Приложение 7. Экспериментальное определение молярной массы растворенного вещества
Задача 1.
Раствор, содержащий 60 мочевины в 500 г воды, кипит при температуре 101,040С. Определить молярную массу мочевины. Эбуллиоскопическая постоянная воды равна 0,52.
Дано:
m(мочевина) = 60г
m(H2O) = 500г tкипр−р =101,040 С
tкипр−ль =1000 С
E = 0,52
M (мочевина) −?
Решение:
Находим повышение температуры кипения раствора:
∆tкип = tкипр−р −tкипр−ль =101,04 −100 =1,040 С .
Находим моляльную концентрацию раствора:
∆tкип |
= ECm , Cm = |
∆Tкип |
= |
|
1,04 |
= 2 . |
|||||
E |
0,52 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Находим молярную массу мочевины: |
|
|
|
|
|
|
|||||
Cm |
= |
|
m(мочевина) |
|
|
1000 , |
|
||||
|
M (мочевина)m(H 2O) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
M (мочевина) = m(мочевина) |
1000 |
= |
60 1000 |
= 60г/ моль |
|||||||
|
|
Cm m(H 2O) |
|
|
|
2 500 |
|
||||
Задача 2.
При 200С осмотическое давление раствора, в 100 мл которого содержится 6,33 г красящего вещества крови – гематина, равно 243,4 кПа. Определить молекулярную массу гематина.
Дано:
Vр−р =100мл = 0,1л m( р.в.) =6,33г
36
pосм = 243,4кПа
T = 200 C = 293K
Решение:
Осмотическое давление раствора неэлектролита рассчитывается по формуле:
pосм = RTC .
Находим молярную концентрация раствора:
C = pRTосм = 8,31243293,4 =0,1моль/ л.
Находим молярную массу гематина:
C = |
|
m( р.в.) |
|
, |
|
|
|
|
|
M ( р.в.)Vр−р |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
M ( |
р.в.) = m( р.в.) = |
6,33 |
|
=633 |
||||
0,1 0,1 |
||||||||
|
|
CVр−р |
|
|
||||
37
Приложение 8. Качественный анализ водных растворов неорганических веществ
Качественный анализ позволяет обнаружить в водном растворе присутствие растворенных веществ, не позволяя при этом оценить их количества. Так как в воде большинство неорганических веществ диссоциирует на ионы, обнаруживают отдельные катионы и анионы.
При выполнении качественного анализа проводят качественные реакции. Качественная реакция – это реакция, которая переводит определяемый компонент (данный катион или анион) в химическое соединение, обладающее характерными свойствами. Вещество, которое используют для проведения качественной,
реакции называют реактивом. Групповой реактив взаимодей-
ствует с несколькими компонентами. Компоненты, взаимодействующие с данным групповым реактивом, составляют аналитическую группу. Групповые реактивы используют для деления катионов и анионов на аналитические группы. Частный реактив образует характерное соединение только с одним компонентом. Частные реактивы используют для обнаружения компонентов в приделах одной аналитической группы. Деление катионов и анионов на аналитические группы представлено в таблицах 5, 6.
Таблица 5. Классификация анионов, основанная на реакциях осаждения
Группа |
Анионы |
Групповой |
Групповой |
при- |
||
|
|
реактив |
знак |
|
|
|
1 |
SO42-, CO32-, |
BaCl2 |
Соли |
бария |
не- |
|
|
PO43- |
|
растворимы |
|
в |
|
|
|
|
воде |
|
|
|
2 |
Cl-, Br-, I-, S2- |
AgNO3 |
Соли |
серебра |
||
|
|
|
нерастворимы |
в |
||
|
|
|
воде |
|
|
|
3 |
NO3-,CH3COO- |
|
Соли |
бария |
и |
|
|
|
|
серебра раство- |
|||
|
|
|
римы в воде |
|
|
|
38
Таблица 6. Кислотно-основная классификация катионов
|
Группа |
Катионы |
Групповой |
Групповой |
|
||
|
|
|
|
реактив |
признак |
|
|
|
1 |
Na+, K+, NH+ |
|
|
|
|
|
|
2 |
Ag+, Pb2+ |
|
HCl |
Хлориды |
не- |
|
|
|
|
|
|
растворимы |
в |
|
|
|
|
|
|
воде и кисло- |
||
|
|
|
|
|
тах |
|
|
|
3 |
Ca2+, Ba2+ |
|
H2SO4 |
Сульфаты |
не- |
|
|
|
|
|
|
растворимы |
в |
|
|
|
|
|
|
воде и кисло- |
||
|
|
|
|
|
тах |
|
|
|
4 |
Zn2+, Al3+, Cr3+ |
NaOH (избы- |
Гидроксиды |
|
||
|
|
|
|
ток) |
растворимы |
в |
|
|
|
|
|
|
избытке |
ще- |
|
|
|
|
|
|
лочи |
|
|
|
5 |
Fe2+, |
Fe3+, |
NaOH |
Гидроксиды |
|
|
|
|
Mn2+, Mg2+ |
|
нерастворимы |
|||
|
|
|
|
|
в избытке ще- |
||
|
|
|
|
|
лочи |
|
|
|
6 |
Cu2+,Co2+, Ni2+ |
NH4OH (избы- |
Гидроксиды |
|
||
|
|
|
|
ток) |
растворимы |
в |
|
|
|
|
|
|
избытке |
ам- |
|
|
|
|
|
|
миака |
|
|
|
|
Качественный анализ катионов. |
|
|
|||
|
Анализ катионов второй аналитической группы (Ag+, |
||||||
Pb2+). |
|
|
|
|
|
|
|
Окраска в растворе катионов Ag+, Pb2+ бесцветная.
1. Действие группового реактива.
Групповой реактив (HCl) образует с катионами осадки хлоридов белого цвета:
Ag+ + Cl- = AgCl↓
Pb2+ + Cl- = PbCl2↓.
Осадок AgCl растворяется в растворе аммиака:
39
AgCl↓ + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O.
Этот комплекс разрушается иодидом калия с образование светло-желтого осадка AgI
[Ag(NH3)2]Cl + KI + 2H2O = AgI↓ + 2NH4OH.
Выполнение реакций. В первую пробирку поместить 1 мл раствора соли серебра, во вторую пробирку – 1 мл раствора соли свинца. В каждую пробирку долить раствор соляной кислоты. Наблюдать образование белых осадков хлоридов. Затем в каждую пробирку долить раствор аммиака, наблюдать растворение осадка хлорида серебра. В пробирку, в которой растворился осадок, добавить раствор иодида калия. Наблюдать образование светложелтого осадка иодида серебра.
2. Реакции иона Pb2+.
Хромат калия образует с катионом свинца желтый осадок хромата свинца, который хорошо растворяется в растворе щело-
чи:
Pb2+ + CrO42- = PbCrO4↓
PbCrO4↓ + 4NaOH = Na2[Pb(OH)4] + Na2CrO4
Выполнение реакций. В пробирку налить 1 мл раствора соли свинца, прилить раствор хромата калия. Наблюдать образование желтого осадка. Затем прилить в пробирку раствор щелочи, наблюдать растворение осадка.
Анализ катионов третьей аналитической группы (Ca2+, Ba2+).
Окраска в растворе катионов Ca2+, Ba2+ бесцветная.
1. Действие группового реактива.
Групповой реактив (H2SO4) образует с катионами осадки
сульфатов белого цвета:
Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
Ca2+ + SO42- = CaSO4↓.
Выполнение реакций. В первую пробирку поместить 1 мл раствора соли бария, во вторую пробирку – 1 мл раствора соли кальция. В каждую пробирку прилить раствор серной кислоты. Наблюдать образование белых осадков. Отметить, что осадок сульфата кальция выпадает не сразу.
40
2. Реакции иона Ba2+.
Хромат калия образует с катионом бария желтый осадок хромата бария, который хорошо растворяется в растворе соляной
кислоты:
Ba2+ + CrO42- = BaCrO4↓
BaCrO4↓ + 2HCl = BaCl2 + H2CrO4.
Выполнение реакций. В пробирку поместить 1 мл раствора соли бария, добавить раствор хромата калия. Наблюдать образование желтого осадка. Затем прилить в пробирку раствор соляноц кислоты, наблюдать растворение осадка.
Анализ катионов четвертой аналитической группы (Zn2+, Al3+, Cr3+).
Окраска в растворе катионов Zn2+, Al3+ - бесцветная, Cr3+ - зеленая.
1. Действие группового реактива.
Групповой реактив (KOH) образует с катионами осадки гид-
роксидов:
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓ (белый),
Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ (белый),
Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓ (серо-зеленый).
Гидроксиды обладают амфотерными свойствами, т.е. хорошо растворяются в растворах кислот и щелочей:
Zn(OH)2↓ + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
Zn(OH)2↓ + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Al(OH)3↓ + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3↓ + NaOH = Na[Al(OH)4]
Cr(OH)3↓ + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3↓ + NaOH = Na[Cr(OH)4].
Выполнение реакций. В первую пробирку поместить 1 мл раствора соли алюминия, во вторую пробирку – 1 мл раствора соли цинка, в третью пробирку – 1 мл раствора соли хрома. В каждую пробирку по каплям прилить раствор щелочи. Наблюдать образование осадков. Содержимое каждой пробирки разделить на две пробирки, в одну пробирку прилить раствор соляной кислоты, в другую – раствор щелочи. Наблюдать растворение осадка гидроксида.
41
2. Реакции иона Al3+.
Ализарин образует с ионом алюминия соединение алого цвета “алюминиевый лак”.
Выполнение реакции. На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора соли алюминия. Бумагу подержать над концентрированным раствором аммиака. На бумагу нанести каплю раствора ализарина и снова обработать парами аммиака. Наблюдать появление алого окрашивания.
3. Реакции иона Zn2+.
Гексацианоферрат калия K4[Fe(CN)6] образует с ионами цин-
ка белый осадок гексацианоферрата калия-цинка:
Zn2+ + K4[Fe(CN)6] = K2Zn3[Fe(CN)6]2↓
Выполнение реакции. В пробирку налить 1 мл раствора соли цинка, прилить раствор гексацианоферрата калия. Наблюдать образование белого осадка.
4. Реакции иона Cr3+.
Перекись водорода окисляет в щелочной среде ион хрома до
хромата:
2Cr3+ + 3H2O2 + 10 NaOH = 2Na2CrO4 + 6Na+ + 8H2O.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли хрома, прилить несколько капель раствора перекиси водорода и раствор щелочи. Наблюдать изменение окраски раствора из зеленой в желтую.
Анализ катионов пятой аналитической группы (Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+).
Окраска катионов в растворе: Fe2+ - бледно-зеленая, Fe3+ - желтая, Mn2+ - бесцветная, Mg2+- бесцветная.
1. Действие группового реактива.
Групповой реактив (раствор KOH) образует с катионами осадки гидроксидов, растворимые в кислотах и нерастворимые в щелочах:
Fe2+ + 2 OH- = Fe(OH)2↓ (серо-зеленый)
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ (бурый)
Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2↓ (белый)
Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2↓ (белый).
42
Осадки Fe(OH)2 и Mn(OH)2 постепенно окисляются кислородом воздуха и изменяют окраску:
4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 - серо-зеленая окраска осадка переходит в бурую;
2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 – белая окраска осадка переходит в коричневую.
Растворение гидроксидов в кислотах:
Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O
Mn(OH)2 + 2HCl = MnCl2 + 2H2O
Mg(OH)2 + 2 HCl = MgCl2 + 2H2O.
Выполнение реакции. В первую пробирку поместить 1 мл раствора соли Fe2+ , во вторую пробирку – раствор соли Fe3+ , в третью пробирку – раствор соли марганца, в четвертую пробирку
– раствор соли магния. В каждую пробирку прилить раствор гидроксида натрия. Наблюдать образование осадков гидроксидов, отметить их окраску. Содержимое каждой пробирки разделить на две пробирки. Одну пробирку оставить на воздухе, наблюдая за окраской осадка. В другую пробирку добавить раствор соляной кислоты. Наблюдать растворение осадков.
2. Реакции иона Fe2+.
2.1. Гексацианоферрат калия K3[Fe(CN)6] образует с катионом
Fe2+ синий осадок ( “турнбулева синь”):
3Fe2+ + 2 K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]↓ + 6K+.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли Fe2+ , прилить раствор гексацианоферрата калия. Наблюдать образование синего осадка.
2.2. Диметилглиоксим в аммиачной среде образует с ионами Fe2+ соединение красного цвета.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствор соли железа, 1 мл раствора аммиака и несколько капель раствора диметилглиоксима. Наблюдать образование красного соединения.
3. Реакции иона Fe3+.
3.1. Гексацианоферрат калия K4[Fe(CN)6] образует с катионом
Fe3+ синий осадок (“берлинская лазурь”):
4 Fe3+ + 3 K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6] + 12K+.
43
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли Fe3+, прилить раствор гексацианоферрата калия. Наблюдать образование синего осадка.
3.2. Роданид калия KCNS образует с катионом Fe3+ соедине-
ние красного цвета:
Fe3+ + 3KCNS- = Fe(CNS)3 + 3K+.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли Fe3+, прилить раствор роданида калия. Наблюдать образование красного соединения.
3.3. Сульфосалициловая кислота образует с ионами Fe3+ окрашенные соединения разного цвета в зависимости от pH раствора.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли Fe3+ (вследствие гидролиза раствор имеет кислую среду), прибавить несколько капель раствора сульфосалициловой кислоты. Отметить окраску соединения. Затем прилить раствор аммиака до появления желтого окрашивания.
4. Реакции иона Mg2+.
8-оксихинолин образует с солями магния в присутствии аммиака желтый осадок оксихинолята магния.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли магния, несколько капель спиртового раствора оксихинолина и несколько капель раствора аммиака. Наблюдать образование желтого осадка.
Анализ катионов шестой аналитической группы (Cu2+, Co2+, Ni2+).
Окраска катионов в растворе: Cu2+ - голубая, Co2+ - розовая, Ni2+ - зеленая.
1. Действие группового реактива.
Групповой реактив (раствор NH4OH) образует с катионами осадки основных солей, растворимые в избытке аммиака с образованием аминокомплексов различной окраски:
2CuSO4 + 2NH4OH = (CuOH)2SO4↓ + (NH4)2SO4 (голубовато-
зеленый осадок)
CoCl2 + NH4OH = CoOHCl↓ + NH4Cl (синий осадок)
44
2NiSO4 + 2NH4OH = (NiOH)2SO4↓ + (NH4)2SO4 (светло-
зеленый осадок)
Растворение основных солей в избытке аммиака:
(CuOH)2SO4↓ + 8NH4OH = [Cu(NH3)4]2+ + SO42- + 2OH- + 8H2O CoOHCl↓ + 6NH4OH = [Co(NH3)6]2+ + Cl- + OH- + 6H2O (NiOH)2SO4↓ + 12NH4OH =2[Ni(NH3)6]2+ + SO42- + 2OH- +
12H2O
Выполнение реакции. В первую пробирку поместить 1 мл раствора соли меди, во вторую пробирку – 1 мл раствора соли никеля, в третью пробирку – 1 мл раствора соли кобальта. В каждую пробирку по каплям прибавить раствор аммиака до начала выпадения осадка. Отметить цвет осадков. В каждую пробирку продолжить прибавлять раствор аммиака. Наблюдать растворение осадков.
2. Реакции иона Cu2+.
2.1. Гексацианоферрат калия K4[Fe(CN)6] образует с ионом
меди осадок бурого цвета:
Cu2+ + K4[Fe(CN)6]= Cu2[Fe(CN)6]↓ + 4K+
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли меди, добавить раствор гексацианоферрата калия. Наблюдать образование бурого осадка.
2.2. Иодид калия образует при взаимодействии с ионом Cu2+ осадок CuI белого цвета. В реакции выделяется I2, имеющий бу-
рую окраску.
2Cu2+ + 4KI = 2CuI↓ + I2↓ + 4K+.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора соли меди, добавить несколько капель иодида калия. Наблюдать образование осадка. Для идентификации выделившегося иода можно в пробирку прибавить несколько капель раствора крахмала, который окрасится в синий цвет.
3. Реакции иона никеля.
Диметилглиоксим в присутствии аммиака образует с ионом никеля комплексное соединение алого цвета.
Выполнение реакции. На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора соли никеля, каплю раствора Na2HPO4, каплю раствора диметилглиоксима. Бумагу подержать над концентри-
45
рованным аммиаком. Наблюдать образование красного соединения.
Качественный анализ анионов.
Анализ анионов первой аналитической группы (SO42-,
CO32-, PO43-).
Окраска анионов в растворе – бесцветная.
1. Действие группового реактива.
Групповой реактив (BaCl2) образует с анионами осадки солей бария белого цвета:
BaCl2 + SO42- = BaSO4↓ + 2Cl-
BaCl2 + CO32- = BaCO3↓+ 2Cl-
BaCl2 + PO43- = BaPO4↓+ 2Cl-
Осадок карбоната бария растворим в соляной кислоте с выделение углекислого газа:
BaCO3↓ + 2HCl = BaCl2 + CO2↑ + H2O
Выполнение реакции. В первую пробирку поместить 1 мл раствора сульфата, во вторую - 1 мл раствора карбоната, в третью – 1 мл раствора фосфата. В каждую пробирку добавить раствор хлорида бария. Наблюдать образованием белых осадков. К полученным осадкам прилить раствор соляной кислоты. Наблюдать выделение газа в пробирке с карбонатом.
2. Реакции ионов CO32-.
Нитрат серебра образует с карбонат-ионами белый осадок карбоната серебра, растворимый в азотной кислоте:
CO32- +2 AgNO3 = Ag2CO3↓ + 2NO3-
Ag2CO3↓ + 2HNO3 = 2AgNO3 + CO2↑ + H2O.
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора карбоната, прибавить раствор нитрата серебра. Наблюдать образование белого осадка. К осадку прибавить раствор азотной кислоты. Наблюдать растворение осадка и выделение газа.
2. Реакции иона PO43-.
Нитрат серебра образует с фосфат-ионом желтый осадок фосфата серебра, растворимый в азотной кислоте и растворе ам-
миака:
PO43- + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NO3-
46
Ag3PO4↓ + 3HNO3 = 3AgNO3 + PO43-
Ag3PO4↓ + 6NH4OH =3 [Ag(NH3)2]+ + PO43- + 6H2O
Выполнение реакции. В пробирку поместить 1 мл раствора фосфата, прибавить раствор нитрата серебра. Наблюдать образование желтого осадка. Содержимое пробирки разделить на две пробирки. В одну пробирку прибавить азотную кислоту, в другую – раствор аммиака. Наблюдать растворение осадков.
Анализ анионов второй аналитической группы (Cl-, Br-,I-) Действие группового реактива.
Групповой реактив (AgNO3) образует с анионами осадки: AgCl – белый, AgBr – желтоватый, AgI – светло – желтый.
Cl- + AgNO3 = AgCl↓ + NO3-
Br- + AgNO3 = AgBr↓ + NO3-
I- + AgNO3 = AgI↓ + NO3-
Осадок хлорида серебра растворим в растворе аммиака: AgCl↓ + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]- + Cl- + 2H2O
Выполнение реакции. В первую пробирку поместить 1 мл раствора хлорид-иона, во втору пробирку – 1 мл раствора бромид-иона, в третью пробирку – 1 мл раствора иодид-иона. В каждую пробирку прибавить раствор нитрата серебра. Наблюдать образование осадков. В каждую пробирку прибавить раствор аммиака. Наблюдать растворение хлорида серебра.
47