Раскройте сущность дробного и систематического методов анализа. Предложите варианты разделения и обнаружения катионов различных аналитических групп, дробным и систематическим способами. Подробно опишите методику определения систематическим способом. (Решение → 28112)

Заказ №38761

Раскройте сущность дробного и систематического методов анализа. Предложите варианты разделения и обнаружения катионов различных аналитических групп, дробным и систематическим способами. Подробно опишите методику определения систематическим способом. Составьте уравнения соответствующих реакций, укажите условия протекания реакций: Bi+3 , Вa 2+ , Cr3+ , Sn2+

Решение:

Дробный анализ. Для обнаружения индивидуальных ионов, как было показано выше, берут отдельную порцию исследуемого раствора и приливают к нему при определенных условиях реактив, специфически реагирующий с обнаруживаемыми ионами. Применяя специфические реакции и используя отдельные порции исходного раствора, можно обнаружить ограниченное число ионов, так как для открытия отдельных ионов не всегда удается подобрать специальный реактив, который дает характерный осадок или окрашивание только с определяемыми ионами. Задача значительно затрудняется в присутствии посторонних ионов, которые могут давать аналогичные продукты реакции или вызывать другие затруднения в процессе анализа. Особенно усложняется анализ в тех случаях, когда концентрация посторонних ионов значительно превышает концентрацию обнаруживаемых ионов. Поэтому очень часто при анализе сложных смесей из отдельных порций исследуемого раствора предварительно выделяют искомые ионы, а затем с помощью характерных реакций доказывают их присутствие. Метод анализа, основанный на применении реакций, при помощи которых можно в любой последовательности обнаружить искомые ионы в отдельных порциях исходного раствора, не прибегая к определенной схеме систематического хода обнаружения ионов, называют дробным анализом. Метод дробного анализа детально разработан Н. А. Тананаевым. Метод заключается в том, что отдельные небольшие пробы исследуемого раствора обрабатывают такими реактивами (или смесями нескольких реактивов), чтобы устранить влияние всех ионов, мешающих открытию искомых ионов. Например, осаждают мешающие ионы в виде малорастворимых осадков. Выпавший осадок отфильтровывают и в фильтрате открывают искомые ионы при помощи характерных реакций. При этом порядок обнаружения катионов или анионов не имеет особого значения. При дробном методе анализа в первую очередь используют высокочувствительные специфические реактивы, позволяющие открывать данный ион в присутствии других. Такой метод не требует много времени и позволяет открывать те или иные ионы, минуя длительные операции последовательного отделения одних ионов от других. Дробный анализ дает возможность быстро определять ограниченное число (от одного до пяти) ионов, содержащихся в смеси, состав которой приблизительно известен. В этом случае нет необходимости в полном качественном анализе исследуемого образца, требуется лишь установить присутствие или отсутствие в нем определенных компонентов. Систематический анализ. Полный анализ исследуемого объекта можно провести, соблюдая определенную последовательность обнаружения индивидуальных ионов. Такой метод называют систематическим анализом. При выполнении систематического анализа из анализируемой смеси выделяют отдельные группы ионов. Поэтому для исследования берут одну большую пробу анализируемого раствора. Разделение ионов на группы выполняют в определенной последовательности. Для этого используют сходства или различия свойств ионов в отношении действия групповых реактивов. Группы ионов подразделяют на подгруппы, а затем в пределах данной подгруппы разделяют индивидуальные ионы и обнаруживают их при помощи характерных реакций. Другими словами, при систематическом ходе анализа прибегают к обнаружению индивидуальных ионов после того, как все другие ионы, реагирующие с избранным реактивом, будут отделены от них действием групповых реактивов. Для разделения ионов на группы применяют различные методы: 1) осаждение ионов в виде малорастворимых соединений; 2) восстановление ионов металлами в соответствии с их нормальными окислительно-восстановительными потенциалами; 3) избирательную адсорбцию ионов и другие методы. Анализ смеси катионов II, III, IV аналитических групп может быть проведен различными способами. Предварительные испытания. Прежде чем приступить к выполнению выбранного систематического хода анализа, необходимо проделать предварительные испытания с отдельными небольшими пробами анализируемого раствора. Обнаружение NH4 + . Обнаружение NH4 + проведем при помощи раствора щелочи. При добавлении NaOH происходт выделение аммиака, который легко обнаружить и изменению цвета индикаторной бумаги. Обнаружение Fe+2. Присутствие Fe+2 в исследуемом растворе легко установить по образованию темно-синего осадка берлинской лазури или по образованию роданида железа, окрашенного в красный цвет. Обнаружение Fe+3. Присутствие Fe+3 в анализируемом растворе можно установить по образованию темно-синего осадка турнбулевой сини. В предварительных испытаниях проверяют наличие ионов: Cr3+ . – Cr3+ открывают реакцией окисления в кислой среде до Cr2O7 2– и превращением последнего с помощью Н2О2 в перекись хрома CrO5. Систематический ход анализа. Вероятнее всего раствор окрашен, вследствие наличия ионов хрома Cr3+ . Добавляем к раствору, содержащему смесь катионов Bi+3 , Вa 2+ , Cr3+ , Sn2+ раствор серной кислоты в этаноле. При этом катион бария перейдёт в осадок: Ва +2 + H2SO4 →ВaSO4 ↓ + 2H+ Реакции Ba2+ -ионов. 1. Реакция с дихроматом калия. Дихромат калия K2Cr2O7 образует с ионами бария желтый осадок BaCrO4. В водном растворе дихромата имеется небольшое количество ионов CrO4 2- , возникающих в результате равновесия: Cr2O7 2- + H2O ↔ 2HCrO4 - ↔ 2H+ + 2CrO4 2- При рН = 5 концентрация ионов CrO4 2- достаточна для того, чтобы произведение растворимости для BaCrO4 оказалось превышенным, и реакция протекает по уравнению: 2Ba2+ + Cr2O7 2- + H2O → 2BaCrO4↓ + 2H+ В результате реакции в растворе накапливаются ионы водорода, что препятствует сдвигу равновесия вправо. Чтобы добиться полного осаждения хромата бария, к раствору следует добавить избыток ацетата натрия. Ацетатионы связывают ионы водорода в слабую уксусную кислоту (СН3СОО- + Н+ ↔ СН3СООН), которая с избытком CH3COONa образует ацетатную буферную смесь, поддерживающую слабокислую среду с рН = 5. В этих условиях ионы Sr2+ и Ca2+ не образуют осадков хроматов и обнаружению Ba2+ не мешают. Реакция также используется для отделения катионов стронция и кальция от ионов бария. Выполнение реакции. В пробирку помещают 3 капли раствора соли бария, добавляют 3 капли раствора CH3COONa и 3 капли раствора K2Cr2O7. Наблюдают образование желтого осадка. 2. Реакция образования смешанных кристаллов. Обнаружение ионов бария в этом случае основано на способности сульфата бария образовывать с перманганатом калия смешанные (изоморфные) кристаллы розового цвета вследствие близости параметров их кристаллических решеток: Ba2+ + SO4 2- + K+ + MnO4 - → BaSO4 × KMnO4↓ Выполнение реакции. 2-3 капли раствора соли бария помещают в коническую пробирку и добавляют 2-3 капли раствора перманганата калия до образования устойчивой фиолетовой окраски. Затем приливают 8-10 капель 2 н. раствора H2SO4, несколько капель 3 % раствора H2O2 до обесцвечивания реакционной смеси и образовавшийся осадок отделяют от раствора на центрифуге. Наблюдают розовый цвет осадка. В отличие от Ba2+ ионы стронция смешанных кристаллов не образуют и в результате реакции выделяется белый осадок сульфата стронция. Осадок CaSO4 вследствие его значительной растворимости (KS = 2,5 × 10-5 ) не образуется. Если Ва2+ открыт, его необходимо удалить из раствора, так как он мешает дальнейшему ходу анализа. Для этого ко всему центрифугату прибавляют 4-5 капель CH3COONа (для создания рН = 4-5) и по каплям K2Cr2O7 до тех пор, пока жидкость не окрасится в оранжево-желтый цвет. Появление окраски свидетельствует об избытке Cr2O7 2– в растворе и, следовательно, о полноте осаждения хромата бария. После 2-3 минутного нагревания при перемешивании, осадок центрифугируют и отбрасывают, а центрифугат подвергают дальнейшему анализу. Остальные катионы остаются в растворе. К исследуемому раствору, содержащему катионы III – V аналитических групп, прибавляют 5-6 капель пероксида водорода и концентрированного 6 М раствора гидроксида натрия до полного осаждения, а затем избыток щелочи. Раствор нагревают в течение 3-5 минут при тщательном