Якісне та кількісне визначення іонів хрому III

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти і науки РФ
ГОУ ВПО «Кемеровський ГОСУДАРСТВННИЙ УНІВЕРСИТЕТ»
хімічний факультет
кафедра аналітичної хімії
АНАЛІЗ НЕВІДОМОГО РЕЧОВИНИ
(Курсова робота)
Виконавець:
студентка групи Х-053
Тарасова К. В.
Керівник:
к.х.н. Ананьєв В. А.
Кемерово 2007

Зміст
Введення
Глава 1. Загальні питання
1.1 Пробопідготовка
1.2 Класифікація іонів
1.3 Класифікація катіонів
1.1.1 Класифікація аніонів
Глава 2. Якісний аналіз
2.1 Виявлення катіонів
2.2 Виявлення аніонів
Глава 3. Кількісний аналіз
3.1 Методи визначення Cr 3
3.2 Вибір методики визначення
3.3 Експериментальна частина
3.1.1 Титриметричний метод
3.1.2 Електрохімічний метод
Висновок
Список літератури

Введення
Аналітичної хімією називають науку про методи аналізу речовини. Поряд з загальної, неорганічної, органічної, колоїдної та фізичної хімією аналітична хімія є частиною хімічної науки. Предметом аналітичної хімії як науки є теорія і практика хімічного аналізу.
Аналітична хімія вирішує загальні проблеми теорії хімічного аналізу, пов'язані з існуючими та новостворюваним методам.
Аналітична хімія теоретично обгрунтовує методи якісного та кількісного аналізу, за допомогою яких можна судити про якісний склад речовини та встановлювати кількісні співвідношення елементів і хімічних сполук даної речовини.
Завдання аналітичної хімії можна сформулювати наступним чином:
· Розвиток теорії хімічних та фізико-хімічних методів аналізу, наукове обгрунтування, розробка і вдосконалення прийомів і методів дослідження, в тому числі автоматичних.
· Розробка методів розділення речовин і методи концентрування мікродомішок.
· Удосконалення та розробка методів аналізу природних речовин, навколишнього середовища і технічних матеріалів і т. д.
· Забезпечення хіміко-аналітичного контролю в процесі проведення різноманітних науково-дослідних робіт у галузі хімії та суміжних галузей науки, промисловості і техніки.
· Підтримка хіміко-технологічних і фізико-хімічних процесів виробництва на заданому оптимальному рівні на основі систематичного хіміко-аналітичного контролю всіх ланок промислового виробництва.
· Створення методів автоматичного контролю технологічних процесів, що поєднуються з системами управління на основі використання електронних обчислювальних, що реєструють, що сигналізують, що блокують і керуючих машин, приладів і апаратів.
Аналітична хімія в широкому сенсі розуміння є наукою не тільки про якісні та кількісні методи визначення елементного і молекулярного складу речовини, але і наукою про методи хіміко-аналітичного контролю фізико-хімічних та хіміко-технологічних процесів.
Аналітична хімія відіграє величезну роль у науковому і технічному прогресі, в значній мірі сприяючи розвитку багатьох природничих наук, наприклад, геохімії, геології, мінералогії, фізики, біології, агрохімії, а також металургії, медицини і т. п. Особливе значення має аналітична хімія в розвитку самої хімічної науки - однієї з найважливіших галузей природознавства.
Аналітичні визначення необхідні для виконання кожної науково-дослідної роботи з хімії. Крім того, до аналітичних методів дослідження вдаються у процесі виконання науково-дослідних робіт у галузі геохімії, геології, мінералогії, металургії, медицини, біології, агрохімії та ін
Особливо велике значення аналітичної хімії та хімічного аналізу у виробництві, де необхідний постійний контроль для запобігання браку, причиною якого часто бувають небажані домішки у вихідній сировині, проміжних продуктах і готової продукції.
Аналітична хімія відіграє вирішальну роль у справі наукового обгрунтування і розробки сучасних методів автоматичного контролю, без яких неможливо підтримку хіміко-технологічних і фізико-хімічних процесів виробництва на заданому оптимальному рівні і забезпечення системи автоматичного управління виробництвом.

На підставі даних хімічного аналізу геологами ведуться пошуки корисних копалин. На основі численних визначень ізотопного складу рудних свинцем і метеоритів встановлений вік земної кори (5 ∙ 10 9 років) і сонячної системи (більше 4 ∙ 10 9 - 4,5 ∙ 10 9 років). За результатами аналізу судять про ту роль для живлення рослин і тварин, яку відіграють входять до складу грунтів і добрив так звані мікроелементи. За даними аналізу крові лікарі судять про стан здоров'я людини.
Без сучасних методів аналізу був би неможливий синтез нових хімічних сполук. З іншого боку, нові методи виробництва вимагають більш сучасних методів аналізу. Роль аналітичної хімії особливо істотно зростає в даний час, коли у нас вирішується грандіозне завдання створення гігантської хімічної промисловості.
Хімічний аналіз.
Аналіз - це метод дослідження, заснований на розкладанні даної речовини на більш прості складові частини.
Аналіз речовини може проводитися з метою встановлення якісного і кількісного його складу. Відповідно до цього розрізняють якісний і кількісний аналіз.
Якісний аналіз дозволяє встановити, з яких хімічних елементів складається аналізоване речовина і які іони, групи атомів або молекули входять до його складу. При дослідженні складу невідомої речовини якісний аналіз завжди передує кількісному, так як вибір методу кількісного визначення складових частин аналізованого речовини залежить від даних, отриманих при його якісному аналізі.
Якісний хімічний аналіз здебільшого грунтується на перетворенні аналізованого речовини в яке-небудь нове з'єднання, що володіє характерними властивостями: кольором, певним фізичним станом, кристалічної або аморфною структурою, специфічним запахом і т. п. Хімічне перетворення, яке відбувається при цьому, називають якісною аналітичної реакцією , а речовини, що викликають це перетворення, називають реактивами (реагентами).
При аналізі суміші декількох речовин, близьких за хімічними властивостями, їх попередньо поділяють і тільки потім проводять характерні реакції на окремі речовини (або іони), тому якісний аналіз охоплює не тільки окремі реакції виявлення іонів, а й методи і поділу.
Кількісний аналіз дозволяє встановити кількісні співвідношення складових частин даного з'єднання або суміші речовин. На відміну від якісного аналізу, кількісний аналіз дає можливість визначити зміст окремих компонентів аналізованого речовини або загальний зміст визначається речовини в досліджуваному продукті.
Методи якісного та кількісного аналізу, що дозволяють визначати в аналізованій речовині зміст окремих елементів, називають елементарним аналізом; індивідуальних хімічних сполук, що характеризуються певним молекулярною вагою, - молекулярним аналізом; функціональних груп - функціональним аналізом.
Сукупність різноманітних фізичних, хімічних та фізико-хімічних методів розділення і визначення окремих структурних (фазових) складових гетерогенних систем, що розрізняються за властивостями і фізичною будовою і обмежених один від одного поверхнями розділу, називають фазовим аналізом.

Глава 1. Загальні питання
1.1 Пробопідготовка
Анализируемую суміш солей уважно оглядають, визначаючи її зовнішній вигляд, колір, запах, ступінь подрібнення, наявність кристалічних або аморфних фаз. Це дозволяє встановити, чи є суміш однорідної, чи містить вона одну або декілька твердих фаз - кристалічних або аморфних, які розміри частинок.
За забарвленням аналізованої суміші можна висловити припущення про наявність чи відсутність у ній тих чи інших катіонів. Якщо суміш являє собою безбарвну прозору або білу масу, то це вказує на відсутність в ній значних кількостей забарвлених катіонів - Cr 3 + (синьо-фіолетовий або темно-зелений колір), Mn 2 + (світло-рожевий), Fe 3 + (жовто -бурий), Co 2 + (рожевий), Ni 2 + (зелений), Cu 2 + (блакитний). Якщо суміш пофарбована, то можна припустити вміст у ній одного або декількох вищевказаних катіонів. При наявності в суміші декількох різних забарвлених катіонів її колір може бути проміжним між квітами індивідуальних забарвлених катіонів, в залежності від їх відносного змісту і хімічної форми (сіль, комплекс, оксид і т. д.).
Якщо суміш являє собою однорідна речовина, легко розчинна у воді, то його, зазвичай розчиняють у воді, не розтираючи в порошок. Якщо ж суміш неоднорідна і не дуже легко розчиняється у воді, то її розтирають до однорідної маси, що складається з дрібних частинок. Дрібні частинки легше перемішуються і швидше розчиняються у воді.
Після проведення ретельного огляду суху суміш розтирають в порошок у агатовій, яшмової або порцеляновій ступці.
Дія розведеної сірчаної кислоти. Разбавленная сірчана кислота витісняє слабкі кислоти з їх солей - карбонатів, сульфідів, тіосульфатів, сульфідів, ціанідів, нітритів, ацетатів. Виділяються слабкі кислоти, нестійкі в кислому середовищі, або зникають, або розкладаються з утворенням газоподібних продуктів. Деякі з них мають характерний кольором або запахом.
При наявності в суміші карбонатів виділяється газоподібний діоксид вуглецю СО 2 (безбарвний і без запаху). При наявності сульфітів і тіосульфатів виділяється діоксид сірки SO 2 c запахом палаючої сірки; при наявності сульфідів - сірководень H 2 S із запахом тухлих яєць; при наявності ціанідів - пари синильної кислоти HCN з запахом гіркого мигдалю; при наявності нітритів - бурі пари діоксиду азоту NO 2; при наявності ацетатів - пара оцтової кислоти СН 3 СООН із запахом оцту.
Для проведення тесту відбирають трохи суміші в пробірку і по краплях додають розведену сірчану кислоту. Виділення газів вказує на присутність в аналізованій суміші вищевказаних аніонів слабких, нестійких у кислому середовищі кислот.
Дія концентрованої сірчаної кислоти на пробу. Концентрована сірчана кислота при взаємодії з аналізованих речовиною може виділяти газоподібні продукти реакцій також з фторидів, хлоридів, бромідів, йодидів, тіоціанатів, оксалатів, нітратів.
При наявності в аналізованій речовині фторидів виділяються пари фтороводню HF; за наявності хлоридів - пари HCl і газоподібний хлор; при наявності бромідів - пари HBr і газоподібний жовтий бром; при наявності иодидов - фіолетові пари йоду I 2, при наявності тіоціанатів - газоподібний діоксид сірки, за наявності оксалатів - газоподібні оксид СО і діоксид СО 2 вуглецю.
Переклад аналізованого речовини в розчин. Попередні спостереження і випробування дозволяють зробити припущення та висновки про наявність тих чи інших катіонів та аніонів в аналізованій суміші. Подальше підтвердження цих припущень, а також прямі докази присутності катіонів та аніонів отримують при проведенні дробового або систематичного аналізу. Для цього аналізовану суміш спочатку переводять їх у розчин, підбираючи відповідний розчинник.
Розчинення проби у воді. Спочатку перевіряють розчинність у воді при кімнатній температурі і (у разі необхідності) при нагріванні. Для цього 2-3 мг аналізованого речовини вносять в пробірку, додають ~ 1,5 мл дистильованої води і перемішують суміш деякий час. Якщо речовина при цьому повністю розчинилося у воді, то більшу частину речовини, відібрану для аналізу, розчиняють в можливо мінімальному обсязі дистильованої води і отриманий розчин аналізують далі. Невелику частину вихідної твердої аналізованої проби залишають для проведення повторних або перевірочних тестів, якщо це виявиться необхідним.
Аналізоване речовина може розчинятися у воді неповністю. Для з'ясування того, чи відбулося часткове розчинення проби у воді, суміш аналізованої речовини (2-3 мг) з водою в пробірці ретельно перемішують, центрифугують, відбирають 2-3 краплі центрифугата, наносять на годинне або предметне скло і випарюють насухо. Якщо після випаровування на склі утворився наліт твердої речовини, то це означає, що частина твердої проби розчинилася у воді. У такому разі до більшої частини вихідної проби додають дистильовану воду, суміш ретельно перемішують, центрифугують і відокремлюють центрифугат від осаду. Останній промивають 3-4 рази невеликим об'ємом дистильованої води, приєднуючи промивні води до центрифугата. Промивні води та центрифугат, що представляють собою водну витяжку розчиненою частини проби, піддають подальшому аналізу окремо від осаду, який далі відчувають на розчинність в кислотах,
Розчинення проби в кислотах. Розчинність у розчинах кислот випробовують у тому випадку, коли аналізоване речовина нерастворимо або частково розчинно у воді. У першому випадку перевіряють розчинність в кислотах проб (2-3 мг) вихідного твердого аналізованого речовини, у другому - проб (2-3 мг) осаду, що залишився після відділення водної витяжки.
Окремо в різних пробірках відчувають розчинність проб у розведеної оцтової кислоти, розбавлених і концентрованих НСl і НNО 3 при необхідності - також в царській горілці (при кімнатній температурі або при нагріванні).
Для проведення тесту в пробірки вносять по 2-3 мг аналізованої твердої фази і додають кілька крапель відповідної кислоти - розведеною або концентрованою, спостерігаючи за тим, виділяються або не виділяються газоподібні продукти реакцій (СО 2,2, Н 2 S, NО 2) . Якщо речовина не розчиняється в кислоті при кімнатній температурі, то відчувають його розчинність при нагріванні.
При повному розчиненні проби в тій чи іншій кислоті для подальшого аналізу використовують отриманий розчин.
У разі розчинення проби як в розчині НС1, так і в розчині НN0 3, для подальшого аналізу відбирають отриманий азотнокислий розчин, так як нітрати менш летучі, ніж хлориди, які частково можуть бути втрачені на подальших стадіях аналізу.
Якщо проба частково розчиняється в оцтовій кислоті, то аналізований зразок обробляють оцтовою кислотою, відокремлюють центрифугуванням розчинився залишок від розчину і уксуснокислий центрифугат піддають подальшому аналізу окремо від осаду. Осад ж випробовують на розчинність в НСl, НNОз, в царській горілці, щоразу відбираючи для подальшого аналізу відповідний розчин у разі часткового розчинення проби в тій чи іншій кислоті.
Таким чином можуть бути отримані декілька розчинів (водна витяжка, розчини в різних кислотах), у яких доведеться відкрити катіони й аніони. Це в цілому полегшує хід аналізу, тому що вже на етапі розчинення відбувається часткове розділення деяких катіонів та аніонів, які можуть заважати відкриттю один одного, якщо вони одночасно присутні в одному і тому ж розчині.
Коли аналізована суміш містить сульфати свинцю і катіонів третій аналітичної групи, нерозчинні в кислотах, їх можна перевести в розчинні в кислотах карбонати кип'ятінням з насиченим водним розчином соди Na 2 СО 3 та поташу К 2 СО 3 або ж сплавлюваням з сумішшю Nа 2 СО 3 та К 2 СО 3.
1.2 Класифікація іонів по аналітичним групам
У якісному аналізі неорганічних речовин досліджуються розчини солей, кислот і підстав, які у водних розчинах знаходяться в дисоційованому стані. Тому аналіз водних розчинів електролітів зводиться до відкриття окремих іонів, а не елементів або їх сполук.
Розподіл іонів по аналітичним групам вказує на існування зв'язку між аналітичної класифікацією іонів і періодичною системою елементів Д. І Менделєєва. Аналітична класифікація іонів відрізняється від розподілу елементів за групами періодичної системи, заснованої на загальному законі природи. Поділ катіонів та аніонів по групах засноване на ставленні іонів до дії реактивів, на схожості і відмінності розчинності деяких утворених ними сполук і на інших ознаках.
1.2.1 Класифікації катіонів
Сірководнева класифікація катіонів
Аналітична класифікація знаходиться в тісному зв'язку з електронною структурою, а також з енергетичною характеристикою іонів - іонними потенціалами, які визначаються як відношення заряду іона z до його радіусу r, тобто z / r.
Катіони з низькими іонними потенціалами утворюють сульфіди, які не розчиняються у сульфіді амонію та їдких лугах. Катіони з високими іонними потенціалами утворюють тіоангідріди - сполуки, що розчиняються у сульфіді амонію та їдких лугах.
Крім іонних потенціалів іншими енергетичними характеристиками іонів, що визначають їхню поведінку в розчинах, є електростатична характеристика z 2 / r (частка від ділення квадрата заряду іона на його радіус) і спорідненість до електрона у водному розчині.
Класифікація заснована на різниці розчинності хлоридів, сульфідів, гидроокисей і карбонатів різних елементів. Застосовуються наступні групові реактиви: HCl, H 2 S, (NH 4) 2 S, (NH 4) 2 CO 3, додаємо до аналізованої суміші в певній послідовності.
Група
Катіони
Груповий реагент
I
Li +, Na +, K +, NH 4 +, Mg 2 +
Ні
II
Ca 2 +, Sr 2 +, Ba 2 +
Розчин (NH 4) 2 CO 3 в аміачному буфері (рН ≈ 9,2)
III
Al 3 +, Cr 3 +
Zn 2 +, Mn 2 +, Fe 2 +, Fe 3 +, Co 2 +, Ni 2 +
Розчин (NH 4) 2 S (рН = 7 - 9)
IV
Cu 2 +, Cd 2 +, Hg 2 +, Bi 3 +
Sn 2 +, Sn 4 +, Sb 3 +, Sb 5 +, As 3 +, As 5 +
Розчин H 2 S при рН = 0,5
V
Ag +, Hg 2 2 +, Pb 2 +
Розчин HCl
До першої аналітичної групи, яка не має групового реагенту, відносять катіони літію Li +,, натрію Na +, калію К +, амонію NH 4 + і магнію Mg 2 +. Так як ця група катіонів не має групового реагенту, то катіони відкривають в розчині з використанням різних аналітичних реакцій на кожен катіон. Реакції проводять у певній послідовності.
До другої аналітичної групи відносять катіони кальцію Са 2 +, стронцію Sr + та барію Ва 2 +, що належать другої групи періодичної системи елементів. Груповим реагентом є водний розчин карбонату амонію в аміачному буфері (рН ≈ 9,2). Груповий реагент тримає в облозі зазначені катіони з водного розчину у вигляді опадів малорозчинних у воді карбонатів СаСОз, SrСОз, ВаСОз.
Катіони кальцію, стронцію і барію не осаджуються з водних розчинів при дії сульфіду амонію або сірководню, так як їх сульфіди розчиняються у воді.
До третьої аналітичної групи відносяться катіони алюмінію А1 3 +, хрому Сr 3 +, марганцю Мn 2 +, заліза (II) Fе 2 +, залоз (III) Fе 3 +, кобальту Со 2 +, нікелю Ni 2 + та цинку Zn 2 +.
Груповим реагентом є водний нейтральний або слабо лужною (рН = 7-9) розчин сульфіду амонію (у присутності аміаку і хлориду амонію), який тримає в облозі з водних розчинів катіони алюмінію і хрому у вигляді гідроксидів А1 (ОН) з та Сr (ОН) з , а решта катіони - у вигляді сульфідів МnS, FeS, Fe 2 S 3, соs, NiS, ZnS. Відповідно до цього катіони третій аналітичної групи, перераховані в таблиці, розділяють на дві підгрупи. До першої підгрупи відносять катіони алюмінію А1 3 +, хрому Сr 3 +, до другої підгрупи - катіони марганцю Мn 2 +, заліза (II) Fе 2 +, залоз (III) Fе 3 +, кобальту Со 2 +, нікелю Ni 2 + і цинку Zn 2 +.
З кислих водних розчинів катіони третій аналітичної групи сірководнем не осідають.
До четвертої аналітичної групи відносяться катіони міді Сu 2 +, кадмію Сd 2 +, ртуті (II) Нg 2 +, вісмуту (III) Вi 3 +, миш'яку Аs 3 + і Аs 5 +, сурми Sb 3 + і Sb 5 +, олова Sn 2 + та Sn 4 +. Груповим реагентом є кислий (0,3 моль / л по НС1) водний розчин сірководню Н 2 S при рН = 0,5, який тримає в облозі з водних розчинів катіони четвертої аналітичної групи у вигляді малорозчинних у воді сульфідів.
Катіони четвертої аналітичної групи поділяють на дві підгрупи, з розчинності сульфідів цих катіонів у розчині сульфіду натрію Nа 2 S або полісульфіду амонію (NН 4) 2 S n.
До першої підгрупи відносять катіони Сu 2 +, Сd 2 +, Нg 2 +, Вi 3 +. При дії групового реагенту вони осідають у вигляді сульфідів СіS, CdS, HgS, Вi 2 S 3, нерозчинних у розчинах сульфіду натрію або полісульфіду амонію.
До другої підгрупи відносять катіони Sn 2 +, Sn 4 +, Аs 3 +, Аs 5 +, Sb 3 +, Sb 5 +. При дії групового реагенту вони осідають у вигляді сульфідів SnS, SnS 2, Аs 2 Sз, Аs 2 S 5, Sb 2 S 3, Sb 2 S 5, які розчиняються у водних розчинах сульфіду натрію (за винятком SnS) або полісульфіду амонію з утворенням тиосоли.
До п'ятої аналітичної групи відносять катіони срібла Ag +, ртуті (I) Hg 2 2 + і свинцю Pb 2 +. Груповим реагентом є водний розчин соляної кислоти. При дії групового реагенту катіони п'ятої групи осідають у вигляді опадів хлоридів (розчинність хлориду свинцю збільшується при нагріванні).
Кислотно - основна класифікація катіонів
Дана класифікація катіонів по групах заснована на використанні як групових реагентів водних розчинів кислот і підстав - соляної кислоти НС1, сірчаної кислоти Н 24, гідроксидів натрію NаОН або калію КОН (у присутності пероксиду водню Н 2 О 2) та аміаку NН 3. Ця класифікація менш досконала, ніж сірководнева, і розроблена менш детально, однак при її використанні не потрібно отримання і застосування токсичного сірководню.
Катіони, що відкриваються в рамках кислотно-основної класифікації, поділяють на шість аналітичних груп.
Група
Катіони
Назва групи
Груповий реагент
Характеристика групи
I
Ag +, Hg 2 2 +, Pb 2 +
Хлоридна
HCl
Освіта малорозчинних хлоридів
II
Ca 2 +, Sr 2 +, Ba 2 +
Сульфатна
Н 24
Освіта малорозчинних у воді сульфатів
III
Al 3 +, Cr 3 +
Zn 2 +, Sn 2 +, Sn 4 +, As 3 +, As 5 +
Амфолітная
NаОН
Освіта розчинних солей
IV
Mn 2 +, Fe 2 +, Fe 3 +, Mg 2 +, Bi 3 +, Sb 3 +, Sb 5 +,
Гідроксидних
NаОН
Освіта малорозчинних гідроксидів
V
Cu 2 +, Cd 2 +, Hg 2 +, Co 2 +, Ni 2 +
Амміакатная
NH 4 OH
Освіта розчинних комплексів - аммиакатов
VI
Na +, K +, NH 4 +
Розчинна
Ні
З'єднання розчиняються у воді
До першої аналітичній групі відносять катіони срібла, ртуті (I) і свинцю. Груповим реагентом на катіони перший аналітичної групи є водний розчин соляної кислоти (зазвичай з концентрацією 2 моль / л НС1). Груповий реагент тримає в облозі з водних розчинів катіони другий аналітичної групи у вигляді опадів малорозчинних у воді хлоридів срібла АgС1, ртуті (I) Нg 2 С1 2 і свинцю РЬ 2 С1 2. Твори розчинності цих трьох хлоридів при кімнатній температурі рівні відповідно 1,78 ∙ 10 10, 1,3 ∙ 10 -18 і 1,6 ∙ 10 -5. Як видно з цих даних, добуток розчинності хлориду свинцю не дуже мало, тобто хлорид свинцю помітно розчинний у воді, особливо - при нагріванні. Розчинність хлориду свинцю у воді складає (г/100 г води): 0,99 при 25 ° С і 2,62 при 80 ° С. При дії групового реагенту катіони свинцю осаджуються з водного розчину неповністю - частково вони залишаються в розчині.
До другої аналітичної групи відносять катіони кальцію, стронцію та барію. Груповим реагентом на катіони другої групи є водний розчин сірчаної кислоти (зазвичай з концентрацією 1 моль / л Н 24). При дії групового реагенту катіони другий аналітичної групи осідають у вигляді малорозчинних у воді сульфатів кальцію СаSО 4, стронцію SrSО 4 і барію ВаSО 4. Твір розчинності сульфату кальцію не занадто мало; при дії групового реагенту катіони кальцію неповністю осаджуються з водного розчину у формі осаду сульфату кальцію - частина іонів Са 2 + залишається в розчині. Для більш повного осадження катіонів кальцію у формі сульфату кальцію при дії групового реагенту до аналізованого розчину додають етанол, у присутності якого розчинність сульфату кальцію зменшується.
Сульфати кальцію, стронцію і барію практично нерозчинні в розбавлених кислотах, лугах. Сульфат барію помітно розчиняється в концентрованій сірчаній кислоті з утворенням кислої солі Ва (НSО 4) 2. Сульфат кальцію розчинний у водному розчині сульфату амонію (NH 4) 24 з утворенням комплексу (NH 4) 2 [Ca (SO 4) 2], сульфати стронцію і барію - не розчиняються.
Третя аналітична група включає катіони алюмінію, хрому, цинку, миш'яку та олова. Груповим реагентом є водний розчин гідроксиду натрію NaОН (або калію КОН) у присутності пероксиду водню Н 2 О 2 (зазвичай - надлишок 2 моль / л розчину NаОН у присутності Н 2 0 2); іноді - без пероксиду водню. При дії групового реагенту катіони третій аналітичної групи осаджуються з водного розчину у вигляді амфотерних гідроксидів, розчинних у надлишку лугу з утворенням гидроксокомплекса.
У присутності пероксиду водню катіони Cr 3 +, Аs 3 + та Sn 2 + окислюються відповідно до хроматином СrО 4 2 -, арсенат-іонів АЗВ 4 третіх гексагідроксостаннат (IV)-іонів [Sn (ОН) 6] 2 -.
Опади гідроксидів катіонів третього аналітичної групи не розчиняються у водному аміаку, за винятком гідроксиду цинку Zn (ОН) 2, який розчиняється у водному розчині аміаку з утворенням аміачного комплексу [Zn (NН 3) 4] 2 +.
До четвертої аналітичній групі відносяться катіони магнію, марганцю, заліза, сурми, вісмуту (III). Груповим реагентом є водний розчин лугу (звичайно 2 моль / л розчин NaОН) або 25%-й водний розчин аміаку. При дії групового реагенту катіони четвертої аналітичної групи осаджуються з водного розчину у вигляді гідроксидів. Гідроксиди катіонів четвертої аналітичної групи не розчиняються в надлишку групового реагенту, на відміну від катіонів третій аналітичної групи.
На повітрі гідроксиди марганцю (II) і заліза (III) поступово окислюються киснем.
При дії групового реагенту в присутності пероксиду водню відбувається окислення заліза (II) до заліза (III), марганцю (II) - до марганцю (IV), сурми (III) - до сурми (V).
До п'ятої аналітичній групі відносяться катіони міді (II), кадмію, ртуті (II), кобальту (II) і нікелю (II). Груповим реагентом є 25%-й водний розчин аміаку. При дії групового реагенту на водні розчини, що містять катіони п'ятого аналітичної групи, спочатку виділяються опади різного складу, які потім розчиняються в надлишку групового реагенту (опади сполук кобальту і ртуті розчиняються в надлишку водного аміаку тільки в присутності катіонів амонію NH 4 +).
Катіони Сu 2 +, Со 2 + та Ni 2 + осідають із розчинів їх хлоридів у вигляді основних хлоридів СuОНСl, СоОНСl NiOНСl, катіони кадмію - у формі гідроксиду Сd (ОН) 2. Опади основних солей міді (II), нікелю (II) і гідроксиду кадмію розчиняються в надлишку групового реагенту з утворенням відповідних аміачних комплексів.
Опади, що випали з розчинів солей кобальту (II) і ртуті (II) при дії групового реагенту, розчиняються в надлишку аміаку в присутності солей амонію з утворенням аміачних комплексів. Аміачний комплекс кобальту (II) брудно-жовтого кольору на повітрі окислюється до аміачного комплексу кобальту (III) вишнево-червоного кольору.
До шостої аналітичної групи відносять катіони натрію, калію і амонію. Груповий реагент відсутня.

1.2.2 Класифікація аніонів
Аналітичні класифікації аніонів засновані на їх окислювально-відновних властивостях, здатності утворювати з катіонами малорозчинні сполуки, а також на реакціях взаємодії деяких з кислотами, що супроводжуються виділенням газоподібних продуктів. На відміну від катіонів, єдиної загальноприйнятої класифікації аніонів, що враховує всі ці властивості, не існує.
Класифікація аніонів, заснована на реакціях осадження
Група
Аніони
Груповий ознака
Груповий реагент
I
SO 4 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 -, CO 3 2 -, C 2 O 4 2 -, PO 4 3 -, SiO 3 2 -, Cr 2 O 7 2 -, CrO 4 2 - , F -, B 2 O 7 2 -, AsO 3 3 -, AsO 4 3 -
Солі барію і срібла не розчиняються у воді, але розчинні в HCl і HNO 3 (за винятком BaSO 4)
BaCl 2 в нейтральній або слабощелочной середовищі
II
S 2 -, Cl -, Br -, I -, SCN -, CN -, IO 3 -, BrO 3 -
Солі барію розчиняються, а солі срібла не розчиняються у воді і розведеної HNO 3 (крім BrO 3 -)
AgNO 3 в азотнокислої середовищі
III
NO 3 -, NO 2 -, CH 3 COO -, MnO 4 -
Солі барію і срібла розчиняються у воді
Відсутній
Класифікація аніонів, заснована на їх окислювально-відновних властивостях
Група
Аніони
Груповий ознака
Груповий реагент
I
NO 2 -, Cr 2 O 7 2 -, AsO 4 3 -, BrO 3 -
Окислювачі: виділення вільного йоду
KI + H 2 SO 4
NO 3 -, Cr 2 O 7 2 -, NO 2 -, MnO 4 -
Окислювачі: виділення MnCl 6 2 - бурого кольору
MnCl 2 + HCl (к)
II
SO 3 2 -, S 2 -, S 2 O 3 2 -, NO 2 -, C 2 O 4 2 -, Cl -, Br -, I -, SCN -, CN -, AsO 3 3 -
Відновлювачі: знебарвлення розчину перманганату калію з утворенням Mn 2 +
KMnO 4 + H 2 SO 4
SO 3 2 -, S 2 -, S 2 O 3 2 -, AsO 3 3 -
Відновлювачі: відновлення I 2 до I 2 -, зникнення синього забарвлення іодкрахмального комплексу
I 2 в KI, підкисляючи. H 2 SO 4
III
SO 4 2 -, CO 3 2 -, PO 4 3 -, SiO 3 2 -, B 2 O 7 2 -, CH 3 COO -
Індиферентні
Відсутній

Глава 2. Якісний аналіз
2.1 Виявлення катіонів
Аналіз суміші, що складається з трьох невідомих катіонів, почали з проведення попередніх випробувань.
Вивчили зовнішній вигляд досліджуваної суміші. Вона складалася з темно-зелених, безбарвних і білих кристалів. Темно-зелені кристали вказують на можливу присутність катіонів хрому. Відсутність рожевих, синіх і буро-жовтих кристалів говорить про відсутність відповідно іонів Co 2 +, Cu 2 + та Fe 3 +.
Подрібнили суміш у фарфоровій ступці. Приготували водну витяжку: для цього частина досліджуваної суміші розчинили у воді при нагріванні і ретельному перемішуванні. При цьому невелика кількість речовини залишилося в осаді, що свідчить про наявність малорозчинної з'єднання. Також відсутність у водній витяжці драглистого осаду вказує на відсутність в суміші легко гідролізу солей Sb 3 + та Bi 3 +.
Провели дробовий аналіз. Перевірили наявність іонів Cr 3 +: для цього до досліджуваного розчину додали 2М розчин NaOH і 3% Н 2 О 2 і нагріли. Зміна зеленого забарвлення розчину (колір аквакомплекс [Cr (H 2 O) 6] 3 +) на жовту (колір хромат-іонів CrO 4 2 -) говорить про присутність в досліджуваній суміші іонів Cr 3 +.
2 [Cr (H 2 O) 6] 3 + +2 О 2 = 2CrO 4 2 - + 6SO 4 2 - + 14H +
Перевірили наявність іонів Fe 2 +: до досліджуваного розчину прилив розчин червоної кров'яної солі K 3 [Fe (CN) 6]. Синій осад не випав, значить, відсутні іони Fe 2 +.
Перевірили наявність іонів Ni 2 +: до аналізованого розчину прилив NH 4 OH (без надлишку), аміловий спирт і діметілгліоксім (реактив Чугаєва). Відсутність малинового забарвлення у шарі органічного розчинника говорить про відсутність іонів Ni 2 +.
Перевірили вміст у досліджуваному розчині іонів амонію NH 4 +: до розчину прилив надлишок лугу для розчинення випали гидроокисей важких металів і додали надлишок реактиву Несслера (суміш розчину тетраіодомеркурата (II) калію K 2 [HgI 4] з 2н КОН). Утворився червоно-бурий осад иодида меркураммонія:
NH 4 + + 2 [HgI 4] 2 - + 2ОН - = [OHg 2 NH 2] I ↓ + 7I - + 3H 2 O
Склад осаду описується формулою:
Провели систематичний аналіз. До досліджуваного розчину додали етиловий спирт і 2н HCl. Відсутність осаду свідчить про відсутність катіонів I аналітичної групи.
До аналізованої водній витяжці прилив етиловий спирт і 2н H 2 SO 4. осад не випав, значить, відсутні катіони II аналітичної групи.
До досліджуваного розчину додали перекис водню і 6н NaOH до повного осадження, потім надлишок лугу і нагріли при ретельному перемішуванні скляною паличкою. Прокип'ятили на водяній лазні для видалення надлишку перекису водню. При цьому катіони III аналітичної групи залишилися в розчині, а катіони IV - V групи повинні були випасти в осад, але цього не відбулося, значить, у досліджуваному розчині немає катіонів IV - V групи.
Знаходяться в отриманому розчині іони CrO 4 2 - заважають відкриттю інших катіонів III аналітичної групи, тому для відкриття іонів Al 3 + провели видалення цих іонів: до розчину додали суху сіль NH 4 Cl і прокип'ятили до повного видалення аміаку (проба зі вологою лакмусовим папірцем) . При цьому в осад випали гідроксіди можливо містяться в розчині Al 3 + та Sn 2 +, а в розчині залишилися іони CrO 4 2 - і, можливо, іони ZnO 2 2 -. Осад відокремили центрифугуванням, промили дистильованою водою, розчинили у 2н HCl і перевірили наявність в цьому розчині іонів Al 3 +: до розчину прилив 2н NH 4 OH до рН = 10-11 і алізарин (1,2 - діоксіантрахінон). Випав червоний осад «алюмінієвого лаку», значить, у досліджуваному розчині містилися іони Al 3 +.
Al (OH) 3 + → + H 2 O
Подальший систематичний аналіз катіонів не має сенсу, тому що відкриті всі знаходяться в аналізованому розчині катіони.
2.2 Виявлення аніонів
Аналіз розчину, що містить три невідомі аніону, почали з попередніх випробувань.
Зазнали розчин на присутність аніонів слабких кислот: додали 2н розчин H 2 SO 4 і нагріли. Відсутність помутніння розчину і виділення газів, а також запаху свідчить про відсутність сульфітів, карбонатів, тіосульфатів, нітритів, силікатів і ацетатів.
Зазнали розчин на присутність аніонів I аналітичної групи: додали BaCl 2 в лужному середовищі. Випав білий осад, значить, є катіони I аналітичної групи.
Зазнали розчин на присутність аніонів II аналітичної групи: до розчину додали 2М HNO 3 та AgNO 3, відсутність осаду говорить про відсутність аніонів II аналітичної групи.
Провели дробовий аналіз. Для відкриття SO 4 2 - до розчину прилив BaCl 2 і досліджували розчинність утворився білого осаду в розбавлених кислотах. Осад не розчиняється в кислотах, значить, це BaSO 4 і в досліджуваному розчині містилися сульфат-іони.
Ba 2 + + SO 4 2 - = BaSO 4
Відкрили іони PO 4 3 -: при додаванні до розчину молібдату амонію (NH 4) 2 MoO 4 в азотнокислої середовищі при нагріванні утворився жовтий кристалічний осад комплексної амонійній солі фосфоромолібденовой гетерополікислоти - фосфоромолібдат амонію:
PO 4 3 - + 3NH 4 + + 12MoO 4 2 - + 24H + = (NH 4) 3 [PO 4 (MoO 3) 12] + 12H 2 O
Додали до аналізованого розчину розчин дифеніламіном в сірчанокислої середовищі. Розчин убрався в синій колір, значить, у ньому можуть міститися нітрат-і / або нітрит-іони. Так як було доведено відсутність нітрит-іонів в попередніх випробуваннях, то в досліджуваному розчині містилися тільки нітрат-іони.
Нітрат-іон при реакції з дифеніламіном в сірчанокислої середовищі переводить цей органічний реагент в продукт його окиснення - синій діфенілдіфенохінондіімін («діфенілбензідіновий фіолетовий»). Спочатку відбувається необоротне окислення дифеніламіном в діфенілбензідін:
2C 6 H 5 NHC 6 H 5 → C 6 H 5 - NH - C 6 H 4 - C 6 H 4 - NH - C 6 H 5 + 2H + + 2e -
Потім відбувається оборотне окиснення молекули бензидину присутнім окислювачем до пофарбованого в синій колір діфенілдіфенохінондііміна:
C 6 H 5 - NH - C 6 H 4 - C 6 H 4 - NH - C 6 H 5 ↔ C 6 H 5 - N = = = N - C 6 H 5 + + 2H + + 2e -

У результаті розчин забарвлюється в синій колір. Утворився синій продукт окислення дифеніламіном далі необоротно руйнується спочатку до продуктів реакції бурого, а потім - жовтого. Відповідно до цього при стоянні синьої суміші її забарвлення поступово змінюється спочатку на буру, а потім на жовту.

Глава 3. Кількісний аналіз
3.1 Методи визначення Cr 3 +
Хром (III) титрують одним з методів, описаних далі. Аналізована проба містить хром (III), і його треба спочатку окислити до хрому (VI), що можна зробити наступними способами.
Окислення хрому (III) до хрому (VI).
Окислення вісмутатом. Окислення можна провести вісмутатом натрію і надлишок вісмутата відфільтрувати.
Хід окислення. До анализируемому розчину, що містить вільну сірчану кислоту в 5 н концентрації, додають кілька грамів вісмутата натрію, кип'ятять деякий час, охолоджують розчин і фільтрують через скляний фільтруючий тигель № 4. Перед фільтруванням додають трохи азбесту, щоб дуже дрібні частинки вісмутата не пройшли крізь пористе скло.
Окислення персульфата в кислому середовищі. Персульфат в присутності кислоти (краще всього в 2,3-2,4 н концентрації) та іонів срібла окислює при нагріванні хром (III) до хрому (VI). Надлишок окислювача треба потім зруйнувати. Хлориди у великій кількості заважають, облягаючи іони срібла.
Хід окислення. До 50 мл аналізованого розчину додають 15 мл 0,1 М розчину нітрату срібла і 50 мл 10% розчину персульфата амонію, після чого кип'ятять 15 хвилин.
Окислення окисом срібла AgO. Окис срібла окислює хром (III) до хрому (VI) на холоду в середовищі азотної, хлорного або сірчаної кислоти. Надлишок окислювача можна зруйнувати кип'ятінням протягом декількох хвилин.
Окислення хлорного кислотою. Хлорне кислота при температурі кипіння її азеотропної суміші з водою (200 ˚ С) окисляє хром (III) до хрому (VI). Хід окислення. До 25 мл аналізованого розчину додають 10 мл концентрованої хлорної кислоти і 1 мл концентрованої фосфорної кислоти. Суміш обережно нагрівають в колбі з довгою шийкою. Після видалення води хлорне кислота починає кипіти. Нагрівання регулюють так, щоб пари хлорної кислоти конденсувалися в колбі. Після фарбування розчину в помаранчевий колір (освіта хромової кислоти) продовжують слабке кип'ятіння тільки 3 хв і охолоджують, можливо, швидше. Потім рідину в колбі розбавляють водою і кип'ятять кілька хвилин для видалення хлору. При розведенні водою хлорне кислота перестає бути окислювачем.
Окислення хрому відбувається на 99,5%, але результат визначення може бути більш низьким через втрату хрому у вигляді CrO 2 Cl 2. Якщо розчин з самого початку містив іони Cl -, то треба відігнати HCl на початку випарювання, нагріваючи розчин дуже обережно.
Окислення перманганатом. Тривале кип'ятіння з перманганатом в кислому середовищі приводить до окислення хрому (III) до хрому (VI). Надлишок перманганату можна видалити за допомогою азиду натрію в помірно кислому середовищі.
Титрування хрому (VI).
Титрування сіллю заліза (II).
Реактиви:
· Сіль Мора, 0,1 н розчин в 1 н сірчаної кислоти
· Діфеніламінсульфонат, 0,5% розчин
· Фосфорна кислота, концентрована
Хід визначення. До анализируемому розчину біхромату, який містить вільну сірчану, хлорне або соляну кислоту, доливають воду до об'єму 200 мл, потім 10 мл 6 н сірчаної кислоти, 5 мл концентрованої фосфорної кислоти і 6-8 крапель розчину індикатора. Потім титрують розчином солі Мора до тих пір, поки фіолетове забарвлення, що з'являється до кінця титрування, не зникне відразу.
Титрування тіосульфатом натрію
Реактиви:
· Тіосульфат натрію, 0,05 М
· Йодид калію, 20% розчин
· Крохмаль
Хід визначення. До розчину біхромату доливають KI, що виділився йод титрують тіосульфатом з індикатором крохмалем до знебарвлення розчину.
3.2 Вибір методики
Для аналізу було обрано методику окислення хрому (III) до хрому (VI) персульфата і титрування отриманого біхромату тіосульфатом натрію як найбільш точний і вимагає менших витрат часу.
Експериментальна частина
3.2.1 Титриметричний метод
Реактиви:
· Na 2 S 2 O 3, 0,05 М розчин
· AgNO 3, 0,01 М розчин
· Крохмаль
· KI, 20%-й розчин
· H 2 SO 4,
· Персульфат амонію
Наважку проби розчинили в 100 мл дистильованої води. Відібрали по 10 мл отриманого розчину в три термостійкий колби для титрування. У кожну додали по 10 мл сірчаної кислоти, 5 мл розчину AgNO 3 та 1г персульфата амонію, зваженого на технічних вагах. Перемішали і нагріли на плитці до кипіння. Кип'ятили 20 хв до появи яскраво-жовтого забарвлення розчину. Потім остудили, додали по 5 мл розчину KI. Виділився йод відтитровані тіосульфатом натрію з індикатором крохмалем, 5 крапель якого додали в кінці титрування. Титровали до зникнення синього забарвлення і перетворення кольору розчину в молочно-зелений.
Розрахункова формула

Обробка результатів
Провели три титрування:
V 1 = 11,9 мл
V 2 = 11,8 мл V ср = 11,9 мл
V 3 = 12,0 мл

m теор (Cr) = 0,1027 мг
Помилка: ε = * 100% = 0,38%
3.2.2 Електрохімічний метод
Потенціометричне титрування надлишку розчину ЕДТА
Реактиви:
· ЕДТА, 0,025 М розчин
· Розчин CuSO 4
· Ацетатний буферний розчин
· NH 4 SCN, 10%-й розчин
1. Наважку проби розчинили в 100 мл дистильованої води.
2. Приготували робочий розчин CuSO 4. За титру розрахували концентрацію розчину CuSO 4
c (CuSO 4) = = = 0,139 моль / л
Щоб приготувати 0,028 М розчин CuSO 4 відібрали 20 мл стандартного розчину CuSO 4 і розбавили дистильованою водою в колбі на 100 мл.
c (CuSO 4) = = 0,0278 моль / л
3. У методиці пропонується, що у відібраній аліквотах завдання містилося 5-10 мг Cr 3 +. Розрахували, який обсяг аліквотах треба відібрати, щоб у ній містилося вказану кількість Сr 3 +. Знаючи теоретичне значення маси отриманої завдання, розрахували концентрацію хрому в розчині:
c (Cr 3 +) = = 1,027 мг / мл
4. Відібрали 20 мл розчину Cr (III) і розбавили дистильованою водою в колбі на 50 мл. Концентрація Cr (III) у даному обсязі становить
c * (Cr 3 +) = V (Cr 3 +) * c (Cr 3 +) = = 0,5252 мг / мл

Виходячи з отриманої концентрації відібрали аліквотах 10 мл отриманого розчину (в 10 мл міститься 5,252 мг хрому, що потрапляє в інтервал 5-10 мг).
5. Додали 20 мл 0,025 розчину ЕДТА, прокип'ятили до появи фіолетового забарвлення. Потім охолодили і додали 5 мл ацетатного буфера і 0,5 мл 10% розчину роданида амонію.
6. Суміш помістили в стакан для титрування, розбавили дистильованою водою, занурили в розчин індикаторний платиновий електрод і хлорсеребряного електрод порівняння. Бюретку заповнили приготованим 0,028 М розчином CuSO 4, включили магнітну мішалку. Провели одне орієнтовне і два точних титрування, додаючи титрант по 0,1 мл і вимірюючи ЕРС після кожної порції титранту. Результати вимірювань наведені в таблиці.
Vтітр, мл
ΔV
Е, mV
ДЕ
ДЕ / ΔV
0
423
0,5
0,5
430
7
14
1,0
0,5
435
5
10
1,5
0,5
440
5
10
2,0
0,5
448
8
16
2,5
0,5
450
2
4
3,0
0,5
455
5
10
3,1
0,1
457
2
4
3,2
0,1
457
0
0
3,3
0,1
457
0
0
3,4
0,1
457
0
0
3,5
0,1
457
0
0
3,6
0,1
457
0
0
3,7
0,1
460
3
30
3,8
0,1
461
1
10
3,9
0,1
462
1
10
4,0
0,1
468
6
60
4,1
0,1
469
1
10
4,2
0,1
469
0
0
4,3
0,1
469
0
0
4,4
0,1
470
1
10
4,5
0,1
470
0
0
Побудували криву титрування.
\ S
Побудували диференціальну криву титрування та визначили V в точці еквівалентності.
\ S
Обсяг титранту у ПЕ - 3,9 мл

Розрахункова формула
m (Cr 3 +) =
m (Cr 3 +) = = 0,1016 мг
m теор = 0,1027 мг
Помилка: ε = * 100% = 1,1%

Висновок
У ході цієї роботи було проведено якісний аналіз суміші невідомого складу і кількісний аналіз одного з компонентів за двома методиками.
Помилки визначення за титриметрическим і електрохімічного методу склали відповідно 0,38% і 1,1%.
Можливі причини помилок:
· Похибки приладів;
· Втрати речовини при відборі аліквотах;
· В електрохімічному методі при багаторазовому розведенні розчину;
· При приготуванні робочих розчинів із стандартних;
У разі присутності в розчині крім Cr 3 + інших виявлених раніше іонів, що заважає вплив мав би іон Cl -, що дає осад AgCl при додаванні AgNO 3 як каталізатора; та іон Al 3 +, який утворює комплекс з ЕДТА.

Список літератури
1. Шарло Г. Методи аналітичної хімії. Кількісний аналіз неорганічних сполук. Частина друга .- М.: Хімія, 1969.
2. Крешков А.П. Основи аналітичної хімії. Книга 2 .- М.: Хімія, 1965.
3. Алексєєв В. М. Кількісний аналіз. Під ред. д-ра хім. наук П. К. Агасян. - М.: Хімія, 1972.
4. Харитонов Ю.Я. Аналітична хімія (аналітика). Книга 2 .- М.: Вища школа, 2003.
5. Харитонов Ю.Я. Аналітична хімія (аналітика). Книга 1 .- М.: Вища школа, 2003.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
150.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Збір та зберігання матеріалу кількісне визначення 17 КС з реакції Циммермана
Якісне визначення урану і торію у твердих матеріалах
Визначення вмісту в грунті сульфат-іонів
Визначення вмісту в грунті сульфат іонів
Визначення іонів алюмінію і міді II в стічній воді
Боротьба з пережитками питомої епохи за Івана III і Василя III і встановіть
Витяг хрому зі стоків шкіряного виробництва
Гіпертонічна хвороба III стадія III ступінь група дуже високого ризику
Боротьба з пережитками питомої епохи за Івана III і Василя III і встановлення монархічного абсолютизму
© Усі права захищені
написати до нас