В РАСТВОРЕ НЕИЗВЕСТНОГО СОСТАВА

СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

К самостоятельной работе студентов

по дисциплине

«Аналитическая химия»

Направление подготовки: 020100 «Химия»

Профиль подготовки (специализация): 020100.62.10. «Химия окружающей среды,

химическая экспертиза и экологическая безопасность»

Форма обучения: очная

 

 

Тула 2011 г.

 

Методические указания к самостоятельной работе студентов составлены доцентом кафедры химии, к.х.н Роговой Т.В. и доцентом кафедры химии, к.х.н Морозовой Н.А.

и обсуждены на объединенном заседании кафедр химии и биотехнологии ЕН факультета,

протокол № ___ от _________ 2011г.

Зав. кафедрой химии _______________ В.А.Алферов

 

Содержание

		стр.
1.	Общие указания
2.	Контрольная работа №1
2.1.	Пример выполнения систематического качественного анализа смеси катионов в растворе неизвестного состава
2.2	Примеры расчета параметров равновесных гомогенных систем
2.3.	Примеры расчета параметров равновесных гетерогенных систем
2.4.	Задания контрольной работы №1
3.	Контрольная работа №2
3.1.	Примеры расчетов в гравиметрическом методе
3.2.	Примеры расчетов в титриметрическом методе
3.3.	Задания контрольной работы №2
4.	Литература

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

Целью методических указаний является самостоятельное выполнение студентами контрольных работ 1 и 2, способствующее усвоению теоретических основ методов химического анализа.

Контрольная работа 1 включает 8 заданий по химическому качественному анализу,контрольная работа 2 по количественному анализу состоит из двух заданий по гравиметрии и 8 заданий по титриметрии.Работы составлены на основе учебной программы по аналитической химии (ч.1) для студентов химико-технологических специальностей высших учебных заведений.

 

Принятые обозначения

m(H₂SO₄) - масса вещества, г;

M(H₂SO₄) - молярная масса вещества, г/моль;

M(1/2 H₂SO₄) - молярная масса эквивалента вещества, г/моль;

с(H₂SO₄) - молярная концентрация вещества, моль/дм³;

с(1/2 H₂SO₄) - молярная концентрация вещества эквивалента, моль/дм³;

q - навеска образца анализируемого вещества, г;

w - массовая доля вещества, %;

T- титр раствора вещества, г/см³

f - фактор эквивалентности;

F - гравиметрический фактор;

p - плотность раствора, г/см³

V - объём раствора, см³, дм³;

n - количество моль вещества эквивалента;

K_{кисл.(осн.)} - константа ионизации кислоты (основания);

K_гидр - константа гидролиза;

h - степень гидролиза;

ПР(BaSO₄) - концентрационное произведение растворимости вещества;

S(AgCl) - растворимость вещества вводе, г/дм³

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

Для выполнения контрольной работы студент должен изучить материал по следующему примерному плану:

-способы и условия выполнения аналитических реакций;

-методика выполнения дробного и систематического анализа;

-аналитические классификации катионов (сульфидный метод) и

анионов (по растворимости солей бария и серебра);

-закон действия масс;

-ионизация воды, водородный показатель рН;

-равновесия в гомогенных системах (растворы сильных кислот и

оснований, растворы слабых кислот и оснований, буферные растворы);

-методика расчёта количественных параметров равновесных гомогенных систем(степень и константа ионизации, pH раствора электролита);

-смещение ионных равновесий;

-гидролиз солей; расчёт константы и степени гидролиза, pH растворов гидролизующихся солей;

-равновесия в гетерогенных системах;

-влияние различных факторов на смещение равновесий раствор-осадок.

 

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА СМЕСИ КАТИОНОВ

В РАСТВОРЕ НЕИЗВЕСТНОГО СОСТАВА

Прежде чем приступить к практическому выполнению анализа, необходимо установить принадлежность катионов, подлежащих обнаружению в исследуемом растворе к определённым аналитическим группам, изучить их качественные реакции, методику разделения в систематическом ходе анализа и составить общую схему его проведения.

Предположим, что в растворе неизвестного состава необходимо провести обнаружение катионов бария, висмута и серебра. Они соответственно относятся к II,IY и Y аналитическим группам.

 

Последовательность выполнения операций:

1.Осаждают Y группу катионов, в том числе Ag+ групповым реагентом (разбавленная HCl):

Ag⁺ + Cl^- = AgCl¯

2.Смесь центрифугируют и декантируют. Осадок промывают холодной водой в присутствии небольшого количества соляной кислоты.

3.Осадок растворяют в концентрированном растворе аммиака:

 

AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^-

4.Проводят обнаружение катиона Ag⁺:

Ag⁺ + I^- = AgI¯ (бледно-жёлтый осадок).

 

5. В центрифугате, полученном по п.2, устанавливают pH=0,5(добавляют HCl). Затем пропускают через раствор газообразный сероводород. При этом происходит осаждение катионов IY группы, в том числе Bi³⁺:

4Bi³⁺ + 3H₂S = 6H⁺ + 2Bi₂S₃ ¯ (чёрный осадок).

6. Осадок центрифугируют и декантируют.

7. Отделяют подгруппу меди от подгруппы мышьяка. Для этого промытый осадок катионов IY группы обрабатывают щелочным раствором Na₂S при слабом нагревании.

 

Общая схема анализа

 

Ba²⁺, Bi³⁺, Ag⁺

¯

Действие HCl

¯

Центрифугирование

¯ ¯

Осадок(Ag⁺) Центрифугат (Ba²⁺,Bi³⁺)

¯ ¯

Растворение осадка Действие H₂S

¯ ¯

Обнаружение Ag⁺ c KI Центрифугирование

-------------------- ¯

Центрифугат (Ba²⁺) Осадок (Bi³⁺)

¯ ¯

Действие (NH₄)₂S Отделение 2-й подгруппы

¯ IY группы катионов

определение III группы катионов

¯

Центрифугат(Ba²⁺)

¯ Растворение

Действие(NH₄)₂CO₃ ¯

¯ Обнаружение Bi³⁺ с Na₂SnO₃

Центрифугирование -------------------------

Осадок(Ba²⁺) Центрифугат

¯ (катион I группы)

Растворение осадка

¯

Обнаружение Ba²⁺ c K₂Cr₂O₇

------------------------

 

 

При этом сульфиды катионов 2-й подгруппы растворяются. Осадок, содержащий катионы 1-й подгруппы,в том числе Bi³⁺,отделяют центрифугированием. Центрифугат отбрасывают т.к. заданием не предусмотрено обнаружение катионов 2-й подгруппы.

8. Осадок растворяют в 6 моль/дм³ раствора азотной кислоты в присутствии небольшого количества нитрата калия или натрия при нагревании на водяной бане. Осадок серы отделяют.

9. Проводят обнаружение Bi³⁺. Для этого к полученному раствору приливают концентрированный раствор аммиака. Ион Bi³⁺ осаждается в виде основной соли или гидроксида

Bi³⁺ + 3OH^- = Bi(OH)₃¯ (белый осадок)

Осадок обрабатывают раствором станнита натрия Na₂SnO₂

2Bi(OH)₃ + 3SnO^2- = 3SnO₃^2- + 3H₂O + 2Bi ¯ (чёрный осадок)

Образование чёрного осадка указывает на присутствие катиона Bi³⁺.

10.Из центрифугата,полученного по п.6, осаждают катионы III группы действием группового реагента при рН примерно равном 9,0

Zn²⁺ + S^2- = Zn₂S ¯

Заданием не предусмотрено обнаружение катионов III группы, поэтому осадок после центрифугирования и декантирования отбрасывают.

 

11.Из центрифугата, полученного по п.10 и содержащего Ва²⁺, осаждают катионы II группы действием группового реагента (NH₄)₂CO₃:

Ba²⁺ + CO₃^2- = BaCO₃ ¯ (белый осадок)

Осаждение проводят при рН примерно равном 9,0 (аммонийный буферный раствор).

 

12.Осадок, содержащий катионы Ва²⁺, отделяют центрифугированием, промывают и растворяют в уксусной кислоте:

2СН₃СООН + ВаСО₃ = Ва²⁺ + 2СН₃СОО^- + СО₃^2- + Н₂О

 

13.Проводят обнаружение ионов Ва²⁺ с дихроматом калия:

2Ва²⁺ + Сr₂O₇^2- + H₂O = 2BaCrO₄ ¯ + 2H⁺ (ярко-жёлтый осадок).

Реакцию проводят при рН примерно равном 5.0 (ацетатный буферный раствор).