Praktikum_Solodovnik

Запитання до модульної контрольної роботи “Основи якісного аналізу”

1.Предмет, завдання та методи аналітичної хімії. Класифікація методів.

2.Мета якісного аналізу. Якісні реакції методом “мокрої” і “сухої” хімії.

3.Вимоги до аналітичних реакцій, які застосовуються в якісному аналізі.

4.Параметри (величини) чутливості аналітичної реакції.

5.Умови, які впливають на чутливість аналітичної реакції.

6.Розділення осадженням. Систематичний та дробний аналіз. Аналітичні класифікації катіонів і аніонів. Групові реагенти. Аналітичні групи.

7.Охарактеризувати кислотно-лужну систему якісного аналізу катіонів.

8.Характерні реакції катіонів 1-6 аналітичних груп катіонів за кислотнолужною системою аналізу катіонів.

9.Характерні реакції аніонів 1-3 аналітичних груп.

10.Іонні рівноваги в розчинах електролітів. Основні положення теорії сильних електролітів. Активність, коефіцієнт активності, іонна сила розчину.

11.Кислотно-основна рівновага. Поняття про різні теоретичні концепції кислот і основ. Константа дисоціації, рК. Зв’язок між константою дисоціації та ступенем дисоціації. Вплив однойменного іону на дисоціацію слабкого електроліту. Застосування закону діючих мас до рівноваги дисоціації води.

12.Розрахунок концентрації Н+ в водних розчинах кислот (сильних, слабких, багатоосновних) та основ (сильних, слабких).

13.Основні положення теорії електролітичної дисоціації (ТЕД). Ступінь дисоціації та константа дисоціації.

14.Поняття про рН та рОН. Йонний добуток води і його значення.

15.Буферні розчини, приклади, застосування в хімічному аналізі. Розрахунок рН буферних розчинів. Буферна ємність.

16.Добуток розчинності та його фізичний зміст. Умови випадіння осаду.

17.Гідроліз, типи гідролізу. Ступінь та константа гідролізу.

18.Органічні реагенти, які застосовуються в хімічному аналізі.

19.Основні етапи аналізу. Відбір проб природних вод, атмосферного повітря, грунтів. Види проб: генеральна, середня, лабораторна.

20.Основні стадії підготовки проби до аналізу. Фактори, які впливають на вибір способу розкладу проби і переведення її в розчин. Підготовка проб природних вод, атмосферного повітря, грунту.

21.Кількісні характеристики розділення та концентрування: коефіцієнт розподілу, ступінь вилучення, коефіцієнт розділення, коефіцієнт концентрування.

22.Основні методи розділення і концентрування. Осадження та співосадження.

23.Рівновага реакцій комплексоутворення. Типи комплексів, які застосовуються в хімічному аналізі.

24.Окисно-відновна рівновага. Електродний потенціал, електроди порівняння. Оцінка окисно-відновної здатності. Рівняння Нернста.

25.Вплив різних факторів на величину потенціалу (концентрації компонентів редокс-пари, рН розчину, комплексоутворення, утворення малорозчинних сполук).

26.Константа рівноваги окисно-відновних реакцій. Напрямок протікання окисно-відновних реакцій.

71

ЧАСТИНА ІІ

КІЛЬКІСНИЙ АНАЛІЗ

Кількісний аналіз – розділ аналітичної хімії, завданням якого є визначення кількісного вмісту елементів, іонів або хімічних сполук, що входять до складу речовин і матеріалів, які вивчаються. В основі будь-якого кількісного визначення лежить точне вимірювання маси за допомогою аналітичних терезів (до 0,0001 г), або точного об’єму за допомогою спеціального вимірювального посуду. Кількісний аналіз ґрунтується на двох основних законах:

1.Закон збереження маси речовин – маса речовин, які вступили в реакцію дорівнює масі речовин, які утворюються після реакції.

2.Закон еквівалентів – маси (об’єми) речовин, які реагують, пропорційні їх еквівалентним масам (об’ємам).

В процесі виконання лабораторних робіт з кількісного аналізу студенти повинні дістати практичні навички, головним чином, з титриметричних та гравіметричних методів аналізу. Для свідомого виконання робіт студентам необхідно засвоїти теоретичні питання, що пов’язані з добутком розчинності осадів, точкою еквівалентності, робочими розчинами, вихідними речовинами тощо, засвоїти принципи і способи розрахунків. Звіт з кількісного аналізу необхідно оформити згідно плану, який представлений в додатку 2. В даному лабораторному практикумі будуть розглянуті хімічні методи аналізу, найбільш поширеними з яких є: а) гравіметричний (ваговий) аналіз; б) титриметричний (об’ємний) аналіз.

РОЗДІЛ 3. ГРАВІМЕТРИЧНИЙ АНАЛІЗ

Гравіметричний аналіз ґрунтується на визначенні точної маси визначуваної речовини або її складових. В ході гравіметричного аналізу речовину, яку визначають, можна або відігнати у вигляді леткої сполуки (метод відгонки), або осадити з розчину у вигляді малорозчинної сполуки (метод осадження ), або виділити (метод виділення ). Гравіметричний аналіз має досить високу точність і гарну відтворюваність.

Методи відгонки (висушування) здійснюють такими способами:

а) визначувану речовину відганяють із суміші, відгін збирають і зважують; б) визначувану речовину відганяють та поглинають її певним адсорбентом, який

зважують до та після закінчення процесу. За збільшенням маси адсорбенту розраховують масу відгону; в) визначувану речовину відганяють із точної наважки, після закінчення процесу

відгонки пробу знову зважують і за різницею маси визначають кількість речовини, яку визначають. Методом відгонки часто визначають вологість речовин.

Методи виділення – потрібну речовину з аналізованої суміші виділяють і зважують на аналітичних терезах. Цим методом, наприклад, проводять визначення вмісту золи у органічних сполуках. Пробу аналізованої речовини зважують на аналітичних терезах, прожарюють у фарфоровому тиглі, при цьому речовина розкладається, видаляються органічні та інші леткі речовини. Те що залишилось (зола), після охолодження зважують на аналітичних терезах.

72

Методи осадження – дією відповідного реагенту перетворюють визначуваний компонент у нерозчинну сполуку. Осад відокремлюють, промивають, висушують, прожарюють і зважують. За масою осаду розраховують масу або кількість визначуваної речовини.

Основні етапи гравіметричного аналізу

Відбір проби речовини - це відбір частини речовини, що характеризує її середній хімічний склад.

Взяття наважки - зважування на аналітичних терезах частини проби для аналізу (правила зважування та будова терезів див. далі). Маса проби залежить від вибраного методу аналізу.

Розчинення наважки. Якщо наважка не розчиняється у воді, її обробляють розчинами кислот, іноді - лугами. Часто використовують сплавлення із содою, лугом (речовини основного характеру), з бісульфатом або біфторидом калію (речовини кислотного характеру). Потім розчиняють у воді або кислоті. У будьякому випадку необхідно досягти повного розчинення наважки речовини.

Осадження. Для отримання крупнозернистих осадів, які добре фільтруються, необхідно виконувати певні умови осадження, які наводяться в методиках.

Фільтрування осаду. Фільтрування проводять на фільтрах різної пористості (“червона”, “біла”, “синя” стрічка) залежно від властивостей одержаного осаду.

Промивання осаду необхідно робити для вилучення з нього сторонніх домішок. Промивні розчини повинні задовольняти таким умовам:

а) не взаємодіяти з осадом; б) легко видалятися при висушуванні або прожарюванні осаду;

в) за можливості зменшувати розчинність осаду; г) перешкоджати утворенню колоїдних розчинів.

Для промивання осадів найчастіше використовують холодну або гарячу воду, 0,1%-ні розчини солей амонію, розведений розчин осаджувача, насичений розчин осадженої сполуки, органічні розчинники (наприклад, етанол) і т.д.

Висушування та прожарювання осаду, тобто отримання вагової форми.

Фільтр з осадом переносять до прожареного та зваженого тигля, висушують і озолюють фільтр так, щоб він не спалахнув, потім прожарюють у муфельній печі до сталої маси. При отриманні малорозчинних сполук з органічними реагентами, осади фільтрують через скляні фільтри і висушують при 105-110оС до сталої ваги. Після прожарювання тигель із ваговою формою охолоджують в ексикаторі, потім зважують на аналітичних терезах. Вагова форма повинна мати відомий хімічний склад і бути стійкою на повітрі.

Розрахунок процентного вмісту компонента, який визначають, проводять за відомими формулами.

73

3.1. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №12

Аналітичні терези. Правила взяття наважок.

Теоретична частина

Гравіметричний аналіз потребує точного визначення маси досліджуваних речовин. В лабораторії аналітичної хімії для визначення маси з точністю до ±0,01 г використовуються технохімічні терези (рис.3.1.1.), а з точністю до ±0,0001 г аналітичні терези (рис.3.1.2.).

Рис.3.1.1. Будова технохімічних терезів:

1 – основа; 2 – сідла; 3 – коромисло; 4 – чашка; 5 – стрілка; 6 – аретир

Аналітичні терези – це точний прилад, який потребує обережного поводження та регулярного техобслуговування. Для того щоб терези точно та довго працювали слід дотримуватись встановлених правил поводження з аналітичними терезами.

1.Перед зважуванням необхідно перевірити стан терезів, шматочком бархату чи м’якою щіточкою зняти пил з чашок і встановити нульову точку.

2.Ніколи не треба навантажувати терези більше максимальної маси. Якщо маса предмета сумнівна, то його необхідно попередньо зважити на технохімічних терезах.

3.Перш, ніж ставити предмет на чашку терезів, необхідно переконатися, що немає забруднення на його зовнішній поверхні. Не можна ставити на чашки забруднені або вологі предмети, не можна розсипати й розливати нічого в середині шафи терезів.

4.Не зрушувати терези з того місця, на якому вони стоять, при відкритому аретиру до терезів не можна доторкатися.

5.Ставити предмети чи гирі на чашки терезів або знімати їх можна лише після попереднього аретируванні терезів. Повертати аретир необхідно повільно й обережно.

6.На чашки терезів не можна ставити гарячі або холодні предмети. Предмети, які зважують, повинні охолодитися або нагрітися до температури терезів.

74

Рис.3.1.2. Будова аналітичних демпферних терезів:

1,9 – чашки; 2,10 – демпфери; 3 – колонка; 4 – сідла; 5 – середня призма коромисла; 6 – ричаги; 7 – стрілка; 8 – оптична шкала; 11 – великий лімб; 12 – малий лімб; 13 – основа; 14,16 – ніжки, які регулюються; 15 – аретир

7.Не можна класти предмети які зважують безпосередньо на чашку терезів, зважувати на листку паперу й т.п. Зважування речовин необхідно виконувати в спеціальному посуді – у тиглі, на годинниковому склі, або в бюксі, тощо.

8.При зважуванні необхідно користуватися лише боковими дверцятами терезів, передні дверці повинні бути весь час закритими.

9.Гирі необхідно брати лише пінцетом і ставити на праву чашку терезів (по центру), а предмет, який зважують, класти на ліву чашку. Гирі можуть знаходитися тільки у футлярі у відповідному гнізді, або на чашці терезів.

10.Результати зважування необхідно записувати за порожніми гніздами у футлярі комплекту гир.

11.Зважувати речовини, які гігроскопічні, леткі або виділяють їдку пару, можна лише в герметично закритому посуді (наприклад у бюксі).

12.Всі зважування виконувати на одних і тих же терезах, користуючись єдиним комплектом гир.

75

13.Після закінчення зважування терезів необхідно аретувати (аретир опустити), дверці закрити, малий і великий лімби поставити на нуль.

14.Не можна спиратися на столик з терезами, перешкоджати працюючому на терезах. У випадку неполадки звернутися до лаборанта.

Порядок зважування на аналітичних терезах

1.Терези включити в мережу струму (~ 220 В). Не відкриваючи дверцят шафи терезів, при нульовому положенню лімбів плавно повертати диск аретиру до кінця, лампа освітлювача включається і на екрані вейтографу з’являється зображення мікрошкали. Коливання стрілки швидко зупиняється, нуль шкали збігається з вертикальною лінією на екрані. Якщо такого збігу не відбулося, необхідно поворотом головки коректора сумістити лінію з нулем мікрошкали. Після цього, відкриваючи і закриваючи аретир, переконатися, що стрілка зупиняється на нулі, збігаючись з указником вейтографу.

2.На середину лівої чашки терезів поміщають предмет, який попередньо зважують на технохімічних терезах, а на праву чашку гирку, попередньо допускаючи що маса її важча за предмет, і плавно привідкривати аретир, щоб було видно невелике відхилення стрілки. Якщо мікрошкала при цьому переміщується на екрані вправо, то це означає, що гирка перетягує. У цьому випадку закрити аретир і замість даної поставити меншу за порядком гирку і знову опустити аретир. Так продовжувати до тих пір, поки не буде визначена маса з точністю до 1 г .

3.Далі потрібно накладати дрібні кільцеві гирки поворотом великого лімба. Для цього при закритому аретирі повертати лімб проти годинникової стрілки через одну поділку, встановлюючи цифри лімба напроти стрілки – вказівника міліграмів. Лімб можна повертати в будь-якому напрямі. Потім накладати гирі за допомогою малого лімба в такому ж порядку.

4.Дрібні гирки потрібно накладати до тих пір, поки відхилення стрілки не перестане виходити за цифру +10 (або -10) мікрошкали. Після цього почекати повного зупинення стрілки. На світловому екрані зафіксувати за мікрошкалою результат та записати його. Великі поділки відповідають третьому, а дрібні – четвертому знаку після коми.

5.Після закінчення роботи обидва лімби привести у нульове положення, прийняти гирі у футляр, зняти предмет, і перевірити нульову точку. Якщо вказівник екрану не збігається з нулем мікрошкали, необхідно за допомогою коректора досягти збігання їх і знову зважити предмет.

Пристрої та посуд для виконання гравіметричного аналізу Сушильна шафа призначається для проведення робіт, пов'язаних з сушкою,

стерилізацією, визначенням вогкості матеріалів і для інших робіт, проведення яких не вимагає нагріву більше 150°С. У верхній частині шафи розташований отвір для установки термометра (рис.3.1.3).

Муфельна піч використовується для проведення різних термічних процесів в повітряному середовищі. Багатоцільові муфельні печі застосовують в лабораторіях аналітичного аналізу для прожарювання зразків при температурі

800-1200°С (рис.3.1.4).

76

Рис. 3.1.3. Сушильна шафа

Рис.3.1.4. Муфельна піч

1

2

3

4

5

6

7

8

Рис. 3.1.5. Посуд для виконання гравіметричного аналізу:

1 – ексикатор; 2 – фарфорова ступка з товкачиком; 3 – тигель; 4 – фарфорові чашки; 5 – бюкс; 6 – шпатель; 7 – хімічні лійки; 8 – конічні колби

77

Ексикатор – це спеціальний посуд, призначений для захисту предметів від поглинання вологи з повітря при їх охолодженні та зберіганні. В нижній частині ексикатора знаходиться осушуюча речовина – це може бути безводні CaCl2, CuSO4, CaO або концентрована H2SO4. При роботі з ексикатором треба стежити щоб притерті частини завжди були змащені, при перенесенні треба притримувати кришку, не можна залишати ексикатор відкритим, при відкриванні кришку необхідно зсувати у бік, а не піднімати (рис.3.1.5 (1)).

Ступка фарфорова з товкачиком застосовуються в лабораторіях для тонкого подрібнення невеликих кількостей твердих речовин і ретельного їх перемішування. Подрібнення проводиться за допомогою товкача. Для ефективності подрібнення і розтирання внутрішня поверхня фарфорової ступки не покривається глазур'ю і залишається шорсткою. Зовнішня сторона ступки, за винятком дна і частини стінок, покрита глазур'ю (рис.3.1.5 (2)).

Тигель застосовується для прожарювання осадів, спалювання органічних сполук при визначенні зольності. Весь тигель, за винятком верхньої кромки і зовнішньої сторони дна, покритий глазур'ю. Фарфорові тиглі можна нагрівати до температури 1200°С (рис.3.1.5 (3)).

Фарфорові чашки застосовуються для випаровування до сухого залишку рідин нейтрального, лужного і кислого характеру, що не надають руйнівної дії на глазуруючю поверхню фарфорової чашки. Внутрішня і зовнішня поверхні за винятком верхньої кромки, покриті глазур'ю (рис.3.1.5 (4)).

Бюкс – скляний тонкостінний стаканчик з притертою скляною кришкою. Застосовується для зважування проб головним чином твердих сипких матеріалів, а також для висушування (рис.3.1.5 (5)).

Шпатель фарфоровий застосовується для набору речовини при зважуванні на терезах, для зняття осадів з фільтрів, розтирання. Шпатель фарфоровий покритий з усіх боків глазур'ю. Шпателі можуть також виготовлятися зі стійкого металу (рис.3.1.5 (6)).

Хімічні лійки застосовується для переливання рідин та фільтрування (за допомогою паперового фільтру) (рис.3.1.5 (7)).

Колби конічні застосовуються для різних аналітичних робіт, в тому числі як приймачи при перегонці, для титрування, перекристалізації органічних речовин тощо (рис.3.1.5 (8)).

Практична частина Завдання. Вивчити будову технохімічних та аналітичних демпферних

терезів, правила зважування та посуд для виконання гравіметричного аналізу

Обладнання та реактиви

Аналітичні та технохімічні терези, бюкси діаметром З0...40 мм, хімічний посуд та пристрої для гравіметричного аналізу.

Виконання роботи

1. Теоретичне вивчення будови технохімічних та аналітичних терезів.

а) В робочий зошит вклеїти рисунок або фото технохімічних та аналітичних терезів, позначити всі складові та описати їх призначення;

78

б) законспектувати та вивчити правила поводження з аналітичними терезами та порядок зважування.

2. Теоретичне вивчення призначення пристроїв та хімічного посуду в гравіметричному аналізі.

В робочому зошиті зробити рисунки посуду та пристроїв, які використовується в гравіметричному аналізі, і описати їх призначення.

3. Практичне застосування навиків зважування на аналітичних терезах.

Визначити масу порожнього бюкса (виданого лаборантом) з точністю до 0,0001 г.

3.2. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №13

Метод відгонки (висушування). Визначення вмісту (%) кристалізаційної води в кристалогідраті барій хлориду ВаСl2·2Н2О

Теоретична частина

Кристалізаційна вода – це вода, яка входить в структуру кристалогідратів, наприклад CaSO4·2H2O, ВаСl2·2Н2О, CuSO4·5H2O. При нагріванні більшість

кристалогідратів втрачає кристалізаційну воду. to

CuSO4·5H2O → CuSO4+5H2O to

ВаСl2·2Н2О → ВаСl2 +2Н2О

На даному процесі ґрунтується визначення масової частки (%) кристалізаційної води в кристалогідратах методом відгонки або висушування

Практична частина Завдання. Визначити вміст (%) кристалізаційної води в кристалогідраті

барій хлориду ВаСl2·2Н2О.

Обладнання та реактиви

Аналітичні та технохімічні терези, сушильна шафа, ексикатор, бюкси діаметром З0...40 мм, тигельні щипці, кристалогідрат барій хлориду ВаСl2·2Н2О.

Виконання роботи

1. Розрахунок теоретичної наважки ВаС12 · 2Н2О.

Відповідно до методу відгонки маса води, яка відганяється, повинна бути приблизно 0,1 г. Виходячи з цього напишіть рівнянням процесу відгонки та розрахуйте необхідну для аналізу масу наважки ВаС12 · 2Н2О.

2. Взяття наважки.

Бюкс, в якому буде проводитися зважування, необхідно ретельно вимити і висушити у сушильній шафі і поставити в ексикатор на 20 хв. При висушуванні та охолодженні бюкс має бути відкритим, а при зважуванні - закритим кришкою. Після цього зважте бюкс з кришкою спочатку на технохімічних, а потім на аналітичних терезах. Візьміть на технохімічних терезах розраховану „грубу” наважку кристалогідрату барій хлориду (ВаСl2 · 2Н2О) і помістіть її в бюкс,

79

закрийте і зважте на аналітичних	терезах. Розрахуйте масу речовини
m(ВаС12 · 2Н2О).
Форма запису:
а) маса бюкса з речовиною	– ... г;
б) маса порожнього бюкса	– ... г;
в) маса речовини m(ВаС12 · 2Н2О)	– ... г.

3.Висушування. Перевернувши кришку бюкса на ребро, поставте бюкс у сушильну шафу. Висушування проводити за температури 120 – 125 °С впродовж двох годин.

4.Охолодження. За допомогою тигельних щипців перемістіть бюкс разом з кришкою в ексикатор на 20 хв.

5.Зважування бюкса з речовиною після просушування та визначення маси кристалізаційної води в наважці. Через 20 хвилин закрийте бюкс кришкою

ізважте на аналітичних терезах.

Просушування, охолодження і зважування повторити ще 2 – 3 рази. Якщо друге зважування дало той же результат, що й перше, або результат відрізняється не більше, ніж на 0,0002 г, то кристалізаційна вода практично видалена. Якщо друге зважування відрізняється від першого більше, ніж на 0,0002 г, висушування необхідно повторити до одержання постійної маси. Дані всіх повторних зважувань запишіть у лабораторний журнал. Для подальших розрахунків треба брати найменшу масу. Розрахуйте масу кристалізаційної води m(Н2О).

Форма запису:
а) маса бюкса з речовиною до просушування	– ... г;
б) маса бюкса з речовиною після просушування – ... г;
в) маса кристалізаційної води в наважці m(Н2О)	– ... г.

7. Розрахунок практичного вмісту (%) кристалізаційної води в

кристалогідраті барій хлориду ВаСl2·2Н2О.

Обчислити вміст (%) кристалізаційної води за формулою:

ω%(H2O)прак =	m(H2O)			×100%
	m(BaCl ×2H	2	O)
2

8. Перевірка точності проведення аналізу. Для перевірки точності проведення аналізу обчисліть теоретичний вміст (%) кристалізаційної води W(%) (H2O)теор в кристалогідраті барій хлориду ВаСl2·2Н2О виходячи з його молярної маси.

9. Обчислення абсолютної похибки аналізу.

Δω = ω(%)(H2O)прак. − ω(%)(H2O)теор.

Аналіз вважається правильним, якщо абсолютна похибка не перевищує ±0,05 %.

10. Обчислення відносної похибки аналізу. Обчислить похибку за наведеною формулою:

80