Методические указания к лабораторным работам Ростов-на-Дону (стр. 7 из 11)

В осадке — ВаСО₃, СаСО₃, в центрифугате — NН₄⁺, К⁺, Nа ⁺. Осадок исследуют по п. 3, центрифугат — по п. 4.

3. Исследование осадка

а) Растворение осадка. Осадок карбонатов (см. п. 2) растворяют в 10 каплях 2 н. раствора уксусной кислоты при нагревании на водяной бане и перемешивании стеклянной палочкой. В растворе—ионы Ва²⁺ и Са²⁺.

б) Обнаружение Ва2+. К 2 каплям полученного раствора прибавляют 3 капли раствора СН₃СООNa и 2 капли раствора К₂Сг₂О₇. В присутствии Ва²⁺ выделяется желтый осадок хромата бария ВаСгО₄.

Центрифугируют осадок ВаСrО₄, растворяют его в 1 капле концентрированной соляной кислоты и полученный раствор при помощи нихромовой проволоки вносят в бесцветное пламя горелки. Пламя окрашивается в желто-зеленый цвет, что подтверждает присутствие иона Ва²⁺.

в) Отделение Ва²⁺. Поскольку ион бария мешает обнаружению иона кальция, его удаляют. Для этого к раствору (см. п. 3, а) прибавляют 5 капель раствора CH₃COONa и затем добавлять по каплям раствор К₂Сг₂О₇, пока жидкость над осадком не окрасится в оранжево-желтый цвет. Раствор с осадком хорошо перемешивают, нагревают на бане (1—2 мин) и центрифугируют. Осадок отбрасывают, центрифугат исследуют на ион кальция.

г) Обнаружение Са²⁺. К полученному центрифугату (см. п. 3, в) прибавляют 5 капель раствора (NH₄)C₂O₄. В присутствии иона кальция выпадает белый кристаллический осадок. Отделяют осадок от раствора и рассматривают его на дне пробирки.

Обнаружение иона Са²⁺ подтверждают ми-крокристаллоскопической реакцией.

Для этого помещают на предметное стекло 1 каплю раствора соли кальция, прибавляют к ней 1 каплю 2 н. раствора Н₂SО₄, смесь осторожно нагревают до начала образования кристаллов. После остывания пластинки наблюдают под микроскопом длинные игольчатые кристаллы СаSО₄ • 2Н₂О.

С помощью микрокристаллоскопической реакции нон кальция обнаруживают и в присутствии иона бария.

4. Исследование центрифугата:

а) Удаление NН₄⁺ . При анализе центрифугата (см. п. 2) следует иметь в виду, что в нем содержатся в большой концентрации ионы аммония, введенные при отделении катионов II группы от катионов I группы. В присутствии же ионов аммония нельзя обнаружить ионы К⁺ и Nа⁺. Поэтому ионы аммония полностью удаляют из раствора. Для этой цели переносят исследуемый центрифугат в фарфоровый тигель (или чашку), укрепляют под тягой тигель в фарфоровом треугольнике и раствор осторожно выпаривают досуха. После выпаривания прокаливают тигель с остатком сухих солей до полного прекращения выделения белого дыма солей аммония.

Охлаждают тигель и делают пробу на полноту удаления. Для этого берут небольшую крупинку сухого остатка, растворяют в 2 каплях дистиллированной воды и прибавляют 2 капли реактива Несслера: отсутствие красно-бурого осадка служит признаком полного удаления NH₄⁺. В случае неполного удаления иона аммония (образуется красно-бурый осадок) прокаливание продолжают до тех пор, пока проба с реактивом Несслера даст отрицательный результат.

Сухой остаток, свободный от солей аммония, растворяют в нескольких каплях дистиллированной воды (в том же тигле). Раствор разделяют на две части: одну исследуют на ион калия, другую — на ион натрия.

б) Обнаружение К⁺. К первой части полученного раствора (п. 4,а) прибавляют 2—3 капли раствора Nа₃[Со(NО₂)₆] и дают постоять. Образование желтого кристаллического осадка свидетельствует о присутствии иона калия.

Проверочное обнаружение К⁺ проводится с тем же раствором по окрашиванию пламени в бледно-фиолетовый цвет, наблюдаемый через синее стекло. Для этого нихромовую проволочку смачивают в концентрированной соляной кислоте и прокаливают на пламени горелки (до полного исчезновения окраски пламени). Очищенную проволочку смачивают анализируемым раствором и снова вносят в бесцветное пламя. Наблюдают окраску пламени через синее стекло.

Ничтожные количества соединений натрия маскируют окраску пламени. Синее стекло поглощают желтые лучи и фиолетовое окрашивание будет заметно в присутствии солей натрия.

в) Обнаружение Nа⁺. Ион натрия обнаруживают с помощью реактива КН₂SbО₄ в нейтральной или слабощелочной среде.

Вторую часть (см. п. 4,а) проверяют на реакцию раствора и добиваются, чтобы она была нейтральной или слабощелочной. Затем осадок центрифугируют (если раствор не совсем прозрачен), к центрифугату прибавляют 2—3 капли раствора КН₂SbО₄ и охлаждают водопроводной водой. В присутствии ионов натрия выпадают белые кристаллики соли натрия, образование которых ускоряется при трении стеклянной палочкой стенок пробирки. С помощью микроскопа убеждаются, что образуемый осадок кристаллический. Аморфный осадок не является критерием присутствия в растворе иона Na⁺.

Проверочный способ - окрашивание пламени в яркий желтый цвет, не исчезающий в течение 10-15 секунд. Для этого нихромовую проволочку, смоченную исследуемым раствором, вносят в бесцветное пламя горелки.

2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

2.1.Гравиметрический анализ

2.1.1.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Определение содержания сульфатов в питьевой воде

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ. Для выполнения лабораторной работы “Определение содержания сульфатов в питьевой воде гравиметрическим методом” необходимо знать теорию электролитической диссоциации, теорию ионных равновесий, связанную с осаждением и образованием осадков, теорию гравиметрического (весового) анализа.

КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ. Питьевая вода, подаваемая населению централизованными системами водоснабжения, должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении, безвредной по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства (ГОСТ 2874-73). При наличии в воде веществ, придающих вкус (сульфаты, хлориды), сумма их концентраций, выраженная в долях от максимально допустимых концентраций каждого вещества в отдельности, не должна быть более 1.

Согласно ГОСТ 2874-73, химические свойства, влияющие на органолептические свойства воды, встречающиеся в природных водах или добавляемые процессе обработки, не должны превышать норм, указанных в таблице 1.

Таблица 1.

Концентрация химических веществ в воде (мг/л)

Химическое вещество	Норма
Сухой остаток	1000
Хлориды	350
Сульфаты	500
Железо	0.3
Марганец	0.1
Медь	1.0
Цинк	5.0
Остаточный алюминий	0.5
Гексаметафосфат	3.5
Триполифосфат	3.5
Общая жесткость, мг-экв./л	7.0

Содержание в питьевой воде повышенного количества сульфатов может оказать слабительное действие и изменить вкус воды. Качественное и количественное (мг/л) определение SO₄^2- -ионов основано на учете степени помутнения воды от сульфата бария, образовавшегося при взаимодействии сульфат-иона с хлоридом бария: Ba²⁺ + SO₄^2-® BaSO₄ ¯

Слабая муть, появляющаяся через несколько минут.…..1.0 -10

Слабая муть, появляющаяся сразу……….……………..….……10 - 100

Сильная муть……………………………………………………………..100 - 500

Большой осадок, быстро оседающий на дно…………….Более 500,

В насыщенном растворе малорастворимого электролита устанавливается равновесие между веществом в осадке и ионами его в растворе: BaSO₄Û Ba²⁺ + SO₄^{2 -} ,

в осадке в растворе

константа равновесия которого

называется произведением растворимости ПР, т.к. в насыщенном растворе величина [BaSO₄] при неизменной температуре является постоянной: [Ba²⁺][SO₄^2-] = K [BaSO₄] = const. Произведение растворимости при неизменной температуре и давлении - величина постоянная, количественно характеризующая способность данного электролита к растворению. В общем виде для малорастворимого электролита K_aA_b K_aA_b Û aK⁺+ bA^-

произведение растворимости выражается уравнением:

ПРK_aA_b = [K⁺]^а [A^-]^b, где [K⁺] и [A^-] - равновесные концентрации катионов и анионов, образующих при электролитической диссоциации электролита K_aA_b; a и b - стехиометрические коэффициенты в формуле у катиона и аниона.

Трудно растворимый электролит может оставаться в растворе до тех пор, пока произведение концентрации его ионов не превышает ПР. Если при смешивании растворов произведение концентраций ионов данного электролита окажется выше ПР, то избыточное количество электролита выпадает из раствора в виде осадка.

Процесс осаждения определяемого элемента из раствора в виде малорастворимого соединения лежит в основе гравиметрического метода химического анализа. Результаты гравиметрических определений обычно выражают в массовых процентах. Для вычислений в гравиметрическом анализе используют факторы пересчета F, называемые также аналитическими факторами. Фактор пересчета представляет собой отношение молярной массы определяемого вещества (М₁) к молярной массе вещества, находящегося в осадке (М₂): F = M₁/M₂ . Фактор пересчета показывает, сколько граммов определяемого вещества содержит 1 г осадка.