Girlya_L.AH_navch_pos

АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ

Навчальний посібник

Рекомендовано Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України

Миколаїв

МДАУ

2012

УДК 543 (075.8) ББК 24.4

Г51

Автори: Л. М. Гирля, С. Ю. Кельїна

Рекомендовано Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України (лист №1/11 - 411 від 13.01.12 р.) як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

Друкується за рішенням вченої ради Миколаївського державного аграрного університету від 5 липня 2011р., протокол № 10.

Рецензенти:

Ю. М. Дєдков – д-р хім. наук, професор, завідувач кафедри хімії, Московський державний обласний університет; М. В. Повстяний – д-р хім. наук, професор завідувач кафедри хімії

Херсонський національний технічний університет; Г. М. Ющишина – канд. хім. наук, доцент кафедри фізіології та

біохімії Миколаївського Національного університету ім. В. О. Сухомлинського.

Гирля Л. М.

Г51 Аналітична хімія : навчальний посібник / Л. М. Гирля, С. Ю. Кельїна.

– Миколаїв : МДАУ, 2012. – 247 с.

ISBN

Навчальний посібник написано відповідно до типової програми курсу “Аналітична хімія” для студентів напрямів підготовки “Агрономія”, “Технології виробництва та переробки продукції тваринництва“. У посібнику викладено базові знання з аналітичної хімії. У розділі якісного аналізу за амоніачно-фосфатною класифікацією катіонів наведено приклади аналітичних реакцій виявлення катіонів та аніонів. У розділі кількісного аналізу представлено основи гравіметрії, титриметрії та їх практичне використання.

Рекомендований для студентів вищих навчальних закладів, які вивчають аналітичну хімію.

	УДК 543 (075.8)
	ББК 24.4
	© Л. М. Гирля, С. Ю. Кельїна, 2012.
ISBN	© Миколаївський державний
	аграрний університет, 2012.
	2

ЗМІСТ
Вступ …………………………………………………………...	8
Стислий історичний нарис розвитку аналітичної хімії ……..	10
Ч а с т и н а І. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ
РОЗДІЛ 1. Загальна характеристика якісного аналізу….	13
1.1. Аналітичні реакції як основа виконання аналізу…	13

1.2.Способи і умови виконання аналітичних реакцій … 17

1.3.Дробний та систематичний аналіз …………………. 21

1.4.Основні аналітичні операції ………………………... 22

РОЗДІЛ 2. Амоніачно-фосфатна класифікація катіонів .. 25

РОЗДІЛ 3. Перша аналітична група катіонів

(K+, NH4 , Na+)……………………………………………. 28

3.1. Загальна характеристика катіонів першої аналітичної групи ………………………………………........... 28

3.2.Реакції катіонів калію K+……………………………. 29

3.3.Реакції катіонів натрію Na+ …………….................... 30

3.4.Реакції катіонів амоніюNH4 ……………………….. 31

3.5.Систематичний хід аналізу суміші катіонів першої аналітичної групи……………................................................... 34

Контрольні питання ……………………………………... 37

РОЗДІЛ 4. Друга аналітична група катіонів

(Ca2+, Ba2+, Fe2+, Mn2+, Mg2+, Fe3+, Al3+)…………………… 38 4.1. Загальна характеристика катіонів другої

аналітичної групи ……………………………………………... 38

4.2.Дія групового реагенту………………….................... 40

4.3.Реакції катіонів першої підгрупи другої

аналітичної групи (Ca2+, Ba2+, Fe2+, Mn2+, Mg2+)…………… 41

4.3.1.Реакції катіонів кальцію Ca2+ ………………….. 41

4.3.2.Реакції катіонів барію Ва2+…………………….. 42

4.3.3Реакції катіонів феруму Fe2+……………………. 42

4.3.4.Реакції катіонів мангану Mn2+ …………………. 44

4.3.5.Реакції катіонів магнію Mg2+ ………………….. 45

4.4.Реакції катіонів другої підгрупи другої аналітичної групи (Fe3+, Al3+)……………………………………………… 45

4.4.1.Реакції катіонів феруму Fe3+ ……..................... 45

3

4.4.2.Реакції катіонів алюмінію Al3+ …..................... 47

4.5.Систематичний хід аналізу суміші катіонів другої аналітичної групи……………… ……………………………... 51

Контрольні питання ……………………………………... 55

РОЗДІЛ 5. Третя аналітична група катіонів (Zn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+) ……………………………………………………... 56

5.1. Загальна характеристика катіонів третьої аналітичної групи ……………………………………………... 56

5.2.Дія групового реагенту ……………………………... 57

5.3.Реакції катіонів цинку Zn2+ …………………………. 59

5.4.Реакції катіонів кобальту Co2+ ……………………... 60

5.5.Реакції катіонів ніколу Nі2+ ………………………... 61

5.6.Реакції катіонів купруму Cu2+ ………….................... 62

5.7.Систематичний хід аналізу суміші катіонів третьої аналітичної групи……………………………………………… 65

Контрольні питання …...…………………….................... 67

РОЗДІЛ 6. Четверта аналітична група йонів

(Sn2+, Sn(ІV), Sb(ІІІ), Sb(V), AsO33 , AsO34 )…….................... 68

6.1. Загальна характеристика йонів четвертої аналітичної групи ……………………………………………... 68

6.2.Реакції йонів Sn2+ та Sn(ІV)………………………. 70

6.3.Реакції йонів Sb (ІІІ) та Sb (Y)…………………….. 71

6.4.Реакції йонів AsO33 та AsO34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.5.Систематичний хід аналізу суміші йонів четвертої

аналітичної групи ……………………...................................... 76 Контрольні питання………………………….................. 78

РОЗДІЛ 7. П’ята аналітична група катіонів (Ag+, Pb2+)… 79 7.1. Загальна характеристика катіонів п’ятої

аналітичної групи ……………………………………………... 79

7.2.Дія групового реагенту……………………………... 79

7.3.Реакції катіонів плюмбуму Pb2+ ………................... 80

7.4.Реакції катіонів аргентуму Ag+ …………………… 81

7.5.Аналіз суміші катіонів п’ятої аналітичної групи … 82

Контрольні питання …………………………................... 85

Систематичний хід аналізу суміші катіонів першої -

п’ятої аналітичних груп……………………………………… 85

4

РОЗДІЛ 8. Аніони ……………………………………………. 87

8.1.Класифікація аніонів за групами …………………... 87

8.2.Перша аналітична група аніонів

(SO24 ,SO32 ,CO32 ,PO34 , SiO32 ,BO2 , B4O72 )……….................. 88

8.2.1.Загальна характеристика аніонів першої аналітичної групи ………………………................................... 88

8.2.2.Дія групового реагенту…………………………. 89

8.2.3.Реакції сульфат-аніонів SO24 …………………... 89

8.2.4.Реакції сульфіт-аніонів SO32 …………………... 90

8.2.5.Реакції карбонат-аніонів CO32 ………………… 91

8.2.6.Реакції фосфат-аніонів PO34 …………………… 92

8.2.7.Реакції силікат-аніонів SiO32 ………................... 93

8.2.8.Реакції аніонівB4O72 та BO2 …………………... 94

8.3.Друга аналітична група аніонів(Cl ,Br ,I )………. 96

8.3.1.Загальна характеристика аніонів другої аналітичної групи……………………………………………… 96

8.3.2.Дія групового реагенту …………….................... 96

8.3.3.Реакції хлорид-аніонів Cl …………................... 97

8.3.4.Реакції бромід-аніонів Br ……………………... 98

8.3.5.Реакції йодид-аніонів I ……………………….. 98 8.4.Третя аналітична група аніонів ( NO3 , NO2 ,

CH3COO ) ……………………………………………………... 99

8.4.1.Загальна характеристика аніонів третьої аналітичної групи ………………………................................... 99

8.4.2.Реакції нітрат-аніонів NO3 …………………….. 100

8.4.3.Реакції нітрит-аніонів NO2 ……………………. 101

8.4.4.Реакціїацетат-аніонів CH3COO ………………... 102

8.5. Аналізсумішіаніонівпершої-третьоїаналітичнихгруп	104
Контрольніпитання……………………………………….... 106
Аналізречовининевідомогоскладу……………………….. 107
Ч а с т и н а ІІ. КІЛЬКІСНИЙАНАЛІЗ
РОЗДІЛ9. Загальнахарактеристика кількісногоаналізу…	108
9.1. Завдання і методи кількісногоаналізу………………	108
5

9.2. Відбірсередньоїпроби………………………………… 111

9.3.Основніметрологічніпоняття хімічного аналізу……..	112
Контрольніпитання… ……………………………………... 117
Титриметричнийаналіз
РОЗДІЛ10. Теоретичніосновититриметричногоаналізу…	118
10.1. Основні відомості про титриметричний метод
аналізу ………................................................….........................	118

10.2.Способи виразу вмісту речовин у розчинах……... 123

10.3.Розрахунки в титриметричному аналізі…………... 126 Контрольні питання та задачі …………………………… 134

РОЗДІЛ11. Кислотно-основне титрування ………………... 135

11.1.Загальна характеристика методу …………………. 135

11.2.Індикатори в кислотно-основному титруванні ……. 137

11.3.Поняття про криві титрування ……………………. 141

11.4.Приклади аналітичних визначень за методами кислотно-основного титрування ……...................................... 146

Контрольні питання та задачі...………………………….. 155

РОЗДІЛ12. Осаджувальне титрування …………………….	156
12.1. Загальна характеристика осаджувального
титрування ……………………..................................................	156
12.2. Методи аргентометрії ……………………………...	158
12.3 Приклади аналітичних визначень за методами
осаджувального титрування………….......................................	162
Контрольні питання та задачі..…………………………... 165
РОЗДІЛ13. Окисно-відновне титрування ………………….	166

13.1.Загальна характеристика окисно-відновного титрування ……………………………………………………. 166

13.2.Перманганатометрія………………………………... 171

13.2.1.Загальні відомості про перманганатометрію... 171

13.2.2.Приклади аналітичних визначень за методом перманганатометрії……………………..................................... 174

13.3.Йодометрія………………………………………….. 178

13.3.1.Основи йодометрії…………………………….. 178

13.3.2.Приклади аналітичних визначень за методом йодометрії……………………………………………………… 182

13.4.Дихроматометрія……………...……………………. 186

6

13.4.1.Основи дихроматометрії …………................... 186

13.4.2.Приклади аналітичних визначень за методом дихроматометрії………………………………………………. 188

Контрольні питання та задачі ……...…………………… 190

РОЗДІЛ14. Комплексонометричне титрування ………….. 192 14.1. Загальна характеристика комплексонометричного титрування……………………………………………………... 192

14.2. Приклади аналітичних визначень за методами комплексонометричного титрування………………………… 198

Контрольні питання та задачі ………………...................	203
Гравіметричний аналіз
РОЗДІЛ15. Основигравіметричного аналізу……………...	204
15.1. Загальна характеристика гравіметричного аналізу	204

15.2.Розрахунки в гравіметрії ……………..................... 212

15.3.Приклади аналітичних визначень за

гравіметричним аналізом...........................................................	216
Контрольні питання та задачі ………………....................	225
Список використаних та рекомендованих джерел ………	228
Додатки……………………………………………………........	230
Предметний покажчик……………………………………….	242

7

ВСТУП

Предметом аналітичної хімії є розвиток, вдосконалення і використання методів, способів і загальної методології отримання інформації про склад і природу речовини. В хімічному аналізі виділяють якісний і кількісний аналіз. Задачею якісного аналізу є виявлення природи речовини, її якісного складу; задача кількісного аналізу полягає у встановленні кількісних співвідношень між складовими частинами речовини. Як правило, якісний аналіз передує кількісному аналізу. Більшість наук, у тому числі й аналітична хімія, мають як фундаментальний, так і прикладний аспекти. Як фундаментальна наука аналітична хімія має своїм завданням створення нових та вдосконалення існуючих методів аналізу, встановлення зв’язку між аналітичними властивостями речовини та її будовою, автоматизацію і математизацію хімічного аналізу. Аналітична хімія є міждисциплінарною наукою і тісно пов’язана з іншими науками. З одного боку, аналітична хімія забезпечує окремі науки методами і приладами, що значною мірою визначає досягнення цих наук. З другого боку, аналітична хімія отримує від інших наукових дисциплін певні закономірності, на основі яких створюють нові методи аналізу. Так, ядерні реактори були створені після виникнення методів аналізу ядерних матеріалів. Водночас за допомогою ядерних реакторів в аналітичній хімії здійснюють радіоактиваційний аналіз. Як прикладна наука аналітична хімія задовольняє потреби практики. Важко назвати галузь виробництва або сферу діяльності людини, де б не застосовувався хімічний аналіз. Він потрібен агрономові, щоб дізнатися про склад ґрунту, визначити якість мінеральних добрив, отрутохімікатів, стимуляторів росту тощо; геологові, щоб довідатись про якісний та кількісний склад мінералів і корисних копалин; металургові, щоб визначити склад перероблюваної сировини та готової продукції; вченому, щоб експериментально перевірити досліджувані процеси. Без даних аналізу не обійтися в справі охорони здоров’я людини, у вирішенні екологічних проблем.

Широкого використання дістала аналітична хімія в практиці сільського господарства. Головними об’єктами аналізу є ґрунти, мінеральні та органічні добрива, препарати захисту рослин, готова продукція рослинництва і тваринництва. Встановлення кількості

8

поживних речовин азоту, фосфору, калію, а також вологи в ґрунтах в період росту і дозрівання рослин дає можливість розподілити добрива і спланувати зрошення з найбільшою ефективністю, при цьому зменшуються витрати на добрива і воду, зростає врожайність сільськогосподарських культур. З метою хімічної меліорації в ґрунти вносять гіпс, кальцій карбонат та інші препарати, маси яких обчислюють за результатами хімічного аналізу ґрунтів.

Кінцевим результатом роботи сільського господаря є отримання високоякісної продукції рослинництва та тваринництва. Для оцінки якості готової продукції залучають методи хімічного аналізу. Питання стандартизації та якості сільськогосподарської продукції мають важливе значення через те, що тільки якісна продукція може бути випущена в реалізацію. Виробництво та використання мікродобрив, синтетичних пестицидів, гербіцидів, вимагає від аналітичної хімії високо чутливих методів визначення цих речовин в ґрунтах, рослинах, природних водоймищах.

Аналітична хімія відіграє важливу роль в системі підготовки фахівців сільського господарства. Знання аналітичної хімії необхідні як для практичної роботи майбутнього фахівця, так і засвоєння профілюючих дисциплін. Аналітична хімія є теоретичною основою для оволодіння такими дисциплінами як ґрунтознавство, агрономічна хімія, мікробіологія, фізіологія рослин і тварин, хімічний захист рослин, годівля сільськогосподарських тварин, технології виробництва і переробки продукції тваринництва і рослинництва тощо.

Навчальний посібник складено у відповідності до програми з аналітичної хімії для вищих аграрних закладів освіти III-IV рівнів акредитації і включає дві частини: „Якісний аналіз” та „Кількісний аналіз”. В „Якісному аналізі” розглянуті хіміко-аналітичні властивості катіонів та аніонів, їх ділення на групи (катіони – за амоніачно-фосфатною класифікацією, аніони – за нерозчинністю солей барію та аргентуму), показана дія групових реагентів та характерні реакції на окремі йони, описано систематичний хід аналізу як окремих груп іонів, так і невідомої речовини, підкреслено біологічну роль та сільськогосподарське значення найважливіших біогенних елементів. „Кількісний аналіз” містить опис класичних методів хімічного аналізу – гравіметричного та титриметричного, що дістали широкого використання в сільськогосподарській практиці. Викладено необхідний теоретичний матеріал щодо конкретного

9

методу аналізу, методика виконання аналізу і його використання. У посібнику використано сучасну українську хімічну термінологію.

СТИСЛИЙ ІСТОРИЧНИЙ НАРИС РОЗВИТКУ АНАЛІТИЧНОЇ ХІМІЇ

Витоки аналітичної хімії лежать в глибокій давнині. Більшість істориків хімії вважають період з початку цивілізації до IV століття доалхімічним. В цей час були відомі найпростіші прийоми розпізнавання речовин за запахом, смаком, твердістю, забарвленням. За певними методиками аналізували руди, сплави, вироби з дорогоцінних металів. В період з ІV по ХVІ століття набуває бурхливого розвитку алхімія, головною задачею якої були пошуки філософського каменю, здатного перетворити звичайні метали на золото. Алхіміки, хоч і не знайшли філософського каменю, але відкрили багато хімічних процесів, нових реакцій, відпрацювали техніку хімічних операцій і зібрали значну інформацію про властивості речовин.

Протягом ХVІ – ХVІІІ ст. (період ятрохімії) були розроблені окремі способи якісного хімічного аналізу. Відмічалося, що осадження срібла соляною кислотою з азотнокислого розчину доводить як наявність срібла, так і соляної кислоти в розчині. Хіміки того часу проводили різноманітні реакції осадження, а також кольорові реакції для розпізнавання катіонів металів у розчині; з цією метою використовували розчини гідроксидів, карбонатів, настій дубильних горішків. Заслуговують на увагу роботи Роберта Бойля (1627 – 1691), який ввів поняття „хімічний аналіз”, систематизував відомі на той час якісні реакції, в тому числі реакції виявлення хлоридта сульфатаніонів, використав природні барвники в якості індикаторів (лакмус, фіалка). Роберт Бойль вважав хімію наукою, здатною добитися дійсної самостійності шляхом відокремлення як від алхімії, так і від медицини. Роботи Бойля дістали широкого розповсюдження і намітили новий напрямок в хімічних дослідженнях

– вивчення хімічних реакцій і речовин, що беруть в них участь. Необхідність дослідження сполук і продуктів, що

використовувалися в побуті і техніці, привела до відкриття численних лабораторій, передусім металургійних та ятрохімічних. У ХVІІ ст. була створена теорія газів (Д. Прістлі, К. Шеєле, Г. Кавендиш),

10