Aplicarea metodelor ionometrice în analiză. Aplicarea metodelor ionometrice în analiză Determinarea calitativă a tabelului ionilor
Apa se referă la acele substanțe fără de care existența vieții, în special a omului, pe Pământ este imposibilă. Calitatea apei consumate de o persoană îi afectează în mod direct sănătatea și, ca urmare, speranța de viață. Astfel, utilizarea apei în viața de zi cu zi fără o purificare adecvată poate provoca epidemii de holeră și o serie de alte boli la fel de periculoase.
Prezența sărurilor de metale grele în apă este inacceptabilă, deoarece toate sunt toxice într-o măsură sau alta și se pot acumula în corpul uman. Din acest punct de vedere, mercurul, plumbul, cadmiul, cuprul și cromul prezintă un pericol deosebit. Conținutul de fier în apă este de obicei destul de mare, prin urmare, deși nu se aplică metalelor grele, este inclus și în lista elementelor care trebuie controlate. În acest caz, apa poate fi sub formă de ioni colorați ( 
etc.), a cărui prezență este relativ ușor de detectat după culoarea caracteristică a apei și incoloră ( 
), a cărui prezență se stabilește numai cu ajutorul unor reacții chimice speciale.
Ioni de zinc incolori
Zincul este un element cu toxicitate relativ scăzută, dar excesul său poate duce la boli intestinale acute și vărsături. Sursele de zinc din apa naturală sunt deșeurile din industria metalurgică, produsele de coroziune ale aliajelor și acoperirilor de zinc și apa de minereu.
Concentrația maximă admisă de zinc în apa naturală este de 5 mg/l.
Experiență 1. Determinarea zincului
a) Determinarea prin sulfură de sodiu.
Când se adaugă la o soluție care conține cationi 
, sulfura de sodiu a format un precipitat alb de sulfură de zinc
.
Este singurul cation metalic cunoscut care formează o sulfură albă.
Adăugați la câteva picături de soluție de testat 2 - 3 picături de soluție de sulfură de sodiu. Notați rezultatele experimentului (experiment de efectuat în schiță!).
b) Determinarea cu alcalii.
Sub acțiunea hidroxizilor puternici (alcalii) 
sau 
o soluție care conține cationi de zinc produce un precipitat alb de hidroxid de zinc 
, solubil datorită proprietăților sale amfotere atât în acizi, cât și în alcalii:
Spre deosebire de aluminați, atunci când sunt expuși la o soluție care conține 
, clorură de amoniu, nu are loc formarea unui precipitat de hidroxid de zinc, deoarece acesta din urmă este solubil în săruri de amoniu.
Se toarnă într-o eprubetă o soluție care conține cationi de zinc, câteva picături de soluție alcalină 2 N până la sediment alb, și apoi un exces de alcali până se dizolvă. Notați rezultatele experimentului.
c) Determinarea hexacianoferrat de potasiu (II) 
.
Reactivul specificat formează un precipitat alb de sare dublă cu cationi de zinc
solubil în alcali.
Adăugați 2-3 picături de soluție la soluția de sare de zinc 
. Notați rezultatele experimentului.
Cadmiul este unul dintre cele mai toxice elemente. Se acumulează în organism și se excretă foarte lent din acesta. Perioada în care concentrația de cadmiu adsorbită de organism se va înjumătăți depășește 10 ani.
Acumularea de cadmiu în organism duce la formarea de pietre la rinichi, hipertensiune arterială, scăderea hemoglobinei din sânge și distrugerea sistemului nervos.
Principalele surse de cadmiu din mediu sunt acoperirile cu cadmiu, bateriile și fumul de țigară. Este suficient să spunem că sângele fumătorilor conține de aproximativ 7 ori mai mult cadmiu decât sângele nefumătorilor.
Concentrația maximă admisă de cadmiu în apa naturală este de 0,001 mg/l.
Experiență 1. Detectarea ionilor sulfat
Se toarnă 1-2 ml de soluție de sulfat de sodiu într-o eprubetă și 1-2 ml de soluție de sulfat de potasiu în alta. Adăugați soluție de clorură de bariu prin picurare în ambele tuburi. Explica ce vezi.
Alcătuiți ecuațiile de disociere electrolitică a sărurilor luate și ecuația reacției de schimb. Notați ecuațiile ionice complete și reduse ale reacției.
Ce compuși pot servi ca reactiv pentru ionii de bariu Ba 2+?
Care este esența detectării ionilor folosind un reactiv?
Experiența 2. Detectarea ionilor de clorură Cl -
Conform tabelului de solubilitate, aflați care săruri care conțin ionul clorură Cl - sunt insolubile (puțin solubile). Folosind reactivii pe care îi aveți, demonstrați că ionii de clorură sunt prezenți în soluția de clorură de sodiu.
Scrieți ecuațiile de disociere a sărurilor, reacțiile de schimb și ecuațiile ionice complete și prescurtate pentru reacțiile efectuate.
Experienta 3. Detectarea ionilor sulfat si clorura Cl -
Două eprubete conțin soluții de clorură de potasiu și sulfat de magneziu. Ce reacții pot fi folosite pentru a demonstra că o eprubetă conține o soluție de clorură de potasiu, iar cealaltă conține o soluție de sulfat de magneziu?
Se împarte soluția din prima eprubetă în jumătate și se toarnă în două eprubete. Se toarnă o soluție de azotat de plumb (II) într-o eprubetă și o soluție de clorură de bariu în cealaltă. În care dintre eprubete a căzut precipitatul? Care dintre săruri - KCl sau MgSO 4 - este conținută în prima eprubetă?
Testați soluția din a doua eprubetă pentru prezența unui anion care nu se găsește în prima eprubetă. Pentru a face acest lucru, adăugați o soluție de nitrat de plumb (II) la soluția de testare. Explica ce vezi.
Scrieți ecuațiile pentru reacțiile de schimb ale reacțiilor pe care le-ați efectuat și completați și ecuațiile ionice reduse pentru reacțiile de detecție a ionilor.
Experiența 4
Efectuați reacții care confirmă compoziția calitativă a următoarelor substanțe: a) clorură de bariu; b) sulfat de magneziu; c) carbonat de amoniu. Utilizați Tabelul 12 pentru a finaliza acest experiment.
Tabelul 12
Definiția ionilor
REACȚII CALITATIVE LA CATIONI
Cation
Impact sau reactiv
semne
Li +
Flacără
Na+
Flacără
Colorare galbenă
K+
Flacără
colorare violet
Ca 2+
Flacără
Colorare roșu cărămidă
Sr2+
Flacără
Culoare roșu carmin
Va 2+
S0 4 2-
Precipitarea unui precipitat alb, insolubil în acizi: Ba 2+ + S0 4 2- BaS0 4
Flacără
colorație galben-verde
Сu 2+
Apă
Ionii de Cu 2+ hidratați sunt de culoare albastră.
EL -
Sediment culoarea albastraСu 2+ +2OH - → Сu (OH) 2 ↓
Pb 2+
S2-
Ag+
Cl-
Precipitarea unui precipitat alb; insolubil în HNO 3 dar solubil în conc.
NH3H20:
Ag+ +Cl - AgCl
Fe2+
hexacianoferat de potasiu (III) (sare roșie din sânge) K 3
Precipitații albastre:
K + + Fe 2+ + 3- KFe 4
3Fe 2+ +2 3- Fe 3 2
EL -
Precipitat volumetric floculant de culoare albă (verde deschis), devine maro în aer ca urmare a oxidării Fe 2+ + 2OH - → Fe (OH) 2 ↓
Fe3+
hexacianoferat de potasiu (II) (galben
sare de sange)
K4
Precipitații albastre:
K+ + Fe 3+ + 4- KFe
4Fe 3+ + 3 4- Fe 4 3
ion de rodanidă
NCS-
Apariția unei culori roșii strălucitoare Fe 3+ +3NCS - = Fe (NCS) 3
EL -
Precipitat maro floculent volumetric Fe 3+ +3OH - → Fe(OH) 3 ↓
Al 3+
alcaline (proprietăți amfotere ale hidroxidului)
Precipitarea unui precipitat alb în vrac, care se dizolvă într-un exces de soluții alcaline și acide Al 3+ + 3OH - → Al (OH) 3 ↓
Zn2+
EL -
Precipitarea unui precipitat alb în vrac, care se dizolvă într-un exces de soluții alcaline și acide Zn 2+ +2OH - → Zn(OH) 2 ↓
NH4+
alcaline, încălzire
Miros de amoniac: NH 4 + + OH - NH 3 + H 2 0
H+
(mediu acid)
Indicatori: turnesol, metil portocaliu
colorare roșie
colorare roșie
REACȚII CALITATIVE LA ANIONI
Anion
Reactiv
semne
S0 4 2-
Ba 2+ (săruri de bariu solubile)
Precipitarea unui precipitat alb, insolubil în acizi:
Ba 2+ + S0 4 2- BaS0 4
N0 3 -
conc. H 2 S O 4 şi Si
Formarea unei soluții albastre care conține ioni de Cu 2+
, degajare de gaz brun (NR 2
)
Cu+ 4 ore N O 3 Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2Н 2 0
RO 4 3-
Ioni Ag+
Precipitarea unui precipitat galben deschis într-un mediu neutru: ZAg + + P0 4 3- Ag 3 P0 4
CrO 4 2-
ionii Ba 2+
Precipitarea unui precipitat galben, insolubil în acid acetic, dar solubil în HCI: Ba 2+ + CrO 4 2- BaCr0 4
S2-
Ioni de Pb 2+
Precipitații negre: Pb 2+ + S 2- PbS
H+ (soluții de acizi)
Emisia de gaz cu miros de ouă putrezite 2H + + S 2- → H 2 S
CO 3 2-
ionii H +
Degajare de gaz 2H + + CO 3 2- H 2 0 + CO 2
Ioni de Ca2+
precipitarea unui precipitat alb, solubil în
acizi: Ca 2+ + CO 3 2- \u003d CaCO3
SO 3 2-
ionii H +
Apariția unui miros caracteristic S0 2: 2H + + SO 3 2- H 2 0 + S0 2
S i O 3 2-
ionii H +
Precipitarea unui precipitat gelatinos 2Н + + Si O 3 2- H 2 SiO 3 ↓
F-
Ioni de Ca2+
Precipitare-precipitat alb: Ca 2+ + 2F - CaF 2
Cl-
Ioni Ag+
Precipitarea unui precipitat alb, insolubil în HNO3, dar solubil în conc. NH3H20: Ag++ CI - AgCI
AgCI + 2(NH3H20) + + CI- + 2H20
br-
Ioni Ag+
Precipitarea unui precipitat galben deschis, insolubil în HN0 3: Ag + + Br - = AgBr precipitat se întunecă la lumină
eu-
Ioni Ag+
Precipitarea unui precipitat galben, insolubil în HNO 3 și NH 3 conc.: Ag + + I - AgI precipitatul se întunecă la lumină
EL -
(mediu alcalin)
indicatori: turnesol
fenolftaleină
colorare albastra,
colorarea purpurie
DETERMINAREA UNOR SUBSTANȚE ANORGANICE
Substanţă
Reactiv
Semne ale unei reacții
CO 2 gaz incolor și inodor, netoxic, solubil în apă
apă de var Ca(OH) 2
Ca (OH) 2 + C0 2 CaCO 3 + H 2 0, CaCO 3 + C0 2 + H 2 0 Ca (HC0 3) 2 Precipitarea unui precipitat alb și dizolvarea acestuia la trecerea excesului. C0 2
apă barită Ba(OH) 2
Ba (OH) 2 + C0 2 BaCO 3 + H 2 0, BaCO 3 + C0 2 + H 2 0 Ba (HC0 3) 2 Precipitarea unui precipitat alb și dizolvarea acestuia la trecerea unui exces. C0 2
ASA DE 2 gaz incolor, cu miros înțepător, otrăvitor, solubil în apă
apă de var Ca(OH) 2
Ca(OH)2+ S 0 2 CaSO 3 + H 2 0, CaSO 3 + S 0 2 + H 2 0 Ca (HS0 3) 2 Precipitarea unui precipitat alb și dizolvarea acestuia la trecerea excesului. S0 2
apă barită Ba(OH) 2
B a (OH) 2 + S0 2 BaSO 3 + H 2 0, BaSO 3 + S0 2 + H 2 0 Ba (HS0 3) 2 Precipitarea unui precipitat alb și dizolvarea acestuia la trecerea excesului. S0 2
H 2 S gaz incolor cu miros putrezitouă, otrăvitoare, solubile în apă
Săruri solubile Pb 2+ , Cu 2+ , Ag +
Se formează precipitate negre, insolubile în soluții acide, care se dizolvă la încălzire în conc. HNO 3 Pb 2+ + H 2 S \u003d PbS + 2H +
Cu2+ + H2S = CuS + 2H+
2Ag + + H2S = Ag2S + 2H+
NH 3 gaz incolor, cu miros înțepător, foarte solubil în apă, otrăvitor
H 2 0, indicatori
Soluție de amoniac (amoniac apă, amoniac) indicatori de culoare: turnesol - albastru, metil portocaliu - galben, fenolftaleină - zmeură.
HCI (gaz)
Se generează fum alb
NH3+ acid clorhidric= NH4 Cl
O 2 gaz incolor și inodor, ușor solubil în apă
aşchiu mocnit
O așchie mocnind se aprinde
C + O2 = CO2
A) Determinarea ionilor de clorură
Analiza ionometrică a apei naturale și potabile pentru conținutul de ioni se bazează pe măsurarea potențialului de echilibru al unui electrod cu membrană ion-selectivă scufundat într-o soluție a ionului analizat. Potențialul este măsurat în raport cu un electrod de referință echipat cu o punte de sare umplută cu soluție de azotat de potasiu 1M folosind un monomer (vezi Fig. 12.1).
În măsurătorile potențiometrice efectuate pentru determinarea concentrațiilor de substanțe individuale prin potențiometrie directă sau titrare potențiometrică, se montează o celulă, formată dintr-un electrod indicator și un electrod de referință. De regulă, este un pahar chimic obișnuit. Soluția din celulă este agitată folosind un agitator mecanic sau magnetic.
Concentrația ionului analizat se găsește din graficul de calibrare. Graficul este construit în coordonate "E-(-lgC)".
Echipamente și reactivi
Electrod ion-selectiv pentru ion C1.
Pipete de 10 ml.
Pahare de sticlă pe 100, 250 ml.
Hârtie de filtru.
clorura de potasiu.
Azotat de potasiu, soluție 1M.
O serie de soluții standard de clorură de potasiu (10 "-10" M) se prepară prin cântărirea cu precizie a acesteia cu o putere ionică constantă creată de o soluție 1M de azotat de potasiu. Dependența potențialului electrodului ion-selectiv de concentrație de clorură de potasiu se îndepărtează şi se construieşte un grafic de calibrare.Măsurătorile se efectuează în ordinea creşterii concentraţiei soluţiilor.După fiecare măsurătoare electrozii se spală cu apă distilată şi se usucă cu hârtie de filtru.
C x ( mol/l) de ioni de clor în apa potabilă și naturală, folosind curba de calibrare construită.
Concentrația ionilor de clorură (g/l) se calculează în grame conform formulei
Rezultatele măsurătorilor sunt introduse sub forma unui tabel. 12.8.
Tabelul 12.8
Rezultatele determinării ionometrice a ionilor de clor în apă
B) Determinarea ionilor de fluor
Când se analizează obiecte naturale și industriale, trebuie amintit că ionul F în soluții acide sau în prezența ionilor Fe 3+ și A1 3+ este sub forma unui complex acid HF și fluorură slab disociat a acestor metale. Prin urmare, pH-ul din soluție este ajustat la o valoare de 5-7 și se adaugă și citrat de sodiu, care formează complexe mai puternice cu ionii de fier și aluminiu.
Echipamente și reactivi
Electrodul indicator este un electrod ion-selectiv pentru ionul F. Înainte de lucru, electrodul este păstrat în 0,001 M NaF timp de o zi. Inainte de masurare se spala si se lasa 10-20 minute in apa distilata, apoi se usuca cu hartie de filtru.
Electrod de referință, clorură de argint.
Pahare din polietilenă cu o capacitate de 50 ml.
Baloane cotate, 100 ml 6 buc., 1000 ml 1 buc.
Cilindri cu o capacitate de 50, 100, 1000 ml.
Pipete măsurate pe 10 și 25 ml.
Soluție standard - soluție de fluorură de sodiu 0,1 M (o probă de 4,200 g este dizolvată într-un balon cotat cu o capacitate de 1000 ml).
Soluția de fond este soluție de sulfat de sodiu 1M (o probă de 142 g de Na2SO4 sau 322 g de Na2SO4 ? YuN20 se dizolvă într-un balon cotat cu o capacitate de 1000 ml).
Acid azotic, soluție 0,01 M.
Amoniac, soluție apoasă 0,01 M.
Definiție Descriere
La pregătirea soluțiilor pentru măsurători, același exces de electrolit suport este introdus în soluțiile standard și analizate. În acest caz, se poate presupune că puterea ionică este constantă în toate soluțiile.
Din soluția standard principală cu o concentrație de ioni de fluor de 10 "M, se prepară șase soluții cu concentrații de NaF (M) prin diluarea succesivă a acesteia cu o soluție de 1M Na 2 S0 4: 10", 10 "2, 10 3, 10". 10 5, 10 6. Pentru aceasta se pipetează 10 ml dintr-o soluție 10 "M NaF într-un balon cotat de 100 ml și se reglează volumul la semn cu o soluție de fond (1 M Na 2 S0 4). Din soluția rezultată de 102 M NaF, soluțiile rămase sunt preparate prin diluare succesivă cu o soluție de fond folosind o procedură similară. Pornind de la soluția cu cea mai mică concentrație, potențialul electrodului fluoroselectiv este măsurat secvenţial în toate soluţiile standard iar rezultatele măsurătorilor sunt înregistrate sub forma unui tabel similar cu Tabelul. 9.8. Pe baza rezultatelor măsurătorilor, este construit un grafic de calibrare.
La determinarea concentrației ionului de fluor în soluția analizată, este necesar să se pregătească o soluție cu aceeași putere ionică. Pentru a face acest lucru, 5 ml din soluția de testat se diluează cu Na2SO4 1M într-un balon de 50 ml. hârtie indicatoare se verifică pH-ul și se aduce cu 0,01 M HNO:j sau NH 4 OH la o valoare de 5,0-5,5.
Se măsoară potențialul electrodului fluoroselectiv din această soluție. Conform graficului de calibrare, se determină valoarea pX = -lg. Rezultatele sunt înregistrate sub forma unui tabel.
Este necesar să se determine conținutul de ion de fluor în sarcinile de control, să verifice răspunsul cu profesorul și să se calculeze eroarea relativă de măsurare.
C) Determinarea ionilor de nitrat
Analiza ionometrică a apei naturale și potabile pentru conținutul de ioni de azotat se bazează pe măsurarea potențialului de echilibru al unui electrod membranar ion-selectiv scufundat într-o soluție a ionului analizat. Membrana conține un schimbător de ioni lichid cu săruri de amoniu cuaternar. Potențialul este măsurat pe monomer în raport cu un electrod de clorură de argint umplut cu o soluție saturată de clorură de potasiu.
Echipamente și reactivi
Electrod ion-selectiv pentru ion NQ.,-hoh.
Electrod de referință cu clorură de argint.
Pipete pentru 10 ml.
Pahare de sticlă pe 100 și 250 ml.
clorura de potasiu.
Azotat de potasiu, soluție 10 "M.
Sulfat de potasiu, soluție 1M.
1. Determinarea ionilor de nitrat folosind metoda curbei de calibrare.
Dintr-o probă precisă se prepară o soluție standard de azotat de potasiu 10 "M. Prin diluarea succesivă a soluției standard inițiale, se prepară soluții de 10 2 -10 5 M cu o putere ionică constantă creată de o soluție 1M de sulfat de potasiu (fond L ).Se înlătură dependența potențialului electrodului ion-selectiv de concentrația de azotat de potasiu.Rezultatele măsurătorilor sunt introduse sub forma unui tabel similar cu Tabelul 9.8.Construiți un grafic de calibrare.Măsurătorile se efectuează în ordine de concentraţie crescândă a soluţiilor. După fiecare măsurătoare, electrozii se spală cu apă distilată şi se usucă cu hârtie de filtru.
Măsurați valorile potențialelor de echilibru ale soluțiilor analizate. Determinați concentrația C x(mol/l) nitrați din apa potabilă și naturală, folosind graficul de calibrare construit. Rezultatele sunt introduse sub forma unui tabel.
Concentrația ionilor de azotat în g/l se calculează prin formula
unde M (N0 3) este masa molară a ionului, egală cu 62,01 g/mol.
2. Determinarea ionilor de azotat prin metoda adițiilor.
Prin cântărirea cu precizie se prepară o soluție standard de azotat de potasiu 10 "M. Prin diluarea succesivă a soluției standard inițiale se prepară soluții cu concentrații de 10 2 -10 J M cu o putere ionică constantă creată de o soluție 1M de sulfat de potasiu (fond A).Se înlătură dependența potențialului electrodului ion-selectiv de concentrația de azotat de potasiu și se construiește un grafic de calibrare.Măsurătorile se efectuează în ordinea creșterii concentrației soluției.După fiecare măsurătoare, electrozii sunt spălați. cu apă distilată și uscată cu hârtie de filtru.Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate sub forma tabelului 12.9.
Tabelul 12.9
Rezultate potențiale de măsurare în funcție de pNO: , pentru a construi o curbă de calibrare
Valoarea forței ionice este calculată pentru fiecare soluție prin formula
Cu cât puterea ionică a soluției este mai mare, cu atât coeficientul de activitate al fiecărui ion este mai mic și concentrația sa activă este mai mică.
Coeficientul de activitate se găsește conform datelor tabelare (Tabelul 12.10) sau după formula Debye-Gyukkel 
Valorile coeficientului de activitate
Valoarea pN0 3 este calculată ca logaritm negativ al activității ionului nitrat:
Construiți un grafic de dependență „E- pN0 3 "și determinați abruptul (5) a funcției electrodului (în milivolți). Valoarea pantei rezultată este utilizată în formula de calcul în metoda aditivă. De remarcat cum diferă de valoarea teoretică (0,0591/u la 25°C).
Pentru determinarea concentraţiei ionului de nitrit din proba analizată este necesară măsurarea potenţialului (/;) înainte şi după adăugarea soluţiei standard KNO ;j . Pentru a face acest lucru, o alicotă de 20,00 ml din soluția analizată este plasată într-un pahar uscat, electrozii sunt coborâți în acesta și se măsoară potențialul (?,). Apoi adăugați 2-3 picături de soluție standard KN0 3 folosind o micropipetă de 1-2 ml. După fiecare adăugare, amestecați soluția cu un agitator magnetic. Apoi se măsoară potențialul (? 2) și se determină modificarea acestuia în raport cu soluția analizată (D E = E.-?,). Făcând schimbări AE nu mai puțin de 30 mV, introducând 2-3 adaosuri la o porțiune a probei.
Se calculează rezultatul determinării pentru mai mulți aditivi, cunoscând volumul P st al soluției adăugate cu concentrația C st, volumul soluției analizate V r(20 ml) și neglijând diluția, conform formulei
Unde AE- modificarea potenţială observată după adăugare, mV; 5 - abruptitatea funcției electrodului, setată conform graficului, mV. Conținutul de ioni de azotat (în g/l) din soluția analizată se calculează prin formula
unde M(NQ 3) este masa molară a ionului, egală cu 62,01 g/mol.
Se încarcă...
