Работа 4. Определение содержания щелочи в растворе
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РД МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ХИМИЯ Махачкала 2014 ББК 574 УДК371 Пособие предназначено для учеников 11 классов, углубленно изучающих школьный курс химии. В методической разработке приведены лабораторные работы, дающие общее представление об основах аналитической химии и не требующие дорогостоящего оборудования для их выполнения. Составители: Абдурашидова Мереса Рагимовна, учитель химии почетный работник РФ, отличник образования РД Рецензенты: М.А Бабуев –доцент, кандидат химических наук. ДГУ. А.О. Магомедова –доцент, кандидат химических наук. ДГУ. А.И. Расулов кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры естественного образования ДИПКПК Работа рассмотрена, обсуждена и одобрена к изданию на курсах повышения квалификации учителей химии в 2014 г. Введение В настоящее время перед современной педагогической наукой стоит проблема, как повысить интерес школьников к химии. Одна из причин потери интереса–это непригодность ряда традиционно применяемых приемов обучения для нынешнего контингента учащихся: ведь у нашей молодежи сегодня сильно развито чувство самосознания и собственного достоинства, она о многом имеет представление, поэтому занятия,базирующиеся на авторитарном нажиме, приказе, вызывают лишь раздражение и скуку-они неприемлемы. Это побудило преподавателей искать новые методы и средства обучения, способствующие развею интереса к предмету. Методическая разработка представляет собой сборник занимательных химических опытов. Знакомство с яркими эффективными занимательными опытами имеет важное познавательное значение и оказывает большое эмоциональное воздействие на школьников, способствует формированию у них интереса к химии, как к учебной дисциплине, привлечению к различным видам внеклассной работы, вовлечению школьников в научно-исследовательскую работу. Методическая разработка поможет побудить к творческому поиску, развивать познавательные интересы и может быть использован на дополнительных занятых, а так же при организации различных видов работ по химии. ХАРАКТЕРИСТИКА АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ, УСЛОВИЯ И СПОСОБЫ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ Аналитическая химия – наука о методах идентификации и определения состава веществ и материалов и их химической структуры, разрабатывает теоретические основы и новые методы качественного и количественного анализа вещества. Аналитическую химию нельзя отождествлять с химическим анализом. Химический анализ – это уже известные методы распознавания химического состава исследуемого вещества, используемые на практике. Важным разделом аналитической химии является качественный анализ. Качественный анализ – совокупность методов установления качественного химического состава веществ – идентификации атомов, ионов, молекул, входящих в состав анализируемого вещества. Определение состава вещества, как правило, начинается с качественного анализа, так как только знание качественного состава обусловливает правильный метод количественного определения входящих в него элементов или групп атомов. По целевому назначению аналитические реакции, соответственно и методы, делятся на методы обнаружения и идентификации веществ; методы разделения и концентрирования; методы количественного определения состава вещества. Каждая из трех указанных групп методов по свойствам веществ, находящихся в их основе, разделяется на химические, физические и физико-химические. Методы, основанные на химических свойствах веществ, т.е. на способности их вступать в химические реакции, называются химическими (методы осаждения, со осаждения, гравиметрии, нитрометрии). Методы анализа, позволяющие определять вещества без применения химических реакций, а на основании зависимости между физическими свойствами веществ (плотность, tкип, tзам, светоизлучение, свет поглощение) и их химическим свойством, называются физическими (отгонка, атомно-абсорбционный, атомно-эмиссионный и др.). Методы анализа, основанные на измерении физических параметров (свет поглощение, электропроводность и др.) продуктов химических реакций, называются физико-химическими (экстракция, хроматография, оптические и электрохимические методы). При изучении качественного анализа в классической аналитической химии используются химические методы, при которых определяемый ион переводят в соединение, обладающее характерными свойствами, на основании которых можно установить, что образовалось именно это вещество. Аналитическими называются реакции, сопровождающиеся внешним (аналитическим) эффектом – изменение цвета, выпадение осадка, выделение газа с характерным запахом или цветом. Например: 1. Выпадение осадка: BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl белый CdCl2 + Na2S = CdS + 2HCl Желтый 2. Возникновение или изменение окраски раствора: FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3KCl красный при избытке KSCN образуется [Fe(SCN)6]3– – кровавокрасного цвета; CuSO4 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]SO4 синий 3. Выделение газа с характерным запахом или цветом: Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S – запах тухлых яиц; 3Cu + 8HNO3(р) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O 2NO + O2 (воздуха) = 2NO2 – бурый газ. 4. Образование кристаллов определенной формы и цвета, наблюдаемых под микроскопом: CaSO4.2H2O – игольчатые кристаллы. Чтобы реакция прошла с проявлением максимального эффекта, ее следует выполнять, соблюдая соответствующие условия. Одно из важнейших условий – поддержание соответствующей кислотности среды (рН) анализируемого раствора. Нельзя обнаружить катион Са2+ по реакции с оксалатом аммония – (NH4)2C2O4 в присутствии HCl, так как оксалат кальция растворяется в кислотах. Хлорид серебра растворяется в гидроксиде аммония, и ионы серебра не могут быть обнаружены в аммиачной среде. Другое не менее важное условие выполнения аналитических реакций – температура раствора. Большинство реакций протекают при комнатной температуре, некоторые из них проводят при нагревании. Так, соли аммония обнаруживают действием щелочи на исследуемый раствор при нагревании: NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O (характерный запах аммиака). Для выполнения малочувствительных реакций требуется достаточно высокая концентрация обнаруживаемых ионов в растворе. Иногда для выполнения реакций необходим избыток реагента. Для полноты осаждения группы катионов требуется 1,5 – 2-кратный избыток группового реагента. Аналитические реакции должны протекать быстро, быть чувствительными и избирательными. Аналитические реакции могут выполняться «сухим» (исследуемое вещество и реагенты берут в твердом состоянии и осуществляют реакцию, нагревая их до высокой температуры) и «мокрым» (наблюдают взаимодействие анализируемого вещества и соответствующих реагентов в растворе) способами. По технике выполнения различают реакции пробирочные, капельные, микрокристаллоскопические и реакции окрашивания пламени. Пробирочные. 2-3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, не касаясь ее стенок. Соблюдая условия проведения реакции (лаб. 1), прибавляют 2-3 капли раствора реагента. Наблюдают проявление аналитического эффекта реакции. Записывают в рабочую тетрадь и делают вывод. Капельные реакции выполняют в фарфоровом тигле, на фарфоровой или стеклянной пластинке, на полоске фильтровальной или хроматографической бумаги, нанося последовательно по капле исследуемого раствора и раствора реагента. В результате реакции образуется окрашенный осадок или окрашенное пятно, по цвету которого делают вывод о наличии в растворе определяемого иона. Микрокристаллоскопические реакции проводят на предметном стекле, присутствие обнаруживаемого иона фиксируют по форме и окраске образующихся кристаллов, рассматриваемых под микроскопом. Например: Обнаружение калия. На предметное стекло наносят каплю раствора хлорида калия и подогревают в пламени спиртовки, после чего обрабатывают каплей раствора Na2Pb[Cu(NO2)6] и через 1-2 мин рассматривают под микроскопом кубические кристаллы черного цвета, характерные для K2Pb[Cu(NO2)6]. Обнаружение кальция. На предметное стекло наносят каплю раствора соли кальция и каплю 1М серной кислоты. Стеклянной палочкой с оттянутым кончиком соединяют обе капли и подогревают до появления каймы по краю. Под микроскопом наблюдают игольчатые кристаллы гипса CaSO4.2H2O, собранные в пучки. Открываемый минимум – 0,04 мкг. Реакции окрашивания пламени. Нихромовую проволоку с ушком, впаянную в стеклянную или фарфоровую палочку, предварительно очищают. Для этого проволоку прокаливают, опускают в пробирку с 2М HCl и снова прокаливают. Убедившись, что проволока чистая и пламя остается бесцветным, погружают нихромовую проволоку в раствор исследуемого вещества (или захватывают немного сухой соли) и вводят в пламя. В зависимости от состава исследуемого вещества пламя окрашивается в характерный цвет. Например: 1. соли натрия окрашивают пламя в интенсивно-желтый цвет, реакция характерна и очень чувствительна; 2. соли кальция окрашивают бесцветное пламя в кирпично-красный цвет; 3. соли меди, внесенные в бесцветное пламя, окрашивают его в синий или зеленый цвет. Работа №1. Реакции обнаружения катионов и анионов Обнаруживаемый Реагент, условия действия Уравнение реакции Аналитический эффект Примечание ион а) Реакции обнаружения катионов К+ KCl Na3[Co(NO2 2KCl+Na3[Co(NO2)6] )6] К2Na[Co(NO2)6]+2Na pH =7, свеCl же2K+ + Na+ + приготов[Co(NO2)6]3– лен-ный раствор NH4+ NH4Cl Желтый осадок NH3 + NaCl + H2O ке приготовить раствор на группу. V=2мл К2Na[Co(NO2)6] NH4Cl + NaOH NaOH В пробир- Изменение Реакцию цвета лак- желательмусовой но провобумаги, дить в масмоченной леньких Н2О, в си- пробирках ний, запах аммиака NH4Cl +2K2[HgI4] + КоричнеОчень Реактив Нес-слера 4KOH [Hg2ONH2]I вый осадок чувствительная и + 7KI + KCl + 3H2O K2[HgI4] c характерNH4+ + 2[HgI4]2– + KOH, изная реакбыток ре4OH– ция актива [Hg2ONH2]I+7I–+3H2O BaCl2 + H2SO4 BaH2SO4 SO4 + 2HCl Ba2+ + SO42– BaSO4 Ba2+ BaCl2 pH=7 K2CrO4 в присутствии СН3СООН Сa СaCl2 осадок, не раст. в 2Ba2+ + CrO42– + Н2О конц. 2BaCrO4 + 2Н+ СН3СООН BaCrO 4 Желтый Ca 2 Ca2+ в присут- осадок Ca(CH3COO)2 + ствии СН3СООН находится H2CrO4 в рас-ре K 2CrO 4 Ва 2 Са 2 CH3COOH CaCrO4 +2CH3COOH СaC2O4 + 2NH4Cl Сa2+ + C2O42– СaC2O4 2+ (NH4)2C2O4 в присутствии СН3СООН Желтый 2BaCrO4 + 2KCl СaCl2 + (NH4)2C2O4 (NH4)2C2O4 pH>7 раствори- обнарумый в кис- живают и лотах SO42–. Характерная реакция. 2BaCl2 + K2CrO4 K2CrO4, Белый оса- Этой редок, не акцией Ва 2 (NH4 ) 2 C2O 4 CH COOH 2 3 Са ВaC2O4 +2CH3COOH Вa(CH3COO)2 + Белый оса- Этой же док, не реакцией раств-й в можно обСН3СООН наружить C2O42– Белый2осаВозм. обBa док нар. Са2+ CaC2O 4 в присутствии Ва2+, т.к. ВaC2O4 раст-ся в H2C2O4 СН3СООН Этой реNH3 MgNH4PO4 + Белый оса- акцией Na2HPO4 + док можно об2NaCl NH3 наружить Mg2+ + HPO42– + NH3 и РО43–. MgNH4PO4 MgCl2 + Na2HPO4 + Mg2+ MgCl2 FeCl3 + 6NH4SCN NH4SCN (KSCN, NaSCN) Fe3+ FeCl3 (NH4)3[Fe(SCN)6] + 3NH4Cl Fe3+ + 6SCN- красная окраска 4FeCl3+ 3K4[Fe(CN)6] Пятно ин- 12KCl а) Реакция ка- пятно на пельная фильтре б) В расб) Кроваво- творе [Fe(SCN)6]3- Fe4[Fe(CN)6]3 + K4[Fe(CN)6] а) Бурокрасное Реакция тенсивно капельная синего цв. 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– Fe4[Fe(CN)6]3 2MnSO4+5NaBiO3+16 HNO3 Фиолетовое окра- Реагенты доб-ть в HMnO4+5Bi(NO3)3+2 Mn2+ MnSO4 NaBiO3 в HNO3 (конц.) шивание строгой Na2SO4+NaNO3+7H2O раствора послед-ти: 2 Mn2+ + 4H2O – 5e (HMnO4) 1. MnSO4 2. HNO3 MnO4– + 8H+ (конц) 5 BiO3– + 6H+ + 2e 3. NaBi Bi3+ + 3H2O O3 2Mn2+ + 8H2O + 5BiO3– (неск. круп-к) + 30H+ 2MnO4– + 16H+ + 5Bi3+ + 15H2O 2Mn2++5BiO3– +14H+2MnO4– +5Bi3++7H2O 3ZnCl2 + 2K3[Fe(CN)6] Коричнево- Реакция желтое капельная Zn3[Fe(CN)6]2 + Zn2+ ZnSO4 6KCl или K3[Fe(CN)6] 3Zn2+ + 2[Fe(CN)6]3– ZnCl2 Zn3[Fe(CN)6]2 Ni2+ NiSO4 Co2+ CoSO4 Реактив NiSO4 + 2C4H8O2N2 Чугаева C4H8O2N2 Ni(C4H6O2N2)2 + Розовое H2SO4 пятно NH4SCN (насыщ. р-р или сух. вво) рН 7, ацетон CoSO4 + 4NH4SCN (NH4)2[Co(SCN)4] + (NH4)2SO4 Co2+ + 4SCN– [Co(SCN)4]2– NH NH 3 [Cu(NH3)4]2+ NH3 (избыток) Реакция капельная Голубое В присут. окрашива- Fe3+ его ние связыв. в бесцв.[Fe F6]3–, добавляя NH4F 3 Cu(OH)2 CuSO4 Cu2+ CuSO4 пятно CuSO4 + 4NH3 [Cu(NH3)4]SO4 Реактив Синий рас- добавлятвор ется до растворения осадка Cu(OH)2 2CuSO4+ K4[Fe(CN)6] K4[Fe(CN)6] рН=2–6 Cu2[Fe(CN)6]+ 2K2SO4 БуроРеакция коричневое капельпятно ная. Желтый осадок При избытке реактива 2Cu2+ + [Fe(CN)6]4– Cu2[Fe(CN)6] Pb(NO3)2 + 2KI PbI2 + 2KNO3 2+ Pb Pb(NO3) KI Pb2+ + 2I– PbI2 2 Pb(NO3)2 + Na2S Na2S PbS + 2NaNO3 Pb2+ + S2– PbS Cd2+ CdSO4 осадок раст-ся. PbI2 + 2KI K2[PbI4] CdSO4 + Na2S Na2S CdS + Na2SO4 Cd 2+ Черное пятно Реакция капельная Желтое пятно Реакция капельная. Возможно обнаружение S2–. + S CdS 2– б) Реакции обнаружения анионов SO42– H2SO4 Na2SO4 Na2SO4 + BaCl2 BaBaCl2 SO4 + 2NaCl SO42– + Ba2+ BaSO4 MgCl2 + NH3 + Na2HPO4 + MgCl2 + NH3 MgNH4PO4 + 2NaCl PO43– NH4Cl Na2HPO4 (магнезиаль- Mg2+ + HPO42– + NH3 ная смесь) MgNH4PO4 Белый осадок Обнаруживается и Ва2+. Белый осадок Смотри реакции на Mg2+. Na2CO3 + 2HCl 2NaCl Концентрированная HCl + CO2 + H2O Выделение газа CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 CO32– Na2CO3 Na2CO3 + BaCl2 Ba- BaCl2 Белый осадок, раствоCO3 + 2NaCl CO32– + Ba2+ BaCO3 римый в кислотах ВaCO3 + 2HCl ВaCl2 + CO2 + H2O С2О42– Na2C2O4 Cl– NaCl Na2C2O4 + CaCl2 CaCl2 CaC2O4 + 2NaCl Белый осадок C2O42– + Ca2+ CaC2O4 AgNO3 Смотри реакции на Са2+. NaCl + AgNO3 AgCl + Белый осадок, раствоNaNO3 римый в NH3 Cl– + Ag+ AgCl AgCl + 2NH3 [Ag(NH3)2]Cl Br– NaBr Хлорная вода (Cl2 + H2O), хлороформ, эфир, рН=2 (H2SO4) 2NaBr + Cl2 2NaCl + Слой органи- Экстракция ческого расBr2. Br2 творителя 2Br– – 2e Br2 окрашивается Cl2 + 2e 2Cl– в оранжево2Br– + Cl2 Br2 + 2Cl– желтый цвет KI + AgNO3 AgI + KNO3 AgNO3 I– + Ag+ AgI I– KI В отличие Желтый оса- от AgBr, AgI док не растворяется в HNO3 и NH3. 2KI + Pb(NO3)2 PbI2 + Желтое пятно Pb(NO3)2 2KNO3 2I– + Pb2+ PbI2 Реакция капельная Хлорная вода (Cl2 + H2O), органический растворитель NO3– NaNO3 KNO3 Дифениламин (С6Н5)2NH 2KI + Cl2 2KCl + I2 I2 HIO3. Реакцию выполнять на Синее окрапредметном стекле или шивание в фарфоровом тигле капельным способом. Дифениламин окисляется до продукта темносинего цвета. Na2S + 2HCl H2S + HCl Слой орг-го р- Избежать ля окрашива- избытка ется в фио- реактива, летовый цвет т.к. обесцвечивается раствор 2NaCl Осторожно!!! Дифениламин растворен в конц. H2SO4. Запах тухлых яиц S2– + 2H+ H2S S2– Na2S Na2S + Pb(NO3)2 PbS Черное пятно Pb(NO3)2 + 2NaNO3 Реакция капельная S2– + Рb2+ PbS Na2S + CdSO4 CdS + Желтое пятно CdSO4 Na2SO4 Реакция капельная Cd2+ + S2– CdS СН3СОО – СН3СОО Na FeCl3 6СН3СООNa + 3FeCl3 + Красно-бурая При разокраска бавлении 2H2O водой в 2-3 Fe3(ОН)2(СН3СОО)6Cl + раза и 6NaCl + 2HCl Fe3(ОН)2(СН3СОО)6Cl Красно-бурый нагревании выпадает осадок t 0 C, H 2 O осадок Fe3О(СН3СОО)6OН + НСl Работа №2. Анализ вещества неизвестного состава После ознакомления со свойствами некоторых катионов и анионов, а также с дробным ходом анализа нужно освоить общие приемы анализа неорганического вещества неизвестного состава. Для анализа могут быть предоставлены твердые вещества (металлы, сплавы, минералы, сухая соль или смесь солей) или их растворы. Например, необходимо проанализировать смесь двух солей. Следовательно, предстоит обнаружить два катиона и один или два аниона и на основе этого составить химические формулы солей. В смеси могут быть хлориды, сульфаты, нитраты, бромиды, иодиды следующих веществ: Na+, K+, NH4+, Ba2+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, Ni2+, Mn2+, Pb2+, Fe3+. 1. Предварительные испытания. Сначала следует обратить внимание на окраску смеси. Известно, что соли многих катионов имеют характерные окраски и по ним можно сделать предварительное заключение о составе вещества. Так, соли меди – голубые, железа (III) – бурые, никеля – зеленые, калия, натрия, аммония, цинка – белого цвета. 2. Испытание на растворимость. В зависимости от растворимости исследуемого вещества существуют разные подходы к анализу. Прежде всего нужно убедиться в растворимости соли в воде. Небольшое количество исследуемого вещества (2-3 крупинки) обрабатывают в пробирке 10-15 каплями воды и хорошо перемешивают. Если вещество не растворяется, то нагревают. Одновременно обращают внимание на окраску раствора и изменения, которые могут происходить с ней. Если дана смесь солей, то каждая соль в отдельности растворяется в воде, при растворении происходит их взаимодействие, в результате образуется осадок. Например, BaCl2 и Na2SO4 в отдельности растворяются в воде, при совместном растворении протекает реакция образования осадка BaSO4. При этом осадок следует отделить и анализировать отдельно, предварительно испытав на растворимость в кислотах (HCl, HNO3, CH3COOH). 3. Растворяют исследуемое вещество в 5-10 мл дистиллированной воды. По таблице растворимости делают заключение, какие соли могут присутствовать в растворе. Прежде чем приступить к анализу, обращают внимание на окраску раствора. По окраске раствора можно сделать предварительное заключение о наличии и отсутствии тех или иных ионов, например, Cu2+, Co2+, Ni2+, Fe3+. 4. Полученный раствор разделяют на три части. Одну часть (1/3) раствора следует оставить для обнаружения катионов, другую – анионов, 1/3 – для возможного повторного анализа. ОБНАРУЖЕНИЕ КАТИОНОВ В отдельных пробах (по 2-3 капли) обнаруживают катионы в следующей последовательности с учетом взаимного влияния. 1. Обнаружение NH4+. Для обнаружения иона аммония проводят реакцию с реактивом Несессера, для чего к 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют избыток щелочи для осаждения гидроксидов, которые могут мешать наблюдению окраски вследствие того, что некоторые гидроксиды окрашены. Центрифугированием отделяют осадок от раствора и в центрифуга те открывают катион аммония реактивом Несессера. Об- разование характерного красно-бурого осадка указывает на присутствие NH4+. 2. Удаление NH4+. Ион NH4+ мешает обнаружению Κ+, поэтому он должен быть удален или связан в другое соединение. Устранение мешающего влияния NH4+ можно достичь кислотным разложением солей аммония. К раствору в фарфоровой чашке добавляют концентрированную азотную или соляную кислоту, досуха выпаривают и прокаливают. Добавление кислоты, выпаривание и прокаливание повторяют до отрицательной реакции на NH4+ (сухой остаток растворяют и к отдельной порции раствора добавляют реактив Несессера). 3. Обнаружение К+. Каплю раствора помещают на предметное стекло и досуха выпаривают. После охлаждения наносят каплю раствора Na2Pb[Cu(NO2)6]. В присутствии Κ+ под микроскопом хорошо видны характерные кубические кристаллы К2Pb[Cu(NO2)6] черного цвета. 4. Обнаружение К+ в отсутствии NH4+ осуществляют по образованию желтого осадка К2Na[Cо(NO2)6]. + 5. Обнаружение Na – по окрашиванию пламени в желтый цвет. 6. Обнаружение Са2+. К капле исследуемого раствора на предметное стекло добавляют каплю серной кислоты. Смесь выпаривают до появления каемки и рассматривают кристаллы под микроскопом. В присутствии Са2+ образуются характерные игольчатые кристаллы CaSO4.2H2O в виде пучков или звездочек. 7. Обнаружение Ва2+ – по образованию желтого осадка BaCrO4 в присутствии СН3СООН. 8. Обнаружение Fe3+ а) по образованию синего пятна Fe4[Fe(CN)6]3 на фильтровальной бумаге; б) по образованию красного пятна Fe(SCN)3 или [Fe(CN)6]3– 9. Обнаружение Mn2+. К 1-2 каплям первоначального раствора добавляют 1-2 капли концентрированной HNO3, несколько капель воды, несколько крупинок NaBiO3, взбалтывают на холоду и центрифугируют. В присутствии Mn2+ раствор окрашивается в фиолетово-малиновый цвет (MnO4–). 10. Обнаружение Cu2+ – по образованию синего комплекса [Cu(NH3)4]2+ при введении избытка NH3.H2O. 11. Обнаружение Ni2+. К 1-2 каплям раствора добавляют винную кислоту для связывания Fe3+, водный раствор аммиака до запаха и 1-2 капли диметилглиоксима (реактив Чугаева). Образование характерного ало-красного осадка указывает на присутствие Ni2+. 12. Обнаружение Cd2+ – по образованию желтого осадка CdS. 13. Обнаружение Pb2+. Нанесёт на бумагу 1 каплю насыщенного раствора (NH4)2SO4 и 1 каплю анализируемого раствора. Повторяют нанесение капель 5 раз, промывают 1 каплей воды, добавляют 1 каплю Na2S. В присутствии Pb2+ в центре образуется черное пятно (PbS), затем белая зона и черная зона CuS (в присутствии Cu2+). АНАЛИЗ СМЕСИ АНИОНОВ 1. SO42– – по реакции с BaCl2 с образованием белого осадка, нерастворимого в кислотах; 2. СО32– – по реакции с кислотами с выделением газа или помутнением известковой воды; 3. С2О42– – по реакции с CaCl2 с выделением белого осадка, нерастворимого в СН3СООН; 4. Cl– – по реакции с AgNO3 с выделением белого осадка, растворимого в растворе (NH4)2CO3. 5. Br– – по реакции с хлорной водой (в присутствии хлороформа) с появлением желтого кольца органического растворителя. 6. I– – реакцией с хлорной водой по посинению раствора или по появлению фиолетового кольца органического растворителя. С помощью хлорной воды можно обнаружить I– и Br– при совместном присутствии, используя более легкую окисляемость I–. Если к анализируемому раствору в присутствии H2SO4 и 2-3 мл хлороформа или эфира добавить небольшими порциями хлорную воду, то сначала окисляется I– до свободного йода и слой органического растворителя окрашивается в фиолетовый цвет. При дальнейшем добавлении хлорной воды происходит окисление I2 до йодноватистой кислоты HIO3 и фиолетовая окраска исчезает: I2 + 5Cl2 +6H2O 2HIO3 + 10HCl. Если в растворе присутствует Br–, то слой органического растворителя окрашивается в оранжевый (желтый) цвет вследствие окисления Br– до свободного брома. 7. NO3– – по реакции с дифениламином (посинение раствора). Результаты анализа состава вещества следует оформить в лабораторном журнале в виде табл. 1. Таблица 1. Анализ вещества неизвестного состава Экспериментальная задача №___ ВыполняРеаемая операция гент, усло- Наблюдаемый эффект Выводы вия Описание сухой смеси Растворение Обнаружение катионов Обнаружение анионов Вывод: Обнаружены: анионы: катионы: Следовательно, в экспериментальной задаче могли содержаться следующие соли: ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗДЕЛЕНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ Хроматография – универсальный физико-химический метод обнаружения, разделения, концентрирования, определения и очистки органических и неорганических веществ. В соответствии с процессами, находящимися в основе метода, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную и осадочную хроматографию. В практике качественного анализа наиболее широкое распространение получил метод бумажной хроматографии для разделения катионов. Сущность метода заключается в различном распределении веществ между двумя жидкими фазами. Одна жидкая фаза является подвижной (обычно это органический растворитель), другая – неподвижная (вода) – бумага – инертный носитель стационарной водной фазы. Эффективность метода зависит от различных факторов: системы растворителей, типа хроматографической бумаги, времени хроматографирования, температуры, техники работы, чувствительности и избирательности реагентов, используемых для проявления хроматограммы. Подвижная фаза. Для проведения хроматографического анализа неорганических веществ на бумаге важное значение имеет растворитель. Выбранные растворители в бумажной хроматографии выполняют функции подвижной фазы. Кислоты являются необходимой составной частью всех систем растворителей. Кислота в процессе растворения препятствует гидролизу солей. Следует иметь в виду, что минеральная кислота, прибавленная к растворителю, должна иметь тот же анион, что и хроматографируемое вещество, иначе может произойти размывание зон. Подбирается растворитель так, чтобы коэффициенты распределения (движения) разделяемых веществ различались как можно больше. Тип бумаги. Хроматографическая бумага различается по пористости, различные сорта бумаги обеспечивают разную скорость движения подвижной фазы. Полоски бумаги следует нарезать вдоль волокон, чтобы направление движения растворителя совпадало с направлением волокон. Для количественной оценки способности разделения веществ на бумаге введен коэффициент движения Rf, равный отношению расстояния, пройденного зоной определяемого вещества или иона (li), к расстоянию, пройденному растворителем (lf): l R f i , где li – расстояние, пройденное зоной иона; lf lf – расстояние, пройденное растворителем (рис.1). Разделение двух катионов возможно, если R f R1 R 2 0,1. f f Фронт растворителя l l R1f 1 lf f l 1 l l R2 2 f l f 2 Стартовая линия с нанесенной каплей разделяемой смеси Рисунок 1. Схема хроматограммы Значения Rf некоторых катионов приведены в табл. 2. Таблица 2. Значения Rf некоторых катионов Растворитель (подвижная фаза) Ацетон 87 об% HCl 8 об% H2O 5 Катион Rf Ni2+ 0,13 Co2+ 0,54 Cu2+ 0,77 Cd2+ 1,00 Fe3+ 1,00 об% Коэффициент движения каждого иона – постоянная величина, не зависящая от концентрации анализируемого раствора, температуры, присутствия других катионов и природы аниона. Однако величина Rf зависит от состава и свойств подвижной фазы и сорта хроматографической бумаги. Чем больше величина Rf, тем быстрее и дальше продвигается катион по бумаге, соответственно, различие в скоростях передвижения и является основой разделения компонентов смеси. Работа №3. Определение железа и меди в пищевых продуктах методом бумажной распределительной хроматографии Железо и медь входят в число десяти жизненноважных элементов (Fe, Cu, Mg, Co, Zn, Mn, Mo, Na, K, Ca). Содержание их в организме ничтожно, тем не менее они необходимы. Железо сосредотачивается в эритроцитах, в мышечном белке. Главный накопитель железа – печень. Здесь у взрослого человека может быть запасено до 1 г железа. В организме взрослого человека содержится до 3,5 г этого элемента. Недостаток железа приводит к заболеваниям крови – малокровию. Медь входит в состав фермента тирозиназы, который катализирует окисление аминокислоты тирозина, в результате образуется черный пигмент меланин, вызывающий пигментацию кожи. С патологическим обменом меди связано сравнительно редкое, но очень тяжелое заболевание – красная волчанка. Содержание меди в организме человека в 60 раз меньше, чем железа. Следует отметить, что с изменением баланса железа изменяется и баланс меди. Так, у доноров, многократно сдающих кровь, замечено повышение содержания меди. Основными источниками поступления железа и меди в организм являются продукты питания. Один из простых и эффективных методов обнаружения и определения железа и меди – бумажная распределительная хроматография. Реактивы и оборудование 1. Раствор хлорида железа. 2. Раствор K4[Fe(CN)6] – 5%–ный, Na2S, реактив Чугаева. 3. Хроматографические колонки . 4. Хроматографическая смесь: ацетон (87%) – вода (5%) – соляная кислота (8%). 5. Капилляры или пипетки. 6. Бинт, марля. 7. Ступки с пестиками, чашки фарфоровые. 8. Линейки, карандаши. 9. Ножницы. 10. Объекты анализа: гречневая и другие крупы, готовые соки овощей и фруктов, овощи, фрукты, зеленые пряные растения – укроп, кинза, петрушка, печень, цитрусовые, шоколад, конфеты. Подготовка объекта: 1. 2-3 г мелко нарезанного сокосодержащего подукта (овощи, фрукты, зелень, цитрусовые и др.) помещают в фарфоровую чашку, растирают до однородной массы и отжимают сок (2-3 капли). 2. Для анализа сухих твердых продуктов получают водные вытяжки. Пробу (2–3 г) заливают 0,5–1 мл воды, перемешивают или растирают пестиком и отстаивают с уклоном на несколько минут до отделения жидкости. Для ускорения центрифугируют. Крупы размалывают в ступке, 1 г размолотой массы переносят в пробирку, вводят 2-3 мл воды и кипятят 1 мин. После охлаждения и отстаивания для анализа применяют водную вытяжку. Для очищения и ускорения получения вытяжки можно отцентрифугировать. Возможно концентрирование вытяжки упариванием до 1 мл. Выполнение работы. Исследуемые пробы наносят на полоску хроматографической бумаги, по аналогии работы №3 и хроматографируют. Время хроматографирования обычно составляет 1,5 – 2 часа. Процесс прекращают после того, как растворитель пройдет от линии старта не менее, чем на 10 см. Затем бумажную полоску вынимают, отмечают положение фронта растворителя и высушивают. Измеряют (см. рис. 1) расстояние между стартовой линией и фронтом растворителя (lf). Место обнаружения зон катионов рассчитывают по величине Rf (табл.4) и экспериментально найденной lf : li = Rf . lf. Проявление хроматограммы. Высушенную полоску хроматографической бумаги, на которой установлены зоны продвижения железа и меди от старта, обрабатывают 2%-ным раствором K4[Fe(CN)6] (желательно хроматограмму проявлять горизонтально). При наличии железа проявляется синяя зона Fe4[Fe(CN)6] и буро-коричневая зона Cu2[Fe(CN)6], подтверждающие присутствие меди. Задание 1. Нарисуйте вид хроматограммы и напишите уравнения реакций, протекающих в окрашенной зоне. 2. Установите присутствие железа и меди в анализируемом объекте (по появлению окрашенных зон). 3. Сделайте заключение о полуколичественном их содержании в данном объекте по площади и интенсивности соответствующих зон (табл. 3) Таблица 3. Данные для полуколичественного определения содержания элемента по интенсивности зоны хроматограммы Окраска зоны Содержание Окраска зоны Содержание меди железа синяя много буро- достаточно коричневая темноголубая среднее слабоголубая незначительное бесцветная отсутствует коричневая кремовая бесцветная среднее незначительное отсутствует 4. Расположив хроматограммы по возрастанию или убыванию интенсивности зон, сделайте вывод об относительном изменении содержания меди и железа в пищевых продуктах, проанализированных на занятии. Расположите их в ряд по возрастанию содержания микроэлементов. ТИТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ В титрометрическом анализе количество вещества определяют по точному объему раствора известной концентрации (стандартного раствора, титранта), затраченного на реакцию с определяемым веществом. Точность титриметрических определений несколько меньше, чем гравиметрических, однако разница невелика и компенсируется быстротой анализа. Вместо многих длительных операций гравиметрического анализа (осаждение, фильтрование, прокаливание, взвешивание), при титриметрическом определении проводят всего одну операцию – титрование. Титрование это процесс прибавления к исследуемому раствору при непрерывном перемешивании из бюретки раствора титранта до окончания реакции, т.е. до точки эквивалентности (ТЭ). Различают следующие способы титрования. 1. Прямое – при титровании титрант прибавляют непосредственно к раствору анализируемого вещества, т.е. для анализа достаточно одного титранта. 2. Обратное – к раствору анализируемого вещества прибавляют заведомый избыток раствора известной концентрации (первый титрант), затем остаток оттитровывают вторым титрантом. Следовательно, для проведения анализа данным способом необходимо наличие двух титрантов. Пример. Определение Cl–-ионов методом Фольгарда. Применяют два титранта: раствор AgNO3 (основной) и раствор NH4SCN (вспомогательный). К анализируемому раствору добавляют избыток раствора AgNO3 Cl– + AgNO3 AgCl + NO3– + AgNO3(ост.) (до титрования). Затем остаток AgNO3 титруют раствором NH4SCN в присутствии солей Fe3+ (индикатор): AgNO3 + NH4SCN AgSCN + NH4NO3 Fe3+ + 3SCN– Fe(SCN)3 –– в Т.Э. 3. Титрование заместителя – рабочим (стандартным) раствором титруют продукт реакции определяемого вещества с каким-либо реактивом. Пример. Определение свободного хлора в воде или отбеливателях. К анализируемому раствору добавляют KI (избыток). Выделившийся эквивалентный хлору йод оттитровывают стандартным раствором Na2S2O3 в присутствии крахмала: Cl2 + 2KI 2KCl + I2 (до титрования) I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6 (при титровании) В точке эквивалентности nэ(Cl2) = nэ(I2) = nэ(Na2S2O3) Классификация титриметрических методов. В зависимости от того, какая реакция находится в основе титрования, различают следующие методы титриметрического анализа: 1. методы кислотно-основного титрования; 2. методы окислительно-восстановительного титрования, основанные на окислительно-восстановительных реакциях. При помощи окислителей определяют вещества– восстановители и наоборот. Наиболее распространены методы перманганатометрии, йодометрии и дихроматометрии; 3. методы осаждения и комплексообразования, основанные на реакциях осаждения ионов или на связывании их в комплексные соединения. Требования к реакциям. Для того, чтобы реакция могла применяться в титриметрическом методе, она должна удовлетворять следующим требованиям. 1. концентрация титранта должна быть известна; 2. реакция должна протекать достаточно быстро и быть практически необратимой. Точно должна фиксироваться точка эквивалентности, при медленно идущих реакциях это практически невозможно; 3. титрант с титруемым должны реагировать в определенном и постоянном соотношении, т.е реакция должна описываться химическим уравнением; 4. посторонние вещества, находящиеся в растворе, не должны мешать основной реакции. Титрант должен расходоватся исключительно на реакцию с определяемым веществом; 5. окончание реакции должен быть резко выражен внешним признаком – появлением или изменением окраски, образованием осадка, т.е. ТЭ или КТТ должна четко фиксироваться. Важнейшие этапы титриметрических определений Важнейшими этапами титриметрических определений являются: 1. Расчет и взятие навески; 2. разложение и растворение анализируемого объекта; 3. точное измерение объемов растворов реагирующих веществ; 4. приготовление растворов точно известной концентрации – стандартные растворы; 5. установление конца реакции, т.е. момента эквивалентного взаимодействия титранта с определяемым веществом – точка эквивалентности; с применением индикаторов находят не ТЭ, а конечную точку титрования (КТТ); 6. расчет результатов анализа. 1. Разложение и растворение анализируемого объекта. Химический анализ, как правило, предполагает предварительное переведение исследуемого вещества в раствор. Выбор способа разложения (растворения) анализируемой пробы зависит от природы вещества и метода его определения. При растворении всегда следует стремиться к тому, чтобы вещество растворилось полностью, быстро, а растворитель не вызывал побочных эффектов. Вещества неорганической и органической природы растворяют в воде, минеральных кислотах и их смесях. Для определения минерального состава фито- и органопрепаратов необходима предварительная минерализация образца. Минерализацию (окисление органической составляющей до СО2 и Н2О) осуществляют сухим и мокрым путем. Сухое озоление (минерализация) заключается в прокаливании образца при 500 – 550оС в муфельной печи до постоянной массы. Мокрая минерализация – образец обрабатывают при нагревании смесью концентрированных кислот (HNO3 и H2SO4; HNO3 и HCl). Полученный после разложения образца раствор можно использовать для анализа либо полностью (метод отдельных навесок), либо брать некоторую его часть (метод пипетирования). Метод отдельных навесок выбирают обычно тогда, когда для анализа необходима вся масса определяемого компонента в пробе. Метод пипетирования – навеску или определенный объем анализируемого раствора переносят в мерную колбу, доводят до метки рекомендованным растворителем и хорошо перемешивают. Затем для анализа из приготовленного исходного раствора отбирают пипеткой определенную его часть (аликвоту) и переносят в посуду, в которой проводят последующие операции. Метод используется, когда концентрация анализируемого компонента в пробе превышает пределы определяемых концентраций. 2. Измерение объемов. Мерная посуда. В международной системе единиц (СИ) в качестве единицы объема принят кубический метр (м3) и его дольные части – дм3, см3. Объем измеряют и в литрах (л) и его долях – миллилитрах (мл). Один мл равен 1,000028 см3. На практике обычно этой разницей пренебрегают и считают 1л равным 1 дм3, а 1 мл – 1 см3. При выполнении точных аналитических работ исследовательского характера объем мерной посуды устанавливают с определенной точностью (калибровка). Для этого определяют массу чистой воды (m), заполняющей указанный на посуде объ- ем. Измеряют температуру воды, по таблице находят ее плотность ( ) и рассчитывают истинный объем (Vист). Vист m / . В практике химического анализа возникает необходимость измерения не только точного, но и приблизительного объемов. 1. Для измерения точного объема растворов применяется специальная химическая посуда: мерные колбы, пипетки и бюретки. Мерные колбы служат для точного измерения объема при приготовлении растворов известной концентрации – первичных стандартных растворов из исходных веществ; при получении растворов твердых анализируемых объектов для анализа по методу пипетирования; для разбавления более концентрированного раствора до определенного объема, для отмеривания относительно больших проб (50-100 мл) анализируемых растворов. Мерные колбы имеют емкость от 25 мл до 2 л. На горлышке колбы нанесена круговая метка. При отмеривании объема нижняя часть мениска бесцветных растворов и верхняя – окрашенных растворов должна касаться метки на колбе (на уровне глаза). Мерная посуда не предназначена для хранения растворов! Пипетки служат для отмеривания определенного небольшого объема раствора, емкость пипеток – от 1 до 100 мл. Пипетки бывают двух видов: градуированные (применяются для отмеривания любого объема до максимального) и моровские (предназначенны для отмеривания только одного определенного объема). Бюретки служат для измерения точного объема стандартного раствора (титранта), который идет на титрование известного объема определяемого вещества, взятого с точностью до 0,02 мл. Емкость бюреток – 25 и 50 мл, с градуировкой в 0,1 мл; нулевое деление находится вверху бюретки, которая снабжена краном, затвором из стеклянного шарика или зажимом. Для отсчета показаний бюретки необходимо, чтобы глаз экспериментатора находился на одном уровне с мениском жидкости. В микрометодах применяется микробюретка с ценой деления 0,01 мл, их емкость 1-5 мл. 2. Когда не требуется точное измерение объема, применяются мерные цилиндры емкостью от 10 мл до 2 л, пробирки – от 10 до 25 мл, мензурки – от 25 мл до 2 л, химические стаканы – от 50 мл до 2 л. Эта мерная посуда применяется при приготовлении растворов стандартизируемых (вторичных) титрантов, для отмеривания объемов приблизительно вводимых реактивов (кислоты, основания, буферные растворы). В полумикроанализе для титрования применяются конические колбы Эрленмейера емкостью ~50-500 мл. Титрование в химическом стакане не допускается. 3.Определение конечной точки титрования. При титровании применяют не избыток титранта, а количество, эквивалентное количеству определяемого вещества. Поэтому необходимым условием является установление момента, когда заканчивается реакция между титруемым веществом и титрантом (фиксирование точки эквивалентности). Чем точнее установлена точка эквивалентности, тем точнее результат анализа. Конечную точку титрования (КТТ) фиксируют визуальным и инструментальным методами. Инструментальные методы. КТТ устанавливают фиксируя изменение физико-химических свойств системы (оптической плотности, потенциала, удельной электропроводности, силы тока и др.) различными приборами. Визуальные методы. За ходом реакции следят визуально, наблюдая изменение окраски специально введенного индикатора. КТТ устанавливают по резкому изменению видимого свойства системы (появление, изменение, исчезновение окраски, образование или растворение осадка). Для установления конца реакции применяют специальные реактивы – индикаторы. Действие индикаторов состоит в том, что они по окончании реакции между определяемым веществом и титрантом меняют окраску раствора или осадка. Когда изменение окраски в т.э. происходит не четко (желтый-оранжевый-розовый и т.д.), рекомендуется применять раствор – “свидетель”. Это раствор такого же объема и состава, что и анализируемый раствор в конце титрования. Количество индикатора (число капель) в титруемом растворе и “свидетеле” должно быть одинаковым. Для каждого титриметрического метода имеются специальные индикаторы (табл. 4). Таблица 4. Индикаторы химических методов титрования Метод Титрования Индикатор метод кислотноосновного рН индикаторы (метилоранж, фе- титрования нолфталеин) перманганатометрия йодомет- безиндикаторный крахмал рия аргентометрия комплексонометрия Механизм действия изменение окраски с изменением рН раствора до титрования и в т.э. избыточная капля титранта в т.э. изменяет окраску титруемого раствора изменение окраски вследствие образования сорбционного комплекса йода с крахмалом K2CrO4 образует ярко окрашенный в кирпично-красный цвет осадок Ag2CrO4 эриохром черный Т меняет окраску вследствие различий в устойчивости и окраске комплексов индикатора и титранта с определяемым веществом MeInd = MeTp + Ind винно-красная б/ц синяя Работа 4. Определение содержания щелочи в растворе Реактивы и оборудование: 1. Хлористоводородная кислота (0,1М); 2. Индикатор фенолфталеин (0,02%-ный раствор). 3. Бюретки на 25 мл. 4. Набор пипеток. 5. Колбы для титрования. 6. Стаканы вместимостью 205 – 300 мл Выполнение работы. В колбу для титрования пипеткой переносят 10 – 20 мл раствора щелочи неизвестной концентрации и 1 – 2 капли фенолфталеина. Раствор окрашивается в малиновый цвет. Титруют стандартизированным раствором HCl до обесцвечивания раствора. Титрование проводят не менее трех раз, результаты записывают в журнал. Пример расчета: Сколько граммов NaOH содержит 250 мл раствора NaOH, если на титрование 20 мл раствора затрачено 18 мл 0,0900 М HCl? ТHCl/NaOH = 0,003600 г/мл. Первый способ. THCl / NaOH VHCl Vобщ.( NaOH ) mNaOH , г; Va ( NaOH ) 0,003600 18 250 0,8100 г. 20 Второй способ. По данным титрования находят сNaOH. cэ( HCl ) VHCl ; сэ( HCl ) VHCl cэ( NaOH ) VNaOH ; сэ( NaOH ) VNaOH mNaOH 0,0900 18 0,0810; 20 cэ( NaOH ) М э( NaOH ) Vобщ.( NaOH ) ; сэ( NaOH ) mNaOH mNaOH 0,0810 40 0,25 0,8100 г. Работа 5. Определение общей жесткости воды Абсолютно чистой воды в природе не существует, она всегда содержит различные примеси в растворенном или во взвешенном состоянии. От концентрации и природы этих примесей зависит пригодность воды для бытовых и промышленных нужд. В зависимости от назначения к воде предъявляют различные требования. Так, в питьевой воде должны отсутствовать ядовитые вещества, болезнетворные вирусы и бактерии. Содержание свинца допускается не более 0,1 мг/л, меди - не более 3 мг/л, мышьяка - не более 0,05 мг/л; рН питьевой воды может находиться в пределах от 6,5 до 9,5. Вода, используемая в промышленности, не должна портить продукцию, вызывать коррозию металлических деталей и механизмов, засорять насосы и трубы. Вода, в которой растворены соли кальция и магния, обладают жесткостью. Жесткая вода образует слои накипи на внутренних стенках паровых котлов и кипятильников; в ней плохо завариваются пищевые продукты, при стирке белья в жесткой воде плохо образуется пена. Количественно жесткость воды выражают числом миллиграмм-эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 л (1мг-экв Mg2+ -12,16 мг; 1 мг-экв Са2+ - 20,04 мг). В зависимости от жесткости различают следующие типы вод: очень мягкие (0 – 1,5 мг-экв/л); мягкие (1,5 – 3,0 мг-экв/л); среднежесткие (3,0 – 4,5 мг-экв/л); довольно жесткие (4,5 – 6,5 мг-экв/л); жесткие (6,5 – 11,0 мг-экв/л); очень жесткие (свыше 11,0 мг-экв/л). Реактивы и оборудование 1. Раствор комплексона III, сэ = 0,05 М. 2. Аммонийная буферная смесь с рН 9,2 (По 100 мл 20%ных растворов NH4Cl и NH3.H2O разбавить до 1 л дистиллированной водой). 3. Эриохром черный Т – индикатор. 4. Бюретки, вместимостью 25 мл. 5. Колбы для титрования. 6. Пипетки разной вместимости. Анализируемую природную воду подщелачивают до рН~10 аммонийной буферной смесью. Пробу воды титруют стандартным раствором комплексона III, который готовят по точной навеске химически чистого препарата. При высокоточных анализах его раствор стандартизируют по раствору сульфата магния, приготовленного из фиксанала. Выполнение работы. В коническую колбу пипеткой Мора или мерной колбой вводят 100 мл анализируемой воды, приливают 5 мл аммонийной буферной смеси, прибавляют по каплям раствор эриохрома черного Т до хорошо заметной, но не очень яркой винно-красной окраски (или вводят на шпателе несколько крупинок сухой смеси эриохрома с хлоридом натрия). После этого титруют воду стандартным раствором комплексона III до перехода винно-красной окраски в синюю; в конце титрования раствор комплексона прибавляют по каплям. Повторяют титрование 2-3 раза, берут среднее из близких отсчетов и вычисляют общую жесткость воды (в мг-экв Са2+ и Mg2+ на 1л) по формуле; Жобщ. сэ(Т ) V1 1000 мг-экв/л, V где сэ(Т) – молярная концентрция эквивалента раствора комплексона III; V1– объем стандартного раствора комплексона III, затраченный на титрование, мл; V – объем воды, взятый для анализа, мл. Пример. На титрование 100 мл природной воды израсходовано в среднем 17,60 мл 0,0500 М раствора комплексона III. Найти общую жесткость воды. Жобщ. 0,0500 17,60 1000 8,8 мг-экв/л. 100 Работа 6. Определение кальция и магния в водной вытяжке из почвы Реактивы и оборудование 1. Раствор комплексона III, сэ = 0,05 М. 2. Аммонийная буферная смесь. 3. Эриохром черный Т. 4. Мурексид. 5. Колбы для титрования. 6. Бюретки, вместимостью 25 мл. 7. Пипетки разной вместимости. 8. Фильтры «синяя лента». 9. Раствор NaOH, 2М. Определение основано на титровании пробы почвенной вытяжки стандартным раствором комплексона III с двумя индикаторами: эриохром черным Т и мурексидом. В начале определяют суммарное содержание кальция и магния, титруя пробу водной вытяжки почвы стандартным раствором комплексона III в присутствии эриохрома черного (рН 9 – 10). Затем находят содержание только ионов кальция, титруя пробу водной вытяжки раствором комплексона III в присутствии мурексида при рН>11. По разности этих двух определений находят содер-е ионов магния. Приготовление водной вытяжки из почвы. Из сухой измельченной и просеянной через сито с отверстиями 1 мм почвы берут навеску 20,00 г (на технохимических весах), переносят в коническую колбу вместимостью 250 мл, приливают 100 мл дистиллированной воды, закрывают пробкой и встряхивают на вибраторе 5-10 мин. Вытяжку фильтруют через большой складчатый фильтр (если фильтрат окажется мутным, вторично пропускают его через тот же фильтр). Выполнение работы. а) Определение суммарного содержания кальция и магния. 10 – 20 мл полученной вытяжки переносят пипеткой в колбу для титрования, приливают 5 мл аммонийной буферной смеси, вносят шпателем несколько крупинок эриохрома черного и титруют стандартным раствором комплексона III до перехода винно-красной окраски в синюю. Титрование повторяют 3 раза и берут среднее арифметическое из сходящихся отсчетов. Суммарное количество мг-экв кальция и магния в 1000 мл вытяжки (что соответствует 100 г почвы) вычисляют по формуле: cэ(Т ) VT Q(Ca 2 Mg 2 ) 1000, VН 2О где cэ(Т ) –молярная концентрация эквивалента раствора комплексона III; VT–объем станд-го раст-а комплексона III, зат-ый на титрование, мл; VН 2О – объем водного экстракта, взятый для анализа, мл. б) Определение содержания кальция. 20 мл исходного экстракта переносят пипеткой в колбу для титрования, приливают 2 мл раствора гидроксида натрия (или калия) (с = 2 М), вносят шпателем 5 – 10 мг мурексида, медленно титруют раствором комплексона III до перехода розовой окраски в сине-фиолетовую, не обесцвечивающуюся в течение 3 мин. Повторив титрование 3 раза, берут среднее из сходящихся отсчетов. Число мг-экв кальция в 100 г почвы вычисляют по приведенной выше формуле: cэ(Т ) VT QCa 2 1000; mCa 2 QCa 2 М э(Са 2 ) , мг. VН 2О в) Определение содержание магния. Массу магния вычисляют по разности: QMg 2 Q(Ca 2 Mg 2 ) QCa 2 ; mMg 2 QMg 2 М э( Mg 2 ) , мг. Работа 7. Измерение рН колориметрическим методом Кислотность среды необходимо учитывать в самых разнообразных химических и биохимических процессах. В клинических, биохимических, санитарно-гигиенических, научноисследовательских и других лабораториях часто приходится измерять рН. Цель лабораторного занятия – установление рН колориметрическим методом – по изменению рН индикатора Установление рН колориметрическим методом Метод основан на способности кислотно-основных индикаторов изменять окраску в зависимости от концентрации водородных и гидроксильных ионов, присутствующих в растворах и суспензиях. Окраска индикатора изменяется внутри определенного интервала рН, который зависит от свойств индикатора. Способ установления рН с помощью универсальной индикаторной бумаги очень прост и заключается в следующем: узкую полоску бумаги опускают в исследуемый раствор и сравнивают окраску смоченной части с полоской стандартной цветной шкалы. Метод является наиболее простым и быстрым, что важно при работе в полевых условиях, массовых анализах и позволяет контролировать рН сразу при отборе проб. Величину рН можно устанавливать как в растворах, суспензиях, так и в биологических жидкостях, срезах тканей, растений, фруктов, т.е. в любых влагосодержащих объектах. Выполнение эксперимента. Для устанавления рН опускают или прилагают к срезу влажных твердых объектов полоску универсальной бумаги и сравнивают ее со стандартной шкалой и находят в ней полоску, наиболее совпадающую по цвету с опытной. Окраска стандартной шкалы, с которой совпала и окраска испытуемой полоски бумаги, указывает на соответствующее значение рН в объекте. Если окраска опытной полоски не подходит ни к одной окраске шкалы, то следует брать среднее между двумя приближенными окрасками полосок стандартной шкалы. Значения рН анализируемых объектов заносят в табл. 5. Таблица 5. Значения рН № п/п 1 . 2 . Анализируемый объект Значение рН ЛИТЕРАТУРА 1. С.А. Ахмедов, Х.А. Мирзаева, М.А. Бабуев. Практикум по аналитической химии (для нехимических специальностей): Махачкала: Полиграф “Экспресс”, 2003. 144 с. 2. Основы аналитической химии. В двух книгах. Под ред. акад. РАН Ю.А. Золотова. М.:Высшая школа, 1996, 1999, 2000. 3. Основы аналитической химии. Практическое руководство. Под ред. акад. РАН Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 2001. 4. Практикум по физико-химическим методам анализа. Под ред. О.М. Петрухина. М.: Химия, 1987. ОГЛАВЛЕНИЕ Введение…………………………………………………………..3 Характеристика аналитических реакций, условия и способы их выполнения ........................................................................................... 4 Работа №1. Реакции обнаружения катионов и анионов ............ 9 Работа №2. Анализ вещества неизвестного состава ................ 16 Хроматографический метод разделения и обнаружения элементов ............................................................................................ 22 Работа №3. Определение железа и меди в пищевых продуктах методом бумажной распределительной хроматографии .............. 25 Титриметрический анализ ........................................................... 29 Работа 4. Определение содержания щелочи в растворе .......... 38 Работа 5. Определение общей жесткости воды ........................ 39 Работа 6. Определение кальция и магния в водной вытяжке из почвы ................................................................................................... 42 Работа 7. Измерение рН колориметрическим методом ........... 44 Литература………………………………………………………46 Абдурашидова Мереса Рагимовна . МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ХИМИЯ Отпечатано в типографии ДГТУ Тираж 500 эак.568-12 МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА Абдурашидова Мереса Рагимовна ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ХИМИЯ