Контрольная работа по "Физике"

Групповой реагент – концентрированный раствор аммиака. Образующиеся аммино-комплексы M(NH3)42+ имеют различную устойчивость. Наименее устойчивым является ион гексаамминкобальта (II). Он образуется только при достаточно большом избытке NH3. Ион Со2+ легко окисляется до иона Со3+, поэтому под действием окислителей ион Co(NH3)62+(K = 2,45 •105) переходит в более прочный ион Co(NH3)63+ (Kуст = 1,62 1035).

Амминокомплексы ртути (II) образуются только при очень большом избытке аммиака и солей аммония. Амминокомплексы могут быть разрушены при действии кислот, связывающих NH3 в ион аммония:

NH3 + H+ → NH4+

В водных растворах катионы V группы находятся в гидратированном состоянии в виде аквакомплексов типа Cu(H2O)62+. Аква-комплексы Со2+, Ni2+ и Си2+ окрашены:

Со(Н2О)62+ – розового цвета, Ni(H2O)62+ – зеленого цвета, Cu(H2O)62+ – голубого цвета.

Окраска аквакомплексов – один из характерных признаков, указывающих на наличие этих ионов в растворе. Выпаривание растворов или действие дегидратирующих веществ, например, спирта, вызывает изменение окраски этих ионов. Так, розовая окраска комплекса Со(Н2О)62+ заменяется на синюю вследствие дегидратации комплексных ионов и замены молекул воды другими лигандами. Кроме аммино- и аквакомплексов катионы V группы способны образовывать и другие комплексные соединения (например, HgBr42–, CdI42–, Co(SCN)3–, Cu(S2O3)22– и др.), большинство имеют характерную окраску.

Медь, кобальт и ртуть образуют соединения с разной степенью окисления ионов, поэтому для их обнаружения могут быть использованы реакции окисления-восстановления.

Действие группового реактива на катионы V группы

 

        Раствор NH4OH, прибавленный к растворам солей катионов V группы в эквивалентных количествах, осаждает эти катионы в виде белых или окрашенных основных солей, гидроксидов и амидоком-плексов:

2CuSO4 + 2NH4OH → (CuOH)2SO4↓ (голубовато-зеленый) + (NH4)2SO4,

CoCl2 + NH4OH → CoOHCl↓ (синий) + NH4Cl,

2NiSO4 + 2NH4OH → (NiOH)2SO4↓ (светло-зеленый) + (NH4)2SO4,

CdCl2 + 2NH4OH → Cd(OH)2↓ (белый) + 2NH4CI,

HgCl2 + 2NH4OH → [HgNH2]Cl↓ (белый)+ NH4C1 + 2H2O.

В избытке NH4OH эти осадки растворяются с образованием амминокомплексов различной окраски. Образование комплекса гексаамминкобальта (II) и тетраамминртути(II) происходит в присутствии NH4C1 при нагревании:

(CuOH)2SO4 + 8NH4OH → 2[Cu(NH3)4]2+ (ярко-синий) + SO42– + 2ОН– + 8Н2О,

CoOHCl + 5NH4OH + NH4+ → [Co(NH3)6]2+ (желто-бурый) + Сl– + 6Н2О,

(NiOH)2SO4 + 12NH4OH → 2Ni(NH3)62+ (синий) + SO42– + 2OH– + 12H2O,

Cd(OH)2 + 4NH4OH → [Cd(NH3)4]2+ (бесцветный) + 2OH– + 4H2O,

[HgNH2]Cl+2NH4OH + NH4+ → [Hg(NH3)4]2+ (бесцветный) + Сl– + 2H2O.

Гексаамминкобальт(II) окисляется кислородом воздуха до гексаамминкобальта (III) вишнево-красного цвета. В присутствии окислителей (Н2О2) образование гексаамминкобальта (III) происходит мгновенно:

2СоС12 + 10NH4OH + 2NH4C1 + Н2О2 → 2[Co(NH3)6]C13 + 12Н2О.

Выполнение реакций. В пять пробирок поместить по 3 капли растворов солей Cu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+ и Hg2+ и прибавить в каждую 1–2 капли 2 М раствора NH4OH. К полученным осадкам основных солей меди, никеля и кадмия прибавить при перемешивании несколько капель концентрированного раствора NH4OH до растворения осадков. Осадок основной соли кобальта разделить на две части. К одной прибавить 3–4 капли 3% раствора Н2О2, а затем обе части осадка растворить, прибавив несколько капель концентрированного раствора NH4OH и насыщенного раствора NH4C1. Осадок амидокомплекса ртути растворить в нескольких каплях концентрированного раствора NH4OH и насыщенном растворе NH4C1 при нагревании.

Частные аналитические реакции ионов Сu2+

 

         1.6.1. Гексацианоферрат(II) калия K4[Fe(CN)6] осаждает ион Сu2+ в виде гексацианоферрата(II) меди красно-бурого цвета:

2Cu2+ + Fe(CN)62– → Cu2[Fe(CN)6]↓.

Осадок не растворяется в разбавленных кислотах, но разлагается щелочами с образованием Сu(ОН)2.

Выполнение реакции. К 2–3 каплям раствора CuSO4 прибавить 1–2 капли реактива. Осадок разделить на две части, к одной прибавить 2–3 капли 2 М раствора НС1, к другой – 2–3 капли 2 М раствора NaOH.        

1.6.2. Тиосульфат натрия Na2S2O3 при нагревании осаждает сульфид одновалентной меди:

2CuSO4 + 2Na2S2O3 + H2O → Cu2S↓ + 2S + 2Na2SO4 + Н2SO4.

Выполнение реакции. В пробирку поместить 2–3 капли рас-твора CuSO4, прибавить 4–5 капель воды, 2–3 капли 1 М раствора H2SO4 (до явно кислой реакции) и полуторакратное количество насыщенного раствора тиосульфата натрия Na2S2O3. Перемешать, нагреть. Образование темно-бурого осадка смеси Cu2S с серой свидетельствует о присутствии меди в растворе. Так как Cd2+ при действии тиосульфата натрия в кислой среде не образует осадка сульфида, эта реакция может быть использована для отделения Cu2+ от Cd2+.        

1.6.3. Раствор аммиака, взятый без  избытка, образует с раствором  соли меди осадок Cu(OH)2SO4 сине-зеленого цвета. Осадок растворим в разбавленных кислотах и в избытке аммиака. При растворении в избытке аммиака образуется комплексное соединение [Cu(NH3)4]2–, окрашенное в ярко-синий цвет. [Cu(OH)2]SO4 + 10NH4OH → 2[Cu(NH3)4](OH)2 + (NH4)2SO4 + 8H2O.

Выполнение реакции. К 5-6 каплям раствора, содержащего ионы меди, прибавляют 2-3 капли концентрированного аммиака и взбалтывают. Интенсивно-синяя окраска раствора указывает на присутствие ионов Cu2+.        

1.6.4. Реакция окрашивания пламени. Соли меди окрашивают бесцветное  пламя горелки в синий или  зеленый цвет.

Частные аналитические реакции ионов Co2+

 

         1.6.5. Роданид аммония NH4NCS в присутствии амилового спирта образует с катионами Со2+ тетратиоцианаткобальтат (II) аммония синего цвета, экстрагируемый амиловым спиртом:

CoCl2 + 4NH4NCS → (NH4)2[Co(NCS)4] + 2NH4Cl.

Этот комплекс малоустойчив, поэтому необходим избыток реактива. Устойчивость комплексного иона повышается в органическом растворителе. Ионы Сu2+ мешают реакции, образуя с реакти-вом комплексный ион Cu(NCS)42+ желто-бурого цвета.

Выполнение реакции. К 2–3 каплям раствора СоСl2 прибавить 3-4 кристаллика NH4NCS и 5–6 капель амилового спирта, встряхнуть. Открытию кобальта данной реакцией мешают Fe3+ и Bi3+, дающие с роданидом аммония окрашенные соединения. висмут образует комплекс желтого цвета, который не окрашивает слой органического растворителя, роданид железа – комплекс ярко-красного цвета затемняет синюю окраску роданида кобальта, поэтому, если в растворе присутствует Fe3+ его необходимо восстановить до Fe2+. Восстановление проводят, добавляя раствор Sn2+.

Выполнение реакции. К 5-6 каплям исследуемого раствора добавляют равный объем роданида аммония, в присутствии Fe3+ появляется красное окрашивание. Прибавляют раствор SnCl2 до исчезновения окраски.

FeCl3 + SnCl2 → 2FeCl2 + SnCl4

Затем прибавляют 0,5 см3 амилового спирта и взбалтывают. В присутствии Co2+ слой амилового спирта окрашивается в синий цвет.        

1.6.6. Важное значение в анализе  имеют реакции ионов кобальта с гидрофосфатом натрия, тетрароданомеркуратом аммония (NH4)2[Hg(SCN)4].

Частные аналитические реакции ионов Ni2+

 

         1.6.7. Диметилглиоксим (реактив Чугаева) осаждает катионы Ni2+ в аммиачной среде в виде внутрикомплексного соединения ало-красного цвета:Осадок растворим в сильных кислотах и заметно растворим в концентрированном растворе NH4OH. Реакции мешают ионы Fe2+, поэтому для обнаружения никеля необходимо добавление бензола или амилового спирта, которые экстрагируют диметилглиоксимат никеля и окрашиваются при этом в малиновый цвет. Выполнение этой реакции следует проводить при рН = 5 ÷ 10, следует избегать большого избытка NH4OH, так как может образоваться аммиачный комплекс никеля.

Выполнение реакции. К 2–3 каплям раствора, содержащего соль никеля добавить 2-3 капли раствора диметилглиоксима, 2-3 капли 2 М раствора NH4OH и 5 капель амилового спирта или бензола. В присутствии Ni2+ слой органического растворителя окрашиdается в малиновый цвет.

Частные аналитические реакции ионов Cd2+

 

         1.6.8. Сероводород H2S в кислых, нейтральных и щелочных растворах (при рН ≥ 0,5) образует с ионами кадмия желтый осадок CdS, нерастворимый в едких щелочах и сульфиде.

CdSO4 + H2S → CdS↓ + H2SO4

В присутствии ионов меди реакцию проводят так: нейтральный или слабокислый раствор нагревают и прибавляют к нему свежеприготовленный раствор сероводорода до полного осаждения CuS и CdS. Осадок отделяют и нагревают со смесью: 5 капель 2 М раствора HCl и 5 капель воды, при этом сульфид кадмия растворяется, а сульфид меди остается в осадке. Отделив осадок, центрифугат в 2 раза разбавляют водой и действуют сероводородной водой, образование желтого осадка свидетельствует о наличии кадмия.        

1.6.9. Иодид калия KI (избыток) в присутствии  избытка NH4OH образует белый осадок комплексной соли иодида тетраам-минкобальта:

Cd(NO3)2 + 4NH4OH + 2KI → [Cd(NH3)4]I2 + 2KNO3 + 4H2O

3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ, определение содержания (массы, концентрации и т.п.) или количеств. соотношений компонентов в анализируемом образце. Определяемыми компонентами м. б. атомы, молекулы, изотопы, функц. группы, фазы и т. п. (см. Элементный анализ, Молекулярный анализ, Изотопный анализ, Органических веществ анализ, Фазовый анализ). Обычно количественный анализ основан на использовании зависимости доступных измерению физических св-в изучаемого объекта или продукта его преобразования от состава. Методика, или алгоритм проведения, количественного анализа подробно и в строгой последовательности регламентирует все стадии количественного анализа: отбор и подготовкупробы; переведение анализируемой части пробы в состояние, удобное для анализа; возбуждение и измерение аналит. сигнала - физ. величины (оптич. плотности, интенсивности спектральной линии, высоты полярографич. волны, скорости счета импульсов в заданном канале гамма-спектрометра и т.д.), корреляционно связанной с содержанием определяемого компонента; построение градуировочной характеристики, описывающей эту связь; определение поправки контрольного опыта; расчет результата единичного определения; расчет результата анализа путем усреднения результатов единичных определений и др. Большинство методов количественного анализа относятся к сравнительным (относительным), в к-рых градуировочную характеристику строят с использованием образцов сравнения. В абс. методах количественного анализа (напр., гравиметрии, кулонометрии) образцами сравнения не пользуются. Большое значение имеют метрологич. характеристики - закон распределения результатов параллельных определений, границы интервала определяемых содержаний, воспроизводимость, правильность,погрешности анализа (см. Метрология химического анализа). За ниж. границу определяемых содержаний обычно принимают то миним. содержание, к-рое можно определить с заданной максимальной относит, случайной погрешностью dr для принятой доверительной вероятности Р (обычно Р=0,95). При анализе в-в высокой чистоты часто задают dr=0,66. По кол-ву в-ва, взятого для анализа, различают макрометоды (масса пробы более 0,1 г), полумикрометоды (0,01-0,1 г), микрометоды (0,001-0,01 г), субмикрометоды (0,1-1 мг) и ультрамикрометоды (менее 0,1 мг). Компоненты анализируемого в-ва по их относит, содержанию условно делят на основные (составляют 1-100% по массе), неосновные (0,01-1% по массе) и следовые, или примесные (менее 0,01% по массе). При контроле технол. процессов, прир. среды и т.п. используют непрерывный автоматизир. количественный анализ. Автоматизир. системы аналит. контроля (АСАК) могут входить в автоматизир. системы управления технологией произ-ва, в к-рых результаты количественного анализа используют для оперативного регулирования условий проведения технол. процессов. В АСАК возможен как периодич. отбор пробы, так и количественный анализ в-ва в потоке. Тенденция развития количественного анализа - дальнейшая автоматизация с применением компьютеров и внедрение физ. методов, отличающихся экспрессностью, хорошими метрологич. характеристиками, высокой разрешающей способностью; такими методами можно определять одновременно неск. компонентов. 

Комплексонометрическое титрование.Комплексонами обычно называют группу полиаминополикарбоновых кислот. Хотя число различных комплексонов очень велико, под термином «комплексонометрия» или «хелатометрия» обычно имеются в виду реакции титрования солями этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), чаще всего двухзамещенной натриевой солью Na2H2Y×2H2O, широко известной под торговым названием трилон Б

Символом Y (или Y4-) обозначают четырехзарядный анион этилендиаминтетрауксусной кислоты (ООСCH2)2NCH2CH2N(CH2COO)24-. Сокращением ЭДТА обычно обозначают анион H2Y2-, входящий в состав трилона Б.

Реакции взаимодействия различных катионов с ЭДТА в растворе протекают по уравнениям:

Ca2+ + H2Y2- = CaY2- + 2H+,

Bi3+ + H2Y2- = BiY- + 2H+,

Zr4+ + H2Y2- = ZrY + 2H+.

Таким образом, независимо от заряда катиона, в реакции комплексообразования принимает участие один катион и один анион. Поэтомумолярные массы эквивалента титранта и определяемого катиона равны их молярным массам (fэ=1).

Уравнения приведенных выше реакций показывают, что степень их протекания зависит от pH раствора. Влияние кислотности раствора особенно заметно при титровании катионов, образующих сравнительно малоустойчивые комплексы (Mg2+, Ca2+ и др.): их можно оттитровать лишь в щелочной среде. Многие катионы титруются в аммиачном буферном растворе.

 

 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА, основаны на зависимости физ. св-в в-ва от его природы, причем ана-лит. сигнал представляет собой величину физ. св-ва, функционально связанную с концентрацией или массой определяемого компонента. Физико-химические методы анализа могут включать хим. превращения определяемого соед., растворение образца, концентрирование анализируемого компонента, маскированиемешающих в-в и др. В отличие от "классич." химических методов анализа, где аналит. сигналом служит масса в-ва или его объем, в физико-химических методах анализа в качестве аналит. сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов и др.

Важное практич. значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагн. излучения в разл. областях спектра. К ним относится спектроскопия (напр., люминесцентный анализ, спектральный анализ}, нефелометрия и турбидиметрия и др. К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохим. методы, использующие измерение электрич. св-в в-ва (вольтамперометрия, кондуктометрия, кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматогра-фия (напр., газовая хроматография, жидкостная хроматог-рафия, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей хим. р-ций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов р-ций (термометрич. титрование, см. Калориметрия), а также на разделении ионов в магн. поле (масс-спектрометрия).