Аналитическая классификация ионов кратко
Обновлено: 04.07.2024
Хотя аналитическая классификация ионов основана на признаке, имеющем на первый взгляд чисто практический характер, она ни в коей мере не является случайной. В ней римскими цифрами обозначена валентность катионов. [16]
Хотя аналитическая классификация ионов основана на признаке, имеющем на первый взгляд чисто практический характер, она ни в коей мере не случайна. [17]
Хотя аналитическая классификация ионов основана на признаке, имеющем на первый взгляд чисто практический характер, она ни в коей мере не случайна. Катионы, осаждаемые в ходе анализа в виде карбонатов, гидроокисей и сульфидов, расположены в периодической системе, за единичными исключениями, вполне закономерно. Именно катионы, образующие малорастворимые сульфиды, занимают правую часть таблицы, начиная с VI группы в первой половине больших периодов и кончая той же группой во второй их половине. Катионы, не образующие малорастворимых сульфидов, располагаются в I - V группах в левой части таблицы. [18]
Хотя аналитическая классификация ионов основана на признаке, имеющем на первый взгляд чисто практический характер, она ни в коей мере не яв ляется случайной. Римскими цифрами в таблице обозначено число зарядов катионов. [19]
Проблемы гладкой и аналитической классификации ростков векторных полей в особой точке естественно распадаются на 3 части. [20]
Какие бы аналитические классификации ионов не разрабатывались, несомненно одно, что все они будут связаны с периодически темой элементов, так как в основе ее лежит закономерное из / химических свойств элементов. [21]
Какие бы аналитические классификации ионов ни разраба тывались, несомненно одно, что все они будут связаны с пери одической системой элементов, так как в основе ее лежи-закономерное изменение химических свойств элементов. [22]
Во ] Воронин С. М. Аналитическая классификация ростков конформных отображений ( С, 0) - ( С, 0) с тождественной линейной частью. [25]
Таким образом, описанная аналитическая классификация элементов , являющаяся классической, соответствует всему строю периодической системы и определяется такими показателями, как относительная электроотрицательность элементов, способность их к проявлению высокой или низкой электровалентности, способность к образованию катионов или анионов в зависимости от рН среды, поляризующая сила катионов и поляризуемость анионов. [26]
В табл. 82 представлена аналитическая классификация важней ших анионов, в основу которой положено различие в растворимости их серебряных и бариевых солей. [27]
Все это делает задачу аналитической классификации кислот очень трудной, более трудной, чем классификация катионов. [28]
Следует также учесть, что аналитическая классификация имеет дело с чрезвычайно сложной системой раствор-осадок. Ионы одного и того же элемента, обладающие различной валентностью, характеризуются обычно резко отличающимися свойствами. [29]
Следует также учесть, что аналитическая классификация имеет дело с чрезвычайно сложной системой раствор - осадок. В растворе находятся не лейтральные атомы: Fe, Sn, Mn, Sb, у которых валентность равна нулю, а ионы: Fe % Fe3, Sn, SnCle - -, Mn, SbCe6 - и др. Переход же атома в ион сопровождается изменением внешних электронных слоев, изменением радиуса и появлением заряда. Ионы одного и того же элемента, обладающие различной валентностью, характеризуются обычно заметно отличающимися свойствами. [30]
В качественном анализе выделяют две методики проведения анализа вещества: дробный анализ и систематический анализ.
Дробный анализ основан на открытии ионов специфическими реакциями, проводимыми в отдельных порциях исследуемого раствора. Так например, ион Fe 2+ можно открыть при помощи реактива К3[Fе(СN)6] в присутствии любых ионов. Так как специфических реакций немного, то в ряде случаев мешающее влияние посторонних ионов устраняют маскирующими средствами. Например, ион Zn 2+ можно открыть в присутствии Fe 2+ при помощи реактива (NH4)2[Hg(SCN4], связывая мешающие ионы Fe 2+ гидротартратом натрия в бесцветный комплекс.
Дробный анализ имеет ряд преимуществ перед систематическим: возможность обнаруживать ионы в отдельных порциях в любой последовательности, а также экономия времени и реактивов. Однако, большинство аналитических реакций недостаточно специфично и дает сходный эффект с несколькими ионами. Специфических реакций немного и мешающее влияние многих ионов нельзя устранить маскирующими средствами. Поэтому для проведения полного анализа и получения более надежных результатов в процессе анализа приходится прибегать к разделению ионов на группы, а затем открывать их в определенной последовательности. Последовательное разделение ионов, а затем их последующее открытие и является систематическим методом анализа. Лишь некоторые ионы открывают дробным методом.Систематическиманализом называют полный анализ исследуемого объекта, осуществляемый путем разделения исходной аналитической системы на несколько подсистем (групп) в определенной последовательности на основе сходства и различий аналитических свойств компонентов системы. Систематический ход анализа основан на том, что сначала с помощью групповых реактивов смесь ионов разделяют на группы и подгруппы, а затем уже в пределах этих подгрупп обнаруживают каждый ион характерными реакциями. Групповыми реагентами действуют на смесь ионов последовательно и в строго определенном порядке. Для удобства определения в аналитической химии предложено объединять ионы в аналитические группы, дающие одинаковые или сходные эффекты (осадки) с определенными реактивами, и созданы аналитические классификации ионов (отдельно для катионов и анионов).Установление присутствия тех или иных катионов в исследуемом растворе значительно облегчает обнаружение анионов. Пользуясь таблицей растворимости, можно заранее предсказать наличие в исследуемом растворе отдельных анионов. Например, если соль хорошо растворяется в воде и в нейтральном водном растворе обнаружен катион Ва 2+ , то этот раствор не может содержать анионы SO4 2- , CO3 2- , SO3 2- . Поэтому вначале открывают катионы, присутствующие в исследуемом растворе, а затем анионы.Для катионов практическое значение имеют две классификации: сероводородная и кислотно-основная. В основе сероводородной классификации и сульфидного (или сероводородного) метода систематического анализа лежит взаимодействие катионов с сульфидом (или полисульфидом) аммония или сероводородом. Серьёзный недостаток данного метода – использование ядовитого сероводорода, следовательно, необходимость использования специального оборудования.Поэтому в учебных лабораториях предпочтительнее использование кислотно-основного метода систематического анализа. В основе этого метода лежит взаимодействие катионов с серной и соляной кислотой, гидроксидами натрия и аммония.По кислотно-основной классификации катионы делят на шесть аналитических групп.
К первой аналитической группе относят катионы калия, натрия, аммония (K + , Na + , NH4 + ), которые не осаждаются ни кислотами, ни щелочами. Эта группа не имеет общего реактива.
Ко второй аналитической группе относят катионы серебра, свинца и ртути (Ag + , Pb 2+ , Hg2 2+ ). Групповым реактивом является раствор соляной кислоты, который осаждает их в виде малорастворимых хлоридов (AgCl, PbCl2, Hg2Cl2).
К третьей аналитической группе относят катионы бария, стронция и кальция (Ва 2+ , Sr 2+ , Са 2+ ). Их групповым реактивом является раствор серной кислоты, который осаждает эти катионы в виде малорастворимых сульфатов (BaSO4, SrSO4, CaSO4).
К четвёртой аналитической группе относят катионы алюминия, хрома, цинка и олова (Al 3+ , Cr 3+ , Zn 2+ , Sn 2+ , Sn 4+ ). Групповым реактивом является раствор щёлочи. При действии избытка NaOH образуются растворимые в воде соединения: Na[Al(OH)4], Na[Cr(OH)4], Na2[Zn(OH)4], Na2[Sn(OH)4], Na2[Sn(OH)6].
К пятой аналитической группе относят катионы магния, марганца, железа (II и III), висмута (Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Bi 3+ ). Их групповыми реактивами являются водные растворы аммиака или щелочи, которые осаждают их в виде гидроксидов, не растворимых в избытке реактива (гидроксидная группа).
К шестой аналитической группе относят катионы меди, кадмия, никеля, кобальта, ртути (П) (Cu 2+ , Cd 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Hg 2+ ). Групповым реактивом является раствор аммиака, в избытке которого образуются растворимые в воде комплексные аммиакаты [Cu(NH3)4] 2+ , [Ni(NH3)6] 2+ , [Со(NH3)6] 2+ , [Сd(NH3)4] 2+ , [Hg(NH3)4] 2+ (аммиакатная группа).
Общепринятой классификации анионов не существует. Наиболее часто применяема классификация, по которой все анионы делятся на три аналитические группы в зависимости от растворимости их бариевых и серебряных солей. В данном случае групповыми реагентами являются растворимые соли бария и серебра (табл. 4). Таблица 4Аналитическая классификация анионов
| Аналитическаягруппа | Анионы | Групповой реагент | Наблюдаемый эффект |
| I | SO4 2- ,SO3 2- ,CO3 2- PO4 3- , SiO3 2- ,BO3 - , S2O3 2- | BaCl2 | Белые осадки, нерастворимые в воде |
| II | Cl - , Br - , I - , S 2- | AgNO3 | Осадки различных цветов, нерастворимые в воде и кислотах |
| III | NO3 - , NO2 - , CH3COO - | Нет групповогореактива | Соли Ва 2+ и Ag + растворимы в воде |
Контрольные вопросы
1. Предмет изучения аналитической химии.
2. В чем состоит основная задача качественного анализа?
3. Назовите основные методы качественного анализа и требования к этим методам.
4. Что такое аналитическая реакция? Какие требования предъявляются к аналитическим реакциям?
5. Какие аналитические реакции называются общими, частными, селективными и специфическими?
6. Какие реактивы применяются в качественном анализе, и требования, предъявляемые к ним?
7. Что такое предел обнаружения?
8. Что такое дробный и систематический методы анализа?
9. Какие реакции лежат в основе кислотно-щелочного метода анализа катионов?
Любая аналитическая классификация ионов основана на их химических свойствах, обусловленных положением элемента в Периодической системе и электронным строением.
Аналитические классификации создавались на основе многолетнего опыта работы химиков-аналитиков, но по мере расширения и углубления теории химии появилась возможность их интерпретации с позиций Периодического закона.
Так, согласно сульфидной классификации в I аналитическую группу выделяются катионы, не имеющие группового реактива, – Li + , Na + , K + . Это катионы s 1 -элементов с электронной структурой благородного газа, низкой относительной электроотрицательностью и малым радиусом. Большинство их солей растворимо в воде вследствие высокой полярности связи, близкой к ионной. В Периодической системе они располагаются в главной подгруппе I группы. К этой же аналитической группе относят ион аммония NH4 + , близкий к K + по радиусу, и ион Mg 2+ , обладающий близкими свойствами с Li + .
Во II аналитическую группу выделяются катионы, осаждаемые карбонатом аммония в присутствии аммиачного буфера. Это катионы s 2 -элементов – Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , которые располагаются в главной подгруппе II группы Периодической системы.
Таким образом, аналитические свойства катионов связаны с их положением в Периодической системе, и аналитические классификации логически вытекают из Периодического закона.
Надо отметить, что в любую аналитическую классификацию невозможно объединить ионы так, чтобы в одну аналитическую группу входили ионы, образованные элементами только одной группы Периодической системы. Причины этого следующие:
ü некоторые элементы образуют различные катионы, например, Fe 3+ и Fe 2+ , Нg 2+ и Нg2 2+ , Сu 2+ и Сu + ;
ü один и тот же элемент может образовывать и катионы, и анионы, например, Mn 2+ и MnO4 – , Сr 3+ и Cr2O7 2– , CrO4 2– .
Принципиальное различие в распределении элементов по группам Периодической системы Д. И. Менделеева и по аналитическим группам заключается в следующем. В основу распределения элементов по группам Периодической системы положены электронные конфигурации их атомов, а в основу распределения ионов по аналитическим группам – свойства их соединений.
Классификация методов анализа в зависимости
от величины пробы
В зависимости от массы пробы (m) или её объёма (V) различают следующие методы анализа.
1) Макроанализ (грамм-метод):
V = 10–100 мл.
Реакции проводят в обычных пробирках, химических стаканах. Осадки отделяют от раствора фильтрованием.
2) Полумикроанализ (сантиграмм-метод):
m = 0,05–0,5 г;
Похож на макроанализ, но используют меньшие количества веществ, а осадки отделяют от раствора центрифугированием. В полумикроанализе применяют пробирочные реакции (см. с. 19).
3) Микроанализ (миллиграмм-метод):
m = 10 –3 –10 –6 г;
V = 10 –1 – 10 –4 мл.
Используют капельные и микрокристаллоскопические реакции (см. с. 19).
4) Ультрамикроанализ (микрограмм-метод):
m = 10 –6 – 10 –9 г;
V = 10 –7 – 10 –10 мл.
Для проведения ультрамикроанализа требуется особое оборудование.
5) Субмикроанализ (нанограмм-метод):
m = 10 –9 – 10 –12 г;
V = 10 –7 – 10 –10 мл.
Для проведения субмикроанализа также требуется особое оборудование.
В настоящее время для проведения качественного химического анализа различных объектов используют полумикроанализ и микроанализ.
Техника эксперимента в качественном анализе
В качественном анализе используют пробирочные, капельные и микрокристаллоскопические реакции.
Пробирочные реакции проводят в небольших пробирках вместимостью от одного до нескольких миллилитров, куда помещают одну или несколько капель анализируемого раствора. Аналитический эффект (появление, изменение или исчезновение окраски; образование или растворение осадка; выделение пузырьков газа) наблюдают визуально. Например, пробирочные реакции используют для обнаружения ионов Mg 2+ по образованию белого аморфного осадка Mg(OH)2, обнаружения ионов Ва 2+ по образованию жёлтого мелкокристаллического осадка ВаCrO4, проведения пробы на выделение газов при анализе смеси анионов и т. д.
Выполняя капельные реакции, визуально изучают продукт реакции, который образуется при смешении одной капли реагента с одной каплей анализируемого раствора. Капельные реакции проводят:
1. на поверхности пластинки (стеклянной, фарфоровой, пластмассовой). Этот способ позволяет отчётливо наблюдать появление или исчезновение окраски, образование осадка;
2. на полоске фильтровальной бумаги. Этот способ используют для цветных капельных реакций;
3. в микрогазовой камере. Этот способ используют для капельных реакций, протекающих с образованием газообразных продуктов.
Пример проведения капельной реакции на поверхности пластинки (часовом стекле) – обнаружение следовых количеств ионов аммония с реактивом Несслера; на полоске фильтровальной бумаги – обнаружение ионов Zn 2+ c дитизоном, хромат-ионов с бензидином; в микрогазовой камере – обнаружение ионов аммония по посинению влажной индикаторной бумаги в результате выделения NH3 под действием щёлочи.
Микрокристаллоскопические реакции проводят на предметном стекле, затем рассматривают под микроскопом характерную форму кристаллов. Например, ионы К + образуют характерные кубические кристаллы чёрного или коричневого цвета K2Pb[Cu(NO2)6] при действии реагента Na2Pb[Cu(NO2)6], а ионы Na + – прозрачные бесцветные кристаллы в виде удлинённых зёрен при действии реагента KH2SbO4.
Методы разделения и обнаружения ионов,
имеющих наибольшее значение
в химической технологии
В производственной деятельности инженеры-технологи сталкиваются с необходимостью контролировать качественный состав сырья и продукции на различных этапах технологического процесса. Наиболее часто в химической технологии применяются соединения катионов I–III аналитических групп, поэтому в настоящем учебном пособии рассматриваются методы разделения и обнаружения только тех ионов, которые наиболее часто встречаются при анализе различных природных и промышленных объектов.
Лабораторная работа №1
Общая характеристика
В I аналитическую группу входят катионы Na + , K + , NH4 + , Mg 2+ .
Ионы Na + и K + относятся к I группе Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Большинство солей катионов этой группы хорошо растворимо в воде. Главное отличие катионов I группы – растворимость в воде их сульфидов, гидроксидов, карбонатов и хлоридов. Поэтому катионы I группы не осаждаются групповыми реагентами других групп, а остаются в растворе. Ионы магния, который находится во II группе Периодической системы элементов, по некоторым химическим свойствам ближе к катионам щелочных, а не щелочноземельных металлов. При осаждении II аналитической группы карбонатом аммония в присутствии NH4Cl ионы Mg 2+ остаются в растворе.
Все катионы I аналитической группы бесцветны. Окраска некоторых солей обусловлена окраской анионов. Группового реагента, осаждающего все катионы I аналитической группы, нет.
Опыт 1. Характерные реакции на ион Na +
Описание 1. Микрокристаллоскопическая реакция с антимонатом калия.
Если в анализируемом раствореотсутствуют ионы NH4 + и Mg 2+ , то ионы Na + открывают микрокристаллоскопической реакцией с антимонатом калия KH2SbO4. При этом в нейтральной среде образуется белый мелкокристаллический осадок антимоната натрия NaH2SbO4:
В сильнощелочной среде осадок не образуется, а из сильнокислых растворов выпадает белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты HSbO3, поэтому при рассмотрении под микроскопом необходимо убедиться в том, что полученный осадок – кристаллический. Реакцию проводят на холоду. Мешающие ионы – Li + , NH4 + , Mg 2+ .
Описание 2. Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом.
КатионыNa + открывают также микрокристаллоскопической реакцией с цинкуранилацетатом, образующим характерные жёлтые октаэдрические и тетраэдрические кристаллы натрийцинкуранилацетата, не растворимого в уксусной кислоте:
Мешающие ионы – Li + , K + , NH4 + , Mg 2+ .
На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего ионы натрия, и каплю уксуснокислого раствора цинкуранилацетатом. При облучении ультрофиолетовым светом наблюдают образование характерных кристаллов.
Описание 3. Окрашивание пламени.
Соли натрия окрашивают пламя в интенсивно-жёлтый цвет.
Опыт 2. Характерные реакции на ион K +
Описание1. Микрокристаллоскопическая реакция с гексанитрокупратом (II) натрия и свинца.
КатионыK + в нейтральной среде образуют с гексанитрокупратом (II) натрия и свинца Na2Pb[Cu(NO2)6] чёрные кубические кристаллы K2Pb[Cu(NO2)6]:
На предметное стекло помещают 1 каплю раствора, содержащего ионы калия. Рядом помещают 1 каплю раствора K2Pb[Cu(NO2)6]. Стеклянной палочкой соединяют капли и дают постоять. Рассматривают под микроскопом образовавшиеся кристаллы.
Описание 2. Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия.
Ионы K + образуют с гексанитрокобальтатом (III) натрия жёлтый кристаллический осадок состава K2Na[PbCo(NO2)6]:
К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы калия, добавляют 2-3 капли раствора реагента и слегка нагревают в водяной бане. Образуется желтый осадок. Если раствор кислый, необходимо добавить СН3СООNa до рН 4-5.
Описание 3. Окрашивание пламени.
Соли калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет.
Опыт 3. Характерные реакции на ион NH4 +
Описание 1. Реакция со щелочами.
В пробирку поместить 5-6 капель раствора соли аммония, добавить столько же раствора NaOH. Нагреть пробирку и выделяющиеся из пробирки пары внести мокрую фенолфталеиновую бумажку. Она краснеет. Обратите внимание на запах выделяющегося газа.
NH4Cl + NaOH =
Описание 2.Реакция с реактивом Несслера.
К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы аммония, добавляют 1-2 капли реактив Несслера в щелочной среде образует с ионами аммония характерный красно-бурый (оранжевый)осадок:
Если концентрация ионов NH4 + мала, осадок не выпадает, а раствор окрашивается в оранжевый цвет. Это наиболее специфическая реакция на ионы NH4 + . Катионы I и II групп не мешают определению, т. к. образуют бесцветные гидроксиды.
Опыт 4. Характерные реакции на ион Mg 2+
Описание 1. Реакции со щелочами и аммиаком.
К 1-2 каплям раствора, содержащего катионы Mg 2+ , прибавляют 1-2 капли гидроксида аммиака или натрия, образуется белый аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)2:
Mg 2+ + 2OH – → Mg(OH)2↓.
Осадок не растворяется в щелочах, но растворяется в кислотах.
Описание 2. Реакция с гидрофосфатом натрия.
К 1-2 каплям раствора, содержащего катионы Mg 2+ , прибавляют 2-3 капли 2М раствора соляной кислоты, 1 каплю гидрофосфата натрия и при присутствии аммиачного буферного раствора (рН=9) выпадает белый мелкокристаллический осадок магнийаммонийфосфата NH4MgPO4:
Реакцию можно провести как микрокристаллоскопическую.
Методы разложения и удаления солей аммония
Ионы NH4 + мешают открытию ионов Na + и K + , поэтому при проведении анализа поступают следующим образом:
─ сначала открывают ионы NH4 + ;
─ затем полностью удаляют ионы NH4 + (если обнаружены);
─ после полного удаления ионов NH4 + открывают Na + и K + .
Существуют следующиеспособы удаления катионов NH4 + :
1) анализируемый раствор, содержащий катионы аммония, подкисляют концентрированной азотной или соляной кислотой, досуха упаривают в фарфоровой чашке, а затем прокаливают сухой остаток до полного удаления NH4 + . Полноту удаления контролируют качественной реакцией с реактивом Несслера;
2) к анализируемому раствору добавляют раствор щёлочи с последующим нагреванием до полного удаления NH4 + . Полноту удаления контролируют по влажной индикаторной бумаге.
Систематический ход анализа катионов I группы
При изучении реакций катионов I аналитической группы можно сделать следующие выводы:
а)присутствие иона NH4 + мешает открытию иона К + всеми реактивами и открытию иона Na + реактивом KH2SbO4;
б) обнаружению ионов NH4 + и Mg 2+ другие катионы I группы не мешают;
в) ион К + может быть обнаружен в присутствии ионов Na + и Mg 2+ ;
г) ионы NH4 + можно удалить из раствора выпариванием и последующим прокаливанием;
д) ионы Mg 2+ можно удалить из раствора осаждением в виде Mg(OH)2.
Исходя из этого, систематический ход анализа должен включать следующие операции, которые выполняются в строго определённой последовательности:
1) обнаружение иона NH4 + ;
2) удаление иона NH4 + (если обнаружен);
3) обнаружение иона К + ;
4) обнаружение иона Mg 2+ ;
5) осаждение иона Mg 2+ (если обнаружен);
6) обнаружение иона Na + .
Схема отделения и разделения ионов внутри I аналитической группы при проведении систематического анализа представлена на рис. 2.
| Раствор: NH4 + Na + К + Mg 2+ |
| Упаривание раствора и прокаливание сухого остатка |
| Газовая фаза: NH3 | Раствор: Na + К + Mg 2+ |
| +КОН |
| Раствор: Na + К + | Осадок: Mg(OH)2↓ |
Рис. 2. Схема разделения катионов I группы
Общая характеристика
Во II аналитическую группу входят катионы Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ .
Катионы II аналитической группы осаждаются из водных растворов в виде малорастворимых карбонатов. Групповым реагентом является карбонат аммония (NH4)2CO3 в присутствии NH4OH и NH4Cl (pH≈9,2). При этом значении рН достигается практически полное осаждение карбонатов II группы, а ионы I группы остаются в растворе.
Все карбонаты хорошо растворимы в кислотах, в том числе и слабой уксусной кислоте, с выделением газообразного диоксида углерода, поэтому их осаждение нельзя проводить в кислой среде. Соли Ca 2+ и Ba 2+ бесцветны. Окраска некоторых солей обусловлена окраской анионов. Растворы гидроксидов Ca 2+ и Ba 2+ – сильные основания.
Опыт 5. Характерные реакции на ион Ca 2+
Описание 1. Реакция с оксалатом аммония.
К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы Ca 2+ , добавляют 2-3 капли раствора реагента. В результате реакции образуется белый кристаллический осадок оксалата кальция CaC2O4:
Реакцию проводят в слабокислой среде (рН ≈6–6,5) в присутствии уксусной кислоты, в которой CaC2O4 не растворяется.
Мешают ионы Mg 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , дающие аналогичные осадки.
Описание 2. Реакция с гексацианоферратом (II) калия.
На часовом стекле перемешивают каплю раствора с 2-3 каплями раствора реагента, затем добавляют 1-2 капли раствора хлорида аммония, каплю этанола и снова перемешивают. В результате образуется белый кристаллический осадок гексацианоферрата (II) аммония и кальция (NH4)2Ca[Fe(CN)6]:
Рассмотрено на заседании цикловой методической комиссии
Председатель ЦМК _____ Е.И.Носаль
Рецензент: Носаль Е.И. – председатель цикловой методической комиссии фармацевтических дисциплин, специалист высшей категории,
Методическая разработка содержит научно-методическое обоснование темы, включает внутри- и междисциплинарную интеграции, способствует развитию личности студента.
План и организационная структура лекционного занятия включает основные этапы: мотивацию учебной деятельности, актуализацию опорных знаний студентов, методы проведения лекции, осмысление знаний, полученных на занятии. Для достижения целей теоретического занятия предусмотрен дидактический материал: мультимедийная презентация, таблицы для заполнения, опорный конспект. Для актуализации опорных знаний студентов используются видеозадачи – ребусы.
Материалы данного лекционного занятия можно в дальнейшем использовать для изучения профессиональных дисциплин.
1. Научно-методическое обоснование и актуальность темы:
Методы качественного анализа широко применяются для идентификации:
- лекарственного сырья, которое применяется для изготовления лекарственных препаратов (например, определения токсических веществ в лекарственном сырье (свинца, ртути, мышьяка);
- содержания в лекарственных препаратах активно действующих веществ.
Большое значение имеет качественное определение отдельных ионов, которые обеспечивают нормальную физиологическую деятельность организма человека, так называемых биоэлементов: ионов К + , Mg 2+ , Na + , Fe 2+ , Ca 2+ , I-.
Аналитическая химия имеет большое научное и практическое значение. Так, на основе данных химического анализа были открыты количественные законы химии (закон постоянства вещества, сохранения массы вещества), установлены атомные массы элементов, химические формулы химических веществ.
2. Обучающие (образовательные) цели:
2. Усвоить основные методы качественного анализа, требования к аналитическим реакциям, условия их проведения, способы выполнения аналитических реакций.
3. Систематизировать знания студентов в качественных реакциях, которые применяются для идентификации элементов, ионов или молекул в химических веществах.
4. Классифицировать катионы и анионы в соответствующие группы по характерным свойствам их химических соединений.
5. Начать формирование умений и навыков идентификации катионов и
3. Цели развития личности студентов:
Развитие познавательных способностей путем формирования навыков сравнения, применения теоретических представлений для решения практических задач.
4. Воспитательные цели:
Воспитывать у студентов ответственность за результаты лабораторных исследований.
Обеспечивающие дисциплины
1. Общая и неорганическая химия
катионы: К + , Na + , Ag + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ .
Биологическую роль ионов, применение их соединений в медицине и фармации.
Выполнить качественные реакции на данные ионы; исследовательские операции на идентифика-цию катионов и анионов.
Последующие дисциплины
Реакции, которые исполь-зуются для определения подлинности кислоты хлоро-водородной, хлорида натрия, йодида калия, бромида натрия, тиосульфата натрия, гидрокарбоната, тетрабората натрия, хлорида кальция, сульфата магния, сульфата цинка, железа (II), нитрата серебра, хлорида железа (III)
Выполнять анализ неорганических фармацевтических средств
6. Внутридисциплинарная интеграция.
1. Анализ катионов
Качественные реакции на катионы: К + , Na + , Ag + , Mg 2+ , Ca 2+ , NН4 + , Аl 3+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Hg 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ .
Установить группу катионов по кислотно-основной классификации, идентифицировать катио-ны I – VI аналитических групп.
2. Анализ анионов
Установить группу анионов, идентифициро-вать анионы I – III аналитических групп.
3. Анализ неизвестного вещества
Алгоритм анализа катионов и анионов
Выполнить исследования неизвестного вещества по определенному алгоритму
7. План и организационная структура лекционного занятия.
Основные этапы и их содержание
Способы активизации студентов. Материалы методического обеспечения
Распределе- ние времени
I. Подготовительный этап.
Мотивация учебной деятельности
Методы качественного анализа широко используется для идентифи-кации лекарственного сырья, которое применяется для изготовления лекарственных препаратов, готовых лекарственных средств, содержания в них активнодействующих веществ. Большое значение имеет качественное открытие отдельных ионов, которые обеспечивают нормальную физио-логическую деятельность человека, так называемых биоэлементов.
Актуализация опорных знаний
План, цели занятия
II. Основной этап
Аналитические реакции, их характеристика
1. Методы: рассказ и объяснение преподавателя.
2. Раздаточный материал: опорный конспект.
3. Закрепление: вопросы.
1) Какие реакции называются аналитическими?
2) Что называют реактивом?
3) Какие реакции называются:
5) Назовите основные условия выполнения аналитических реакций.
2. Раздаточный материал: немые таблицы, таблицы растворимости.
3. Закрепление: вопросы.
1) На сколько групп делятся катионы по кислотно-основной классификации
2) Почему классификация называется кислотно-основной?
3) Как можно открыть катионы I, II, III, IV, V, VI аналитических групп?
4) Чем отличается действие группового реактива щелочи на IV группу от действия его на V аналитическую группу?
5) В чем особенность гидроксидов катионов VI группы?
- в их способности растворяться в избытке р-ра аммиака:
2. Раздаточный материал: таблицы.
3. Закрепление: вопросы.
1) Какие соединения образуются при действии на анионы I аналитической группы раствора группового реактива ВаСl2?
2) Охарактеризуйте растворимость бариевых солей анионов I аналитической группы, используя работу с таблицей растворимости.
3) Какие соединения образуются при действия на анионы II аналитической группы раствора АgNO3?
4) Охарактеризуйте растворимость серебряных солей анионов II аналитической группы.
6. Выберите из перечня анионы, для которых характерны восстановительные свойства?
7. Каким реактивом можно подтвердить их восстановительные свойства?
8. Какой аналитический эффект наблюдается при этом?
9. Выберите из перечня анионов анионы-типичные окислители, анионы, которому присущи двойственные свойства.
10. Почему NO2 - - анион проявляет двойственные свойства?
11. Каким реактивом можно подтвердить окислительные свойства анионов?
12. Какие наблюдения ожидаются при действии подкисленного р-ром НСl
раствора КI на группу анионов-окислителей.
Формирование умений и навыков. Решение ситуационных задач:
Раствор исследуемой соли не образует осадка с хлороводороной кислотой, но осаждается серной кислотой в присутствии этанола с образованием белого осадка,
нерастворимого в растворах кислот и щелочей.
К какой группе относится катион?
Исследуемый раствор не образует осадков с групповыми реактивами: растворами хлороводородной и серной кислот, щелочей и раствором аммиака.
К какой группе относится катион?
Вода для инъекций не образует осадков с растворами хлороводородной и серной кислот, но образует белый осадок с раствором щелочи, растворяющийся в ее избытке и растворе аммиака.
К какой группе относится катион?
Исследуемый раствор не образует осадков с растворами хлороводородной и серной кислот, но образует темно-зеленый осадок с раствором аммиака, который не растворяется в избытке щелочи и аммиака.
Группа катион? Выскажите предположение, о каком катионе идет речь?
Отвар лекарственного сырья образует белый осадок с раствором хлороводородной кислоты, который не растворяется отдельно в кислотах, но при добавлении раствора аммиака чернеет.
К какой группе принадлежит катион? Можете ли вы назвать токсичный ион, содержащийся в лекарственном сырье?
Исследуемая вода для инъекций образует белый осадок с раствором хлорида бария, нерастворимый в кислотах и щелочах.
Об анионе какой группы идет речь? Можно ли сделать вывод о присутствии одного из анионов группы?
Отвар лекарственного сырья образует темно-бурый осадок с раствором нитрата серебра, растворяющийся в азотной кислоте при нагревании.
Какой группе принадлежит анион? О каком токсичном анионе идет речь?
III. Заключительный этап
Осмысление и закрепление нового материала
Закрепление нового материала поэтапное.
Методы: фронтальная беседа, заполнение таблиц с использованием мультимедийной презентации.
Резюме лекции, общие выводы. Ответы на возможные вопросы.
- биологической ролью ионов в физиологических процессах организма человека.
- классификацию катионов и анионов.
- характеризовать катионы и анионы по соответствующему алгоритму.
В.Д.Пономарев, Аналитическая химия, М., стр. 12-13; Гл. V § 33-35.
Рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов
Подготовить: характеристику катионов и анионов по соответствующему алгоритму
8. Материалы методического обеспечения занятия.
1. Конспект лекции.
2. Дидактический материал:
- таблицы для заполнения;
9. Ход занятия:
1. Тема занятия. Мотивация учебной деятельности:
Методы качественного анализа широко используются в фармацевтическом анализе для идентификации лекарственных препаратов.
В основе идентификации исследуемых субстанций лежат качественные реакции ионов (катионов и анионов), которые обеспечивают нормальную физиологическую деятельность организма человека, так называемых биоэлементов.
Ионы калия и натрия содержатся во всех клетках человеческого организма и входят в состав физиологических жидкостей. Ионы Nа + участвуют в мышечных сокращениях, входят в состав буферных систем организма, регулирующих осмотическое давление в клетках.
Соединения кальция необходимы для построения тканей (в частности костной ткани). Ионы кальция содержатся в крови, поддерживая нормальную свертываемость крови. Недостаток ионов магния приводит к тяжелым нервным расстройствам.
Ионы железа (II) входят в состав гемоглобина крови и некоторых окислительных ферментов (оксидазы). Ионы Fe 2+ возбуждают деятельность кроветворных органов, стимулируют рост тканей. Недостаток железа в организме вызывает различные формы анемии.
Проецирование видеозадач и через некоторое время их решение.
Вопросы к студентам:
1. Какая качественная реакция изображена на слайде?
Указать: катион или анион, реактив, с помощью которого осуществляется идентификация иона, аналитический эффект реакции.
3. Аналитические реакции.
Аналитические реакции – это химические реакции, которые сопровождаются хорошо наблюдаемым внешним эффектом (образованием или растворением осадка, изменение цвета раствора, выделение газа).
Аналитические реакции, которые используют в качественном анализе классифицируют на:
- групповые реакции – реакции, которые позволяют открыть группу ионов;
- частные реакции:
а) специфические – это реакции, которые позволяют открыть ионы в присутствии других ионов без предыдущего их разделения. Например, реакция открытия катионов аммония раствором щелочи; катионов Fe 3+ - раствором тиоцианата калия. Для выполнения специфич-ных реакций используют дробный метод анализа;
б) неспецифические или селективные – реакции, которые дают аналитический эффект в присутствии ограниченного количества ионов. Для выполнения используют система-тический метод анализа, основанный на предварительном разделении ионов (в пределах группы).
Условия проведения аналитических реакций:
- создание и поддержание в ходе выполнения реакций определенного значения рН раствора (реакции среды);
- температура выполнения реакции (условия выполнения реакции идентификации ионов К + );
- соблюдение определенной концентрации ионов (чувствительность реакции).
Чувствительность – это наименьшая концентрация ионов, которые можно открыть данной реакцией при определенных условиях ее выполнения. Например:
- открытие Cl - анионов раствором AgNO3 – реакция чувствительная;
- открытие катионов К + раствором NаНС4Н4О6 или катионов Са 2+ раствором H2SO4 – эти реакции мало чувствительны.
Способы выполнения аналитических реакций:
- сухой способ (это реакции окрашивания пламени);
- мокрый способ – это реакции, проводимые в растворах.
4. Классификация катионов.
В аналитической практике существуют 3 классификации:
1. Сероводородная – основана на разной растворимости сульфидов.
2. Фосфатная классификация – основана на разной растворимости фосфатов.
3. Кислотно- основная классификация основана на различной растворимости в воде хлоридов, сульфатов, гидроксидов.
По кислотно-основной классификации катионы делятся на VI аналитических групп. Для определения группы катиона применяются групповые реакции, а для их выполнения применяют групповые реактивы, которые используют как для обнаружения соответствующей группы, так и для отделения катионов одной группы от другой.
Аналитическая классификация катионов по кислотно-основному методу.
Соединения, которые образуются
Раствор хлороводо-родной кислоты
Раствор серной кислоты
Раствор ще-лочей гид-роксида натрия или гидроксида калия
Fe 2+ , Fe 3+ , Mg 2+
Водный раствор аммиака, раствор щёлочи
Используя таблицу растворимости, ответьте на вопрос:
Почему I аналитическая группа катионов не имеет группового реактива?
Групповой реактив на II аналитическую группу – раствор хлороводородной кислоты.
В виде каких соединений хлороводородная кислота осаждает катионы II аналитической группы?
Характеристика катионов II аналитической группы – хлориды не растворяются в воде и разбавленных растворах кислот.
В чем растворяется осадок хлорида серебра?
Осадок хлорида серебра растворяется в избытке раствора аммиака с образованием комплексного соединения хлорида диаминсеребра (это свойство осадка используется для отделения катиона серебра от других катионов II аналитической группы, а также для идентификации ионов серебра.
Хлорид ртути (I) в присутствии раствора аммиака чернеет, а хлорид свинца (II) растворяется в горячей воде, что также может быть использовано для отделения катионов свинца (II) от катионов серебра и ртути (I).
Групповой реактив на III аналитическую группу – раствор серной кислоты в присутствии этанола.
Какие осадки образуются при действии серной кислоты на катионы III аналитической группы?
Сульфаты катионов III аналитической группы не растворяются в воде и разбавленных растворах кислот.
Произведение растворимости осадка ВаSО4 значительно меньше ПРСаSО4. Поэтому осадок ВаSО4 выпадает мгновенно, а СаSО4 образуется только в присутствии этанола.
Групповой реактив на катионы IV аналитической группы – растворы щелочей (NаОН и КОН).
В виде каких осадков осаждаются катионы IV аналитической группы? Какими свойствами обладают гидроксиды Zn 2+ , Al 3+ , Cr 3+ ?
Гидроксиды катионов IV аналитической группы растворяются в избытке растворов щелочи, т.к. они обладают амфотерными свойствами, образуя при этом гидроксокомплексы такого состава Nа2[Zn(ОН)4] ,
Свойство гидроксидов катионов IV аналитической группы растворяться в избытке щелочи отличает их от гидроксидов катионов V аналитической группы, а также используется для отделения катионов IV аналитической группы от катионов V аналитической группы.
Какие осадки образуют катионы V аналитической группы при действии группового реактива раствора аммиака?
Гидроксиды катионов V аналитической группы не растворяются в избытке раствора аммиака.
Катионы VI аналитической группы осаждаются групповым реактивом, раствором аммиака, в виде основных солей: (СuОН)2 SО4 и НgNН2Сl .
При добавлении избытка раствора аммиака основные соли и амидосоединения катионов VI аналитической группы растворяются с образованием аммиачных комплексов:
Читайте также: