Качественные реакции в химии реферат

Обновлено: 05.07.2024

В органической химии качественные реакции определяют преимущественно вещества, а если быть точнее, то представителей класса веществ (алканы, алкены и т.д.).

1. Качественная реакция на алканы. Определить, что какое-то вещество в смеси или в чистом виде алкан, несложно. Для этого газ либо поджигают — горение алканов сопровождается синим пламенем, либо пропускают через раствор перманганата калия. Алканы не окисляются перманганатом калия на холоду, вследствие этого раствор не будет изменять окраску.

Файлы: 1 файл

В органической химии качественные реакции определяют преимущественно вещества.doc

2. Качественная реакция на алкены. Чтобы убедиться в наличии алкена, нужно пропустить его в раствор перманганата калия (реакция Вагнера). В ходе реакции раствор обесцветится, выпадает бурый диоксид марганца MnO2 (реакция на примере этилена):

3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O ——> 3CH2OH-CH2OH + 2KOH + 2MnO2↓

Так же, алкены обесцвечивают бромную воду:

C2H4 + Br2 ——> C2H4Br2

Бромная вода обесцвечивается, образуется дибромпроизводное.

3. Качественная реакция на алкины. Алкины можно выявить и по реакции Вагнера или с помощью бромной воды:

3C2H2 + 8KMnO4 ——> 3KOOC-COOK + 8MnO2↓ + 2KOH + 2H2O

C2H2 + 2Br2 —-> C2H2Br4

Алкины с тройной связью у крайнего атома углерода реагируют с аммиачным раствором оксида серебра (гидроксид диаминсеребра (I)) (реактив Толленса):

C2H2 + 2[Ag(NH3)2]OH ——-> Ag2C2↓ + 4NH3↑ + 2H2O

Получившийся ацетиленид серебра (I) выпадает в осадок.

Алкины, у которых тройная связь в середине (R-C-=C-R) в эту реакцию не вступают.

Такая способность алкинов — замещать протон на атом металла, подобно кислотам — обусловлено тем, что атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации и электроотрицательность атома углерода в таком состоянии такая же, как у азота. Вследствие этого, атом углерода сильнее обогощается электронной плотностью и протон становится подвижным.

4. Качественная реакция на альдегиды. Одна из самых интересных качественных реакций в органической химии — на альдегиды, предназначена исключительно для выявления соединений, содержащих альдегидную группу. К альдегиду приливают аммиачный раствор оксида сереб ра, реакция идет при нагревании:

CH3-CHO + 2[Ag(NH3)2]OH —t—> CH3-COOH + 2Ag↓ + 4NH3↑ + H2O

Если опыт проведен грамотно, то выделяющееся серебро покрывает колбу ровным слоем, создавая эффект зеркала. Именно поэтому реакция называется реакцией серебряного зеркала.

Примечание: реакцией серебряного зеркала также можно выявить метановую (муравьиную) кислоту HCOOH. При чем тут кислота, если мы говорим про альдегиды? Все просто: муравьиная кислота — единственная из карбоновых кислот, содержащая одновременно альдегидную и карбоксильную группы:

В ходе реакции метановая кислота окисляется до угольной, которая разлагается на углекислый газ и воду:

HCOOH + 2[Ag(NH3)2]OH —t—> CO2↑ + 2H2O + 4NH3↑ + 2Ag↓

Помимо реакции серебряного зеркала существует также реакция с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2. Для этого к свежеприготовленному гидроксиду меди (II) добавляют альдегид и нагревают смесь:

CuSO4 + 2NaOH ——> Na2SO4 + Cu(OH)2↓

CH3-CHO + 2Cu(OH)2 —t—> CH3-COOH + Cu2O↓ + 2H2O

Выпадает оксид меди (I) Cu2O — осадок красного цвета.

Еще один метод определения альдегидов — реакция с щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия, известный нам из предыдущей статьи как реактив Несслера:

CH3-CHO + K2[HgI4] + 3KOH ——> CH3-COOK + Hg↓ + 4KI + 2H2O

При добавлении альдегида к раствору фуксинсернистой кислоты раствор окрашивается в светло-фиолетовый цвет.

5. Качественные реакции на спирты. Спирты по количеству гидроксильных групп бывают одно-, двух-, многоатомными. Для одно- и многоатомных реакции различны.

Качественные реакции на одноатомные спирты:

Простейшая качественная реакция на спирты — окисление спирта оксидом меди. Для этого пары спирта пропускают над раскаленным оксидом меди. Затем полученный альдегид улавливают фуксинсернистой кислотой, раствор становится фиолетовым:

CH3-CH2-OH + CuO —t—> CH3-CHO + Cu + H2O

Спирты идентифицируются пробой Лукаса — конц. раствор соляной кислоты и хлорида цинка. При пропускании вторичного или третичного спирта в такой раствор образуется маслянистый осадок соответствующего алкилхлорида:

CH3-CHOH-CH3 + HCl —ZnCl2—> CH3-CHCl-CH3↓ + H2O

Первичные спирты в реакцию не вступают.

Еще одним известным методом является иодоформная проба:

CH3-CH2-OH + 4I2 + 6NaOH ——> CHI3↓ + 5NaI + HCOONa + 5H2O

Качественные реакции на многоатомные спирты.

Наиболее известная качественная реакция на многоатомные спирты — взаимодействие их с гидроксидом меди (II). Гидроксид растворяется, образуется хелатный комплекс темно- синего цвета. Обратите внимание на то, что в отличии от альдегидов многоатомные спирты реагируют с гидроксидом меди (II) без нагревания. К примеру, при приливании глицерина образуется глицерат меди (II):

6. Качественные реакции на карбоновые кислоты. На карбоновые кислоты обычно подчеркивают образование цветных осадков с тяжелыми металлами. Но наиболее осуществимая качественная реакция на метановую кислоту HCOOH. При добавлении концентрированной серной кислоты H2SO4 к раствору муравьиной кислоты образуется угарный газ и вода:

HCOOH —H2SO4—> CO↑ + H2O

Угарный газ можно поджечь. Горит синем пламенем:

Из многоосновных кислот рассмотрим качественную реакцию на щавелевую H2C2O4 (HOOC-COOH). При добавлении к раствору щавелевой кислоты раствор соли меди (II) выпадет осадок оксалата меди (II):

Cu2+ + C2O42- ——> CuC2O4↓

Щавелевая кислота также, как и муравьиная, разлагается концентрированной серной кислотой:

H2C2O4 —-H2SO4—> CO↑ + CO2↑ + H2O

7. Качественные реакции на амины. На амины качественных реакций нет (за исключением анилина). Можно доказать наличие амина окрашиванием лакмуса в синий цвет. Если же амины нельзя выявить, то можно различить первичный амин от вторичного путем взаимодействия с азотистой кислотой HNO2. Для начала нужно ее приготовить, а затем добавить амин:

NaNO2 + HCl ——> NaCl + HNO2

Первичные дают азот N2:

CH3-NH2 + HNO2 ——> CH3-OH + N2↑ + H2O

Вторичные — алкилнитрозоамины — вещества с резким запахом (на примере диметилнитрозоамина):

CH3-NH-CH3 + HNO2 ——> CH3-N(NO)-CH3 + H2O

Третичные амины в мягких условиях с HNO2 не реагируют.

Анилин образует осадок при добавлении бромной воды:

C6H5NH2 + 3Br2 ——> C6H2NH2(Br)3↓ + 3HBr

Анилин также можно обнаружить по сиреневой окраске при добавлении хлорной извести.

8. Качественные реакции на фенол. Фенол лучше всего обнаруживает хлорид железа (III) — образуется фиолетовое окрашивание раствора. Это лучший метод обнаружения фенола, т.к. реакция очень чувствительна.

Также фенол наряду с анилином дает осадок желтоватого цвета при пропускании в водный раствор брома — 2,4,6 — трибромфенол:

C6H5OH + 3Br2 ——> C6H2OH(Br)3↓ + 3HBr

Фенолы дают фенол-альдегидные смолы при реакции с альдегидом в кислой среде. При этом образуются мягкие пористые массы фенол-альдегидных смол (реакция поликонденсации).

9. Качественная реакция на алкилхлориды. Вещества, содержащие хлор, могут окрашивать пламя в зеленый цвет. Для этого нужно обмакнуть медную проволоку в алкилхлориде и поднести к пламени (проба Бельштейна).

10. Качественная реакция на углеводы. Большинство углеводов имеют альдегидные и гидроксильные группы, поэтому для них характерны все реакции альдегидов и многоатомных спиртов.

Существует способ, который помогает различить глюкозу от фруктозы — проба Селиванова. Для того, чтобы различить эти углеводы, к ним приливают смесь резорцина и соляной кислоты. Реагирует со смесью фруктоза, при этом раствор окрашивается в малиновый цвет.

Крахмал в присутствии иода окрашивается в темно-синий цвет. При нагревании окраска исчезает, при охлаждении появляется вновь.

11. Качественная реакция на белки. Белки выявляются в основном на реакциях, основанных на окрасках.

Ксантопротеиновая реакция. Данная реакция обнаруживает ароматические аминокислоты, входящие в белки (на примере тирозина):

(OH)C6H4CH(NH2)COOH + HNO3 —-H2SO4——> (OH)C6H3(NO2)CH(NH2)COOH↓ + H2O — выпадает осадок желтого цвета.

(OH)C6H3(NO2)CH(NH2)COOH + 2NaOH ——-> (ONa)C6H3(NO2)CH(NH2)COONa + H2O — раствор становится оранжевым.

Качественный анализ имеет своей целью обнаружение определенных веществ или их компонентов в анализируемом объекте. Обнаружение проводится путем идентификации веществ, то есть установления тождественности (одинаковости) АС анализируемого объекта и известных АС определяемых веществ в условиях применяемого метода анализа. Для этого данным методом предварительно исследуют эталонные вещества (гл. 2.1), в которых наличие определяемых веществ заведомо известно. Например, установлено, что присутствие спектральной линии с длиной волны 350,11 нм в эмиссионном спектре сплава, при возбуждении спектра электрической дугой, свидетельствует о наличии в сплаве бария; посинение водного раствора при добавлении к нему крахмала является АС на присутствие в нем I₂ и наоборот.

Качественный анализ всегда предшествует количественному.

В настоящее время качественный анализ выполняют инструментальными методами: спектральными, хроматографическими, электрохимическими и др. Химические методы используют на отдельных стадиях инструментальных (вскрытие пробы, разделение и концентрирование и др.), но иногда с помощью химического анализа можно получить результаты более просто и быстро, например, установить наличие двойных и тройных связей в непредельных углеводородах при пропускании их через бромную воду или водный раствор KMnO₄ . При этом растворы теряют окраску.

Детально разработанный качественный химический анализ позволяет определять элементный (атомный), ионный, молекулярный (вещественный), функциональный, структурный и фазовый составы неорганических и органических веществ.

При анализе неорганических веществ основное значение имеют элементный и ионный анализы, так как знание элементного и ионного состава достаточно для установления вещественного состава неорганических веществ. Свойства органических веществ определяются их элементным составом, но также и структурой, наличием разнообразных функциональных групп. Поэтому анализ органических веществ имеет свою специфику.

Качественный химический анализ базируется на системе химических реакций, характерных для данного вещества - разделения, отделения и обнаружения.

К химическим реакциям в качественном анализе предъявляют следующие требования.

1. Реакция должна протекать практически мгновенно.

2. Реакция должна быть необратимой.

3. Реакция должна сопровождаться внешним эффектом (АС):

а) изменением окраски раствора;

б) образованием или растворением осадка;

в) выделением газообразных веществ;

г) окрашиванием пламени и др.

4. Реакция должна быть чувствительной и по возможности специфичной.

Для качественного химического анализа используют все известные типы реакций: кислотно-основные, окислительно-восстановительные, осаждения, комплексообразования и другие.

Качественный анализ растворов неорганических веществ сводится к обнаружению катионов и анионов. Для этого используют общие и частные реакции. Общие реакции дают сходный внешний эффект (АС) со многими ионами (например, образование катионами осадков сульфатов, карбонатов, фосфатов и т.д.), а частные - с 2-5 ионами. Чем меньше число ионов дают сходный АС, тем селективнее (избирательнее) считается реакция. Реакция называется специфической , когда позволяет обнаружить один ион в присутствии всех остальных. Специфической, например, на ион аммония является реакция:

Аммиак обнаруживают по запаху или по посинению красной лакмусовой бумажки, смоченной в воде и помещенной над пробиркой.

Селективность реакций можно повысить, изменяя их условия (рН) или применяя маскирование. Маскирование заключается в уменьшении концентрации мешающих ионов в растворе меньше предела их обнаружения, например путем их связывания в бесцветные комплексы.

Если состав анализируемого раствора несложен, то его после маскировки анализируют дробным способом. Он заключается в обнаружении в любой последовательности одного иона в присутствии всех остальных с помощью специфических реакций, которые проводят в отдельных порциях анализируемого раствора. Поскольку специфических реакций немного, то при анализе сложной ионной смеси используют систематический способ. Этот способ основан на разделении смеси на группы ионов со сходными химическими свойствами путем перевода их в осадки с помощью групповых реактивов, причем групповыми реактивами воздействуют на одну и ту же порцию анализируемого раствора по определенной системе, в строго определенной последовательности. Осадки отделяют друг от друга (например, центрифугированием), затем растворяют определенным образом и получают серию растворов, позволяющих в каждом обнаружить отдельный ион специфической реакцией на него.

Существует несколько систематических способов анализа, называемых по применяемым групповым реактивам: сероводородный, кислотно-основный, аммиачно-фосфатный и другие. Классический сероводородный способ основан на разделении катионов на 5 групп путем получения их сульфидов или сернистых соединений при воздействии H₂ S, (NH₄ )₂ S, NaS в различных условиях.

Более широко применяемым, доступным и безопасным является кислотно-основный метод, при котором катионы разделяют на 6 групп (табл. 1.3.1.). Номер группы указывает на последовательность воздействия реактивом.

Таблица 1.3.1

Классификация катионов по кислотно-основному способу

Номер группы	Катионы	Групповой реактив	Растворимость соединений
I	Ag + , Pb 2+ , Hg₂ 2+	2MHCl	Хлориды нерастворимы в воде
II	Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+	1MH₂ SO₄	Сульфаты нерастворимы в воде
III	Zn 2+ , Al 3+ , Cr 3+ , Sn 2+ , Si 4+ , As	4MNaOH	Гидроксиды амфотерны, растворимы в избытке щелочи
IV	Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Bi 3+ , Sb 3+ , Sb 5+	25 %-й NH₃	Гидроксиды нерастворимы в избытке NaOH или NH₃
Номер группы	Катионы	Групповой реактив	Растворимость соединений
V	Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Hg 2+	25 %-й NH₃	Гидроксиды растворяются в избытке NH₃ с образованием комплексных соединений
VI	Na + , K + , NH₄ +	Нет	Хлориды, сульфаты, гидроксиды растворимы в воде

Анионы при анализе в основном не мешают друг другу, поэтому групповые реактивы применяют не для разделения, а для проверки наличия или отсутствия той или иной группы анионов. Стройной классификации анионов на группы не существует.

Наиболее простым образом их можно разделить на две группы по отношению к иону Ba 2+ :

а) дающие хорошо растворимые соединения в воде: Cl - , Br - , I - , CN - , SCN - , S 2- , NO₂ 2- , NO₃ 3- , MnO 4- , CH₃ COO - , ClO₄ - , ClO₃ - , ClO - ;

Качественный химический анализ органических веществ подразделяют на элементный , функциональный , структурный и молекулярный .

Анализ начинают с предварительных испытаний органического вещества. Для твердых измеряют t_плав. , для жидких - t_кип или , показатель преломления. Молярную массу определяют по понижению t_замерз или повышению t_кип , то есть криоскопическим или эбулиоскопическим методами. Важной характеристикой является растворимость, на основе которой существуют классификационные схемы органических веществ. Например, если вещество не растворяется в Н₂ О, но растворяется в 5%-ном растворе NaOH или NaHCO₃ , то оно относится к группе веществ, в которую входят сильные органические кислоты, карбоновые кислоты с более чем шестью атомами углерода, фенолы с заместителями в орто- и параположениях, -дикетоны.

Таблица 1.3.2

Реакции для идентификации органических соединений

Тип соединения	Функциональная груп-па, участвующая в реакции	Реагент
Альдегид	С = О	а) 2,4 - динитрофенилгидрозид б) гидрохлорид гидроксиламина в) гидросульфат натрия
Амин	- NH₂	а) азотистая кислота б) бензолесульфохлорид
Ароматический углеводород	Азоксибензол и хлорид алюминия
Кетон	С = О	См. альдегид
Ненасыщенный углеводород	- С = С - - С ≡ С -	а) раствор KMnO₄ б) раствор Вr₂ в СCL₄
Нитросоединение	- NO₂	а) Fe(OH)₂ (соль Мора + КОН) б) цинковая пыль + NH₄ Clв) 20% раствор NaOH
Спирт	(R) - OH	а) (NH₄ )₂ [Ce(NO₃ )₆ ] б) раствор ZnCl₂ в HCl в) йодная кислота
Фенол	(Ar) - OH	a) FeCl₃ в пиридине б) бромная вода
Эфир простой	(R΄)- OR	а) йодоводородная кислота б) бромная вода
Эфир сложный	(R΄) - COOR	а) раствор NaOH (или КОН) б) гдрохлорид гидроксиламина

Элементным анализом обнаруживают элементы, входящие в молекулы органических веществ (C, H, O, N, S, P, Cl, и др.). В большинстве случаев органическое вещество разлагают, продукты разложения растворяют и в полученном растворе определяют элементы как в неорганических веществах. Например, при обнаружении азота пробу сплавляют с металлическим калием, получая KCN, который обрабатывают FeSO₄ , переводят в K₄ [Fe(CN)₆ ]. Добавляя к последнему раствор ионов Fe 3+ , получают берлинскую лазурь Fe₄ [Fe(CN)₆ ]₃ - (AC на присутствие N).

Функциональным анализом определяют тип функциональной группы. Например, реакцией с (NH₄ )₂ [Ce(NO₃ )₆ ] можно обнаружить спирт, а с помощью раствора KMnO₄ отличить первичные, вторичные и третичные спирты. Первичные KMnO₄ окисляет до альдегидов обесцвечиваясь, вторичные окисляет до кетонов, образуя MnO₂ , а с третичными не реагирует (табл. 1.3.2).

Структурным анализом устанавливают структурную формулу органического вещества или ее отдельные структурные элементы (двойные и тройные связи, циклы и так далее).

Молекулярным анализом устанавливают целиком вещество. Например, фенол можно обнаружить реакцией с FeCl₃ в пиридине. Чаще молекулярный анализ сводится к установлению полного состава соединения на основании данных об элементном, функциональном и структурном составе вещества. В настоящее время молекулярный анализ проводят в основном инструментальными методами.

При проведении расчета результатов анализа необходимо очень внимательно выполнять вычисления. Математическая погрешность, допущенная в числовых значениях, равносильна ошибке в анализе.

Числовые значения подразделяют на точные и приближенные. К точным, например, можно отнести число выполненных анализов, порядковый номер элемента в таблице Менделеева, к приближенным - измеренные значения массы или объема.

Значащими цифрами приближенного числа называют все его цифры, кроме нулей, стоящих слева от запятой, и нулей, стоящих справа после запятой. Нули, стоящие в середине числа, являются значащими. Например, в числе 427,205 - 6 значащих цифр; 0,00365 - 3 значащие цифры; 244,00 - 3 значащие цифры.

Точность вычислений определяется ГОСТ, ОСТ или ТУ на анализ. Если погрешность вычислений не оговорена заранее, то следует иметь в виду, что концентрация вычисляется до 4-ой значащей цифры после запятой, масса - до 4-го десятичного знака после запятой, массовая доля (процентное содержание) - до сотых долей.

Каждый результат анализа не может быть точнее, чем это позволяют измерительные приборы (поэтому в массе, выраженной в граммах, не может быть больше 4-5 знаков после запятой, т.е. больше точности аналитических весов 10 -4 -10 -5 г).

Лишние цифры округляют по следующим правилам.

1. Последнюю цифру, если она  4, отбрасывают, если  5, добавляют единицу к предыдущей, если равна 5, а перед ней четная цифра, то добавляют единицу к предыдущей, а если нечетная, то отнимают (например, 12,465  12,46; 12,475  12,48).

2. В суммах и разностях приближенных чисел сохраняют столько десятичных знаков, сколько их было в числе с наименьшим их числом, а при делении и умножении - столько, сколько требуется для данной измеряемой величины (например при вычислении массы по формуле

, несмотря на то, что V измеряют до сотых, результат должен быть вычислен до 10 -4 -10 -5 г).

3. При возведении в степень в результате брать столько значащих цифр, сколько их было у возводимого в степень числа.

4. В промежуточных результатах брать на одну десятичную цифру больше, чем по правилам округления, а для оценки порядка вычислений округлять все числа до первой значащей.

Математическая обработка результатов анализа

На любом из перечисленных этапов количественного анализа могут быть допущены и, как правило, допускаются погрешности, поэтому, чем меньшее число этапов имеет анализ, тем точнее его результаты.

Погрешностью измерения называют отклонение результата измерений x _i от истинного значения измеряемой величины .

Разность х_i -  =∆х_i называется абсолютной погрешностью , а отношение (∆х_i /)100% называется относительной погрешностью .

Погрешности результатов количественного анализа подразделяют на грубые (промахи), систематические и случайные . На их основе проводят оценку качества полученных результатов анализа. Параметрами качества являются их правильность, точность, воспроизводимость и надежность.

Результат анализа считается правильным , если у него нет грубой и систематической погрешности, а если, кроме того, случайная погрешность сведена к минимуму, то точным, соответствующим истинному. Для получения точных результатов измерения количественные определения повторяют несколько раз (обычно нечетное).

Грубыми погрешностями ( промахами) называются те, которые приводят к резкому отличию результата повторного измерения от остальных. Причинами промахов являются грубые оперативные ошибки аналитика (например потеря части осадка при его фильтровании или взвешивании, неправильное вычисление или запись результата). Промахи выявляют среди серии результатов повторных измерений, как правило, с помощью Q-критерия. Для его расчета результаты выстраивают в ряд по возрастанию: х₁ , х₂ , х₃ ,…х_n-1 , х_n . Сомнительным обычно является первый или последний результат в этом ряду.

Q-критерий вычисляют как отношение взятой по абсолютной величине разности сомнительного результата и ближайшего к нему в ряду к разности последнего и первого в ряду. Разность х_n - х₁ называют размахом варьирования.

Например, если сомнителен последний результат в ряду, то

Для выявления промаха рассчитанное для него Q сравнивают с табличным критическим значением Q_табл , приведенным в аналитических справочниках. Если Q  Q_табл , то сомнительный результат исключают из рассмотрения, считая промахом. Промахи должны быть выявлены и устранены.

Систематическими погрешностями считают те, которые приводят к отклонению результатов повторных измерений на одну и ту же только положительную или отрицательную величину от истинного значения. Их причиной может быть неправильная калибровка измерительных приборов и инструментов, примеси в применяемых реактивах, неправильные действия (например, выбор индикатора) или индивидуальные особенности аналитика (например, зрение). Систематические погрешности могут и должны быть устранены. Для этого используют:

1) получение результатов количественного анализа несколькими различными по природе методами;

2) отработку методики анализа на стандартных образцах, т.е. материалах, содержание определяемых веществ, в которых известно с высокой точностью;

Случайные погрешности - это те, которые ведут к незначительным отклонениям результатов повторных измерений от истинного значения по причинам, возникновение которых выяснить и учесть невозможно (например колебания напряжения в электросети, настроение аналитика и т.п.). Случайные погрешности вызывают разброс результатов повторных определений, проведенных в идентичных условиях. Разброс определяет воспроизводимость результатов, т.е. получение одинаковых или близких результатов при повторных определениях. Количественной характеристикой воспроизводимости является стандартное отклонение S, которое находят методами математической статистики. Для небольшого числа измерений (малой выборки) при n =1-10

Выборной называют совокупность результатов повторных измерений. Сами результаты называют вариантами выборки . Совокупность результатов бесконечно большого числа измерений (в титровании n30) называют генеральной выборкой , а вычисленное по ней стандартное отклонение обозначают . Стандартное отклонение S() показывает, на какую в среднем величину отклоняются результаты n измерений от среднего результата xили истинного.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Факультет педагогического образования

по дисциплине "Методика преподавания химии"

" Качественные реакции в курсе химии "

студенты 3-го курса

Максакова С.А., Огородников С.С.

Поскольку эта тема представляет для авторов реферата интерес, мы попытались выявить, насколько хорошо качественные реакции изучаются в базовом, профильном курсах химии и во внеклассной работе.

Основными разделами аналитической химии являются качественный и количественный анализ.

Качественный состав вещества показывает, из атомов каких химических элементов состоит вещество. Количественный состав вещества показывает, сколько атомов каждого химического элемента входит в состав данного вещества.

Качественные реакции – это реакции, происходящие между анализируемым веществом и реагентом. Реагент – вещество известного состава, используемое для обнаружения ионов в составе анализируемого вещества.

Качественные реакции сопровождаются хорошо заметными изменениями:

• Образованием характерного осадка

• Интенсивным окрашиванием раствора

В настоящее время химический анализ используется в самых различных областях. В технике, промышленности, сельском хозяйстве, медицине, биологии. Необычайная широта использования химического анализа вызвала появление ряда отраслей аналитической химии.

Методы анализа

Химические методы анализа предусматривают химическое взаимодействие веществ. Важными являются результаты химической реакции между веществом и реагентом. Физические методы анализа используют физические свойства веществ:

изменение окраски пламени при внесении в него вещества,

температура плавления и кипения вещества,

спектры излучения и поглощения вещества

другие свойства, характерные для вещества.

Физико-химические методы анализа объединяют физические и химические методы. При проведении физико-химических методов результат химической реакции наблюдается по изменениям физических свойств вещества или раствора. Физико-химические методы получили широкое распространение и интенсивно развиваются.

Анализ сухим путем, т.е. без переведения в раствор твердых веществ, выражается в испытании их способности образовывать окрашенные стекла или окрашивать бесцветное пламя горелки. Окрашенные стекла получают при сплавлении в колечке платиновой проволоки над пламенем спиртовки или горелки небольшого количества буры (Na2B4O7×10H2O) с анализируемым веществом. Летучие соли некоторых металлов (соли соляной кислоты) при нагревании в бесцветном пламени спиртовки или горелки окрашивают пламя в характерный для данного элемента цвет. Так, соли натрия окрашивают пламя в желтый цвет, соли калия – в фиолетовый, кальция – в кирпично-красный, бария – в желто-зеленый, стронция – в карминово-красный, бора – в зеленый.

Мы, проработав программы профильного и базового уровня школьной подготовки, представляем таблицу:

Таблица 1. Требования к результатам освоения базового и профильного курса химии

Базовый уровень

Профильный (базовый + следующее):

1) Качественные реакции на ионы Cl-, SO42-, NH4+, Fe2+, Fe3+, CO32-, реакции на углекислый газ, на крахмал, многоатомные спирты.

2)Применение качественных реакций.

В медицине – при приготовлении лекарств, проведении анализов на содержание различных веществ в организме человека.
3)В судебной практике.
4)В лабораториях химических производств, в пищевой промышленности.

5)В аналитическом аспекте рассматриваются свойства индикаторов, аминокислот, взаимодействие этилена с бромной водой и перманганатом калия, реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра( и в целом, реакция на альдегиды) и даже цветные реакции белков. Далее дополнительно к ним добавляются аналитические свойства непредельных соединений, многоатомных спиртов, фенолов и других веществ. Предусматривается выполнение экспериментальных задач по распознаванию индивидуальных веществ сложного состава (смесей.)

Неорганическая химия

1) Качественные реакции на ионы Са2+, Ва2+(два способа), Pb2+(два способа), Ag (два способа), хлорид свинца и хлорид серебра различают по растворимости в аммиаке.

2)Групповые и селективные реакции анионов. Описываются некоторые реакции анионов. Групповыми реагентами являются ионы ВаCl2 и AgNO3. SO42-, SO32-,S2O32-,Cl-,I-,SCN-,PO43-, S2-.

3) Использование реакций комплексообразования в качественном анализе.

Fe2+ (образование турнбулевой сини)

Fe3+ (образование роданидов и берлинской лазури)

Co2+(реакция с аммиаком и его избытком)

Ni+( реакция с аммиаком и его избытком), (красный осадок диметилглиоксима с никелем в аммиачной среде)

Cu2+ и Zn2+ (реакции с гексацианоферратом)

Al3+(реакция с ализариновым красным)

Mg2+(реакция с хенализарином)

SCN- ,CH3COO-,PO43-, Si32-.

4) Использование окислительно-восстановительных реакций в качественном анализе:

Органическая химия:
Качественные реакции на одноатомные спирты:
1) Окисление спирта оксидом меди.

2) Проба Лукаса — конц. раствор соляной кислоты и хлорида цинка.

3) Иодоформная проба

Качественные реакции на карбоновые кислоты:

1) реакция на муравьиную (с серной кислотой(

2) на щавелевую кислоту ( раствором соли меди (II) => осадок оксалата меди (II)

Качественные реакции на амины.

1) окрашиванием лакмуса в синий цвет. Различение первичного амина от вторичного путем взаимодействия с азотистой кислотой HNO2.

2) Анилин образует осадок при добавлении бромной воды:
Качественная реакция на алкилхлориды.

Анализ обязательного минимума содержания основных общеобразовательных программ по химии позволяет выделить следующие знания и умения аналитической направленности, которые можно и нужно формировать в процессе обучения химии в основной и старшей школе (на базовом уровне):

• знания о простейших способах (методах) химического анализа;

• знания об объектах обнаружения: элементах, функциональных группах (группах атомов), молекулах, ионах;

• умение разделять смеси, определять качественный состав вещества опытным путем, решать экспериментальные задачи аналитической направленности, исследовать состав некоторых природных объектов;

• умение определять формулу химического соединения по результатам его анализа и, наоборот, рассчитывать количественное содержание элемента в чистом веществе по формуле соответствующего соединения.

Совершенно иной набор знаний и умений химико-аналитического характера должен быть сформирован при изучении факультативных и элективных дисциплин, а также на внеклассных (учебно-исследовательских) занятиях.

Внеклассная работа

Отдельно рассмотрим, как освещается тема качественных реакций во внешкольных занятиях.

1) Жёлтый осадок, или как обнаружить фосфаты.

3) Как обнаружить фосфорную кислоту в напитках.

4) Из бесцветного синий, или как йод и крахмал находят друг друга

5) Обнаружение крахмала в продуктах питания.

Лабораторные работы по химии (в классах профильного уровня).

Существовало четыре программы преподавания химии.

Базовый уровень. Час в неделю.

Школьный уровень. 2 часа в неделю.

Класс углублённого уровня (для физиков и математиков). 4 часа.

Биохимический класс. Если автор правильно помнит, 6 часов.

Ниже приводится программа лабораторных работ для класса углубленного уровня.

Занятие 1. Вводное. Даются общие принципы анализа раствора.

Предварительные испытания, наличие цвета и осадка в растворе.

Проба на окислитель-восстановитель.

Проведение специфических и селективных реакций.

Обнаружение и удаление неустойчивых ионов.

Преподаватель составляет таблицу со столбцами: катионы, реагент, продукт, характеристика группы.

Занятие 2. Использование метода осаждения в качественном анализе.

Учащимся раздаются описания, в которых приведены реакции обнаружения ионов и метод выполнения практической части. Приведены методы определения следующих ионов: Са 2+ , Ва 2+ (два способа), Pb 2+ (два способа), Ag (два способа), хлорид свинца и хлорид серебра различают по растворимости в аммиаке.

Занятие 3. Групповые и селективные реакции анионов. Описываются некоторые реакции анионов. Групповыми реагентами являются ионы Ва Cl ₂ и AgNO ₃. SO ₄ 2- , SO ₃ 2- , S ₂ O ₃ 2- , Cl - , I - , SCN - , PO 43 - , S 2 - .

Занятие 4. Использование реакций комплексообразования в качественном анализе.

Занятие очень сложное, рассматриваются следующие реакции.

Fe 2+ (образование турнбулевой сини)

Fe 3+ (образование роданидов и берлинской лазури)

Co 2+ (реакция с аммиаком и его избытком)

Ni + ( реакция с аммиаком и его избытком), (красный осадок диметилглиоксима с никелем в аммиачной среде)

Cu 2+ и Zn 2+ (реакции с гексацианоферратом)

Al 3+ (реакция с ализариновым красным)

Mg 2+ (реакция с хенализарином)

SCN - , CH3COO - , PO ₄ 3- , Si ₃ 2- .

Занятие 5. Использование окислительно-восстановительных реакций в качественном анализе.

Проба с использование иодид-ионов с окислителем.

Обесцвечивание подкисленного раствора перманганата.

Реакция с бихроматом. Оранжевая окраска переходит в зеленую.

Далее по ходу занятий рассматривались следующие три темы.

Методы очистки веществ.

Способы оценки усвоения материала.

По ходу семестра учащимся даются контрольные растворы. Полугодие завершается анализом контрольного раствора. Раствор содержит от одного до трех катионов и анионов. Учащиеся должны самостоятельно определить состав своего раствора.

Отметили недостатки, которые, на наш взгляд, имеют место быть.

Мы считаем, что наличие в профильной программе заданий такого плана, не встречающихся в базовом курсе, хорошо для школьников. Это поможет ребятам при обучении в ВУЗах. Однако в рамках профильного обучения иногда рекомендуются такие задачи, которые достаточно трудны даже для профессионального аналитика, обоснованность их включения в школьные учебники вызывает серьезные сомнения.

Авторы надеются, что проведенная работа поможет им в будущей преподавательской деятельности.

Чернобельская Г.М. Методика обучения химии: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов. М.: Владос, 2000г. –335 с.

Основной принцип качественного анализа заключается в обнаружении катионов и анионов ,присутствующих в анализируемой трубке. Качественный анализ необходим для обоснования выбора метода количественного анализа того или иного материала или способа разделения смеси веществ.
Качественный химический анализ используют в сельскохозяйственном производстве и при решении проблем защиты окружающей среды.

Содержание

Введение. 3
1. Особенности аналитических реакций и способы их выполнения. 4

1.2. Качественные реакции как реакции между ионами. 5

1.3. Требования к аналитическим реакциям , их чувствительность и селективность. 5

1.4. Дробный и систематический анализ. 6

1.5. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева как основа аналитической классификации ионов. Групповые реагенты. 7

1.6. Макро-, полумикро-, микро- и ультрамикроанализ. 8

1.7. Общая характеристика катионов первой группы. 9

1.8. Общая характеристика катионов второй группы. 9

1.9. Действие группового реагента. 10

1.10. Отделение катионов 2-й группы от 1-й. 10

1.11. Третья аналитическая группа анионов. 10

1.12. Фракционированное ( дробное ) осаждение ионов. 10

Вложенные файлы: 1 файл

Реферат по аналитической химии.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

Качественный химический анализ

по дисциплине аналитической химии

(должность, Ф.И.О. преподавателя)

1. Особенности аналитических реакций и способы их выполнения. . . 4

1.2. Качественные реакции как реакции между ионами. 5

1.3. Требования к аналитическим реакциям , их чувствительность и селективность. . . 5

1.4. Дробный и систематический анализ. . 6

1.6. Макро-, полумикро-, микро- и ультрамикроанализ. 8

1.7. Общая характеристика катионов первой группы. 9

1.8. Общая характеристика катионов второй группы. 9

1.9. Действие группового реагента. . 10

1.10. Отделение катионов 2-й группы от 1-й. .10

1.11. Третья аналитическая группа анионов. . 10

1.12. Фракционированное ( дробное ) осаждение ионов. 10

Качественный химический анализ используют в сельскохозяйственном производстве и при решении проблем защиты окружающей среды.

1. Особенности аналитических реакций и способы их выполнения.

Качественные аналитические реакции выполняют "сухим " и " мокрым " способом.

Анализ сухим способом осуществляют с помощью таких приемов, как проба на окрашивание пламени ,получение цветных стекол ( " перлов " ) и рассмотрение металлических " корольков ".Эти приемы называют пирохимическими ( от греч. " пир " - огонь ).

Выполняя пробы окрашивания пламени , исследуемое вещество на петле платиновой ( или нихромовой ) проволочки вносят в бесцветное пламя горелки. По характерной окраске пламени узнают о присутствии того или иного элемента ( табл. 1 )

Таблица 1. Окрашивание пламени некоторыми элементами

Свинец и мышьяк

Анализ сухим способом используют главным образом в полевых условиях для качественного или полуколичественного исследования минералов и руд.

В лабораторных условиях наибольшее применение получили реакции ,происходящие в растворах. Исследуемое вещество должно быть сначала переведено в раствор , в котором обнаруживают те или иные ионы. При не растворении в дистиллированной воде , используют хлороводородную , уксусную , азотную и другие кислоты .Взаимодействуя с кислотами ,анализируемое вещество ( соль , гидроксид или оксид ) превращается в легко растворимое соединение :

СаСО3+2НСН3СОО = Са(СН3СОО)2 + Н2О + СО2

Аl(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

Аналитическими являются только те реакции, которые сопровождаются каким- нибудь внешним эффектом ,позволяющим установить, что химический процесс связан с выпадением или растворением осадка , изменением окраски анализируемого растворением осадка ,изменением окраски анализируемого раствора , выделением газообразных веществ.

1.2. Качественные реакции как реакции между ионами.

Соли , основания и кислоты , диссоциирующие на ионы с водными растворами электролитов имеют место в качественном анализе. Каждый ион обладает определенными свойствами , которые он сохраняет независимо от присутствия в растворе других ионов. Например , катион водорода, присутствующий в водном растворе любой кислоты, независимо от ее аниона окрашивает синий лакмус в красный цвет и проявляет другие , характерные для него свойства.

Таким образом , реакции в растворах между электролитами, - это реакции ионов. Поэтому аналитическими реакциями обнаруживают не химические вещества , а образуемые ими катионы и анионы.

Анализ мокрым способом позволяет уже по результатам качественных испытаний установить формулу соединения. Например, если в исследуемом растворе обнаружены только ионы Na+ и NO3-, то , очевидно , что он содержит нитрат натрия ( натриевую селитру ).

Обнаружив в исследуемом веществе катион Fe3+ и анион SO4 2- , можно считать ,что это сульфат железа ( /// ).

Считается , что наиболее распространены приблизительно 25 катионов и столько же анионов. Они образуют только одних средних солей более 600 . Однако для распознавания любой из них практически достаточно знать только реакции пятидесяти важнейших ионов.

1.3. Требования к аналитическим реакциям , их чувствительность и селективность.

Выполняя аналитическую реакцию , соблюдают условия , которые определяются свойствами получающегося продукта ( среды , температуры, концентрации ). При несоблюдении этих условий результат не может считаться достоверным.

Если образующееся соединение малорастворимо и выпадает в осадок при очень небольшой концентрации обнаруживаемого иона , то говорят ,что реакция высокочувствительна . Если же образующееся соединение заметно растворимо в воде ,то реакцию считают малочувствительной .

Обнаруживаемый минимум - Это наименьшее количество иона , которое удается обнаружить с помощью данной реакции ( при соблюдении необходимых условий ). Выражают обнаруживаемый минимум в миллионных долях грамма - микрограммах ( 1 мкг = 10 - 6 г ).

Минимальная концентрация показывает, при каком разбавлении раствора реакция еще дает положительный результат .

Величины обнаруживаемого минимума и минимальной концентрации связываются следующими уравнениями :

С = 1/ V*10 6 /m или m=CV*10 6 ,

где С - минимальная концентрация , m - обнаруживаемый минимум , V - объем раствора , взятый для выполнения реакции. Таблица 2.

Читайте также: