Home » Методична вказівка

Методична вказівка

27 Червня, 2024

Методична вказівка

до практичних занять для студентів фармацевтичного факультету спеціальності „Фармація”

ЗАНЯТТЯ № 6 (практичне – 6 годин)

ТЕМА: Контрольна експериментальна задача „Аналіз суміші катіонів І-VІ аналітичних груп”.

МЕТА: Навчитись виконувати і виконати аналіз суміші катіонів I-VІ аналітичних груп. Узагальнити теоретичні положення про протолітичні та гетерогенні рівноваги і навчитись застосовувати набуті знання при аналізі контрольної експериментальної задачі.

ПРОФЕСІЙНА ОРІЄНТАЦІЯ СТУДЕНТІВ

Якісний аналіз – це перший етап аналізу субстанції чи препарату. Щоб оволодіти навиками цього аналізу необхідно знати специфічні, характерні та загальні реакції іонів. Майбутньому провізору необхідно навчитися проводити якісний аналіз невідомого об’єкту дробним і систематичним методами.

Теорія протолітичних і гетерогенних рівноваг покладена в основу титриметричного (протолітометрія і осаджувальне титрування) та гравіметричного аналізу (метод осадження). Ці методи аналізу є фармакопейними і застосовуються як при аналізі субстанцій, так і в аналізі готових препаратів. Тому необхідно узагальнити і систематизувати матеріал цієї теми.

ПРОГРАМА САМОПІДГОТОВКИ СТУДЕНТІВ

1. Систематичний хід аналізу суміші катіонів I-VІ аналітичних груп.

2. Аналітична хімія як наука. Предмет і завдання аналітичної хімії.

3. Види аналізу: ізотопний, елементний, функціональний, структурний, молекулярний, фазовий.

4. Аналітичний сигнал, як носій якісної та кількісної інформації. Маскування та демаскування.

5. Чутливість реакції. Характеристики чутливості реакції. Фактори впливу на чутливість.

6. Якісний аналіз: способи виконання за величиною проби, взятої для аналізу.

7. Суть дробного методу аналізу. Характеристика і приклади реакцій, які застосовуються при дробному виявленні іонів.

8. Систематичний хід аналізу іонів: суть методу, реакції і реагенти, які застосовуються. Приклади систематичного ходу аналізу катіонів.

9. Загальні і характерні реакції катіонів І-VІ аналітичних груп.

10. Систематичний хід аналізу суміші катіонів І, ІІ, ІІІ, ІV, V, VІ аналітичних груп.

11. Класифікація розчинників за полярністю. Приклади розчинників різних типів.

12. Класифікація розчинників за кислотно-основними властивостями. Диференціююча і нівелююча дія розчинників.

13. Іонізуючі та неіонізуючі розчинники. Електроліти та неелектроліти. Вплив діелектричної проникності розчинника на силу електроліту.

14. Основні положення теорії сильних електролітів: активність, рівноважна концентрація, іонна сила розчину.

15. Способи розрахунку коефіцієнтів активності іонів та середнього коефіцієнту активності електроліту.

16. Закон діючих мас в аналітичній хімії.

17. Термодинамічна, концентраційна і умовна константи рівноваги, фактори впливу на них і зв’язок між ними.

18. Протолітична теорія кислот і основ. Сила кислот і основ.

19. Вплив розчинника на силу кислот і основ. Нівелююча та диференціююча дія розчинників. Амфіпротонні розчинники. Константа автопротолізу.

20. Розрахунок рН водних розчинів сильних кислот, сильних основ.

21. Розрахунок рН водних розчинів слабких кислот.

22. Розрахунок рН водних розчинів слабких основ.

23. Розрахунок рН водних розчинів поліпротонних кислот.

24. Розрахунок рН суміші сильної і слабкої кислот.

25. Розрахунок рН суміші двох кислот середньої сили.

26. Амфоліти. Розрахунок рН розчинів амфолітів.

27. Буферні розчини. Механізм буферної дії. Типи буферних розчинів.

28. Розрахунок рН буферних розчинів і буферної ємкості розчинів.

29. Властивості буферних розчинів.

30. Константа рівноваги реакції осадження-розчинення: термодинамічна, реальна, умовна, зв’язок між ними.

31. Розрахунок розчинності за константою добутку розчинності для електролітів різних типів.

32. Фракційне осадження: суть, розрахунок послідовності осадження осадів.

33. Вплив кислотності середовища на розчинність солей сильних і слабких кислот.

34. Вплив сторонніх електролітів на розчинність осадів важкорозчинних електролітів (пояснити на конкретному прикладі). Сольовий ефект.

35. Вплив однойменних іонів на розчинність малорозчинних електролітів (пояснити на прикладі).

ЗРАЗКИ ТЕСТОВИХ ЗАВДАНЬ ТА СИТУАЦІЙНИХ ЗАДАЧ

1. При розбавленні розчину іонів V аналітичної групи водою з’являється білий осад. Це свідчить про присутність у розчині іонів:

A. Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺.

B. Mg²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺.

C. Fe²⁺, Fe³⁺, Sb³⁺.

D. Mg²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺.

E. Bi³⁺, Sb³⁺, Sb(V).

2. У кислому середовищі іони V аналітичної групи … і … утворюють оранжево-червоні осади із сульфідами.

A. Mg²⁺ і Mn²⁺.

B. Mg²⁺ і Bi³⁺.

C. Bi³⁺ і Fe²⁺.

D. Sb³⁺ і Sb(V).

E. Bi³⁺ і Fe³⁺.

3. Реакції виявлення магнію з магнезоном заважають іони V аналітичної групи, тому його відокремлюють із загального осаду гідроксидів за допомогою:

A. NaOH.

B. NH₄Cl.

C. NH₃.

D. H₂SO₄.

E. HCl.

4. При окисненні Мангану (ІІ) в кислому середовищі будь-якими окисниками утворюється іони …, які надають … забарвлення.

A. MnO₄^–, зеленого.

B. Mn₂O₄^–, синього.

C. MnO₂^–, чорного.

D. MnO₄^2-, зеленого.

E. MnO₄^–, малиново-фіолетового.

1. Розрахувати активності іонів Калію і сульфату в 0,005 моль/л розчині Калій сульфату.

2. Розрахувати рН 0,1 моль/л розчину фосфатної кислоти.

3. Розрахувати рН 10^-2 моль/л розчину фенолу.

4. Розрахувати рН 0,1 моль/л розчину Натрій арсенату.

5. Розрахувати рН 0,1 моль/л розчину Натрій гідрогенфосфату.

6. Розрахувати рН буферного розчину, який містить 0,1 моль/л натрій карбонату і 0,2 моль/л натрій гідрогенкарбонату.

7. Розрахувати рН буферного розчину, який складається з 0,1 моль/л форміатної кислоти та 0,1 моль/л Натрій форміату. Як зміниться рН цього розчину при додаванні до 1 л такого буферу а) 0,01 моль хлоридної кислоти, б) 0,01 моль Натрій гідроксиду?

8. Розрахувати молярне співвідношення форміатної кислоти і Натрій форміату в форміатному буферному розчині з рН 2,25.

9. Розрахуйте добуток розчинності Плюмбум фосфату, якщо в 250 мл його насиченого розчину міститься 3,03×10^-7 г солі.

10. При якому рН досягнеться практично повне осадження а) Cu(OH)₂? б) Cd(OH)₂?

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ НА ТЕСТИ І СИТУАЦІЙНІ ЗАДАЧІ

Тести: 1. Е, 2. D, 3. В, 4. E.

Задачі: 1. , 2. , 3. , 4. , 5. , 6. , 7. , 8. , 9. , 10. .

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

Основні: 1. Кузьма Ю., Ломницька Я., Чабан Н. Аналітична хімія: Навчальний посібник з теоретичних основ аналітичної хімії. – Львів: Видавн. Центр Львівського національного університету імені Івана Франка. – 2001. – С. 5-73.

2. Гайдукевич О.М., Болотов В.В., Сич Ю.В. та ін. Аналітична хімія. – Х.: Основа. – 2000. – С. 5-9, 164-179.

3.http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/pharma_2/classes_stud/аналітична хімія/2 курс/українська/фармація, клінічна фармація, тпкз/06 контрольна експериментальна задача 1.

Додаткові: 1. Жаровський Ф.Г., Пилипенко А.Т., П’ятницький І.В. Аналітична хімія. – К.: Вища школа. – 1982. – С. 20-46, 51-62, 111-121.

2. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Т.1 – М.: Химия, 1976. – С. 13-69.

3. Основы аналитической химии / Под ред. Ю.А. Золотова, Кн. 1. – М.: Высш. шк. – 2002. – С. 96-138, 192-203.

4. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). Кн.1. – М.: Высш. шк. – 2001. – С. 54-145, 320-417.

5. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. Кн. 1. – М.: Высш. шк. – 1982. – С. 16-63, 109-127, 199-271.

6. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. – М.: Химия. – 1972. – С. 9-32, 39-61, 71-115, 148-187.

МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

Аналіз складного об’єкту, яким є розчин катіонів I-VІ груп слід розпочати з оцінки забарвлення і визначення рН розчину. Забарвлення розчину свідчить про наявність або відсутність катіонів Сu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, CrO₄^2-, Cr₂O₇^2-, MnO₄^–. Низьке значення рН може бути зумовленим присутністю в розчині вільних кислот або солей Bi³⁺, Hg²⁺, Hg₂²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ і т.д., тобто катіонів, які гідролізують. Якщо розчин має лужну реакцію, то можуть бути присутні іони PbO₂^2-, [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Cd(NH₃)₄]²⁺, [Ag(NH₃)₂]⁺, комплексні ціаніди, тощо. Арсен, Стибій і Станум в цьому випадку присутні у вигляді аніонів відповідних кислот.

Деякі попередні дані можна отримати і на основі більш точного вимірювання рН розчину (за допомогою універсального індикаторного паперу). Якщо значення рН розчину знаходиться в межах рН=2-4 (і розчин не містить осаду), то у ньому відсутні Sn(II), Sn(IV), Sb(III), Sb(V), Bi(III), Hg(II), Fe(III), бо якщо б вони були присутні, то продукти їхнього гідролізу виділялись би у формі осадів при вказаних значеннях рН розчину.

Досліджуваний розчин зазвичай ділять на три частини. Одну частину використовують для попередніх випробувань, другу – для проведення систематичного аналізу, третю – залишають для контролю.

Попередні випробування. У підготовленому до аналізу розчині спочатку виявляють катіони, які вводяться в розчин при проведенні аналізу (NH₄⁺, Na⁺), а також катіони, що сприяють аналізу чи утруднюють його (Fe²⁺, Fe³⁺, Sn²⁺, Sn^IV, As^V, Cr³⁺), а також іони на які є специфічні реакції (Mn²⁺, Hg₂²⁺, Hg²⁺, Sb^III^,V, Al³⁺, Bi³⁺).

В окремих порціях досліджуваного розчину (об’ємом приблизно по 0,3-0,5 мл) визначають наявність катіонів ІІ-VІ аналітичних груп дією групових реагентів – водного розчину хлоридної кислоти, водного розчину сульфатної кислоти, водного розчину Натрій гідроксиду в присутності Гідроген пероксиду, водного 25% розчину аміаку.

Після цього приступають до систематичного ходу аналізу.

Систематичний хід аналізу.

Для систематичного аналізу беруть 1,0-1,5 мл досліджуваного розчину.

1. Осадження хлоридів катіонів другої групи. У конічну пробірку вносять 10-15 крапель досліджуваного розчину, нейтралізують розчином NH₃ (1:1), додають таку ж кількість 2 моль/л розчину HCl, а осад відокремлюють центрифугуванням.

Осад 1 Розчин 1

хлориди ІІ аналітичної групи катіони I, ІІІ-VI груп, сліди Pb²⁺-іонів.

АgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂

Осад 1 аналізують відповідно до систематичного ходу аналізу катіонів ІІ аналітичної групи (див. заняття № 2).

2. Осадження сульфатів катіонів третьої групи. Розчин 1 обробляють повільно 2 моль/л розчином сульфатної кислоти (з додаванням етанолу). Виділяється білий кристалічний осад сульфатів ІІІ аналітичної групи з домішкою Плюмбум сульфату, так як слідові кількості Pb²⁺ залишились в розчині 1 після відокремлення осаду хлоридів ІІ аналітичної групи.

Осад 2 Розчин 2

СаSO₄, SrSO₄, BaSO₄, PbSO₄ катіони I, IV-VI груп; Cl^–, SO₄^2-– іони

До осаду 2 додають невелику кількість 30% амоній або Натрій ацетату і суміш нагрівають на водяній бані для видалення PbSO₄, який за цих умов переходить в розчин. Операцію при необхідності повторюють до негативної реакції на Pb²⁺-іони (проба з Калій дихроматом в окремій порції розчину над осадом). Суміш центрифугують, зберігаючи осад і відкидаючи розчин.

Осад 3

СаSO₄, SrSO₄, BaSO₄

Отриманий осад 3 аналізують за схемою аналізу катіонів ІІІ аналітичної групи (див. заняття № 2).

3. Попереднє виявлення деяких катіонів I, IV-VI аналітичних груп у розчині 2:

– іони Fe²⁺ з K₃[Fe(CN)₆];

– іони Fe³⁺ з K₄[Fe(CN)₆];

– іони Cr³⁺ з Н₂О₂ у лужному середовищі;

– іони Cu²⁺ з NН₃ (25%-ний розчин);

– іони Аs^V (AsO₄^3-) з (NH₄)₂MoO₄ в присутності HNO₃;

– іони Sb^III,Sb^V реакцією осадження НSbО₃ (2 моль/л HNO₃ + 3%-ний розчин Н₂О₂), а потім підтвердження реакцією утворення іонних асоціатів з барвниками, які екстрагуються бензолом;

– іони Mn²⁺ з NaBiO₃ в нітратнокислому середовищі;

– іони Со²⁺ в присутності іонів Fe³⁺, Cu²⁺ виявляють крапельною реакцією на смужці фільтрувального паперу з реактивом Ільїнського в ацетатнокислому середовищі – спостерігається виникнення забарвленої коричневої плями внаслідок утворення комплексу Кобальту (червоно-бурий осад в чистому вигляді) з органічним реагентом. У відсутності іонів Fe³⁺, Cu²⁺ Кобальт (ІІ) виявляють реакцією з NH₄SCN або KSCN в присутності ізоамілового спирту;

– виявлення іонів Ni²⁺ проводять у відсутності Fe²⁺ реакцією з диметилгліоксимом (реактив Чугайова);

– іони Hg²⁺з SnCl₂ – випадання білого осаду каломелі Hg₂Cl₂, який темніє при наступному додаванні SnCl₂, внаслідок виділення високодисперсної металічної ртуті;

– іони Ві³⁺ виявляють у випадку відсутності іонів Sb^III^,V, Hg²⁺ реакцією відновлення з Nа₄[Sn(OH)₆] у лужному середовищі – спостерігається утворення чорного осаду, який містить металічний Бісмут.

4. Відокремлення іонів Стибію (ІІІ) і Стибію (V). Якщо попередні випробування показали наявність іонів Стибію, то проводять їх відокремлення з розчину 2. Для цього до розчину 2 додають невелику кількість водного 2 моль/л розчину HNO₃ і водного 3%-ного розчину Н₂О₂, суміш нагрівають декілька хвилин на водяній бані. В цих умовах Стибій переходить в метастибіатну кислоту НSbО₃, яка випадає в осад.

Осад 4 Розчин 3

НSbО₃ катіони I, IV-VI груп

5. Відокремлення катіонів I, IV груп від катіонів V, VI груп. Розчин 3 обробляють 2 моль/л розчином Натрій гідроксиду до нейтральної реакції середовища і потім – додатково додають надлишок розчину Натрій гідроксиду і невелику кількість Гідроген пероксиду. Суміш нагрівають на киплячій водяній бані. Катіони IV аналітичної групи утворили гідроксокомплекси або аніони і залишились у розчині 4, а в осаді є суміш гідроксидів і основних солей V, VI груп.

Осад 5 Розчин 4

гідроксиди і основні солі [Zn(ОН)₄]^2-, [Al (ОН)₄]^–, [Sn(ОН)₆]^2-,

катіонів V, VI груп CrO₄^2-, AsO₄^3-

Розчин 4 аналізують за схемою аналізу суміші катіонів IV аналітичної групи (див. заняття № 3).

6. Розділення катіонів V і VI аналітичних груп. Осад 5 обробляють при нагріванні розчином HNO₃ (1:1) – в розчин переходять всі катіони обох груп. Отриманий розчин нейтралізують 1 моль/л розчином соди Na₂СО₃ до початку помутніння, додають дво-трикратний об’єм 25%-ого водного розчину аміаку і нагрівають до 40-50°С. При цьому катіони VI аналітичної групи переходять в аміачні комплекси, а в осаді залишаються гідроксиди і основні солі катіонів V аналітичної групи.

Осад 3 Розчин 3

гідроксиди і основні солі аміакати VI аналітичної групи

катіонів V аналітичної групи [Hg(NH₃)₄]²⁺, [Cu(NH₃)₄]²⁺,

[Cd(NH₃)₄]²⁺, [Co(NH₃)₄]²⁺, [Nі(NH₃)₄]²⁺

Розчин 5 аналізують за схемою аналізу катіонів VI аналітичної групи (див. заняття № 5); осад 6 аналізують за схемою аналізу катіонів V аналітичної групи (див. заняття № 4).

7. Виявлення катіонів першої аналітичної групи. Катіони першої аналітичної групи, яка немає групового реагенту, зазвичай проводять дробним методом в окремих порціях вихідного досліджуваного розчину або розчину, отриманого після відокремлення катіонів ІІ і ІІІ аналітичних груп.

Досліджуваний об’єкт може бути розчином суміші катіонів I-VI груп з осадом.

Тоді спочатку цю суміш центрифугують, відокремлюють осад від розчину і обидві фази аналізують окремо.

Наявність осаду свідчить про можливу присутність в ньому хлоридів катіонів II аналітичної групи, сульфатів катіонів II і III груп, продуктів гідролізу сполук Sn, Sb, Bi, As^III і As^V.

Розчин, відділений від осаду, аналізують так, як описано вище.

Осад випробовують на розчинність в розбавлених розчинах ацетатної, хлоридної, нітратної кислот. Якщо він повністю розчиняється в якій-небудь з цих кислот, то розчин, отриманий після розчинення осаду, або приєднують до центрифугату і аналізують далі разом (що роблять частіше за все), або аналізують окремо на присутність тих чи інших катіонів. Якщо осад не розчиняється у вказаних розбавлених кислотах, то випробовують його розчинність в інших розчинниках – в більш концентрованій (1:1) нітратній кислоті, у водному розчині тартратної кислоти, у водному 30%-ому розчині амоній ацетату.

В HNO₃ (1:1) розчиняються осади Бісмуту оксохлориду, Плюмбум хлориду, у водному розчині Н₂С₄Н₄О₆ – оксохлориди Стибію, ВіОCl і ВіО₂Cl; у водному розчині СН₃СООNH₄ – осад Плюмбум сульфату PbSO₄. В пробах отриманих розчинів відкривають відповідні катіони характерними реакціями на ці катіони.

Якщо осад не розчиняється у всіх вище перерахованих розчинниках, то це вказує на можливу присутність в ньому хлоридів катіонів ІІ аналітичної групи, сульфатів ІІ і ІІІ аналітичних груп.

Систематичний аналіз осаду.

Обробляють осад гарячою нітратною кислотою і центрифугують отриману суміш. В центрифугат переходять Bi^ІІІ, As^III і As^V, які відкривають в окремих пробах центрифугату характерними реакціями.

Відокремлений від розчину осад може містити суміш хлоридів, оксохлоридів і сульфатів AgCl, Hg₂Cl₂, PbSO₄, CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄, SbOCl, SbO₂Cl. Осад обробляють киплячою дистильованою водою. При цьому розчиняється PbCl₂. Катіони Pb²⁺ відкривають в пробі відповідними реакціями.

Суміш центрифугують (або фільтрують), осад відокремлюють, промивають гарячою водою до негативної реакції на катіони Pb²⁺ (реакція з розчином Калій хромату) і додають до нього концентрований розчин аміаку. Аргентум хлорид розчиняється з утворенням аміачного комплексу [Аg(NH₃)₂]⁺. Якщо в осаді був Hg₂Cl₂, то при обробці аміаком осад почорнів, внаслідок виділення металічної ртуті. Розчин відокремлюють від осаду центрифугуванням і відкривають в ньому катіони Аргентуму характерними реакціями.

Осад промивають дистильованою водою і обробляють розчином тартратної кислоти при нагріванні. В розчин переходять Стибій, який виявляють в пробах розчину характерними реакціями.

Залишок осаду обробляють послідовно порціями гарячого 30%-го розчину амоній ацетату до повного розчинення Плюмбум сульфату (негативна реакція з розчином Калій хромату). В осаді залишаються сульфати катіонів ІІІ аналітичної групи, які аналізують за схемою аналізу катіонів ІІІ аналітичної групи (див. заняття № 2).

Схема аналізу суміші катіонів І-VІ груп