Качественное определение ионов растворенных веществ таблица. Качественное определение ионов неорганических веществ. Бесцветные ионы Цинк
Вода относится к тем веществам, без которых существование жизни, в частности человека, на Земле невозможно. Качество употребляемой человеком воды непосредственно сказывается на его здоровье и, как следствие, на продолжительности жизни. Так, использование в быту воды без должной очистки может стать причиной возникновения эпидемий холеры и ряда других не менее опасных заболеваний.
Недопустимо
присутствие в воде солей тяжелых
металлов, так как все они в той или иной
мере токсичны и могут накапливаться в
человеческом организме. С этой точки
зрения особую опасность представляют
ртуть, свинец, кадмий, медь и хром.
Содержание железа в воде обычно достаточно
велико, поэтому, хотя оно и не относится
к тяжелым металлам, его тоже включают
в список элементов, подлежащих контролю.
При этом в воде могут находиться как
окрашенные ионы (
и др.), присутствие которых сравнительно
легко обнаруживается по характерной
окраске воды, так и бесцветные (
),
присутствие которых устанавливается
только при помощи специальных химических
реакций.
Бесцветные ионы Цинк
Цинк относится к элементам с сравнительно низкой токсичностью, однако его избыток может привести к острым кишечным заболеваниям и рвоте. Источниками поступления цинка в природную воду являются отходы металлургической промышленности, продукты коррозии сплавов и цинковых покрытий, рудные воды.
Предельно допустимая концентрация цинка в природной воде составляет 5 мг/л.
Опыт 1. Определение цинка
а) Определение сульфидом натрия.
При добавлении к
раствору, содержащему катионы
,
сульфида натрия образуется белый осадок
сульфида цинка
.
Это единственный из известных катионов металлов, образующий сульфид белого цвета.
Добавьте к нескольким каплям исследуемого раствора 2 - 3 капли раствора сульфида натрия. Запишите результаты опыта (опыт проводить под тягой!).
б) Определение щелочами.
При действии
сильных гидроксидов (щелочей)
или
на раствор, содержащий катионы цинка,
образуется белый осадок гидроксида
цинка
,
растворимый благодаря своим амфотерным
свойствам и в кислотах, и в щелочах:
В отличие от
алюминатов, при действии на раствор,
содержащий
,
хлорида аммония образование осадка
гидроксида цинка не происходит, потому
что последний растворим в солях аммония.
Налейте в пробирку раствор, содержащий катионы цинка, несколько капель 2 н раствора щелочи до появления белого осадка, а затем избыток щелочи до его растворения. Запишите результаты опыта.
в) Определение
гексацианоферратом (II) калия
.
Указанный реактив образует с катионами цинка белый осадок двойной соли
растворимый в щелочах.
Добавьте к раствору
соли цинка 2 - 3 капли раствора
.
Запишите результаты опыта.
Кадмий относится к наиболее токсичным элементам. Он накапливается в организме и очень медленно выводится из него. Период, за который концентрация адсорбированного организмом кадмия уменьшится вдвое, превышает 10 лет.
Накопление в организме кадмия приводит к образованию камней в почках, гипертонии, уменьшению гемоглобина в крови, разрушению нервной системы.
Основными источниками поступления кадмия в окружающую среду являются кадмиевые покрытия, аккумуляторы, сигаретный дым. Достаточно сказать, что кровь курильщиков содержит приблизительно в 7 раз больше кадмия, чем кровь некурящих.
Предельно допустимая концентрация кадмия в природной воде составляет 0,001 мг/л.
А) Определение хлорид-ионов
Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. Потенциал измеряют относительно электрода сравнения, снабженного солевым мостиком, заполненным 1М раствором нитрата калия, с помощью мономера (см. рис. 12.1).
При потенциометрических измерениях, проводимых для определения концентраций отдельных веществ методом прямой потенциометрии или методом потенциометрического титрования, монтируют ячейку, состоящую из индикаторного электрода и электрода сравнения. Как правило, она представляет собой обычный химический стакан. Раствор в ячейке перемешивают при помощи механической или магнитной мешалки.
Концентрацию анализируемого иона находят по калибровочному графику. График строят в координатах «Е - (-lgС)».
Оборудование и реагенты
Ионоселективный электрод на ион С1 .
Пипетки мерные на 10 мл.
Стаканы стеклянные на 100, 250 мл.
Бумага фильтровальная.
Хлорид калия.
Нитрат калия, 1М раствор.
По точной навеске готовят серию стандартных растворов хлорида калия (10 "-10 ’М) с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором нитрата калия. Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации хлорида калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации растворов. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой. По результатам измерений строят калибровочный график.
С х (моль/л) хлорид-ионов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком.
Концентрацию хлорид-ионов (г/л) вычисляют в граммах по формуле
Результаты измерений заносят в форму табл. 12.8.
Таблица 12.8
Результаты ионометрического определения ионов хлора в воде
Б) Определение фторид-ионов
При анализе природных и производственных объектов следует помнить, что ион F в кислых растворах или в присутствии ионов Fe 3+ и Л1 3+ находится в виде слабодиссоциирующей кислоты HF и фторидных комплексов указанных металлов. Поэтому в растворе доводят pH до значения 5-7, а также добавляют цитрат натрия, который образует с ионами железа и алюминия более прочные комплексы.
Оборудование и реагенты
Индикаторный электрод - ионоселективный электрод на ион F . Перед работой выдерживают электрод в 0,001М NaF в течение суток. Перед измерением промывают и оставляют на 10-20 мин в дистиллированной воде, затем высушивают фильтровальной бумагой.
Электрод сравнения, хлоридсеребряный.
Стаканы полиэтиленовые емкостью от 50 мл.
Колбы мерные, на 100 мл 6 шт., на 1000 мл 1 шт.
Цилиндры емкостью 50, 100, 1000 мл.
Пипетки мерные на 10 и 25 мл.
Стандартный раствор - 0,1 М раствор фторида натрия (навеску 4,200 г растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).
Фоновый раствор - 1М раствор сульфат натрия (навеску 142 г Na 2 S0 4 или 322 г Na 2 S0 4 ? ЮН 2 0 растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).
Азотная кислота, 0,01М раствор.
Аммиак, 0,01М водный раствор.
Описание определения
При подготовке растворов к измерениям в стандартные и анализируемые растворы вводят одинаковый избыток фонового электролита. В этом случае можно полагать, что во всех растворах ионная сила постоянна.
Из основного стандартного раствора с концентрацией фторид-иона 10 "М готовят последовательным разбавлением его раствором 1М Na 2 S0 4 шесть растворов с концентрациями NaF (М): 10 ", 10" 2 , 10 3 , 10 10 5 , 10 6 . Для этого отбирают пипеткой 10 мл 10 "М раствора NaF в мерную колбу на 100 мл и доводят фоновым раствором (1М Na 2 S0 4) объем до метки. Из полученного раствора 10 2 М NaF последовательным разбавлением фоновым раствором по аналогичной методике готовят остальные растворы. Начиная с раствора с наименьшей концентрацией последовательно во всех стандартных растворах измеряют потенциал фторселективного электрода и результаты измерений записывают в форму таблицы, аналогичной табл. 9.8. По результатам измерений строят калибровочный график.
При определении концентрации фторид-иона в анализируемом растворе необходимо приготовить раствор с той же ионной силой. Для этого 5 мл исследуемого раствора разводят 1М Na 2 S0 4 в колбе на 50 мл. Индикаторной бумагой проверяют pH и доводят его 0,01М HNO:j или NH 4 OH до значения 5,0-5,5.
Измеряют потенциал фторселективного электрода в этом растворе. По калибровочному графику определяют значение рХ = -lg. Результаты записывают в форму таблицы.
Следует определить содержание фторид-иона в контрольных задачах, проверить ответ у преподавателя и вычислить относительную погрешность измерений.
В) Определение нитрат-ионов
Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание нитрат-ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. В состав мембраны входит жидкий ионообменник с четвертичными аммониевыми солями. Потенциал измеряют на мономере относительно хлоридсеребряного электрода, заполненного насыщенным раствором хлорида калия.
Оборудование и реагенты
Ионоселективный электрод на ион NQ.,-hoh.
Хлоридсеребряный электрод сравнения.
Пипетки на 10 мл.
Стаканы стеклянные на 100 и 250 мл.
Хлорид калия.
Нитрат калия, 10 "М раствор.
Сульфат калия, 1М раствор.
1. Определение нитрат-ионов по методу калибровочного графика.
По точной навеске готовят стандартный раствор нитрата калия 10 "М. Последовательным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы 10 2 -10 5 М с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором сульфата калия (фон Л). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия. Результаты измерений вносят в форму таблицы, аналогичной табл. 9.8. Строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации растворов. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой.
Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Определяют концентрацию С х (моль/л) нитратов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком. Результаты вносят в форму таблицы.
Концентрацию нитрат-ионов в г/л вычисляют по формуле
где М(N0 3) - молярная масса иона, равная 62,01 г/моль.
2. Определение нитрат-ионов по методу добавок.
По точной навеске готовят стандартный 10 "М раствор нитрата калия. Последовательным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы с концентрациями 10 2 -10 J M с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором сульфата калия (фон А). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации раствора. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой. Результаты измерений оформляют в форме табл. 12.9.
Таблица 12.9
Результаты измерения потенциала в зависимости от pNO: , для построения калибровочного графика
Значение ионной силы рассчитывают для каждого раствора по формуле
Чем больше ионная сила раствора, тем меньше коэффициент активности каждого иона и меньше его активная концентрация.
Коэффициент активности находят по табличным данным (табл. 12.10) или по формуле Дебая - Гюккеля
Значения коэффициентов активности
Значение pN0 3 вычисляют как отрицательный логарифм активности нитрат-иона:
Строят график зависимости «Е - pN0 3 » и определяют крутизну (5) электродной функции (в милливольтах). Полученное значение крутизны используют в расчетной формуле в методе добавок. Следует отметить, как оно отличается от теоретического значения (0,0591/и при 25°С).
Для определения концентрации нитрит-иона в анализируемой пробе необходимо измерить потенциал (/;) до и после добавок стандартного раствора KNO ;j . Для этого аликвотную часть 20,00 мл анализируемого раствора помещают в сухой стакан, опускают в него электроды и измеряют потенциал (?,). Затем добавляют по 2-3 капли стандартного раствора KN0 3 , пользуясь микропипеткой на 1-2 мл. После каждой добавки перемешивают раствор магнитной мешалкой. Затем измеряют потенциал (? 2) и определяют его изменение по отношению к анализируемому раствору (ДЕ = Е., - ?,). Добиваются изменения АЕ не менее чем на 30 мВ, вводя 2-3 добавки к одной порции образца.
Рассчитывают результат определения по нескольким добавкам, зная объем Р ст добавленного раствора с концентрацией С ст, объем анализируемого раствора V r (20 мл) и пренебрегая разбавлением, по формуле
где АЕ - наблюдаемое изменение потенциала после добавки, мВ; 5 - крутизна электродной функции, установленная по графику, мВ. Содержание нитрат-ионов (в г/л) в анализируемом растворе вычисляют по формуле
где M(NQ 3) - молярная масса иона, равная 62,01 г/моль.
Представим себе такую ситуацию:
Вы работаете в лаборатории и решили провести какой-либо эксперимент. Для этого вы открыли шкаф с реактивами и неожиданно увидели на одной из полок следующую картину. У двух баночек с реактивами отклеились этикетки, которые благополучно остались лежать неподалеку. При этом установить точно какой банке соответствует какая этикетка уже невозможно, а внешние признаки веществ, по которым их можно было бы различить, одинаковы.
В таком случае проблема может быть решена с использованием, так называемых, качественных реакций .
Качественными реакциями называют такие реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, а также узнать качественный состав неизвестных веществ.
Например, известно, что катионы некоторых металлов при внесении их солей в пламя горелки окрашивают его в определенный цвет:
Данный метод может сработать только в том случае, если различаемые вещества по разному меняют цвет пламени, или же одно из них не меняет цвет вовсе.
Но, допустим, как назло, вам определяемые вещества цвет пламени не окрашивают, или окрашивают его в один и тот же цвет.
В этих случаях придется отличать вещества с применением других реагентов.
В каком случае мы можем отличить одно вещество от другого с помощью какого-либо реагента?
Возможны два варианта:
- Одно вещество реагирует с добавленным реагентом, а второе нет. При этом обязательно, должно быть ясно видно, что реакция одного из исходных веществ с добавленным реагентом действительно прошла, то есть наблюдается какой-либо ее внешний признак — выпадал осадок, выделился газ, произошло изменение цвета и т.п.
Например, нельзя отличить воду от раствора гидроксида натрия с помощью соляной кислоты, не смотря на то, что щелочи с кислотами прекрасно реагируют:
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Связано это с отсутствием каких-либо внешних признаков реакции. Прозрачный бесцветный раствор соляной кислоты при смешении с бесцветным раствором гидроксида образует такой же прозрачный раствор:
Но зато, можно воду от водного раствора щелочи можно различить, например, с помощью раствора хлорида магния – в данной реакции выпадает белый осадок:
2NaOH + MgCl 2 = Mg(OH) 2 ↓+ 2NaCl
2) также вещества можно отличить друг от друга, если они оба реагируют с добавляемым реагентом, но делают это по-разному.
Например, различить раствор карбоната натрия от раствора нитрата серебра можно с помощью раствора соляной кислоты.
с карбонатом натрия соляная кислота реагирует с выделением бесцветного газа без запаха — углекислого газа (СО 2):
2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2
а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl
HCl + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl↓
Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:
Качественные реакции на катионы
| Катион | Реактив | Признак реакции |
| Ba 2+ | SO 4 2- |
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ |
| Cu 2+ |
1) Выпадение осадка голубого цвета:
Cu 2+ + 2OH − = Cu(OH) 2 ↓ 2) Выпадение осадка черного цвета: Cu 2+ + S 2- = CuS↓ |
|
| Pb 2+ | S 2- |
Выпадение осадка черного цвета:
Pb 2+ + S 2- = PbS↓ |
| Ag + | Cl − |
Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO 3 , но растворимого в аммиаке NH 3 ·H 2 O: Ag + + Cl − → AgCl↓ |
| Fe 2+ |
2) Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K 3 |
1) Выпадение белого осадка, зеленеющего на воздухе: Fe 2+ + 2OH − = Fe(OH) 2 ↓ 2) Выпадение синего осадка (турнбулева синь): K + + Fe 2+ + 3- = KFe↓ |
| Fe 3+ |
2) Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K 4 3) Роданид-ион SCN − |
1) Выпадение осадка бурого цвета: Fe 3+ + 3OH − = Fe(OH) 3 ↓ 2) Выпадение синего осадка (берлинская лазурь): K + + Fe 3+ + 4- = KFe↓ 3) Появление интенсивно-красного (кроваво-красного) окрашивания: Fe 3+ + 3SCN − = Fe(SCN) 3 |
| Al 3+ | Щелочь (амфотерные свойства гидроксида) |
Выпадение белого осадка гидроксида алюминия при приливании небольшого количества щелочи: OH − + Al 3+ = Al(OH) 3 и его растворение при дальнейшем приливании: Al(OH) 3 + NaOH = Na |
| NH 4 + | OH − , нагрев | Выделение газа с резким запахом:
NH 4 + + OH − = NH 3 + H 2 O Посинение влажной лакмусовой бумажки |
| H + (кислая среда) |
Индикаторы: − лакмус − метиловый оранжевый |
Красное окрашивание |
Качественные реакции на анионы
| Анион | Воздействие или реактив | Признак реакции. Уравнение реакции |
| SO 4 2- | Ba 2+ |
Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ |
| NO 3 − |
1) Добавить H 2 SO 4 (конц.) и Cu, нагреть 2) Смесь H 2 SO 4 + FeSO 4 |
1) Образование раствора синего цвета, содержащего ионы Cu 2+ , выделение газа бурого цвета (NO 2) 2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) 2+ . Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца») |
| PO 4 3- | Ag + |
Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: 3Ag + + PO 4 3- = Ag 3 PO 4 ↓ |
| CrO 4 2- | Ba 2+ |
Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl: Ba 2+ + CrO 4 2- = BaCrO 4 ↓ |
| S 2- | Pb 2+ |
Выпадение черного осадка: Pb 2+ + S 2- = PbS↓ |
| CO 3 2- |
1) Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Ca 2+ + CO 3 2- = CaCO 3 ↓ 2) Выделение бесцветного газа («вскипание»), вызывающее помутнение известковой воды: CO 3 2- + 2H + = CO 2 + H 2 O |
|
| CO 2 | Известковая вода Ca(OH) 2 |
Выпадение белого осадка и его растворение при дальнейшем пропускании CO 2: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 |
| SO 3 2- | H + |
Выделение газа SO 2 с характерным резким запахом (SO 2): 2H + + SO 3 2- = H 2 O + SO 2 |
| F − | Ca 2+ |
Выпадение белого осадка: Ca 2+ + 2F − = CaF 2 ↓ |
| Cl − | Ag + |
Выпадение белого творожистого осадка, не растворимого в HNO 3 , но растворимого в NH 3 ·H 2 O (конц.) : Ag + + Cl − = AgCl↓ AgCl + 2(NH 3 ·H 2 O) = } 
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 - 57771 от 18.04.2014.
|
