Организация лабораторных занятий

Аналитическая химия

 

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

Минск БГТУ 2012

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Аналитическая химия

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

 

Рекомендовано

учебно-методическим объединением высших учебных заведений
Республики Беларусь по химико-технологическому образованию
в качестве учебно-методического пособия по дисциплинам
«Аналитическая химия» и «Аналитическая химия
и физико-химические методы анализа» для студентов
химико-технологических специальностей

 

Минск 2012

УДК 543(076.5)(075.8)

ББК 24.4я73

А64

Авторы:

А. Е. Соколовский, Н. Ф. Шакуро, А. К. Болвако, Е. В. Радион

 

Рецензенты:

кафедра аналитической химии
Белорусского государственного университета;

доктор химических наук,
заведующий лабораторией химического катализа
Института физико-органической химии НАН Беларуси
Н. Г. Козлов

 

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или ее части не может быть осуществлено без разрешения учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет».

 

А64	Аналитическая химия. Лабораторный практикум: учеб.-метод. пособие по дисциплинам «Аналитическая химия» и «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов химико-технологическихспециальностей / А. Е. Соколовский [и др.]. – Минск: БГТУ, 2012. – с.

ISBN 978-985-530-144-9.

Учебно-методическое пособие содержит 20 лабораторных работ по качественному и количественному химическому анализу. Работы по гравиметрии и различным методам титриметрии являются многоуровневыми – от типовых до более сложных, предполагающих анализ многокомпонентных смесей, реальных природных и технологических объектов. Особенностями практикума является разнообразная тематика экспериментальных заданий и компьютерная обработка результатов анализа.

Приведены основные сведения об используемой химической посуде и химико-аналитическом оборудовании, приемах работы с ними, а также о технике выполнения химико-аналитических операций.

Пособие предназначено для студентов химико-технологических специальностей.

УДК 543(076.5)(075.8)

ББК 24.4я73

ISBN 978-985-530-144-9

© УО «Белорусский государственный технологический университет», 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

Организация лабораторных занятий

Лабораторные занятия по аналитической химии проводятся согласно графику прохождения лабораторного практикума (табл. 1).

Таблица 1

Ведение рабочего журнала

Отчеты о выполненных лабораторных работах оформляются в отдельной тетради, которая является рабочим журналом студента. По желанию студента можно вести электронный рабочий журнал с распечаткой отчетов для проверки преподавателем. После защиты работ отчеты подписываются преподавателем и служат документом, подтверждающим успешное выполнение лабораторного практикума.

При выполнении лабораторных работ по теме «Качественный анализ» отчет представляется по форме 1 (см. приложение).

При выполнении лабораторных работ по теме «Количественный анализ» отчет представляется по разным формам (см. приложение) в зависимости от изучаемого метода анализа и цели работы. При выполнении работы по гравиметрии отчет представляется по форме 2, при выполнении работ по титриметрии – по форме 3 (стандартизация рабочего раствора) или форме 4 (выполнение контрольного анализа).

При выполнении работ по количественному анализу обязательным является соблюдение правил записи результатов измерения и указание единиц измерения. Точность измерения основных величин и правила записи результатов измерения приведены в табл. 2, а точность расчета величин – в табл. 3.

При выполнении всех лабораторных работ по количественному анализу можно использовать документ Microsoft Excel «Практикум по АХ и ФХМА» с целью:

– оценки неопределенности измерений;

– проведения Q -теста для исключения грубых промахов, если имеется достаточная выборка – 4 и более результатов параллельных измерений;

– проведения статистической обработки результатов анализа: расчет среднего, дисперсии, среднеквадратичного отклонения, доверительного интервала и др.

Таблица 2

Точность измерения основных величин и правила записи результатов
измерения

Измеряемая величина	Средство измерения	Пример записи	Точность измерения
V,мл(при использовании точной мерной посуды)	Пипетка Бюретка Мерная колба	25,00 мл 12,45 мл 100,0 мл	± 0,05 мл   ± 0,1 мл
V,мл (при использовании мерной посуды с ориентировочными делениями)	Мерный стакан Мерный цилиндр Мензурка	200 мл 15 мл 30 мл	± 1 мл
m, г	Технические весы	0,10 г	± 0,01 г
Аналитические весы	0,1023 г	± 0,0001 г

 

Таблица 3

Точность расчета величин

Рассчитываемая величина	Точность расчета	Пример записи
m, г	± 0,0001 г	0,1200 г
V, мл	± 0,05 мл	12,35 мл
w, %,	± 0,01 %	8,65 %
w, [доли ед.]	± 0,0001	0,0865
Атомная масса, молярная масса, г/моль	С точностью, указанной в таблице Д. И. Менделеева, или по справочникам [10, 16]	126,033 г/моль
С, моль/л	4 значащие цифры (цифры, начиная с первой ненулевой)	0,1025 М
r*, г/л	0,09168 г/л
Т, Т (А/В), г/мл	0,005286 г/мл
n, моль, ммоль	6,728 ммоль

Отчеты о проведенной компьютерной обработке данных распечатываются и прикладываются к отчету о выполненной лабораторной работе.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Для изучения курса аналитической химии имеется учебная литература, кафедральные издания на электронных и бумажных носителях, программное обеспечение и т. п. Список рекомендуемой литературы и учебно-методических материалов приведен в приложении. Литературу можно получить в библиотеке БГТУ, в т. ч. материалы на электронных носителях. Кроме того, кафедральные разработки и прикладное программное обеспечение можно записать на флэш-карту в учебных лабораториях, многие из них размещены на сайте кафедры.

Для самостоятельной работы рекомендуется использовать следующие учебно-методические материалы:

1) для изучения теории:

– учебники [1, 4–6];

– конспекты лекций и их электронные версии;

– электронные кафедральные издания [12, 18];

– кафедральное учебно-методическое пособие [11] и его электронная версия;

– электронная версия кафедрального учебно-методического пособия [13];

2) для выполнения лабораторных работ и составления отчетов о выполненных лабораторных работах:

– настоящее издание лабораторного практикума и его электронная версия;

– кафедральная разработка «Электронный рабочий журнал по аналитической химии»;

– лабораторные практикумы [2, 4, 7, 14];

3) для решения расчетных задач:

– задачники [3, 8];

– учебно-методическое пособие [14];

– электронная версия кафедрального учебно-методического пособия [14];

– электронное кафедральное издание [19];

4) для поиска справочной информации:

– справочник [10];

– кафедральное справочное издание [16] и его электронная версия;

5) для выполнения проблемного задания:

– кафедральное издание [17] и его электронная версия;

– лабораторные практикумы [2, 4, 7];

6) компьютерные программы, презентации и видеоматериалы:

Название	Назначение
Прикладное ПО «Практикум по АХ и ФХМА»	Для проведения компьютерной обработки результатов химического анализа (см. руководство по использованию [18])
Прикладное ПО «Расчет кривых кислотно-основного титрования»	Для компьютерного расчета кривых кислотно-основного титрования различных протолитов и их смесей (см. руководство по использованию [19])
«Современное весовое оборудование», «Современное оборудование для титрования», «Процесс титрования» и др.	Иллюстративный и мультимедийный материал по дисциплине
Программа Chemistry Assistant ver. 3.0. Calculator for chemists	Для проведения химико-аналитических расчетов [20]
ChemLab (Model Science Software Inc.)	Для проведения виртуальных лабораторных работ [21]
Программа для проведения компьютерного тестирования

В настоящем издании использованы следующие обозначения:

&	Справочные данные для расчета результатов лабораторной работы, дополнительные сведения.
:	Задания по компьютерной обработке результатов анализа с использованием программного обеспечения (ПО) Microsoft Excel «Практикум по АХ и ФХМА» и «Расчет кривых кислотно-основного титрования».

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

При проведении качественного анализа неорганического вещества его переводят в раствор и затем обнаруживают входящие в его состав катионы и анионы. Для удобства выполнения анализа катионы и анионы подразделяются на аналитические группы, в которые включены сходные по химико-аналитическим свойствам ионы. Классификации катионов и анионов, которые используются при выполнении лабораторного практикума, приведены в табл. 4–5. Классификации имеют большое значение при систематическом ходе анализа сложной смеси. В этом случае ионы выделяют из нее не поодиночке, а целыми группами, используя групповые реагенты.

Систематический ход анализа подразумевает последовательное выполнение следующих действий:

– разделение ионов на группы с помощью групповых реагентов;

– разделение мешающих ионов внутри каждой группы;

– обнаружение ионов с помощью характерных реакций.

При дробном методе анализа ионы открывают непосредственно из анализируемой смеси, используя селективные и специфические реакции.

 

Таблица 4

Таблица 5

Лабораторная работа № 1

Предварительные испытания

Определение реакции среды. Определяют значение рН раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги, нанеся каплю раствора на полоску универсальной индикаторной бумаги стеклянной па лочкой и сравнив полученную окраску с цветной шкалой.

Обнаружение . Реакцию проводят в «газовой камере», состоящей из двух часовых стекол одинакового размера. На нижнее стекло помещают 1–2 капли анализируемого раствора, 1–2 капли 2 н. раствора NaOH и накрывают другим стеклом, на вогнутую поверхность которого прикреплен кусочек влажной индикаторной бумаги (рис. 1). Посинение индикаторной бумаги свидетельствует о наличии в растворе ионов NH₄⁺.

Проба на присутствие K⁺. Если ионNH₄⁺ не обнаружен, то можно провести пробу на ион K⁺ в предварительных испытаниях. На предметное стекло помещают каплю исследуемого раствора и нагревают его на плитке до появления каемочки сухой соли. На некотором расстоянии от нее наносят каплю Na₂PbCu(NO₂)₆. Реактив осторожно подводят к сухой каемочке соли и через 2–3 мин рассматривают выпавшие кристаллы под микроскопом.

Если в растворе присутствуют ионы K⁺, то образуются кубические кристаллы K₂PbCu(NO₂)₆ черного или коричневого цвета (рис. 2). Ионы NH₄⁺ образуют такие же кристаллы и поэтому мешают реакции.

Систематический ход анализа

2.1. Разделение катионов на группы. К 10–12 каплям исследуемого раствора приливают 1–2 капли NH₄ОН и по каплям – NH₄Сl (для растворения осадка Мg(ОН)₂, который может образоваться при действии NH₄ОН). Даже если осадок не образовался, все равно надо добавить 1–2 капли NH₄Сl для создания буферного раствора.

Затем приливают к раствору избыток (NH₄)₂СО₃ и нагревают содержимое пробирки на водяной бане до 60–70ºС. Если осадок карбонатов катионов II группы образовался, то его отделяют центрифугированием. Чтобы убедиться в полноте осаждения катионов II группы, к прозрачному раствору над осадком добавляют несколько капель (NH₄)₂СО₃. Если раствор мутнеет, прибавляют еще (NH₄)₂СО₃, нагревают, центрифугируют и снова проверяют полноту осаждения.

После проведения групповой реакции катионы I и II групп оказываются разделенными: фильтрат содержит катионы I группы, а осадок – катионы II группы в виде карбонатов.

2.2. Анализ фильтрата.

Удаление NH₄⁺. Фильтрат переносят в фарфоровый тигель, ставят его на плитку и выпаривают досуха. Затем оставляют тигель на плитке на 20–30 мин для прокаливания сухих солей. Когда прекратится выделение белого дыма, тигель снимают с плитки тигельными щипцами и дают ему остыть. Добавляют в тигель несколько капель дистиллированной воды для растворения сухого остатка.

В полученном растворе проверяют полноту удаления ионов NH₄⁺ с помощью реактива Несслера. Для этого каплю раствора переносят на часовое стекло и добавляют 1–2 капли реактива Несслера. Если выпадает красно-бурый осадок, то раствор содержит заметные количества ионов . Если образуется желтое окрашивание, то в растворе есть следовые количества ионов . В случае положительной пробы с реактивом Несслера выпаривание и прокаливание продолжают проводить до тех пор, пока проба не даст отрицательный результат. Полезно сделать холостой опыт, поместив на такое же стекло 1–2 капли реактива Несслера и сравнивая окраски основной и холостой проб.

Обнаружение K⁺ выполняют, как описано выше, если в предварительных испытаниях его не проводили.

Обнаружение Мg²⁺. Ионы Мg²⁺ открывают, используя одну из реакций:

– к 2–3 каплям раствора прибавляют несколько капель NH₄Cl, NH₄OH и Na₂HPO₄. В присутствии Mg²⁺ выпадает белый осадок магнийаммонийфосфата NH₄MgPO₄;

– к 2–3 каплям раствора добавляют несколько капель 2 н. раствора KОН. Содержимое пробирки нагревают на водяной бане. Образование белого аморфного осадка указывает на присутствие ионов Мg²⁺.

Обнаружение ионов Na⁺ можно проводить только в отсутствие ионов Мg²⁺ и NH₄⁺, используя микрокристаллоскопическую или пробирочную реакцию с KH₂SbO₄.

Проведение реакций в отсутствие ионов Мg²⁺

1. Микрокристаллоскопическая реакция с KH₂SbO₄. Каплю раствора, полученного после удаления ионов NH₄⁺, выпаривают досуха на предметном стекле. Затем прямо на высохшую каплю наносят каплю раствора KH₂SbO₄. Если ионы Na⁺ присутствуют, то под микроскопом отчетливо видны бесцветные прозрачные кристаллы зернообразной формы (рис. 3). Кристаллы образуются в месте соединения капли реактива и высушенной капли. Часто кристаллы встречаются только в определенном месте капли и их нужно поискать. При выполнении этой реакции необходимо провести холостой опыт, т. к. в растворе самого реактива практически всегда под микроскопом заметны кристаллы. Они имеют другую форму, которая отличается от формы, приведенной на рис. 3.

2. Пробирочная реакция с KH₂SbO₄. В пробирку наливают 2–3 капли раствора, полученного после удаления ионов NH₄⁺. Затем создают строго нейтральную среду, добавляя пипеткой раствор HNO₃ или KOH до рН 7 по индикаторной бумаге. К нейтральному раствору прибавляют равный объем раствора реактива KH₂SbO₄ и перемешивают стеклянной палочкой. Образование белого кристаллического (не аморфного!) осадка свидетельствует о наличии в растворе ионов Na⁺. Для ускорения образования осадка надо потереть палочкой о стенки пробирки и охладить ее содержимое.

Проведение реакции с предварительным отделением ионов Мg²⁺

Если ионы Мg²⁺ были обнаружены в предыдущем испытании, то их необходимо предварительно отделить. Для этого к отдельной порции раствора из тигля добавляют несколько капель 2 н. раствора KОН, нагревают на водяной бане и центрифугируют. Проверяют полноту осаждения Мg²⁺, снова центрифугируют и отбрасывают осадок Мg(ОН)₂.

Полученный фильтрат нейтрализуют 2 н. раствором НСl до рН 7 по индикаторной бумаге (избыток кислоты недопустим из-за разложения KH₂SbO₄ в кислой среде!) и выпаривают досуха в фарфоровом тигле. Сухой остаток растворяют в 2–3 каплях дистиллированной воды. В полученном растворе обнаруживают ионы Na⁺ микрокристаллоскопической реакцией с KH₂SbO₄ (рис. 3).

2.3. Анализ осадка

Растворение осадка. Осадок карбонатов растворяют в 8–10 каплях 2 н. уксусной кислоты, добавляя ее небольшими порциями и перемешивая содержимое пробирки стеклянной палочкой.

Обнаружение Ва²⁺. Отдельную порцию полученного уксуснокислого раствора нагревают на водяной бане и добавляют несколько капель CH₃COONa. Затем добавляют избыток K₂Cr₂O₇ так, чтобы раствор стал оранжевым. Если при этом выпадает желтый мелкокристаллический осадок, то в анализируемом растворе присутствуют ионы Ва²⁺.

После охлаждения в раствор над осадком добавляют еще несколько капель K₂Cr₂O₇, проверяя таким образом полноту осаждения ионов Ва²⁺. После полного осаждения ионов Ва²⁺ осадок ВаCrО₄ отделяют центрифугированием, а фильтрат используют для обнаружения ионов Са²⁺.

Обнаружение Са²⁺. Катионы открывают в отдельной пробе раствора, не содержащего ионов Ba²⁺. Для этого к 1–2 каплям раствора прибавляют 2–3 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄ и нагревают раствор на водяной бане. В присутствии катионов кальция образуется белый кристаллический осадок оксалата кальция.

При отсутствии ионов Ва²⁺ в анализируемом растворе пробу на наличие ионов Са²⁺ лучше провести в свежей порции уксуснокислого раствора, полученного при растворении осадка карбонатов.

 

Лабораторная работа № 2

Предварительные испытания

Определение реакции среды. Определяют значение рН раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги, нанеся каплю раствора на полоску универсальной индикаторной бумаги стеклянной палочкой и сравнив полученную окраску с цветной шкалой.

Проба на присутствие Fe²⁺. Ион Fe²⁺ открывают первым, так как он легко окисляется кислородом воздуха до Fe³⁺. Небольшую порцию раствора подкисляют 2 н. НСl и приливают к ней 1–2 капли раствора K₃[Fe(CN)₆], стараясь не перемешивать содержимое пробирки. Выпадение синего осадка Fe₃[Fe(CN)₆]₂ свидетельствует о наличии иона Fe²⁺. Следует иметь в виду, что в присутствии катионов III группы осадок будет менее интенсивно окрашен.

Если основной эффект не проявился, то необходимо зафиксировать побочные эффекты, которые могут наблюдаться за счет возможного присутствия ионов Fe³⁺, Mn²⁺ и Zn²⁺.

Проба на присутствие Fe³⁺. К отдельной порции исследуемого раствора, подкисленной 2 н. HCl, прибавляют несколько капель раствора K₄[Fe(CN)₆]. Выпадение синего осадка Fe₄[Fe(CN)₆]₃ свидетельствует о наличии иона Fe³⁺. Присутствие катионов III группы несколько изменяет темно-синий цвет осадка. Следует иметь в виду, что растворы солей Fe²⁺ всегда содержат примесь Fe³⁺ за счет окисления кислородом воздуха, поэтому в отчете необходимо указать не только окраску раствора, но и ее интенсивность.

Проба на присутствие Zn²⁺. В центр полоски фильтровальной бумаги наносят каплю раствора дитизона и каплю анализируемого раствора. Появление малиново-красного окрашивания свидетельствует о присутствии ионов Zn²⁺. Для сравнения полезно провести холостой опыт и модельный опыт:

Опыт	Растворы	Эффект
Холостой	Дитизон	Окраска дитизона
Основной	Дитизон + проба	Сравнить эффект с эффектами холостого и модельного опытов
Модельный	Дитизон + Zn^2+	Окраска дитизоната цинка

Систематический ход анализа

2.1. Разделение катионов внутри группы. К 10–12 каплям анализируемого раствора прибавляют при тщательном перемешивании концентрированный раствор NaOH до щелочной реакции по индикаторной бумаге. Затем прибавляют еще 5–8 капель раствора NaOH и
4–5 капель 3%-ного раствора H₂O₂. После прекращения реакции содержимое пробирки нагревают на водяной бане для разложения избытка Н₂О₂. Необходимо убедиться, что реакции прошли до конца: после проведения такой обработки раствор может быть либо бесцветным, либо желтым, а осадок – бурым, если он образовался. Затем отделяют осадок от раствора путем центрифугирования.

В результате катионы III группы оказываются разделенными: фильтрат содержит анионы , [Al(OН)₆]^3– и [Zn(OН)₄]^2–, а осадок – гидроксиды Fe(OH)₃ и MnО(OH)₂.

2.2 Анализ фильтрата

Обнаружение Cr³⁺. Для установления наличия ионов Cr³⁺ их окисляют до и проводят реакцию образования надхромовой кислоты H₂CrO₆. Для этого к отдельной порции фильтрата, полученного по п. 2.1 (5–6 капель), прибавляют 5 капель раствора пероксида водорода и 2–3 капли амилового спирта. Тщательно перемешивают полученную систему, состоящую из двух жидких фаз (верхняя – органическая, нижняя – водная), и медленно прибавляют к ней 5 капель серной кислоты. Если органический слой окрашивается в интенсивный синий цвет, то это указывает на присутствие надхромовой кислоты H₂CrO₆.

При проведении реакции в отсутствии амилового спирта синяя окраска также образуется, однако она менее интенсивна и быстро исчезает.

Обнаружение Al³⁺. В центр полоски фильтровальной бумаги наносят 1–2 капли фильтрата, затем 1 каплю раствора HCl. Помещают полоску над склянкой с концентрированным раствором аммиака и держат ее 1–2 мин в парáх аммиака. Затем на пятно наносят каплю раствора ализарина и снова держат бумагу в парáх аммиака. Пятно окрашивается в фиолетовый цвет, характерный для ализарина в аммиачной среде.

Бумагу подсушивают, наносят на пятно 1–2 капли раствора уксусной кислоты и снова подсушивают. При этом фиолетовая окраска ализарина исчезает. Если в пробе присутствуют ионы Al³⁺, то пятно становится розово-красным.

2.3. Анализ осадка

Обнаружение Mn²⁺. Ионы Mn²⁺ открывают, действуя щавелевой кислотой на осадок MnО(OH)₂. Проведению реакции мешает Fe(OH)₃, поэтому его предварительно маскируют.

Проведение реакции в отсутствие Fe(OH)₃

К осадку после центрифугирования осторожно, по стенке пробирки пипеткой вводят 2 н. раствор Н₂С₂О₄. В присутствии MnО(OH)₂ образуется малиново-розовое комплексное соединение марганца H[Mn(C₂O₄)₂]. Образующееся соединение неустойчиво, поэтому раствор перемешивать не следует.

Проведение реакции в присутствии Fe(OH)₃

К осадку добавляют несколько кристалликов NaF, а затем вводят Н₂С₂О₄, как описано выше.

Лабораторная работа № 3

Предварительные испытания

Определение реакции среды. Определяют значение рН раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги, нанеся каплю раствора на полоску универсальной индикаторной бумаги стеклянной палочкой и сравнив полученную окраску с цветной шкалой.

Проба на анионы I группы. К 2 каплям нейтрального или слабощелочного раствора (рН 7–8) добавляют 2–3 капли раствора BaCl₂. Образование белого осадка указывает на присутствие анионов I группы.

Проба на анионы II группы. К 2–3 каплям исследуемого раствора прибавляют 2–3 капли AgNO₃. При этом может образоваться осадок, содержащий нерастворимые соли серебра с анионами I и II аналитических групп. К нему прибавляют несколько капель HNO₃ для растворения солей, образованных анионами I группы:

Ag₂SO₄¯ + 2HNO₃ ® 2AgNO₃ + Н₂SO₄

Ag₂СO₃¯ + 2HNO₃ ® 2AgNO₃ + СO₂­ + Н₂O

Ag₃РO₄¯ + 3HNO₃ ® 3AgNO₃ + Н₃РO₄

Если осадок не растворяется в азотной кислоте, то это указывает на присутствие анионов II группы.

Проба на выделение газов. К небольшой порции анализируемого раствора добавляют несколько капель 2 н. раствора серной кислоты и наблюдают, выделяются ли пузырьки газа в момент ее приливания. Образование газа указывает на возможность присутствия или .

Реакция является не очень чувствительной, поэтому даже при отсутствии аналитического эффекта необходимо провести характерные реакции на ионы и в ходе основных испытаний.

Открытие анионов I группы

Если предварительные испытания показали наличие анионов I группы, то проводят их осаждение групповым реагентом из отдельной порции анализируемого раствора объемом 1–2 мл, как при проведении пробы на анионы I группы. Осадок отделяют от раствора центрифугированием и проверяют полноту осаждения.

Обнаружение сульфат-ионов. К полученному осадку прибавляют избыток соляной кислоты и тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Если осадок не растворился полностью, то это указывает на присутствие сульфат-ионов. Одновременно необходимо зафиксировать, выделяются ли пузырьки газа при попытке растворения осадка.

Обнаружение карбонат-ионов. Если растворение осадка в соляной кислоте сопровождается выделением пузырьков газа, то следует проверить присутствие карбонат-ионов по помутнению раствора Ba(OH)₂.

Реакцию проводят в специальном приборчике, представляющем собой пробирку, плотно закрытую пробкой с отверстием, в которое вставляется отводная трубка. На дно пробирки помещается анализируемый раствор, сюда же добавляют 2 н. раствор соляной кислоты, после чего пробирку плотно закрывают пробкой. Отводную трубочку быстро опускают в пробирку с раствором Ba(OH)₂. В случае выделения CO₂ баритовая вода мутнеет вследствие образования BaCO₃.

Обнаружение фосфат-ионов. В пробирку добавляют 2–3 капли раствора MgCl₂, 2–3 капли 2 М раствора аммиака и столько же раствора хлорида аммония. Полученную магнезиальную смесь нагревают на водяной бане и добавляют к ней несколько капель анализируемого раствора. В случае присутствия фосфат-ионов выпадает белый кристаллический осадок MgNH₄PO₄.

Открытие анионов II группы

Обнаружение иодид-ионов. К отдельной порции анализируемого раствора прибавляют 2–3 капли 2 н. раствора серной кислоты и несколько капель бензола или хлороформа (органический слой будет сверху). Затем в эту же пробирку по одной капле добавляют хлорную воду, каждый раз хорошо взбалтывая ее содержимое. При наличии в растворе иодид-ионов появится фиолетовая окраска бензольного или хлороформного слоя за счет растворения I₂.

Если добавить слишком много хлорной воды, то окраска не появится из-за дальнейшего окисления I₂ до иодноватой кислоты:

I₂ + 5Cl₂ + 6H₂О = 2HIO₃ + 10HCl

Обнаружение хлорид-ионов. К отдельной порции анализируемого раствора добавляют несколько капель 2 н. HNO₃ до кислой реакции и несколько капель AgNO₃. Образовавшийся осадок отделяют от раствора центрифугированием, промывают дистиллированной водой, после чего к нему добавляют 25%-ный раствор NH₄OH. Тщательно перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой.

При наличии в растворе иодид-ионов осадок растворяется не полностью. Нерастворившийся осадок AgI отделяют центрифугированием и отбрасывают.

Фильтрат помещают в другую пробирку и добавляют 3–4 капли раствора KBr. Появление обильной мутиAgBr указывает на присутствие в исследуемом растворе хлорид-ионов.

Открытие анионов III группы

Обнаружение нитрит-ионов. Характерную реакцию на c иодидом в кислой среде можно выполнять разными способами.

Пробирочная реакция. К 2–3 каплям анализируемого раствора добавляют 1–2 капли 2 М HCl или CH₃COOH и 2–3 капли раствора KI. Раствор буреет вследствие выделения I₂. При добавлении 1–2 капель крахмала появляется темно-синяя окраска.

Капельная реакция. На фильтровальную бумагу наносят последовательно каплю раствора крахмала, каплю 2 М CH₃COOH и каплю раствора KI. Капля должна оставаться бесцветной. Вносят каплю анализируемого раствора. Если нитриты присутствуют, то появляется синяя окраска.

Обнаружение нитрат-ионов. Обнаружению мешают анионы . Если присутствие в растворе доказано, то его необходимо предварительно удалить.

Проведение реакции в отсутствие

В тщательно вымытую пробирку добавляют 3–4 капли анализируемого раствора, смачивая им стенки пробирки. Затем по стенке пробирки аккуратно пускают 1 каплю дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте (осторожно!). Появление интенсивной синей окраски указывает на присутствие .

Большие количества ионов I^– могут помешать этой реакции за счет проявления побочного аналитического эффекта – коричневого окрашивания.

Проведение реакции в присутствии NO ₂ ^–

К 4 каплям анализируемого раствора добавляют на кончике шпателя мочевину (карбамид), после чего в полученную смесь по каплям прибавляют 2–4 капли раствора H₂SO₄, перемешивая раствор стеклянной палочкой. Через некоторое время отдельную порцию испытывают на нитрит-ион реакцией с KI в присутствии крахмала.

Только убедившись в полноте удаления , открывают реакцией с дифениламином, как описано выше.

Лабораторная работа № 4

Анализ смеси сухих солей

Цель работы: провести анализ предложенной смеси сухих солей на содержание в ней катионов и анионов:

– Проба А – смесь сухих солей, образованных катионами I и/или II аналитических групп и анионами различных групп;

– Проба Б – смесь сухих солей, образованных катионами III аналитической группы и анионами различных групп.

Сущность работы. В качестве контрольной задачи предлагается смесь сухих солей, в состав которой входят изученные ранее катионы и анионы. Поскольку анализ проводится «мокрым путем», то анализируемую смесь пpeждe всего необходимо растворить.

При растворении смесей солей в воде могут протекать химические реакции между различными компонентами смеси. Например, при растворении смеси сухих солей Ba(NO₃)₂ и K₃PO₄ произойдет реакция осаждения:

3Ba²⁺ + 2PO₄^3– ® Ba₃(PO₄)₂¯

а при растворении смеси сухих солей FeCl₃ и NaI – окислительно-восстановительная реакция:

2Fe³⁺ + 2I^– ® 2Fe²⁺ + I₂

Протекание этих реакций усложняет ход анализа, поэтому для выполнения лабораторной работы предлагается специально подобранная смесь сухих солей, полностью растворимая в воде.

После перевода пробы в раствор проводят его анализ на наличие катионов и анионов. Катионы открывают, используя систематический ход анализа, а анионы – дробный. Анализ целесообразно начинать с обнаружения катионов, так как наличие некоторых из них свидетельствует об отсутствии ряда анионов. Следует учесть, что число открытых катионов и анионов может совпадать либо не совпадать. Например, в смеси солей KCl, NaCl, NH₄Cl и MgCl₂ присутствуют 4 катиона и 1 анион.

Выполнение работы. Получают пробу для проведения анализа, записывают ее номер в лабораторный журнал. Описывают внешний вид пробы (окраска кристаллов, расплывание на воздухе).

Растворяют пробу в дистиллированной воде, добавляя ее небольшими порциями и перемешивая раствор стеклянной палочкой. Большой объем воды использовать не следует, поскольку раствор будет сильно разбавленным, что усложнит анализ.

Описывают внешний вид полученного раствора (окраска, прозрачность) и определяют значение рН с помощью универсальной индикаторной бумаги. Далее используют отдельные порции раствора для проведения предварительных испытаний, обнаружения катионов и анионов.

Проба А. Смесь солей, образованных катионами I и/или II аналитических групп и анионами различных групп. Анализ проводят в следующем порядке:

1) предварительные испытания и систематический ход анализа катионов по методике, описанной в работе № 1;

2) вывод по результатам анализа катионов – каких анионов в смеси не может быть, учитывая, что смесь растворилась в воде без остатка;

3) предварительные испытания и дробный ход анализа анионов по методике, описанной в работе № 3. Если сделан вывод об отсутствии ряда анионов, то не следует проводить реакции с целью их обнаружения;

4) окончательный результат анализа.

Проба Б. Смесь солей, образованных катионами III аналитической группы и анионами различных групп. Анализ проводят в следующем порядке:

1) предварительные испытания и систематический ход анализа катионов по методике, описанной в работе № 2;

2) вывод по результатам анализа катионов – каких анионов в смеси не может быть, учитывая, что смесь растворилась в воде без остатка;

3) предварительные испытания и дробный ход анализа анионов по методике, описанной в работе № 3, из которой должны быть исключены все операции с явно отсутствующими анионами;

4) окончательный результат анализа.

А б

Рис. 12. Весы: а – аналитические; б – технические

Горизонтальное выравнивание весов проводится по встроенному уровню (рис. 13, а) вращением двух задних ножек. При этом пузырек воздуха устанавливается по центру встроенного уровня между двумя концентрическими окружностями (рис. 13, б).

 

аб

Рис. 13. Горизонтальное выравнивание весов по встроенному уровню:

а – вид встроенного уровня; б – правильное положение пузырька воздуха

Включение весов осуществляется кратковременным нажатием клавиши «О/Т» (ON). На дисплее появится индикация массы: «0,00» (технические весы) или «0,0000» (аналитические в