Література [1], стор. 155 - 158

4. Якісний аналіз речовини невідомого складу

Література [1], стор. 160 - 162

Методичні поради до вивчення теми

Класифікація аніонів основана на різній розчинності солей Барію та Срібла відповідних кислот. Згідно зцієї класифікації всі аніони ділять на три аналітичні групи. Груповими реагентами служать розчини барій хлориду ВаСl₂ і аргентум нітрату АgNO₃.

І аналітична група

До І-ої групи аніонів відносяться аніони: сульфат-йон SO , карбонат-йон СО , сілікат-йон SiO , фосфат-йон РО . З катіонами Ва²⁺ вони утворюють солі, нерозчинні у воді, але розчинні в розбавлених мінеральних кислотах (за виключенням ВаSO₄). Тому груповий реагент ВаСl₂ осаджує аніони І групи тільки в нейтральному або слаболужному середовищі.

Реакції аніона сульфатної кислоти SO

1. Реакція з барій хлоридом: якщо до розчину, що містить йон SO , додати розчин барій хлориду утворюється білий дрібнокристалічний осад ВаSO₄, нерозчинний в кислотах

SO + Ва²⁺ = ВаSO₄↓

2. Реакція з солями свинцю: при додаванні до розчину, що містить йон SO , розчину Рb(СН₃СОО)₂ або Рb(NО₃)₂ утворюється білий кристалічний осад РbSO₄

SO + Рb²⁺ = РbSO₄↓

Реакції аніона вугільної кислоти СО₃^2-

1. Реакція з барій хлоридом:

СО₃^2-+ Ва²⁺ = ВаСO₃↓

Спостерігається випадання білого осаду.

2. Реакція з кислотами: кислоти розкладають карбонати з виділенням СО₂ (закипання)

Nа₂СО₃ + 2НСІ = 2NаСІ + СО₂↑+ Н₂О

Реакції аніону силікатної кислоти SiО₃^2-

1. Реакція з барій хлоридом:

SiО₃^2- + Ва²⁺ = ВаSiО₃↓

Спостерігається випадання білого осаду.

2. Реакція з солями амонію: якщо до розчину Nа₂SiО₃ додати твердий NН₄СІ і суміш нагріти, спостерігається утворення драглистого осаду силікатної кислоти

Nа₂SiО₃ + NН₄СІ + 2Н₂О = 2NаСІ + 2NН₃↑ + Н₂SiО₃↓ + 2Н₂О

Реакції йона ортофосфатної кислоти РО₄^3-

1. Реакція з барій хлоридом: при додаванні до розчину Nа₂НРО₄ розчин ВаСІ₂ спостерігається утворення білого осаду барій гідро фосфату

НРО₄^2- + Ва²⁺ = ВаНРО₄↓

2. Реакція з молібденовою рідиною: молібденова рідина являє собою розчин амоній молібдата в нітратній кислоті. Реактив утворює з йоном РО₄^3- жовтий кристалічний осад фосформолібдата амонію (NН₃)₂РО₄·12МоО₃, Осад розчинний в лугах і аміаці.

ІІ аналітична група

До ІІ-ої групи аніонів відносяться аніони безкисневих кислот: Cl^-, Br^-, I^-, S^2-. Груповим реагентом на ці аніони являється АgNO₃. Барієві солі цих аніонів розчинні у воді.

Реакції аніона хлоридної кислоти СІ^-

1. Реакція з нітратом срібла: при додаванні до розчину, що містить йони СІ^-, розчину АgNO₃ утворюється білий творожистий осад АgСІ

Cl^- + Аg⁺ = АgСІ↓

Осад поступово темніє на світлі через виділення вільного срібла.

Реакції аніона бромідної кислоти Br^-

1. Реакція з нітратом срібла:

Br^- + Аg⁺ = АgBr↓

Спостерігається утворення жовтуватого розчину броміду срібла.

2. Реакція з хлорною водою: хлор окислює йони Br^- до вільного Br₂, який забарвлює розчин в жовто-бурий колір

2NН₄Br + СІ₂ = 2NН₄СІ + Br₂

Реакції аніона йодидної кислоти І^-

1. Реакція з нітратом срібла:

І^- + Аg⁺ = АgІ↓

Спостерігається утворення блідо-жовтого осаду АgІ.

2. Реакція з хлорною водою: хлорна вода легко витісняє йод із йодида, якщо при цьому до розчину додати бензол, спостерігається забарвлення шару бензолу в малиновий колір

КІ + СІ₂ = І₂ + 2КСІ

3. Реакція з калій нітритом: КNО₂ окиснює І^- в кислому середовищі до І₂

2КІ + 2КNО₂ + 2Н₂SO₄ = І₂ + 2NО↑ + 2К₂SO₄ + 2Н₂О

Утворений йод забарвлює розчин в бурий колір або випадає в вигляді чорного осаду.

ІІІ аналітична група

До ІІІ групи аніонів відносяться аніони нітратної кислоти NO₃^- і нітритної кислоти NO₂^- та ін. Солі цих аніонів, в тому числі барієві і срібні, добре розчинні у воді. Групового реагенту на аніони ІІІ групи немає.

Реакції аніона нітратної кислоти NO₃^-

1. Реакція з сульфатом двовалентного заліза: FеSО₄ відновлює іон N0₃^- в кислому середовищі до оксиду азоту:

2NaNO₃ + 6FеSО₄ + 4Н₂SО₄ = 2NО +Na₂SО₄ + 3Fе₂(SО₄)₃ + 4Н₂О

На межі зіткнення шарів Н₂SО₄ та розчину FеSО₄ спостерігайте буре кільце, яке являє собою нестійку комплексну сполуку, що утворює NO з надлишком FеSО₄.

NO + FеSО₄ = [Fе(NO)]SO₄

2. Реакція з алюмінієм (або цинком) і лугом: металічний алюміній (або цинк) при наявності лугу відновлює іон NO₃^- до аміаку

3NaNO₃ + 8Аl + 5NaOН + 2Н₂О = 8NaАlO₂ + 3NH₃↑ або

NaNO₃ + 4Zn + 7NaOН = 4Na₂ZnO₂ + NH₃↑+ 2Н₂О

Відбувається виділення аміаку, який можна виявити за запахом або за зміною кольору червоного лакмусового папірця.

Реакція аніона нітритної кислоти NO₂^-

Азотиста кислота в вільному стані може існувати лише в холодних розведених водних розчинах, оскільки вона дуже легко розкладається на ангідрид та воду:

2HNO₂= N₂О₃ + Н₂O

Солі азотистої кислоти називаються нітритами. Нітрити значно стійкіші, ніж HNO₂. Всі вони добре розчинні в воді (АgNО₂ розчиняється при нагріванні). Аніон NO₂^- - безбарвний.

1. Реакція з калій йодидом: в слабокислому середовищі нітрити окиснюють іон J^- до вільного йоду

2КNО₂ + 2КJ + 2Н₂SО₄ = J₂ + 2NO↑ + 2К₂SО₄ + 2Н₂О

2. Реакція з калій перманганатом : КМnО₄ в кислому середовищі окиснює NO₂^- до NO₃^-:

5КNО₂ + 2КМnО₄ + 3Н₂SО₄ = 5КNО₃ + 2МnSО₄ + К₂SО₄ + 3Н₂О

Розчин обезбарвлюється, оскільки іон МnО₄^- переходить в Мn²⁺. Також діють на КМnО₄ і інші відновники: J^-, Вr^-, і т.д.

Контрольні запитання для самостійної роботи

1. Які аніони відносяться до першої аналітичної групи. Охарактеризуйте їх властивості.

2. Що являється груповим реагентом на аніони першої групи?

3. Напишіть рівняння реакцій відкриття йона SO₄^2-.

4. Які аніони відносяться до другої аналітичної групи?

5. Назвіть груповий реагент на аніони другої групи.

6. Напишіть рівняння аналітичних реакції відкриття аніонів другої групи.

7. Які аніони відносяться до третьої аналітичної групи. Охарактеризуйте їх властивості.

8. Напишіть рівняння аналітичних реакцій відкриття аніонів третьої групи.

9. Наведіть схему якісного аналізу речовини невідомого складу.

Тема 6: Теоретичні основи гравіметрії

План

1. Основні положення та сутність гравіметричного аналізу.

Література [1], стор. 184-185

2. Основні операції гравіметричного аналізу.

Література [1], стор. 186-202

3. Вимоги до осаджуваної та гравіметричної форм осаду в гравіметрії.

Література [1], стор. 189-190

4. Обчислення в гравіметричному аналізі

Література [1], стор. 202-204

Методичні поради щодо вивчення теми

Гравіметричний метод належить до класичних хімічних методів кількісного аналізу. Як недолік гравіметричного методу аналізу є довготривалість і трудоємкість процесу кількісного визначення, а також труднощі роботи з малими масами речовин. Але гравіметричні методи точні, надійні, добре відтворювані, тому широко використовуються в хімічному аналізі. Точність гравіметричного аналізу 0,01- 0,005%.

Більшість методів вагового аналізу ґрунтується на тому, що компонент, який визначають, переводять в осад, відокремлюють осад від розчину, висушують, прожарюють і зважують. На основі маси одержаного осаду розраховують вміст компонента, який визначають.

Поряд з утворенням твердих фаз у гравіметричному аналізі використовують також утворення при нагріванні летких сполук. У цьому випадку мають справу з методом відгонки, який досить часто застосовується для визначення гігроскопічної і хімічно зв'язаної води.

Таким чином, гравіметричний аналіз ґрунтується на вимірюванні маси речовини, яку визначають, і включає два експериментальні вимірювання: зважування наважки і зважування гравіметричної форми – продукту відомого складу, одержаного з наважки.

Сполука, у вигляді якої визначуваний компонент осаджується з розчину, називається формою осадження. Наприклад, при визначенні сульфатів формою осаджування є барій сульфат.

Основні вимоги до форми осадження: мала розчинність осаду у воді, крупно- кристалічність осаду; осаджувана форма повинна легко і повністю переходити при прожарюванні чи просушуванні в вагову форму.

Осад певного складу, який зважують на аналітичних вагах, називається гравіметричною формою. Наприклад, гравіметричною формою є барій сульфат.

Основні вимоги до гравіметричної форми: легкість одержування і стійкість до дії різних зовнішніх факторів.

Обчислення в гравіметричному аналізі роблять на основі мас наважки і гравіметричної форми. Якщо речовина визначається в тому вигляді, що і знаходиться у пробі, то розраховують за формулою:

де α – маса гравіметричної форми, г;

m – наважка аналізованої речовини, г.

Якщо хімічна формула гравіметричної форми речовини не відповідає хімічної формулі визначуваної речовини, користуються аналітичним фактором F– множник (відношення добутків молярних мас на стехіометричні коефіцієнти визначуваної речовини і її гравіметричної форми).

F= А_{r визн.}/М_{грав. форми}

Аналітичний фактор показує скільки грамів визначуваної речовини певного складу містить 1 г осаду. Значення F обчислюють або беруть з довідника.

Загальна формула для обчислення вмісту визначуваної речовини (%) в аналізованому зразку при виконанні гравіметричного аналізу речовини методом осадження має вигляд:

де F – аналітичний фактор;

α – маса гравіметричної форми (маса осаду після прожарювання), г;

m – наважка аналізованої речовини, г.

Наприклад, за встановленою масою осаду BaSO₄ розраховують масу барію:

233,40 г BaSO₄ містить 137,34 г Ва²⁺

m г BaSO₄ містить m г Ва²⁺

m(Ва²⁺) = m(BaSO₄)*137.34г/233,40 = m(BaSO₄)*0,5884,

де 0,5884 – фактор перерахунку (F)

В конкретних випадках фактори перерахунку знаходять наступним чином:

Визначаєма речовина	Гравіметрична форма	Аналітичний фактор
Ва Fe	BaSO₄ Fe₂O₃	Ar(Ba)/Mr(BaSO₄) 2Ar(Fe)/Mr(Fe₂O₃)