XAXANINA

Cr(OH)3

Хром

Соединения этого металла обладают средней степенью токсичности. Предполага-

ется наличие канцерогенных свойств.

Источниками поступления хрома в воду являются сточные воды гальванического производства, продукты коррозии хромсодержащих сталей, краски, отходы некоторых химических производств.

Предельно допустимая концентрация соединений хрома в воде составляет 0,05

мг/л.

Опыт 7. Определение хрома

Хром образует два ряда устойчивых солей: соли хрома (III) и соли хрома (VI). Соли хрома (III) в основном содержат его в виде катиона Cr3 , а соли хрома (VI) - в виде анио-

нов CrO24 и Cr2O72 . Растворы солей хрома (III) имеют сине-зеленую или фиолетовую окра-

ску, хроматов ( CrO24 ) - желтую, а бихроматов ( Cr2O72 ) - оранжевую.

а) Определение катиона Сr3+ щелочью.

Катион хрома (III) образует с сильными гидроксидами (щелочами) осадок серо-зеленого цвета. При действии на осадок избытка щелочи хром переходит в раствор в виде хромит-иона зеленого цвета (цвета травы)

Cr3 3OH Cr(OH)3 ;

Cr(OH)3 OH CrO2 2H2O .

К 2 каплям раствора соли хрома (III) добавьте 1 каплю 2 н раствора гидроксида на-

трия NaOH. Наблюдайте образование серо-зеленого осадка гидроксида хрома. Затем к осадку добавьте избыток щелочи до его полного растворения. Отметьте цвет осадка и рас-

твора. Напишите уравнения соответствующих реакций.

б) Окисление хрома (III) до хрома (VI).

Катион хрома (III) легко окисляется пероксидом водорода в щелочной среде до

CrO24 :

2Cr3 3H2O2 10OH 2CrO24 8H2O .

К 2 - 3 каплям раствора соли хрома (III) добавьте несколько капель 2 н раствора гидроксида натрия до полного растворения образующегося вначале осадка гидроксида хрома, 2 - 3 капли 3%-ного раствора пероксида водорода и нагрейте несколько минут до изменения зеленой окраски раствора в желтую.

Проведите соответствующие реакции, отметьте исходный, промежуточный и ко-

нечный цвет раствора, напишите уравнения реакций.

11

в) Смещение равновесия между хромат- и бихромат-ионами.

Хром (VI) может присутствовать в растворе в виде хромат-ионов												CrO2 желтого
												4
или бихромат-ионов Cr O2		оранжевого цвета. Между ними существует равновесие
2	7
	2	H	OH		H			OH			2	,
Cr2O7		H2O 2HCrO4			2H						2CrO4
которое в кислой среде смещается в сторону иона Cr O2									, а в щелочной - иона CrO2 .
						2		7				4
К 2 - 3 каплям раствора, содержащего анион CrO2 , добавьте 2 - 3 капли 2 н раство-
						4
ра серной кислоты. Наблюдайте изменение желтой окраски в оранжевую:
		2CrO2		2H Cr O2		H	O .
			4	2	7	2
К 2 - 3 каплям раствора, содержащего анион Cr O2 , добавьте 2 - 3 капли 2 н раство-
					2	7
ра гидроксида натрия. Наблюдайте изменение оранжевой окраски в желтую:
		Cr O2 2OH 2CrO2 H					2	O .
		2	7		4

г) Определение хромат- и бихромат-ионов хлоридом бария BaCl2 .

Хлорид бария образует с хромат- и бихромат-ионами желтый осадок хромата бария

(произведение растворимости хромата бария достигается раньше, чем бихромата)

CrO24 Ba2 BaCrO4 ;

Cr2O72 2Ba2 H2O 2BaCrO4 2H .

Хромат бария растворим в сильных кислотах, поэтому анализ ведут в присутствии ацетата натрия CH3COONa , который нейтрализует кислоту, выделяющуюся в результате реакции.

Канализируемому раствору добавьте несколько капель раствора ацетата натрия и 2

-4 капли хлорида бария. Наблюдайте образование желтого осадка хромата бария.

Медь

Медь присутствует в воде в виде катиона Cu2 . Степень ее токсичности определя-

ется между низкой и средней.

Накопление избытка меди в организме ведет к болезни Вильсона, нарушению функций печени.

Источниками поступления меди в воду могут служить рудные воды, сточные воды гальванического производства, продукты коррозии медьсодержащих сплавов и др.

Предельно допустимая концентрация некоторых солей и органических производ-

ных меди составляет 1 мг/л.

12

Опыт 8. Определение меди

Растворы солей меди (II) окрашены в голубой цвет.

а) Определение щелочами.

Сильные основания образуют с катионом меди голубой осадок гидроксида меди

Cu(OH)2 :

Cu2 2OH Cu(OH)2 .

Гидроксид меди обладает слабовыраженными амфотерными свойствами и поэтому частично растворяется, особенно при нагревании, в избытке щелочи с образованием ку-

притов.

К 2 - 3 каплям раствора, содержащего медь (II), добавьте 2 капли 2 н раствора

NaOH. Наблюдайте образование голубого осадка.

б) Определение гидроксидом аммония.

Гидроксид аммония NH4OH, добавленный в небольшом количестве в раствор, со-

держащий катион меди (II), осаждает основную соль зеленоватого цвета, легко раствори-

мую в избытке реагента. При этом образуется аммиачный комплекс меди интенсивно-

синего цвета. Например,

2Cu2 SO24 2NH4OH (CuOH)2 SO4 2NH4 ;

(CuOH)2 SO4 8NH4OH 2[Cu(NH3 )4 ]2 SO42 2OH 8H2O .

К 2 - 3 каплям раствора, содержащего соли меди (II), осторожно добавьте по каплям гидроксид аммония до образования осадка. Затем, добавив избыток реагента, растворите этот осадок. Отметьте цвет образовавшегося осадка и раствора. Напишите уравнения соответст-

вующих реакций.

в) Определение гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6 ] .

При добавлении к раствору, содержащему соли меди (II), раствора K4 [Fe(CN)6 ] об-

разуется красно-бурый осадок

2Cu2 [Fe(CN)6 ]4 Cu2 [Fe(CN)6 ] .

Осадок не растворяется в разбавленных кислотах, но растворяется в гидроксиде аммония и в растворах щелочей.

В раствор, содержащий соли меди, добавьте несколько капель уксусной кислоты и раствора гексацианоферрата (II) калия до появления характерного осадка. Отметьте цвет осадка. Напишите уравнение химической реакции.

13

Опыт 9. Анализ воды на содержание ионов тяжелых металлов (контрольная задача)

Получите у преподавателя или лаборанта две пробирки с водой, содержащей ионы тя-

желых металлов. С помощью изученных реагентов (табл.1) определите, соль какого металла содержится в каждой из пробирок. Для этого отметьте окраску анализируемого раствора.

Если раствор окрашен, то по окраске предположите наличие в воде того или иного иона. Затем часть раствора перенесите в чистые пробирки и с помощью реагентов и соот-

ветствующих реакций, выбранных из табл.1, докажите присутствие предполагаемого ио-

на. Для достоверного определения желательно использовать не менее двух различных хи-

мических реакций.

Таблица 1

Определение ионов тяжелых металлов

	Ион металла, окраска		Реагент					Эффект реакции
			Бесцветные ионы
Cd2+		Na2S		Осадок CdS желтого цвета,
				растворим в конц. HCl
Pb2+		KI		Осадок PbI2		желтого цвета
		K2CrO4		Осадок PbCrO4			желтого цвета
Hg2+		KI (недостаток)		Осадок HgI2 оранжевого цвета
		KI (избыток)		Раствор K2 [HgI4 ] бледно-желтого цвета
Hg	2	KI (недостаток)		Осадок Hg2I2 желто-зеленого цвета
	2	KI (избыток)
				Раствор с черным осадком ртути
Bi3+		(NH2 )2 CS		Раствор [Bi(NH2)2(CS)3]3– ярко-желтого цвета
Zn2+		Na2S		Осадок ZnS белого цвета
Окрашенные ионы
Fe3 , желтый		KCNS		Раствор Fe(CNS)3 кроваво-красного цвета
		K4 [Fe(CN)6 ]		Раствор Fe4[Fe(CN)6]3 темно-синего цвета
Cr3 , сине-зеленый		NaOH	(недостаток)	Осадок Cr(OH)3 серо-зеленого цвета
		NaOH (избыток)		Раствор NaCrO2					зеленого цвета
		H2O2 NaOH		Раствор Na2CrO4 желтого цвета
CrO2 , желтый		H2SO4		Раствор Cr O2			оранжевого цвета
	4			2		7
		BaCl2		Осадок BaCrO4 желтого цвета
Cr O2 , оранжевый		NaOH		Раствор Na	2	CrO		4	желтого цвета
2	7
		BaCl2		Осадок BaCrO4				желтого цвета
Cu2 , голубой		K4 [Fe(CN)6 ]		Осадок Cu2[Fe(CN)6] красно-бурого цвета
		NH4OH (избыток)		Раствор [Cu(NH3)4]2+ сине-фиолетового цвета

Если анализируемый раствор бесцветен, то в чистую пробирку перенесите 3 - 4 ка-

пли воды и добавьте 2 - 3 капли раствора сульфида натрия Na2S . Выпадение белого осадка указывает на возможное присутствие в воде цинка. Его наличие доказывается другими химическими реакциями. Образование желтого осадка означает наличие в воде кадмия.

14

Отсутствие осадка или осадок другого цвета указывает на отсутствие цинка и кадмия в воде.

Если в анализируемом растворе отсутствуют цинк и кадмий, в другую пробирку отлейте 3 - 4 капли анализируемого раствора и добавьте 1 - 2 капли раствора KI . Образо-

вание желтого осадка указывает на присутствие в воде свинца, образование оранжевого осадка, растворимого в избытке реагента, - ртути. Присутствие в воде этих металлов до-

полнительно докажите независимыми химическими реакциями.

При отрицательной реакции на иодид калия к 2 - 3 каплям анализируемого раство-

ра добавьте несколько капель тиомочевины для обнаружения висмута.

Напишите уравнения соответствующих реакций. Результат анализа проверьте у преподавателя.

15

Работа № 2

Качественное определение ионов токсичных неметаллов в воде

Большинство неметаллов в водных растворах существуют в виде анионов соответ-

ствующих кислот. Поэтому чаще всего определяется присутствие не самих неметаллов, а

образованных ими анионов, тем более, что от формы существования неметалла в растворе во многом зависит его токсичность. Например, сера в виде сульфат-аниона SO24 значи-

тельно менее токсична, чем в виде сульфид-аниона S2 . В данной работе определению также подлежат не сами неметаллы, а образованные ими анионы.

Сера

В природных водах сера чаще всего присутствует в двух формах: в виде сульфат-

аниона SO24 и сульфид-аниона S2–, причем второй более чем на порядок токсичнее перво-

го. При попадании в организм он вызывает нарушение функций печени. Источниками его поступления в воду являются процессы анаэробного разложения белка, деятельность не-

которых микроорганизмов, рудные и сточные воды предприятий цветной металлургии и т.д.

Предельно допустимая концентрация сульфид-аниона в воде составляет 0,05 мг/л.

Опыт 1. Определение сульфид-иона S2

а) Осаждение катионами кадмия.

Растворы солей кадмия осаждают сульфид-анион в виде желтого осадка сульфида кадмия CdS , растворимого в концентрированной соляной кислоте:

S2 Cd2 CdS ;

CdS 4HCl H2 [CdCl4 ] H2S .

К 1 - 2 каплям раствора соли, содержащей S2–, добавьте 1 каплю раствора соли кадмия. Отметьте цвет образовавшегося осадка. Напишите уравнение реакции.

б) Осаждение катионами цинка.

Растворы солей цинка осаждают сульфид-анион в виде белого осадка сульфида цинка ZnS , растворимого в сильных кислотах и щелочах:

S2 Zn2 ZnS .

Опыт проведите аналогично предыдущему.

16

Азот

В природных водах азот встречается, как правило, в виде ионов NH4 , NO2 и NO3 .

Соединения азота в больших количествах попадают в воду, в том числе питьевую, в ос-

новном при нарушении агрохимических приемов работы.

Опыт 2. Обнаружение иона аммония NH4

Для обнаружения в воде катиона аммония используют реактив Несслера, т.е. смесь

KOH и K2 [HgI4 ] , который образует с NH4 красно-бурый осадок иодида оксодимеркурам-

мония

NH4+ + 2[HgI4]2– + 4OH– = [NH2Hg2O]I + 7I– + 3H2O.

Реакция чрезвычайно чувствительна и показывает присутствие даже случайных примесей солей аммония.

К 1 - 2 каплям раствора, содержащего соли аммония, добавьте 4 - 6 капель реактива Несслера. Отметьте цвет образовавшегося осадка. Из-за присутствия следов аммиака или солей аммония в воде осадок не выпадает, но раствор окрашивается в желтый или оран-

жевый цвет. Напишите полное уравнение химической реакции.

Опыт 3. Определение нитрит-иона NO2‾

а) Реакция с иодидом калия KI .

В слабокислой среде нитриты окисляют анион I до свободного иода:

2NO2 2I 4H I2 2NO 2H2O .

К 2 - 3 каплям раствора, содержащего нитрит-ион, добавьте 2 - 3 капли 2 н раствора серной кислоты, 2 - 3 капли иодида калия и 1 - 2 капли бензола или крахмала. Бензол, экс-

трагируя образовавшийся иод, окрашивается в фиолетовый цвет, а крахмал дает с иодом синее окрашивание.

б) Окисление перманганатом калия KMnO4 .

Перманганат калия KMnO4 в кислой среде окисляет нитрит-ион до нитрат-иона:

5NO2 2MnO4 6H 5NO3 2Mn2 3H2O .

К 2 - 3 каплям раствора перманганата калия добавьте 2 - 3 капли 2 н раствора сер-

ной кислоты и 5 - 6 капель раствора, содержащего нитрит-ион. Обесцвечивание раствора указывает на наличие в воде иона NO2 . Однако аналогичные реакции и обесцвечивание раствора будут иметь место и в присутствии других восстановителей (S2–, I и др.), так

17

что перед анализом на нитрит-ион убедитесь в отсутствии в анализируемом растворе дру-

гих восстановителей.

в) Определение дифениламином (C6H5 )2 NH .

Дифениламин в присутствии иона NO2 окрашивается в интенсивно-синий цвет.

Аналогичная окраска возникает при действии на дифениламин сильных окислителей, таких как NO3 , CrO24 , MnO4 и др.

На тщательно вымытое и досуха вытертое часовое стекло поместите 1 каплю рас-

твора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Рядом нанесите 1 каплю ана-

лизируемого раствора. Осторожно перемешайте обе капли чистой стеклянной палочкой.

Образование интенсивно-синей окраски свидетельствует о наличии в растворе ионов NO2

или NO3 .

Опыт 4. Обнаружение нитрат-иона NO3‾

а) Осаждение хлоридом марганца MnCl2 .

Исследуемый раствор при нагревании с двойным объемом насыщенного хлорида марганца MnCl2 в концентрированной соляной кислоте становится темно-бурым вследст-

вие образования комплексных ионов [MnCl6]2–:

3MnCl2 + 12Cl‾ + 2NO2‾ + 8H+ = 3[MnCl6]2– + 2NO ↑ + 4H2O.

Проведите опыт (под тягой!) и запишите результаты.

б) Определение дифениламином (C6H5 )2 NH .

На тщательно вымытое и досуха вытертое часовое стекло поместите 1 каплю рас-

твора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Рядом нанесите 1 каплю ана-

лизируемого раствора. Осторожно перемешайте обе капли чистой стеклянной палочкой.

Образование интенсивно-синей окраски свидетельствует о наличии в растворе ионов NO3

или NO2 .

Фтор

Фтор может присутствовать в природных водах в виде бесцветного аниона F , ток-

сичность которого оценивается между средней и низкой. Попадая в организм, фтор отла-

гается в костях. Избыток его в питьевой воде вызывает повреждение эмали на зубах.

Большие дозы подавляют образование коллагена.

Источниками поступления фтора в окружающую среду являются заводы по произ-

водству алюминия (в качестве флюса используется криолит Na3[AlF6]), а также электрон-

18

ная промышленность (при производстве интегральных схем в больших объемах использу-

ется плавиковая кислота).

Предельно допустимая концентрация аниона фтора в воде составляет 1,5 мг/л.

Опыт 5. Определение аниона фтора F

а) Осаждение хлоридом бария BaCl2 .

Хлорид бария образует с анионом F объемный белый осадок, растворимый в ми-

неральных кислотах и солях аммония:

Ba2 2F BaF2 .

Проведите соответствующую реакцию, отметьте цвет осадка, исследуйте его рас-

творимость, напишите уравнение реакции.

б) Осаждение хлоридом кальция CaCl2 .

Хлорид кальция образует белый осадок, практически нерастворимый в кислотах:

Ca2 2F CaF2 .

Проведите соответствующую реакцию, отметьте цвет осадка, исследуйте его растворимость, напишите уравнение реакции.

в) Определение роданид-ионом в присутствии иона Fe3+.

Если 5 капель раствора, содержащего фторид-ион или задачи, смешать с 12 капля-

ми раствора Fe3+, образуется прочный фторидный комплекс [FeF6]3–. Если к полученному раствору прибавить KCNS, возможны два результата:

а) в присутствии фторид-иона окраски не будет, так как ион Fe3+ находится во внутренней сфере прочного фторидного комплекса;

б) при отсутствии фторид-иона Fe3+ даст характерную реакцию с KCNS.

Проведите соответствующий опыт и напишите уравнение реакции.

Фосфор

Фосфор - один из главных биогенных элементов, определяющих биологическую продуктивность водоемов. Его соединения встречаются во всех живых организмах и регу-

лируют такие важнейшие процессы, как фотосинтез, обмен веществ, дыхание.

Фосфор поступает в поверхностные воды в результате процессов прижизненного выделения, а также отмирания и последующего разложения организмов, обмена с донны-

ми отложениями, в процессе выветривания и растворения пород. Значительные количест-

ва фосфорсодержащих соединений попадают в воды в результате хозяйственной деятель-

ности человека (сток фосфорных удобрений с полей, коммунально-бытовые стоки,

19

содержащие большое количество полифосфатов, входящих в состав моющих средств,

умягчителей воды и т.п.).

В природных водах фосфор находится в виде минеральных и органических соеди-

нений, причем каждая из этих форм присутствует как в растворенном состоянии, так и в составе взвешенных частиц. Фосфор в виде неорганических и частично-органических со-

единений потребляется водными организмами, проходит через все звенья пищевой цепи

(фитопланктон, зоопланктон, рыбы), причем на каждом этапе частично выделяется обрат-

но в воду в виде растворенного, коллоидного и взвешенного органического вещества. В

результате процессов минерализации происходит регенерация неорганических фосфатов.

Растворенный фосфор присутствует в виде неорганических орто-, мета-, ди- и полифосфа-

тов и органических фосфатов. Соотношение неорганических форм зависит от рН воды.

При рН ниже 6,5 фосфаты в воде присутствуют главным образом в виде HPO24 .

Взвешенный фосфор неорганического происхождения представлен в основном час-

тицами фосфорсодержащих минералов.

Для определения содержания различных форм фосфора его предварительно пере-

водят в бесцветные растворимые ортофосфаты H2 PO4 , HPO24 и PO34 .

Опыт 6. Определение фосфора

а) Осаждение хлоридом бария BaCl2 .

Хлорид бария в щелочной среде осаждает фосфор в виде белого фосфата бария,

растворимого в соляной кислоте:

3Ba2 2PO34 Ba3 (PO4 )2 ;

3Ba2 2HPO24 2OH Ba3 (PO4 )2 2H2O ;

3Ba2+ + 2H2PO4– + 4OH– = Ba3(PO4)2 + 4H2O.

К раствору, содержащему фосфор, добавьте несколько капель гидроксида аммония

NH4OH и 2 - 3 капли раствора хлорида бария. Отметьте цвет выпавшего осадка, проверьте его растворимость в соляной кислоте, напишите уравнения соответствующих химических реакций.

б) Осаждение нитратом серебра AgNO3 .

Нитрат серебра образует с фосфорсодержащими анионами желтый осадок фосфата серебра, растворимый в гидроксиде аммония и азотной кислоте:

3Ag PO34 Ag3PO4 .

Проделайте опыт и запишите результаты наблюдений.

20