в первой пробирке выпадет жёлтый осадок иодида
серебра AgI, во второй - белый осадок хлорида серебра. В обоих случаях
происходит разрушение комплекса.


  4.2. Р а с т в о р с о с а д к о м


  1) В отдельной пробе раствора открывают катион NH4+, нагревая его с
щёлочью.
  2) К исследуемому раствору с осадком добавляют, помешивая, 2 н раствор
HCl    и   проверяют       на   полноту      осаждения.     Осадок     отделяют
центрифугированием     и    промывают       один   раз    водой,   подкисленной
несколькими каплями соляной кислоты (для понижения растворимости
хлорида свинца). Осадок может содержать соли AgCl, Hg2Cl2, PbCl2, PbSO4,


                                          16

BaSO4, CaSO4, а центрифугат - катионы Ba2+, Ca2+, K+, Na+, NH4+, Pb2+.
Центрифугат можно исследовать, как указано в инструкции по анализу смеси
1,2,3 групп катионов без осадка.
     3) Осадок, полученный в п.2, промывают 3-4 раза горячей водой (нагретой
до кипения); раствор собирают и определяют в нём Pb2+ частными реакциями
(например, с KI).
     4) После отделения свинца к осадку из п.3 прибавляют 10-12 капель 25%-
ного раствора гидроксида аммония и перемешивают. При этом хлорид
серебра раство-ряется, переходя в комплексную соль [Ag(NH3)2]Cl, а хлорид
ртути Hg2Cl2 даёт осадок ([HgNH2]Cl + Hg) чёрного цвета. Быстрое
почернение смеси от действия гидроксида аммония указывает на наличие
ртути. Осадок, содержащий соединения ртути, а также сульфаты свинца,
кальция     и     бария,   отделяют    центрифугированием.    В   центрифугате,
содержащем соль [Ag(NH3)2]Cl, открывают катион Ag+ (например, добавляя
KI или HNO3).
     5) Осадок из п.4 2-3 раза обрабатывают аммиаком для удаления из него
ионов серебра (до тех пор, пока центрифугат не даст отрицательную реакцию
на катион серебра). После этого осадок промывают водой, затем добавляют
15     капель    30%-ного    ацетата   аммония     CH3COONH4,     перемешивают
стеклянной палочкой и нагревают на водяной бане 3-4 мин. При этом
сульфат свинца PbSO4 и хлорид меркураммония [HgNH2]Cl растворяются.
Осадок,         содержащий     сульфаты        кальция   и   бария,   отделяют
центрифугированием и исследуют так, как указано в инструкции по анализу
смеси 1,2,3 групп катионов без осадка (4.1 п.4 и 5). В отдельных порциях
центрифугата определяют катион Pb2+, при помощи хромата калия или
иодида калия, и катион Hg22+ - восстановлением его до свободной ртути.


5. РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЧЕТВЁРТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ
                                       ГРУППЫ


                                        17




5.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о р е а г е н т а


Групповым реагентом на катионы четвёртой группы является гидроксид
натрия или гидроксид калия в избытке. Для проверки действия группового
реагента возьмите три пробирки и внесите в каждую по 5 капель раствора
соответствующей соли катионов Al3+, Cr3+, Zn2+, добавьте по 5 капель
раствора гидроксида калия КОН, перемешайте стеклянной палочкой,
отметьте образование и цвет осадков, напишите уравнения химических
реакций. После этого налейте в каждую из пробирок по 6-7 капель раствора
гидроксида калия (избыток), перемешайте стеклянной палочкой и проверьте
растворение осадков в избытке реактива.


5.2. Р е а к ц и и к а т и о н а Al3+


1) Ализарин С14H6O2(OH)2 образуют в аммиачной среде с Al(OH)3 трудно-
астворимое соединение ярко-красного цвета, называемое алюминиевым
лаком. Реакцию выполняют капельным методом. Для этого на полоску
фильтровальной бумаги нанесите 1-2 капли раствора хлорида алюминия и
подержите затем 1-2 минуты над склянкой с концентрированным раствором
аммиака. При этом катион А13+ осаждается в виде гидроксида А1(ОН)3. На
полученное влажное пятно поместите каплю спиртового раствора ализарина
и снова подержите в парах аммиака. В присутствии А13+ проявляется розовое
кольцо на фиолетовом фоне. Этот фон представляет собой окраску
ализарина, принимаемую им в щелочной среде. Бумагу осторожно
подсушите над плитой. При этом аммиак улетучивается и фиолетовая
окраска ализарина переходит в жёлтую, свойственную ему в кислой среде и
не мешает наблюдению окраски алюминиевого лака.


                                      18


                                           HO        Al       OH
                  O    OH                        O        O
                             OH                                    OH
Al(OH)3   +
                               -H2O


                  O
                                                 O

Следует иметь в виду, что подобные окрашенные лаки дают с ализарином и
другие катионы. Поэтому их необходимо отделять от А13+. Это достигается
применением пропитки из K4[Fe(CN)6], с которым мешающие катионы (Cr3+,
Zn2+, Fe3+ и др.) дают малорастворимые гексацианоферраты(ΙΙ). Для этого на
полоску фильтровальной бумаги наносят каплю раствора K4[Fe(CN)6]. В
центр влажного пятна помещают каплю исследуемого раствора, содержащего
А13+ и мешающие катионы. Если в растворе имеются мешающие реакции
катионы, то в центре пятна появляется осадок из малорастворимых
гексацианоферратов(ΙΙ). Чтобы вымыть из него адсорбированные А13+-ионы,
нужно осторожно нанести на осадок каплю воды. Далее реакцию
определения А13+ вести по описанной выше методике.
  2) Для определения Al3+ с помощью алюминона налейте в пробирку 3-4
капли анализируемого раствора, добавьте 3-4 капли 2 н раствора уксусной
кислоты и 2-4 капли 0,1%-ного раствора алюминона. Пробирку поместите в
водяную баню, нагрейте, хорошо перемешайте и добавьте по каплям 2 н
раствор аммиака, а затем внесите 2-3 капли 2 н раствора карбоната аммония.
При наличии иона Al3+ раствор окрашивается в красный цвет или появляется
красный осадок алюминонового лака.
                                            Al(OH)2
                                      O
                                           COO

                                                COONH4

                      HO              C              OH


                                     19




  5.3. Р е а к ц и и к а т и о н а Cr3+


  Реакции обнаружения хрома основаны на окислении катиона Cr3+ в Cr(VI),
которые могут протекать в щелочной и кислой средах.
  1) Для окисления Cr3+ в щелочной среде к 2-3 каплям раствора соли Cr3+
прибавьте    4-5 капель 2 н раствора NaOH, 2-3 капли 3%-ного раствора
перекиси водорода Н2О2 и нагрейте на водяной бане несколько минут до тех
пор, пока зелёная окраска раствора не перейдёт в жёлтую. Перекись водорода
можно заменить перекисью натрия.
                       Cr3+ + 2OH- → CrO2- + 2H+
             CrO2- + H2O2 + 2OH- → CrO42- + 2H2O
  2) Перманганат калия в кислой среде окисляет Cr3+ до Cr2O72-.         К
5-6 каплям раствора соли Cr3+ добавляют три капли 2 н раствора H2SO4, 5-6
капель раствора KMnO4 и осторожно нагревают на плите.
       10Cr3+ + 6MnO4- + 11H2O → 5Cr2O72- + 6Mn2+ + 22H+
  При большом избытке KMnO4 реакция сопровождается образованием
бурого осадка марганцовистой кислоты H2MnO3 (MnO(OH)2). Раствор над
осадком имеет жёлто-оранжевую окраску.
            2MnO4- + 3Mn2+ + 7H2O → 5MnO(OH)2 + 4H+
  3) Образование надхромовой кислоты. Перекись водорода образует с
Cr2O72--ионами в кислой среде надхромовую кислоту H2CrO6.
             Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ → 2H2CrO6 + 3H2O
  К раствору бихромата добавьте несколько капель 2 н раствора серной
кислоты, а затем прилейте 8-10 капель амилового спирта или диэтилового
эфира и несколько капель Н2О2. При этом образуется надхромовая кислота,
которая при взбалтывании переходит в слой амилового спирта или другого
органического растворителя, окрасив его в синий цвет. В водных растворах


                                           20

надхромовая кислота неустойчива, в среде же органических растворителей её
устойчивость повышается.


  5.4. Р е а к ц и и к а т и о н а Zn2+


  Дитизон     (дифенилтиокарбазон),        применяемый         в   виде     раствора   в
хлороформе или четырёххлористом углероде, образует с ионами Zn2+
внутрикомплексную соль, окрашенную в малиново-красный цвет. Реакция
позволяет открывать данной реакцией ион Zn2+ в присутствии других ионов.
Для проведения реакции налейте в пробирку 2-3 капли раствора соли Zn2+,
добавьте 5 капель 2 н раствора гидроксида натрия. Выпавший осадок (если
он образуется) отцентрифугируйте. Каплю центрифугата поместите на
предметное стекло и обработайте 2-3 каплями раствора дитизона в
хлороформе, перемешивайте стеклянной палочкой до тех пор, пока не
испарится весь растворитель. При наличии катиона Zn2+ водный раствор
приобретает розовую или красную окраску.
                 N=N C6H5               C6 H5    NH   N       Zn   N   NH    C6H5
  Zn2+ + S C                     -2H+
                 NH   NH    C6H5                      C   S    S   C

                                          C6H5    N= N             N=N    C6H5

  При отсутствии его можно наблюдать появление жёлтой окраски,
вызванной образованием дитизоната натрия. Если окрашивание наблюдается
только в слое растворителя, то это ещё не говорит о присутствии катиона
Zn2+.


 6. РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ПЯТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ


  6.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о р е а г е н т а



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика