Якісні методи виявлення аніону нітрату

Размещено на http://www.allbest.ru/

Якісні методи виявлення аніону нітрату

Азотна кислота і реакції нітрат-іонів NO₃

Чиста азотна кислота являє собою безбарвну рідину, питома вага якої при температурі 20°С дорівнює 1,54. При температурі, нижчій -41° С, вона перетворюється в білі кристали. При плавленні азотна кислота частково розкладається на воду і N₂O₃. Температура кипіння азотної кислоти 86° С. При кипінні виділяється ангідрид, який розкладається на двоокис азоту NО₂ (забарвлює пари в бурий колір) і кисень.

Азотна кислота є сильною кислотою. У водних розчинах вона повністю дисоціює на іони. Азотна кислота - сильний окислювач, тому її широко використовують в аналізі для переведення в розчин сполук, що потребують окислення: сульфідів, різних сплавів і металів. Концентрована азотна кислота відновлюється при окисленні різних сполук до NО₂, розведена - до NО. При дії сильних відновників (цинк, алюміній тощо); азотна кислота може відновлюватись до вільного азоту N₂ або до аміаку N₃.

Солі азотної кислоти називаються нітратами.

Усі нітрати добре розчиняються у воді, за винятком основних солей - вісмуту і ртуті, а також нітратів деяких органічних основ.

Реакції нітрат-іонів

Металічна мідь при дії на нітрати у сірчанокислому середовищі виділяє бурі окисли азоту:

2NO₃^- + 3Cu + 8H⁺ > 3Cu²⁺ +2NO^ + 4H₂O

Окис азоту, що виділяється, під впливом кисню повітря перетворюється в бурий двоокис азоту:

2NО + О₂ (повітря) > 2NO₂

Солі заліза (II) відновлюють нітрат до окису азоту:

3Fe²⁺ + NO₃^- + 4H⁺ > 3Fe³⁺ + NO^ +2H₂O

Окис азоту утворює нестійку комплексну сполуку із залізом (II) [Fe(NO)]²⁺ яка забарвлює розчин у темно-коричневий колір:

Fe²⁺ + NO > [Fe(NO)]²⁺

Дифеніламін у сильнокислому середовищі взаємодіє з нітрат-іонами (та іншими окиснювачами), утворюючи сполуку синього кольору, яка при дальшому окисленні переходить у сполуку білого кольору. Цю реакцію треба викопувати так. Спочатку приготовляють розчин дифеніламіну: 0,5 г реактиву розчиняють у суміші з 20 мл дистильованої води і 100 мл концентрованої сірчаної кислоти. У пробірку (по стінках її) вливають кілька краплин досліджуваного розчину. Потім краплинами БІР етінках пробірки) добавляють розчин дифеніламіну. На стінках пробірки і в розчині утворюється сполука синього кольору, яка свідчить про наявність нітрат-іонів (або інших окислювачів). При збовтуванні розчину синє забарвлення зникає, бо відбувається дальше окислення дифеніламіну.

Алюміній, магній, цинк, сплав Деварда в лужному розчині відновлюють нітрат-іон до аміаку:

3NO₃^- + 8Al + 5OH^- + 2H₂O > 8AlO₂^- + 3NH₃^

При кип'ятінні розчину аналогічна реакція відбувається з цинком:

Аміак виявляють за запахом або за допомогою змоченого водою*. червоного лакмусового папірця, як це описано при виявленні іонів» амонію.

Ця реакція є характерною для виявлення нітрат-іонів у присутності хлорат-іонів.

Нітрон (дифеніл-ендоаніло-дигідротриазол-1, 2, 4)

Взаємодіє з нітрат-іонами в оцтовокислому середовищі, при цьому утворюється білий осад нітрату нітрону.

Азотиста кислота і реакції нітрит-іонів NO₂

Чиста азотиста кислота у вільному стані не існує. Діючи на азотистий ангідрид льодяною водою, дістають синьо-зелену рідину, яка містить азотисту й азотну кислоти, тому що N₂О₃, сполучаючись з водою, утворює азотну і азотисту кислоти, а також окис азоту:

З підвищенням температури азотиста кислота переходить в азотну:

Азотиста кислота являє собою одноосновну кислоту проміжної сили Константа її дисоціації К = 4•10^-4.

Солі азотистої кислоти називаються нітритами. Усі нітрити добре розчиняються у воді, за винятком нітриту срібла, який порівняно погано розчиняється. Але при нагріванні розчинність нітриту срібла різко збільшується.

Азотиста кислота може бути окислювачем або відновником залежить від того, з якою речовиною вона взаємодіє.

Реакції нітрит-іонів

Розведена сірчана кислота розкладає всі нітрити на холоді. При розкладанні виділяється бура пара (цим нітрити відрізняються від нітратів):

Нітрат срібла осаджує з помірно концентрованих розчинів нітрит срібла у вигляді білих тонких кристалічних голочок:

Розчинність нітриту срібла - 1 г в 300 г. води; при нагріванні його розчинність різко збільшується.

Хлористий амоній взаємодіє з нітритом при кипінні суміші в розведений оцтовій кислоті; при цьому виділяється азот:

Ця реакція використовується для видалення нітриту в присутності нітрату.

Алюміній у лужному середовищі відновлює азотисту кислоту до аміаку (аналогічно взаємодіють і нітрати):

Йодид калію в присутності розведеної кислоти окислюється нітритами до вільного йоду (цим нітрит відрізняється від нітрату):

Перманганат калію в кислому середовищі окислює нітрит до нітрату:

Кобальтові солі в оцтовокислому середовищі утворюють гексанітро-кобальтіат, який осаджує іони калію у вигляді жовтого осаду:

Якісні методи виявлення аніону ацетату

Оцтова кислота р і реакції ацетат-іонів СН₃СОО^-.

Безводна оцтова кислота, яка називається також льодяною оцтовою кислотою, твердне при температурі, нижчій від 416,6С, і набуває вигляду безбарвних блискучих пластинок. Кислота має своєрідний гострий запах. Температура кипіння її 118°С. Оцтова кислота змішується з водою, спиртом і ефіром у будь-яких співвідношеннях.

Оцтова кислота є одноосновною слабкою кислотою. При температурі 18°С її константа дисоціації К = 1,75 • 10^-5.

Солі оцтової кислоти називаються ацетатами.

Усі ацетати добре розчиняються у воді, за винятком ацетатів срібла, і ртуті (І), які порівняно погано розчиняються.

Реакції ацетат-іонів

Розведена сірчана кислота виділяє оцтову кислоту, яку легко розпізнати за запахом.

Концентрована сірчана кислота також виділяє оцтову кислоту з її солей. Якщо до розчину добавити невелику кількість спирту і суміш - підігріти, то утворюється оцтово-етиловий ефір, який розпізнають за фруктовим запахом:

Нітрат срібла утворює в помірно концентрованих розчинах ацетатів білий кристалічний осад ацетату срібла:

Розчинність ацетату срібла - 1,04 г. у 100 г. води при температурі 20°С і 2,52 г. - при 80°С.

Нітрат ртуті (І) осаджує з помірно концентрованих розчинів білий осад ацетату ртуті (І):

Розчинність ацетату ртуті - 0,75 г. у 100 г. води при температурі 15°С

З підвищенням температури розчинність збільшується. Ацетат ртуті (І) також розчиняється в надлишку нітрату ртуті (І).

Окис свинцю розчиняється при нагріванні в розведеній оцтовій кислоті:

При дії надлишку окису свинцю утворюється основний ацетат свинцю, який має лужну реакцію:

При охолодженні розчину кристали не утворюються.

Хлорне залізо з нейтральними розчинами оцтовокислих солей утворює основний ацетат заліза, що має темно-червоний колір і випадає в осад при нагріванні.

Методи кількісного аналізу та його виконання

Визначення нітритів

Нітрити в кислих розчинах проявляють значні окислювальні властивості. Азотиста кислота здатна окислювати йодиди, сульфіди, сульфіти та деякі метали і відновлюватись при цьому до окису азоту NO або до аміаку. Але проміжна валентність азоту в нітритах зумовлює також відновні властивості цих сполук; такі сильні окислювачі, як перманганат, біхромат і деякі інші, окислюють нітрити і переводять їх у нітрати, причому валентність азоту збільшується від 3 до 5. Реакція окислення нітритів перманганатом калію лежить в основі методу кількісного визначення цих солей. Взаємодія відбувається за таким рівнянням:

або у молекулярному вигляді:

 (1)

З рівняння видно, що грам-еквівалент нітриту натрію в цій реакції дорівнює половині молекулярної ваги, тому що кожний іон нітриту віддає при окисленні два електрони. З рівняння також видно, що окислення нітритів перманганатом потребує присутності в розчині вільної кислоти. Але сильні кислоти витискують з нітритів слабкішу азотисту кислоту:

(2)

Азотиста кислота - нестійка сполука, яка досить легко розкладається, виділяючи окисли азоту, що виходять у повітря:

(3)

Отже, побічні реакції виділення азотистої кислоти та її розкладання; за наведеними вище рівняннями є причиною того, що пряме титрування підкислених розчинів нітритів перманганатом не дає правильних результатів. Тому тут застосовується інша техніка визначення. До відміряної кількості робочого розчину перманганату добавляють розведену сірчану кислоту, суміш нагрівають і доливають до неї нейтральний розчин нітриту з таким розрахунком, щоб після повного окислення останнього в розчині залишився ще певний надлишок КМnO₄. При цих умовах окисли азоту не виділяються в повітря, бо в розчині весь час є великий надлишок перманганату, який повністю окислює азотисту кислоту за рівнянням (1). Далі треба визначити надлишок введеного в розчин перманганату. Це можна зробити, користуючись робочим розчином щавлевої кислоти, яка реагує з перманганатом за рівнянням:

 (4)

кислота нітрат ацетат розчин

Але пряме титрування перманганату щавлевою кислотою також неможна застосувати, тому що в цьому випадку реакція проходить повільно з утворенням проміжних сполук - окислів марганцю різного складу, які виділяються у вигляді осаду і утруднюють спостереження точки, еквівалентності. Тому надлишок перманганату відновлюють, добавляючи до розчину відразу значну кількість розчину щавлевої кислоти, щоб після відновлення всього перманганату в ньому ще залишалась певна кількість щавлевої кислоти. Нарешті, надлишок щавлевої кислоти окислюють при титруванні розчином перманганату.

Результати аналізу обчислюють так. Припустимо, що для визначення було відміряно 50 мл 0,1 н. розчину перманганату. Нехай після повного окислення введеного нітриту до розчину додали 35 мл 0,1 н. розчину щавлевої кислоти, а на титрування її надлишку було витрачено ще 4,8 мл 0,1 н. розчину перманганату. Отже, усього було взято 54,8 мл 0,1 н. розчину КМnO₄ або 5,48 мл 1 н. розчину. Частину цього перманганату було витрачено на окислення щавлевої кислоти; для цього треба було затратити 3,5 мл 1 н. розчину КМnO₄, тому що було додано 35 мл 0,1 н. розчину Н₂С₂О₄. Отже, на окислення нітриту пішло 5,48 - 3,50 = 1,98 мл 1 н. розчину КМnO₄. За загальним правилом, щоб знайти кількість нітриту, треба об'єм 1 н. розчину перманганату помножити на одну тисячну частину грам-еквівалента нітриту: 1,98 • 0,0345.

У загальному вигляді формула для обчислення результатів аналізу матиме такий вигляд:

Хід визначення

У конічну колбу на 200-250 мл вливають 50 мл 0,1 н. розчину перманганату калію, доливають 15-20 мл розведеного розчину сірчаної кислоти (1:4), нагрівають суміш до 35-40° С і добавляють розчин нітриту, після чого суміш витримують при зазначеній температурі 15-20 хв, час від часу збовтуючи її в колбі. Потім розчин нагрівають до 70-80° С і добавляють 25 або 30 мл 0,1 н. розчину щавлевої кислоти; червонувато-фіолетовий колір перманганату повинен при цьому зникнути. Якщо розчин залишається забарвленим, додають ще деяку кількість щавлевої кислоти. Безбарвний розчин титрують 0,1 н. розчином перманганату до появи рожевого забарвлення. Кількість нітриту знаходять за наведеною вище формулою.

Використана література

1. Гайдукевич О.М. та ін. Аналітична хімія, Харків, Основа, 2000 р.

2. Жаровський Ф.Г. та ін. Аналітична хімія, Київ, Вища школа, 1982 р.

3. Цитович І.К. Курс аналітичної хімії, М. Вища школа, 1977 р.

4. Борсукова З.А. Аналітична хімія, М. Вища школа, 1990 р.

5. Копілевич В.А. та ін. Аналітична хімія, Київ, 2003 р.

6. Харитонов Ю.Я. Аналітична хімія (аналітика). Книга 2. - М.: Вища школа, 2003.

7. Харитонов Ю.Я. Аналітична хімія (аналітика). Книга 1. - М.: Вища школа, 2003.

8. Шарло Г. Методи аналітичної хімії. Кількісний аналіз неорганічних сполук. Частина друга. - М.: Хімія, 1969.

9. Сегеда А.С. Аналітична хімія. Якісний і кількісний аналіз, ЦУЛ, 2003 р.

10. Сегеда А.С. Аналітична хімія. Якісний аналіз, ЦУЛ, 2002 р.

Размещено на Allbest.ru