ЗА НЕСОБЛЮДЕНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ ОБУЧАЮЩЕЙСЯ

Кафедра химии

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Часть 1

для студентов, обучающихся по специальности «Фармация»

студента____________________________________________

группы № __________________________________________

 

ТВЕРЬ

2016



УДК 54

ББК 24

 

Авторы-составители:

Бордина Г.Е., Лопина Н.П.

 

 

Рецензенты:

Е.А. Харитонова – канд. биол. наук, доцент кафедры биологии ГБОУ ВПО Тверского ГМУ

Ю.П. Игнатова – канд. мед. наук, доцент кафедры физиологии с курсом теории и практики сестринского дела ГБОУ ВПО Тверского ГМУ

 

Утверждено Центральным координационным методическим советом ТГМУ

 

Аналитическая химия. Рабочая тетрадь для лабораторных работ. Для студентов, обучающихся по специальности «Фармация»

 Бордина Г.Е., Лопина Н.П. [Текст]/ Твер. гос. мед. универ.., [Тверь]:; 2016 г. – 95 с.

 

Авторы-составители – сотрудники кафедры химии и биохимии Тверского государственного медицинского университета :

Галина Евгеньевна Бордина – канд. биол. наук, доцент кафедры химии

Надежда Петровна Лопина – канд. хим. наук, доцент кафедры химии

 

«Аналитическая химия. Рабочая тетрадь для лабораторных работ» составлена преподавателями кафедры химии Тверского государственного медицинского университета студентам фармацевтического факультета для подготовки и выполнения лабораторного практикума. Авторы-составители – сотрудники кафедры химии Тверского государственного медицинского университета: доцент кафедры химии, канд. биол. наук Г.Е. Бордина;

доцент кафедры химии, канд. хим. наук Н.П. Лопина.

 

© Бордина Г.Е., Лопина Н.П.,                                         2016

© Оформление, оригинал-макет. Редакционно-издательский центр Тверского государственного университета, 2016

 

 


Дата_____________


МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Обучающийся обязан соблюдать меры безопасности при работе в химической лаборатории!

НЕОБХОДИМО:

ü работать в застегнутом хлопчатобумажном халате;

ü личные вещи хранить в специально отведенном месте;

ü при попадании химических реактивов на стол, пол и другие предметы сообщить преподавателю, для проведения работы по нейтрализации разлитых реактивов;

ü опыты с едкими, ядовитыми или сильно пахнущими веществами разрешается проводить только в вытяжном шкафу;

ü при разбавлении концентрированных кислот необходимо соблюдать порядок смешивания: кислоту постепенно вливать в воду;

ü после завершения работы необходимо отключить газ, воду, вытяжные шкафы и электроэнергию;

ü при попадании раствора щелочи или кислоты в глаза или другие участки кожи необходимо промыть их проточной водой (3-5 минут), а затем раствором борной кислоты (в случае попадания щелочи) или питьевой соды (в случае попадания кислоты), после чего обратиться к врачу.

КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

ü принимать пищу в лаборатории;

ü проводить опыты в загрязненной посуде;

ü набирать жидкие растворы в пипетку ртом;

ü нагревать, смешивать и взбалтывать реактивы вблизи лица;

ü зажигать одну спиртовку от другой;

ü переносить горящую спиртовку;

ü выливать в раковину остатки растворов кислот и щелочей, огнеопасных и взрывоопасных веществ;

ü бросать в раковину осколки стекла от разбитой посуды, бумагу и вату;

ü открывать окна без разрешения преподавателя;

ü работать с распущенными длинными волосами.

ЗА НЕСОБЛЮДЕНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ ОБУЧАЮЩЕЙСЯ

ОТСТРАНЯЕТСЯ ОТ ЗАНЯТИЙ!

С мерами безопасности ознакомлен(а) и обязуюсь их выполнять _____________

Инструктаж провел(а) ________________

                        



Таблица 1

 

 

  Открываемый катион   Реагент   Уравнение химической реакции   Наблюдаемые явления

Li+

       
     
     
     
     

 Na+

     
     
     

K+

     
     
     
     
     

NH4+

     
     
     

 

Приведите схему анализа катионов 1 группы:

 
 
 
 
 
 
 

 

 

Выполнение работы проверил(а)

_____________________________                      Дата_______________



Аналитические реакции I-

    Иодид-анион сильной одноосновной йодоводородной (йодистоводородной) кислоты HI. В водных растворах иодид-ион бесцветен, не гидролизуется, обладает выраженными восстановительными свойствами, как лиганд образует устойчивые иодидные комплексы с катионами многих металлов.

  Иодиды аммония и большинства металлов хорошо растворяются в воде. Малорастворимы в воде иодид меди (I) CuI, серебра(I) AgI, золота (I) AuI и золота (III)AuI3, таллия (I) TlI, свинца (II) PbI2 ( растворяется при нагревании), висмута (III) Bil3.

Реакция с нитратом серебра (фармакопейная). Иодид-ионы осаждаются катионами серебра из водных растворов в виде светло-желтого осадка йодида-серебра.

Реакция с окислителями (фармакопейная – с NaNO2 и FeCl3 в качестве окислителей). Окислители (хлорная или бромная вода, KMnO4, KBrO3, NaNO2, FeCl3,H2O2) в кислой среде окисляют иодид-ионы l- до йода I2, например:

2I- + Cl2 = I2 + 2Cl-

2I- + 2Fe3+= I2 +2Fe2+

2I- + 2NO2- + 4H+ =I2 + 2NO + 2H2O

Чаще всегда применяют хлорную воду.

Выделяющийся йод окрашивает раствор в желто-коричневый цвет.

При избытке хлорной воды образующийся йод окисляется далее до бесцветной йодноватой кислоты HIO3 и раствор обесцвечивается:

I2 + 5Cl2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl

Проведению реакции мешают восстановители (S2-,S2O32-,SO32-), также реагирующие с окислителями.

Методика (окисление иодид-ионов хлорной водой). В пробирку вносят 2-3 капли раствора KI и прибавляют по 2 капли HCl и 2-3 капли NaNO2 до выделения осадка свободного йода. Затем добавляют 3-5 капель хлороформа и встряхивают смесь. Органический слой окрашивается в фиолетовый цвет за счет йода, перешедшего в него из водной фазы. Снова прибавляют по каплям хлорную воду, встряхивая пробирку, до обесцвечивания раствора вследствие окисления йода до бесцветной йодноватой кислоты.

   Йодокрахмальная реакция. Молекулярный йод, возникающий при окислении иодид- ионов различными окислителями, часто открывают реакцией с крахмалом, который образует с йодом (точнее, с трииодид-ионами I3- комплекс синего цвета. По появлению синей окраски судят о присутствии йода. Это высокочувствительная реакция (предельная концентрация Сlim ≈10-5 г/мл) издавна применяется для открытия йода.

Методика:

а) В пробирку вносят 3-4 капли раствора KI, каплю раствора HCI, 2-3 капли раствора окислителя – KNO2 или NaNO2 и добавляют каплю свежеприготовленного водного раствора крахмала. Смесь принимает синюю окраску.

 б) На фильтровальную бумагу пропитанную свежеприготовленным раствором крахмала, наносят каплю раствора окислителя – NaNO2 или KNO2 и каплю подкисленного раствора KI. Бумага окрашивается в синий цвет.

Реакция с солями свинца. Иодид-ионы образуют с катионами свинца (II) Pb2+ желтый осадок иодида свинца PbI2:

                                                   2l- + Pb2+ →Pbl2

Осадок растворяется в воде при нагревании. При охлаждении раствора йодид свинца выделяется в виде красивых золотистых чешуйчатых кристаллов (реакция «золотого дождя».)

Методика. В пробирке к 2-3 каплям раствора, содержащего ионы свинца, прибавляют 2 капли 2М раствора CH3COOH и 2-3 капли KI. Образуется желтый осадок.

 

Аналитическая реакция BrO3-

Бромат-ион – анион одноосновной бромноватой кислоты HBrO3 средней силы (рК=0,70), вводных растворах бесцветен, почти не подвержен гидролизу, обладает выраженными окислительными свойствами, не склонен как лиганд к образованию прочных комплексов с катионами металлов, эффективно бромирует (вместе с Br-) многие органические соединения.

Бромат натрия - хорошо, а бромат калия - умеренно растворим в воде. Малорастворимы в воде броматы серебра (I) AgBrO3, бария Ba(BrO3)2, свинца Pb(BrO3)2.

   Реакция с нитратом серебра. Концентрированные растворы броматов с нитратом серебра AgNO3 дают осадок бромата серебра AgBrO3, бледно- желтого цвета:

BrO3-+Ag+ = AgBrO3

Осадок бромата серебра растворяется в разбавленных растворах HNO3, H2SO4, растворах аммиака, тиосульфата натрия.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора бромата калия KBrO3 и прибавляют 3-4 капли раствора AgNO3. Выпадает бледно- желтый осадок бромата серебра.

Реакция восстановления бромат- ионов бромид-ионами или иодид-ионами в кислой среде. Бромат-ионы восстанавливаются бромид- и иодид- ионами в кислой среде, окисляя их до свободных брома Br2, и йода I2 соответственно:

BrO3-+5Br-+6H+  = 3Br2+3H2O

BrO3-+6I-+6H+ =3I2+3H2O+Br-

    Выделяющиеся свободные бром Br2 и иод I2 обнаруживают, экстрагируя их из водной фазы в органическую.

   Проведению реакции мешают восстановители (S-2,SO32-, S2O32- и др.), также реагирующие с бромат-ионами (см. ниже).

   Методика. В каждую из двух пробирок вносят по 2-3 капли раствора бромата калия КBrO3, по 2-3 капли раствора HCl или H2SO4 и по 5-6 капель хлороформа. В первую пробирку прибавляют 4-5 капель раствора бромида калия КBr, во вторую – 4-5 капель раствора иодида калия KI и встряхивают обе пробирки. В первой пробирке органический слой окрашивается в оранжевый цвет (образовался бром Br2), во второй - в фиолетовый цвет (присутствует йод I2).

 

 Аналитические реакции SCN-

Тиоционат-ион (или роданид-ион), обозначаемый эквивалентными формулами SCN- или NCS-, анион сильный роданистоводородной кислоты HSCN. Иногда (особенно в старой литературе) его обозначают также формулами CNS- или SNC-, что неточно, так как тиоцианат-ион имеет линейное строение (S-CN)-. Связь сера – углерод S-C имеет порядок ~ 1,5 (она промежуточна между одинарной S-C (порядок связи равен единице) и двойной S=C (порядок связи равен двум) связями серы - углерод. Связь углерод- азот C N имеет порядок, равный примерно 2,5 (она промежуточна между двойной C=N (порядок связи равен двум) и тройной C ≡ N ( порядок связи равен трём) связями углерод- азот. Мы используем формулу SCN-  и NCS- как эквивалентные, равно как и эквивалентные термины «тиоцианат-ион» и «роданид-ион»

   Реакции с нитратом серебра. Тиоцианат- ион при взаимодействии с катионами серебра образуют белый творожистый осадок тиоцианата серебра AgCSN: 

SCN-+Ag+  →AgSCN

Осадок нерастворим в минеральных кислотах и растворе карбоната аммония. Растворяется в водном аммиаке, в растворах тиосульфата натрия, цианида калия, при избытке тиоцианат-ионов с образованием соответствующих растворимых комплексов серебра:

AgSCN+2NH3 = [Ag(NH3)2]++SCN-

AgSCN+2CN- = [Ag(CN2)]-+SCN-

AgSCN+(n-1)SCN- = [Ag(SCN)n]1-n (n=3 и 4).

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора тиоцианата калия KSCN или тиоцианата аммония NH4SCN и прибавляют по каплям раствор AgNO3 до выпадения белого осадка тиоцианата серебра. Продолжают прибавлять по каплям раствор KSCN или NH4SCN, встряхивают пробирку, до растворения осадка тиоцианата серебра.

Реакция с солями кобальта (II). Тиоцианат – ионы в присутствии катионов кобальта (II) образуют синие тетратиоцианатокобальтат (II)- ионы [Co(NCS)4]2-, окрашивающие раствор в синий цвет.

4NCS-+Co2+ = [Co(NCS)4]2-

Однако эти комплексы недостаточно прочны, при не очень большом избытке ионов NCS- равновесие смещено влево и раствор окрашивается не в синий, а в розовый цвет (окраска аква-комплексов кобальта (II)). Для смещения равновесия вправо реакцию проводят в водно–ацетоновой среде или же экстрагируют комплекс органическими растворителями, в которых он растворяется лучше, чем в воде (например, в смеси изоамилового спирта и диэтилового эфира).

Эта реакция описана выше при характеристике аналитических реакций катиона кобальта (II).

Реакция с солями железа (III). Тиоционат-ионы образуют с катионами железа (III) в кислотной (для подавления гидролиза железа(III)) среде тиационатные комплексы железа(III) красного цвета состава

[Fe(NCS)n(H2O)6-n]3-n , где n=1,2…,6. Все комплексы железа (III) с разным содержанием тиационатогрупп окрашены в красный цвет и в растворе находятся в равновесии друг с другом. При повышенных концентрациях ионов NCS- в растворе доминируют комплексы с большим значением n, при пониженных- с меньшем значением n. Образующиеся комплексы можно экстрагировать органическими растворителями: диэтиловым эфиром, амиловым спиртом и др.

   Это высокочувствительная реакция уже описана выше (гл. 15) при характеристике аналитических реакций катиона железа (III). Её можно проводить капельным методом на фильтровальной бумаге. Мешают различные анионы: S2- , SO32-, S2O32-, С2О42-, I-, NO2- и др.

Методика. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора KNCS или NH4NCS и каплю раствора соли железа (III). Бумага окрашивается в красный цвет.

Реакция с йодат-ионами. В кислой среде тиоционат-ионы окисляются йодат-ионами с выделением свободного йода:

5CSN-+6IO3-+H+ + 2H2O   = 5SO42- + 5HCN+3I2

   Однако проведению этой реакции мешают анионы – восстановители так же реагирующие с йодат-ионами.

Предел обнаружения тиоцианат-ионов этой реакцией составляет~ 4мкг. Поскольку при реакции образуется сильно ядовитая синильная кислота HCN, то её следует проводить только под тягой!

Методика. Фильтровальную бумагу смачивают свежеприготовленным раствором крахмала и высушивают. Получают крахмальную бумагу. На неё наносят каплю разбавленного раствора HCl, каплю раствора KSCN и каплю раствора иодата калия KIO3.Бумага окрашивается в синий цвет вследствие образования синего молекулярного комплекса крахмала с йодом, выделяющимся в процессе реакции.  

 

 Аналитические реакции S2-

Cульфид-ион S2-  бесцветный анион очень слабой двухосновный сероводородной кислоты H2S (рК1=6,99; рК2=12,60). В водных растворах сульфид-ион подвергается глубокому гидролизу, несклонен к образованию комплексов металлов. Средние сульфиды аммония, щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворяются в воде. Средние сульфиды большинства других металлов, как правило, малорастворимые в воде. Кислые гидросульфиды, содержащие гидросульфид-анион HS- хорошо растворяются в воде.

   Сульфид-ион – очень эффективный восстановитель и окисляется большинством известных окислителей. Так, например, сероводородная кислота в водном растворе (раствор H2S в воде называют, как уже отмечалось ранее, «сероводородной водой») окисляется кислородом воздуха с выделением элементарной серы:

2H2S+ O2 = S+2H2O

Поэтому при стоянии сероводородная ода мутнеет.

Сероводород H2S- весьма ядовит. Работать с сероводородной водой необходимо только под тягой!

 Реакция с нитратом серебра. Сульфид- ионы с катионами серебра дают чёрный осадок малорастворимого сульфида серебра Ag2S:

S2-+ 2Ag+ = Ag2S

Осадок сульфида серебра не растворяется в водном аммиаке, растворим в разбавленной азотной кислоте при нагревании с выделением элементной серы:

Ag2S+4HNO3 = S+2NO2+ 2AgNO3+2H2O

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора сульфида натрия Na2S или аммония (NH4)2S и прибавляют по каплям раствор AgNO3 до прекращения образования черного сульфида серебра.

 Реакции с сильными кислотами. Сульфид- ион при действии сильных кислот переходит в сероводородную кислоту, которая выделяется из растворов в виде газообразного сероводорода H2S:

S2-+2H+ = H2S

При избытке ионов водорода равновесие смещается вправо и образующийся сероводород удаляется из сферы реакции.

Выделяющийся сероводород обнаруживают по характерному запаху, а так же по почернению фильтрованной бумаги, пропитанной растворами ацетата свинца (CH3COO)2Pb или гидроксо-комплекса свинца Na2[Pb(OH)4], так как при этом образуется черный сульфид свинца PbS:

Н2S+(CH3COO)2Pb = PbS+2CH3COOH

Методика. В пробирку вносят (под тягой!) 2-3 капли раствора сульфида натрия или аммония и прибавляют 3-4 капли разбавленного раствора HCl или H2SO4. Ощущается характерный запах сероводорода. К отверстию пробирки подносят фильтрованную бумагу, пропитанную раствором ацетата свинца. Бумага чернеет вследствие выделения черного сульфида свинца.

Реакция катионами кадмия. Сульфид-ион образует с катионами кадмия в кислых и нейтральных растворах желтый осадок сульфида кадмия CdS:

S2-+Cd2+ = CdS

Эта реакция описана при характеристике аналитических реакций катионов кадмия. Выпадает золотисто-желтый осадок.

 

    Заполните таблицу 9:

Таблица 9

Открываемый анионы Реагент Уравнение химической реакции Наблюдаемые явления

 

Cl-

     
     

Br-

     
     

I-

     
     
     
     

BrO3-

     
     

SCN-

     
     
     

 

S2-

     
     
     

 

 

Выполнение работы проверил(а)

_____________________________                 Дата_______________



Лабораторная работа «Анализ сухой соли. Открытие катиона и аниона»

Цель работы: научиться проводить качественные реакции на анионы различных аналитических групп.

Реагенты: 1H NaCl, 1H AgNO3, 1Н KMnO4, 1H H2SO4, 1H NaBr, 1H KI, 1H HCl, 1H KNO2, 1H CH3COOH, 1H PbSO4, 1H KBrO3,1H KBr,1H KSCN, 1H FeCl3, 1H KIO3, 1H Na2S,1H Pb(CH3COO)2, 1H NaNO2, 1H Na2SO4 , 1H HCl, 1H H2SO4, 1H Na2S2O3, 1H NH4OH, 1H Na2SO3, 1H AgNO3 , 1Н KMnO4,1H Na2CO3, 1Н BaCl2, 1H Pb(NO3)2, 1H CH3COOH, 1H I2, 1H CuSO4, 1H HNO3,1H CaCl2, 1H NaH2PO4, 1H MgCl2, 1H NH4Cl, 1H (NH4)2C2O4, 1H NH3, 1H MgSO4, 1H NaNO2, 1H H2SO4, 1H KI, крахмал, бензол (или хлороформ), 1Н KMnO4,1H NH4Cl, 1H KNO3, H2SO4(конц), Cu(мет), 1H FeSO4(р-р), 1H NaOH, Al(мет), 1H CH3COONa, 1H Fe2(SO4)3,1H C2H5OH, 1H AgNO3, антипирин (сух).

 

Ход работы :

    Как уже отмечалось, в фармацевтическом анализе практически никогда не требуется открывать все анионы всех трёх аналитических групп в одном анализируемом объекте. При анализе лекарственного сырья, лекарственных субстанций, лекарственных форм, объектов судебно-медицинской экспертизы, при аналитическом контроле различных этапов технологических процессов приготовления лекарственных средств приходится открывать лишь небольшое число анионов, причём обычно бывает известно, содержание каких анионов требуется проконтролировать. Так, в фармакопейном анализе чаще всего приходится открывать и определять в одном образе хлориды, сульфаты, а также ограниченное число других анионов. При этом анионы открывают дробным методом с помощью тех или иных аналитических реакций или физическими и физико-химическими методами – оптическими, хроматографическими, электрохимическими и др., предварительно переводя пробу анализируемого вещества в раствор. В каждом конкретном случае намечается свой собственный ход анализа, в зависимости от того, какие анионы ожидаются в пробе анализируемого вещества.

Предварительные испытания

Определение pH среды. Определяют значение pH анализируемого раствора обычно с помощью универсальной индикаторной бумаги.

1. Если pH < 2, то в анализируемом растворе отсутствуют анионы неустойчивых кислот, разлагающихся в кислой среде, т.е. SO32-, S2O32-, CO32-, S2-, NO2-. В кислой среде (pH < 5) также не могут сосуществовать анионы-восстановители и анионы-окислители, например, I- и NO2-, I- и AsO43-, NO2- и AsO33-, SO32- и AsO43-, S2O32- и AsO43- и т.д., поскольку они реагируют между собой.

В щелочной среде могут присутствовать все рассматриваемые анионы.

2.Если pH > 2, то для определения наличия в анализируемом растворе неустойчивых (разлагающихся в кислой среде) кислот в пробирку отбирают 4-5 капель этого раствора, прибавляют 4-5 капель разбавленной серной кислоты и осторожно нагревают смесь, не доводя её до кипения. Если наблюдается выделение пузырьков газа (SO2, CO2, H2S, NO2), то это означает, что в анализируемом растворе возможно присутствие анионов SO32-, S2O32-, CO32-, S2-, NO2-. Желто-бурый цвет газов оксидов азота указывает на наличие нитрит иона NO2- в растворе наряду с возможным присутствием и остальных анионов неустойчивых кислот.

Помутнение раствора при его подкислении свидетельствует о наличии в нём тиосульфат-иона S2O32-, разлагающегося с выделением элементной серы.

Проба на присутствие анионов первой аналитической группы. В отдельной пробе анализируемого раствора (несколько капель) устанавливают присутствие или отсутствие анионов первой аналитической группы. Бариевые соли этих анионов малорастворимы в воде (при pH=7-9), поэтому при добавлении раствора хлорида бария BaCl2 к пробе анализируемого раствора выпадает белый осадок этих солей в нейтральной или слабо щелочной среде, если какие-либо анионы первой аналитической группы имеются в растворе. Если осадок не выпадает, то указанные анионы отсутствуют в аналитическом растворе.

В случае выпадения солей бария полученную смесь раствора с осадком подкисляют разбавленной HCl. При этом все соли бария анионов первой аналитической группы растворяются в кислой среде, за исключением сульфата бария BaSO4, который остаётся в осадке. Если же осадок полностью растворится при прибавлении раствора HCl, то это означает, что среди анионов первой аналитической группы в анализируемом растворе отсутствует сульфат-ион SO42-.

Методика. В пробирку вносят 4-5 капель анализируемого раствора, доводят (при необходимости) значение pH раствора до 7-9, добавляя по каплям раствор гидроксида бария Ba(OH)2, и прибавляют 4-5 капель раствора BaCl2. Образование белого осадка указывает на присутствие в растворе анионов первой аналитической группы.

К смеси раствора с осадком прибавляют по каплям избыток разбавленной HCl при перемешивании. Если осадок растворился не полностью (остался твёрдый BaSO4), то это означает, что в исходном анализируемом растворе присутствует сульфат-ион SO42-. Полное растворение осадка указывает на отсутствие сульфат-ионов в растворе.

Проба на присутствие анионов второй аналитической группы. В отдельной пробе раствора (несколько капель) устанавливают наличие или отсутствие анионов второй аналитической группы. Если в анализируемом растворе присутствуют анионы этой группы, дающие малорастворимые в азотнокислой среде соли серебра (кроме бромата серебра AgBrO3), то при прибавлении азотнокислого раствора AgNO3 должен образоваться осадок солей серебра анионов второй аналитической группы. Если осадок не выпадает, то это означает, что анионы второй аналитической группы в анализируемом растворе отсутствуют (возможно, однако, присутствие бромат-иона BrO3-).

Методика. В пробирку вносят 4-5 капель анализируемого раствора, прибавляют 1-2 капли разбавленной HNO3 и 4-5 капель раствора AgNO3. Выпадение осадка указывает на присутствие в растворе анионов второй аналитической группы. В противном случае можно сделать вывод об их отсутствии (за исключением возможного присутствия бромат-ионов BrO3-) в растворе.

Проба на присутствие анионов-окислителей. Наличие в растворе анионов-окислителей (AsO43-, BrO3-, NO2-, NO3-) устанавливают в отдельной пробе реакцией с иодидом калия в сернокислой среде (pH ≈ 1) в присутствии раствора крахмала (или органического экстрагента). Окислители переводят йодид-ионы I- в йод I2, при образовании которого крахмальный раствор окрашивается в синий цвет (или органический слой экстрагента принимает фиолетовую окраску).

Методика. 5-6 каплям анализируемого раствора прибавляют 2 капли разбавленной H2SO4, 1-2 капли свежеприготовленного раствора крахмала и 2-3 капли раствора KI. Если раствор окрасился в синий цвет, то это означает, что в нём содержатся ионы-окислители AsO43-, BrO3-, NO2-, NO3-. Если синяя окраска не появляется, то эти анионы в растворе отсутствуют.

Проба на присутствие анионов-восстановителей. Наличие в растворе анионов-восстановителей устанавливают в отдельной пробе реакциями с йодом (раствор йода обесцвечивается, поскольку йод в нейтральной или слабо кислой среде окисляет анионы-восстановители S2-, SO32-, S2O32-, AsO33-) и с раствором перманганата калия в сернокислой среде (раствор перманганата калия обесцвечивается вследствие восстановления анионами-восстановителями S2-, SO33-, S2O32-, C2O42-, AsO33-, Cl-, Br-, I-, CN-, SCN-, NO2-).

Методика.

а) К 5-6 каплям анализируемого раствора прибавляют 1-2 капли разбавленной серной кислоты, 2-3 капли разбавленного раствора перманганата калия и при необходимости (если раствор не обесцветился) осторожно нагревают смесь. Если раствор обесцвечивается, то в нём присутствуют анионы-восстановители, указанные выше.

б) К 3-4 каплям анализируемого раствора прибавляют каплю разбавленной серной кислоты и 2-3 капли раствора йода. Обесцвечивание раствора указывает на присутствие в нём анионов (S2-, SO32-, S2O32-, AsO33-).

Дробное обнаружение анионов.

С учётом данных, полученных при предварительных испытаниях, делают заключение о возможном присутствии тех или иных анионов в анализируемом растворе, после чего открывают отдельные анионы дробным методом. При дробном обнаружении анионов некоторые из них мешают открытию друг друга. Поэтому мешающие анионы обычно удаляют тем или иным способом.

Все нижеследующие операции проводят с отдельными пробами (несколько капель) исходного анализируемого раствора.

Открытие сульфат-иона. Ион SO42- обнаруживают в предварительных испытаниях реакцией с хлоридом бария в кислой среде, как описано выше (см. «Проба на присутствие анионов первой аналитической группы»).

Открытие сульфид-иона. Ион S2- обнаруживают, подкисляя пробу анализируемого раствора разбавленной HCl. Если сульфид-ион присутствует в анализируемом растворе, то из него при окислении выделяется газообразный сероводород H2S, образование которого устанавливают по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли свинца (II) (обычно – раствором ацетата свинца (CH3COO)2Pb или гидроксокомплекса Na2[Pb(OH)4]), при поднесении её к отверстию пробирки (образуется чёрный сульфид свинца (II) PbS).

Открытие карбонат-иона.

а) Если в анализируемом растворе отсутствуют сульфит-ион SO32- и тиосульфат-ион S2O32-, то карбонат-ион открывают по выделению газообразного диоксида углерода CO2, который вызывает помутнение баритовой или известковой воды (см. выше «Аналитические реакции карбонат-иона»),

б) Если в анализируемом растворе присутствуют анионы SO32- и S2O32-, также разлагающиеся в кислой среде с выделением газообразного продукта – диоксида серы SO2, вызывающего помутнение баритовой или известковой воды, то карбонат-ион открывают одним из двух следующих способов.

Первый способ. К пробе анализируемого раствора (5-8 капель) в пробирке прибавляют 5-6 капель разбавленного (3%-го) раствора пероксида водорода H2O2 и слегка нагревают пробирку на водяной бане. Сульфит-ион окисляется до сульфат-иона SO42-, а тиосульфат-ион – до тетратионат-иона S4O62-, которые уже не мешают открытию карбонат-иона. (Можно также окислять сульфит- и тиосульфат-ионы растворами перманганата калия KMnO4 или дихромата калия K2Cr2O7). В полученном растворе открывают карбонат-ион, как описано выше в пункте а).

 Открытие сульфит-иона.

а) Если в анализируемом растворе отсутствуют анионы S2- и S2O32-, то сульфит-ион открывают, подкисляя пробу анализируемого раствора и идентифицируя выделяющийся газообразный SO2 в проборе для обнаружения газов, как описано выше (см. выше «Аналитические реакции сульфит-иона»).

б) Если в анализируемом растворе присутствуют ионы S2- и S2O32-, то сульфит-ион вначале переводят в осадок в виде сульфита стронция SrSO3, прибавляя к анализируемой пробе раствор соли стронция (SrCl2 или Sr(NO3)2):

Sr2++SO32-→SrSO3

Осадок сульфита стронция затем отделяют, растворяют в кислоте, не допуская избытка кислоты (во избежание выделения газообразного SO2), и прибавляют жёлтый раствор йода I2 в KI. В присутствии сульфит-иона раствор йода обесцвечивается вследствие восстановления йода I2 сульфит-ионами до иодид-ионов I-.

Методика. В пробирку вносят ~ 10 капель анализируемого раствора и прибавляют раствор хлорида SrCl2 или нитрата Sr(NO3)2 стронция до полного осаждения сульфита стронция SrSO3. Смесь центрифугируют, маточник отделяют от осадка, который промывают 4-5 каплями воды и удаляют промывную жидкость (во избежание попадания тиосульфат-ионов в осадок). К осадку прибавляют 2-3 капли разбавленной H2SO4 или HCl и затем по каплям раствор йода в йодиде калия. Перемешивают смесь. Осадок сульфита стронция растворяется, а раствор йода обесцвечивается.

Открытие тиосульфат-иона.

а) Ион S2O32- можно открыть по помутнению пробы анализируемого раствора при подкислении её серной или хлороводородной кислотой. В кислой среде тиосульфат-ион разлагается с выделением элементной серы – раствор мутнеет (см. выше «Предварительные испытания»).

б) Тиосульфат-ион можно открыть также, прибавляя к анализируемой пробе разбавленный раствор нитрата серебра – выпадает белый осадок тиосульфата серебра Ag2S2O3, постепенно чернеющий на воздухе вследствие образования чёрного сульфида серебра Ag2S.

Сульфид-ионы S2- мешают, поскольку также дают осадок Ag2S. Для удаления сульфид-ионов к раствору прибавляют небольшое количество свежеосаждённого карбоната кадмия CdCO3 и взбалтывают смесь. Образуется твёрдый CdS. Смесь CdCO3 и CdS отфильтровывают и в фильтрате открывают тиосульфат-ион реакцией с нитратом серебра, как описано выше.

Открытие оксалат-иона.

а) При отсутствии в исходном анализируемом растворе карбонат-ионов и анионов-восстановителей, мешающих обнаружению оксалат-ионов, последние открывают реакцией с перманганатом калия в сернокислой среде при нагревании раствора до ~60-70оС в приборе для обнаружения газов (см. выше «Аналитические реакции оксалат-иона C2O42-») – раствор перманганата калия в пробирке 1 обесцвечивается вследствие восстановления перманганат-ионов оксалат-ионами, а баритовая или известковая вода в пробирке-приёмнике 2 мутнеет за счёт образования осадка карбоната бария BaCO3 или карбоната кальция CaCO3 при взаимодействии выделяющегося диоксида углерода с баритовой или известковой водой соответственно.

Методика. В пробирку 1 прибора для обнаружения газов вносят 1 мл анализируемого раствора, прибавляют 4-5 капель разбавленной кислоты и 5-6 капель разбавленного раствора перманганата калия до окрашивания раствора в пробирке 1 в бледно-розовый цвет. Быстро закрывают пробирку 1 пробкой с газоотводной трубкой, свободный конец которой погружен в баритовую или известковую воду, находящуюся в пробирке-приёмнике 2. Пробирку 1 осторожно нагревают до ~60-70 оC. Если раствор в пробирке 1 обесцвечивается, а в пробирке 2 мутнеет, то это означает, что исходный анализируемый раствор содержит оксалат-ионы.

Открытие фторид-иона. Фторид-ион обнаруживают по обесцвечиванию красного раствора тиоцианатных комплексов железа (III), которые разрушаются в присутствии фторид-ионов с образованием устойчивого бесцветного фторидного комплекса железа (III) [FeF6]3- (см. выше «Аналитические реакции фторид-иона F-»).

Методика. Готовят красный раствор тиоцианатных комплексов железа (III), для чего к небольшому объёму раствора хлорида железа (III) FeCl3 прибавляют каплю разбавленного раствора тиоцианата калия KNCS и 2-3 капли разбавленной HCl.

В пробирку вносят 6-8 капель анализируемого раствора и по каплям при перемешивании прибавляют красный раствор тиоцианатных комплексов железа (III). Если первые прибавляемые капли красного раствора обесцвечиваются, то это указывает на присутствие фторид-иона в анализируемом растворе.

Открытие тиоцианат-ионов.

а) Если в растворе отсутствуют иодид-ионы, то тиоцианат-ионы SCN- открывают реакцией с хлоридом железа (III) FeCl3, в кислой среде (pH ≈ 2-3). Образуются тиоцианатные комплексы железа (III) [Fe(NCS)n(H2O)6-n]3-n, окрашивающие раствор в красный цвет. В кислой среде анионы кислот, разлагающихся в кислых растворах, не мешают проведению реакции, поскольку они не могут существовать в таких растворах. Для ускорения разложения этих анионов подкисленную (раствором HCl) пробу анализируемого раствора предварительно нагревают непродолжительное время , а затем уже открывают в ней тиоцианат-ионы.

Если из мешающих анионов кислот, разлагающихся в кислой среде, присутствуют только сульфид-ионы S2- , которые могут восстановить железо (III) до железа (II) ,не образующего красных тиоцианатных комплексов ,то сульфид-ионы рекомендуется предварительно удалить в виде белого осадка сульфида цинка ZnS. Для этого к пробе анализируемого раствора при осторожном нагревании прибавляют по каплям раствор соли цинка ZnSO4 или (CH3COO)2Zn до прекращения образования белого осадка сульфида цинка, который отделяют фильтрованием или центрифугированием ,а уже в маточном растворе обнаруживают тиоцианат-ионы реакцией с раствором соли железа (III).

Реакцию можно проводить либо капельным методом на фильтровальной бумаге ,как было описано выше (см. «Аналитические реакции тиоцианат-иона SCN-»),либо непосредственно в пробе анализируемого раствора по нижеследующей прописи

Методика. В пробирку вносят 9-10 капель анализируемого раствора ,3-5 капель разбавленной HCl ,осторожно нагревают (под тягой!) раствор почти до кипения (3-4 минуты) и охлаждают до комнатной температуры. Прибавляют по каплям разбавленный раствор хлорида железа (III) . Если в растворе присутствуют тиоцианат-ионы ,то он окрашивается в красный цвет вследствие образования красных тиоцианатных комплексов железа (III).

Открытие хлорид-иона.

А) Если в растворе отсутствуют тиоцианат-ионы и цианид-ионы ,то хлорид-ион открывают следующим образом . К азотнокислой пробе анализируемого раствора прибавляют раствор нитрата серебра AgNO3 до полного выпадения осадка солей серебра различных анионов, имевшихся в растворе ,в том числе и осадка хлорида серебра AgCl . Осадок смеси солей отделяют и обрабатывают насыщенным водным раствором карбоната аммония (NH4)2CO3 . Хлорид серебра растворяется :

AgCl+(NH4)2CO3 → [Ag(NH3)2]Cl+ CO2 + H2O

Серебряные соли остальных анионов остаются в осадке. Бромид серебра AgBr, частично растворяющийся в водном аммиаке ,в данном случае остается в осадке, так как он практически не растворим в концентрированном растворе карбоната аммония.

Раствор отделяют от осадка и доказывают присутствие в нем хлорид-иона реакцией с HNO3 –выпадает белый осадок AgCl :

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3→AgCl + 2NH4NO3

Проведению реакции мешают тиоцианат-ионы и цианид-ионы,так как выпадающие осадки AgSCN и AgCN так же растворяются в растворе карбоната аммония с образованием комплексов [Ag(NH3)2]+ .

Открытие бромид- и иодид-ионов. В присутствии ионов SCN-, Cl- бромид- и иодид-ионы открывают одновременно с этими анионами ,как описано выше. Однако, их можно открыть и в отдельной пробе анализируемого раствора реакцией с окислителями-обычно с хлорной водой или хлорамином ( см. выше «Аналитические реакции иодид-иона»).

Для этого к пробе анализируемого раствора прибавляют свежеприготовленную хлорную воду, разбавленную серную кислоту и хлороформ. Вначале иодид-ионы окисляются до свободного йода:

2I- +Cl2→ I2 + 2Cl-

Йод переходит в органическую фазу и окрашивает её в фиолетовый цвет. По мере дальнейшего прибавления хлорной воды йод окисляется до бесцветных иодат-ионов IO3-

I2 +5Cl2 +6 H2O → 2HIO3 + 10HCl

Фиолетовая окраска органической фазы исчезает. При этом бромид-ионы так же окисляются хлорной водой до брома. Образовавшийся бром окрашивает хлороформный слой в желто-бурый цвет. При избытке хлорной воды образуется желтый BrCl и органическая фаза изменяет окраску от желто-бурой до светло-желтой, как было описано ранее.

Методика. В пробирку вносят 5-6 капель анализируемого раствора,1- капли разбавленной H2SO4, 4-5 капель хлороформа, 1-2 капли свежеприготовленной хлорной воды и энергично встряхивают смесь, если органический слой окрасился в фиолетовый цвет, то это свидетельствует о присутствии иодид-ионов в исходном анализируемом растворе. Продолжают прибавлять по каплям хлорную воду при встряхивании смеси. Фиолетовая окраска органического слоя исчезает. Если после этого органический слой окрасился в желто-бурый , а затем в светло-желтый цвет ,то это указывает на присутствие бромид-ионов в исходном анализируемом растворе.

 

Открытие бромат-иона. Бромат-ион открывают в отдельной пробе анализируемого раствора по выделению свободного брома при реакции с бромид-ионами в кислой среде (см.выше «Аналитические реакции бромат-иона BrO3- »):

BrO3- + 5Br- +6H+ → 3Br2 +3 H2O

Образующийся бром обнаруживают по выделению бурых паров брома и по окрашиванию в желто-бурый цвет прибавленного органического экстрагента (например, хлороформа).

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли анализируемого раствора,2-3 капли раствора HCl , 5-6 капель хлороформа, прибавляют 4-5 капель раствора бромида калия KBr и встряхивают смесь. Если после расслаивания смеси органический слой окрасился в желто-бурый цвет, то это указывает на присутствие бромат-иона в исходном анализируемом растворе.

Открытие нитрит-иона. Нитрит ион NO2- открывают в отдельных пробах анализируемого раствора реакциями с реактивом Грисса-Илошвая и с антипирином по методикам, описанным выше (см. «Аналитические реакции нитрит-иона NO2-»)

Если нитрит-ион открыт, то его обычно удаляют(разрушают), поскольку он мешает открытию нитрат-иона NO3-. Для удаления нитрит-иона небольшой объем анализируемого раствора нагревают с солью аммония (например, с NH4Cl) , при этом нитрит-ионы разрушаются :

NO2- + NH4Cl → N2 +2H2O

Методика удаления нитрит-ионов была описана ранее (см. «Аналитические реакции нитрит-иона NO2-»)

 Раствор после удаления нитрит-ионов используют для открытия нитрат-ионов.

Открытие нитрат-иона. В пробе, полученной после удаления нитрит-ионов, открывают нитрат-ион NO3- реакциями с антипирином и дифениламином по методикам ,описанным ранее (см.выше «Аналитические реакции нитрат-иона NO3-») ,используя анализируемый раствор вместо растворов NaNO3 или KNO3.

Открытие ацетат-иона. Ацетат-ион CH3COO- открывают в отдельной пробе раствора реакцией образования уксусно-этилового эфира, обладающего характерным приятным запахом (см.выше «Аналитические реакции ацетат-иона CH3COO-») .

Методика. В пробирку вносят 6-8 капель анализируемого раствора, 5-7 капель концентрированной H2SO4, 6-8 капель этанола и 1-2 капли раствора AgNO3 (катализатор). Осторожно нагревают смесь на водяной бане. Ощущается характерный приятный запах уксусно-этилового эфира.

При отсутствии мешающих анионов ацетат-ион открывают так же реакцией с хлоридом железа (III) FeCl3 (см.выше «Аналитические реакции ацетат-иона CH3COO- ») .

 

 Открытие катиона.

Проведите предварительные испытания:

                         
 
 
 
 

 

Распишите ход анализа, заполнив таблицу 11:

Таблица 11

Реагент Наблюдения Вывод
     
     
     
     
     
     
     

 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

Открытие аниона.

Распишите ход анализа, заполнив таблицу 12:

Таблица 12

Реагент Наблюдения Вывод
     
     
     

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Выполнение работы проверил(а)_______________________Дата_______________                                



Приложение

Таблица № 1:Классификация анионов

№ группы Анионы Групповой расчет Характеристические  группы
I SO4-2, SO3-2, S2O3-2, CO3-2, BO2-, SiO3-2, F-, PO4-3, AsO3-3, AsO4-3, CrO4-2, Cr2O7-2, Cr2O4-2 BaCl2 Соли бария малорастворимы в воде, соли серебра растворимы в кислотах
II Cl-, Br-, I-, BrO3-, IO3-, CN-, SCN-, S-2, ClO-, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3- AgNO3 в 2M HNO3   Соли серебра           малорастворимы в воде и 2М HNO3  
III NO3-, NO2-, CH3COO-, ClO3-, MnO4- нет Соли бария и серебра растворимы в воде

 

Таблица №2: Кислотно-основная классификация катионов

Группа Катионы Групповой реактив Получаемые соединения Групповая характеристика
1 K+, Na+, NH4+, Li+ нет                - Хлориды, сульфаты и гидроскиды растворимы в воде
2 Ag+, Pb+2, Hg22+ HCl (2н) Осадок: AgCl;PbCl2;Hg2Cl2 Хлориды не растворимы в воде
3 Ba+2, Ca+2, Sr+2 H2SO4 (2н) Осадок: BaSO4, CaSO4, SrSO4 Сульфаты нерастворимы в воде и кислотах
4 Zn+2, Al+3,Cr+3, Sn+4, Sn+2, As+3, As+5 NaOH (25% в избытке) Раствор: [Zn(OH)4]-2, [Al(OH)4]-, [Cr(OH)4]-, AsO3-,AsO4-3 Гидроскиды растворимы в избытке щелочи
5 Mg+2, Mn+2, Bi+3, Fe+2, Fe+3, Sb+3, Sb+5 NH4OH (25% в избытке) Осадок: Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3,Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, H3SbO3 Гидроксиды нерастворимы в избытке щелочи
6 Cu+2, Hg+2, Cd+2, Ni+2, Co+2 NH4OH Раствор: [Cu(NH3)4]+2, [Ng(NH3)4]+2   Аммиакаты, гидроксиды растворимы в избытке раствора аммиака

 


Оглавление

Лабораторная работа ''Реакции катионов 1 аналитической группы. Анализ смеси катионов 1 группы”. 4

Лабораторная работа ''Реакции катионов II группы''. Анализ смеси катионов 2 группы. 12

Лабораторная работа ''Реакции катионов III группы''. Анализ смеси катионов 3 группы. 20

Лабораторная работа ''Реакции катионов IV группы''. Анализ смеси катионов 4 группы. 26

Лабораторная работа ''Реакции катионов V группы''. Анализ катионов 5 группы. 34

Лабораторная работа ''Реакции катионов VI группы''. Анализ катионов 6 группы. 42

Лабораторная работа ''Анализ смеси катионов'' 50

Лабораторная работа «Реакции анионов I аналитической группы». 56

Лабораторная работа ''Реакции анионов II группы'' 69

Лабораторная работа «Аналитические реакции анионов III аналитической группы» 77

Лабораторная работа «Анализ сухой соли. Открытие катиона и аниона». 83

Приложение. 93

 

 


Кафедра химии

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ

ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Часть 1

для студентов, обучающихся по специальности «Фармация»

студента____________________________________________

группы № __________________________________________

 

ТВЕРЬ

2016



УДК 54

ББК 24

 

Авторы-составители:

Бордина Г.Е., Лопина Н.П.

 

 

Рецензенты:

Е.А. Харитонова – канд. биол. наук, доцент кафедры биологии ГБОУ ВПО Тверского ГМУ

Ю.П. Игнатова – канд. мед. наук, доцент кафедры физиологии с курсом теории и практики сестринского дела ГБОУ ВПО Тверского ГМУ

 

Утверждено Центральным координационным методическим советом ТГМУ

 

Аналитическая химия. Рабочая тетрадь для лабораторных работ. Для студентов, обучающихся по специальности «Фармация»

 Бордина Г.Е., Лопина Н.П. [Текст]/ Твер. гос. мед. универ.., [Тверь]:; 2016 г. – 95 с.

 

Авторы-составители – сотрудники кафедры химии и биохимии Тверского государственного медицинского университета :

Галина Евгеньевна Бордина – канд. биол. наук, доцент кафедры химии

Надежда Петровна Лопина – канд. хим. наук, доцент кафедры химии

 

«Аналитическая химия. Рабочая тетрадь для лабораторных работ» составлена преподавателями кафедры химии Тверского государственного медицинского университета студентам фармацевтического факультета для подготовки и выполнения лабораторного практикума. Авторы-составители – сотрудники кафедры химии Тверского государственного медицинского университета: доцент кафедры химии, канд. биол. наук Г.Е. Бордина;

доцент кафедры химии, канд. хим. наук Н.П. Лопина.

 

© Бордина Г.Е., Лопина Н.П.,                                         2016

© Оформление, оригинал-макет. Редакционно-издательский центр Тверского государственного университета, 2016

 

 


Дата_____________


МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

Обучающийся обязан соблюдать меры безопасности при работе в химической лаборатории!

НЕОБХОДИМО:

ü работать в застегнутом хлопчатобумажном халате;

ü личные вещи хранить в специально отведенном месте;

ü при попадании химических реактивов на стол, пол и другие предметы сообщить преподавателю, для проведения работы по нейтрализации разлитых реактивов;

ü опыты с едкими, ядовитыми или сильно пахнущими веществами разрешается проводить только в вытяжном шкафу;

ü при разбавлении концентрированных кислот необходимо соблюдать порядок смешивания: кислоту постепенно вливать в воду;

ü после завершения работы необходимо отключить газ, воду, вытяжные шкафы и электроэнергию;

ü при попадании раствора щелочи или кислоты в глаза или другие участки кожи необходимо промыть их проточной водой (3-5 минут), а затем раствором борной кислоты (в случае попадания щелочи) или питьевой соды (в случае попадания кислоты), после чего обратиться к врачу.

КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

ü принимать пищу в лаборатории;

ü проводить опыты в загрязненной посуде;

ü набирать жидкие растворы в пипетку ртом;

ü нагревать, смешивать и взбалтывать реактивы вблизи лица;

ü зажигать одну спиртовку от другой;

ü переносить горящую спиртовку;

ü выливать в раковину остатки растворов кислот и щелочей, огнеопасных и взрывоопасных веществ;

ü бросать в раковину осколки стекла от разбитой посуды, бумагу и вату;

ü открывать окна без разрешения преподавателя;

ü работать с распущенными длинными волосами.

ЗА НЕСОБЛЮДЕНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ ОБУЧАЮЩЕЙСЯ

ОТСТРАНЯЕТСЯ ОТ ЗАНЯТИЙ!

С мерами безопасности ознакомлен(а) и обязуюсь их выполнять _____________

Инструктаж провел(а) ________________

                        



Дата: 2019-02-02, просмотров: 49.