Методические указания к разделу 1

Первоначальная задача при исследовании любого материала – его качественный анализ на содержание наиболее распространенных неорганических ионов, поскольку знание элементного состава исследуемого материала и степеней окисления присутствующих элементов во многом определяет его структуру и свойства.

В химическом анализе для выявления присутствия-отсутствия веществ используют химические реакции. Для качественного химического анализа пригодна далеко не каждая химическая реакция, а лишь те из них, которые сопровождаются заметным, характерным для определенного вещества, изменением реакционной смеси – аналитическим эффектом. Аналитическим эффектом может быть появление (или исчезновение) осадка, окраски, выделение газов, способность экстрагироваться несмешивающимися с водой растворителем, характерной окраской пламени при внесении в него испытуемой пробы и т.п. Все реакции, которые сопровождаются заметным изменением реакционной смеси, могут быть использованы для качественного анализа и в этом случае названы аналитическими. Кроме ярко выраженного аналитического эффекта аналитическая реакция, применяемая в качественном анализе, должна обладать высокой чувствительностью и характеризоваться достаточной селективностью.

Реактивы, используемые для разделения изучаемых ионов на аналитические группы, называют групповыми реагентами, а реактивы (и соответственно, реакции), применяемые для открытия отдельных ионов, - характерными.

Рассмотрите кислотно-основную классификацию катионов и аналитическую классификацию анионов. Изучите и запишите характерные реакции на приведенные в программе катионы и анионы. Установите, какая из реакций на данный ион является более чувствительной и специфичной.

Из темы 1.4 необходимо усвоить следующее.

Ионное произведение воды: [Н⁺] [ОН־] = 10^-14

При вычислении рН растворов сильных кислот и оснований (К_дис>10^-2) исходят из предположения, что они полностью диссоциируют на ионы. Поэтому считают, что в растворе сильной кислоты концентрация ионов Н⁺ равна исходной молярной концентрации эквивалентных частиц этой кислоты.

 

[Н⁺] = С_кисл = С(НХ), где НХ – сильная кислота

 

рН = - lg [Н⁺] = - lg С_кисл = - lg С(НХ)

 

В растворе сильного одноосновного основания концентрация ионов ОН־ равна исходной молярной концентрации эквивалентных частиц этого основания

[OH־] = С_осн = С(КtОН), где КtОН сильное основание,

 

рОН = - lg [ОН־] = - lgС_осн = - lgС(КtОН); рН = 14-рОН

 

Слабые кислоты и слабые основания в растворах диссоциируют не полностью. Как следствие этого, концентрация ионов водорода в растворах таких кислот всегда меньше исходной молярной концентрации эквивалентных частиц.

[Н⁺] =

 

Концентрация ионов гидроксида в растворах слабых оснований всегда меньше исходной молярной концентрации его эквивалентных частиц.

 

[OH־] =

 

Многоосновные кислоты и основание в водном растворе диссоциируют ступенчато. Диссоциация по каждой последующей ступени происходит в меньшей степени, чем по предыдущей. Как, правило, учитывают только первые две ступени диссоциации. Диссоциацией и образованием Н⁺ или ОН־ на последующих ступенях пренебрегают.

Буферными являются растворы, поддерживающие практически постоянное значение рН при добавлении и концентрировании в системе.

рН буферных растворов:

- сопряженной пары кислоты основание типа НА/А־ (например, СН₃СООН и СН₃СООNа):

рН = рКа + lg , где рКа = - lgКа

 

Ка – константа диссоциации слабой кислоты;

С(Аn־) – концентрация сопряженного основания, т.е. анионов;

С(НАn) – концентрация слабой кислоты.

 

- сопряженной пары основание кислота типа В/ВН⁺ (например, NН₃Н²О и NН₄Cl):

рОН = рКв + lg, где Кв = - lgКв

рН = 14 – рОН = 14 – рКв + lg

Кв – константа диссоциации слабого основания;

С(В) – концентрация сопряженной кислоты;

С(ВН⁺) – концентрация слабого основания.