А) Определение хлорид-ионов

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. Потенциал измеряют относительно электрода сравнения, снабженного солевым мостиком, заполненным 1М раствором нитрата калия, с помощью мономера (см. рис. 12.1).

При потенциометрических измерениях, проводимых для определения концентраций отдельных веществ методом прямой потенциометрии или методом потенциометрического титрования, монтируют ячейку, состоящую из индикаторного электрода и электрода сравнения. Как правило, она представляет собой обычный химический стакан. Раствор в ячейке перемешивают при помощи механической или магнитной мешалки.

Концентрацию анализируемого иона находят по калибровочному графику. График строят в координатах «Е - (-lgС)».

Оборудование и реагенты

Ионоселективный электрод на ион С1 .

Пипетки мерные на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100, 250 мл.

Бумага фильтровальная.

Хлорид калия.

Нитрат калия, 1М раствор.

По точной навеске готовят серию стандартных растворов хлорида калия (10 "-10 ’М) с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором нитрата калия. Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации хлорида калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации растворов. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой. По результатам измерений строят калибровочный график.

С х (моль/л) хлорид-ионов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком.

Концентрацию хлорид-ионов (г/л) вычисляют в граммах по формуле

Результаты измерений заносят в форму табл. 12.8.

Таблица 12.8

Результаты ионометрического определения ионов хлора в воде

Б) Определение фторид-ионов

При анализе природных и производственных объектов следует помнить, что ион F в кислых растворах или в присутствии ионов Fe 3+ и Л1 3+ находится в виде слабодиссоциирующей кислоты HF и фторидных комплексов указанных металлов. Поэтому в растворе доводят pH до значения 5-7, а также добавляют цитрат натрия, который образует с ионами железа и алюминия более прочные комплексы.

Оборудование и реагенты

Индикаторный электрод - ионоселективный электрод на ион F . Перед работой выдерживают электрод в 0,001М NaF в течение суток. Перед измерением промывают и оставляют на 10-20 мин в дистиллированной воде, затем высушивают фильтровальной бумагой.

Электрод сравнения, хлоридсеребряный.

Стаканы полиэтиленовые емкостью от 50 мл.

Колбы мерные, на 100 мл 6 шт., на 1000 мл 1 шт.

Цилиндры емкостью 50, 100, 1000 мл.

Пипетки мерные на 10 и 25 мл.

Стандартный раствор - 0,1 М раствор фторида натрия (навеску 4,200 г растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Фоновый раствор - 1М раствор сульфат натрия (навеску 142 г Na 2 S0 4 или 322 г Na 2 S0 4 ? ЮН 2 0 растворяют в мерной колбе емкостью 1000 мл).

Азотная кислота, 0,01М раствор.

Аммиак, 0,01М водный раствор.

Описание определения

При подготовке растворов к измерениям в стандартные и анализируемые растворы вводят одинаковый избыток фонового электролита. В этом случае можно полагать, что во всех растворах ионная сила постоянна.

Из основного стандартного раствора с концентрацией фторид-иона 10 "М готовят последовательным разбавлением его раствором 1М Na 2 S0 4 шесть растворов с концентрациями NaF (М): 10 ", 10" 2 , 10 3 , 10 10 5 , 10 6 . Для этого отбирают пипеткой 10 мл 10 "М раствора NaF в мерную колбу на 100 мл и доводят фоновым раствором (1М Na 2 S0 4) объем до метки. Из полученного раствора 10 2 М NaF последовательным разбавлением фоновым раствором по аналогичной методике готовят остальные растворы. Начиная с раствора с наименьшей концентрацией последовательно во всех стандартных растворах измеряют потенциал фторселективного электрода и результаты измерений записывают в форму таблицы, аналогичной табл. 9.8. По результатам измерений строят калибровочный график.

При определении концентрации фторид-иона в анализируемом растворе необходимо приготовить раствор с той же ионной силой. Для этого 5 мл исследуемого раствора разводят 1М Na 2 S0 4 в колбе на 50 мл. Индикаторной бумагой проверяют pH и доводят его 0,01М HNO:j или NH 4 OH до значения 5,0-5,5.

Измеряют потенциал фторселективного электрода в этом растворе. По калибровочному графику определяют значение рХ = -lg. Результаты записывают в форму таблицы.

Следует определить содержание фторид-иона в контрольных задачах, проверить ответ у преподавателя и вычислить относительную погрешность измерений.

В) Определение нитрат-ионов

Ионометрический анализ природной и питьевой воды на содержание нитрат-ионов основан на измерении величины равновесного потенциала ионоселективного мембранного электрода, погруженного в раствор анализируемого иона. В состав мембраны входит жидкий ионообменник с четвертичными аммониевыми солями. Потенциал измеряют на мономере относительно хлоридсеребряного электрода, заполненного насыщенным раствором хлорида калия.

Оборудование и реагенты

Ионоселективный электрод на ион NQ.,-hoh.

Хлоридсеребряный электрод сравнения.

Пипетки на 10 мл.

Стаканы стеклянные на 100 и 250 мл.

Хлорид калия.

Нитрат калия, 10 "М раствор.

Сульфат калия, 1М раствор.

1. Определение нитрат-ионов по методу калибровочного графика.

По точной навеске готовят стандартный раствор нитрата калия 10 "М. Последовательным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы 10 2 -10 5 М с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором сульфата калия (фон Л). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия. Результаты измерений вносят в форму таблицы, аналогичной табл. 9.8. Строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации растворов. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой.

Измеряют значения равновесных потенциалов анализируемых растворов. Определяют концентрацию С х (моль/л) нитратов в питьевой и природной воде, пользуясь построенным калибровочным графиком. Результаты вносят в форму таблицы.

Концентрацию нитрат-ионов в г/л вычисляют по формуле

где М(N0 3) - молярная масса иона, равная 62,01 г/моль.

2. Определение нитрат-ионов по методу добавок.

По точной навеске готовят стандартный 10 "М раствор нитрата калия. Последовательным разбавлением исходного стандартного раствора готовят растворы с концентрациями 10 2 -10 J M с постоянной ионной силой, создаваемой 1М раствором сульфата калия (фон А). Снимают зависимость потенциала ионоселективного электрода от концентрации нитрата калия и строят калибровочный график. Измерения проводят в порядке возрастания концентрации раствора. После каждого измерения электроды промывают дистиллированной водой и осушают фильтровальной бумагой. Результаты измерений оформляют в форме табл. 12.9.

Таблица 12.9

Результаты измерения потенциала в зависимости от pNO: , для построения калибровочного графика

Значение ионной силы рассчитывают для каждого раствора по формуле

Чем больше ионная сила раствора, тем меньше коэффициент активности каждого иона и меньше его активная концентрация.

Коэффициент активности находят по табличным данным (табл. 12.10) или по формуле Дебая - Гюккеля

Значения коэффициентов активности

Значение pN0 3 вычисляют как отрицательный логарифм активности нитрат-иона:

Строят график зависимости «Е - pN0 3 » и определяют крутизну (5) электродной функции (в милливольтах). Полученное значение крутизны используют в расчетной формуле в методе добавок. Следует отметить, как оно отличается от теоретического значения (0,0591/и при 25°С).

Для определения концентрации нитрит-иона в анализируемой пробе необходимо измерить потенциал (/;) до и после добавок стандартного раствора KNO ;j . Для этого аликвотную часть 20,00 мл анализируемого раствора помещают в сухой стакан, опускают в него электроды и измеряют потенциал (?,). Затем добавляют по 2-3 капли стандартного раствора KN0 3 , пользуясь микропипеткой на 1-2 мл. После каждой добавки перемешивают раствор магнитной мешалкой. Затем измеряют потенциал (? 2) и определяют его изменение по отношению к анализируемому раствору (ДЕ = Е., - ?,). Добиваются изменения АЕ не менее чем на 30 мВ, вводя 2-3 добавки к одной порции образца.

Рассчитывают результат определения по нескольким добавкам, зная объем Р ст добавленного раствора с концентрацией С ст, объем анализируемого раствора V r (20 мл) и пренебрегая разбавлением, по формуле

где АЕ - наблюдаемое изменение потенциала после добавки, мВ; 5 - крутизна электродной функции, установленная по графику, мВ. Содержание нитрат-ионов (в г/л) в анализируемом растворе вычисляют по формуле

где M(NQ 3) - молярная масса иона, равная 62,01 г/моль.

Опыт 1. Обнаружение сульфат-ионов

В одну пробирку налейте 1-2 мл раствора сульфата натрия, а в другую - 1-2 мл раствора сульфата калия. В обе пробирки по каплям добавьте раствор хлорида бария. Объясните наблюдаемое.

Составьте уравнения электролитической диссоциации взятых солей и уравнение реакции обмена. Запишите полное и сокращённое ионные уравнения реакции.

Какие соединения могут служить реактивом на ионы бария Ва 2+ ?

В чём сущность обнаружения ионов с помощью реактива?

Опыт 2. Обнаружение хлорид-ионов Сl -

По таблице растворимости выясните, какие соли, содержащие хлорид-ион Сl - , нерастворимы (малорастворимы). При помощи имеющихся у вас реактивов докажите, что в растворе хлорида натрия присутствуют хлорид-ионы.

Составьте уравнения диссоциации солей, реакции обмена и полные и сокращённые ионные уравнения проведённых реакций.

Опыт 3. Обнаружение сульфат-ионов и хлорид-ионов Сl -

В двух пробирках содержатся растворы хлорида калия и сульфата магния. С помощью каких реакций можно доказать, что в одной пробирке находится раствор хлорида калия, а в другой - раствор сульфата магния?

Раствор из первой пробирки разделите пополам и перелейте в две пробирки. Прилейте в одну пробирку раствор нитрата свинца (II), в другую - раствор хлорида бария. В какой из пробирок выпал осадок? Какая из солей - КСl или MgSO 4 - содержится в первой пробирке?

Раствор из второй пробирки испытайте на присутствие аниона, не обнаруженного в первой пробирке. Для этого к испытуемому раствору прилейте раствор нитрата свинца (II). Объясните наблюдаемое.

Составьте уравнения реакций обмена проведённых вами реакций и полные и сокращённые ионные уравнения реакций обнаружения ионов.

Опыт 4

Проделайте реакции, подтверждающие качественный состав следующих веществ: а) хлорида бария; б) сульфата магния; в) карбоната аммония. Для выполнения этого опыта используйте таблицу 12.

Таблица 12
Определение ионов

Методы качественного анализа базируются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в форме тех или иных ионов. В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные комплексные соединения, происходит окисление или восстановление с изменением цвета раствора.

Для идентификации с помощью образования труднорастворимых соединений используют как групповые, так и индивидуальные осадители. Групповыми осадителями для ионов Ag + , Pb 2+ , Hg 2+ служит NaCl; для катионов Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ - (NH 4) 2 CO 3 , для ионов Al 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ - (NH 4) 2 S.

Имеется много органических и неорганических реагентов, образующих осадки или окрашенные комплексные соединения с катионами (таблица):

Реагент	Формула	Катион	Продукт реакции
Ализарин	C 14 H 6 O 2 (OH) 2	Al 3+	Ярко-красный осадок
Бензидин	C 12 H 8 (NH 2) 2	Cr 6+ , Mn 7+	Соединение синего цвета
Гексагидроксостибиат калия	K	Na +	Белый осадок
Гексанитрокобальтат натрия	Na 3 Co(NO 2) 6	K +	Желтый осадок
Гексацианоферат (II) калия	K 4	Fe 3+	Темно-синий осадок
α-Диметилглиоксим	С 4 N 2 H 8 O 2	Cu 2+	Красно-бурый осадок
Дипикриламин	2 NH	Ni 2+ , Fe 2+ , Pb 2+	Ярко-красный осадок
Дитизон в хролоформе	C 13 H 12 N 4 S	K +	Оранжево-красный осадок
Дихромат калия	K 2 Cr 2 O 7	Zn 2+	Малиново-красный раствор
Магнезон ИРЕА	C 16 H 10 O 5 N 2 SClNa	Ca 2+	Оранжевый осадок
Мурексид	C 8 H 6 N 6 O 6	Mg 2+	Ярко-красный раствор
Родамин Б	C 24 H 21 O 3 N 2 Cl	Ca 2+	Красный раствор
Хромоген черный	C 20 H 13 O 7 N 3 S	Sr 2+ , Ba 2+ - Mg 2+	Фиолетовый раствор Синий раствор Вино-красный раствор

Летучие соединения металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет. Поэтому, если внести изучаемое вещество на платиновой или нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки, то происходит окрашивание пламени в присутствии в веществе тех или иных элементов, например, в цвета: ярко-желтый (натрий), фиолетовый (калий), кирпично-красный (кальций), карминово-красный (стронций), желто-зеленый (медь, бор), бледно-голубой (свинец, мышьяк).

Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SO 4 2 - , SO 3 2 - , CO 3 2 - , SiO 3 2 - , F - , PO 4 3 - , CrO 4 2 - и др.) имеют групповой реагент BaCl 2 в нейтральной или слабокислой среде, так как соли бария и этих анионов мало растворимы в воде. Групповым реагентом в растворе HNO 3 на ионы Cl - , Br - , I - , SCN - S 2 - , ClO - , 4 - и др. служит AgNO 3 . Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы (таблица):

Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам приведена в таблице:

Химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.

Частица, в которой содержится разное число протонов и электронов, называется ионом. Если количество протонов больше, ион приобретает положительный заряд и становится катионом. Ионы с отрицательным зарядом (преобладают электроны) называются анионами.

Общее описание

Впервые в химии понятие «ион» появилось в 1834 году благодаря экспериментам Майкла Фарадея. Учёный изучал электропроводность водных растворов кислот, солей, щелочей. Он предположил, что возможность проводить электричество обусловлена движением в растворе заряженных частиц - ионов.

Молекулы способны распадаться на ионы - атомы с недостатком или избытком электроном. Процесс распада называется электролитической диссоциацией, а образованный раствор или расплав - электролитом. Если опустить в раствор электролита электрод, катионы начнут двигаться к катоду - отрицательному полюсу, анионы - к аноду - положительному полюсу. Этим объясняется электропроводность электролитов.

Рис. 1. Движение ионов под действием электрода.

В растворах или в расплавах ионы образуются под действием молекул воды или высокой температуры.

Строение

Ионы состоят из ядра и электронов, движущихся вокруг. Ядро образуют положительно заряженные частицы (протоны) и нейтральные частицы (нейтроны). Количество протонов совпадает с порядковым номером элемента. Количество нейтронов равно значению разницы между относительной атомной массой и количеством протонов.

Электроны располагаются на энергетических уровнях. Количество уровней совпадает с периодом, в котором находится элемент. На внешнем энергетическом уровне находятся валентные электроны, которые могут взаимодействовать с другими атомами. При отдаче валентных электронов атом превращается в катион, при присоединении дополнительного электрона становится анионом.

Например, если к атому хлора присоединить ещё один электрон он станет отрицательно заряженным ионом - анионом. А если у атома натрия отнять один электрон, он станет положительно заряженным ионом - катионом, т.к. количество протонов станет больше, чем отрицательных электронов.

Катионы в уравнениях отмечаются плюсом, а анионы - минусом. Например, Fe 2+ , Al 3+ , Na + , F – , Cl – . Цифра означает, сколько электронов отдал или принял атом, став ионом, т.е. показывает степень окисления. Количество катионов или анионов можно посмотреть по таблице растворимости веществ.

Рис. 2. Таблица растворимости.

Классификация

Ионы делятся на две группы:

• простые или моноатомные - содержат одно ядро, т.е. состоят из одного атома вещества;
• сложные или полиатомные - содержат минимум два ядра, т.е. состоят из двух и более атомов вещества.

К простым ионам относятся катионы и анионы металлов и неметаллов - Na + , Mg 2+ , Cl – . Сложные ионы образуются при присоединении иона к нейтральным молекулам вещества. Например:

• NH 3 + H + → NH 4 + ;
• BF 3 + F – → BF 4 – .

Катионами являются ионы металлов, водорода, аммония и некоторых других веществ. Анионами являются гидроксид-ион (OH –), ионы кислотных остатков, неметаллов и других веществ.

Некоторые атомы могут становиться катионами или анионами в зависимости от реакции.

Также выделяют ион-радикалы - свободные заряженные частицы, способные присоединять атомы или присоединяться к атомам других веществ. В зависимости от заряда делятся на китионы-радикалы и анионы-радикалы.

Ионная связь - класс соединения ионов. Ионная связь возникает в результате электростатического притяжения анионов и катионов. При этом атом с большей электроотрицательностью притягивает атом с меньшей электроотрицательностью. Ионная связь возникает преимущественно между ионами металлов и неметаллов. Металл всегда отдаёт электроны, т.е. является восстановителем.

Рис. 3. Схема ионной связи.

Что мы узнали?

Из темы урока узнали, что такое ионы. Атом становится ионом при отщеплении или присоединении электронов. Если электронов становится меньше, то атом приобретает положительный заряд за счёт преобладания протонов и становится катионом. При увеличении количества отрицательно заряженных электронов атом становится анионом. Ионы способны передавать электричество и обязательно присутствуют в электролитах. Между ионами возникает ионная связь за счёт электростатического притяжения отрицательных и положительно заряженных частиц.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 126.

«Типы химических связей» - Вещества с атомной кристаллической решеткой. ЭО атома, условная величина, характеризующая способность атома в молекуле притягивать электроны. Образование полярной и неполярной связи. Кристаллы твердые, тугоплавкие, без запаха, в воде нерастворимы. Если е - присоединяются – ион заряжается отрицательно.

«Степени окисления соединений» - Название. Составить формулы бинарных соединений. Положительная степень окисления. Оксид железа. Составить формулы веществ. Степень окисления. Бинарное соединение. Степени окисления элементов. Названия бинарных соединений. Определить степени окисления элементов в соединениях. Возможные отрицательные степени окисления.

«Ионная связь» - Проблемный вопрос: Путь к вершине химической пирамиды – ионная химическая связь в соединениях. Найдите выигрышный путь, который составляют вещества с ионной связью. Распределение ионов металлов в организме человека. Поиграйте в «крестики-нолики». Как атомы могут принимать устойчивые электронные конфигурации?

«Химия «Химическая связь»» - Ионная связь – это электростатическое притяжение между ионами. Параметры ковалентной связи. Ковалентная связь. Резких границ между разными видами химических связей нет. Водородная химическая связь. Два типа кристаллических решеток. Виды химической связи и типы кристаллических решеток. Число общих электронных пар равно числу связей между двумя атомами.

«Водородная связь» - Внутримолекулярная водородная связь. Электромагнитное излучение. 5)водородные связи способствуют образованию кристаллов в виде снежинок или измороси. Водородная связь. Особые свойства веществ, образованных межмолекулярной водородной связью. 1)между молекулами воды. Высокие температуры. Вибрации. 2)между молекулами аммиака.

«Виды химической связи» - I.Выпишите формулы веществ: 1.с К.Н.С. 2.с К.П.С. 3. с И.С. Определите вид химической связи. Какая реакция является окислительно-восстановительной? Окисление. Виды химической связи. Ионная решетка. Ионная. Определите в каком веществе степень окисления серы равна +4. Виды связи и типы решеток. Итог. Ионная связь.

Всего в теме 23 презентации