Курсовая работа: Качественное и количественное определение ионов хрома (III)

Растворение пробы в кислотах. Растворимость в растворах кислот испытывают в том случае, когда анализируемое вещество нерастворимо или частично растворимо в воде. В первом случае проверяют растворимость в кислотах проб (2—3 мг) исходного твердого анализируемого вещества, во втором — проб (2—3 мг) осадка, оставшегося после отделения водной вытяжки.

Отдельно в разных пробирках испытывают растворимость проб в разбавленной уксусной кислоте, разбавленных и концентрированных НСl и НNО₃ при необходимости — также в царской водке (при комнатной температуре или при нагревании).

Для проведения теста в пробирки вносят по 2—3 мг анализируемой твердой фазы и прибавляют несколько капель соответствующей кислоты — разбавленной или концентрированной, наблюдая за тем, выделяются или не выделяются газообразные продукты реакций (СО₂ ,SО₂ , Н₂ S, NО₂ ). Если вещество не растворяется в кислоте при комнатной температуре, то испытывают его растворимость при нагревании.

При полном растворении пробы в той или иной кислоте для дальнейшего анализа используют полученный раствор.

В случае растворения пробы как в растворе НС1, так и в растворе НN0₃ , для последующего анализа отбирают полученный азотнокислый раствор, так как нитраты менее летучи, чем хлориды, которые частично могут быть потеряны на дальнейших стадиях анализа.

Если проба частично растворяется в уксусной кислоте, то анализируемый образец обрабатывают уксусной кислотой, отделяют центрифугированием нерастворившийся остаток от раствора и уксуснокислый центрифугат подвергают дальнейшему анализу отдельно от осадка. Осадок же испытывают на растворимость в НСl, НNОз, в царской водке, каждый раз отбирая для дальнейшего анализа соответствующий раствор в случае частичного растворения пробы в той или иной кислоте.

Таким образом могут быть получены несколько растворов (водная вытяжка, растворы в разных кислотах), в которых предстоит открыть катионы и анионы. Это в целом облегчает ход анализа, так как уже на этапе растворения происходит частичное разделение некоторых катионов и анионов, которые могут мешать открытию друг друга, если они одновременно присутствуют в одном и том же растворе.

Когда анализируемая смесь содержит сульфаты свинца и катионов третьей аналитической группы, нерастворимые в кислотах, их можно перевести в растворимые в кислотах карбонаты кипячением с насыщенным водным раствором соды Na₂ СО₃ и поташа К₂ СО₃ или же сплавлением со смесью Nа₂ СО₃ и К₂ СО₃ .

1.2 Классификация ионов по аналитическим группам

В качественном анализе неорганических веществ исследуются растворы солей, кислот и оснований, которые в водных растворах находятся в диссоциированном состоянии. Поэтому анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов, а не элементов или их соединений.

Распределение ионов по аналитическим группам указывает на существование связи между аналитической классификацией ионов и периодической системой элементов Д. И Менделеева. Аналитическая классификация ионов отличается от распределения элементов по группам периодической системы, основанной на общем законе природы. Разделение катионов и анионов по группам основано на отношении ионов к действию реактивов, на сходстве и различии растворимости некоторых образуемых ими соединений и на других признаках.

1.2.1 Классификации катионов

Сероводородная классификация катионов

Аналитическая классификация находится в тесной связи с электронной структурой, а также с энергетической характеристикой ионов – ионными потенциалами, которые определяются как отношение заряда иона z к его радиусу r, т. е. z/r.

Катионы с низкими ионными потенциалами образуют сульфиды, которые не растворимы в сульфиде аммония и едких щелочах. Катионы с высокими ионными потенциалами образуют тиоангидриды – соединения, растворимые в сульфиде аммония и едких щелочах.

Кроме ионных потенциалов другими энергетическими характеристиками ионов, определяющих их поведение в растворах, является электростатическая характеристика z² /r (частное от деления квадрата заряда иона на его радиус) и сродство к электрону в водном растворе.

Классификация основана на различии растворимости хлоридов, сульфидов, гидроокисей и карбонатов различных элементов.Применяются следующие групповые реактивы: HCl, H₂ S, (NH₄ )₂ S, (NH₄ )₂ CO₃ , прибавляемых к анализируемой смеси в определённой последовательности.

Группа	Катионы	Групповой реагент
I	Li+ , Na+ , K+ , NH4 + , Mg2+	Нет
II	Ca2+ , Sr2+ , Ba2+	Раствор (NH4 )2 CO3 в аммиачном буфере (рН ≈ 9,2)
III	Al3+ , Cr3+ Zn2+ , Mn2+ , Fe2+ , Fe3+ , Co2+ , Ni2+	Раствор (NH4 )2 S (рН = 7 - 9)
IV	Cu2+ , Cd2+ , Hg2+ , Bi3+ Sn2+ , Sn4+ , Sb3+ , Sb5+ , As3+ , As5+	Раствор H2 S при рН = 0,5
V	Ag+ , Hg2 2+ , Pb2+	Раствор HCl

К первой аналитической группе, не имеющей группового реагента, относят катионы лития Li⁺ , , натрия Na⁺ , калия К⁺ , аммония NH₄ ⁺ и магния Mg²⁺ . Так как эта группа катионов не имеет группового реагента, то катионы открывают в растворе с использованием различных аналитических реакций на каждый катион. Реакции проводят в определенной последовательности.

Ко второй аналитической группе относят катионы кальция Са²⁺ , стронция Sr⁺ и бария Ва²⁺ , принадлежащие второй группе периодической системы элементов. Групповым реагентом является водный раствор карбоната аммония в аммиачном буфере (рН ≈ 9,2). Групповой реагент осаждает указанные катионы из водного раствора в виде осадков малорастворимых в воде карбонатов СаСОз, SrСОз, ВаСОз.

Катионы кальция, стронция и бария не осаждаются из водных растворов при действии сульфида аммония или сероводорода, так как их сульфиды растворимы в воде.

К третьей аналитической группе относятся катионы алюминия А1³⁺ , хрома Сr³⁺ , марганца Мn²⁺ , железа(II) Fе²⁺ , желез(III) Fе³⁺ , кобальта Со²⁺ , никеля Ni²⁺ и цинка Zn²⁺ .

Групповым реагентом является водный нейтральный или слабо щелочной (рН = 7—9) раствор сульфида аммония (в присутствии аммиака и хлорида аммония), который осаждает из водных растворов катионы алюминия и хрома в виде гидроксидов А1(ОН)з и Сr(ОН)з, а остальные катионы — в виде сульфидов МnS, FeS, Fe₂ S₃ ,СоS, NiS, ZnS. В соответствии с этим катионы третьей аналитической группы, перечисленные в таблице, разделяют на две подгруппы. К первой подгруппе относят катионы алюминия А1³⁺ , хрома Сr³⁺ , ко второй подгруппе — катионы марганца Мn²⁺ , железа(II) Fе²⁺ , желез(III) Fе³⁺ , кобальта Со²⁺ , никеля Ni²⁺ и цинка Zn²⁺ .

Из кислыхводных растворов катионы третьей аналитической группы сероводородом не осаждаются.

К четвертой аналитической группе относятся катионы меди Сu²⁺ , кадмия Сd²⁺ , ртути(II) Нg²⁺ , висмута(III) Вi³⁺ , мышьяка Аs³⁺ и Аs⁵⁺ , сурьмы Sb³⁺ и Sb⁵⁺ , олова Sn²⁺ и Sn⁴⁺ . Групповым реагентом является кислый (0,3 моль/л по НС1) водный раствор сероводорода Н₂ S при рН = 0,5, который осаждает из водных растворов катионы четвертой аналитической группы в виде малорастворимых в воде сульфидов.

Катионы четвертой аналитической группы разделяют на две подгруппы, исходя из растворимости сульфидов этих катионов в растворе сульфида натрия Nа₂ S или полисульфида аммония (NН₄ )₂ S_n .

К первой подгруппе относят катионы Сu²⁺ , Сd²⁺ , Нg²⁺ , Вi³⁺ . При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов СиS, CdS, HgS, Вi₂ S₃ , нерастворимых в растворах сульфида натрия или полисульфида аммония.

Ко второй подгруппе относят катионы Sn²⁺ , Sn⁴⁺ , Аs³⁺ , Аs⁵⁺ , Sb³⁺ , Sb⁵⁺ . При действии группового реагента они осаждаются в виде сульфидов SnS, SnS₂ , Аs₂ Sз, Аs₂ S₅ , Sb₂ S₃ , Sb₂ S₅ , которые растворяются в водных растворах сульфида натрия (за исключением SnS) или полисульфида аммония с образованием тиосолей.