Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра общей и физической химии

качественный

анализ

Методические указания к лабораторным работам

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2010

УДК 681.5.011:622 (075.84)

качественный анализ: Методические указания к лабораторным работам. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). Сост.: Чиркст Д.Э., Черемисина О.В., Иванов И.И., Кужаева А.А., Чистяков А.А., Сулимова М.А., Литвинова Т.Е. СПб, 2010, 50 с.

Изложены теоретические основы, приведены описание установок и методики выполнения лабораторных работ по дисциплине «Аналитическая химия» для студентов специальностей 130302, 130405, 130603, 150102, 150103, 220301, 240403, 280202.

Научный редактор: проф. Чиркст Д.Э.

© Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В.Плеханова, 2010 г.

Введение

Задачей качественного анализа является определение ионного состава анализируемого вещества без определения количественного содержания соответствующих элементов. Эта задача может быть решена с помощью химических, физико-химических, спектральных и других методов. В настоящем методическом указании использован кислотно-основной метод качественного химического анализа. Качественный химический анализ неорганических веществ обычно проводят из их водных растворов. Если анализируемое вещество представлено твердыми образованиями, то предварительно все его компоненты переводят в водный раствор с использованием специальных приемов разложения.

Для усвоения методики кислотно-основного метода систематического анализа и приобретения необходимой лабораторной практики студентам в индивидуальном порядке предлагается выполнение ряда лабораторных работ. Лабораторный практикум делится на две части. В первой части рекомендуется изучить действия групповых реагентов, выполнить качественные реакции отдельных катионов и проделать разделение элементов на аналитические группы и внутри группы.

Во второй части практикума выполняются аналитические задачи. Каждая аналитическая задача выполняется по приведенной схеме анализа и соответствующему ее описанию.

1. Краткие теоретические сведения

Качественный химический анализ основан на проведении специфических качественных аналитических реакций. Качественная аналитическая реакция процесс, в результате которого определяемый элемент или ион переходит в новое соединение, обладающее легко определяемым характерным признаком, которым чаще всего является окраска образующегося раствора или осадка. В редких случаях в качестве определяющего характерного признака используют тип образующегося осадка (кристаллический или аморфный) и запах в случае реакций, протекающих с выделением пахучих газов (например, NH₃, H₂S и др.).

В качестве характерных признаков можно привести следующие качественные реакции:

= реакция обнаружения с тиоцианатом, при которой образуется раствор тритиоцианата железа (III), имеющий специфическую красную окраску:

;

= реакция обнаружения с гексацианоферратом (III), при которой образуется синий осадок гексоцианоферрата (III) железа (II), так называемая «берлинская лазурь»:

.

Качественная реакция бывает характерной для одного какого-либо вида иона (элемента) или для группы ионов (элементов). В последнем случае все другие ионы, кроме определяемого, будут мешать проведению анализа.

Существует два подхода к выполнению количественного анализа:

- дробный анализ;

- систематический анализ.

В дробном анализе состав анализируемой пробы определяют при помощи специфических (характерных для одного вида иона) реакций.

Выполнение дробного анализа проводят в два этапа: сначала устраняют влияние мешающих компонентов, а затем проводят анализ определяемых ионов. Влияние мешающих ионов удаляют обычно при помощи приёма «маскировки». При маскировке мешающий ион переводят в неактивное состояние, например, в прочный комплекс, или другую степень окисления.

Дробный анализ, содержания илиможет быть выполнен восстановлением их металлической медью с образованием медно-ртутной амальгамы (светлое пятно на медной пластине):

;.

Обнаружение может быть достигнуто по его реакции с тиоцианатом (роданидом) за счет образования синего раствора тетратиоцианатокобальтат (II) - иона:

.

Мешающим ионом является , аналогично реагирующий с тиоцианатом с образованием красного раствора тритиоцианата железа (III):

.

Красная окраска раствора «забивает» синий цвет и обнаружение в этом случае невозможно. Мешающее влияние ионаможет быть устранено за счет его «маскировки».

Маскировка комплексообразованием заключается в переводе в неактивное состояние в виде фторидных

или оксалатных комплексов:

,

которые не мешают определению кобальта с тиоцианатом.

Маскировка восстановлением дохлоридом олова (II):

.

Систематический анализ применяют, если анализируемый раствор является сложным по качественному составу и дробный анализ невозможен из-за наличия большого количества мешающих ионов.

Систематический метод качественного анализа основан на том, что сначала с помощью групповых реагентов разделяют смесь ионов на группы и подгруппы, а затем в пределах этих подгрупп обнаруживают каждый ион с использованием качественных реакций. В зависимости от вида групповых реагентов различают различные методы систематического анализа: сероводородный, кислотно-основной, аммиачно-фосфатный и другие.

Исторически первым был сероводородный метод анализа, предложенный в 1871 г. Н.А.Меншуткиным. В основе разделения катионов на аналитические группы в этом методе лежит различная растворимость сульфидов металлов в зависимости от pH среды. Основной недостаток этого вида анализа – необходимость использования высокотоксичного сероводорода.

Таблица 1

Классификация ионов по сероводородному методу

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I	K^+, Na^+,, Mg^2+	Нет	Сульфиды, карбонаты*, хлориды и гидроксиды растворяются в воде
II	Ba^2+, Sr^2+, Ca^2+	(NH4)2CO3, NH4OH + NH4Cl, pH=9,25	Карбонаты не растворяются в воде
III	Fe^2+, Fe^3+, Cr^3+, Al^3+, Mn^2+, Ni^2+, Zn^2+, Co^2+	(NH4)2S, NH4OH + NH4Cl, pH=9,25	Сульфиды не растворяются в воде**, но растворяются в разведенных кислотах
IV	Cu^2+, Hg^2+, Bi^2+, Sn^2+, Sn(IV), Sb(III), Sb(V), As(III), As(V)	H2S, HCl, pH = 0,5	Сульфиды не растворяются в воде и разведенных кислотах
V	Ag^+,Pb^2+,	HCl	Хлориды не растворяются в воде

* – за исключением Mg²⁺; ** – сульфиды Cr³⁺, Al³⁺разлагаются водой.

В последнее время чаще всего применяют либо аммиачно-фосфатный либо кислотно-основной методы анализа.

Аммиачно-фосфатный метод основан на различной растворимости фосфатов катионов металлов.

Таблица 2

Классификация катионов по аммиачно-фосфатному методу

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I	Ag^+,Pb^2+,	HCl	Хлориды не растворяются в воде
II	Sn^2+, Sn(IV), Sb(III), Sb(V),	HNO3	Метасурьмяная и метооловянная кислоты не растворяются в воде
III	Ba^2+, Sr^2+, Ca^2+, Mg^2+, Mn^2+, Fe^2+, Fe^3+, Al3+, Cr^3+	(NH4)2HPO4, NH4OHконц.	Фосфаты не растворяются в воде и в избытке аммиака
IV	Cu^2+, Cd^2+, Hg^2+, Co^2+, Ni^2+, Zn^2+	(NH4)2HPO4, NH4OHконц.	Фосфаты не растворяются в воде, но растворяются в избытке аммиака
V	K^+, Na^+,	Нет	Хлориды, нитраты и фосфаты растворяются в воде

Кислотно-основной метод основан на различной растворимости солей металлов и их гидроксидов. В качестве групповых реагентов кислотно-основного метода анализа применяют соляную и серную кислоты, щелочи и гидроксид аммония.

Таблица 3

Классификация катионов по кислотно-основному методу

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I	K^+, Na^+,	Нет	Хлориды сульфаты и гидроксиды, растворяются в воде
II	Ag^+,Pb^2+,	HCl	Хлориды не растворяются в воде
III	Ba^2+, Sr^2+, Ca^2+	H2SO4+C2H5OH	Сульфаты не растворяются в воде.
IV	Al^3+, Sn^2+, Sn(IV), As(III), As(V), Cr^3+, Zn^2+	Избыток NaOHконц.; H2O2, 3 %	Гидроксиды не растворяются в воде, но растворяются в избытке щелочи
V	Mg^2+, Sb(III), Sb(V), Bi^2+, Fe^2+, Fe^3+, Mn^2+	Избыток NH4OHконц.	Гидроксиды не растворяются в воде, избытке щелочи и аммиака
VI	Cu^2+, Cd^2+, Hg^2+, Co^2+, Ni^2+	Избыток NH4OHконц.	Гидроксиды не растворяются в воде и избытке раствора едкого натра, но растворяются в избытке аммиака

Для студенческого практикума предлагается использовать, систематический анализ катионов кислотно-основным методом. Состав анализируемых растворов ограничен наиболее часто встречающимися элементами, содержащимися в полиметаллических рудах цветных металлов, продуктах их обогащения, соответствующих полупродуктах, отходах производств, сточных и рудничных водах, характерных для предприятий, работающих по профилю специальностей Санкт-Петербургского государственного горного института. Поэтому в настоящем руководстве рассмотрены растворы, которые содержат только следующие катионы: ,,,,,,, ,,,,,,,,,,.