CHEMIA ANALITYCZNA - część A -

Transkrypt

1 CHEMIA ANALITYCZNA - część A -

2

3 Spis treści Regulamin pracowni chemii analitycznej... 3 Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych... 4 Zagadnienia do kolokwiów... 5 Literatura 7 Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych... 8 Efekty kształcenia... 9 ANALIZA JAKOŚCIOWA Zestaw sprzętu laboratoryjnego na stanowisku ĆWICZENIE 1. Rozdział kationów I grupy analitycznej ĆWICZENIE 2. Rozdział kationów IV grupy analitycznej ĆWICZENIE 3. Analiza anionów oraz soli Materiały dodatkowe ANALIZA ILOŚCIOWA Zestaw sprzętu laboratoryjnego na stanowisku ĆWICZENIE 4. Pracownia problemowa. Przygotowanie roztworów do analizy ilościowej ĆWICZENIE 5. Acydymetryczne oznaczanie wodorotlenku sodu wobec oranżu metylowego ĆWICZENIE 6. Alkalimetryczne oznaczanie kwasu octowego z wizualną, pehametryczną i potencjometryczną detekcją punktu końcowego miareczkowania ĆWICZENIE 7. Oznaczenie wagowe siarczanów(vi) w postaci siarczanu(vi) baru ĆWICZENIE 8. Oznaczenie wagowe niklu(ii) w postaci dimetyloglioksymianu niklu(ii) ĆWICZENIE 9. Argentometryczne oznaczanie chlorków metodą Mohra ĆWICZENIE 10. Kompleksonometryczne oznaczanie mieszaniny zawierającej jony wapnia i magnezu ĆWICZENIE 11. Manganometryczne oznaczanie kwasu szczawiowego ĆWICZENIE 12. Jodometryczne oznaczanie bromianów(v) i miedzi(ii) ĆWICZENIE 13. Oznaczanie kwasu askorbinowego za pomocą 2,6-dichlorofenoloindofenolu ĆWICZENIE 14. Bromianometryczne oznaczanie glinu(iii) po strąceniu za pomocą 8-hydroksychinoliny Słowniczek pojęć z chemii analitycznej Spis treści 2

4 Regulamin pracowni chemii analitycznej Regulamin pracowni chemii analitycznej 1. Ćwiczenia rozpoczynają się i kończą zgodnie z ustalonym podziałem godzin. 2. W pracowni mogą przebywać wyłącznie studenci należący do grupy wykonującej ćwiczenia. 3. Obecność w pracowni obowiązuje przez cały czas trwania ćwiczeń. Studentowi wolno opuścić pracownię po uprzednim zgłoszeniu osobie prowadzącej ćwiczenia. 4. Godziny ćwiczeń należy poświęcić intensywnej pracy. 5. Palenie tytoniu, papierosów elektronicznych i spożywanie posiłków na pracowni jest zabronione. 6. Pracować wolno tylko w wyznaczonym miejscu, posługując się chemikaliami i sprzętem przydzielonym do danego stanowiska. 7. Każdy student zobowiązany jest posiadać własny fartuch laboratoryjny, okulary ochronne, ścierki do szkła i stołu, niezmywalny pisak do szkła, mydło, ręcznik oraz środek myjący do szkła. 8. W pracowni należy utrzymywać wzorową czystość i porządek (dotyczy to nie tylko szkła laboratoryjnego, stołów, szafek, ale również półek, zlewu, podłogi, etc.). Wszelkie rzeczy osobiste (np. torby) należy przechowywać w wyznaczonych do tego celu szafkach. Wierzchnie okrycia należy pozostawić w szatni. Przed wyjściem z pracowni należy starannie umyć ręce. 9. Z odczynników należy korzystać zgodnie z zasadami pracy laboratoryjnej. 10. Ciecze żrące (np. resztki stężonych roztworów kwasów i zasad) należy zlewać do wyznaczonych w tym celu pojemników, a inne roztwory do zlewu, spłukując dobrze wodą. 11. Zabrania się wynoszenia jakichkolwiek odczynników z pracowni. 12. Prądu, gazu, wody wodociągowej oraz destylowanej należy używać jak najoszczędniej. 13. Wszystkie prace z substancjami łatwopalnymi, toksycznymi i cuchnącymi należy przeprowadzać pod wyciągiem. 14. Wychodząc z pracowni należy zgasić wszystkie palniki, skontrolować szczelność kurków gazowych oraz zamknąć główne zawory gazu i wody. 15. W przypadku pożaru nie należy wywoływać paniki. W miarę możliwości pożar zlokalizować, usunąć z najbliższego otoczenia materiały łatwopalne i przystąpić do gaszenia, stosując znajdujące się w pracowni środki gaśnicze (gaśnica). 16. O każdym skaleczeniu, oparzeniu i złym samopoczuciu należy niezwłocznie poinformować osobę prowadzącą ćwiczenia. 17. W pokoju wagowym wolno przebywać wyłącznie osobom odważającym. Ważenie na wagach technicznych i analitycznych powinno odbywać się zgodnie z obowiązującymi zasadami. 18. Każdy student waży tylko na tej wadze, do której został przydzielony. Przed rozpoczęciem ważenia student obowiązany jest wpisać się do zeszytu znajdującego się przy danej wadze. Każde nieprawidłowe działanie wagi oraz jej zanieczyszczenie należy zgłosić osobie prowadzącej ćwiczenia. 3

5 Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych ĆWICZENIE 1. Omówienie regulaminu obowiązującego w pracowni chemii analitycznej oraz tematyki ćwiczeń laboratoryjnych i zagadnień do kolokwiów. Szkło i sprzęt laboratoryjny używany w analizie jakościowej i ilościowej. Badania własne i identyfikacja kationów I grupy analitycznej: Ag(I), Hg(I), Pb(II). ĆWICZENIE 2. ĆWICZENIE 3. Identyfikacja kationów grupy IV: Ni(II), Co(II), Mn(II), Zn(II), Fe(II), Fe(III), Al(III), Cr(III). Badania własne anionów i identyfikacja soli. ĆWICZENIE 4. Pracownia problemowa. Przygotowanie roztworów do analizy ilościowej. ĆWICZENIE 5. Acydymetryczne oznaczanie wodorotlenku sodu wobec oranżu metylowego. ĆWICZENIE 6. Alkalimetryczne oznaczanie kwasu octowego z wizualną, pehametryczną i potencjometryczną detekcją punktu końcowego miareczkowania. ĆWICZENIE 7. ĆWICZENIE 8. ĆWICZENIE 9. ĆWICZENIE 10. ĆWICZENIE 11. Oznaczanie wagowe siarczanów(vi) w postaci siarczanu(vi) baru. Oznaczenie wagowe niklu(ii) w postaci dimetyloglioksymianu niklu(ii). Argentometryczne oznaczanie chlorków metodą Mohra. Kompleksonometryczne oznaczanie mieszaniny zawierającej jony wapnia i magnezu. Manganometryczne oznaczanie kwasu szczawiowego. Jodometryczne oznaczanie bromianów(v) i miedzi(ii). ĆWICZENIE 12. ĆWICZENIE 13. Oznaczanie kwasu askorbinowego za pomocą 2,6-dichlorofenoloindofenolu. Bromianometryczne oznaczanie glinu(iii) po strąceniu za pomocą 8-hydroksychinoliny. ĆWICZENIE 14/15. Odrabianie zaległych ćwiczeń i zaliczenie laboratorium z chemii analitycznej. Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych 4

6 Zagadnienia do kolokwiów I. KOLOKWIUM: Zagadnienia ogólne. Analiza jakościowa. (termin: 3 i 4 pracownia) 1. Określanie stężeń roztworów odczynników. Przeliczanie stężeń procentowych i molowych roztworów. 2. Rodzaje odczynników chemicznych: specyficzne, selektywne, maskujące, grupowe, charakterystyczne. 3. Podział kationów na grupy analityczne wg Freseniusa i Lipca-Szmala. 4. Rozdział i identyfikacja kationów należących do grup analitycznych od I do V wg zmodyfikowanego podziału opracowanego przez Lipca-Szmala. 5. Podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena, analiza anionów i podstawowe reakcje chemiczne służące do ich identyfikacji. 6. Identyfikacja próbek stałych. II. KOLOKWIUM: Metody analizy ilościowej wykorzystujące reakcje kwas zasada. Alkacymetria. (termin: 5 i 6 pracownia) 1. Pojęcie kwasu i zasady. Teoria protonowa Brönsteda. 2. Stała i stopień dysocjacji. 3. Roztwory wodne kwasów i zasad. Wartość ph. 4. Roztwory buforowe. 5. Zagadnienia ogólne dotyczące analizy miareczkowej. Klasyfikacja metod miareczkowych. Błędy w analizie miareczkowej. 6. Reakcje zobojętniania i ich wykorzystanie w analizie miareczkowej: acydymetria i alkalimetria. 7. Substancje wzorcowe, roztwory wzorcowe, przygotowanie roztworów mianowanych w alkacymetrii. 8. Wskaźniki kwasowo-zasadowe. Teoria działania wskaźników Ostwalda i Hantzscha. 9. Krzywe miareczkowania alkacymetrycznego. 10. Acydymetria i alkalimetria przykłady oznaczeń. III. KOLOKWIUM: Metody analizy ilościowej wykorzystujące reakcje strącania osadów. Analiza wagowa. Precypitometria. (termin: 7 i 8 pracownia) Zagadnienia do sprawdzianów 1. Równowagi osad - roztwór i ich wykorzystanie w analizie. 2. Zasada analizy wagowej. Wagi i ważenie. 3. Rodzaje osadów. 4. Dobór warunków strącania osadów, sączenie, przemywanie, suszenie i prażenie osadów. 5. Zjawiska towarzyszące strącaniu osadów: adsorpcja, okluzja, strącanie następcze. 6. Strącanie z roztworów homogenicznych. 7. Klasyczny i termodynamiczny iloczyn rozpuszczalności. 8. Czynniki wpływające na rozpuszczalność osadów. 9. Przykłady oznaczeń wagowych. 10. Objętościowa analiza wytrąceniowa (precypitometria). Krzywa miareczkowania wytrąceniowego. 11. Wskaźniki w miareczkowaniu wytrąceniowym. 12. Argentometria i merkurometria przykłady oznaczeń. 5

7 IV. KOLOKWIUM: Metody analizy ilościowej wykorzystujące tworzenie się związków kompleksowych. Kompleksometria. (termin: 9 i 10 pracownia) 1. Tworzenie i budowa kompleksów. 2. Równowagi kompleksowania i ich wykorzystanie w analizie. 3. Stałe trwałości i stałe nietrwałości. 4. Miareczkowanie oparte na reakcjach kompleksowania. 5. Kwas etylenodiaminotetraoctowy, jego sole i kompleksy w chemii analitycznej. 6. Krzywa miareczkowania kompleksometrycznego. 7. Wskaźniki kompleksometryczne. 8. Kompleksonometria podstawy teoretyczne i przykłady oznaczeń. 9. Merkurymetria podstawy teoretyczne i przykłady oznaczeń. V. KOLOKWIUM: Metody analizy ilościowej wykorzystujące reakcję utleniania i redukcji. Redoksymetria. (termin: 11 i 12 pracownia) 1. Reakcje utleniania i redukcji. Utleniacze i reduktory. 2. Charakterystyka aktywności układów redoks. 3. Równanie Nernsta. 4. Stała równowagi reakcji redoks. 5. Czynniki wpływające na przebieg reakcji redoks. 6. Krzywa miareczkowania redoks. 7. Wskaźniki redoks. 8. Oksydymetria: manganometria, jodometria, bromianometria, jodanometria, chromianometria, cerometria podstawy teoretyczne i przykłady oznaczeń. 9. Reduktometria: ferrometria, tytanometria, askorbinometria podstawy teoretyczne i przykłady oznaczeń. Zagadnienia do sprawdzianów 6

8 Literatura [1] Skoog D. A., West D. M., Holler F. J., Crouch S. R., Podstawy chemii analitycznej, tom 1 i 2, PWN, Warszawa 2007 [2] Minczewski J., Marczenko Z. Chemia analityczna, tom 1 i 2, PWN, Warszawa 1999 [3] Cygański A., Chemiczne metody analizy ilościowej, WNT, Warszawa 2013 [4] Szmal Z. S., Lipiec T., Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, PZWL, Warszawa 1999 Karty charakterystyk stosowanych substancji są dostępne w pracowniach oraz na stronach internetowych: Literatura 7

9 Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych Warunkiem zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych z chemii analitycznej jest wykonanie wszystkich zadań przewidzianych w harmonogramie oraz uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwiów i sprawozdań. I. ANALIZA JAKOŚCIOWA W ramach każdych ćwiczeń student dostaje tylko jedną próbkę kontrolną. Za pozytywne wykonanie ćwiczeń student uzyskuje odpowiednią ilość punktów. Zadanie wykonane z jednym błędem zalicza się, przy czym liczbę punktów zmniejsza się o 1 punkt. I grupa kationów IV grupa kationów Próbki stałe 2 punkty 3 punkty 4 punkty W zależności od liczby uzyskanych punktów student otrzymuje następującą ocenę: 9 punktów bardzo dobry 8 punktów dobry+ 7 punktów dobry 6 punktów dostateczny+ 5 punktów dostateczny 4 punktów niedostateczny II. ANALIZA ILOŚCIOWA Każdą próbkę kontrolną student może powtórzyć jeden raz. W zależności od wykonania próby kontrolnej z odpowiednią dokładnością, podaną w sprawozdaniu jako błąd względny oznaczenia (%), student otrzymuje następującą ocenę: 0 1% bardzo dobry 1,1 2% dobry+ 2,1 3% dobry 3,1 4% dostateczny+ 4,1 5% dostateczny Uwaga: z wyjątkiem ćwiczeń, w których obowiązują inne kryteria ocen. Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych 8

10 Efekty kształcenia Student ma wiedzę dotyczącą praw chemicznych równowag chemicznych w roztworach wodnych (równowag kwasowo-zasadowych, jonowych i redoksowych), warunków strącania osadów, mechanizmów towarzyszących tworzeniu osadów. Student opanował umiejętność zapisu równań reakcji chemicznych oraz bilansów elektronowych. Student zna metody klasycznej analizy jakościowej wybranych kationów i anionów. Student zna wagowe i miareczkowe metody analizy chemicznej. Student potrafi posługiwać się szkłem i podstawowym sprzętem stosowanym w laboratorium analitycznym. Student potrafi samodzielnie przygotować roztwory do analizy wagowej i miareczkowej, zaproponować metodę analizy klasycznej w zależności od właściwości analitu oraz przeprowadzić analizę jakościową i ilościową wybranych analitów. Student potrafi dokonać podstawowych obliczeń z zakresu chemii analitycznej dotyczących rozcieńczania roztworów, obliczania stężenia przygotowywanych roztworów mianowanych, przeliczania stężenia procentowego na molowe i molowego na procentowe oraz obliczania zawartości analitu w wydanej próbce. Student samodzielnie interpretuje, opracowuje i dokonuje oceny statystycznej wyników w sprawozdaniach z zakresu analizy jakościowej i ilościowej. Student ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania związane z pracą zespołową oraz za bezpieczeństwo pracy własnej oraz innych w laboratorium analitycznym. Student rozumie podstawowe zasady etyki pracy w laboratorium analitycznym. Efekty kształcenia 9

11 ANALIZA JAKOŚCIOWA Analiza jakościowa 10

12 Zestaw sprzętu laboratoryjnego na stanowisku probówki duże 5 szt. probówki wirówkowe 5 szt. małe pipety szklane 5 szt. bagietka 1 szt. zlewka 250 ml 1 szt. zlewka 100 ml 1 szt. lejek szklany 1 szt. cylinder miarowy 10 ml 1 szt. małe szkiełko zegarkowe 1 szt. mała parowniczka porcelanowa 1 szt. płytka Feigla 1 szt. aparat do pochłaniania gazów 1 szt. tryskawka 1 szt. łapa do probówek 1 szt. Analiza jakościowa 11

13 ĆWICZENIE 1 Rozdział kationów I grupy analitycznej Próbka: do 1 ml badanego roztworu dodać około 10 kropel 3 mol/l HCl i po sprawdzeniu całkowitego wytrącenia osad odwirować i zdekantować. Osad I - AgCl, PbCl 2, Hg 2 Cl 2 : osad przemyć 1 mol/l HCl i odwirować, dodać 1 ml wody destylowanej i ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej przez minut, odwirować na gorąco i zdekantować. Osad II - Hg 2 Cl 2, AgCl: dodać ok. 10 kropel stężonego NH 3 H 2 O i odwirować. Osad III - HgNH 2 Cl + Hg: ciemny osad, który wskazuje na obecność Hg, rozpuszcza się w mieszaninie 6 kropel HCl o stęż. 6 mol/l i 2 kropel HNO 3 o stęż. 6 mol/l (woda królewska), ogrzewa się do rozpuszczenia osadu i odparowuje prawie* do sucha. Po rozpuszczeniu osadu w paru kroplach wody dodaje się 3 krople SnCl 2. Biały osad Hg 2 Cl 2 lub szary (Hg 2 Cl 2 + Hg) wskazuje na obecność Hg Roztwór I: o ile nie zawiera kationów grup II-V, wylać. Roztwór III - Ag(NH 3 ) 2 +, Cl - i nadmiar NH 3 H 2 O: zakwasić 6 mol/l HNO 3 wobec papierka lakmusowego; wytrącenie białego osadu AgCl wskazuje na obecność Ag +. Roztwór II - PbCl 2 : Podzielić na 4 części i badać na obecność Pb 2+ następująco: 1) oziębienie wytrącenie kryształów PbCl 2, 2) dodanie H 2 SO 4 wytrącenie białego osadu PbSO 4, 3) dodanie K 2 CrO 4 wytrącenie żółtego osadu PbCrO 4, 4) dodanie KI wytrącenie żółtego osadu PbI 2, rozpuszczalnego w nadmiarze KI. *- powstały HgCl 2 (sublimat) może się ulotnić Analiza jakościowa 12

14 ARKUSZ SPRAWOZDAWCZY DO ĆWICZEŃ Z ANALIZY JAKOŚCIOWEJ Analiza kationów I grupy analitycznej Imię i nazwisko... Grupa Próbka kontrolna:... (postać, barwa, odczyn) W sprawozdaniu należy napisać równania wszystkich reakcji chemicznych za pomocą których zidentyfikowano kationy I grupy analitycznej. Lp. Wykonywana czynność laboratoryjna Obserwacje efektów analitycznych Równania reakcji chemicznych Przypuszczenie lub pewność obecności kationów Analiza jakościowa Wykryte kationy:... Zaliczenie:... 13

15 ĆWICZENIE 2 Rozdział kationów IV grupy analitycznej Przed przystąpieniem do analizy kationów IV grupy analitycznej należy stwierdzić stopień utlenienia ewentualnie obecnego kationu żelaza (reakcja niewielkiej ilości próbki z KSCN). Do 1-2 ml badanego roztworu dodać 1 ml NH 4 Cl (4 mol/l) [1], parę kropel stęż. NH 3 H 2 O do uzyskania odczynu zasadowego oraz kropel roztworu CH 3 CSNH 2 (AKT) lub (NH 4 ) 2 S. Ogrzewać przez 15 min. (nie krócej) na wrzącej łaźni wodnej. Wytrącony osad odwirować, sprawdzić całkowitość wytrącenia i zdekantować. Osad przemyć dwukrotnie uprzednio przygotowanym roztworem*, za każdym razem odwirować i zdekantować. Roztwór wylać, a osad odstawić na 5-10 min. Osad I - CoS, NiS, MnS, ZnS, FeS, Fe 2 S 3, Al(OH) 3, Cr(OH) 3 i ew. Mg(OH) 2 **: do osadu dodać 2 ml HCl o stęż. 1 mol/l (nie mocniejszego [2] ). Mieszać bagietką przez 5 minut (nie ogrzewając!). Odwirować. Roztwór I: o ile nie zawiera kationów grupy V, wylać. Osad II - CoS, NiS: przemyć 2 razy wodą destylowaną, dodać do osadu kropel HCl o stęż. 6 mol/l i 5-7 kropel 3% H 2 O 2. Ogrzewać na łaźni wodnej aż do rozpuszczenia osadu, następnie odsączyć od wydzielonej siarki. Przesącz podzielić na 3 części. a) badanie obecności Ni 2+ : dodać stężonego NH 3 H 2 O do otrzymania odczynu zasadowego oraz kilka kropel roztworu dimetyloglioksymu; różowy osad świadczy o obecności Ni 2+. b) badanie obecności Co 2+ : dodać kilka kropli KSCN o stęż. 5 mol/l. W razie powstania czerwonego zabarwienia roztworu dodać NH 4 F [3] aż do odbarwienia, a następnie kilka kropel alkoholu amylowego. Roztwór II - Mn 2+,Zn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Al 3+,Cr 3+ : nadmiar HCl, H 2 S i ew. Mg(OH) 2 : do roztworu dodać 10 kropel HNO 3 o stężeniu 3 mol/l i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej przez 10 minut [4]. Do roztworu dodać NaOH o stęż. 6 mol/l do uzyskania odczynu zasadowego i 3 krople nadmiaru [5] oraz kilka kropel 3% H 2 O 2 [6]. Ogrzewać na łaźni wodnej aż do rozłożenia się nadmiaru H 2 O 2. Osad III - Fe(OH) 3, MnO MnO 2 i ew. Mg(OH) 2 : przemyć 2 razy wodą destylowaną, dodać 1 ml NH 4 Cl (4 mol/l) i mieszać bagietką ok. 5 min., odwirować. Osad IV - Fe(OH) 3, MnO MnO 2 : podzielić na 2 części. - 1-szą część rozpuścić w 6 mol/l HCl, badać na obecność Fe 3+ : a) dodać KSCN czerwonokrwiste zabarwienie świadczy o obecności Fe 3+ ; b) dodać K 4 [Fe(CN) 6 ] szafirowy osad błękitu pruskiego świadczy o obecności Fe gą część osadu badać na obecność Mn 2+ : dodać stężonego H 2 SO 4 i ogrzewać, aż do ukazania się białych Roztwór IV - Mg 2+ i nadmiar NH 4 + : - do roztworu dodać 3 krople stęż. NH 3 H 2 O i kilka kropel Na 2 HPO 4. Powstanie białego osadu MgNH 4 PO 4 świadczy o obecności Mg 2+. Roztwór III - Al(OH) 4 -, Zn(OH) 4, CrO 4, ew. Cr 2 O 7 i nadmiar NaOH: dodać CH 3 COOH (6 mol/l) do odczynu kwasowego i jeszcze 3-4 krople nadmiaru [8]. Następnie, jeżeli roztwór ma zabarwienie pomarańczowe, zbadać na obecność jonu Cr 2 O 7 : a) do 2 kropel roztworu dodać 2 krople Pb(CH 3 COO) 2 żółty osad PbCrO 4 świadczy o obecności Cr 3+ ; b) przygotować mieszaninę Lehnera (równe objętości 3 mol/l H 2 SO 4, 3% H 2 O 2 i eteru), dodać do niej kilka kropel badanego roztworu i silnie wstrząsnąć niebieskie zabarwienie warstwy eterowej od powstałego CrO 5 świadczy o obecności Cr 3+ w próbce. Analiza jakościowa 14

16 Silnie wstrząsnąć probówką. Niebieskie zabarwienie warstwy alkoholowej świadczy o obecności Co 2+. c) kolejne badanie obecności Co 2+ : dodać 3 krople CH 3 COOH, 3 krople CH 3 COONa oraz ok. 0,2g stałego KNO 2. Powstanie żółtego osadu K 2 Na[Co(NO 2 ) 6 ] świadczy o obecności Co 2+. dymów [7] ; dodać stałego PbO 2 lub Pb 3 O 4 i 5 kropel stęż. HNO 3. Ogrzewać w parowniczce przez 1 min., następnie dodać wodę destylowaną i jeszcze raz ogrzać do wrzenia. Czerwono-fioletowe zabarwienie roztworu od powstałego MnO 4 - świadczy o obecności Mn 2+ (reakcja Cruma). Jeśli obecność jonów Cr 2 O 7 została stwierdzona, należy je usunąć w postaci BaCrO 4. W tym celu należy dodać kilka kropel Ba(NO 3 ) 2, odwirować i osad odrzucić (w razie niestwierdzenia obecności Cr 2 O 7, dodatek Ba(NO 3 ) 2 jest zbyteczny). Do roztworu, w którym znajdują się jony Al 3+ i Zn 2+, dodać stęż. NH 3 H 2 O do uzyskania odczynu zasadowego i kilka kropel nadmiaru [9]. Odwirować. Osad V - Al(OH) 3 : przemyć 2 razy wodą destylowaną, rozpuścić w 6 mol/l CH 3 COOH, dodać 4-5 kropel aluminonu, 3-4 krople (NH 4 ) 2 CO 3 i wstawić na kilka minut do wrzącej łaźni wodnej. Powstanie czerwonego osadu świadczy o obecności Al 3+. Roztwór V - Zn(NH 3 ) 6 2+ : roztwór podzielić na 2 części: część 1 dodać 10 kropel AKT lub (NH 4 ) 2 S, ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej przez 10 minut, powstanie białego osadu ZnS świadczy o obecności Zn 2+ ; część 2 dodać 3 mol/l HCl do odczynu kwasowego oraz kilka kropel (NH 4 ) 2 [Hg(SCN) 4 ] i 3 krople 0,02% CoCl 2. Powstanie niebieskawego krystalicznego osadu (czasem dopiero po kilku minutach) świadczy o obecności Zn 2+. * Roztwór do przemywania: do 5 kropel NH 3 H 2 O dodać 5 kropel AKT lub (NH 4 ) 2 S, ogrzać do wrzenia i dodać 5 kropel NH 4 Cl. ** W razie, gdy przy wytrącaniu wodorotlenków i siarczków IV grupy kationów ph roztworu przekroczy wartość 8,5 wytrąca się również częściowo Mg(OH) 2. Analiza jakościowa Uwagi: [1] Dodatek NH 4 Cl obniża stężenie jonów OH -. Przy tak obniżonym ph roztworu nie wytrąca się Mg(OH) 2, natomiast nie rozpuszczają się amfoteryczne Al(OH) 3 i Cr(OH) 3. Poza tym obecność NH 4 Cl zapobiega tworzeniu się koloidowych roztworów wodorotlenków i siarczków. [2] W razie użycia HCl o wyższym stężeniu niż 1 mol/l, mogą się częściowo rozpuścić siarczki CoS i NiS. [3] Czerwone zabarwienie może powstać na skutek obecności jonów Fe 3+. NH 4 F wiąże jony Fe 3+ z utworzeniem trwałego, bezbarwnego jonu kompleksowego FeF 3-6. [4] Ogrzewanie roztworu z 3 mol/l HNO 3 powoduje utlenienie przeszkadzającego H 2 S do S 0. [5] Nadmiar NaOH jest konieczny w celu rozpuszczenia amfoterycznych wodorotlenków Al(OH) 3, Zn(OH) 2 i Cr(OH) 3. [6] Woda utleniona 3% roztwór H 2 O 2 powoduje utlenienie: Cr(OH) - 4 do CrO 4, Fe 2+ do Fe 3+ oraz Mn 2+ do Mn 4+. [7] Ukazanie się białych dymów SO 3 świadczy o tym, że bardziej lotny HCl został usunięty z roztworu. [8] CH 3 COOH jest potrzebny do rozpuszczenia wodorotlenków Zn(OH) 2 i Al(OH) 3 wg reakcji: Al(OH) H + Al(OH) 3 + H 2 O nadmiar jonów H + : Al(OH) 3 + 3H + Al H 2 O [9] 2+ Nadmiar NH 3 H 2 O jest konieczny do powstania rozpuszczalnego jonu kompleksowego Zn(NH 3 ) 6 (w odróżnieniu od Al(OH) 3 ). [10] Aluminon daje w podobnych warunkach osad z solami Fe 3+, Cr 3+ i Ca 2+, które w obecności (NH 4 ) 2 CO 3 rozkładają się. 15

17 ARKUSZ SPRAWOZDAWCZY DO ĆWICZEŃ Z ANALIZY JAKOŚCIOWEJ Analiza kationów IV grupy analitycznej Imię i nazwisko... Grupa Próbka kontrolna:... (postać, barwa, odczyn) W sprawozdaniu należy napisać równania wszystkich reakcji chemicznych za pomocą których zidentyfikowano kationy IV grupy analitycznej. Lp. Wykonywana czynność laboratoryjna Obserwacje efektów analitycznych Równania reakcji chemicznych Przypuszczenie lub pewność obecności kationów Wykryte kationy:... Zaliczenie:... Analiza jakościowa 16

18 ĆWICZENIE 3 Analiza anionów oraz soli I. Analiza anionów Podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena oparty jest na reakcjach anionów z jonami Ag + (roztwór AgNO 3 ) i Ba 2+ (roztwór Ba(NO 3 ) 2 ). Biorąc pod uwagę rozpuszczalność soli srebra(i) i baru, można zaliczyć anion do jednej z 7 grup analitycznych. Podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena Grupa Reakcje z odczynnikami grupowymi Aniony Analiza jakościowa I grupa II grupa III grupa IV grupa V grupa VI grupa VII grupa Jony Ag + wytrącają osad, nierozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ba 2+ osadu nie wytrącają. Jony Ag + wytrącają osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ba 2+ osadu nie wytrącają. Jony Ag + wytrącają biały osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ba 2+ wytrącają biały osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ag + wytrącają barwny osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ba 2+ wytrącają osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ag + osadu nie wytrącają. Jony Ba 2+ osadu nie wytrącają. Jony Ag + osadu nie wytrącają. Jony Ba 2+ wytrącają osad, trudno rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ag + wytrącają żółty osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Jony Ba 2+ wytrącają biały osad, rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3. Przeprowadzić identyfikację anionów wykonując: Cl -, Br -, I -, ClO -, CN -, SCN -, Fe(CN) 6 4-, Fe(CN) 6 3- S, CH 3 COO -, NO 2 - SO 3, CO 3, C 2 O 4, C 4 H 4 O 6, BO 2 - S 2 O 3, CrO 4, Cr 2 O 7, AsO 3 3-, AsO 4 3-, PO 4 3- NO 3 -, MnO 4 -, ClO 3 -, ClO 4 - SO 4, F -, SiF 6 SiO 3 a) badania wstępne z odczynnikami, które pozwalają na zakwalifikowanie lub wyeliminowanie całych grup anionów: reakcje z jonami srebra(i) - stosuje się roztwór azotanu(v) srebra(i) o stężeniu 0,1 mol/l. 17

19 Do jednej probówki z badaną próbką dodać roztwór AgNO 3 i obserwować efekt analityczny. 2Ag + + S Ag 2 S (czarny osad) Ag + + CH 3 COO - CH 3 COOAg (biały osad) Ag NO 2 AgNO 2 (biały osad) reakcje z jonami baru - stosuje się roztwór azotanu(v) baru o stężeniu 0,25 mol/l. Do drugiej probówki z badaną próbką dodać roztwór Ba(NO 3 ) 2 i obserwować efekt analityczny. Ba 2+ + S reakcja nie zachodzi Ba 2+ + CH 3 COO - reakcja nie zachodzi Ba NO 2 reakcja nie zachodzi Osad jest rozpuszczalny w rozcieńczonym HNO 3, więc anion należy do gr. II. reakcje z jodem Badaną próbkę lekko zakwasić H 2 SO 4 i dodać roztwór I 2 ; odbarwienie niebieskiego roztworu wskazuje na obecność anionów o właściwościach redukujących, np. Cl -, Br -, I -, CN -, SCN -, Fe(CN) 6 4-, S, NO 2 -, SO 3, C 2 O 4, C 4 H 4 O 6, S 2 O 3, AsO S + I 2/skrobia S + 2I - reakcje z manganianem(vii) potasu Badaną próbkę lekko zakwasić H 2 SO 4, dodać roztwór KMnO 4 i ogrzać na łaźni wodnej; odbarwienie fioletowego roztworu wskazuje na obecność anionów o właściwościach redukujących, np. Cl -, Br -, I -, CN -, SCN -, Fe(CN) 4-6, S, NO - 2, SO 3, C 2 O 4, C 4 H 4 O 6, S 2 O 3, AsO MnO 4 + 5S + 16H + 2Mn S + 8H 2 O - 2MnO 4 + 5SO 3 + 6H + 2Mn SO 4 + 3H 2 O reakcje z jodkiem potasu Badaną próbkę zakwasić rozcieńczonym H 2 SO 4, dodać kroplami rozcieńczony roztwór KJ oraz skrobię; niebieskie zabarwienie roztworu pochodzące od wydzielonego wolnego jodu wskazuje na obecność anionów o właściwościach utleniających, np. Fe(CN) 3-6, NO - 2, CrO 4, Cr 2 O 7, AsO 3-4, MnO - 4, ClO - 3, ClO - 4, BrO - 3, IO MnO I H + 2Mn I 2/skrobia + 8H 2 O Cr 2 O 7 + 6I H + 2Cr I 2/skrobia + 7H 2 O reakcje z rozcieńczonym kwasem siarkowym(vi) lub chlorowodorowym Badany roztwór zakwasić 0,5 mol/l HCl lub H 2 SO 4 i ogrzewać obserwując zachodzące reakcje, których produktami są często substancje gazowe. S + 2H + H 2 S (charakterystyczny zapach zgniłych jaj) CH 3 COO - + H + CH 3 COOH (charakterystyczny zapach octu) b) reakcje charakterystyczne (minimum 2) dla anionów tych grup, które dały pozytywny wynik z odczynnikami grupowymi, tj. jonami Ag + i Ba 2+. Analiza jakościowa 18

20 II. Analiza soli Jakościowa analiza chemiczna badanej soli polega na systematycznym, oddzielnym wykryciu kationu i anionu, które ją tworzą. Badaną próbkę dzielimy na trzy części. W jednej części przeprowadzamy analizę anionów, w drugiej - kationów, a trzecią część zostawiamy dla sprawdzenia. Wszystkie reakcje z odczynnikami grupowymi i charakterystycznymi wykonujemy w osobnych probówkach. Kolejność etapów analizy soli np. NaNO 2 1. Określ właściwości fizyczne soli: postać, barwę, zapach (ostrożnie!). 2. Przeprowadź analizowaną sól do roztworu rozpuszczając ją w wodzie na zimno lub na ciepło, a gdy próbka jest nierozpuszczalna w wodzie należy rozpuścić ją w kwasach (1 mol/l HCl lub HNO 3 ). Badając próbkę na rozpuszczalność w wodzie zimnej czy gorącej, zwracamy uwagę na zabarwienie roztworu które może pochodzić od rozpuszczalnych soli, np.: Cu(II) - niebieskie, Co(II) - różowe, Ni(II) - zielone, Mn(VII) - fioletowe, Fe(III) - żółte, Cr(III) - 4- ciemnozielone, CrO 4 - żółte, Cr 2 O 7 - pomarańczowe, Fe(CN) 6 - żółtozielone, Fe(CN) żółte. NaNO 2 (roztwór bezbarwny) 3. Zbadaj odczyn roztworu po rozpuszczeniu soli w wodzie: odczyn zasadowy wskazuje na obecność wolnej zasady lub soli mocnej zasady i słabego kwasu (octan, węglan, siarczek, azotan(iii), fosforan(v), boran), NaNO 2 + H 2 O Na + + OH - + HNO 2 (odczyn zasadowy) odczyn kwasowy może wskazywać na obecność wolnego kwasu oraz niektórych wodorosoli lub soli, które hydrolizując powodują zakwaszenie roztworu (sole żelaza, cynku, glinu), odczyn obojętny wskazuje na obecność soli mocnych kwasów i mocnych zasad lub soli słabych kwasów i słabych zasad. Analiza jakościowa 4. Określ grupę analityczną do której należy badany kation wykonując reakcje z odczynnikami grupowymi wg Lipca-Szmala: gr.i 3M HCl; białe osady chlorków, gr.ii 1,5M H 2 SO 4 ; białe osady siarczanów(vi), gr.iii CH 3 CSNH 2 (AKT) w środowisku rozc. H 2 SO 4 ; różnokolorowe osady siarczków, gr.iv CH 3 CSNH 2 (AKT) w środowisku NH 3 H 2 O i NH 4 Cl; białe i różnokolorowe osady siarczków oraz wodorotlenków, gr.v brak odczynnika grupowego. Badany kation nie daje reakcji z odczynnikami grupowymi, więc może należeć do gr. V. 5. Wykonaj reakcje charakterystyczne (minimum 2) potwierdzające obecność danego kationu oraz sprawdź zabarwienie płomienia palnika po wprowadzeniu próbki na druciku platynowym (Na - żółty; K - fioletowy; Li, Sr - karminowoczerwony; Ca - ceglastoczerwony; Ba, Mo - żółto-zielony; Cu, B, Tl - zielony; Cr, As, Sb, Pb, Sn - niebieski). 19

21 Na + + Sb(OH) 6 - Na[Sb(OH) 6 ] (biały osad) Na + + Mg(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 8 + CH 3 COO - + 9H 2 O NaCH 3 COO Mg(CH 3 COO) 2 3[UO 2 (CH 3 COO) 2 ] 9H 2 O (żółty osad) Na żółta barwa płomienia palnika Badanym kationem jest Na Określ grupę analityczną do której należy badany anion wykonując reakcje z odczynnikami grupowymi wg Lipca-Szmala (0,1 mol/l AgNO 3 i 0,25 mol/l Ba(NO 3 ) 2 ): do jednej probówki z badaną próbką dodać roztwór AgNO 3 i obserwować efekt analityczny: Ag NO 2 AgNO 2 (biały osad, rozpuszczalny w rozc. HNO 3 ) do drugiej probówki z badaną próbką dodać roztwór Ba(NO 3 ) 2 i obserwować efekt analityczny: Ba NO 2 brak reakcji Badany anion należy do II grupy. 7. Wykonaj reakcje grupowe służące do wykrywania anionów o właściwościach redukujących: badaną próbkę lekko zakwasić H 2 SO 4, dodać roztwór KMnO 4 i ogrzać na łaźni wodnej; odbarwienie fioletowego roztworu wskazuje na obecność reduktorów, np. Cl -, Br -, I -, CN, SCN -, Fe(CN) 4-6, S, NO - 2, SO 3, C 2 O 4, C 4 H 4 O 6, S 2 O 3, AsO 3-3, - - 2MnO 4 + 5NO 2 + 6H + 2Mn NO 3 + 3H 2 O badaną próbkę lekko zakwasić H 2 SO 4 i dodać roztwór I 2 w obecności skrobi; odbarwienie niebieskiego roztworu jodoskrobiowego wskazuje na obecność reduktorów, np. Cl -, Br -, I -, CN -, SCN -, Fe(CN) 6 4-, S, NO 2 -, SO 3, C 2 O 4, C 4 H 4 O 6, S 2 O 3, AsO Wykonaj reakcję grupową służącą do wykrywania anionów o właściwościach utleniających: badaną próbkę zakwasić rozcieńczonym H 2 SO 4, dodać kroplami rozcieńczony roztwór KJ oraz skrobię; niebieskie zabarwienie roztworu pochodzące od wydzielonego wolnego jodu wskazuje na obecność utleniaczy, np. Fe(CN) 3-6, NO - 2, CrO 4, Cr 2 O 7, AsO 3-4, MnO - 4, ClO - 3, ClO - 4, BrO - - 3, IO 3 2I NO 2 + 4H + I 2 + 2NO + 2H 2 O Badany anion posiada właściwości redukujące i utleniające. 9. Wykonaj reakcje charakterystyczne (minimum 2) potwierdzające obecność danego anionu. Fe NO 2 + 2H + Fe 3+ + NO + H 2 O Fe 2+ nadmiar + NO Fe(NO) 2+ (brunatna obrączka) - NO 2 + 2Al + OH H 2 O NH 3 + 2Al(OH) 4 (zapach amoniaku lub niebieszczenie papierka lakmusowego) Badanym anionem jest NO Analizę soli kończymy na ustaleniu wzoru badanej soli. Badana sól to azotan(iii) sodu: NaNO 2. Analiza jakościowa 20

22 ARKUSZ SPRAWOZDAWCZY DO ĆWICZEŃ Z ANALIZY JAKOŚCIOWEJ Analiza soli Imię i nazwisko... Grupa Próbka kontrolna:... (postać, barwa, odczyn) W sprawozdaniu należy napisać równania wszystkich reakcji chemicznych za pomocą których zidentyfikowano kation i anion badanej soli. Lp. Wykonywana czynność laboratoryjna Obserwacje efektów analitycznych Równania reakcji chemicznych Przypuszczenie lub pewność obecności kationów i anionów Analiza jakościowa Wykryte sole:... Zaliczenie:... 21

23 MATERIAŁY DODATKOWE Podział kationów na grupy analityczne Według Freseniusa Odczynnik Grupa grupowy Kationy Strącone osady I HCl Ag +, Hg 2 2+, Pb 2+ AgCl, Hg 2 Cl 2, PbCl 2 II H 2 S w środowisku rozc. HCl II A: Hg 2+, Pb 2+, Cu 2+, Cd 2+, Bi 3+ HgS, PbS, CuS, CdS, Bi 2 S 3 II B: As 3+, As 5+, Sb 3+, Sb 5+, Sn 2+, Sn 4+ As 2 S 3, As 2 S 5, Sb 2 S 3, Sb 2 S 5, SnS, SnS 2 III (NH 4 ) 2 S III A: Zn 2+, Ni 2+, Co 2+, Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+ III B: Al 3+, Cr 3+ ZnS, NiS, CoS, MnS, FeS, Fe 2 S 3 Al(OH) 3, Cr(OH) 3 IV (NH 4 ) 2 CO 3 w środowisku NH 3 H 2 O i NH 4 Cl Ca 2+, Ba 2+, Sr 2+ V Brak Na +, K +, NH 4 +, Mg 2+ CaCO 3, BaCO 3, SrCO 3 Według Lipca Szmala Odczynnik Grupa grupowy Kationy Strącone osady I HCl Ag +, Hg 2 2+, Pb 2+ AgCl, Hg 2 Cl 2, PbCl 2 (białe osady) II H 2 SO 4 Ca 2+, Ba 2+, Sr 2+, Pb 2+ CaSO 4, BaSO 4, SrSO 4, PbSO 4 (białe osady) III IV CH 3 CSNH 2 (AKT) w środowisku rozc. H 2 SO 4 (NH 4 ) 2 S lub CH 3 CSNH 2 (AKT) w środowisku NH 3 H 2 O i NH 4 Cl III A: Hg 2+, Cu 2+, Cd 2+, Bi 3+ III B: As 3+, As 5+, Sb 3+, Sb 5+, Sn 2+, Sn 4+ Zn 2+, Ni 2+, Co 2+, Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Al 3+, Cr 3+ V Brak Na +, K +, NH 4 +, Mg 2+ HgS, CuS (czarne osady), CdS (żółto-pomarańczowy osad), Bi 2 S 3 (brunatny osad), As 2 S 3, As 2 S 5 (żółte osady), Sb 2 S 3, Sb 2 S 5 (pomarańczowe osady), SnS (brunatny osad), SnS 2 (żółty osad) ZnS (biały osad), NiS, CoS, FeS, Fe 2 S 3 (czarne osady), MnS (cielisty osad), Al(OH) 3 (biały osad), Cr(OH) 3 (szarozielony osad) Analiza jakościowa 22

24 Schemat rozdziału kationów I grupy analitycznej Przykładowe reakcje charakterystyczne kationów I grupy analitycznej Kation Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny KI Ag + + I - AgI żółtawy osad Ag + K 2 CrO 4 2Ag + + CrO 4 Ag 2 CrO 4 czerwono-brunatny osad NaOH 2Ag + + 2OH - Ag 2 O +H 2 O brunatny osad Analiza jakościowa Hg 2 2+ Pb 2+ KI NH 3 H 2 O SnCl 2 KI Hg I - Hg 2 I 2 Hg 2 I 2 + 2I - HgI 4 + Hg 2Hg NH 3 + NO H 2 O [OHg 2 NH 2 ]NO 3 +2Hg + 3NH 4 + żółtawo-zielony osad biały, szarzejący osad Hg Cl - Hg 2 Cl 2 Hg 2 Cl 2 + Sn Cl - biały, szarzejący osad 2Hg +SnCl 6 Pb I - PbI 2 PbI 2 + 2I - żółty osad PbI 4 K 2 CrO 4 Pb 2+ + CrO 4 PbCrO 4 żółty osad HCl Pb Cl - PbCl 2 biały osad 23

25 Schemat rozdziału kationów II grupy analitycznej Grupa II Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+, Pb 2+ CaSO 4, SrSO 4, BaSO 4, PbSO 4 NaOH H 2 SO 4 CaSO 4, SrSO 4, BaSO 4 Pb(OH) 4 Nasycony r-r Na 2 CO 3 ogrzewanie CaCO 3, SrCO 3, BaCO 3 CH 3 COOH Reakcje charakterystyczne Reakcje charakterystyczne BaCrO 4 Ba 2+ HCl Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ K 2 CrO 4 Ca 2+, Sr 2+ Reakcje charakterystyczne (NH 4 ) 2 CO 3 CH 3 COOH CaCO 3, SrCO 3 Ca 2+, Sr 2+ Przykładowe reakcje charakterystyczne kationów II grupy analitycznej Kation Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny K 2 CrO 4 Ba 2+ + CrO 4 BaCrO 4 żółty osad Ba 2+ K 2 Cr 2 O 7, CH 3 COONa 2Ba 2+ + Cr 2 O 7 + 2CH 3 COO - + H 2 O 2BaCrO 4 + 2CH 3 COOH żółty osad Lotne sole baru barwią płomień palnika na kolor żółto-zielony Sr 2+ Lotne sole strontu barwią płomień palnika na kolor karminowoczerwony K 4 [Fe(CN) 6 ], Ca 2+ NH 4 Cl Ca NH Fe(CN) 6 4- Ca(NH 4 ) 2 Fe(CN) 6 biały osad Lotne sole wapnia barwią płomień palnika na kolor ceglastoczerwony Analiza jakościowa 24

26 III Schemat rozdziału kationów III grupy analitycznej Hg 2+, Bi 3+, Cd 2+, Cu 2+, Sn 2+, Sn 4+, As 3+, As 5+, Sb 3+, Sb 5+ AKT, rozcieńczony H 2 SO 4, ogrzewanie HgS, Bi 2 S 3, CdS, CuS, SnS, SnS 2, As 2 S 3, As 2 S 5, Sb 2 S 3, Sb 2 S 5 KOH + H 2 O 2, III A ogrzewanie HgS, Bi 2 S 3, CdS, CuS Sn(OH) 6, SnS 3, AsO 3-4, SbOS -, SbS - 2 6M HNO 3, ogrzewanie HgS Bi 3+, Cd 2+, Cu 2+ woda królewska NH 3 H 2 O stężony HgCl 4 Bi(OH) 3 Cd(NH 3 ) 2+ 4, Cu(NH 3 ) 2+ 4 Reakcje charakterystyczne Reakcje charakterystyczne Przykładowe reakcje charakterystyczne kationów III grupy analitycznej (podgrupa A) Kation Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny AKT K 2 CrO 4 CdS, CuS 6M HCl CuS CdCl 4 III B Reakcje charakterystyczne Hg 2+ KI SnCl 2 Hg I - HgI 2 HgI 2 + 2I - czerwony osad HgI 4 2Hg 2+ + Sn Cl - Hg 2 Cl 2 + SnCl 6 Hg 2 Cl 2 + Sn Cl - 2Hg +SnCl 6 biały, szarzejący osad Analiza jakościowa Bi 3+ KI SnCl 2, NaOH Bi I - BiI 3 BiI 3 + I - - BiI 4 brunatno-czarny osad ciemnopomarańczowy roztwór Sn OH - Sn(OH) 2 Sn(OH) 2 + OH - - Sn(OH) 3 czarny osad 2Bi Sn(OH) OH - 2Bi + 3[Sn(OH) 6 ] Cd 2+ K 4 [Fe(CN) 6 ] 2Cd 2+ + Fe(CN) 6 4- Cd 2 [Fe(CN) 6 ] biały osad Cu 2+ NH 3 H 2 O Cu (NH 3 H 2 O) Cu(OH) 2 + 2NH 4 + Cu(OH) 2 + 4(NH 3 H 2 O) Cu[(NH 3 ) 4 ] OH - + 4H 2 O KI 2Cu I - Cu 2 I 2 + I 2 K 4 [Fe(CN) 6 ] 2Cu 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4- Cu 2 [Fe(CN) 6 ] niebieski osad ciemnoniebieski roztwór biały osad, brunatny roztwór czerwono-brunatny osad 25

27 III B Sn(OH) 6, SnS 3, AsO 4 3-, SbOS -, SbS 2 - AKT, HCl do zakwaszenia, ogrzewanie As 2 S 3, SnS, SnS 2 Sb 2 S 3 HCl stężony As 2 S 3 Sb 3+, SnCl 6 HNO 3 stężony AsO 4 3- Reakcje charakterystyczne Reakcje charakterystyczne Przykładowe reakcje charakterystyczne kationów III grupy analitycznej (podgrupa B) Kation Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny Sn 2+ HgCl 2 Sn Hg Cl - Hg 2 Cl 2 + SnCl 6 Hg 2 Cl 2 + Sn Cl - 2Hg +SnCl 6 biały, szarzejący osad Sb 3+ CH 3 CSNH 2 (AKT) 2Sb H 2 S Sb 2 S 3 + 6H + pomarańczowy osad As +3 AgNO 3 AsO Ag + + H 2 O Ag 3 AsO 3 + 2H + żółty osad As +5 mieszanina magnezowa (MgCl 2 +NH 3 H 2 O+NH 4 Cl) As +5 (NH 4 ) 2 MoO 4 w środowisku HNO 3 Ślady As (próba Marsha) Zn, H 2 SO 4 AsO Mg 2+ + NH 4 + MgNH 4 AsO 4 biały osad AsO NH MoO H + (NH 4 ) 3 [As(Mo 3 O 10 ) 4 ] + 12H 2 O AsO Zn + 11H +- AsH 3 +4Zn H 2 O 4AsH 3 As 4 + 6H 2 żółty osad tworzenie lustra Analiza jakościowa 26

28 Schemat rozdziału kationów IV grupy analitycznej Grupa IV Reakcje charakterystyczne Ni 2+, Co 2+, Mn 2+, Zn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Al 3+, Cr 3+ AKT + NH 3 H 2 O + NH 4 Cl (15min) NiS, CoS, MnS, ZnS, FeS, Fe 2 S 3, Al(OH) 3, Cr(OH) 3 1M HCl NiS, CoS Mn 2+, Zn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Al 3+, Cr 3+ 6 HCl + H 2 O 2, NaOH(nadmiar) + H 2 O 2 ogrzewanie ogrzewanie Fe(OH) 3, Mn 2 O 3 Ni 2+, Co 2+ Reakcje charakterystyczne Zn(OH) 4, Al(OH) 4-, CrO 4 CH 3 COOH, nadmiar Zn 2+, Al 3+, CrO 4 Reakcje charakterystyczne Al 3+ CH 3COOH Zn 2+, Al 3+ nadmiar st. NH 3 H 2 O Al(OH) 3 Zn(NH 3 ) 2+ 6 Ba(NO 3 ) 2 BaCrO 4 Reakcje charakterystyczne Przykładowe reakcje charakterystyczne kationów IV grupy analitycznej Kation Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny Ni 2+ Dimetyloglioksym NH 3 H 2O Ni (C 2H 4NO) 2 + 2(NH 3 H 2O) Ni(C 4H 7N 2O 2) 2 + 2NH H 2O różowo-czerwony osad Co 2+ KSCN, alkohol amylowy KNO 2 Co SCN - Co(SCN) 4 niebieskie zabarwienie warstwy alkoholu amylowego (reakcja Vogla) Co CH 3COOH + 7NO K + K 3[Co(NO 2) 6] + 2CH 3COO - + NO + H 2O żółty osad Mn 2+ PbO 2 2Mn PbO 2 + 4H + 2MnO Pb H 2O fioletowo-czerwone zabarwienie (reakcja Cruma) Zn 2+ K2[Hg(SCN)4], CoCl 2 Zn 2+ + Hg(SCN) 4 Zn[Hg(SCN) 4] Co 2+ + Hg(SCN) 4 Co[Hg(SCN) 4] niebieskawy osad kryształów mieszanych Zn[Hg(SCN) 4] i Co[Hg(SCN) 4] Analiza jakościowa Fe 2+ Dipirydyl lub K 3[Fe(CN) 6] 3Fe Fe(CN) 6 Fe 3[Fe(CN) 6] 2 fenantrolina ciemnobłękitny osad (błękit Turnbulla) czerwone lub różowe zabarwienie roztworu Fe 3+ KSCN Fe SCN - 3- Fe(SCN) 6 krwistoczerwone zabarwienie roztworu K 4[Fe(CN) 6] 4Fe Fe(CN) 6 Fe 4[Fe(CN) 6] 3 ciemnoniebieski osad (błękit pruski) Cr 3+ Cr +6 H 2O 2, NaOH H2O2, alkohol amylowy Cr OH - Cr(OH) 3 Cr(OH) 3 + OH - - Cr(OH) 4 2Cr(OH) H 2O 2 + 2OH - 2CrO 4 + 8H 2O Cr 2O 7 + 4H 2O 2 + 2H + 2CrO 5 + 5H 2O Al 3+ aluminon Al 3+ + C 22H 23N 3O 9 AlC 22H 11O 9 + 3NH 4 + żółte zabarwienie roztworu niebieskie zabarwienie warstwy alkoholu amylowego czerwony lub różowy osad 27

29 Schemat rozdziału kationów V grupy analitycznej Jon NH 4 + przeszkadza przy wykrywaniu Na +, K +, Mg 2+. Usuwa się go działając zasadami np. NaOH, KOH i ogrzewając. NH OH - NH 4 OH ogrzewanie NH 3 H 2 O Stwierdza się go po zapachu lub zmianie barwy papierka lakmusowego z różowej na niebieską. Przeszkadzający jon Mg 2+ (np. przy oznaczaniu Na + ) usuwa się przez wytrącenie w postaci Mg(OH) 2 za pomocą KOH. Mg OH - Mg(OH) 2 Przykładowe reakcje charakterystyczne kationów V grupy analitycznej Kation Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny NH 4 + K 2 HgI 4 czerwonobrunatny osad Na 2 HPO 4 Mg 2+ + HPO 4 + NH + 4 MgNH 4 PO 4 + H + Mg 2+ NH 3 H 2 O + H + NH H 2 O Jony NH 4 + zapobiegają wytrącaniu się Mg(OH) 2 Mg(OH) 2 + 2NH 4 + Mg (NH 3 H 2 O) K[Sb(OH) 6 ] Na Sb(OH) 6 Na[Sb(OH) 6 ] () Na + Na + + Mg(UO Mg(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 2 ) 3 (CH 3 COO) 8 + CH 3 COO - + 9H 2 O 8 NaCH 3 COO Mg(CH 3 COO) 2 3[UO 2 (CH 3 COO) 2 ] 9H 2 O biały osad biały osad żółty osad Lotne sole sodu barwią płomień palnika na kolor żółty K + NaHC 4 O 4 H 6 K HC 4 O 4 H 6 KHC 4 O 4 H 6 biały osad H 2 C 4 O 4 H 6 K + + H 2 C 4 O 4 H 6 KHC 4 O 4 H 6 + H + z dod. CH 3 COONa CH 3 COO - + H + biały osad CH 3 COOH Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] 2K + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] CH 3 COOH K 2 Na[Co(NO 2 ) 6 ] + 2Na + żółty osad HClO 4 K + + ClO 4 - KClO 4 biały osad H 2 PtCl 6 2K + + PtCl 6 K 2 PtCl 6 żółty osad Na[B(C 6 H 5 ) 4 ] K + + B(C 6 H 5 ) 4 - K[B(C 6 H 5 ) 4 ] Lotne sole potasu barwią płomień palnika na kolor fioletowy biały osad Analiza jakościowa 28

30 Analiza płomieniowa Pierwiastek Na Płomień palnika żółty K, Cs fioletowy Li, Sr Ca Ba, Mo Cu, B, Tl Cr, As, Sb, Pb, Sn karminowoczerwony ceglastoczerwony żółto-zielony zielony niebieski Analiza jakościowa Lit Cez Sód 29

31 Podział anionów na grupy analityczne Według Bunsena Grupa Reakcje z odczynnikami grupowymi Aniony I Ag + wytrącają osad nierozp. w rozc. HNO 3 Ba 2+ nie wytrącają osadu Cl -, Br -, I -, CN -, SCN -, [Fe(CN) 6 ] 4-, [Fe(CN) 6 ] 3-, ClO - II Ag + wytrącają osad rozp. w rozc. HNO 3 Ba 2+ nie wytrącają osadu S, CH 3 COO -, NO 2 - III Ag + wytrącają biały osad rozp. w HNO 3 Ba 2+ wytrącają biały osad rozp. w HNO 3 SO 3, CO 3, C 2 O 4, C 4 H 4 O 6, BO 2 - IV Ag + wytrącają barwne osady rozp. HNO 3 Ba 2+ wytrącają osad rozp. w HNO 3 S 2 O 3, CrO 4, Cr 2 O 7, AsO 3 3-, AsO 4 3-, PO 4 3- V Ag + nie wytrącają osadu Ba 2+ nie wytrącają osadu NO 3 -, ClO 3 -, ClO 4 -, MnO 4 - VI Ag + nie wytrącają osadu Ba 2+ wytrącają osad SO 4, F -, SiF 6 VII Ag + wytrącają żółty osad rozp. HNO 3 Ba 2+ wytrącają biały osad rozp. w HNO 3 SiO 3 Analiza jakościowa 30

32 Przykładowe reakcje charakterystyczne wybranych anionów Anion Odczynnik Reakcja chemiczna Efekt analityczny CN - (NH 4 ) 2 S 2, FeCl 3 CN - + S 2 SCN - + S Fe SCN - Fe(SCN) 6 3- krwistoczerwone zabarwienie roztworu Co(NO 3 ) 2, SCN - alkohol amylowy Fe(CN) 6 4- i SCN - FeCl 3 4SCN - + Co 2+ Co(SCN) 4 3Fe(CN) Fe 3+ Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 6SCN - + Fe 3+ Fe(SCN) 6 3- niebieskie zabarwienie warstwy alkoholu amylowego (reakcja Vogla) reakcja prowadzona na bibule; niebieska plamka w środku i krwistoczerwona obwódka Fe(CN) 6 3- AgNO 3 3Ag + + Fe(CN) 6 4- Ag 3 [Fe(CN) 6 ] pomarańczowoczerwony osad NO 2 - FeSO 4, rozcieńczony H 2 SO 4 NO Fe H + NO + Fe 3+ + H 2 O NO + Fe 2+ Fe(NO) 2+ brunatna obrączka NO 3 - FeSO 4, stężony H 2 SO 4 NO Fe H + NO + 3Fe H 2 O NO + Fe 2+ Fe(NO) 2+ brunatna obrączka PO 4 3- mieszanina magnezowa PO Mg 2+ + NH 4 + MgNH 4 PO 4 biały osad Analiza jakościowa PO 4 3- (NH 4 ) 2 MoO 4 PO MoO H + + 3NH 4 + (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] + 12H 2 O jasnożółty osad 31

33 ANALIZA ILOŚCIOWA 32

34 Zestaw sprzętu laboratoryjnego na stanowisku biureta 25 ml 1 szt. kolba stożkowa 300 ml 3 szt. kolba miarowa 500 ml 1 szt. mały lejek do biurety 1 szt. lejek typu tulipan 1 szt. mała zlewka pod biuretę 1 szt. tryskawka 500 ml 1 szt. dodatkowe szkło w zależności od ćwiczenia 33

35 ĆWICZENIE 4 Pracownia problemowa. Przygotowanie roztworów do analizy ilościowej Podstawowymi naczyniami miarowymi służącymi do dokładnego odmierzania objętości roztworu są kolby miarowe, pipety i biurety. Do odmierzania przybliżonej objętości cieczy służą cylindry miarowe. Cylindry miarowe Cylinder miarowy to naczynie laboratoryjne o kształcie cylindra otwartego z jednej strony i zamkniętego z drugiej, które ma narysowaną lub wyszlifowaną skalę objętości. Skala objętości w cylindrach jest zawsze robiona "na wylew" tzn. uwzględnia fakt, że po wylaniu odmierzonej cieczy pozostaje w naczyniu film przywarty do jego ścianek. Stąd, po wylaniu odmierzonej cieczy z cylindra, nie należy "strząsać" z niego tego, co pozostało na ściankach, ponieważ zmniejsza to precyzję pomiaru. Cylindrów używa się do odmierzania przybliżonej objętości cieczy np. przy sporządzaniu roztworów mianowanych, których dokładne stężenie określa się potem w wyniku mianowania na odpowiednie substancje wzorcowe. Pipety Pipeta służy do pobierania z jednego naczynia i przenoszenia do drugiego cieczy o ściśle określonej objętości. Pipety zaopatrzone są w jedną kreskę do odmierzania cieczy o stale takiej samej objętości (pipety jednomiarowe) oraz pipety mające skalę umożliwiające odmierzanie różnych objętości cieczy (pipety wielomiarowe). Odmierzanie cieczy pipetą (pipetowanie) należy wykonywać przy zachowaniu pewnych zasad. Prawidłowy sposób pipetowania polega na tym, że dokładnie oczyszczoną, przemytą wodą destylowaną (roztwór nie może pozostawać na ściankach wewnętrznych naczynia przy wylewaniu) i suchą na zewnątrz pipetę zanurza się dolnym końcem w cieczy pipetowanej trzymając jej górny koniec kciukiem i palcem wskazującym. Zasysa się ciecz do ok. 1/5 pojemności pipety wyciągając przez górny otwór powietrze z pipety za pomocą gruszki gumowej. Naczynie zamyka się palcem wskazującym, zmienia położenie pipety na poziome i dokładnie przemywa pipetę cieczą pipetowaną. Następnie ciecz wylewa się do zlewu lub do przygotowanych do tego celu naczyń na zlewki. Czynność tę należy powtórzyć, po czym przystępuje się do właściwego pipetowania. W tym celu suchą z zewnątrz pipetę zanurza się w roztworze na taką głębokość, aby podczas wciągania roztworu nie zassać powietrza w wyniku obniżenia poziomu cieczy w naczyniu, z którego się pipetuje. Następnie zasysa się roztwór do pipety, napełniając ją nieco powyżej kreski i zatyka pipetę palcem wskazującym. Wyjmuje się pipetę z kolby (lub innego naczynia, w którym znajduje się roztwór pipetowany), osusza z zewnątrz kawałkiem bibuły i ustawia się pipetę w pozycji pionowej dotykając jej końcem kolby. Zwalniając nieco palec zamykający pipetę, spuszcza się powoli nadmiar roztworu z pipety aż do ustalenia dolnego menisku cieczy na kresce pipety (ustawić oko na wysokości kreski), po czym zamyka się 34

36 pipetę szczelnie dociskając palec wskazujący. Napełnioną pipetę przenosi się nad naczynie, do którego odmierza się roztwór. Trzymając pipetę lekko pochyloną, dotyka się jej końcem ścianki naczynia i odchyla palec wskazujący. Po swobodnym spłynięciu roztworu z pipety trzyma się ją jeszcze w tej samej pozycji przez 20 sekund aż spłynie cały roztwór zawarty w pipecie. Następnie wyjmuje się pipetę z pozostałą niewielką ilością roztworu w końcówce pipety. Nie wolno wytrząsać i wydmuchiwać z pipety, jak również dotykać końcem pipety cieczy w naczyniu. Pipetę należy opróżniać zawsze tym samym sposobem. Biurety Biureta to sprzęt laboratoryjny o kształcie zazwyczaj długiej i cienkiej rurki szklanej, z precyzyjną skalą objętości, który jest od dołu zakończony kranikiem i precyzyjnie wykonanym dzióbkiem. Zadaniem biurety jest precyzyjne odmierzanie cieczy w czasie miareczkowania. Biurety mają różną objętość i wysokość. W klasycznej analizie ilościowej używamy najczęściej biuret o pojemności 25 ml. Tradycyjnie biurety posiadają tzw. odwrotną skalę. Na szczycie skali jest pozycja 0, zaś na samym dole jej najwyższa wartość. Biuretę przed użyciem napełnia się roztworem do pozycji 0 (dolny menisk dla roztworów bezbarwnych, górny dla barwnych), a następnie wypuszcza się go po kropli w trakcie miareczkowania. Dzięki temu, że skala objętości jest do góry nogami, w każdej chwili widać, jaką objętość roztworu już się wkropliło. Jedna kropla roztworu, który wypływa z biurety ma ok. 0,05 ml. Wynik objętości roztworu mianowanego, zużytego podczas miareczkowania, podajemy z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku, przy czym na drugim miejscu może być tylko 0 lub 5. Kolby miarowe Kolby miarowe to naczynia płaskodenne kształtu kulistego lub gruszkowego z wąską szyjką. Pojemność kolby jest zaznaczona kreską wytrawioną na obwodzie, na ogół w połowie szyjki kolby. Na kolbie podana jest pojemność naczynia oraz temperatura kalibrowania. Pojemność kolb miarowych wynosi zwykle 100, 200, 250, 500, 1000, 2000 i 5000 ml, a pojemności kolbek miarowych 5, 10, 25 i 50 ml. W klasycznej analizie ilościowej używamy kolb miarowych o pojemności 100, 200, 250, 500, 1000 ml. Kolby miarowe służą do przyrządzania roztworów o określonym stężeniu oraz do rozcieńczania roztworów. Sporządzając roztwór ilościowo przenosi się odmierzoną pipetą objętość roztworu lub odważoną w naczynku wagowym substancję do kolby miarowej przez lejek z długą nóżką (tulipan), popłukując dokładnie naczynko i lejek. Po przeniesieniu ilościowym substancji do kolby, miesza się zawartość ruchem okrężnym do całkowitego rozpuszczenia substancji. W czasie rozpuszczania substancji dolewa się wody mieszając cały czas ruchem okrężnym. Po dopełnieniu do kreski (dolny menisk dla roztworów bezbarwnych, górny dla barwnych), zamyka się kolbę suchym, szczelnym korkiem i miesza się roztwór odwracając kilka razy kolbę z zawartością dnem do góry. Należy zwrócić uwagę na to, aby podczas odwracania powietrze przechodziło od korka do dna kolby i odwrotnie. Dopełniając kolbę miarową do kreski nie należy zwilżać szyjki kolby powyżej kreski. Dopełnianie kolby do kreski kończy się dodając ciecz wkraplaczem lub pipetą. 35

37 Każda kolba powinna być zamknięta dokładnie dopasowanym korkiem niezależnie czy w niej jest jakiś roztwór czy jest pusta. Roztwór w kolbie powinien mieć jednakowe stężenie w całej objętości. Pobrana pipetą próbka roztworu musi mieć taki sam skład jak roztwór w kolbie. Złe wymieszanie roztworu w kolbie miarowej jest częstą przyczyną dużych błędów w analizie. Sporządzanie i mianowanie roztworów wzorcowych Roztwory odczynników o dokładnym znanym stężeniu, używane w analizie miareczkowej, to tzw. titranty. Można je otrzymać przez: dokładne odważenie substancji, której roztwór sporządzamy i rozpuszczenie jej w wodzie lub innym rozpuszczalniku tak, aby otrzymać ściśle określoną objętość roztworu, sporządzenie roztworu danej substancji o przybliżonym stężeniu i nastawienie miana na odpowiednią substancję wzorcową lub inny roztwór mianowany. Substancje wzorcowe Substancje wzorcowe (pierwotne i wtórne) to substancje o odpowiednich własnościach służące do sporządzania roztworów titrantów, których miano jest dokładnie znane bezpośrednio z odważonej ilości substancji lub też do mianowania roztworów wzorcowych służących jako titranty. Najważniejsze wymagania dotyczące substancji wzorcowych to: 1. Ilościowy przebieg reakcji chemicznej właściwej dla danej substancji wzorcowej. 2. Łatwość otrzymania substancji wzorcowej w stanie wysokiej czystości. 3. Trwałość w warunkach laboratoryjnych, tj. substancja wzorcowa nie powinna być higroskopijna oraz nie powinna wietrzeć. 4. Duża masa molowa. 5. Dobra rozpuszczalność w wodzie. 6. Uniwersalność tj. możliwość wykorzystania tej substancji jako wzorca w różnych działach analizy miareczkowej. Należy podkreślić, że od dokładności zmianowania roztworów titrantów zależy dokładność oznaczeń miareczkowych przy użyciu tych roztworów. Dokładność i precyzja nastawienia miana powinny być większe niż zwykłych oznaczeń miareczkowych. Aby osiągnąć dużą dokładność i precyzję nastawiania miana należy stosować następujące ogólne zasady mianowania: 1. Należy stosować odpowiednio dobraną, czystą substancję wzorcową (całkowita dopuszczalna zawartość zanieczyszczeń nie powinna przekraczać 0,02%, co odpowiada stopniowi czystości określonemu zawartością głównego składnika 100 ± 0,02%). 2. Odważki substancji wzorcowej do nastawiania miana roztworów powinny być odpowiednio duże, tak aby błąd względny ważenia był jak najmniejszy. 3. Objętość mianowanego roztworu, zużyta do miareczkowania odważki substancji wzorcowej, nie powinna być zbyt mała (najlepiej 0,8 pojemności biurety) tak, aby błąd względny wyznaczenia tej wielkości był niewielki. 4. Miareczkowanie należy powtórzyć kilkakrotnie (3-5 razy), przez co zmniejsza się błąd przypadkowy miareczkowania. 36