Laboratorní cvičení z lékařské chemie I

Transkript

1 Laboratorní cvičení z lékařské chemie I 1. ročník, všeobecné lékařství Lékařská fakulta v Plzni Univerzita Karlova v Praze Jméno: Potvrzení o účasti na praktikách Studijní skupina: Datum: (razítko, podpis) Hodnocení vlastní práce v laboratoři Hodnocení zpracování protokolu (podpis asistenta) (podpis asistenta) Protokol odevzdán dne: Protokol uznán vrácen k přepracování

2 Program 3 pracoviště (skupiny úloh) na zvládnutí úloh na každém pracovišti je vymezen čas 45 minut a) Reakce anorganických sloučenin - reakce iontů Ag + se zředěným roztokem HCl - reakce iontů Fe 3+ s roztokem hexakyanoželeznatanu draselného - reakce iontů Cu 2+ s amoniakem - reakce iontů Ca 2+ s kyselinou šťavelovou - reakce uhličitanů se zředěným roztokem HCl Kvalitativní analýza kationtů a aniontů - modelový důkaz kationtu Ni 2+ - modelový důkaz aniontu SO 4 - identifikace kationtu a aniontu v neznámém vzorku b) Alkalimetrie - standardizace titračního roztoku NaOH - stanovení koncentrace CH 3 COOH c) Chelatometrie - stanovení koncentrace Mg 2+ v minerální vodě Manganometrie - stanovení koncentrace H 2 O 2 ve vzorku desinfekčního roztoku USPOŘÁDÁNÍ PRACOVNÍCH MÍST Pro práci v laboratoři je nutný laboratorní plášť! Po dokončení práce po sobě ukliďte pracovní místo (uveďte do původního stavu)! Před odchodem z praktikárny požádejte laborantku o razítko a svého asistenta o podpis!

3 a) Reakce anorganických sloučenin Úkoly: Vyzkoušejte si vybrané reakce anorganických sloučenin. Máte možnost vyzkoušet si modelově důkaz kationtu Ni 2+ a aniontu SO 4. V neznámém vzorku určete přítomný kationt a aniont. Na stole je stojánek s čistými zkumavkami a stojánek prázdný, ve kterém stojí jen 4 zkumavky s roztoky, se kterými budete pracovat při analýze kationtů a aniontů (zkumavka s roztokem Ni 2+, zkumavka s roztokem SO 4 a 2 zkumavky s neznámým roztokem označené číslem). Prázdný stojánek budete používat pro odkládání zkumavek po provedení experimentu. Po dokončení práce vezmete stojánek se zkumavkami, které jste použili, a obsah vylijete dle pokynů laborantek. Prázdné použité zkumavky odložíte na místo k tomu určené. Stojánek s čistými zkumavkami doplníte novými tak, aby vše bylo připravené jako před začátkem práce. A. Reakce anorganických sloučenin Pro každou z následujících úloh budete potřebovat 1 čistou zkumavku. Nezáleží na přesném odměřování objemů, ze zásobních lahví budete roztoky odlévat přímo do zkumavek v přiměřeném malém množství (asi 1 ml, tj. cca 1 cm výšky sloupce roztoku ve zkumavce). 1. Reakce iontů Ag + se zředěným roztokem HCl Do zkumavky opatrně odlijte asi 1 ml roztoku s ionty Ag +. POZOR: při kontaminaci kůže ionty Ag + vznikají těžko odstranitelné černé skvrny (! rizikové je nejen polití roztokem, ale i dotýkání se špinavého skla! ) K roztoku ve zkumavce přilijte asi 1 ml zředěného roztoku HCl a pozorujte probíhající reakci. Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklé sraženiny 2. Reakce iontů Fe 3+ s roztokem hexakyanoželeznatanu draselného Hexakyanoželeznatan draselný vzorec: Do zkumavky odlijte asi 1 ml roztoku s ionty Fe 3+. Barva roztoku obsahujícího Fe 3+ ionty: K roztoku ve zkumavce přidejte asi 1 ml roztoku hexakyanoželeznatanu draselného. Pozorujte probíhající reakci. Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklého roztoku Jaký je tradiční název pro intenzivní barvu vzniklou reakcí Fe 3+ iontů s hexakyanoželeznatany? I a 1

4 3. Reakce iontů Cu 2+ s amoniakem Do zkumavky odlijte asi 1 ml roztoku s ionty Cu 2+. Barva roztoku obsahujícího Cu 2+ ionty: K roztoku ve zkumavce přidejte asi 1 ml zředěného roztoku amoniaku. Pozorujte probíhající reakci. Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklého roztoku 4. Reakce iontů Ca 2+ s kyselinou šťavelovou Volné ionty Ca 2+ plní v tělních tekutinách mnoho funkcí. Důležitou roli hrají i při srážení krve (hemokoagulaci). Vyvázáním Ca 2+ lze in vitro zabránit srážení krve, což má význam v klinické medicíně, pokud po odběru krve potřebujeme, aby krev zůstala nesražená. Ionty Ca 2+ je možné z roztoku odstranit (vyvázat) pomocí organických kyselin obsahujících více karboxylových skupin. Jako příklad takových látek uveďme kyselinu šťavelovou nebo kyselinu citrónovou kyselina šťavelová (oxalová) - vzorec kyselina citrónová - vzorec Vyzkoušejte si reakci Ca 2+ iontů s kyselinou šťavelovou. Do zkumavky odlijte asi 1 ml roztoku Ca 2+. K roztoku ve zkumavce přidejte asi 1 ml roztoku kyseliny šťavelové. Pozorujte probíhající reakci. Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklé sraženiny 5. Reakce uhličitanů se zředěným roztokem HCl Do zkumavky odlijte asi 1 ml roztoku uhličitanu sodného. K roztoku ve zkumavce přidejte asi 1 ml zředěného roztoku HCl. Pozorujte probíhající reakci. Rovnice reakce Plyn, který se uvolňuje I a 2

5 B. Kvalitativní analýza kationtů a aniontů V našich cvičeních se budou reakce provádět ve vodném prostředí, kde většina rozpustných anorganických sloučenin disociuje na ionty. vodný roztok chloridu sodného jaké ionty jsou zde přítomny: V analyzovaném vzorku se dokazují nejdříve přítomné kationty, pak anionty. Analýza se provádí podle určitého systému, který je založen převážně na srážecích reakcích. K tomu jsou vybrána určitá srážecí činidla, jejichž pořadí musí být dodrženo. Podle výsledku reakcí se rozdělují ionty do skupin. Ve skupinách se pak dokazují jednotlivé ionty pomocí tzv. specifických nebo selektivních reakcí. V našich cvičeních budete pracovat pouze s roztoky, kde je rozpuštěna jen jedna "jednoduchá" anorganická sloučenina, jinými slovy pouze jeden z kationtů a jeden z aniontů. Tato informace velice zjednodušuje analýzu. Jakmile identifikujete kationt, nemusíte dále v analýze pokračovat, žádný jiný kationt nebude přítomný. Podobně u aniontu. V reálných vzorcích může jít často o směs několika látek, analýza je pak obtížnější. Klasické dělení kationtů - sirovodíkový systém Nejdříve se kationty rozdělí do pěti skupin podle výsledku skupinových reakcí. K tomu použijete srážecí skupinová činidla. Je zcela nezbytné postupovat systematicky - začít testovat přítomnost kationtů I. skupiny. V případě pozitivního výsledku víte, že v roztoku je třeba hledat některý z kationtů I. skupiny. Negativní výsledek tuto skupinu vylučuje. Teprve po vyloučení I. skupiny je možné začít testovat vzorek na přítomnost kationtů II. skupiny, atd. Nejčastější příčinou neúspěchu při analýze neznámého vzorku je nepochopení základního principu, na kterém je systém dělení kationtů založen. Zkoušet skupinovou reakcí přítomnost kationtu vyšší skupiny je možné teprve až po vyloučení přítomnosti kationtů všech předchozích skupin! Kationt I. skupiny může poskytovat pozitivní reakce se skupinovými činidly vyšších skupin! Reakce se skupinovými činidly je třeba zkoušet v uvedeném pořadí, tj. od I. skupiny ke skupinám vyšším. Jakmile vyjde skupinová reakce pozitivní, máte okruh možných kationtů značně zúžený jen na kationty této analytické skupiny. Se skupinovými reakcemi pro vyšší skupiny dále nepokračujete. I. skupina - skupina nerozpustných chloridů Ag + Pb 2+ Skupinové činidlo: zředěný roztok HCl Ke vzorku přidáte zředěný roztok HCl. Vznik sraženiny znamená přítomnost některého z kationtů této skupiny. Nevznikne-li sraženina, tuto skupinu vylučujete a je třeba pokračovat s testem přítomnosti kationtů II. skupiny. AgCl PbCl 2 bílá sraženina bílá sraženina Oba z kationtů, jak Ag +, tak Pb 2+, dávají bílou sraženinu chloridů. Jak od sebe tyto kationty poznáte? 1. možnost Chlorid stříbrný je rozpustný v amoniaku, chlorid olovnatý je v amoniaku nerozpustný. Provedení zkoušky: do zkumavky ke sraženině přidáte dostatek zředěného amoniaku (asi dvojnásobný objem než máte ve zkumavce se sraženinou) a dobře protřepete. Pokud sraženina zmizí, jedná se o sraženinu AgCl, a tudíž dokazovaným kationtem je Ag +. V opačném případě je dokazovaným kationtem Pb možnost Ag + a Pb 2+ tvoří výrazně odlišně barevné sraženiny chromanů. I a 3

6 Ag 2 CrO 4 PbCrO 4 červenohnědá sraženina žlutá sraženina Provedení zkoušky: původní roztok vzorku si odlijete do zkumavky a přidáte roztok činidla (K 2 CrO 4 ) II. skupina - skupina sulfidů srážejících se z kyselého prostředí Tato skupina má dvě podskupiny: II. A Hg 2+ Cu 2+ Cd 2+ II. B As 3+ Sb 3+ Sn 2+ Skupinové činidlo: zředěný roztok HCl a sirovodíková voda Vzorek okyselíte přidáním zředěného roztoku HCl (s výhodou můžete využít toho, že toto už jste vlastně udělali při zkoušení přítomnosti kationtů I. skupiny a takto připravenou zkumavku už vlastně máte v ruce). V digestoři přidáte z dávkovače sirovodíkovou vodu. Vznik sraženiny znamená přítomnost některého z kationtů této skupiny. II.A skupina HgS černá sraženina CuS černá sraženina CdS žlutá sraženina II.B skupina As 2 S 3 žlutá sraženina Sb 2 S 3 oranžová sraženina SnS špinavě hnědá sraženina Odlišení podskupin Sraženiny sulfidů kationtů II.A skupiny jsou nerozpustné v polysulfidu amonném (NH 4 ) 2 S x. Sraženiny sulfidů kationtů II.B skupiny jsou rozpustné v polysulfidu amonném (NH 4 ) 2 S x. Zkoušku rozpustnosti sraženiny provedete v digestoři, kde je připravena láhev s (NH 4 ) 2 S x. Zvlášť pečlivě je třeba provést tuto zkoušku v případě žluté sraženiny (jediné odlišení mezi Cd 2+ a As 3+ ). Použitou zkumavku nevynášejte ven z digestoře! Po provedení experimentu vylijte obsah zkumavky do odpadní nádoby uvnitř digestoře a zkumavku zanechte v nádobě připravené v digestoři. Ionty v podskupinách odlišíte podle barvy sraženin sulfidů. Ionty Hg 2+ a Cu 2+ rozlišíte podle barvy původního roztoku. Ionty rtuťnaté jsou v roztocích bezbarvé. Ionty měďnaté tvoří modré komplexy [Cu(H 2 O) 4 ] 2+. Zbarvení je možno prohloubit amoniakem. III. A skupina skupina nerozpustných hydroxidů Fe 3+ Cr 3+ Al 3+ Skupinové činidlo: roztok NH 4 Cl a zředěný amoniak Při srážení nesmí být překročeno ph 9, proto je nutná přítomnost NH 4 Cl. Pokud by se tyto ionty srážely samotným amoniakem nebo přímo roztokem NaOH, mohl by se Cr(OH) 3 rozpustit na chromitan a podobně Al(OH) 3 na hlinitan. Ke vzorku ve zkumavce přidejte nejprve roztok NH 4 Cl a pak teprve zředěný amoniak. Vznik sraženiny znamená přítomnost některého z kationtů této skupiny. Fe(OH) 3 Cr(OH) 3 Al(OH) 3 hnědá sraženina šedozelená sraženina bílá sraženina K rozlišení iontů v této skupině může přispět i zbarvení původních roztoků. Ionty Fe 3+ jsou v roztoku žluté, ionty Cr 3+ jsou lahvově zelené a ionty Al 3+ bezbarvé. Přítomnost iontů Fe 3+ lze potvrdit dalšími dvěma výraznými reakcemi. Použije se původní roztok, k němuž se přidá buď thiokyanatan amonný (vyvine se intenzivně červené zbarvení) nebo roztok hexakyanoželeznatanu draselného (vyvine se sytě modré zbarvení, tzv. berlínská modř ). I a 4

7 [Fe(SCN)] 2+ {Fe[Fe(CN) 6 ]} - červený roztok modrý roztok III. B skupina skupina sulfidů srážejících se z alkalického prostředí Fe 2+ Co 2+ Ni 2+ Zn 2+ Skupinové činidlo: zředěný amoniak a roztok (NH 4 ) 2 S Ionty III.B skupiny se srážejí jako sulfidy nerozpustné v alkalickém prostředí. Proto musíte přidat nejprve několik kapek amoniaku a poté vlastní srážecí činidlo sulfid amonný (pracujte v digestoři). Vznik sraženiny znamená přítomnost některého z kationtů této skupiny. FeS CoS NiS ZnS černá sraženina černá sraženina černá sraženina bílá sraženina Použitou zkumavku nevynášejte ven z digestoře! Po provedení experimentu vylijte obsah zkumavky do odpadní nádoby uvnitř digestoře a zkumavku zanechte v nádobě připravené v digestoři. Bez problémů byste měli určit ionty Zn 2+, které tvoří bílý sulfid a navíc jsou (na rozdíl od ostatních iontů ve skupině) v původním roztoku bezbarvé. Vzhled dalších tří sulfidů je podobný, proto musíte zkoumat dál. Ionty Fe 2+ tvoří světle zelené roztoky a dávají výraznou barevnou reakci s hexakyanoželezitanem draselným (modrý komplex berlínské modři ). {Fe[Fe(CN) 6 ]} - Ionty Co 2+ jsou v hydratované formě růžové. modrý roztok Ionty Ni 2+ lze snadno identifikovat, neboť jejich vodné roztoky jsou jasně zelené. Přidáním několika kapek amoniaku původní roztok zmodrá. [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ modrý roztok IV. skupina - skupina nerozpustných uhličitanů Ba 2+ Sr 2+ Ca 2+ Mg 2+ Skupinové činidlo: zředěný amoniak a roztok (NH 4 ) 2 CO 3 Ke vzorku ve zkumavce přidejte nejprve trochu amoniaku a pak roztok (NH 4 ) 2 CO 3. Vznik sraženiny znamená přítomnost některého z kationtů této skupiny. Chování iontů IV. skupiny je velmi podobné a to činí při jejich důkazu jisté potíže. Všechny čtyři kationty dávají bílé, špatně rozpustné uhličitany. Ionty Ba 2+, Sr 2+ a Ca 2+ se srážejí ihned, ionty Mg 2+ až po povaření. BaCO 3 SrCO 3 CaCO 3 MgCO 3 bílá sraženina bílá sraženina bílá sraženina bílá sraženina (po povaření) Při rozlišování těchto kationtů budete postupovat dále takto: Nejdříve dokážete (nebo vyloučíte) ionty Ca 2+. K původnímu roztoku přidáte roztok kyseliny šťavelové. V přítomnosti vápenatých iontů se vytvoří bílá sraženina šťavelanu vápenatého. Ostatní ionty nereagují. (COO) 2 Ca bílá sraženina Rozlišení iontů Ba 2+ a Sr 2+ provedete plamennou zkouškou. V praktikárně je připraveno pracovní místo s laboratorním kahanem. Platinovou kličku vyžíháte a ještě horkou ponoříte do zkoumaného roztoku. Pak kličku vložíte do oblasti na rozhraní svítivého a nesvítivého plamene kahanu a sledujete, zda se objeví záblesk zbarvení. Ionty barnaté barví plamen zeleně, strontnaté karmínově. I a 5

8 V. skupina - skupina iontů alkalických kovů a iontů amonných Li + Na + K + NH 4 + Skupinové činidlo: (nesrážejí se žádným skupinovým činidlem) O páté skupině kationtů uvažujete po vyloučení všech předchozích skupin. Důkaz kationtů V. skupiny je nejobtížnější. Rozlišení iontů Li +, Na + a K + provedete plamennou zkouškou. Ionty Li + barví nesvítivý plamen karmínově (pozor - možnost záměny s Sr 2+ ). Ionty Na + barví plamen žlutě a ionty K + fialově. Ionty NH + 4 prokážete Nesslerovým činidlem (alkalický roztok tetrajodortuťnatanu rtuťnatého Hg[HgI 4 ]). Reakce je velmi citlivá, reagují i velmi zředěné roztoky. K 1 ml vzorku přidáte 1 ml zředěného roztoku NaOH a několik kapek činidla. Pozorujete vznik hnědé sraženiny, u velmi zředěných roztoků vznik žlutého zbarvení. Přehled reakcí kationtů Skupina Činidlo Kationt Sraženina (barva) Původní roztok Poznámka I HCl Ag + AgCl (bílá) bezbarvý červenohnědý Ag 2 CrO 4 Pb 2+ PbCl 2 (bílá) bezbarvý žlutý PbCrO 4 II.A II.B HCl + H 2 S Hg 2+ HgS (černá) bezbarvý Cu 2+ CuS (černá) světle modrý Cd 2+ CdS (žlutá) bezbarvý As 3+ As 2 S 3 (žlutá) bezbarvý Sb 3+ Sb 2 S 3 (oranžová) bezbarvý Sn 2+ SnS (špinavě hnědá) bezbarvý sraženiny sulfidů nerozpustné v polysulfidu amonném sraženiny sulfidů rozpustné v polysulfidu amonném III.A III.B IV NH 4 Cl + NH 3 NH 3 + (NH 4 ) 2 S NH 3 + (NH 4 ) 2 CO 3 Fe 3+ Fe(OH) 3 (hnědá) žlutý reakce s [Fe(CN) 6 ] 4-, SCN - Cr 3+ Cr(OH) 3 (šedozelená) lahvově zelený Al 3+ Al(OH) 3 (bílá gelovitá) bezbarvý Fe 2+ FeS (černá) žlutý reakce s [Fe(CN) 6 ] 3- Co 2+ CoS (černá) růžový Ni 2+ NiS (černá) zelený Zn 2+ ZnS (bílá) bezbarvý Ba 2+ BaCO 3 (bílá) bezbarvý plamen zelený Sr 2+ SrCO 3 (bílá) bezbarvý plamen karmínový Ca 2+ CaCO 3 (bílá) bezbarvý reakce s kys. šťavelovou Mg 2+ MgCO 3 (bílá) po povaření bezbarvý Li + bezbarvý plamen karmínový V Na + bezbarvý plamen žlutý K + bezbarvý plamen fialový NH 4 + bezbarvý Nesslerovo činidlo I a 6

9 Dělení aniontů Při důkazu přítomných aniontů se postupuje opět systematicky. Rozdělení do skupin provedete na základě výsledků srážecích reakcí se dvěma činidly: AgNO 3 a Ba(NO 3 ) 2. Strategie je velmi odlišná od postupu při dělení kationtů. Při analýze aniontů se postupuje následovně: Je třeba si odlít analyzovaný vzorek do dvou zkumavek, do jedné se přidá roztok Ag +, do druhé z nich roztok Ba 2+, podle výsledku reakcí (případně ještě testů rozpustnosti vzniklé sraženiny) zařadíme aniont přímo do skupiny. I. skupina SO 4 reakce: Ag + nereaguje Ba 2+ bílá sraženina Výsledek můžete potvrdit ještě reakcí s ionty Pb 2+, které tvoří bílou sraženinu PbSO 4. II. skupina PO 4 3- CrO 4 OH - reakce: Ag + výrazně barevná sraženina Ba 2+ bílá nebo žlutá sraženina Uvedené anionty dávají výrazně zbarvené, ve vodě nerozpustné stříbrné soli. Sráží se žlutý Ag 3 PO 4, červenohnědý Ag 2 CrO 4 a tmavě hnědý AgOH, který se ihned přeměňuje na Ag 2 O. Odpovídající barnaté soli jsou bílé nebo žluté. III. skupina SO 3 CO 3 reakce: Ag + bílá sraženina Ba 2+ bílá sraženina V této skupině vznikají vesměs bílé sraženiny s oběma skupinovými činidly, pouze sraženina Ag 2 CO 3 je špinavě žlutá. Sraženiny stříbrných solí se snadno rozpouštějí ve zředěné HNO 3 i v amoniaku. Výsledek skupinových reakcí nedává možnost oba anionty spolehlivě rozlišit, proto musíte provést ještě další zkoušku. Je založena na tom, že siřičitany mají na rozdíl od uhličitanů redukční vlastnosti. Důkaz provedete s roztokem jodu. Bude-li se redukovat (a odbarvovat přeměnou na bezbarvý jodid), je přítomen siřičitan. Uhličitan jod neodbarví. Zkoušku provedete tak, že do zkumavky dáte asi 1 ml vzorku, po kapkách budete přidávat roztok jodu a sledovat jeho chování ve zkumavce. IV. skupina NO 2 - S reakce: Ag + bílá nebo černá sraženina Ba 2+ nereaguje Sulfidy určíte snadno podle černé, prakticky nerozpustné sraženiny Ag 2 S. U dusitanů musíte být pozornější, protože podobné bílé sraženiny se ještě vyskytují u dalších aniontů z V. A a V. B skupiny. Rozhodující je, že sraženina AgNO 2 je rozpustná ve zředěné kyselině dusičné. V.A skupina Cl - [Fe(CN) 6 ] 3- reakce: Ag + bílá nebo hnědá sraženina (nerozpustná v HNO 3, rozpustná v amoniaku) Ba 2+ nereaguje V této skupině byste měli bezpečně určit hexakyanoželezitany. Původní roztok je světle žlutý, sraženina stříbrné soli je hnědá. Při jakékoliv pochybnosti máte ještě možnost využít k celkem jednoznačnému důkazu reakci s ionty Fe 2+ (tvorba berlínské modři ). Bílou sraženinu AgCl můžete snadno zaměnit. Důležité je, že je nerozpustná ve zředěné HNO 3, ale rozpustná v amoniaku. I a 7

10 V.B skupina Br - I - SCN - [Fe(CN) 6 ] 4- reakce: Ag + bílá nebo žlutá sraženina (nerozpustná v HNO 3, nerozpustná v amoniaku) Ba 2+ nereaguje V této poměrně početné skupině na sebe upozorní především hexakyanoželeznatany, protože jejich roztok je světle žlutý. Dále si lze povšimnout lehce nažloutlého zbarvení AgI. Rozlišení aniontů této skupiny Celkem snadno rozlišíte uvedené anionty po přidání roztoku FeCl 3. Bromidy nereagují, jodidy se oxidují na jod (vzorek ve zkumavce zhnědne), thiokyanatany dávají sytě červený roztok [Fe(SCN)] 2+ a hexakyanoželeznatany vytvoří tmavě modrou berlínskou modř. VI. skupina NO 3 - reakce: Ag + nereaguje Ba 2+ nereaguje MnO 4 - K rozlišení uvedených dvou aniontů postačí zbarvení původního roztoku. Dusičnany jsou bezbarvé, manganistany výrazně červenofialové. Přehled reakcí aniontů Skupina Aniont Barva a rozpustnost sraženiny vzniklé reakcí s Poznámka AgNO 3 Ba(NO 3 ) 2 I SO 4 bílá s Pb 2+ bílá sraženina PbSO 4 PO 4 3- žlutá bílá II CrO 4 červenohnědá žlutá s Pb 2+ žlutá sraženina PbCrO 4 OH - hnědá bílá III IV SO 3 CO 3 - NO 2 S bílá bílá redukuje jód na jodidy bílá bílá bílá rozpustná v HNO 3 černá V.A V.B Cl - nerozpustná bílá v HNO 3 [Fe(CN) 6 ] 3- hnědá rozpustná v NH 3 s Fe 2+ vzniká "berlínská modř" Br - bílá s Fe 3+ nereaguje I - nerozpustná světle žlutá v HNO s Fe 3+ 3 vzniká žlutohnědý I 2 SCN - bílá nerozpustná s Fe 3+ vzniká červené zbarvení v NH 3 [Fe(CN) 6 ] 4- bílá s Fe 3+ vzniká "berlínská modř" VI NO 3 - MnO 4 - původní roztok bezbarvý původní roztok červenofialový Asi nejtěžší je rozlišit NO 2 -, Cl - a Br -. Tyto tři anionty se sráží jen jako stříbrná sůl, výsledkem je ve všech případech bílá sraženina. K rozlišení je nutno sraženinu rozdělit do dvou zkumavek a v jedné z nich vyzkoušet její rozpustnost ve zředěné kyselině dusičné, ve druhé v amoniaku (viz tabulka). I a 8

11 Modelový důkaz kationtu Ni 2+ a aniontu SO 4 Následující postup předvádí modelově aplikaci postupu identifikace iontů, jejímž výsledkem je průkaz přítomnosti kationtu Ni 2+ a aniontu SO 4. Na pracovním stole máte zkumavku označenou Ni 2+ a zkumavku označenou SO 4. Máte možnost vyzkoušet si pracovní postup na těchto vzorcích. Nemáte-li dostatek času na provedení, prioritou je identifikace neznámého vzorku! Vyplnit úkoly u tohoto modelového postupu je možné "beztrestně" i bez vlastního provedení v laboratoři. Umístění roztoků Pracovní místo: skupinová činidla pro důkaz kationtů: HCl NH 4 Cl (NH 4 ) 2 CO 3 skupinová činidla pro důkaz aniontů: AgNO 3 Ba(NO 3 ) 2 pro zkoušky rozpustnosti sraženin: roztok amoniaku (NH 3 ) roztok kyseliny dusičné (HNO 3 ) roztok FeCl 3 Digestoř: sirovodíková voda H 2 S polysulfid amonný (NH 4 ) 2 S x sulfid amonný (NH 4 ) 2 S Společný stůl s roztoky: chroman draselný (K 2 CrO 4 ) thiokyanatan amonný (NH 4 SCN) hexakyanoželeznatan draselný (K 4 [Fe(CN) 6 ]) hexakyanoželezitan draselný (K 3 [Fe(CN) 6 ]) kyselina šťavelová Nesslerovo činidlo roztok Pb 2+ roztok jódu Nic neodnášet ze společného stolu s roztoky! Co je zde, je sdíleno všemi studenty. Správný postup: Přijít se svou zkumavkou. Přidat, co se potřebuje. Zkumavku si zase odnést. Nic nevynášet ven z digestoře! Správný postup: Přijít se svou zkumavkou. Provést experiment. Zapamatovat si výsledek. Obsah zkumavky vylít v digestoři do lahve k tomu určené. Prázdnou zkumavku zanechat v digestoři. Modelový důkaz kationtu Ni 2+ Při důkazu kationtů je nutné zkoušet skupinové reakce v předepsaném pořadí (tj. začít od I. skupiny a pokračovat dál, dokud nebude reakce pozitivní). Po zařazení kationtu do skupiny už se v dalších skupinových reakcích (pro vyšší skupiny) nepokračuje! Pátrá se už jen v rámci této skupiny. Jako vzorek budete používat obsah zkumavky označené Ni 2+. Se vzorkem, který máte k dispozici, musíte šetřit. Je třeba, aby vystačil na provedení všech potřebných reakcí. V žádném případě se nesmí znehodnotit. Proto bude třeba si vždy na provedení experimentu malé množství odlít do prázdné zkumavky. 1. Činidlo pro I. skupinu kationtů: zředěný roztok HCl Do zkumavky dejte asi 1 ml neznámého vzorku (zde vzorku Ni 2+ ). Přidejte přibližně stejný objem činidla (roztok HCl). I a 9

12 V případě pozitivní reakce by vznikla sraženina nerozpustných chloridů. Negativní reakce vylučuje kationty z této skupiny. Musíme tedy pokračovat a vyzkoušet skupinovou reakci pro II. skupinu kationtů. 2. Činidlo pro II. skupinu kationtů: zředěný roztok HCl a sirovodíková voda Do zkumavky dejte asi 1 ml neznámého vzorku (zde vzorku Ni 2+ ). Přidejte malé množství zředěného roztoku HCl. S touto zkumavkou jděte k digestoři a přidejte z dávkovače sirovodíkovou vodu. Pozitivní reakci by se projevila vznikem výrazně zbarvených sraženin sulfidů. Pro kationty ze skupiny II.A jsou sraženiny sulfidů nerozpustné v polysulfidu amonném (NH 4 ) 2 S x. Pro kationty ze skupiny II.B jsou sraženiny sulfidů rozpustné v polysulfidu amonném. Negativní reakce vylučuje kationty této skupiny. Musíme tedy pokračovat a vyzkoušet skupinovou reakci pro III.A skupinu kationtů. 3. Činidlo pro III.A skupinu kationtů: roztok NH 4 Cl a zředěný amoniak Do zkumavky dejte asi 1 ml neznámého vzorku (zde vzorku Ni 2+ ). Přidejte malé množství NH 4 Cl. Při srážení nesmí být překročeno ph 9, proto je nutná přítomnost NH 4 Cl. Teprve potom přidejte roztok zředěného amoniaku. Pozitivní reakce by se projevila vznikem sraženin nerozpustných hydroxidů. Negativní reakce vylučuje kationty této skupiny. Budeme muset dále pokračovat a vyzkoušet skupinovou reakci pro III.B skupinu kationtů. 4. Činidlo pro III.B skupinu kationtů: roztok (NH 4 ) 2 S a zředěný amoniak Do zkumavky dejte asi 1 ml neznámého vzorku (zde vzorku Ni 2+ ). Přidejte malé množství zředěného roztoku amoniaku. S touto zkumavkou jděte k digestoři a přidejte sulfid amonný. Při pozitivní reakci pozorujete vznik barevné sraženiny sulfidu. Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklé sraženiny Závěr: Náš kationt patří do III.B skupiny. Může se jednat o Fe 2+, Co 2+, Ni 2+ nebo Zn 2+. Který z uvedených kationtů můžete vyloučit vzhledem k barvě sraženiny sulfidu? Nyní velmi pomůže barva analyzovaného vzorku. Barva: I a 10

13 Podle barvy původního roztoku vzorku už můžeme snadno identifikovat kationty Ni 2+. Už jen pro potvrzení můžete provést reakci s amoniakem. Do zkumavky dejte asi 1 ml původního vzorku. Přidejte roztok amoniaku. Rovnice reakce v iontové podobě Modelový důkaz aniontu SO 4 Jako vzorek budete používat obsah zkumavky označené SO 4. Také anionty se dělí do několika skupin na základě výsledků reakce se skupinovými činidly. Ta jsou pouze dvě: AgNO 3 a Ba(NO 3 ) 2. Připravte si dvě zkumavky. Do každé z nich si odlijte asi 1 ml neznámého vzorku (zde vzorku SO 4 ). Barva analyzovaného vzorku: 1. reakce s Ag + Do jedné z připravených zkumavek se vzorkem přidejte asi 1 ml roztoku AgNO reakce s Ba 2+ Do druhé z připravených zkumavek se vzorkem přidejte asi 1 ml roztoku Ba(NO 3 ) 2 Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklé sraženiny V tomto případě je vše velmi jednoduché. Zjištěná kombinace výsledků reakce s Ag + a Ba 2+ jasně ukazuje na I. skupinu aniontů, ve které je jediný aniont: SO 4. Pozitivitu výsledku můžete ještě potvrdit reakcí vzorku s ionty Pb 2+, které tvoří sraženinu PbSO 4. Rovnice reakce v iontové podobě Barva vzniklé sraženiny I a 11

14 Analýza neznámého vzorku Na stole ve stojánku máte zkumavku označenou číslem, ve které je roztok, jehož složení máte zjistit. V tomto roztoku se budete snažit prokázat jak přítomný kationt, tak přítomný aniont. Se vzorkem, který máte k dispozici, zacházejte zodpovědně. Je třeba, aby vystačil na provedení všech potřebných reakcí. V žádném případě se nesmí znehodnotit. Proto bude třeba si vždy na provedení testované reakce malé množství odlít do zkumavky. Vzorku máte dostatečné množství. Nový vzorek nedostanete! Může se stát, že buď kationt nebo aniont (ale mohly by i oba), způsobují viditelné zbarvení vzorku. Číslo vzorku: Barva analyzovaného vzorku: POZOR: Zbarvení způsobené kationtem ovlivní vzhled sraženin vznikajících při důkazu přítomného aniontu a naopak. Př.: při důkazu aniontu vznikne bílá sraženina, ale může se stát, že bude v modrém roztoku způsobeném současnou přítomností modrého kationtu! Toto je třeba brát na vědomí! Popis systematického postupu vedoucího k jednoznačné identifikaci přítomného kationtu: (popis prováděných zkoušek, jejich výsledky, rovnice reakcí v iontové podobě) Kationt Vzorec Název (slovy) Číslo skupiny kationtů Popis systematického postupu vedoucího k jednoznačné identifikaci přítomného aniontu: (popis prováděných zkoušek, jejich výsledky, rovnice reakcí v iontové podobě) Aniont Vzorec Název (slovy) Číslo skupiny aniontů Analyzovaný vzorek je roztok sloučeniny: ZÁVĚR vzorec název I a 12

15 b) Alkalimetrie Úkol: Zjistěte koncentraci kyseliny octové ve vzorku kuchyňského octa A. Standardizace titračního roztoku NaOH 1. Do titrační baňky odpipetujte (pomocí skleněné pipety a balónku) 10,0 ml standardního roztoku kyseliny šťavelové (c = 0,050 mol/l). 2. Přidejte 3 kapky indikátoru (fenolftalein). Roztok zůstává bezbarvý. 3. Byretu naplňte pomocí nálevky titračním roztokem NaOH (c ~ 0,1 mol/l). Po naplnění nálevku z byrety sejměte. Nastavte hladinu titračního roztoku v byretě na nulovou hodnotu (odečítá se poloha dolního menisku kapaliny při pohledu kolmo, tj. ne šikmo shora nebo zdola). 4. Titrační baňku je vhodné držet v pravé ruce a levou rukou ovládat kohout byrety. Za neustálého míchání pomalu přidávejte titrační roztok ke vzorku v titrační baňce. Neustále sledujte zbarvení roztoku v titrační baňce. Titraci ukončíte v ekvivalentním bodě (poznáte náhlou změnou zbarvení), roztok změní barvu na růžovou. 5. Odečtěte na byretě spotřebu. Titraci ještě jednou opakujte. Po první titraci už víte, jakou spotřebu můžete očekávat. Při opakované titraci můžete rovnou rychle přidat titrační roztok téměř až k očekávané spotřebě a pak dále pokračovat velmi pomalu a pečlivě. Je-li rozdíl obou zjištěných spotřeb větší než 0,5 ml, titraci ještě jednou zopakujte. 6. Vypočítejte přesnou koncentraci titračního roztoku. rovnice reakce: spotřeba 1 = ml spotřeba 2 = ml (spotřeba 3 = ml) Výsledky prům. spotřeba = c t = mol/l ml c t = mmol/l B. Stanovení koncentrace CH 3 COOH Máte za úkol zjistit koncentraci kyseliny octové ve vzorku kuchyňského octa. Koncentrace kyseliny octové je zde příliš vysoká, před titrací je nutné nejdříve provést ředění. 1. Z lahve octa odlijte přiměřené množství (cca 20 ml) do malé kádinky. Proč? Při další práci nebudete ničím kontaminovat celou originální lahev. 2. Z kádinky odpipetujte přesně 10,0 ml (pomocí skleněné pipety a balónku) do odměrné baňky o objemu 100 ml. 3. Destilovanou vodou (ze střičky, případně ze zásobní lahve) doplníte odměrnou baňku po rysku (tj. na objem 100 ml). 4. Odměrnou baňku uzavřete zátkou a obsah důkladně promíchejte. 5. Obsah odměrné baňky přelijte do Erlenmayerovy baňky. Proč? Hrdlo odměrné baňky je příliš úzké, byl by problém odpipetovat vzorek pro vlastní titraci. 6. Z Erlenmayerovy baňky odpipetujte 10,0 ml (pomocí skleněné pipety a balónku) do titrační baňky. I b 1

16 7. Přidejte 3 kapky indikátoru (fenolftalein) a proveďte vlastní titraci (viz návod u standardizace). Na konci titrace se roztok zbarví růžově. Titraci ještě jednou opakujte. Je-li rozdíl obou zjištěných spotřeb větší než 0,5 ml, proveďte ještě třetí titraci. 8. Vypočítejte původní koncentraci kyseliny octové v lahvi kuchyňského octa (látkovou i hmotnostní koncentraci, hmotnostní zlomek, hmotnostní procenta). POZOR! Nezapomeňte na to, že jste původní roztok před titrací ředili. M kys. octová = 60,0 g/mol počítejte s hustotou 1,0 g/cm 3 rovnice reakce: OCET výrobce: udávaná koncentrace kys. octové: % spotřeba 1 = ml spotřeba 2 = ml (spotřeba 3 = ml) průměrná spotřeba V t = ml látková koncentrace v titrovaném vzorku (zředěném): c v = mol/l ředění: Výsledky Látková koncentrace c = mol/l Hmotnostní koncentrace µ = g/l Hmotnostní zlomek Hmotnostní procenta % Porovnejte výrobcem udávanou a zjištěnou koncentraci kyseliny octové. O kolik procent vyšší/nižší koncentraci jste naměřili? I b 2

17 c) Chelatometrie Úkol: Zjistěte koncentraci Mg 2+ v minerální vodě Podstatou chelatometrie je tvorba nedisociovaných, ale ve vodě rozpustných komplexů kovových kationtů s komplexotvorným činidlem. Chelatometrická titrační činidla se označují jako chelatony. Chelaton 3 = disodná sůl kyseliny ethylendiaminotetraoctové (EDTA) EDTA - vzorec: S chelatony reagují obecně všechny vícemocné kationty kovů (Ca 2+, Mg 2+, Ni 2+, Pb 2+, Bi 3+...). V minerální vodě, se kterou budete pracovat, budeme přítomnost jiných iontů než Mg 2+ reagujících s chelatony zanedbávat. 1. Z lahve minerální vody odlijte přiměřené množství (cca 50 ml) do připravené kádinky. Proč? Při další práci nebudeme ničím kontaminovat celou lahev vody. 2. Z kádinky odpipetujte přesně 10,0 ml (pomocí skleněné pipety a balónku) do titrační baňky. 3. Upravte ph přidáním 1 ml amoniakátového pufru (najdete ho v digestoři; pozor, žíravina!). Zbarvení indikátoru je závislé na ph, přidání pufru zabrání změnám ph v průběhu titrace. 4. Přidejte práškový indikátor (eriochromová čerň T, Erio T), stačí velmi malé množství. Roztok bude zbarven slabě vínově. Pozor na předávkování indikátoru! Sytě zbarvené roztoky se hůře titrují. Po přidání indikátoru (Erio T) ke vzorku dojde k vytvoření komplexu [indikátor - Mg], který má jinou barvu než volný indikátor. V alkalickém ph způsobeném amoniakátovým pufrem je volný indikátor modrý, komplex [indikátor - Mg] vínový. 5. Byretu naplňte pomocí nálevky titračním roztokem Chelatonu 3 (c = 0,010 mol/l). Po naplnění nálevku z byrety sejměte. Nastavte hladinu titračního roztoku v byretě na nulovou hodnotu (odečítá se poloha dolního menisku kapaliny při pohledu kolmo, tj. ne šikmo shora nebo zdola). 6. Titrační baňku je vhodné držet v pravé ruce a levou rukou ovládat kohout byrety. Za neustálého míchání pomalu přidávejte titrační roztok ke vzorku v titrační baňce. Neustále sledujte zbarvení roztoku v titrační baňce. Titraci ukončíte v ekvivalentním bodě (poznáte náhlou změnou zbarvení), roztok změní barvu na blankytně modrou. V průběhu titrace přechází stanovovaný kationt do komplexu s titračním roztokem (chelatonem), v bodě ekvivalence bude titračním roztokem vyvázán právě všechen, tj. přestane být přítomen komplex [indikátor - Mg], projeví se zbarvení volného indikátoru (tj. blankytně modrá). 7. Odečtěte na byretě spotřebu. 8. Titraci ještě jednou zopakujte (tj. kroky 7). Je-li rozdíl obou zjištěných spotřeb větší než 0,5 ml, proveďte ještě třetí titraci. Ze všech naměřených spotřeb vypočítejte průměrnou hodnotu. Pokud je některé měření "na první pohled" chybné, nebudete s ním počítat. Příklad: naměřené spotřeby jsou 1,5 ml a 7,4 ml. Provedete třetí titraci a odečtete 7,2 ml. Hodnota 1,5 ml bude pravděpodobně zcela chybná, nebudete s ní počítat. Budete pracovat s průměrnou spotřebou spočítanou z hodnot 7,4 ml a 7,2 ml; průměr = 7,3 ml. I c 1

18 9. Z průměrné spotřeby vypočítejte látkovou a hmotnostní koncentraci Mg 2+. Napište ve vzorcích reakci mezi titračním činidlem a Mg 2+ : Stechiometrický faktor: Minerální voda: výrobcem udávaný obsah Mg 2+ mg/l spotřeba 1 = ml spotřeba 2 = ml (spotřeba 3 = ml) průměrná spotřeba V t = ml Mg 2+ Látková koncentrace c = mmol/l Hmotnostní koncentrace µ = mg/l Vypočítejte, kolik mg hořčíku je obsaženo v 1,5 litrové lahvi minerální vody. Porovnejte výrobcem udávanou a zjištěnou koncentraci. O kolik procent vyšší/nižší koncentraci jste naměřili? I c 2

19 4. Odměrnou Manganometrie Úkol: Zjistěte koncentraci peroxidu vodíku ve vzorku desinfekčního roztoku Manganometrie patří mezi redoxní titrační metody. Titračním činidlem je roztok manganistanu draselného. Manganistan draselný vzorec: oxidační číslo manganu: Popište vzhled roztoku manganistanu draselného: A. Standardizace titračního roztoku Standardizaci nebudete sami provádět, provedly ji laborantky. Do titrační baňky napipetovaly 10,0 ml standardního roztoku kyseliny šťavelové (c = 0,025 mol/l), přidaly 10 ml roztoku H 2 SO 4, na síťce nad kahanem obsah titrační baňky zahřály asi na 80 C a za horka ztitrovaly. Nalezly spotřebu 10,1 ml. Sestavte redoxní rovnici (v iontovém tvaru): Vypočítejte přesnou koncentraci titračního roztoku. Výsledky c t = mol/l c t = mmol/l B. Stanovení koncentrace H 2 O 2 Koncentrace peroxidu vodíku v analyzovaném vzorku je příliš vysoká, před titrací je nutné nejdříve provést ředění. 1. Z lahvičky peroxidu vodíku prodávaného jako prostředek k desinfekci při drobných poraněních odlijte přiměřené množství (cca 20 ml) do malé kádinky. Proč? Při další práci nebudete ničím kontaminovat celou originální lahev. 2. Z kádinky odpipetujte přesně 2,0 ml (pomocí skleněné pipety a balónku) do odměrné baňky o objemu 100 ml. 3. Destilovanou vodou (ze střičky, případně ze zásobní lahve) doplníte odměrnou baňku po rysku (tj. na objem 100 ml). baňku uzavřete zátkou a důkladně její obsah promíchejte. 5. Obsah odměrné baňky přelijte do Erlenmayerovy baňky. I c 3

20 6. Z Erlenmayerovy baňky odpipetujte přesně 10,0 ml vzorku (pomocí skleněné pipety a balónku) do titrační baňky. Do titrační baňky přidejte 10 ml roztoku H 2 SO 4 (pomocí skleněné pipety a balónku) a 4-5 kapek katalyzátoru (roztok MnSO 4 ). 7. Proveďte vlastní titraci. Na konci titrace se roztok zbarví růžově. Titraci ještě jednou opakujte. Je-li rozdíl obou zjištěných spotřeb větší než 0,5 ml, proveďte ještě třetí titraci. Ze všech naměřených spotřeb vypočítejte průměrnou hodnotu. Pokud je některé měření "na první pohled" chybné, nebudete s ním počítat. Příklad: naměřené spotřeby jsou 1,5 ml a 7,4 ml. Provedete třetí titraci a odečtete 7,2 ml. Hodnota 1,5 ml bude pravděpodobně zcela chybná, nebudete s ní počítat. Budete pracovat s průměrnou spotřebou spočítanou z hodnot 7,4 ml a 7,2 ml; průměr = 7,3 ml. 8. Vypočítejte koncentraci peroxidu vodíku v předloženém desinfekčním roztoku (látkovou i hmotnostní koncentraci, hmotnostní zlomek, hmotnostní procenta). Pozor! Nezapomeňte na to, že jste původní roztok před titrací ředili. M(H 2 O 2 ) = 34,0 g/mol počítejte s hustotou 1,0 g/cm 3 Sestavte redoxní rovnici (v iontovém tvaru): H 2 O 2 k desinfekci - výrobce: výrobcem udávaný obsah H 2 O 2 : % spotřeba 1 = ml spotřeba 2 = ml (spotřeba 3 = ml) průměrná spotřeba V t = ml látková koncentrace v titrovaném vzorku (zředěném): c v = mol/l ředění: Výsledky Látková koncentrace c = mol/l Hmotnostní koncentrace µ = g/l Hmotnostní zlomek Hmotnostní procenta % Porovnejte výrobcem udávanou a zjištěnou koncentraci. O kolik procent vyšší/nižší koncentraci jste naměřili? I c 4