Визначення складу суміші солей

Міністерство  освіти і науки України

Чернівецький  факультет НТУ «ХПІ»

Кафедра «Промислова біотехнологія»

Курсова робота

з аналітичної хімії на тему:

Визначення складу суміші солей

 

 

Виконала студентка                                                                         Олександрюк В.І.

Група ЧПБ-80А

 

 

Курсова робота захищена

перед комісією кафедри «Промислова  біотехнологія»

з оцінкою «                              »                  

 

 

 

Члени комісії 

                                               (прізвище, ініціали)                                                                                ( підпис)                       

                                                                        

                                                                                 (прізвище, ініціали)                                                                                 ( підпис)                                                              

 

                                               (прізвище, ініціали)                                                                                 (підпис)                                                       

 

 

 

Чернівці – 2011

План

І. Літературний огляд……………………………………………………3

1. Класифікація катіонів на аналітичні групи……………………………………3
2. Катіони першої аналітичної групи……………………………………………..4
3. Катіони другої аналітичної групи………………………………………………6
4. Катіони третьої аналітичної групи……………………………………………..9
5. Катіони четвертої аналітичної групи………………………………………….12
6. Катіони п’ятої аналітичної групи………………………………………………15
7. Класифікація аніонів на аналітичні групи…………………………………….16
8. Аніони першої аналітичної групи ……………………………………………..16
9. Аніони другої аналітичної групи……………………………………………….17
10. Аніони третьої аналітичної групи………………………………………………18

ІІ. Експериментальна частина………………………………………….19

1. Визначення складу суміші солей…………………………………...19

ІІІ. Висновок…………………………………………………………….22

IV. Список рекомендованої літератури………………………………..23

 

 

І. Літературний огляд

Класифікація катіонів на аналітичні групи

У систематичному ході аналізу  всі катіони розділені на п’ять аналітичних груп. Ця класифікація ґрунтується на неоднаковій розчинності карбонатів і сульфідів металів.

Катіони І групи. Сюди належать іони калію, натрію, амонію, магнію. Для катіонів І групи характерна розчинність карбонатів і сульфідів названих металів у воді. Друга особливість полягає у відсутності групового реагенту, за допомогою якого можна було б перевести в осад усі катіони І групи.

Катіони ІІ групи. До цієї групи належать іони кальцію, стронцію і барію. Вони утворюють не розчинні у воді карбонати. Груповим реактивом, за допомогою якого осаджують ці катіони,є розчин карбонату амонію (NH₄)₂CO₃.

Катіони ІІІ групи. До цієї групи входять іони заліза, алюмінію, хрому, нікелю, кобальту, цинку й марганцю. Сульфіди і гідроксиди катіонів цієї групи не розчиняються у воді, але розчиняються в розведених кислотах. Розчин сульфіду амонію є груповим реагентом, при дії якого на нейтральний або слабко лужний розчин осаджуються сульфіди NiS, CoS, Fe₂S₃, MnS, ZnS і гідроксиди Cr(OH)₃, AL(OH)₃.     

Катіони ІV групи. Сюди належать іони срібла, ртуті, свинцю, міді, вісмуту і кадмію. Сульфіди цих металів не розчиняються у воді і в розведеній соляній кислоті. Сірководень є груповим реактивом, який осаджує всі названі  катіони з кислого розчину у вигляді сульфідів. Іони срібла, ртуті(І) і свинцю становлять окрему підгрупу ІV групи. Хлориди цих металів не розчиняються у воді.

Катіони V групи. До цієї групи входять іони олова, сурми й миш’яку. Останній частіше утворює аніони миш’якової або миш’яковистої кислоти. Сульфіди цих елементів не розчиняються у воді і в розведеній соляній кислоті, але, на відміну від сульфідів ІVгрупи, розчиняються в полісульфіді амонію (NH₄)₂S_x. Груповим реактивом є сірководень.

 Катіони першої аналітичної групи

  До І аналітичної  групи катіонів належать Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Mg²⁺ і деякі інші катіони. Всі ці катіони не мають загального групового реагенту. Цим і відрізняється І група катіонів від інших аналітичних груп, які мають групові реагенти.

Особливість катіонів І  аналітичної групи є те, що більшість  їх солей добре розчинні у воді. Найбільш розчинні є солі натрію і  калію. Отже, добре розчиняються у  воді хлориди, сульфіди,  карбонати, сульфати, фосфати, гідроксидів калію  і натрію. Менш розчинними є солі і гідроксиди літію і магнію. На відміну від солей калію і  натрію, флориди, карбонати, фосфати  і деякі інші солі літію і магнію не розчинні у воді. Така особливість, спостерігається серед солей  літію і магнію з одної сторони, і калію і натрію з іншої, пояснюється  положенням елементів K, Na, Li, Mg в періодичній системі Д. І. Менделєєва їх порядковими номерами, зарядами і радіусами іонів:

 

Елемент	Порядковий номер	Атомний радіус, нм	Заряд іона	Радіус іона, нм
Li	3	0,156	+1	0,078
Na	11	0,192	+1	0,098
K	19	0,238	+1	0,133
Mg	12	0,160	+2	0,078

 

Із наведених даних  очевидно, що найменші радіуси іонів  і атомів мають літій і магній, тому що властивості їх солей відрізняються  від властивостей солей натрію і  калію.

До І аналітичної групи  відноситься також NH₄⁺-іон. Його радіус (0,143нм) приблизно дорівнює радіусу іона калію, а розчинність його солей нагадує розчинність солей лужних металів. При визначенні  розчинності солей лужних металів і амонію можна користуватися наступним правилом: всі солі лужних металів і амонію практично розчинні у воді. Нерозчинні в воді тільки ті солі, в склад яких входить великі аніони, наприклад, (NH₄)₃[CO(NO₂)₆], K₃[Co(NO₂)₆], KHC₄H₄O₆ S і інші.

Особливістю катіонів калію  і натрію є те, що вони утворюють добре розчинні в воді сильні основи, майже повністю дисоційовані в розбавлених водних розчинах. Ця характеристика NaOH і KOH пояснюється відносно великими радіусами їх іонів і малими зарядами при порівнянні з Mg²⁺-іонами, які утворюють нерозчинну в воді основу Mg(OH)₂.

Катіони І аналітичної  групи безбарвні. Колір їх з’єднань може бути обумовлена тільки відповідними аніонами. Кольоровими з’єднаннями можуть бути хромати (жовті), біхромати (оранжеві), манганати (зелені), перманганати (малиново-червоні), гексаціаноферати(ІІ) (жовті), гексаціаноферати(ІІІ) (червоні) і гексаціанокобальти(ІІІ) (жовті і червоні).

Всі катіони І аналітичної групи, крім NH₄⁺- іонів, здатні до дії відновників і окисників, а NH₄⁺- іони здатні окислюватись при дії сильних окисників.

За своїми аналітичними характеристиками Li⁺- іони відрізняються характерними рисами. З однієї сторони, Li⁺- іони утворюють аналогічно іонам лужних металів в міру розчинна в воді сильна основа LiOH. В цьому відношенні Li⁺- іони нагадують Na⁺- іони. З іншої сторони , подібні до іонам магнію і катіонам ІІ аналітичної групи, Li⁺-іони утворюють малорозчинні карбонат, фосфат, фторид, відрізняючись цим від Na⁺- іонів. Таким чином, літій є перехідним елементом від групи лужних до групи лужноземельних металів.

В результаті того, що карбонат амонію нерозчинний у воді, деякі  вчені відносять до ІІ аналітичної  групи,катіони якої осаджуються  в вигляді нерозчинних у воді карбонатів і фосфатів (на відміну від катіонів І групи).  Але це не має прочного наукового обґрунтування за наступними розуміннями.

1. Властивості Mg²⁺- іона відрізняються найменшим радіусом порівняно з радіусами Ca²⁺ (0,106нм ), Sr²⁺ (0,127нм), Ba²⁺ (0,143нм), у багатьох  відношеннях нагадує особливості іонів літію, які звичайно, відносяться до катіонів І аналітичної групи.
2. Катіони магнію і літію, в присутності солі амонію не осаджуються в вигляд і карбонатів і оксикарбонатів (осадження ведуть карбонатом амонію), а карбонати Ba²⁺ , Sr²⁺, Ca²⁺ осаджуються.
3. Якщо вибрати груповий реактив – фосфат натрію або амонію, то разом з фосфатами барію, кальцію, стронцію і магнію в осад випаде Li₃PO₄.

Тому  іони магнію потрібно відносити до катіонів І аналітичної групи.

Катіони І аналітичної групи утворюють  характерні з’єднання тільки з деякими  специфічними реактивами.

Катіони другої аналітичної групи

До другої аналітичної групи  катіонів належать іони лужноземельних металів Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺. Катіони цієї групи осаджуються в присутності NH₄Cl і NH₄OH при рН = 9 груповим реактивом (NH₄)₂CO₃ у вигляді карбонатів. Цим відрізняється ІІ аналітична група від І групи, яка не має групового реактиву. На відміну від катіонів інших груп (ІІІ, ІV і V), катіони ІІ групи не осаджуються сірководнем і сульфідом амонію.

Більшість з’єднань катіонів ІІ аналітичної групи безбарвні і малорозчинні у воді.

Розчиняються у воді: всі гідроксиди, що є сильними основами (найменш  розчинний Ca(OH)₂, найбільш розчинний Ba(OH)₂), хлориди, броміди, йодиди, гексаціаноферати (за винятком CaKNH₄[Fe(CN)₆] і BaK₂[Fe(CN)₆]), роданіди, гіпохлорити, нітрати, нітрити, ацетати, сульфіди (крім відносно малорозчинного CaS), тіосульфати і хромати (крім BaCrO₄ і SrCrO₄).

 Не розчинні у воді: фториди, сульфати, сульфіти, карбонати, оксалати, фосфати, арсеніти, арсенати, силікати , а також тіосульфат барію, гексаціаноферати (ІІ)кальцію, барію і стронцію.

Кольорові з’єднання є всі солі кислот з кольоровими аніонами: хромати, біхромати, манганати, перманганати і  гексанітрокобальтати (ІІІ).

Всі катіони ІІ аналітичної групи  здатні до дії окисників  і відновників.

 Карбонат амонію (NH₄)₂CO₃ є груповим реагентом на катіони ІІ аналітичної групи і використовується в якісному аналізі для їх відділення від катіонів І аналітичної групи. При взаємодії з розчинами солей кальцію, стронцію і барію (NH₄)₂CO₃  осаджує відповідні карбонати:

SrCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = SrCO₃↓ + 2NH₄Cl

або в іонній формі:

Sr²⁺ + CO₃^2- = SrCO₃↓

Карбонати кальцію, стронцію і барію  – білого кольору, практично нерозчинні у воді. Всі вони розчиняються в оцтовій, хлорид ній, азотній і багатьох інших кислотах  з виділенням вуглекислого газу:

SrCO₃ + H⁺ = Sr²⁺ + H₂O + CO₂↑

Карбонати катіонів ІІ аналітичної  групи розчиняються також у воді при наявності в ній вуглекислого газу. При цьому утворюються гідрокарбонати:

CaCO₃ + H₂O + CO₂ = Ca (HCO₃)₂

Забруднення карбонату амонію великою  кількістю гідрокарбонатом амонію може призвести до часткової або  повної втрати катіонів ІІ аналітичної  групи, так як гідрокарбонати цих  елементів розчинні у воді.

Розклад утворених гідрокарбонатів  відбувається  під час нагрівання:

Sr (HCO₃)₂  ^{нагрівання}   SrCO₃↓ + H₂O + CO₂↑                                                                                                                                    

В розчині карбонату амонію є  також домішки карбонату амонію, утвореного згідно реакції:

 (NH₄)₂CO₃           NH₄OCONH₂ + H₂O 

При кімнатній температурі реакція зміщується вправо, а при нагріванню вліво.

Крім того, при нагріванні осад карбонатів із аморфного переходять в кристалічний.

Однак, дуже сильне нагрівання призводить до підвищенню розчинності карбонатів катіонів ІІ аналітичної групи в  розчинах солей амонію, що може бути джерелом помилок. Тому при осадженні карбонатів не слід доводити температуру осаджуваної суміші до кипіння.

Вплив NH₄HCO₃ можна вилучити додавання в розчин аміаку, так як при цьому гідрокарбонат перетворюється в карбонат. Для попередження утворення гідрокарбонатів в розчин реактива (NH₄)₂CO₃ додають 6н. розчин аміаку.

Для утримання в розчині іонів  магнію, які при відомих умовах можуть також випадає осад в вигляді Mg₂(OH)₂CO₃, до розчину слід додати NH₄Cl. Зате необхідно мати на увазі, що карбонати кальцію, стронцію і барію помітно розчинені в розчинах амонійних солей сильних кислот. Тому при осаджені карбонатів, до розчину добавляють суміш, утворену із хлориду амонію і розчину аміаку.