Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Северный (Арктический) федеральный университет
имени М.В. Ломоносова»
Н.А. Онохина, С.В. Манахова
ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Учебное пособие
Архангельск
САФУ
2014
1
Стр.1
УДК 543.7.061(07)
ББК 24.4я7
О-59
Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом
Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова
Рецензенты:
О.С. Бровко, старший научный сотрудник Института экологических
проблем Севера УрО РАН, кандидат химических наук, доцент;
Э.В. Швакова, кандидат педагогических наук, доцент
Онохина, С.В.
О-59
Введение в химический анализ неорганических соединений:
учебное пособие / Н.А. Онохина, С.В. Манахова; Сев. (Арктич.)
федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. – Архангельск: ИД САФУ,
2014. – 118 с.: ил.
ISBN 978-5-261-01008-1
Рассмотрены теоретические основы качественного и количественного
анализа неорганических веществ. Приведены методики химической
идентификации и количественного анализа неорганических веществ,
примеры расчетных заданий на приготовление растворов с заданными
концентрациями.
Предназначено для студентов I курса направлений подготовки
29.03.04 «Технология художественной обработки материалов», 35.03.01
«Стандартизация и метрология», 27.03.01 «Управление качеством»,
27.03.02 «Лесное дело» дневной и заочной форм обучения, изучающих
дисциплину «Химия».
УДК 543.7.061(07)
ББК 24.4я7
ISBN 978-5-261-01008-1
2
© Онохина Н.А., Манахова С.В., 2014
© Северный (Арктический) федеральный
университет им. М.В. Ломоносова, 2014
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ
Химический анализ служит средством контроля производства и
качества продукции в различных отраслях народного хозяйства. Без
данных химического анализа о содержании в сырье или конечном
продукте основных компонентов и примесей невозможно грамотное
проведение технологического процесса в целлюлозно-бумажной,
химической, металлургической, фармацевтической промышленности.
На результатах химического анализа в значительной степени
базируется разведка полезных ископаемых. Химический анализ –
главное средство контроля загрязненности окружающей среды.
Определение химического состава почв, удобрений, кормов и сельскохозяйственной
продукции необходимо для нормального функционирования
агропромышленного комплекса. Химический анализ
незаменим в медицинской диагностике, биотехнологии. От уровня
химического анализа, оснащенности лабораторий методами, приборами
и реактивами зависит развитие многих наук.
Научной основой химического анализа служит аналитическая
химия.
Аналитическая химия – это раздел химической науки, разрабатывающий
на основе фундаментальных законов химии и физики
принципиальные методы и приемы качественного и количественного
анализа вещества.
Под анализом вещества подразумевают получение опытным
путем данных о химическом составе вещества любыми методами –
физическими, химическими, физико-химическими.
Следует различать метод и методику анализа. Метод анализа
вещества – это краткое определение принципов, положенных в основу
анализа вещества. Методика анализа – подробное описание
всех условий и операций, которые обеспечивают регламентированные
характеристики, в том числе правильность и воспроизводимость
результатов анализа.
Современная аналитическая химия включает три раздела: качественный
химический анализ, количественный химический анализ и
инструментальные (физические и физико-химические) методы анализа.
Качественный
химический анализ – это определение или открытие
химических элементов, ионов, атомов, атомных групп, молекул
в анализируемом веществе.
3
Стр.3
Количественный химический анализ – это определение количественного
состава, т.е. установление количества химических элементов,
ионов, атомов, атомных групп, молекул в анализируемом
веществе. Качественный анализ всегда предшествует количественному.
Инструментальные
методы анализа – методы, основанные на использовании
зависимостей между измеряемыми физическими свойствами
веществ и их качественным и количественным составом.
По сложности проведения различают элементный, функциональный,
молекулярный и фазовый анализ веществ.
Элементный анализ – это качественный и количественный химический
анализ, в результате которого определяют, какие химические
элементы и в каких количественных соотношениях входят
в состав анализируемого вещества.
Функциональный анализ – открытие и определение различных
функциональных групп, например: аминогруппы –NH2, нитрогруппы
–NO2, карбонильной С=О, карбоксильной –СООН, гидроксильной
–ОН, нитрильной –СN групп и др.
Молекулярный анализ – открытие молекул и определение молекулярного
состава анализируемого вещества, т.е. выяснение того,
какие молекулы и в каких количественных соотношениях представлены
в данном анализируемом объекте.
Фазовый анализ – открытие и определение различных фаз (твердых,
жидких, газообразных), входящих в данную анализируемую
систему.
По количеству анализируемой пробы различают макро-, полумикро-,
микро-, субмикро- и ультрамикроанализ. В таблице приведены
диапазоны массы и объема растворов пробы, рекомендуемые
отделением аналитической химии Международного союза чистой
и прикладной химии (ИЮПАК).
Вид анализа
Макроанализ
Полумикроанализ
Микроанализ
Ультрамикроанализ
Субмикроанализ
4
Характеристика анализа по величине пробы
Масса навески, г
От 1 до 10
От 0,05 до 0,5
От 10–3 до 10–6
От 10–6 до 10–9
От 10–9 до 10–12
Объем, мл
От 10–1 до 10–4
От 10–4 до 10–6
От 10–7 до 10–10
От 10 до 100
От 1 до 10
Стр.4
При макро- и полумикроанализе используют обычную химическую
посуду, система работы в обоих методах идентична, однако
преимуществом полумикроанализа является значительно меньший
расход реактивов. Микро-, ультрамикро- и субмикроанализ требует
использования высокочувствительных реакций, специальных методов
и аппаратуры.
На практике в обычных химических лабораториях чаще всего
применяют полумикроанализ.
5
Стр.5
Оглавление
Введение .............................................................................................................. 3
1. Теоретические основы химического анализа ............................................. 6
1.1. Закон действующих масс. Химическое равновесие ......................... 6
1.2. Взаимодействие в водных растворах электролитов ......................... 8
1.3. Расчет концентраций ионов водорода и рН в водных растворах
кислот и оснований ............................................................................. 12
1.3.1. Вычисление рН в растворах сильных электролитов .......... 12
1.3.2. Вычисление рН в растворах одноосновных слабых
кислот и однокислотных слабых оснований ....................... 13
1.4. Гидролиз солей .................................................................................... 17
1.4.1. Гидролиз солей, образованных слабой кислотой
и сильным основанием ........................................................... 17
1.4.2. Гидролиз солей, образованных слабым основанием
и сильной кислотой ................................................................. 19
1.4.3. Гидролиз солей, образованных слабым основанием
и слабой кислотой ................................................................... 21
1.4.4. Гидролиз солей, образованных сильным основанием
и сильной кислотой ................................................................. 22
1.5. Буферные растворы ............................................................................. 23
1.6. Произведение растворимости. Условия образования осадков ...... 26
2. Основы качественного химического анализа........................................... 30
2.1. Аналитические признаки веществ и аналитические реакции ....... 31
2.2. Типы аналитических реакций и реагентов ....................................... 33
2.3. Характеристика чувствительности аналитических реакций ......... 34
2.4. Подготовка образца к анализу ........................................................... 36
2.5. Аналитические классификации катионов и анионов ..................... 38
Лабораторная работа № 1. Изучение качественных реакций
на катионы I и II аналитических групп .......................................... 39
Лабораторная работа № 2. Изучение качественных реакций
на катионы III аналитической группы ............................................ 43
Лабораторная работа № 3. Анализ растворов на присутствие
катионов I, II, III аналитических групп .......................................... 48
Лабораторная работа № 4. Изучение качественных реакций
на анионы ........................................................................................... 50
Лабораторная работа № 5. Анализ растворов на присутствие
анионов I, II, III аналитических групп ............................................ 54
3. Приготовление растворов ........................................................................... 56
3.1. Способы выражения концентрации растворов................................ 56
3.2. Приготовление растворов с заданными концентрациями ............. 61
117
Стр.117
3.2.1. Приготовление растворов с заданной массовой долей
из кристаллического вещества ............................................... 61
3.2.2. Приготовление растворов с заданными молярной
концентрацией и молярной концентрацией эквивалента
из кристаллического вещества ............................................... 63
3.2.3. Приготовление растворов заданной концентрации
из более концентрированных растворов .............................. 65
Лабораторная работа № 6. Приготовление растворов заданной
концентрации .................................................................................... 66
3.3. Взвешивание на аналитических весах .............................................. 70
Лабораторная работа № 7. Взвешивание на аналитических
весах ................................................................................................... 71
4. Основы количественного химического анализа ....................................... 74
4.1. Гравиметрический анализ................................................................... 74
4.2. Титриметрический анализ .................................................................. 77
4.2.1. Кислотно-основное титрование (метод нейтрализации) .... 80
Лабораторная работа № 8. Определение содержания
карбонат-ионов в растворе ............................................................... 86
Лабораторная работа № 9. Определение гидроксида
и карбоната натрия при совместном присутствии в растворе ..... 91
4.2.2. Окислительно-восстановительное титрование
(редоксметрия) .................................................................................... 97
Лабораторная работа № 10. Определение содержания хрома
в растворе дихромата калия перманганатометрическим
методом ............................................................................................. 106
Приложения ..................................................................................................... 112
Библиографический список ........................................................................... 116
118
Стр.118