Учебное пособие: Методические указания для студентов 2-го курса фармацевтического факультета по аналитической химии Донецк, 2007

Министерство здравоохранения Украины

Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

Е. М. Глушкова

Качественный анализ

Методические указания

для студентов 2-го курса фармацевтического факультета

по аналитической химии

Донецк, 2007

УДК 543 (075.5)

Глушкова Е.М. Качественный анализ. Методические указания для студентов 2-го курса фармацевтического факультета по аналитической химии. – Донецк, 2007. - 150 с.

Данное методическое пособие предназначено для самоподготовки по аналитической химии студентов 2-го курса фармацевтического факультета. Методические указания по каждой теме унифицированы, строго конкретизируют учебную информацию, а также позволяют проверить качество ее усвоения. Знания по аналитической химии являются фундаментом для изучения профессионально-ориентированных дисциплин, таких как фармацевтическая химия, фармакогнозия, фармакология. Работа над каждой темой методического пособия повысит мотивацию изучения предмета и будет способствовать формированию у студентов-фармацевтов стройной системы профессиональных навыков, приобретение которых начинается при изучении базовых дисциплин.

Рецензенты: Бутева Л.В. – к. мед. н., доцент кафедры социальной медицины ОЗО и истории медицины ДонНМУ им. М. Горького,

методист учебно-методического отдела ДонНМУ

Митрофанова Т.А. – к.х.н., доцент кафедры медицинской химии ДонНМУ им. М. Горького

Методические указания утверждены на заседании Ученого совета ДонНМУ им. М. Горького

(протокол № 9 от октября 2007 г.)

СОДЕРЖАНИЕ

1. Предисловие...................................................................................................................................................................................................................4

2. Занятие № 1 «Правила работы и техники безопасности в химической лаборатории. Аналитические свойства веществ и аналитические

реакции. Методы систематического хода анализа катионов»……………………………………………………………………………………. 6 3. Занятие № 2 «Качественные реакции катионов I-ой аналитической группы K⁺ , Na⁺ , NH₄ ⁺ . Анализ смеси катионов

I-ой аналитической группы».....................................................................................................................................................................................14

4. Занятие № 3 «Качественные реакции катионов II-ой аналитической группы Ag ⁺ , Hg₂ ²⁺ , Pb ²⁺ . Анализ смеси катионов

II-ой аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в водных растворах сильных и слабых электролитов»..................24

5. Занятие № 4 «Качественные реакции катионов III -ей аналитической группы Ba²⁺ , Sr²⁺ , Ca²⁺ . Анализ смеси катионов

III-ей аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в гетерогенных системах».................................................................34

6. Занятие № 5 «Качественные реакции катионов IV-ой аналитической группы Al³⁺ , Zn²⁺ , Cr³⁺ , Sn²⁺ , Sn⁴⁺ , As³⁺ , As⁵⁺ . Анализ

смеси катионов IV аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в буферных растворах»...............................................44

7. Занятие № 6 «Качественные реакции катионов V-ой аналитической группы Mg²⁺ , Sb³⁺ , Sb⁵⁺ , Bi³⁺ , Fe²⁺ , Fe³⁺ , Mn²⁺ . Анализ

смеси катионов V аналитической группы. Решение задач на равновесия в растворах гидролизующихся солей»...........................................56

8. Занятие № 7 «Качественные реакции катионов VI-ой аналитической группы Cu²⁺ , Hg²⁺ , Co²⁺ , Ni²⁺ . Анализ смеси катионов

VI-ой аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в растворах комплексных соединений».................................... .....68

9 . Занятие № 8 «Анализ смеси катионов I –VI-ой аналитических групп».................................................................................................................77

10. Занятие № 9 «Контрольная работа на тему: Качественный анализ катионов. Равновесия в растворах электролитов» ……………… ..89

11. Занятие № 10 «Качественный анализ анионов. Качественные реакции анионов I-ой аналитической

группы. Анализ смеси анионов I-ой аналитической группы»................................................................................................................................93

12. Занятие № 11 «Качественные реакции анионов II- ой , III- ей аналитических групп и анионов органических кислот

Анализ смеси анионов II –ой и III- ей аналитических групп».............................................................................................................................103

13. Занятие № 12 «Анализ смеси анионов I –III-ей аналитических групп»................................................................ .............................................116

14. Занятие № 13 «Анализ смеси неизвестного состава (сухих солей)»....................................................................................................................127

15. Занятие № 14 «Контрольная работа на тему: Качественный анализ анионов. Анализ смеси неизвестного состава»....................................145

Предисловие

Кафедра фармацевтической и токсикологической химии Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького проводит подготовку студентов фармацевтического факультета, которые обучаются на специальности «Фармация». Учитывая возросшие требования к обучению студентов, на кафедре активно внедряется система программно-целевого управления качеством подготовки специалистов. Одним из главных принципов этой системы является ориентация студентов на всех этапах обучения на достижение конечных целей обучения, а именно, готовность к выполнению профессиональной деятельности. Кафедра фармацевтической и токсикологической химии обеспечивает преподавание нескольких химических дисциплин, как базовых, так и профессионально-ориентированных. Достичь конечных целей обучения невозможно, не освоив в заданном порядке цели обучения на младших курсах, которые в свою очередь являются целями исходного уровня для дисциплин старших курсов. Курс аналитической химии относится к базовым и изучается студентами в течение двух семестров. Аналитическая химия закладывает основы для дальнейшего освоения будущими специалистами фармации профильных дисциплин: фармацевтической химии, фармакогнозии, технологии лекарств, токсикологической химии и т.д. Реакции идентификации катионов и анионов, а также методы количественного определения веществ, которые являются предметом изучения аналитической химии, широко применяются для контроля качества лекарственных препаратов и установления их подлинности

Подготовленные методические указания написаны в соответствии с «Программой по аналитической химии» для студентов фармацевтических факультетов высших учебных заведений. В практическое пособие включены разделы аналитической химии, которые изучаются студентами в первом (осеннем) семестре: «Теоретические основы аналитической химии (равновесия в растворах электролитов)»,

«Качественный анализ катионов», «Качественный анализ анионов».

Методические указания могут быть использованы как для самостоятельной подготовки студентов во внеаудиторное время, так и на лабораторно-практических занятиях по аналитической химии. Весь учебный материал структурирован и разделен по темам в соответствии с тематическим планом лабораторно-практических занятий по аналитической химии. Каждая тема пособия унифицирована и включает в себя следующие разделы:

1. Актуальность темы. В этой части четко выделяются изучаемые соединения, устанавливается взаимосвязь с дисциплинами последующих этапов обучения, подчеркивается применение в медицинской практике – все это создает мотивацию изучения учебного материала студентом.

2. Цели обучения. В качестве общих целей на основании государственных стандартов образования (ОКХ и ОПП) для фармацевтов предлагается умение трактовать химико-аналитические свойства различных групп катионов и анионов и их реакции идентификации для качественного химического контроля лекарственных средств. Конкретные цели отражают действия, необходимые для достижения общей цели, и располагаются в нужной для этого последовательности.

3. Содержание обучения.

Внеаудиторная подготовка студентов. Раздел содержит основные теоретические вопросы, подробно раскрывающие суть изучаемой темы, и позволяющие выполнить целевые виды деятельности. Материал для освоения этих вопросов содержится в приведенной обязательной и дополнительной литературе. Для самопроверки усвоения материала по теме предлагается ответить на целевые обучающие задания, которые включают в себя как тесты, так и расчетные задачи, составленные в соответствии с целями занятия. Правильность решения можно проверить, сопоставив их с эталонами ответов (эталоны ответов для тестов помещены в таблицу, что облегчает работу над тестами для студентов, и проверку для преподавателей). Темы, в которые включены расчетные задачи, содержат таблицы с алгоритмами решения наиболее важных задач, задания для самостоятельного решения, а также эталоны ответов к ним.

Правильному восприятию изучаемого материала помогает специально разработанные для каждой темы графы логической структуры.

Самостоятельная работа студентов на лабораторном занятии. Для самостоятельного выполнения студентами лабораторных работ разработаны алгоритмы, которые описывают последовательность химических реакций и экспериментов, которые необходимо провести. Студент должен выполнить исследования, написать уравнения химических реакций, описать наблюдения в ходе реакций, обдумать их и написать выводы.

Итоговые темы, на которых предусмотрено проведение контрольных работ, имеют некоторые особенности в структуре и содержат более подробный список теоретических вопросов, а также больше тестовых заданий для самоподготовки студентов.

Надеемся, что подготовленное практическое пособие будет способствовать формированию у студентов-фармацевтов стройной системы профессиональных навыков, приобретение которых начинается при изучении базовых дисциплин.

Доцент кафедры фармацевтической

и токсикологической химии, к.х.н. Глушкова Е.М.

ЗАНЯТИЕ № 1

Тема: Правила работы и техники безопасности в химической лаборатории. Аналитические свойства веществ и аналитические реакции. Методы систематического хода анализа катионов.

Актуальность темы. Аналитическая химия – наука, разрабатывающая теоретические основы и практические методы химического анализа. Практической задачей аналитической химии является установление химического состава веществ и их смесей. Сначала устанавливают качественный состав вещества, т.е. решают вопрос, из каких элементов, групп элементов и ионов состоит это вещество. Затем приступают к определению количественного состава - в каких количественных соотношениях находятся составные части в данном веществе. В качественном анализе применяют специфические реакции для обнаружения ионов. Когда таких реакций недостаточно, разрабатывают определенную последовательность реакций обнаружения, представляющую систематический ход анализа. Реакции идентификации катионов и анионов, а также методы количественного определения веществ, которые являются предметом изучения аналитической химии, широко применяются для контроля качества лекарственных препаратов и установления их подлинности.

Общая цель. Уметь трактовать правила поведения и техники безопасности в лаборатории, аналитические свойства веществ и аналитические реакции, методы систематического хода анализа катионов.

Конкретные цели. Уметь:

1. Интерпретировать правила поведения в химической лаборатории и оказывать первую помощь при несчастных случаях.

2. Трактовать аналитические свойства веществ и аналитические реакции.

3. Трактовать методы систематического хода анализа катионов.

Содержание обучения.

Перечень теоретических вопросов:

1. Правила работы и техника безопасности в лаборатории аналитической химии.

1.1. Правила поведения в лаборатории.

1.2. Первая помощь при несчастных случаях.

2. Аналитические свойства веществ и аналитические реакции.

2.1. Способы выполнения аналитических реакций.

2.2. Условия выполнения и чувствительность аналитических реакций.

2.3. Посуда и оснащение химической лаборатории.

2.4. Правила и техника выполнения отдельных аналитических операций.

4. Методы систематического хода анализа катионов.

4.1. Кислотно-основной.

4.2. Сероводородный.

4.3. Аммиачно-фосфатный.

5. Качественный анализ в контроле лекарственных препаратов.

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников.

Основные источники информации.

1) Аналитическая химия. Учебное пособие для студентов фармацевтических вузов и факультетов III – IV уровней аккредитации. Под общей ред. В.В. Болотова.- Харьков, изд-во НФАУ «Золотые страницы», 2001. – C. 5 – 23.

2) Аналiтична хiмiя. Навчальний посiбник для студентiв фармацевтичних вузiв та факультетiв III – IV рiвня акредитацii. Пiд загальною ред. В.В. Болотова. – Харків, вид-во НФАУ Оригiнал, 2004. – C. 5 – 21.

3) Лекции по аналитической химии.

4) Граф логической структуры (Приложение 1)

Дополнительные источники информации.

1) Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Под редакцией П.К. Агасаняна. Москва – «Химия», 1973 – С. 9 - 38.

Перед началом работы в химической лаборатории внимательно изучите правила техники безопасности!

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Большинство применяемых в лаборатории аналитической химии веществ являются в той или иной степени токсичными, поэтому работать с ними следует осторожно, с соблюдением общих правил работы в химической лаборатории.

КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПРОБОВАТЬ АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ВЕЩЕСТВА И РЕАГЕНТЫ НА ВКУС!

КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ ПРИНИМАТЬ ПИЩУ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ!

Перед началом работы студенты должны ознакомиться с общими и специальными правилами работы в химической лаборатории, расписаться об этом в журнале по ТБ и при выполнении работ строго их соблюдать.

Приступать к выполнению какого-либо опыта следует после тщательного ознакомления с его описанием и подготовки необходимой посуды, оборудования и материалов; на рабочем столе, кроме этого, может находиться только лабораторный журнал для записи результатов работы. Учебные пособия лучше помещать в ящик стола.

Работу с летучими, огне- и взрывоопасными веществами, а также выпаривание растворов и прокаливание летучих соединений следует выполнять только в вытяжном шкафу, окна которого должны быть подняты на высоту, удобную для работы, не более чем на одну треть. Недопустимо работать с воспламеняющимися веществами (эфир, спирт, бензол и др.) и хранить их возле зажженной горелки.

НАГРЕВАТЬ ВОСПЛАМЕНЯЮЩИЕСЯ ВЕЩЕСТВА МОЖНО ТОЛЬКО НА ВОДЯНОЙ БАНЕ!

Если горючая жидкость разлилась по столу или по полу и загорелась, ее тушат сухим песком или одеялом. Никогда не следует задувать пламя.

Пробирки с растворами нельзя нагревать в открытом пламени газовой горелки. Их нагревание проводится на водяной бане, горелкой пользуются только в случае необходимости.

Концентрированными кислотами и концентрированными растворами щелочей пользоваться только под тягой. Остатки их выливать в специальную посуду в вытяжном шкафу (емкости для слива).

Отходы после работы с солями ртути, мышьяка (ЯДЫ!) и серебра собирать в специальную посуду.

ПОСЛЕ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ТЩАТЕЛЬНО ВЫМЫТЬ РУКИ С МЫЛОМ.

Нельзя оставлять без присмотра нагревательные и электрические приборы. Следует строго соблюдать правила работы с электроприборами.

Перед уходом из лаборатории обязательно проверить газовые и водопроводные краны, выключить электроприборы, электрический свет.

МЕРЫ НЕОТЛОЖНОЙ ПОМОЩИ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЯХ

При легких термических ожогах обожженное место смазывают глицерином или прикладывают вату, смоченную спиртом. На более сильные ожоги сразу же накладывают вату или марлю, обильно смоченную 3% раствором таннина.

При попадании на кожу или одежду кислот и щелочей необходимо промыть пораженное место большим количеством воды, затем 3% раствором натрия гидрокарбоната (при попадании кислоты) или 1-2% раствором уксусной кислоты (при попадании щелочи).

При сильных ожогах кислотами и щелочами после промывания водой на обожженное место накладывают повязку, смоченную одним из указанных растворов, применяемых при химических ожогах.

При попадании брызг кислоты или щелочи в глаза их промывают водой, а затем 3% раствором натрия гидрокарбоната (если попала кислота) или насыщенным раствором борной кислоты (если попала щелочь).

При порезах стеклом удаляют из ранки осколки стекла, обрабатывают ее раствором йода и перевязывают.

Студенты, работающие в лаборатории, должны знать места расположения противопожарных средств и аптечки.

При любом несчастном случае студенты должны немедленно обратиться к преподавателю или лаборанту.

С правилами техники безопасности в лаборатории аналитической химии ознакомлен. ПОДПИСЬ СТУДЕНТА ___________

После изучения темы для самопроверки усвоения материала ответьте на следующие вопросы, заполнив таблицу с эталонами ответов.

ЦЕЛЕВЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАНИЯ.

1) В химико-аналитической лаборатории химику на кожу попал раствор щелочи. Чем нужно промыть пораженное место после того, как щелочь смыли большим количеством воды?

A. 1 – 2 % р-ром натрия гидрокарбоната.

B. 3% р-ром перекиси водорода.

C. 50% р-ром уксусной кислоты.

D. 3% р-ром таннина.

E. 1 – 2 % р-ром уксусной кислоты.

2) В химико-аналитической лаборатории химику на кожу попал концентрированный раствор кислоты. Пораженное место промыли водой и раствором натрия гидрокарбоната. Какой концентрации раствор натрия гидрокарбоната использовали?

A. 3%

B. 33%

C. 30%

D. 13%

E. 0,03%

3) В химико-аналитической лаборатории химику в глаза попали брызги натрия гидроксида. Какой раствор необходимо использовать после того, как глаза промыли водой?

A. раствор натрия карбоната.

B. 3% раствор натрия гидрокарбоната.

C. раствор борной кислоты.

D. 3% раствором серной кислоты.

E. 3% раствором уксусной кислоты.

7) В химико-аналитической лаборатории химик получил сильный термический ожог на руке. Как необходимо поступить в данной ситуации?

A. Обожженное место смазать глицерином или приложить вату, смоченную спиртом.

B. Опустить руку в емкость с холодной водой.

C. Поднести руку под проточную холодную воду.

D. Наложить вату или марлю, смоченную 3% р-ром кислоты.

E. Наложить вату или марлю, смоченную 3% р-ром таннина

4) В аналитической химии существует классификация катионов, основанная на различной растворимости фосфатов катионов. Как называется данный метод анализа?

A. Сероводородный.

B. Кислотно-основной.

C. Аммиачно-фосфатный.

D. ---

E. ---

8) Исторически первым в аналитической химии был сероводородный метод анализа. Главным недостатком этого метода, ограничивающим его применение, является:

А. Образование малорастворимых сульфидов.

В. Использование сероводорода.

С. Использование концентрированной серной кислоты.

D. Образование малорастворимых сульфатов.

Е. Использование концетрированных щелочей.

5) В аналитической химии для обнаружения катионов и анионов используют характерные качественные реакции, для которых присущи внешние проявления: образование осадков, изменение цвета раствора, выделение газообразных продуктов и т. д. Вещество, которое используют для проведения аналитической реакции, называют:

А. Катализатором.

В. Реагентом.

С. Ингибитором.

D. Растворителем.

Е. Экстрагентом.

9) В аналитической химии существует классификация катионов, основанная на различной растворимости фосфатов катионов. Как называется данный метод анализа?

A. Сероводородный.

B. Кислотно-основной.

C. Аммиачно-фосфатный.

D. ---

E. ---

6) Щелочные металлы находятся в первой группе главной подгруппе Периодической системы и на внешнем электронном уровне имеют по одному электрону. В ходе химических реакций щелочные металлы:

А. Отдают один электрон.

В. Присоединяют один электрон.

С. Отдают два электрона.

D. Присоединяют два электрона.

Е. Не отдают и не присоединяют электроны.

10) Наиболее распространенной классификацией катионов в аналитической химии является классификация по кислотно-основному методу. Разделение катионов на группы в кислотно-основном методе основано на различной растворимости:

A. солей и гидроксидов катионов.

B. солей, образованных катионами и сильными кислотами.

C. гидроксидов катионов и их солей, образованных сильными кислотами.

D. гидроксидов катионов и их солей, образованных слабыми кислотами.

Эталоны ответов к целевым обучающим заданиям.

№ ВОПРОСА	ОТВЕТ	№ ВОПРОСА	ОТВЕТ
1	6
2	А	7	Е
3	8
4	9
5	В	10	А

Заполните следующие таблицы, используя эталон выполнения задания.

1. Классификация катионов по аммиачно-фосфатному методу:

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I
II
III
IV
V

2. Классификация катионов по кислотно-основному методу:

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I
II
III
IV
V
VI

Эталон выполнения задания:

3. Классификация катионов по сероводородному методу:

Группа	Катионы	Групповой реагент	Растворимость соединений
I	K⁺ , Na⁺ , NH₄ ⁺ , Mg²⁺	Нет	Сульфиды, карбонаты, хлориды и гидроксиды растворяются в воде.
II	Ba²⁺ , Sr²⁺ , Ca²⁺	(NH₄ )₂ CO₃ , NH₄ *H₂ O + NH₄ Cl, pH = 9.25	Карбонаты не растворяются в воде.
III	Fe²⁺ , Fe³⁺ , Cr³⁺ , Al³⁺ , Mn²⁺ , Ni²⁺ , Zn²⁺ , Co²⁺	(NH₄ )₂ S, NH₄ *H₂ O + NH₄ Cl, pH = 9.25	Сульфиды не растворяются в воде, но растворяются в разведенных кислотах.
IV	Cu²⁺ , Hg²⁺ , Bi³⁺ , Sn²⁺ , Sn(IV), Sb(III), Sb(V), As(III), As(V)	H₂ S, HCl, pH = 0.5	Сульфиды не растворяются в воде и разведенных кислотах.
V	Ag⁺ , Pb²⁺ , Hg₂ ²⁺	HCl	Хлориды не растворяются в воде и разведенных кислотах.

Технологическая карта занятия

№ ПП	Этапы	Время в мин.	Учебные пособия. Средства обучения	Оборудование	Место проведения
1.	Организация занятия.	10	Учебная лаборатория.
2.	Инструктаж по технике безопасности.	30	Инструкция по технике безопасности.	Учебная лаборатория.
3.	Самостоятельная работа.	80	Граф логической структуры (приложение 1), алгоритм экспериментальной работы, целевые обучающие задания.	Химическая посуда, реактивы.	Учебная лаборатория.
4.	Анализ и коррекция усвоения материала.	20	Учебная лаборатория.
5.	Итоговый тестовый контроль.	10	Наборы тестов.	Учебная лаборатория.
5.	Подведение итогов занятия.	10	Учебная лаборатория.

Приложение 1

Граф логической структуры по теме: Правила работы и техники безопасности в химической лаборатории. Аналитические свойства веществ ианалитические реакции. Методы систематического хода анализа катионов.

ЗАНЯТИЕ № 2

Тема: Качественные реакции катионов I-ой аналитической группы K⁺ , Na⁺ , NH ₄ ⁺ . Анализ смеси

катионов I-ой аналитической группы.

Актуальность темы. К катионам I-ой аналитической группы относятся катионы натрия, калия, аммония и лития. Они входят в состав различных солей, среди которых много лекарственных средств (бикарбонат натрия, хлорид натрия, бромид и йодид натрия, бромид и йодид калия, гидроксид аммония, хлорид аммония), применяемых в медицинской практике. Например, хлорид натрия используется для приготовления изотонического раствора, хлорид калия - как антиаритмическое средство и при гипокалиемии. Реакции идентификации катионов I-ой аналитической группы используют при установлении подлинности лекарственных препаратов, а также при исследовании лекарственных веществ на содержание примесей.

Общая цель. Уметь трактовать химико-аналитические свойства катионов I-ой аналитической группы и их реакции идентификации для качественного химического контроля лекарственных средств.

Конкретные цели. Уметь:

1. Трактовать химико-аналитические свойства катионов I-ой аналитической группы.

2. Проводить реакции идентификации на катионы K⁺ , Na⁺ , NH ₄ ⁺ в растворах и по окрашиванию пламени.

3. Трактовать ход качественного анализа катионов I-ой аналитической группы при совместном присутствии.

4. Интерпретировать свойства катионов I-ой аналитической группы в лекарственных средствах.

Содержание обучения.

Перечень теоретических вопросов:

Химико-аналитические свойства катионов I-ой аналитической группы, их положение в Периодической системе.
Реакции идентификации катионов I-ой аналитической группы в растворах.

2.1. Реакции идентификации катиона натрия.

2.1.1.Действие гексагидроксостибата калия.

2.1.2. Действие цинкуранилацетата (микрокристаллоскопическая реакция).

2.1.3. Действие метоксифенилуксусной кислоты.

2.2. Реакции идентификации катиона калия.

2.2.1. Действие гидротартрата натрия.

2.2.2. Действие гексанитрокобальтата натрия.

2.2.3. Действие натрия свинца гексанитрокупрата (микрокристаллоскопическая реакция).

2.3. Реакции идентификации катиона аммония.

2.3.1 Действие щелочей.

2.3.2. Действие реактива Несслера.

2.3.3. Отношение катионов аммония к действию реагентов, применяемых для обнаружения катионов калия и натрия.

2.4. Идентификация катионов I-ой аналитической группы по окрашиванию пламени горелки.

3. Систематический ход анализа катионов I-ой аналитической группы при совместном присутствии

4. Свойства и использование катионов I-ой аналитической группы в лекарственных средствах.

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников.

Основные источники информации.

1) Аналитическая химия: Учебное пособие для студентов фармацевтических вузов и факультетов III – IV уровней аккредитации. Под общей ред. В.В. Болотова. - Харьков, изд-тво НФАУ «Золотые страницы», 2001. – C. 23 – 35

2) Аналiтична хiмiя: Навчальний посiбник для студентiв фармацевтичних вузiв та факультетiв III – IV рiвня акредитацii. Пiд загальною ред. В.В. Болотова. – Харків, вид-во НФАУ Оригiнал, 2004. – C. 21 – 38.

3) Лекции по аналитической химии.

4) Граф логической структуры (Приложение 1).

Дополнительные источники информации.

1) Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Под редакцией П.К. Агасаняна. Москва – «Химия», 1973 – С. 121 – 147.

ЦЕЛЕВЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАНИЯ.

1) К катионам I-ой аналитической группы относятся K⁺ , Na⁺ , NH₄ ⁺ , которые образуют хорошо растворимые в воде соединения.

Какой групповой реагент можно использовать для отделения катионов I-ой аналитической группы?

A. хлористоводородную кислоту.

B. серную кислоту.

C. групповой реагент отсутствует.

D. гидроксид натрия.

E. аммиак.

3) Фармакопея Украины рекомендует определять катион калия в лекарствах действием винной кислоты. Какой аналитический эффект наблюдается в случае обнаружения катиона калия при помощи этого реактива?

A. Желтый кристаллический осадок.

B. Белый творожистый осадок.

C. Белый кристаллический осадок.

D. Желтый творожистый осадок.

E. Черный творожистый осадок.

2) В химико-аналитической лаборатории исследовали растворы, содержащие смеси катионов. В каком из растворов содержатся только катионы I-ой аналитической группы?

A. Na⁺ , NH₄ ⁺ , Ca²⁺ .

B. K⁺ , NH₄ ⁺ , Ba²⁺ .

C. Na⁺ , Co²⁺ , Ni²⁺ .

D. Na⁺ , K⁺ , NH₄ ⁺ .

E. NH₄ ⁺ , Ca²⁺ , Со²⁺ .

4) В растворе присутствеуют катионы кальция, бария, аммониия, калия и натрия. После того, как к раствору добавили небольшое количество раствора цинкуранилацетата, образовался желтый кристаллический осадок. Какой катион определили этой реакцией?

A. Кальция.

B. Калия.

C. Бария.

D. Натрия.

E. Аммония.

5) Действие щелочей является фармакопейной реакцией на один из катионов I-ой аналитической группы. Какой катион идентифицируют с помощью этой реакции?

A. NH₄ ⁺ .

B. Na⁺ .

C. Ва²⁺ .

D. Ca²⁺ .

E. K⁺ .

8) В аналитической лаборатории идентифицировали соединение, внося его в бесцветное пламя горелки, при этом пламя окрашивалось в фиолетовый цвет. Соли какого катиона дают такой эффект?

A. Са²⁺ .

B. Sг²⁺ .

C. Ва²⁺ .

D. Na⁺ .

E. K⁺ .

6) При идентификации катиона калия используют раствор натрия гексанитрокобальтата ( III). Какой катион мешает определению калия при помощи этой реакции?

A. Co²⁺ .

B. Na⁺ .

C. NH₄ ⁺ .

D. Ca²⁺ .

E. Ba²⁺ .

9) В лаборатории необходимо идентифицировать катион аммония. Какой раствор можно для этого использовать?

A. Калия хромата.

B. Цинка уранилацетата.

C. Реактива Чугаева.

D. Натрия сульфата.

E. Реактива Несслера.

7) Катион калия можно обнаружить при помощи микрокристалл -лоскопической реакции с гексанитрокупратом (II) натрия-свинца. Каким аналитическим эффектом сопровождается эта реакция?

A. Выпадает желтый кристаллический осадок.

B. Выпадает белый кристаллический осадок.

C. Образуются черные кубические кристаллы.

D. Образуются белые кристаллы в форме октаэдров.

E. Раствор окрашивается в желтый цвет.

10) В аналитической лаборатории проводили анализ лекарственного вещества, в состав которого входят катионы первой аналитической группы. Для определения натрия какой катион необходимо предварительно удалить из исследуемого раствора?

A. Аммония.

B. Калия.

C. Лития.

D. Аммония и калия.

E. Калия и лития.

Эталоны ответов к целевым обучающим заданиям.

№ ВОПРОСА	ОТВЕТ	№ ВОПРОСА	ОТВЕТ
1	С	6
2	7	С
3	С	8
4	9	Е
5	10

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА.

Проведите реакции и заполните следующую таблицу, используя эталон выполнения задания.

Методика выполнения эксперимента	Уравнения реакций	Наблюдения и выводы
2. Реакции идентификации катионов I-ой аналитической группы в растворах.
2.1 Реакции идентификации катиона натрия.
2.1.1. Действие K[ Sb( OH)₆ ]. а) К 3-4 каплям раствора натрия хлорида прибавляют 3-4 капли раствора K[Sb(OH)₆ ], внутренние стенки пробирки потирают стеклянной палочкой. Испытывают отношение осадка к раствору натрия гидроксида, холодной и горячей дистиллированной воде.
2.1.2. Микрокристаллоскопическая реакция с Zn[( UO₂ )₃ ( CH₃ COO)₈ ]. На предметное стекло помещают каплю раствора соли натрия. Осторожно выпаривают почти досуха. Рядом помещают каплю раствора цинкуранилацетата, соединяют стеклянной палочкой. Образовавшиеся кристаллы рассматривают под микроскопом.
2.1.3. Действие метоксифенилуксусной кислоты. К 3-4 каплям раствора натрия хлорида прибавляют 3-4 капли раствора метоксифенилуксусной кислоты. Испытывают отношение осадка к раствору аммиака.
2.2. Реакции идентификации катиона калия.
2.2.1. Действие NaHC₄ H₄ O₆ . К 3-4 каплям раствора калия хлорида прибавляют 3-4 капли раствора NaHC₄ H₄ O₆ и потирают внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. Испытывают отношение осадка к минеральной кислоте, щелочи, холодной и горячей дистиллированной воде.
2.2.2. Действие Na₃ [ Co( NO₂ )₆ ]. К 2-3 каплям раствора калия хлорида прибавляют 2 капли раствора Na₃ [Co(NO₂ )₆ ].
2.2.3. Микрокристаллоскопическая реакция с Na₂ Pb[ Cu( NO₂ )₆ ]. На предметное стекло помещают каплю раствора соли калия. Осторожно выпаривают почти досуха. К сухому остатку прибавляют каплю раствора Na₂ Pb[Cu(NO₂ )₆ ]. Образовавшиеся кристаллы рассматривают под микроскопом.
2.3. Реакции идентификации катиона аммония.
2.3.1. Действие раствора NaOH. К 3-4 каплям раствора соли аммония прибавляют 3-4 капли 2М раствора NaOH и нагревают. К отверстию пробирки подносят полоску фильтровальной бумаги, смоченной раствором фенолфталеина, или влажную красную лакмусовую бумагу.
2.3.2. Действие реактива Несслера. К 2-3 каплям разбавленного раствора соли аммония прибавляют 2-3 капли реактива Несслера.
2.3.3. Отношение катионов аммония к действию реагентов, применяемых для обнаружения катионов калия и натрия. а) к 2-3 каплям насыщенного раствора солей аммония прибавляют соответственно по 2-3 капли растворов NaHC₄ H₄ O₆ и Na₃ [Co(NO₂ )₆ ]; б) к 2-3 каплям насыщенного раствора солей аммония прибавляют 2-3 капли раствора K[Sb(OH)₆ ]
2.4. Реакция окрашивания пламени горелки солями калия и натрия.
2.4 . Очищенной раскаленной нихромовой петлей захватывают летучую соль соответствующего катиона и вносят в несветящуюся часть пламени газовой горелки. Окраску солей калия в присутствии солей натрия рассматривают через синее стекло.
3. Систематический ход анализа смеси катионов I-ой аналитической группы.
3.1. Предварительные наблюдения и испытания. Определяют цвет, запах, рН раствора, отношение раствора к уксусной и минеральным кислотам, также проводят реакцию окрашивания пламени газовой горелки.
3.2. Определение катионов аммония. 3.2.1. Действие щелочей. К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 6-8 капель 2М раствора NaOH или KOH и нагревают. К отверстию пробирки подносят влажную лакмусовую бумажку, не касаясь её стенки. Изменение цвета свидетельствует о присутствии катионов NH₄ ⁺ . 3.2.2. Действие реактива Несслера. К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 3-5 капель реактива Несслера.
3.3. Определение катионов калия (после предварительного удаления катионов аммония в случае их присутствия). 3.3.1. Подготовка раствора. К 5 каплям исследуемого раствора прибавляют 5 капель 2М раствора Na₂ CO₃ или NaOH. Пробирку с раствором нагревают на водяной бане до полного удаления аммиака (влажная красная лакмусовая бумажка не должна синеть). После удаления ионов аммония к раствору прибавляют по каплям 2М раствор уксусной кислоты до нейтральной реакции (проба с индикатором), упаривают на водяной бане и охлаждают. 3.3.2 Обнаружение катионов калия действием раствора натрия гидротартрата. К 2 каплям раствора, полученного по п. 3.3.1., прибавляют 3-5 капель раствора натрия гидротартрата, потирают внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. 3.3.3. Обнаружение катионов калия действием натрия гексанитрокобальтата. К 3-4 каплям раствора, полученного по п. 3.3.1., прибавляют 2 капли раствора Na₃ [Co(NO₂ )₆ ].
3.4. Определение катионов натрия (после предварительного удаления катионов аммония в случае их присутствия). 3.4.1. Подготовка раствора. К 5 каплям исследуемого раствора прибавляют 5 капель 2М раствора К₂ CO₃ или КOH. Пробирку с раствором нагревают на водяной бане до полного удаления аммиака (влажная красная лакмусовая бумажка не должна синеть). После удаления ионов аммония к раствору прибавляют по каплям 2М раствор уксусной кислоты до нейтральной реакции (проба с индикатором), упаривают на водяной бане и охлаждают. 3.4.2. Обнаружение катионов натрия действием раствора калия гексагидроксостибата. К 3-4 каплям раствора, полученного по п. 3.4.1., прибавляем 3-4 капли раствора K[Sb(OH)₆ ] и потирают стенки пробирки стеклянной палочкой.

Эталон выполнения задания экспериментальной работы:

Методика выполнения эксперимента	Уравнения реакций		Наблюдения и выводы
2. Реакции идентификации катионов I-ой аналитической группы в растворах.
2.2 Реакции идентификации катиона натрия.
2.1.1. Действие K[ Sb( OH)₆ ]. а) К 3-4 каплям раствора натрия хлорида прибавляют 3-4 капли раствора K[Sb(OH)₆ ], внутренние стенки пробирки потирают стеклянной палочкой. Испытывают отношение осадка к раствору натрия гидроксида, холодной и горячей дистиллированной воде.	NaCl + K[Sb(OH)₆ ] → Na[Sb(OH)₆ ] ↓ + КCl [Sb(OH)₆ ] ^- + H⁺ → Н[Sb(OН)₆ ]↓ Н[Sb(OН)₆ ]↓ → НSbO₃ ↓ +3Н₂ О	белый кристаллический осадок белый аморфный осадок

Технологическая карта занятия

№ ПП	Этапы	Время в мин.	Учебные пособия. Средства обучения	Оборудование	Место проведения
1.	Организация занятия.	5	Учебная лаборатория.
2.	Проверка готовности к занятию (устный опрос).	20	Учебная лаборатория.
3.	Инструктаж по технике безопасности.	5	Инструкция по технике безопасности.	Учебная лаборатория.
4.	Самостоятельная работа. Выполнение лабораторной работы.	100	Граф логической структуры (приложение 1), алгоритм экспериментальной работы, целевые обучающие задания.	Микроскоп, химическая посуда, реактивы.	Учебная лаборатория.
5.	Анализ и коррекция усвоения материала.	15	Учебная лаборатория.
6.	Итоговый тестовый контроль.	10	Наборы тестов.	Учебная лаборатория.
7.	Подведение итогов занятия.	5	Учебная лаборатория.

Приложение 1

Граф логической структуры по теме: Качественные реакции катионов I-ой аналитической группы K⁺ , Na⁺ , NH ₄ ⁺ . Анализ смеси катионов I-ой аналитической группы.

Катионы І-ой аналитической группы

ЗАНЯТИЕ № 3

Тема: Качественные реакции катионов II-ой аналитической группы Ag ⁺ , Hg₂ ²⁺ , Pb ² . Анализ смеси катионов II-ой аналитической группы.

Решение расчетных задач на равновесия в водных растворах сильных и слабых электролитов.

Актуальность темы. К катионам II-ой аналитической группы относятся катионы d -элементов Ag ⁺ , Hg₂ ²⁺ и p- элемента Pb ²⁺ . Соединения данных элементов применяются в медицине т.к. входят в состав многих лекарственных средств, например, меркурия дихлорид (сулема), меркурия оксид желтый, меркурия оксицианид, колларгол, протаргол, которые используют как антисептические средства. Присутствие катионов свинца (наряду с другими токсичными металлами) контролируют в лекарственных веществах как недопустимую примесь. Реакции идентификации катионов II -ой аналитической группы используют при установлении подлинности лекарственных препаратов, а также при исследовании их на содержание примесей.

Химические равновесия, которые устанавливаются в растворах сильных и слабых электролитов, подчиняются закону действия масс и применяются для расчетов рН и концентраций растворов кислот и оснований, которые используются в анализе лекарственных субстанций и сырья.

Общая цель. Уметь трактовать химико-аналитические свойства катионов II -ой аналитической группы, их реакции идентификации, а также равновесия в растворах сильных и слабых электролитов для качественного химического контроля лекарственных средств.

Конкретные цели. Уметь:

1. Трактовать химические свойства катионов II-ой аналитической группы и действие группового реагента.

2. Проводить качественные реакции идентификации на катионы серебра, ртути и свинца в растворах

3. Трактовать ход качественного анализа катионов II-ой аналитической группы при совместном присутствии.

4. Решать задачи на равновесия в растворах сильных и слабых кислот и оснований.

5. Интерпретировать свойства катионов II-ой аналитической группы в лекарственных средствах.

Содержание обучения.

Перечень теоретических вопросов:

Химико-аналитические свойства катионов II -ой аналитической группы, их положение в Периодической системе.
Действие группового реагента (2М раствора соляной кислоты).
Реакции идентификации катионов II -ой аналитической группы в растворах.

3.1. Действие сульфид-ионов.

3.2. Действие щелочей.

3.3. Действие калия йодида.

3.4. Действие аммиака.

3.5. Действие хромат-ионов.

3.6. Действие карбонат-ионов.

3.7. Действие сульфат-ионов.

4. Систематический ход анализа катионов II -ой аналитической группы при совместном присутствии.

5. Равновесия в растворах сильных и слабых электролитов.

5.1. Закон действия масс. Константы диссоциации электролитов.

5.2. Закон разбавления Оствальда. Степень диссоциации слабых электролитов.

5.3. Диссоциация воды. Водородный показатель.

6. Свойства и использование катионов II -ой аналитической группы в лекарственных средствах.

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников.

Основные источники информации.

1) Аналитическая химия: Учебное пособие для студентов фармацевтических вузов и факультетов III – IV уровней аккредитации. Под общей ред. В.В. Болотова. - Харьков, изд-во НФАУ «Золотые страницы», 2001. – C. 35 – 47, 184 – 187.

3) Лекции по аналитической химии.

4) Граф логической структуры (Приложение 1).

Дополнительные источники информации.

1) Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Под редакцией П.К. Агасаняна. Москва – «Химия», 1973 – C.148 – 205, 71 – 84.

ЦЕЛЕВЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАНИЯ.

ТЕСТЫ

1) К катионам II-ой аналитической группы относятся Ag⁺ , Hg₂ ²⁺ , Pb²⁺ . Какой раствор является групповым реагентом на эти катионы?

A. 6 М HCl.

B. 0,1М NaOH.

C. 2 М NaOH.

D. 2 М HCl.

E. 2 М HNO₃ .

2) В химико-аналитической лаборатории исследовали растворы, содержащие смеси катионов. В каком из растворов содержатся только катионы II-ой аналитической группы?

A. Hg₂ ²⁺ , NH₄ ⁺ , Ag⁺ .

B. Ag⁺ , Hg₂ ²⁺ , Pb²⁺ .

C. Na⁺ , Pb²⁺ , Ni²⁺ .

D. Na⁺ , Hg₂ ²⁺ , NH₄ ⁺ .

E. Pb²⁺ , Ag⁺ , Со²⁺ .

3) В растворе присутствуют катионы калия, ртути ( I), серебра, магния и натрия. После добавления небольшого количества раствора калия йодида, образовался желтый осадок. Какой катион определили при помощи этой реакции?

A. серебра.

B. калия.

C. магния.

D. натрия.

E. ртути (I).

6) К исследуемому раствору прибавили 2М раствор HCl. При этом образовался белый осадок, который при добавлении горячей воды полностью растворился. Какой катион присутствует в растворе?

A. Pb²⁺ .

B. Ba²⁺ .

C. Mg²⁺ .

D. Ag+.

E. Hg₂ ²⁺ .

4) В раствор, который содержит катионы меркурия ( I), прибавили раствор хлороводородной кислоты. К образовавшемуся осадку прилили раствор аммиака. Укажите химический состав вновь образовавшегося осадка:

A. [HgNH₂ ]Cl + Hg.

B. [HgNH₂ ]Cl.

C. HgO + Hg

D. Hg(OH)₂ + [HgNH₂ ]Cl.

E. Hg₂ Cl₂ + Hg.

7) В химико-аналитической лаборатории идентифицировали катионы свинца. Какой осадок выпадает при действии избытка щелочи на раствор, который содержит катионы Pb²⁺ ?

A. белый аморфный осадок гидроксида свинца.

B. осадок в данных условиях не выпадает.

C. белый кристаллический осадок гидроксида свинца.

D. белый осадок гидроксида свинца, который затем растворяется.

E. желтый осадок оксида свинца.

5) В химико-аналитической лаборатории идентифицировали катионы серебр в лекарственной субстанции. Какой аналитический эффект наблюдается при действии щелочи на раствор, который содержит катионы Ag⁺ ?

A. Выпадает черный осадок серебра, который растворяется. B. Выпадает бурый осадок оксида серебра.

C. Выпадает белый осадок гидроксида серебра, который буреет.

D. Раствор окрашивается в желтый цвет, затем буреет.

E. Раствор окрашивается в черный цвет.

8) В химико-аналитической лаборатории идентифицировали фармпрепарат «Колларгол», содержащий катионы серебра, действием НС l. Какие химические соединения образуются при взаимодействии хлорида серебра с избытком раствора аммиака?

A. [Аg(NН₃ )₂ ]Сl.

B. [Аg₄ (NН₂ )₃ ]С1.

C. АgОН;

D. АgNH₂ ;

E. Реакция не идет.

9) К равновесию, которое устанавливается в растворе слабого электролита между молекулами и ионами, можно применить закон действия масс и записать выражение константы равновесия. Для диссоциации уксусной кислоты выражение для константы равновесия имеет вид:

А. К= [Н⁺ ]* [СНзСОО^ˉ ] / [СНзСООН]

В. К= [Н⁺ ] *[СНзСОО^ˉ ] * [СНзСООН]

С. К= [СНзСООН]* [Н⁺ ] / [СНзСОО^ˉ ]

D. К= [СНзСООН] *[Н⁺ ] * [СНзСОО^ˉ ]

Е. К= [СНзСООН] / [Н⁺ ] *[СНзСОО^ˉ ]

10) Для слабых электролитов степень диссоциации возрастает при разбавлении раствора. При этом уравнение для степени диссоциации записывается в виде ά ≈ √К/С и показывает связь между степенью диссоциации электролита и:

А. Температурой раствора.

В. Концентрацией раствора.

С. рН раствора.

D. Ионной силой раствора

Е. Активностью ионов раствора.

Эталоны ответов к тестам.

№ ВОПРОСА	ОТВЕТ	№ ВОПРОСА	ОТВЕТ
1	6	А
2	B	7
3	8
4	A	9
5	10	В

РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«Равновесие в водных растворах сильных и слабых электролитов»

Пример решения задач:

Условие задачи

Решение задачи

Вычислить [H⁺ ], pH в 0,7%-ном растворе циановодородной (синильной) кислоты.

Синильная кислота – слабый электролит, поэтому в водных растворах она диссоциирует не полностью согласно уравнению: HCN ↔ H⁺ + CN ^‾

Выражение для константы диссоциации: К_а = [H ⁺ ] * [CN ^‾ ] / [HCN]; К_а = 5,0 * 10 ^-10 (1)

Обозначим [H ⁺ ] = Х, тогда из уравнения диссоциации кислоты следует, что [H ⁺ ] = [CN ^‾ ] = Х. Равновесная концентрация молекул равна начальной концентрации кислоты (С) за вычетом концентрации диссоциированной части (Х). [HCN] = С – Х.

Подставим указанные значения в формулу для константы диссоциации (1), получаем уравнение (2)

К_а = Х² / (С – Х) (2)

Т.к. HCN – слабый электролит, можно предположить, что Х << С. При этом величиной Х в знаменателе уравнения (2) можно пренебречь, и оно принимает упрощенный вид (3): К_а = Х² / С (3)

Из уравнения (3) следует: [H ⁺ ] = Х = √ (К_а * С), (4)

где С – молярная концентрация электролита.

Переводим процентную концентрацию раствора HCN (ω) в молярную (С) с помощью формулы:

С = 1000 * ω * ρ / М * 100 = 10 * 0,7 * 1 / 27,02 = 2,59 * 10^-1 моль/дм³ ,

где М – молярная масса HCN;

ρ – плотность раствора HCN.

Вследствие малой концентрации раствора HCN (0,7%) принимаем ρ = 1 г/см³ .

По формуле (4) рассчитаем [H ⁺ ]: [H ⁺ ] = Х = √ (2,59 * 10^-1 * 5,0 * 10^-10 ) = 1,14 * 10^-5 моль/дм³ .

рН = - lg [H ⁺ ] = - lg (1,14 * 10^-5 ) = 4,94

ОТВЕТ: рН =4,94

Пожалуйста, решите самостоятельно:

Условие задачи	Решение задачи
1) Вычислить [OH^- ], рН, рОН в 0,5%-ных растворах натрия гидроксида и аммиака
2) Вычислить [H⁺ ], рН в 0,7%-ных растворах хлорной и хлорноватистой кислот.
3) Вычислить рН, степень диссоциации и долю (%) недиссоциированных молекул в 0,3М растворе азотистой кислоты.
4) Вычислить молярную концентрацию раствора уксусной кислоты с рН = 3,54.

Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

Эталоны ответов к задачам.

Задача 1. Раствор натрия гидроксида: рН =13,1 [OH^- ] = 0,125 моль/дм³ рОН = 0,9

Раствор аммиака: рН =11,2 [OH^- ] =0,0016 моль/дм³ рОН = 2,8

Задача 3. рН =1,9 α = 4,1% а = 95,9%

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА.

Проведите реакции и заполните следующую таблицу, используя эталон выполнения задания

Методика выполнения эксперимента

Уравнения реакций

Наблюдения и выводы

2. Действие 2М раствора HCl (группового реагента).

К 2-3 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют по 2-3 капли раствора хлороводородной кислоты. Испытывают отношение осадков к раствору аммиака и избытку хлороводородной кислоты.

3.1. Действие раствора натрия сульфида.

К 3-4 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют по 2-3 капли раствора натрия сульфида. Испытывают отношение осадков к разведенной азотной кислоте при нагревании.

3.2. Действие NaOH и KOH.

К 2-3 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют по 2-3 капли раствора натрия или калия гидроксида. Образующиеся осадки делят на три части и испытывают отношение к раствору аммиака, разведенной азотной кислоте и избытку натрия гидроксида.

3.3. Действие калия йодида.

К 2-3 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют по 2-3 капли раствора калия йодида. Осадок свинца йодида делят на две части. К одной части прибавляют 3-4 капли разведенной уксусной, к другой – 10 капель дистиллированной воды. Содержимое пробирок нагревают, а затем охлаждают.

3.4. Действие раствора аммиака.

К 2-3 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют сначала по 2-3 капли, а затем избыток раствора аммиака. Полученный раствор, содержащий [Ag(NH₃ )₂ ]⁺ - ионы, делят на две части, к первой прибавляют 2М раствор HNO₃ до кислой реакции, а ко второй – 3 капли раствора калия йодида.

3.5. Действие хроматов.

К 2-3 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют по 2-3 капли раствора калия хромата. Осадок свинца хромата делят на две части и исследуют его отношение к 2М растворам HNO₃ и NaOH.

3.6. Действие карбонатов.

К 2-3 каплям растворов солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют по 2-3 капли раствора натрия карбоната или калия карбоната

3.7. Действие сульфатов на катионы свинца.

К 2-3 каплям раствора солей серебра, свинца и ртути (I) прибавляют 2-3 капли 1М раствора серной кислоты и испытывают отношение полученного осадка сульфата свинца к 2М раствору NaOH и 30% раствору ацетата аммония.

Эталон выполнения задания экспериментальной работы.

Методика выполнения эксперимента

Уравнения реакций

Наблюдения и выводы

2. Действие 2М раствора HCl (группового реагента).

Ag⁺ + Cl^- → AgCl ↓

Hg₂ ²⁺ + Cl^- → Hg₂ Cl₂ ↓

Pb²⁺ + 2Cl^- → PbCl₂ ↓

AgCl ↓ + Cl^- → [AgCl₂ ]^-

Hg₂ Cl₂ ↓ + Cl^- → [Hg₂ Cl₃ ]^-

PbCl₂ ↓ + Cl^- → [PbCl₃ ]^-

AgCl ↓ + 2NH₃ * H₂ O → [Ag(NH₃ )₂ ]⁺ + Cl^- + H₂ O

Hg₂ Cl₂ ↓ + 2NH₃ * H₂ O → [NH₂ Hg₂ ]Cl↓ + NH₄ ⁺ + Cl^- + 2H₂ O

[NH₂ Hg₂ ]Cl↓ → NH₂ HgCl↓ + Hg↓

Выпадение белых кристаллических осадков

Частичное растворение осадков

Растворение осадка

Почернение белого осадка

Технологическая карта занятия

№ ПП	Этапы	Время в мин.	Учебные пособия. Средства обучения	Оборудование	Место проведения
1.	Организация занятия.	5	Учебная лаборатория.
2.	Проверка готовности к занятию (устный опрос).	20	Учебная лаборатория.
3.	Решение задач.	20	Целевые обучающие задания.
4.	Инструктаж по технике безопасности.	5	Инструкция по технике безопасности.	Учебная лаборатория.
5.	Самостоятельная работа. Выполнение лабораторной работы.	85	Граф логической структуры (приложение 1), алгоритм экспериментальной работы, целевые обучающие задания.	Центрифуга, водяная баня, химическая посуда, реактивы.	Учебная лаборатория.
6.	Анализ и коррекция усвоения материала.	10	Учебная лаборатория.
7.	Итоговый тестовый контроль.	10	Наборы тестов.	Учебная лаборатория.
8.	Подведение итогов занятия.	5	Учебная лаборатория.

Приложение 1

Граф логической структуры по теме: Качественные реакции катионов II-ой аналитической группы Ag ⁺ , Hg₂ ²⁺ , Pb ² . Анализ смеси катионов II-ой аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в водных растворах сильных и слабых электролитов.

Катионы ІІ-ой аналитической группы

Действие сульфат-ионов

Действие карбонат-ионов

Действие хромат-

ионов

Действие раствора аммиака

Действие

раствора КІ

Действие

щелочей

Действие сульфид-ионов

Реакции идентификации отдельных катионов

Действие группового реагента 2М р-ра НСl

Химико-аналитические свойства

ЗАНЯТИЕ № 4

Тема: Качественные реакции катионов III -ей аналитической группы Ba²⁺ , Sr²⁺ , Ca²⁺ . Анализ смеси катионов III -ей аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в гетерогенных системах.

Актуальность темы. К катионам III-ей аналитической группы относятся катионы щелочноземельных металлов бария, стронция, кальция. Эти элементы используются в медицине, т.к. входят в состав многих лекарственных средств, например, кальция хлорид, кальция лактат, кальция глюконат, кальция глицерофосфат, бария сульфат. Данные соли применяются как источники ионов кальция для организма, антиаллергические антигистаминные препараты, антидоты при отравлении солями тяжелых металлов, сульфат бария применяют как рентгеноконтрастное средство. Реакции идентификации катионов III-ей аналитической группы используют при установлении подлинности лекарственных препаратов, а также при исследовании их на содержание примесей.

Химические равновесия, которые устанавливаются в гетерогенных системах (между твердой фазой и раствором), подчиняются закону действия масс и применяются при расчетах растворимости веществ, в том числе, лекарственных средств.

Общая цель. Уметь трактовать химико-аналитические свойства катионов III-ей аналитической группы, их реакции идентификации, а также равновесия в гетерогенных системах для качественного химического контроля лекарственных средств.

Конкретные цели. Уметь:

1. Трактовать химические свойства катионов III-ей аналитической группы и действие группового реагента.

2. Проводить качественные реакции идентификации на катионы бария, стронция, кальция в растворах.

3. Трактовать ход качественного анализа катионов III-ей аналитической группы при совместном присутствии.

4. Решать задачи на равновесия в гетерогенных системах.

5. Интерпретировать свойства катионов III-ей аналитической группы в лекарственных средствах.

Содержание обучения.

Перечень теоретических вопросов:

Химико-аналитические свойства катионов III-ей аналитической группы, их положение в Периодической системе.
Действие группового реагента (1М раствора серной кислоты)
Реакции идентификации катионов III-ей аналитической группы в растворах.

3.1. Действие гипсовой воды (насыщенного раствора кальция сульфата).

3.2. Действие карбонатов.

3.3. Действие хроматов.

3.4. Действие оксалатов.

3.5. Микрокристаллоскопическая реакция на катионы кальция.

3.6. Реакции окрашивания пламени солями бария, стронция и кальция.

4. Систематический ход анализа катионов III -ей аналитической группы при совместном присутствии.

5. Равновесия в гетерогенных системах.

5.1. Растворимость электролитов, насыщенные растворы.

5.2. Произведение растворимости электролитов.

6. Свойства и использование катионов III -ей аналитической группы в лекарственных средствах.

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников.

Основные источники информации.

3) Лекции по аналитической химии.

4) Граф логической структуры (Приложение 1).

Дополнительные источники информации.

1) Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Под редакцией П.К. Агасаняна. Москва – «Химия», 1973 – С. 148 – 156.

ЦЕЛЕВЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАНИЯ.

ТЕСТЫ

1) В химико-аналитической лаборатории исследовали раствор, содержащий катионы III-ей аналитической группы. Какой реактив является групповым реагентом для этой группы катионов?

A. 0,1М раствор H₂ SO₄ + C₂ H₅ OH.

B. 1М раствор H₂ SO₄ + C₂ H₅ OH.

C. 1М раствор HCl + C₂ H₅ OH.

D. Групповой реагент отсутствует.

E. 2М раствор HCl + C₂ H₅ OH.

3) В лаборатории исследовали растворы со смесями катионов. Какой цвет имеют растворы, которые содержат катионы III -ей группы?

A. Желтый.

B. Бурый.

C. Зеленоватый.

D. Бесцветный.

E. Голубой.

2) В лаборатории исследовали растворы со смесями катионов. Какой раствор содержит катионы только III-ей аналитической группы?

A. Sr²⁺ , Ca²⁺ , Со²⁺ .

B. Ca²⁺ , NH₄ ⁺ , Ba²⁺ .

C. Na⁺ , Co²⁺ , Sr²⁺ .

D. Ba²⁺ , NH₄ ⁺ , Ca²⁺ .

E. Ba²⁺ , Ca²⁺ , Sr²⁺ .

4) С помощью карбонат-ионов можно осадить катионы III-ей аналитической группы. Какой аналитический эффект наблюдается в этой реакции?

A. Выпадение белых кристаллических осадков.

B. Окрашивание раствора в желтый цвет.

C. Выделение пузырьков газа.

D. Выпадение желтых кристаллических осадков.

E. Окрашивание раствора в зеленый цвет.

5) В смеси присутствуют катионы стронция и бария, для их идентификации используют раствор хромат-ионов. Какой аналитический эффект при этом наблюдается?

A. Окрашивание раствора в желтый цвет.

B. Выпадение осадка белого цвета.

C. Выпадение осадка черного цвета.

D. Окрашивание раствора в зеленый цвет.

E. Выпадение осадка желтого цвета.

8) В аналитической лаборатории идентифицировали соединение, внося его в бесцветное пламя горелки. В ходе испытания пламя окрасилось в желто-зеленый цвет. Соли какого катиона присутствуют в растворе?

A. Ca²⁺ .

B. Sr²⁺ .

C. Ba²⁺ .

D. Na⁺ .

E. K⁺ .

6) В смеси присутствуют катионы Na⁺ , Ba²⁺ , Co²⁺ , Zn²⁺ , K⁺ . Какой из перечисленных катионов выпадет в осадок при добавлении к раствору гипсовой воды?

A. Co²⁺ .

B. Ba²⁺ .

C. Na⁺ .

D. K⁺ .

E. Zn²⁺ .

9) В систематическом ходе анализа катионов III-ей аналитической группы на раствор подействовали групповым реагентом. После этого образовавшиеся сульфаты следует перевести в:

A.Фосфаты.

B. Карбонаты.

C. Бикарбонаты.

D. Нитраты.

E. Хроматы.

7) В химико-аналитической лаборатории исследовали раствор, содержащий катионы Ba²⁺ , Ca²⁺ и Sr²⁺ . При действии группового реагента для практически полного осаждения ионов кальция необходимо прибавить:

A. Этиловый спирт.

B. Хлороформ.

C. Гипсовую воду.

D. Минеральную кислоту.

E. Аммиак.

10) В насыщенном растворе сульфата кальция установилось равновесие между молекулами твердой фазы и ионами. Как записать выражение для произведения растворимости для СaSO₄ ?

A. ПР= [Ca ²⁺ ]*[SO₄ ^{2 ˉ} ] ²

B. ПР= [Ca ²⁺ ] ² *[SO₄ ^{2 ˉ} ]

C. ПР= [Ca ²⁺ ]*[SO₄ ^{2 ˉ} ]

D. ПР= [Ca ²⁺ ] / [SO₄ ^{2 ˉ} ]

E. ПР= [ Ca ²⁺ ] / [SO₄ ^{2 ˉ} ] ²

Эталоны ответов к тестам.

№ ВОПРОСА	ОТВЕТ	№ ВОПРОСА	ОТВЕТ
1	B	6
2	7	A
3	D	8
4	9
5	10	C

РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«Равновесия в гетерогенных системах»

Пример решения задачи:

Условие задачи

Решение задачи

Рассчитайте ПР бария сульфата, если в 100 см³ его насыщенного раствора содержится 2,45 * 10^{-4 г соли.}

В насыщенном растворе бария сульфата твердая фаза находится в равновесии с ионами Ba²⁺ и SO₄ ^2- :

BaSO₄ ↓ ↔ Ba²⁺ + SO₄ ^2- (1)

По уравнению (1) растворимость S, моль/дм³ : S = [Ba²⁺ ] = [SO₄ ^2- ].

Формула, которая связывает S и ПР, имеет вид: ПР_BaSO ₄ = [Ba²⁺ ] * [SO₄ ^2- ] = S * S = S² (2)

Выразим концентрацию насыщенного раствора в моль/дм³ . Если в 100 см³ раствора содержится 2,45 * 10^{-4 г соли, то в 1 дм3} ее будет в 10 раз больше, т.е. 2,45 * 10^{-3 г.}

Рассчитаем растворимость S, моль/дм³ : S = С/М, (3)

где М – молярная масса, г/моль; М_BaSO ₄ = 233,9 г/моль.

S = 2,45 * 10^-3 / 233,9 = 1,05 * 10^-5 моль/дм³ .

Подставим значение S в (2): ПР_BaSO ₄ = ( 1,05 * 10^-5 ) ² = 1,1 * 10 ^{– 10}

ОТВЕТ: ПР_BaSO4 = 1,1 * 10^-10

Пожалуйста, решите самостоятельно:

Условие задачи	Решение задачи
1) Вычислите ПР железа (II) сульфида, если в 100 см³ его насыщенного раствора содержится 1,97 * 10^{-8 г соли.}
2) Вычислите ПР марганца сульфида, если концентрация его насыщенного раствора равна 1,38 * 10^-3 г/дм³ .
3) Вычислите ПР свинца фосфата, если концентрация его насыщенного раствора равна 1,04 * 10^-8 г/дм³ .
4) Вычислите ПР бария арсената, если концентрация его насыщенного раствора равна 1,04 * 10^-8 г/дм³ .
5) По величине ПР бария сульфата вычислите массу осадка ВаSО₄ , потерянного за счет растворимости при промывании его 100 см³ воды.

Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

Эталоны ответов к задачам.

Задача 1. ПР_FeS =5,01 * 10 ^-18

Задача 5. 2,45*10 ^-4 г.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА.

Проведите реакции и заполните следующую таблицу, используя эталон выполнения задания:

Методика выполнения эксперимента	Уравнения реакций	Наблюдения и выводы
2. Действие 1М раствора H₂ SO₄ . К 2-3 каплям растворов солей бария, стронция и кальция прибавляют по 2-3 капли 1М раствора H₂ SO₄ и этанола. Отмечают количество образовавшегося осадка и объясняют, почему сульфаты катионов III аналитической группы осаждаются по-разному. Помещают в две пробирки небольшое количество каждого осадка и приливают в одну 2М раствор минеральной кислоты, в другую – 2М раствор уксусной кислоты.
3.1. Действие гипсовой воды (насыщенного раствора CaSO₄ ). К 2-3 каплям растворов солей бария, стронция и кальция прибавляют по 3-4 капли гипсовой воды. Испытывают отношение осадков к действию минеральной и уксусной кислот.
3.2. Действие карбонатов. К 2-3 каплям растворов солей бария, стронция и кальция прибавляют по 3-4 капли раствора Na₂ CO₃ . Испытывают отношение осадков к действию 2М растворов минеральной и уксусной кислот.
3.3. Действие хроматов. К 2-3 каплям растворов солей бария, стронция и кальция прибавляют по 3-4 капли раствора K₂ CrO₄ . Испытывают отношение осадков к действию 2М растворов минеральной и уксусной кислот.
3.4. Действие оксалатов. К 2-3 каплям растворов солей бария, стронция и кальция прибавляют по 3-4 капли раствора (NH₄ )₂ C₂ O₄ , помещают в две пробирки небольшое количество каждого осадка и приливают в одну 2М раствор HCl, а в другую 2М раствор уксусной кислоты.
3.5. Микрокристаллоскопическая реакция на Са²⁺ . На предметное стекло наносят каплю раствора соли кальция, прибавляют 1 каплю 1М раствора H₂ SO₄ , слегка выпаривают на водяной бане до появления кромки по краям капли и рассматривают под микроскопом.
3.6. Реакция окрашивания пламени солями бария, стронция и кальция.
Очищенной раскаленной нихромовой петлей захватывают летучую соль соответствующего катиона и вносят в несветящуюся часть пламени горелки.
4. Систематический ход анализа смеси катионов III- ей аналитической группы
4.1. Предварительные наблюдения и испытания Определяют цвет, запах, рН раствора, отношение раствора к уксусной и минеральным кислотам, также проводят реакцию окрашивания пламени газовой горелки.
4.2. Действие группового реагента. К 30 – 40 каплям исследуемого раствора прибавляют последовательно по 10 – 15 капель 1М раствора серной кислоты и этилового спирта, перемешивают.Смесь нагревают на водяной бане, охлаж дают и центрифугируют. Проверяют пол - ноту осаждения. После достижения пол - ноты осаждения Центрифугат отбрасывают, осадок промывают дист. водой, к которой прибавляют несколько капель серной кислоты.
4.3. Перевод сульфатов катионов III -ей аналитической группы в карбонаты. Осадок, полученный по п. 4.2., помещают в фарфоровую чашку, прибавляют 15-20 капель насыщенного раствора карбоната натрия и нагревают на кипящей водяной бане в течение 10-15 минут при постоянном перемешивании. Охлажденную смесь переносят в пробирку и центрифугируют. Центрифугат отбрасывают. Эту операцию повторяют не менее трех раз.
4.4. Растворение осадка карбонатов. Осадок, полученный по п. 4.3., растворяют в 15-20 каплях 2М раствора уксусной кислоты при нагревании на водяной бане
4.5. Обнаружение и отделение катионов бария. К 2-3 каплям раствора, полученного по п. 4.4., прибавляют 2 капли калия хромата. Образование желтого осадка указывает на присутствие ионов бария. Если они присутствуют, то ко всему раствору прибавляют раствор калия хромата в таком количестве, чтобы жидкость над осадком была окрашена в желтый цвет. Проверяют полноту осаждения BaCrO₄ . Осадок отделяют центрифугированием и убирают.
4.6. Обнаружение и отделение катионов стронция. К 3-4 каплям центрифугата, полученного по п. 4.5., прибавляют 3-4 капли гипсовой воды, нагревают на водяной бане в течение 1-2 минут и оставляют на несколько минут. Появление белой мути свидетельствует о присутствии ионов стронция. Если ионы стронция присутствуют, то к центрифугату прибавляют 1,5 объема насыщенного раствора аммония сульфата и нагревают на водяной бане 10 -15 минут. Смесь центрифугируют и осадок не анализируют.
4.7. Обнаружение катионов кальция. К 2-3 каплям центрифугата, полученного по п. 4.6., прибавляют 2-3 капли 2М раствора уксусной кислоты и 4-5 капель раствора аммония оксалата. Выпадение белого осадка указывает на присутствие Ca²⁺ .

Эталон выполнения задания экспериментальной работы.

Методика выполнения эксперимента

Уравнения реакций

Наблюдения и выводы

2. Действие 1М раствора H₂ SO₄ .

К 2-3 каплям растворов солей бария, стронция и кальция прибавляют по 2-3 капли 1М раствора H₂ SO₄ и этанола. Отмечают количество образовавшегося осадка и объясняют, почему сульфаты катионов III аналитической группы осаждаются по-разному. Помещают в две пробирки небольшое количество каждого осадка и приливают в одну 2М раствор минеральной кислоты, в другую – 2М раствор уксусной кислоты.

Ba²⁺ + SO₄ ^2- → BaSO₄ ↓

Sr²⁺ + SO₄ ^2- → SrSO₄ ↓

Ca²⁺ + SO₄ ^2- → CaSO₄ ↓

CaSO₄ ↓ + SO₄ ^2- → [Ca(SO₄ )₂ ]^2-

Выпадение белых кристаллических осадков

Растворение осадка

Технологическая карта занятия

№ ПП	Этапы	Время в мин.	Учебные пособия. Средства обучения	Оборудование	Место проведения
1.	Организация занятия.	5	Учебная лаборатория.
2.	Проверка готовности к занятию (устный опрос).	20	Учебная лаборатория.
3.	Решение задач.	20	Целевые обучающие задания
4.	Инструктаж по технике безопасности.	5	Инструкция по технике безопасности.	Учебная лаборатория.
5.	Самостоятельная работа. Выполнение лабораторной работы.	85	Граф логической структуры (приложение 1), алгоритм экспериментальной работы, целевые обучающие задания.	Центрифуга, водяная баня, химическая посуда, реактивы.	Учебная лаборатория.
6.	Анализ и коррекция усвоения материала.	10	Учебная лаборатория.
7.	Итоговый тестовый контроль.	10	Наборы тестов.	Учебная лаборатория.
8.	Подведение итогов занятия.	5	Учебная лаборатория.

Приложение 1

Граф логической структуры по теме: Качественные реакции катионов III -ей аналитической группы Ba²⁺ , Sr²⁺ , Ca²⁺ . Анализ смеси катионов III -ей аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в гетерогенных системах .

ЗАНЯТИЕ № 5

Тема: Качественные реакции катионов IV-ой аналитической группы Al³⁺ , Zn²⁺ , Cr³⁺ , Sn²⁺ , Sn⁴⁺ , As³⁺ , As⁵⁺ . Анализ смеси катионов IV-ой аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в буферных растворах.

Актуальность темы. К катионам IV-ой аналитической группы относятся катионы p-элементов: Al³⁺ , Sn²⁺ , Sn ⁴⁺ , As ³⁺ , As ⁵⁺ и

d-элементов: Zn²⁺ , Cr³⁺ . Соединения этих элементов применяются в медицине, т.к. входят в состав многих лекарственных средств, например, цинка оксид (вяжущее и дезинфицирующее средство), цинка сульфат (антисептическое средство), алюминия гидроксид (адсорбирующее и обволакивающее средство, составная часть препарата «Альмагель»), арсенистый ангидрид. Реакции идентификации катионов IV-ой аналитической группы используют при установлении подлинности лекарственных препаратов, а также при исследовании их на содержание примесей.

Буферные растворы широко применяются в качественном и количественном анализе для создания и поддержания нужного рН среды, что часто применяется в анализе лекарственных форм и сырья.

Общая цель. Уметь трактовать химико-аналитические свойства катионов IV-ой аналитической группы, их реакции идентификации, а также равновесия в буферных растворах для качественного химического контроля лекарственных средств.

Конкретные цели. Уметь:

1. Интерпретировать химико-аналитические свойства катионов IV-ой аналитической группы и действие группового реагента.

2. Проводить качественные реакции идентификации на катионы алюминия, цинка, хрома, олова (II), олова (IV), мышьяка (III), мышьяка (V) в растворах.

3. Трактовать ход качественного анализа катионов IV-ой аналитической группы при совместном присутствии

4. Решать задачи на равновесия в буферных растворах.

5. Интерпретировать свойства катионов IV-ой аналитической группы в случаях их присутствия в лекарственных средствах.

Содержание обучения.

Перечень теоретических вопросов:

1. Химико-аналитические свойства катионов IV-ой аналитической группы, их положение в Периодической системе.

2. Действие группового реагента (6М раствора натрия гидроксида в присутствии 3%-ного раствора пероксида водорода).

3. Реакции идентификации катионов IV-ой аналитической группы в растворах.

3.1. Реакции идентификации соединений мышьяка.

3.1.1. Реакция восстановления мышьяка (III) и мышьяка (V) металлическим цинком.

3.1.2. Реакция восстановления мышьяка (III) и мышьяка (V) раствором олова (II) хлорида.

3.2. Реакции идентификации катионов олова (II)

3.2.1. Действие растворов солей ртути (II)

3.2.2. Другие реакции восстановления оловом (II)

3.3. Реакции идентификации катионов хрома.

3.3.1. Окисление ионов хрома пероксидом водорода.

3.3.2. Образование надхромовой кислоты.

3.3.3. Образование окрашенных перлов буры.

3.4. Реакции идентификации катионов цинка.

3.4.1. Действие раствора калия гексацианоферрата (II).

3.4.2. Действие дитизона.

3.5. Реакции идентификации катионов алюминия.

3.5.1. Действие ализарина.

3.5.2. Действие раствора натрия ацетата.

3.5.3. Действие кобальта нитрата.

4. Систематический ход анализа катионов IV-ой аналитической группы при совместном присутствии.

5. Буферные растворы, буферная емкость, рН буферных растворов.

6. Свойства и использование катионов IV-ой аналитической группы в лекарственных средствах.

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников.

Основные источники информации.

2) Аналiтична хiмiя: Навчальний посiбник для студентiв фармацевтичних вузiв та факультетiв III – IV рiвня акредитацii. Пiд загальною ред. В.В. Болотова.- Харків, вид-во НФАУ Оригiнал, 2004 – C. 68 – 83, 184 – 191.

3) Лекции по аналитической химии.

4) Граф логической структуры (Приложение 1).

Дополнительные источники информации.

1) Лурье Ю.Ю.: Справочник по аналитической химии: Справочник. Москва – Химия, 1989 – С. 267 – 276.

ЦЕЛЕВЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАНИЯ.

ТЕСТЫ

1) В химико-аналитической лаборатории определяли катионы IV аналитической группы. Какой реактив является групповым реагентом для этих катионов?

A. Групповой реагент отсутствует.

B. 1М раствор H₂ SO₄ + 3% раствор H₂ O₂ .

C. 6М раствор NaOH + C₂ H₅ OH.

D. 0,2М раствор H₂ SO₄ + C₂ H₅ OH.

E. 6М раствор NaOH + 3% раствор H₂ O₂ .

2) В лаборатории исследовали растворы со смесями катионов. Какой раствор содержит катионы только IV аналитической группы?

A. Al³⁺ , Zn²⁺ , Cr³⁺ , As⁵⁺

B. Ba²⁺ , Zn²⁺ , Cr³⁺ , As⁵⁺ .

C. Bi³⁺ , Hg²⁺ , Cr³⁺ , As³⁺ .

D. Al³⁺ , Zn²⁺ , Fe³⁺ , Sb⁵⁺ .

E. Fe³⁺ , Cu²⁺ , Cr³⁺ , As⁵⁺ .

3) В химико-аналитической лаборатории идентифицировали катион алюминия с помощью реакции с ализарином. Результатом данной реакции является образование внутрикомплексной соли или «алюминиевого лака». Какого цвета данное соединение?

A. Бледно-розового.

B. Ярко-красного.

C. Ярко-зеленого.

D. Бледно-красного.

E. Ярко-желтого.

6) В химико-аналитической лаборатории исследовали раствор, содержащий соль цинка. При взаимодействии исследуемого раствора с K₄ [ Fe( CN)₆ ] образовался белый осадок двойной соли. В какой среде должна протекать данная реакция?

A. Сильнокислая.

B. Сильнощелочная.

C. Нейтральная.

D. Слабокислая.

E. Слабощелочная.

4) В кислой среде ионы As( III) и As( V) восстанавливаются металлическим цинком до AsH₃ ↑, который идентифицируют по почернению фильтровальной бумаги. Каким реактивом смачивают фильтровальную бумагу для идентификации газообразного мышьяковистого водорода?

A. AgNO₃ .

B. NH₃ .

C. Pb(CH₃ COO)₂ .

D. AgNO₂ .

E. Hg₂ Cl₂ .

7)Для идентификации солей алюминия используют их свойство при прокаливании с Co( NO₃ )₂ образовывать кобальта алюминат. Какого цвета данное соединение?

A. Синего.

B. Красного.

C. Зеленого.

D. Желтого.

E. Фиолетового.

5) В химико-аналитической лаборатории исследовали раствор, содержащий смесь катионов IV аналитической группы. С помощью какого реактива можно идентифицировать катион Zn²⁺ в присутствии других катионов IV аналитической группы ?

A. Ализарина.

B. Натрия ацетата.

C. Дитизона.

D. Олова (II) хлорида.

E. Кобальта нитрата.

8) В химико-аналитической лаборатории идентифицировали катионы олова. В результате определенной реакции выпал белый осадок, который быстро почернел. Какой реактив использовался?

A. NaOH + H₂ O₂ .

B. Co(NO₃ )₂ .

C. AgNO₃ .

D. Hg₂ Cl₂ .

E. K₄ [Fe(CN)₆ ].

9) В химико-аналитической лаборатории для создания необходимого рН среды использовали ацетатный буферный раствор. Какое уравнение нужно применить для расчета рН буферного раствора?

A. рН= pK_a – lg (С_{кислоты} / С_соли )

B. рН= pK_a + lg (С_{кислоты} / С_соли )

C. рН= pK_a * lg (С_{кислоты} / С_соли )

D. рН= pK_a – lg С_{кислоты}

E. рН= pK_a – lg С_соли

10)Одним из часто применяемых буферов является формиатная буферная смесь. Из каких компонентов она состоит?

A. CH₃ COOH + CH₃ COONa

B. HCOOН + HCOONa

C. C₆ H₅ COOH + C₆ H₅ COONa

D. NН₄ ОН + N₄ HСl

E. NaOH + NaCl

Эталоны ответов к тестам.

№ ВОПРОСА	ОТВЕТ	№ ВОПРОСА	ОТВЕТ
1	6
2	A	7	A
3	8
4	9
5	C	10	В

РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ:

«Равновесия в буферных растворах»

Пример решения задачи:

Условие задачи

Решение задачи

Вычислить рН ацетатной буферной смеси, содержащей в 1 дм³ раствора 0,2 моля каждого из компонентов. Как изменится рН при добавлении к 1 дм³ смеси: 0,01 моля HCl; 0,01 моля NaOH.

В состав ацетатной буферной смеси входит уксусная кислота и натрия ацетат. Уксусная кислота – слабый электролит и диссоциирует по уравнению: CH₃ COOH ↔ H⁺ + CH₃ COO ^- (1)

K_a = [H⁺ ] * [CH₃ COO^- ] / [CH₃ COOH] pK_a = 4,76 (2)

Ацетат натрия – сильный электролит, диссоциирует полностью: CH₃ COONa → CH₃ COO^- + Na⁺ (3)

В присутствии одноименных ионов равновесие (1) очень смещено влево, т.е. равновесную концентрацию молекул кислоты можно принять равной ее начальной концентрации: [CH₃ COOH] = С_{кислоты}

Т.к. уксусная кислота – слабый электролит, то почти все ионы CH₃ COO ^- образуются вследствие диссоциации соли: [CH₃ COO^- ] = С_соли

Из уравнения (2) вычислим [H⁺ ]: [H⁺ ] = К_а * [CH₃ COOH] / [CH₃ COO^- ] (4)

Прологарифмируем уравнение (4) и заменим знаки на противоположные:

рН = - lg[H⁺ ] = pK_a – lg (С_{кислоты} / С_соли ) (5)

С_{кислоты} = С_соли = 0,2 моль/дм³ ; рН = 4,76 – lg 0,2 / 0,2 = 4,76

Если к 1 дм³ смеси прибавить 0,01 моля HCl, то вследствие реакции между HCl и CH₃ COONa концентрация уксусной кислоты возрастает до 0,21 моль/дм³ , а концентрация CH₃ COO^- -ионов снизится до 0,19 моль/дм³ .

Тогда: рН = 4,76 – lg 0,21/0,19 = 4,72.

Если к 1 дм³ смеси прибавить 0,01 моля NaOH, то вследствие реакции между NaOH и CH₃ COOH концентрация уксусной кислоты снизится до 0,19 моль/дм³ , а концентрация CH₃ COO^- -ионов возрастет до 0,21 моль/дм³ .

Тогда: рН = 4,76 – lg 0,19/0,21 = 4,80.

ОТВЕТ: рН = 4,76; рН = 4,72; рН = 4,80.

В случае буферных растворов, в состав которых входит слабое основание и его соль, расчет рН проводят с помощью уравнения: рН = 14 – рК_{основания} + lg (С_{основания} / С_соли . )

Пожалуйста, решите самостоятельно:

Условие задачи	Решение задачи:
1) Вычислите рН ацетатной буферной смеси, содержащей в 1 дм³ раствора 0,2 моля CH₃ COONa и 0,2 моля CH₃ COOH. Как изменится рН этого раствора при добавлении 0,01 моля HCl?
2) Вычислите рН аммиачной буферной смеси, содержащей по 0,5 моля NH₃ *H₂ O и NH₄ Cl в 1 дм³ раствора. Как изменится рН этого раствора при добавлении 0,2 моля NaOH?
3) Бензоатная буферная смесь содержит 0,35 моля C₆ H₅ COOH и 0,35 моля C₆ H₅ COONa в 1 дм³ раствора. Вычислить рН буферного раствора.
4) Каким должно быть соотношение между компонентами в ацетатном буферном растворе, рН которого равно 5,0?

Правильность решения проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

Эталоны ответов к задачам.

Задача 1. рН = 4,76, после добавления HCl рН = 4,72

Задача 4. С_{кислоты} / С_соли = 0,57

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА.

Проведите реакции и заполните следующую таблицу, используя эталон выполнения задания:

Методика выполнения эксперимента	Уравнения реакций	Наблюдения и выводы
2. Действие раствора NaOH. К 3-4 каплям отдельно взятых растворов солей алюминия, хрома, цинка, олова (II), олова (IV), мышьяка (III), мышьяка (V) приливают по 4 капли раствора натрия гидроксида. Помещают в две пробирки небольшое количество каждого из осадков и приливают в одну из пробирок избыток раствора натрия гидроксида, в другую – раствор минеральной кислоты.
2.1. Изучение свойств растворов [ Al( OH)₆ ]^3- -, [ Cr( OH)₆ ]^3- -, [ Zn( OH)₄ ]^2- -, [ Sn( OH)₄ ]^2- -, [ Sn( OH)₆ ]^2- -ионов. К 5-6 каплям солей Al³⁺ , Zn²⁺ , Cr³⁺ , Sn²⁺ , Sn(IV) прибавляют избыток натрия гидроксида до растворения осадков гидроксидов, которые образуются в начале прибавления. Полученные растворы делят на три части: одну – нагревают, к другой – прибавляют немного твердого аммония хлорида, к третьей – прибавляют по капле раствор хлороводородной кислоты.
3.1. Реакции идентификации соединений мышьяка.
3.1.1. Реакция восстановления As ( III) и As ( V) до AsH₃ . (СОЕДИНЕНИЯ МЫШЬЯКА – СИЛЬНЫЙ ЯД!) В пробирку помещают гранулу металлического цинка, приливают 0,5 мл 2М хлороводородной кислоты, 5 капель раствора натрия арсенита и в верхнюю часть пробирки помещают вату, смоченную раствором ацетата свинца. Вату используют для того, чтобы уловить сероводород и серы (IV) оксид (продукты возможного восстановления сульфатной кислоты), которые могут взаимодей-ствовать с меркурия дихлоридом с образо-ванием осадков Hg, HgS черного цвета. Пробирку закрывают полоской фильтро-вальной бумаги, смоченной 0,01М раствором хлорида ртути (II).
3.2. Реакции идентификации катионов олова ( II).
3.2.1. Реакция окисления солей Sn²⁺ солями Hg²⁺ . К 3-4 каплям соли олова (II) прибавляют 5 капель воды, а затем 3 капли раствора соли ртути (II).
3.2.2. Реакция восстановления Fe³⁺ до Fe²⁺ . К 2-3 каплям раствора соли Fe³⁺ прибавляют по 2 капли 2 М растворов НСl и K₃ [Fe(CN)₆ ]. К полученной смеси прибавляют каплю раствора соли олова (II).
3.3. Реакции идентификации катионов хрома ( III).
3.3.1.Реакция окисление Cr³⁺ пероксидом водорода. К 2-3 каплям раствора соли хрома (III) прибавляют 5-6 капель 2М раствора натрия гидроксида, 2-3 капли 3%-ного раствора пероксида водорода и нагревают пробирку несколько минут на водяной бане до перехода зеленой окраски раствора в желтую
3.3.2. Реакция образование надхромовой кислоты. 1-2 капли раствора калия хромата, разбавленного 5 каплями дистиллированной воды, подкисляют 2 каплями минеральной кислоты, прибавляют 4-5 капель амилового спирта и каплю раствора пероксида водорода.
3.3.3. Образование окрашенных перлов буры. Прокаливают ушко платиновой (или нихромовой) проволоки до красного цвета, дотрагиваются им до твердого натрия тетрабората и прокаливают в пламени газовой горелки, пока масса не перестанет пениться. Охлаждают полученную стекловидную массу и, взяв немного осадка Cr(OH)₃ , снова прокаливают. После охлаждения отмечают цвет перла в проходящем свете.
3.4. Реакции идентификации катионов цинка.
3.4.1. Действие раствора K₄ [ Fe( CN)₆ ]. К 2-3 каплям соли цинка добавляют 2 капли раствора K₄ [Fe(CN)₆ ]. Испытывают отношение полученного осадка к HCl.
3.4.2. Действие дитизона. К 8 каплям раствора соли цинка прибавляют 5 капель аммиачного буферного раствора и 5 капель раствора дитизона.
3.5. Реакции идентификации катионов алюминия.
3.5.1. Действие ализарина. К 2-3 каплям раствора соли алюминия прибавляют 10 капель раствора аммиака раствора и 2 капли ализарина. При появлении фиолетовой окраски добавляют по каплям раствор CH₃ COOH до перехода фиолетовой окраски в красную.
3.5.2. Действие раствора натрия ацетата. К 2-3- каплям раствора соли алюминия добавляют 2 капли раствора натрия ацетата и нагревают на водяной бане.
3.5.3. Действие кобальта нитрата. К 2-3 каплям раствора соли алюминия прибавляют 2 капли раствора аммиака, выпавший осадок Al(OH)₃ отфильтровывают, фильтр осторожно высушивают, смачивают разбавленным раствором Co(NO₃ )₂ , подсушивают и прокаливают в пламени горелки.

Эталон выполнения задания экспериментальной работы.

Методика выполнения эксперимента

Уравнения реакций

Наблюдения и выводы

2. Действие раствора NaOH.

К 3-4 каплям отдельно взятых растворов солей алюминия, хрома, цинка, олова (II), олова (IV), мышьяка (III), мышьяка (V) приливают по 4 капли раствора натрия гидроксида. Помещают в две пробирки небольшое количество каждого из осадков и приливают в одну из пробирок избыток раствора натрия гидроксида, в другую – раствор минеральной кислоты.

Sn²⁺ + 2OH^- ↔ Sn(OH)₂ ↓

[SnCl₆ ]^2- + 4OH^- ↔ Sn(OH)₄ ↓ + 6Cl^-

Cr³⁺ + 3OH^- ↔ Cr(OH)₃ ↓

Zn²⁺ + 2OH^- ↔ Zn(OH)₂ ↓

Al³⁺ + 3OH^- ↔ Al(OH)₃ ↓

Al(OH)₃ ↓ + 3OH^- → [Al(OH)₆ ]^3-

Sn(OH)₄ ↓ + 2OH^- → [Sn(OH)₆ ]^2-

Sn(OH)₂ ↓ + 4OH^- → [Sn(OH)₆ ]^4-

Cr(OH)₃ ↓ + 3OH^- → [Cr(OH)₆ ]^3-

Zn(OH)₂ ↓ + 2OH^- → [Sn(OH)₄ ]^2-

Выпадение белых кристаллических осадков

Растворение осадков

Технологическая карта занятия

№ ПП	Этапы	Время в мин.	Учебные пособия. Средства обучения	Оборудование	Место проведения
1.	Организация занятия.	5	Учебная лаборатория.
2.	Проверка готовности к занятию (устный опрос).	20	Учебная лаборатория.
3.	Решение задач.	20	Целевые обучающие задания
4.	Инструктаж по технике безопасности.	5	Инструкция по технике безопасности	Учебная лаборатория.
5.	Самостоятельная работа. Выполнение лабораторной работы.	85	Граф логической структуры (приложение 1), алгоритм экспериментальной работы, целевые обучающие задания	Центрифуга, водяная баня, химическая посуда, реактивы.	Учебная лаборатория.
6.	Анализ и коррекция усвоения материала.	10	Учебная лаборатория.
7.	Итоговый тестовый контроль.	10	Наборы тестов.	Учебная лаборатория.
8.	Подведение итогов занятия.	5	Учебная лаборатория.

Приложение 1

Граф логической структуры по теме: Качественные реакции катионов IV-ой аналитической группы Al³⁺ , Zn²⁺ , Cr³⁺ , Sn²⁺ , Sn⁴⁺ , As³⁺ , As⁵⁺ . Анализ смеси катионов IV-ой аналитической группы. Решение расчетных задач на равновесия в буферных растворах.

ЗАНЯТИЕ № 6

Тема: Качественные реакции катионов V-ой аналитической группы Mg²⁺ , Sb³⁺ , Sb⁵⁺ , Bi³⁺ , Fe²⁺ , Fe³⁺ , Mn²⁺ . Анализ смеси катионов V –ой аналитической группы. Решение задач на равновесия в растворах гидролизующихся солей .

Актуальность темы. К катионам V-ой аналитической группы относятся катионы s-элементов: Mg²⁺ , p-элементов – Sb³⁺ , Sb⁵⁺ , Bi³⁺ , и d-элементов: Fe²⁺ , Fe³⁺ , Mn²⁺ . Эти элементы входят в состав многих лекарственных средств, например, калия перманганат (антисептик), висмута нитрат основной, магния оксид (антидот при отравлении мышьяком, составная часть препарата «Альмагель»), магния сульфат (спазмолитик), магния карбонат основной (вяжущее), железа сульфат (источник поступления железа при анемиях). Реакции идентификации катионов V-ой аналитической группы используют при установлении подлинности лекарственных препаратов, а также при исследовании их на содержание примесей.

Как вы убедились на предыдущих занятиях, многие соли являются лекарственными веществами. При растворении некоторые соли способны взаимодействовать с водой (подвергаться гидролизу), что необходимо учитывать при приготовлении и хранении различных лекарственных форм.

Общая цель. Уметь трактовать химико-аналитические свойства катионов V-ой аналитической группы, их реакции идентификации, а также равновесия в растворах гидролизующихся солей для качественного химического контроля лекарственных средств.

Конкретные цели. Уметь:

1. Интерпретировать химико-аналитические свойства катионов V-ой аналитической группы и действие группового реагента.

2. Проводить качественные реакции идентификации на катионы магния, сурьмы(III), сурьмы (V), висмута, железа (II), железа

(III), марганца в растворах.

4. Трактовать ход качественного анализа катионов V-ой аналитической группы при совместном присутствии.

5. Решать задачи на равновесия в растворах солей, подвергающихся гидролизу.

6. Интерпретировать свойства катионов V-ой аналитической группы в случаях их присутствия в лекарственных средствах.

Содержание обучения.

Перечень теоретических вопросов:

1. Химико-аналитические свойства катионов V-ой аналитической группы, их положение в Периодической системе.

2. Действие группового реагента (2М раствора аммиака).

3. Действие растворов натрия гидроксида или калия гидроксида.

4. Реакции идентификации катионов V-ой аналитической группы в растворах.

4.1. Реакции идентификации катионов магния.

4.1.1. Действие натрия гидрофосфата.

4.1.2. Микрокристаллоскопическая реакция.

4.2. Реакции идентификации катионов железа (II).

4.2.1. Действие раствора калия гексацианоферрата (III).

4.2.2. Действие сульфосалициловой кислоты в кислой среде.

4.3. Реакции идентификации катионов железа (III).

4.3.1. Действие раствора калия гексацианоферрата (II).

4.3.2. Действие тиоционат-ионов.

4.3.3. Действие сульфосалициловой кислоты в кислой среде.

4.4. Реакции идентификации катионов марганца.

4.4.1. Окисление Mn²⁺ до MnO₄ ^- с помощью раствора персульфата.

4.5. Реакции идентификации катионов висмута.

4.5.1. Действие свежеприготовленного раствора натрия гексагидроксостаннита (II).

4.5.2. Гидролиз солей висмута.

4.6. Реакции идентификации катионов сурьмы (III), (V).

4.6.1. Восстановление ионов сурьмы.

4.6.2. Гидролиз солей сурьмы (III), (V).

5. Систематический ход анализа катионов V-ой аналитической группы при совместном присутствии.

6. Гидролиз солей.

6.1. Константа гидролиза, степень гидролиза.

6.2. Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и сильным основанием.

6.3. Гидролиз солей, образованных сильной кислотой и слабым основанием.

6.4. Гидролиз солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием.

7. Свойства и использование катионов V-ой аналитической группы в лекарственных средствах.

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников.

Основные источники информации.

2) Аналiтична хiмiя: Навчальний посiбник для студентiв фармацевтичних вузiв та факультетiв III – IV рiвня акредитацii. Пiд загальною ред. В.В. Болотова. – Харків, вид-тво НФАУ Оригiнал, 2004 – C. 83 – 99.

3) Лекции по аналитической химии.

4) Граф логической структуры (Приложение 1).

Дополнительные источники информации.

1) Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. Под редакцией П.К. Агасаняна. Москва – «Химия», 1973 – C. 235 – 272.

ЦЕЛЕВЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ ЗАДАНИЯ .

ТЕСТЫ

1) В лаборатории исследовали раствор, содержащий следующие катионы: Mg²⁺ , Sb³⁺ , Sb⁵⁺ , Bi³⁺ , Fe²⁺ , Fe³⁺ , Mn²⁺ . К какой аналитической группе они относятся в соответствии с классификацией по кислотно-основному методу?

A. IV.

B. II.

C. I.

D. III.

E. V.

4) В химико-аналитической лаборатории вследствие гидролиза солей висмута, сурьмы ( III) и сурьмы ( V) образовались белые осадки основных солей SbOCl↓, SbO₂ Cl↓, BiONO₃ ↓. В чем можно растворить образовавшиеся соли?

A. щелочь.

B. аммиак.

C. спирт.

D. ацетон.

E. кислота.

2) В химико-аналитической лаборатории необходимо провести анализ раствора, содержащего катионы V аналитической группы. Какой реактив является групповым реагентом для этих катионов?

A. Групповой реагент отсутствует.

B. Концентрированный раствор соляной кислоты.

C. Концентрированный раствор аммиака.

D. Концентрированный раствор гидроксида натрия.

E. Концентрированный раствор серной кислоты.

5) В химико-аналитической лаборатории идентифицировали катион магния с помощью реакции с натрия гидрофосфатом. Какой аналитический эффект наблюдается при этом?

A. Окрашивание раствора в желтый цвет.

B. Выпадение белого кристаллического осадка.

C. Выпадение желтого кристаллического осадка.

D. Окрашивание раствора в красный цвет.

E. Окрашивание раствора в фиолетовый цвет.

3) В систематическом ходе анализа раствора, содержащего катионы железа ( III), магния, висмута, сурьмы ( III) и сурьмы ( V), на него подействовали раствором натрия гидроксида, вследствие чего выпали осадки соответствующих гидроксидов. Какой катион после этого можно отделить действием хлорида аммония?

A. Mg²⁺ .

B. Sb (III).

C. Fe³⁺ .

D. Bi³⁺ .

E. Sb (V).

6) В химико-аналитической лаборатории исследовали раствор смеси катионов, при добавлении к которому тиоцианат-ионов он окрасился в красный цвет. О наличии какого катиона свидетельствует данный аналитический эффект?

A. Fe²⁺ .

B. Mg²⁺ .

C. Fe³⁺ .

D. Bi³⁺ .

E. Mn²⁺ .

7) В химико-аналитической лаборатории исследовали раствор смеси катионов Fe²⁺ и Fe³⁺ . Какой реагент можно использовать для определения катиона железа (ІІІ)?

A. (NH₄ )₂ S₂ О₈ .

B. Na₄ [Sn(OH)₆ ].

C. Na₂ HPO₄ .

D. К₄ [Fе(СN)₆ ].

E. К₃ [Fе(СN)₆ ].

9) Известно, что в воде растворили соль, образованную сильной кислотой и слабым основанием. Какое уравнение нужно применить для расчета рН полученного раствора?

A. рН = ½ р K_H

Учебное пособие: Методические указания для студентов 2-го курса фармацевтического факультета по аналитической химии Донецк, 2007

Этапы

Этапы

Этапы

Этапы

Этапы