Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Нитрат цинка

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кафедра аналитической химии

Курсовая работа

«Нитрат цинка»

Подготовил

Научный руководитель

2012-2013уч.год.

Содержание.

Общие сведения 3
Получение 4
Качественный анализ 5

Аналитические реакции катиона цинка 5
Аналитические реакции нитрат-иона 6

Количественный анализ 9
Инструментальный анализ 11

Потенциометрическое титрование 11
Виды потенциометрического титрования 11

5.2.1. Кислотно-основное титрование 11

5.2.2. Комплексонометрическое титрование 12

5.2.3. Титрование по методу осаждения 12

5.2.4. Окислительно-восстановительное титрование 13

5.3. Фотоколориметрия 14

Применение 15
Список использованной литературы 17

Общие сведения.

Формула:

Zn(NO3)2

Нитрат цинка — неорганическое соединение, соль металла цинка и азотной кислоты с формулой Zn(NO3)2, бесцветные кристаллы, растворяется в воде, образует кристаллогидраты.

Систематическое наименование Нитрат цинка

Традиционные названия:Азотнокислый цинк

Нитрат цинка Zn(NO3)2. Бесцветные тетрагональные кристаллы. Молярная масса 189,40 г/моль

tпл=36°С, плотность равна 2,130 г/см3 . Растворяется в воде (12825; 125073 г/100 мл) и спирте. Известны кристаллогидраты Zn(NO3)2.nН2O (n=9, 4, 2, 1). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 250,92 Cм.см2/моль. Получают взаимодействием оксида, гидроксида, или карбоната цинка с азотной кислотой.

Получение.

В лаборатории получают:

1)путем растворения металлического цинка в азотной кислоте,

2) Безводную соль получают реакцией металлического цинка с диоксидом азота:

Качественный анализ.

Аналитические реакции на катион цинка.

1. С раствором аммиака с образованием белого осадка гидроксида цинка, растворяющегося в избытке реагента с образованием бесцветного раствора комплексного соединения – гидроксида тетраамминцинка(II)

ZnCl2 + 2 NH4OH

Zn(OH)2¯ + 2 NH4Сl

Zn(OH)2¯ + 4 NH4OH

[Zn(NH3)4](OH)2 + 4 H2O

Реакция позволяет отделить Zn2+ от других катионов IV аналитической группы.

2. С сульфидом натрия или сероводородом с образованием осадка белого цвета, нерастворимого в избытке осадителя, в щелочи и уксусной кислоте и растворимого в сильных кислотах (ГФ).

ZnCl2 + Na2S

ZnS¯ + 2 NaCl

Мешающие ионы : катионы р- и d-элементов. Реакция используется в качестве дробной в основной среде после удаления мешающих ионов.

3. С гексацианоферратом(II) калия К4[Fe(CN)6] с образованием белого осадка гексацианоферрата(II) калия-цинка, растворимого в щелочах и нерастворимого в разбавленной хлороводородной кислоте (ГФ).

3 ZnCl2 + 2 K4[Fe(CN)6]

K2Zn3 [Fe(CN)6]2¯ + 6 KCl

Мешающие ионы: катионы s2- , р- и d-элементов (кроме Al3+ и Cr3+), ионы - окислители.

4. С тетратиоцианомеркуратом(II) аммония (NH4)2[Hg(SCN)4] с образованием бесцветных кристаллов в виде дендритов, крестов и вытянутых треугольников (МКС).

ZnCl2 + (NH4)2[Hg(SCN)4]

Zn[Hg(SCN)4]¯ + 2 NH4Cl

Мешающие ионы: Co2+, Cd2+, Cu2+, Fe2+, Pb2+ и др.

5. С раствором нитрата кобальта(II) Co(NO3)2 (пирохимический способ) с образованием “зелени Ринмана” - цинката кобальта(II).

Zn(NO3)2 + Co(NO3)2

CoZnO2 + 4 NO2 + O2

Реакцию проводят на фильтровальной бумаге, после сжигания которой образуется зола зеленого цвета.

Мешающие ионы: Al3+, образующие пепел синего цвета.

6. С дитизоном (дифенилтиокарбазоном) с образованием внутрикомплексной соли малиново-красного цвета, окрашивающей в щелочной среде как слой органического растворителя (хлороформа, четырёххлористого углерода), так и водный слой (экстракционный способ).

Реакция дробная, в экстракционном варианте применяется для обнаружения Zn2+в присутствии других катионов.

Методика: к 2 каплям исследуемого раствора добавляют 10 капель ацетатного буферного раствора, 3-4 капли раствора тиосульфата натрия (для осаждения Sn2+ и маскировки Ag+, Bi3+, Pb2+, Cu2+) , центрифугируют. К центрифугату добавляют 20 капель раствора дитизона в хлороформе. В присутствии Zn2+ водный и хлороформный слой окрашиваются в малиново - красный цвет.

Реакцию можно проводить хроматографическим способом.

3.2. Аналитические реакции на нитрат-ион.

1. С дифениламином в среде концентрированной H2SO4 (ГФ).

Дифениламин окисляется азотной кислотой вначале в бесцветный N,N-дифенилбензидин, затем в "дифенилбензидин фиолетовый":

Методика: в сухую фарфоровую чашку (тигель) помещают кристаллик дифениламина, прибавляют несколько капель концентрированной H2SO4 и 1-2 капли раствора, содержащего нитрат-ион. Появляется интенсивная синяя окраска. Реакция чувствительна, но неспецифична. Мешают окислители - NO2-, Fe3+, MnO4- и т.д., и восстановители – S2- , SO32- , S2O32-, I- и др.

2. С металлической медью в среде концентрированной H2SO4 (ГФ).

2 NaNO3 + Cu + 2 H2SO4

CuSO4 + 2 NO2 + Na2SO4 + 2 H2O

Методика: к сухому веществу (0,002-0,005 г нитрата-иона) прибавляют по 2-3 капли воды и концентрированной серной кислоты, кусочек металлической меди и нагревают, выделяются бурые пары оксида азота(IV).

С сульфатом железа(II).

2 NaNO3 + 6 FeSO4 + 4 H2SO4

3 Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + 4 H2O + 2 NO

NO + FeSO4

[Fe(NO)]SO4

Методика: к 2 каплям испытуемого раствора нитрата на холоду прибавляют кристаллик FeSO4 и осторожно по стенке пробирки концентрированную H2SO4. Наблюдают коричневое кольцо вследствие образования сульфата нитрозожелеза(II) [Fe(NO)]SO4. Мешают I-, Br-, а также анионы-окислители.

С антипирином в среде концентрированной серной кислоты с образованием нитроантипирина красного цвета.

Методика: в сухую фарфоровую чашку помещают 2 капли исследуемого раствора, добавляют 1 каплю 5% водного раствора антипирина и 4-8 капель концентрированной серной кислоты, осторожно перемешивают. Наблюдают интенсивное красное окрашивание, последующее разбавление водой приводит к переходу красной окраски в карминово-красную.

С раствором KMnO4 в сернокислой среде (ГФ). Наблюдают неисчезающую розовую окраску раствора (в отличие от NO2- аниона, обесцвечивающего раствор KMnO4).

Обнаружению NO3--иона реакциями с дифениламином и сульфатом железа(II) мешает присутствие NO2--иона, поэтому необходимо знать способы разрушения нитрит-ионов.

4. Количественный анализ.

Дробное обнаружение и определение цинка основано на экст ракции его хлороформом из минерализата в виде (ДДТК)2Zn при рН 8,5, реэкстракции с помощью 1 н. раствора НС1 в вод ную фазу и последующем обнаружении и определении цинка.

Исследованию на Zn2+ предшествует предварительная реак ция на Zn2+ с раствором дитизона в СНС13:

Zn2+ + 2H2DZ = Zn(HDz)2 + 2H+.

для чего к 0,5 мл минерализата прибавляют 0,5 мл тиомочевины или 2 капли насыщенного раствора тиосульфата натрия (для комплексирования Cd2+), устанавливают рН 4,5-5,0, добавля ют 1 мл ацетатного буфера, 2 капли 0,01% раствора дитизона в хлороформе и 1 мл хлороформа. Смесь энергично встряхивают. В зависимости от количества цинка зеленый цвет хлороформного слоя переходит в розовый или красно-фиолетовый.

Реакция позволяет обнаруживать 5 мг и более цинка в 100 г органа. При отрицательном результате реакции образования дитизоната цинка (зеленое окрашивание хлороформа) исследо вание на этом заканчивают и дают заключение о необнаруже^ нии цинка.

При положительном результате реакции с дитизоном должны быть проведены дополнительные реакции после выделения Zn2+ в виде (ДДТК)2Zn. К 10 мл минерализата добавляют 4 мл рас твора калия, натрия-тартрата или 20% раствора лимонной кис лоты (для маскирования железа), 1 мл насыщенного раствора тиомочевины (или тиосульфата натрия) для маскирования кад мия и меди и доводят рН раствора до 8,5 (сначала добавляют 10% раствор едкого кали до появления розовой окраски в при сутствии нильского голубого, а затем серную кислоту до рН 8,5. по универсальной индикаторной бумаге). Смесь энергично встря хивают с 3 мл 1% раствора ДДТК натрия и 5 мл хлороформа. Хлороформное извлечение отделяют, промывают водой и встря хивают с 3 мл 1 н. раствора соляной кислоты. Солянокислый ре экстракт отделяют, делят на 3 части и производят реакции:

а) к 1 мл реэкстракта добавляют раствор едкого кали до рН 5,0 (по универсальной индикаторной бумаге) и 3-4 капли 5% раствора ферроцианида калия - выделяется осадок или муть бе лого цвета:

2ZnCl2 + K4Fe(CN)6 = Zn2[Fe(CN)6] + 4КСl1

б) к 1 мл реэкстракта добавляют раствор едкого кали до рН 5,0 и 3-4 капли свежеприготовленного 5% раствора сульфида натрия - образуется осадок или муть белого цвета; в) на пред метном стекле упаривают 3-4 капли солянокислого реэкстрак та, остаток растворяют в капле 10% раствора уксусной кисло ты и добавляют каплю раствора тетрароданомеркуриата аммо ния - в присутствии цинка образуются бесцветные дендриты или одиночные клинообразные кристаллы:

Zn(OCOCH3)2 + (NH4)2Hg(SCN)4 = Zn[Hg(SCN)4] + 2NH4OCOCH3

5. Инструментальный анализ.

5.1. Потенциометрическое титрование

Потенциометрическое титрование основано на определении точки эквивалентности по результатам потенциометрических измерений. Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение (скачок) потенциала индикаторного электрода. Это наблюдается, конечно, лишь тогда когда хотя бы один из участников реакции титрования является участником электродного процесса. Так, например, титрование по методу кислотно-основного взаимодействия может быть выполнено со стеклянным электродом. Определение хлорида - с хлорсеребряным и т.д. Так же, как и в других титриметрических методах, реакции потенциометрического титрования должны протекать строго стехиометрически, иметь высокую скорость и идти до конца.

Для потенциометрического титрования собирают цепь из индикаторного электрода в анализируемом растворе и электрода сравнения. В качестве электродов сравнения чаще всего применяют каломельный или хлорсеребряный.

5.2. Виды потенциометрического титрования

5.2.1. Кислотно-основное титрование

В кислотно-основном титровании в качестве индикаторного обычно используют стеклянный электрод, как правило, входящий в комплект серийно выпускаемых промышленностью pH-метров. Потенциометрический метод позволяет провести количественное определение компонентов в смеси кислот, если константы диссоциации различаются не менее чем на три порядка. Например, при титровании смеси, содержащей хлороводородную (HCl) и уксусную кислоты, на кривой титрования обнаруживается два скачка. Первый свидетельствует об окончании титрования HCl, второй скачок наблюдается при оттитровывании уксусной кислоты. Также несколько скачков имеют кривые титрования многоосновных кислот, константы диссоциации которых существенно различаются (хромовая, фосфорная и др.).

Широкие возможности анализа многокомпонентных смесей без разделения открывает применение неводных растворителей. Например, определение содержания хлороводородной и монохлоруксусной кислот в смеси титрованием водного раствора является сложной задачей в связи с трудностью обнаружения двух скачков титрования. При титровании в ацетоне оба скачка выражены достаточно четко и содержание каждой кислоты в смеси может быть рассчитано.

5.2.2. Комплексонометрическое титрование

Потенциометрическое титрование катионов комплексоном III (ЭДТА) можно проводить с использованием в качестве индикаторного электрода соответствующего металла: титрование солей меди с медным электродом, солей цинка с цинковым и т.д. или подходящего ионоселективного электрода. Однако, многие металлические индикаторные электроды необратимы, а число ионоселективных электродов невелико.

Для комплексонометрических титрований может быть использован универсальный электрод Hg|HgY2- или Au(Hg)|HgY2- где Au(Hg) - амальгамированное золото; HgY2- - комплекс ртути с анионом этилендиаминтетрауксусной кислоты. С помощью ртутного электрода этого типа могут быть оттитрованы любые ионы, которые образуют с Y4- комплексы с константой устойчивости, не превышающей константу устойчивости ртутного комплекса. Это, например, ионы магния (Mg2+), кальция (Ca2+), кобальта (Co2+), никеля (Ni2+), меди(Cu2+), цинка (Zn2+) и др.

5.2.3. Титрование по методу осаждения

Индикаторными электродами в методах потенциометрического титрования, использующих реакции осаждения, служат металлические или мембранные электроды, чувствительные к определяемому иону или иону-осадителю. Практически по методу осаждения могут быть определены катионы серебра, ртути, цинка, свинца, анионы хлора, брома, иода и некоторые другие. Смесь галогенидов, например I- и Cl-, может быть оттитрована без разделения нитратом серебра. Серебряный электрод позволяет фиксировать два скачка в ходе такого титрования. Первый скачок свидетельствует об оттитровывании иодид-иона и может быть использован для расчета содержания этого иона, второй скачок относится к окончанию осаждения хлорид-иона. По второму скачку можно рассчитать суммарное содержание галогенидов или концентрацию хлорид-иона, если концентрация иодид-иона будет известна из данных по титрованию до первого скачка.

5.2.4. Окислительно-восстановительное титрование

Кривые окислительно-восстановительного титрования могут быть построены в координатах или pM - V (титранта) или E - V (титранта), если pM=-lg[M] ([M] - концентрация участника реакции, E - потенциал системы, V (титранта) - объем титранта. Кривые титрования первого типа представляют практический интерес, когда имеется индикаторный электрод, чувствительный к M. Кривые второго типа имеют более общее значение, так как любое окислительно-восстановительное титрование может быть проведено по измерению E с использованием индикаторного электрода из благородного металла, чаще всего платины.

5.3.Фотоколориметрия.

Определение нитрат-ионов осуществляли электрофотоколориметрическим методом при длине волны l = 540 нм после реакции исследуемых растворов с сульфаниловой кислотой [6]. Для количественного определения нитрат-ионов использовали их способность восстанавливаться на ртутной капле при потенциале –1,75 … –1,78 В на фоне 20 %-го водного хлорида кальция [5]. Определение проводили методом калибровочных линий в интервале концентраций 0,001 … 0,020 мг/мл. На анализ отбирали 0,05 … 0,10 мл исследуемых растворов и после нейтрализации (щелочью или кислотой в зависимости от рН) объем доводили до 20 мл 20 %-м хлоридом кальция.

После продувки растворов гелием записывали полярограммы на полярографе ПУ-1 в интервале от –1,2 … –1,3 до 2,0 В в переменно-токовом режиме ТАСТ с принудительным отрывом ртутных капель при времени задержки 1,1 с. В качестве электрода сравнения использовался хлорсеребряный электрод, индикаторным электродом служила ртутная капля (время задержки 7 с). Для определения цианид-ионов использовали полярографический метод [2, 3].

Результаты анализа щелоков и поглотительных растворов после обработки древесины (без отделения пропиточного раствора) представлены в табл. 1.

Как видно из данных табл. 1, основное количество нитрат-инов определено в кислом щелоке и промывной воде I стадии. Оно составляет 11,60 … 32,30 % от древесины (или 35 … 55 % от загруженной кислоты) и зависит от концентрации и количества загружаемой на варку кислоты. В щелоке после II стадии количество нитрат-ионов составляло 1,00 … 5,00 % и зависело как от тщательности промывки массы на I стадии, так и от концентрации кислоты, используемой на варку. Содержание нитрат-ионов ( ) в щелоках было незначительным и в сумме не превышало 0,10 % от древесины (в пересчете на ).

В щелочных поглотителях, где улавливались двуокись азота и синильная кислота, количество определяемого нитрат-иона составляло 0,42…1,93 %, нитрит-ионов – 0,70 … 0,90 %, цианид-ионов – 1,00 … 2,10 % от древесины (в пересчете на ). Большая часть летучих азотосодержащих продуктов (3,25 … 9,14 %), образующихся из окиси азота, поглощалась в поглотителе с перекисью водорода. В присутствии этанола количество нитрат-ионов, образующихся в перекисном поглотителе, увеличивалось до 13,00 %. Суммарное количество летучих азотсодержащих продуктов составило 5,66 … 12,09 % при использовании водной среды. Найденное по разности (между количеством загруженной и определяемой в виде остаточного нитрат-иона) количество кислоты (14,43 … 17,66 %) асходовалось на реакции с лигнином и углеводами и образование органически связанного азота (нелетучие нитросоединения), а также терялось в виде нерегенерируемых азота и закиси азота, количество последних при пересчете на в сумме равнялось 17,00 … 19,00 % [9].

6. Применение.

Область применения нитрата цинка разнообразна. Кроме микрохимии эти вещества можно встретить и в обыденной жизни. Нитрат цинка используется для защитной обработки железа и стали, так как плотность цинка и плотность стали отличается. А после термической обработки поверхности стали она становится намного прочнее и менее подвержена негативному воздействию окружающей среды.

Особое место цинк занимает в области авиастроения. Благодаря такой обработке снижается коррозия металла и увеличивается его долговечность. Кроме того, уникальные свойства нитрата цинка используют любители садоводства. В данном случае вещество входит в состав самых разных удобрений для почвы. Причем они используются практически по всему миру, так как хорошо себя зарекомендовали, да и стоимость их существенно ниже, чем у их аналогов из других материалов. При этом на человека нитрат цинка не оказывает абсолютно никакого воздействия, в данном случае он безвреден. Растения забирают из удобрений лишь азот, который необходим для их роста. Однако при использовании веществ, содержащих нитрат цинка, следует внимательно относиться к пропорциям. Вред растению можно нанести как уменьшением дозы цинка, так и ее увеличением.

В первом случае прикормка окажется бесполезной, а значит, ожидаемый результат не будет достигнут и садовод или фермер понесет определенные убытки. Во втором случае, когда нитрата цинка будет слишком много, произойдет нежелательный эффект, который также негативно повлияет на рост растения и получение урожая. Еще одна область применения нитрата цинка – взрывчатые вещества, которые обладают не особо большими разрушающими факторами. Такие соединения очень часто используют для проведения, например, строительных работ, когда необходимо быстро и относительно дешево демонтировать тот или иной объект. Нитрат цинка в реакции с другими веществами может взрываться и путем поджигания, и при помощи лазера. Очень часто его используют и для проведения химических опытов. Протрава при крашении тканей. Цинк известен человеку с глубокой древности, но в Европе он стал известен лишь в XVI в. В природе цинк распространен довольно широко в виде минералов: цинковой обманки, цинкового шпата (галлия), каламина. Цинк содержится в растительных и животных организмах. Например, он найден в мышечной ткани человека, в зубной и нервной тканях. Применение соединений цинка в медицине основано на том, что цинк, как и некоторые другие тяжелые металлы, дает соединения с белками — альбуминаты. Растворимые альбуминаты оказывают действие от слабовяжущего до резко прижигающего. Нерастворимые альбуминаты обычно образуют пленку из тканевой поверхности и таким образом способствуют заживлению ткани (подсушивающее действие).

Цинк принадлежит к числу микроэлементов. Основное значение его для организма человека заключается в том, что этот элемент входит в состав ряда энтиматических систем, в частности в состав карбоангидразы, имеющей значение для процессов дыхания. Он входит в состав и ряда других ферментативных систем. Предполагают, что цинку в животном организме принадлежит не меньшая роль, чем железу.

Установлено, что цинк является синергетикой витаминов, то есть веществом, способствующим проявлению их действия.

Цинка сульфат применяется в медицине издавна под названием белого купороса, которое объясняется тем, что эта соль бесцветна в отличие от медного и железного купороса. Применяется наружно как антисептическое и вяжущее средство в глазной практике.

7. Список литературы.

Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. Москва, 1972;
Методическое указание «Инструментальные методы анализа», Пермь, 2004;
Методическое указание «Качественный химический анализ», Пермь, 2003;
Методическое указание «Количественный химический анализ», Пермь, 2004;
Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник, Ленинград, 1991;
«Большая советская энциклопедия»;
http://ru.wikipedia.org/.

Нитрат цинка 📙 Курсовая → 🆔 142864