МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Учебно-методическое пособие для вузов
Составители:
Т.А. Крысанова,
И.В. Шкутина
Издательско-полиграфический центр
Воронежского государственного университета
2011
Стр.1
Содержание
I. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Лабораторная работа № 1. Качественный анализ катионов I–VI аналитических
групп
1.1. Аналитические реакции катионов первой группы по кислотно-основной
классификации: Li+, Na+, K+, NH4
+
1.2. Аналитические реакции катионов второй группы по кислотно-основной
классификации: Ag+, Hg2
2+, Pb2+
1.3. Аналитические реакции катионов третьей группы по кислотноосновной
классификации: Ca2+, Sr2+, Ва2+
1.4. Аналитические реакции катионов четвертой группы по кислотноосновной
классификации: Zn2+, Al3+, Sn2+, Sn4+, As3+, As5+, Сr3+
1.5. Аналитические реакции катионов пятой группы по кислотно-основной
классификации: Mg2+, Sb3+, Sb5+, Bi3+, Mn2+, Fe2+, Fe3+
1.6. Аналитические реакции катионов шестой группы по кислотноосновной
классификации: Cu2+, Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+
Лабораторная работа № 2. Качественный анализ анионов I–III аналитических
групп
2.1. Аналитические реакции анионов первой группы: SO4
3-, F2.2.
Аналитические реакции анионов второй группы: Сl-, Br-, I-, ВrO3
SCN-, S2C2O4
2-,
CO3
2-, B4O7
2-, PO4
3-, AsO4
3-, AsO3
2.3. Аналитические реакции анионов третьей группы: NO3
II. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
1. Гравиметрический метод анализа
Лабораторная работа № 3. Определение содержания сухого вещества в
лекарственном растительном материале
2. Титриметрический анализ
-, NO2
2-, SO3
2-, S2O3
2-,
CN-,
- , CH3COO5
8
8
10
12
14
17
21
25
25
29
32
35
35
37
2.1.
Кислотно-основное титрование (протолитометрия) 42
Лабораторная работа № 4. Приготовление первичных и стандартизация
вторичных стандартных растворов
2.2. Комплексонометрия
39
43
46
Лабораторная работа № 5. Стандартизация раствора Трилона Б
Лабораторная работа № 6. Определение общей жесткости воды
Лабораторная работа № 8. Определение содержания железа в растворе
III. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
3.1. Спектральные методы анализа
Лабораторная работа № 9. Определение меди (II) в растворе в виде аммиачного
комплексного соединения методом абсорбционномолекулярной
спектроскопии
3.2. Электрохимические методы анализа. Потенциометрия. Электродные
потенциалы. Электроды индикаторные и электроды сравнения
3
49
51
2.3. Окислительно-восстановительное титрование (Оксредметрия) 52
Лабораторная работа № 7. Стандартизация раствора перманганата
калия
54
55
57
58
61
63
Стр.3
Микрокристаллоскопические реакции – реакции образования осадков,
состоящих из кристаллов характерной формы, цвета (тетраэдрические,
призматические, в форме куба).
Ионы калия при реакции в нейтральных или уксуснокислых растворах
с раствором гексанитрокупратом (II) натрия и свинца Na2Pb[Cu(NO2)6] образуют
характерные черные кубические кристаллы К2Pb[Cu(NO2)6]:
2К+ + Na2Pb[Cu(NO2)6] = К2Pb[Cu(NO2)6] + 2Na+.
Образование соединений, люминесцирующих в растворах
Иногда в качественном анализе используются аналитические реакции,
продукты которых люминесцируют при облучении их ультрафиолетовым
или видимым светом. При этом наблюдается окрашенное свечение раствора.
Например, при реакции катиона Li+ с 8-оксихинолином наблюдается излучение
голубого цвета.
Пирохимические реакции – реакции сплавления, нагрев на древесном
угле, в пламени газовой горелки. Наиболее употребительной реакцией является
окрашивание пламени. Например, натрий окрашивает пламя в желтый
цвет, калий – фиолетовый, барий – желто-зеленый и др.
Аналитические реакции могут быть:
• специфическими;
• селективными;
• групповыми.
Специфическая – реакция, при которой в данных условиях с реагенчи
при нагревании, NH4
тами взаимодействует и дает сигнал только один компонент.
Например, реакция обнаружения иона аммония NH4
+ + ОН- = NH3↑ + H2O.
+ действием щелоВ
аналитической химии чаще применяются селективные, или избирательные
реакции, в которых с реагентом взаимодействует и дает одинаковый
или сходный сигнал ограниченное число компонентов (например, реакция
Sb3+, Tl3+ с бриллиантовым зеленым). Степень селективности реакции
тем больше, чем меньше число ионов, с которыми реагент дает положительный
эффект.
Групповая – реакция, при которой с реагентом в данных условиях
взаимодействует целая группа компонентов. Применяемый в таких условиях
реагент называется групповым. Групповые реагенты и реакции позволяют
обнаружить ионы определенной аналитической группы.
Применение групповых реагентов привело к созданию серии аналитических
классификаций катионов и анионов. Однако не существует такой
классификации катионов, которая охватывала бы все известные катионы
металлов и анионы. Наиболее распространенными на сегодняшний момент
являются кислотно-основная классификация катионов, основанная на
6
Стр.6
использовании некоторых свойств элементов (отношение их к кислотам и
щелочам, амфотерность гидроксидов, способность элементов к комплексообразованию)
(табл. 1) и классификация анионов, основанная на образовании
малорастворимых солей бария и серебра (табл. 2).
Таблица 1
Группа
I
II
III
IV
V
VI
Li+, Na+, K+, NH4
Ag+, Hg2
Ca2+, Sr2+, Ba2+
Zn2+, Al3+, Sn2+, Sn4+, Cr3+, As3+,
As5+
Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Sb3+,
Sb5+, Bi3+
Cu2+, Cd2+, Co2+, Hg2+ (II), Ni 2+
Кислотно-основная классификация катионов по группам
Катионы
+
2+(I), Pb2+
Групповой реагент
Отсутствует
Раствор HCl (2 М)
Раствор H2SO4 (1 М)
Раствор NaOH или KOH (2М),
иногда в присутствии Н2О2
Раствор NaOH (2М) или
раствор NH3 (25%-й)
Раствор NH3 (25%-й)
Таблица 2
Группа
II
Классификация анионов, основанная на образовании
малорастворимых солей бария и серебра
Анионы
I SO4
B4O7
AsO3
III NO3
2-, SO3
2- (BO2
3-, F2-,
S2O3
-), PO4
Сl-, Br-, I-, ВrO3
-, NO2
2- C2O4
3-, AsO4
2-, CO3
3-,
- CN-, SCN-, S2-
,CH3COO – и др.
2-,
Групповой реагент
Раствор BaCl2 в нейтральной
или слабощелочной среде
Раствор AgNO3
в разбавленной HNO3
Отсутствует
Фармакопейный анализ – это контроль качества лекарственного сырья
и любых лекарственных форм (порошков, таблеток, микстур, суппозиториев
и др.) с использованием фармакопейных реакций и методов анализа,
проводимый в соответствии с требованиями Фармакопеи. Фармакопейными
называются реакции, включенные в качестве обязательных или рекомендуемых
в Государственные или Европейские Фармакопеи, в фармакопейные
или временные фармакопейные статьи.
Ионы можно открывать непосредственно в отдельных порциях исследуемого
раствора (порядок открывания ионов не имеет значения) – дробный
анализ. Если ионы мешают определению друг друга, то используют
последовательность проведения реакций (ионы из смеси выделяются целыми
группами, пользуясь тем, что к действию некоторых реактивов группы
ионов относятся одинаково) – систематический анализ.
7
Стр.7
Лабораторная работа № 1
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ КАТИОНОВ
I–VI АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП
Катионы металлов в соответствии с кислотно-основной классификацией
подразделяют на шесть аналитических групп (см. таблицу 1).
1.1. Аналитические реакции катионов первой группы
по кислотно-основной классификации: Li+, Na+, K+, NH4
В первой аналитической группе групповой реагент отсутствует.
+
Аналитические реакции катиона Li+
Окрашивание пламени газовой горелки. Летучие соли лития (LiCl,
LiNO3) окрашивают пламя газовой горелки в карминово-красный цвет.
Методика. На платиновой или нихромовой проволочке вносят в пламя
газовой горелки несколько кристалликов хлорида или нитрата лития.
Аналитические реакции катиона Na+
Реакция с цинкуранилацетатом (фармакопейная). Катионы натрия
дают с цинкуранилацетатом Zn(UO2)3(CH3COO)8 в уксуснокислом растворе
желтый
кристаллический
осадок
натрийцинкуранилацетата
NaZn(UO2)3(CH3COO)9·9H2O, нерастворимый в уксусной кислоте:
Na+ + Zn[(UO2)3(CH3COO)8] + CH3COO- + 9H2O =
= NaZn(UO2)3(CH3COO)9 · 9H2O↓.
Методика. На предметное стекло наносят каплю раствора NaCl, слегка
упаривают до начала образования белой каемки по краям капли и прибавляют
каплю раствора цинкуранилацетата. Через 2–3 мин наблюдают образование
желтых октаэдрических и тетраэдрических кристаллов.
Окрашивание пламени газовой горелки cоединениями натрия (фармакопейный
тест). Соли и другие соединения натрия окрашивают пламя газовой
горелки в желтый цвет.
Методика. На нихромовой либо платиновой проволочке вносят в
пламя газовой горелки несколько кристалликов соли натрия.
Аналитические реакции катиона K+
Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия (фармакопейная).
Катионы калия в достаточно концентрированных растворах в уксуснокислой
(рН≈3) или нейтральной среде образуют с растворимым в воде
8
Стр.8