Синтез и идентификация сульфата магния MgSO4 Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Поморский государственный университет им. М.В.Ломоносова Естественно-географический факультет Кафедра химии по неорганической и аналитической химии Синтез и идентификация сульфата магния MgSO 4 Выполнила студентка 3 курса 11 группы отделения химии Васюк Кристина Станиславовна Научные руководители к.х.н., доцент Попова Людмила Фёдоровна к.п.н., доцент Швакова Элла Валерьевна Архангельск 2009 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение........................................................................................................................................ 3 Глава 1. Обзор литературы....................................................................................................... 7 1.1. Характеристика и химические свойства сульфата магния......................................... 7 1.2. Способы получения сульфата магния.............................................................................. 8 1.3. Техника безопасности при работе в химической лаборатории.................................... 9 1. Основные правила работы в лаборатории общей химии.............................................. 9 2. О пожарах в лаборатории и способах их устранения.................................................. 11 3. Медицинская помощь в лаборатории............................................................................ 11 4. Техника безопасности при работе с сульфатом магния............................................... 12 1.4. Качественный анализ MgSO4 и его возможных примесей........................................... 14 1.5. Количественное определение сульфата магния и его примесей.................................. 28 1.6. Количественный анализ:................................................................................................. 29 1. Приготовление установочного вещества..................................................................... 29 2. Приготовление рабочего раствора................................................................................. 30 3. Приготовление аммонийного буфера........................................................................... 30 4. Стандартизация рабочего раствора................................................................................ 31 5. Приготовление анализируемого раствора.................................................................... 32 6. Определение Mg2+ методом прямой комплексонометрии, титрант – ЭДТА .......... 33 7. Катионообменная хроматография ................................................................................. 34 8. Ионообменная хроматография....................................................................................... 35 9. Определение SO4 2- обратным комплексонометрическим титрованием ................... 36 Глава 2. Химический эксперимент........................................................................................ 39 2.1. Задачи эксперимента...................................................................................................... 39 2.2. Синтез сульфата магния............................................................................................... 39 2.2.2. Расчет синтеза............................................................................................................ 40 2.2.3. Подготовка к синтезу................................................................................................ 41 2.2.4. Техника безопасности при работе с серной кислотой ........................................... 42 2.2.5. Синтез вещества......................................................................................................... 44 Анализ синтезированного соединения и возможных примесей.......................................... 46 1. Оборудование и реактивы.............................................................................................. 46 2. Приготовление и стандартизация растворов для комплексонометрического определения Mg2+ и SO4 2- ....................................................................................................................................... 48 Качественный анализ сульфата магния и возможных примесей:..................................... 51 1. Количественное определение Mg2+.......................................................................... 53 2. Количественное определение SO4 2- ......................................................................... 55 Итоговая таблица:................................................................................................................. 58 Заключение................................................................................................................................. 59 Библиографический список..................................................................................................... 60 Приложение 1………………………………………………………………………………… 61 Приложение 2 ……………………...…………………………………………………….……61 Схема …………………………………………………………………………………………..62 Введение. является важным способом контроля и этапом в изучении любой дисциплины. Здесь в полной мере проявляются профессиональные знания и качества, которыми обладает студент. Данная посвящена синтезу и анализу сульфата магния. Сульфат магния широко применяется в различных отраслях промышленности [11]: 1. В химической промышленности он применяется в технологических процессах получения H2 SO4 и MgO; при производстве синтетических моющих средств. 2. В сельском хозяйстве сульфат магния используется в качестве удобрения почвы под сельскохозяйственные культуры. 3. В текстильной промышленности сульфат магния применяют в технологических процессах обработки тканей; для приготовления огнестойких составов для пропитки различных материалов; используется как наполнитель материалов, утяжелитель шелка и хлопка, протрава для покраски тканей и как отбеливающий компонент. 4. В медицине в качестве успокаивающего и спазмолитического средства; применение сульфата магния в комплексной терапии больных дискулярной энцефалопии позволяет уменьшить последствия ишемического повреждения головного мозга и купировать общемозговые нарушения. 5. В фармацевтической промышленности сульфат магния применяется в процессах изготовления антибиотиков. 6. Строительная индустрия: 1). Сульфат магния применяется как добавка для устройства дорожных и аэродромных оснований и покрытий; 2). Входит в состав магнезиального цемента ( это композиция из каустического магнезита (продукт обжига MgСО3 при температурах до 700 0 С в форме MgО) и солей магния, главным образом MgСl2 и MgSO4 . Водные растворы последних часто называют «затвердителями». Без затвердителей каустический магнезит, смешанный с водой, твердеет медленно. 7. В целлюлозно-бумажной промышленности сульфат магния используется как наполнитель, а также как компонент позволяющий сохранить и улучшить физико-механические показатели бумаги при использовании отбеливателей (особенно хлорсодержащих) и для получения огнестойких изделий из бумаги. Цели исследования в данной работе: 1. Синтезировать и идентифицировать соединение; 2. подтвердить его чистоту 3. провести количественный и качественный анализ. Задачи исследования: По литературным источникам: - составить характеристику исследуемого вещества - осуществить подбор и обработку методик синтеза и анализа; - составить схему качественного анализа - описать способы приготовления растворов, их стандартизацию. В ходе эксперимента: - синтезировать вещество; - определить выход препарата; - определить качественный и количественный состав синтезируемого соединения. Глава 1. Обзор литературы 1.1. Характеристика и химические свойства сульфата магния Сульфат магния (магний сернокислый, горькая соль), MgSO4 - это белый кристаллический порошок с плотностью 2,66 г/см3 . При 1127°С разлагается с выделением SO2 . Хорошо растворяется в воде (слабый гидролиз по катиону). Образует кристаллогидраты: MgSO4 *H2 O (бесцветные кристаллы с моноклинной решеткой с плотностью 2,6 г/см3 ), MgSO4 *6H2 O (кристаллы с моноклинной решеткой с плотностью 1,70 г/см3 ) и MgSO4 *7H2 O (бесцветные кристаллы с ромбической решеткой с плотностью 1,68 г/см3 ). Сульфат магния используют как сырье для получения MgO, в производстве магнезиальных цементов, в качестве утяжелителей хлопка и шелка, протравы при крашении тканей, как наполнитель бумаги, спазмолитическое, слабительное и желчегонное лекарственное средство [11]. Химические свойства: 1. Сульфат магния хорошо растворяется в воде, гидролизуется по катиону: MgSO4 (разб.) + 4H2 O → [Mg(H2 O)4 ]2+ + SO4 2- , [Mg(H2 O)4 ]2+ + H2 O → [Mg(H2 O)3 (OH)]+ + H3 O+ ; 2. Вступает в реакции обмена: MgSO4 + BaCl2 → BaSO4 ↓ + MgCl2 3. Может взаимодействовать с концентрированной серной кислотой: MgSO4 + H2 SO4 → Mg(HSO4 )2 4. Реагирует с щелочами: MgSO4 + NaOHразб → Mg(OH)2 ↓ + Na2 SO4 5. Взаимодействует с концентрированным аммиаком: MgSO4 +2 NH4 OHконц → Mg(OH)2 ↓ + (NH4 )2 SO4 1.2. Способы получения сульфата магния. По Ключникову Н. Г. [6] По данной методе, сульфат магния можно получить, растворяя оксид магния в горячей серной кислоте. MgO + H2 SO4 → MgSO4 + H2 O По методике, описанной в практикуме Корякина и Ангелова [1], MgSO4 можно получить, растворяя карбонат магния в серной кислоте: MgCO3 + H2 SO4 → MgSO4 + CO2 ↑+ H2 O Вгорячую30%-ную серную кислоту вносят при энергичном перемешивании MgCO3 (технический) до прекращения вспенивания жидкости. Отфильтрованная проба жидкости не должна давать красного окрашивания с NH4 SCN, в противном случае прибавляют еще MgCO3 . Раствор фильтруют и фильтрат оставляют кристаллизоваться на холоду. На следующий день, выпавшие кристаллы отсасывают на воронке Бюхнера, промывают небольшими количеством ледяной воды и перекристаллизовывают из воды (на 100 г соли берут 40 мл воды). 1.3. Техника безопасности при работе в химической лаборатории 1. Основные правила работы в лаборатории общей химии 1) К работе в лаборатории могут быть допущены лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности. 2) Все опыты, реакции и все связанные с ними операции следует делать аккуратно, точно придерживаясь указаний, имеющихся в учебниках, руководствах или сообщённых преподавателем. 3) Лабораторный рабочий стол следует содержать в порядке и чистоте, потому что загрязнения со стола могут попасть в анализируемый раствор и испортить анализ. 4) Лабораторный стол нельзя загромождать посудой и приборами, т.к. все это мешает работе. На столе должно быть только то, что необходимо в данное время для выполнения опыта. 5) Многие работы в химической лаборатории связаны с возможностью загрязнения, а также порчи одежды при попадании на неё кислот и других реактивов, поэтому каждый работающий в химической лаборатории должен надевать халат. 6) Химическая посуда в большинстве случаев тонкостенная и хрупкая, поэтому при небрежном отношении к ней можно её разбить и порезаться. Посуду и приборы следует держать в руках осторожно, не сжимая сильно пальцами. Химическую посуду нельзя резко ставить на стол, особенно, если он покрыт керамикой. 7) Нюхать вещества нужно, не наклоняясь над сосудом и не вдыхая полной грудью, а только направляя к себе пары движением руки. 8) Категорически запрещается пробовать что-либо на язык. Запрещается набирать ртом при помощи пипетки пли трубки ядовитые или едкие жидкости; для этого следует пользоваться грушей. 9) Во избежание случайных отравлений запрещается пользоваться для питья какой-либо химической посудой. 10) Строго запрещается принимать в лаборатории пищу. 11) Все опыты с ядовитыми, вредными для здоровья и дурно пахнущими веществами следует проводить обязательно под тягой. 12) При приготовлении растворов кислот, надо вливать кислоту в воду, а не наоборот, и пользоваться при этом толстостенной или фарфоровой посудой. 13) Производя химические опыты, приборы следует располагать таким образом, чтобы реагирующие вещества в случае разбрызгивания не могли попасть на самого экспериментатора или находящихся вблизи других лиц. 14) Взвешивать твёрдую щелочь нужно обязательно в какой-нибудь стеклянной или фарфоровой посуде. 15) Химические реактивы брать только шпателем, пинцетом или ложечкой (не руками!). 16) Неизрасходованные реактивы не высыпать и не выливать обратно в те сосуды, откуда они были взяты. 17) Жидкости переливать через химические воронки. Склянку, из которой переливают жидкость, необходимо держать этикеткой к руке во избежание её порчи. 18) При нагревании растворов и веществ в пробирке необходимо использовать держатель. Отверстие пробирки должно быть направлено в сторону от себя и других работающих. 19) При неосторожной работе возможны ожоги нагретой стеклянной посудой, тиглями и т.п., поэтому нельзя брать горячую посуду незащищёнными руками. 20) Если на сосуде нет этикетки или надписи и не известно, какой реактив содержится в нём, то пользоваться этим реактивом нельзя. 21) После работы в лаборатории нужно тщательно вымыть руки, так как значительная часть веществ, с которыми приходится соприкасаться в лаборатории, ядовита. 2. О пожарах в лаборатории и способах их устранения 1) Если загорелись деревянные предметы, пожар можно тушить водой, песком и с помощью огнетушителя. 2) Если горит нерастворимое в воде вещество (например, бензин, скипидар, масло и др.), то нельзя применять для тушения воду, потому что пожар не только не будет ликвидирован, но даже может усилиться. Многие огнеопасные органические вещества легче воды и при соприкосновении с нею образуют горящую плёнку. 3) Нерастворимые в воде органические вещества следует тушить песком или накрыванием шерстяным одеялом. Нужно именно накрывать очаг пожара, а не набрасывать, чтобы горящие брызги не разлетались в стороны. 4) В легко доступном месте лаборатории должен висеть проверенный огнетушитель, а также должен быть ящик с песком или листовым асбестом. Работающим в лаборатории необходимо ознакомиться с инструкцией по обращению с огнетушителем, обычно написанной на каждом из них. 5) В случае загорания проводов и электроприборов, находящихся под током, необходимо немедленно выключить ток и тушить огонь сухим углекислотным огнетушителем, сухим песком, покрывалом из асбеста. 6) Если загорелась одежда, следует сначала погасить пламя, накинув на пострадавшего шерстяное одеяло. 3. Медицинская помощь в лаборатории 1) В случае пореза стеклом нужно вначале осмотреть ранку и извлечь из нее осколки стекла, если они есть, а затем обмыть пораненное место, смазать йодом и завязать бинтом или залепить лейкопластырем. 2) При тепловом ожоге надо смочить обожжённое место раствором перманганата калия, затем смазать мазью от ожогов, и перевязать бинтом. 3) При ожоге кислотами поражённый участок кожи быстро промыть большим количеством воды, затем обмыть 2%-ным раствором соды NaНСО3 , смазать обожженное место вазелином и перевязать бинтом. 4) При ожогах щёлочью: смыть водой, а затем 2%-ным раствором уксусной или борной кислоты, после этого смазать борным вазелином или 5%-ным раствором марганцевокислого калия и перевязать бинтом. При ожогах глаз промыть 1%-ным раствором борной кислоты и закапать 1 -2 капли касторового масла. 5) При поражении электричеством выключить ток пли устранить контакт при помощи резиновых перчаток или сухой деревянной палки. [9, 10] 4. Техника безопасности при работе с сульфатом магния.[12] Магний сернокислый 7-водный пожаро- и взрывобезопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 4-го класса опасности. Магний сернокислый 7-водный упаковывают в полипропиленовые, полиэтиленовые, бумажные мешки, мягкие специализированные контейнеры разового использования, пакеты с внутренним полимерным покрытием, из полимерных и комбинированных водонепроницаемых материалов или другую влагонепроницаемую тару. Опасность для человека . Пыль продукта оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При длительном воздействии на организм может вызвать кожные заболевания. Средства индивидуальной защиты : 1). Защитные очки, респираторы "Кама" или У-2К, хлопчатобумажные, резиновые или поливинилхлоридные перчатки, спецодежда. 2). Одежда должна подвергаться стирке в мыльно-содовом растворе не реже 1 раза в неделю, резиновые перчатки и очки ежедневно обмывать водой, респираторы менять по мере необходимости. 3). Перед едой необходимо тщательно вымыть руки и лицо с мылом, прополоскать рот. Необходимые действия в аварийных ситуациях: При утечке, разливе и россыпи - просыпанный продукт тщательно собрать сухим способом и использовать в переработке в начале производства. Освободившуюся тару сжечь или утилизировать в отведенных местах. При пожаре - вызвать пожарную бригаду. Рекомендуемые средства тушения – вода, пенные огнетушители и песок. Меры первой помощи - при попадании сульфат магния на кожные покровы – промыть загрязненное место водой с мылом. При попадании в глаза – немедленно промыть большим количеством воды в течение 15 минут, при необходимости обратиться к врачу. При вдыхании – вывести пострадавшего на свежий воздух. При отравлении – вызвать рвоту, дать выпить пострадавшему большое количество молока или воды с измельченным активированным углем (5-6 таблеток на стакан воды), обратиться к врачу или доставить пострадавшего в медицинское учреждение, по возможности предъявить тарную этикетку или инструкцию по применению. 1.4. Анализ MgSO4 и его возможных примесей. Качественный анализ: Анализ проводится согласно схемы 1. 1. Небольшое количество сухой соли растворить в воде при перемешивании. Если полного растворения не произошло, отделить осадок 1 центрифугированием. Получаем раствор 1 , содержащий Fe 2+ ; Ca 2+ ; Mg 2+ ; Mn 2+ ; Pb 2+ ; Zn 2+ ; NO 3 - ; SO 4 - ; Cl - , и осадок 1 , содержащий CaSO 4 ↓, Ca 3 ( PO 4 )2 ↓, CaCO 3 ↓, PbSO 4 ↓, Pb 3 ( PO 4 )2 ↓, PbCO 3 ↓, PbCl 2 ↓, Mg 3 ( PO 4 )2 ↓, MgCO 3 ↓, Mn 3 ( PO 4 )2 ↓, MnCO 3 ↓, Fe 3 ( PO 4 )2 ↓, FeCO 3 ↓, Zn 3 ( PO 4 )3 ↓, ZnCO 3 ↓ [3]. 2. Анализ раствора 1 2.1. Осаждение Ca2+ и Pb 2+ из раствора 1 [3]: Дробно. К части раствора 1 прибавить смесь 2N H2 SO4 +C2 H5 OH, центрифугированием отделить осадок 3 от раствора 3 . Са 2+ + Н 2 SO4 = CaSO4 ↓ + 2H+ Pb2+ + Н 2 SO4 = PbSO4 ↓ + 2H+ Получаем раствор 2, содержащий Fe 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Cl - , NO 3 - , SO 4 - и осадок 2, содержащий CaSO 4 ↓ и PbSO 4 ↓. 2.2. Открытие Pb 2+ [3]: К осадку 2 добавить (NH4 )2 SO4, немного нагреть. Осадок 3 PbSO4 ↓ отделить от раствора 3 , содержащего Ca2+ центрифугированием: Са SO4 ↓+(NH4 )2 SO4 .→ (NH4 )2 [ Са (SO4 )2 ] 2.2.1. Осадок 3 растворить, добавив 30% раствор ацетата аммония, смесь нагреть; PbSO4 ↓ + 4CH3 COONH4 = (NH4 )2 [Pb(CH3 COO)4 ] + (NH4 )2 SO4 Получим раствор 4, содержащий Pb2+ . 2.2.2. К 2 каплям раствора 4 , содержащего Pb2+ , добавить 2 капли 2NCH3 COOH и 1 каплю раствора KI. Затем добавить несколько капель дистиллированной воды и 2N CH3 COOH, смесь нагреть до растворения осадка (если осадок не растворился добавить еще кислоты), затем медленно или быстро охладить. В присутствии Pb2+ сначала образуется желтый осадок, который при нагревании растворяется, а при охлаждении образуется вновь, но уже в виде золотистых чешуйчатых кристаллов: Pb 2+ + 2 KI = PbI 2 ↓+ 2 K + PbI 2 ↓ + 2 KI = K 2 [ PbI 4 ] PbI 2 ↓ + 2 CH 3 COOH = ( CH 3 COO )2 Pb + 2 HI 2.3. Открытие Ca 2+ из раствора 3, полученного в 2.2. [3]: Микрокристаллоскопически. На предметное стекло нанести каплю раствора 3 и добавить к нему каплю серной кислоты, смесь перемешать и рассмотреть под микроскопом. Образуется белый осадок сульфата кальция (гипса), кристаллы которого под микроскопом имеет форму отдельных игл или игл собранных в пучок: SO4 2- + Ca2+ = CaSO4 ↓ а) б) Кристаллы Ca2 SO4 *2H2 O, образующиеся в разбавленных (а) и в концентрированных (б) растворах кислот 3. Анализ раствора 2. 3.1. Осаждение Fe 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Ca 2+ , Pb 2+ из раствора 2 [3] : К 2 мл раствора 2 добавить поташ до прекращения образования осадка. Смесь слегка нагреть. Осадок 4 , содержащий FeCO 3 ↓, MnCO 3 ↓, MgCO 3 ↓, PbCO 3 ↓, CaCO 3 ↓, ZnCO 3 ↓ отделить от раствора 5 , содержащего Cl - , NO 3 - , SO 4 2- : Pb2+ +K2 CO3 = PbCO3 ↓+2K+ Ca2+ +K2 CO3 = CaCO3 ↓+2K+ Fe2+ +K2 CO3 = FeCO3 ↓+2K+ Mn2+ +K2 CO3 = MnCO3 ↓+2K+ Mg2+ +K2 CO3 = MgCO3 ↓+2K+ Zn2+ +K2 CO3 = ZnCO3 ↓+2K+ 3.2. Открытие Cl - , NO 3 - , SO 4 - из раствора 5 [3]: Дробно. Проверить раствор 2 на полноту осаждения катионов тяжелых металлов, добавив к части раствора поташ. Если осадок образуется, то удаление катионов необходимо повторить. К раствору 2 прибавить раствор уксусной кислоты до нейтральной реакции среды - это раствор 3. K2 CO3 +2 CH3 COOH = H2 О +CO2 ↑+2CH3 COO К 3.2.1. Открытие Cl - [3]: Дробно. К 3 каплям раствора 5 добавить по 3 капли 2NH2 SO4 и KMnO4 . к отверстию в пробирки, не касаясь стенок, поднести влажную йодокрахмальную бумажку. Если газ выделяется плохо, смесь нагреть: Йодокрахмальная бумажка синеет: 10 KCl + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 Cl 2 + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O Окисление: MnO 4 - +8 H + + 5 e = Mn 2+ + 4 H 2 O Восстановление: 2 Cl - -2 e = Cl 2 _____________________________________________ 2 MnO 4 - + 16 H + + 10 Cl - = 2 Mn 2+ + 8 H 2 O + 5 Cl 2 Йодокрахмальная бумажка синеет вследствие: Cl - + 2 I - = I 2 + 2 Cl - I 2 + крахмал = синий комплекс 3.2.2 Открытие SO 4 - [3]: Микрокристаллоскопия. На предметное стекло нанести каплю раствора 5 и добавить к нему каплю хлорида кальция, смесь перемешать и рассмотреть под микроскопом. Образуется белый осадок сульфата кальция (гипса), кристаллы которого под микроскопом имеет форму отдельных игл или игл собранных в пучок:26 SO4 2- + Ca2+ = CaSO4 ↓ а) б) Кристаллы Ca2 SO4 *2H2 O, образующиеся в разбавленных (а) и в концентрированных (б) растворах кислот 3.2.3. Открытие NO 3 - [3]: В пробирку с 3 каплями раствора 5 прибавить 6 капель концентрированной серной кислоты и небольшой кусочек медной проволоки. Если реакция идет плохо смесь можно слегка подогреть. Медь в присутствии серной кислоты восстанавливает нитрат- ионы до оксида азота (IV) или до бурого газа NO2 ↑: 2NaNO3 + Cu + 2H2 SO4 = CuSO4 + 2NO2 ↑+ Na2 SO4 + 2H2 O Восстановлении : Cu0 – 2e = Cu2+ Окисление : NO3 - + 2H+ + 1e = NO2 ↑+ H2 O _______________________________________________________________________ Cu0 + 2NO3 - + 4H+ = Cu2+ + 2NO2 ↑+ 2H2 O 4. Анализ осадка 4. 4.1.Перевод тяжелых металлов из осадка 4 в раствор 6 [3]: Осадок 4 растворить в 2N HNO3 : FeCO3 ↓+2HNO3 = Fe(NO3 )2 +2H2 O+ CO2 ↑ MnCO3 ↓+2HNO3 = Mn (NO3 ) +2H2 O + CO2 ↑ MgCO3 ↓+2HNO3 = Mg (NO3 ) +2H2 O +CO2 ↑ CaCO3 ↓+2HNO3 = Ca(NO3 )2 +2H2 O+ CO2 ↑ PbCO3 ↓+2HNO3 = Pb(NO3 )2 +2H2 O+ CO2 ↑ ZnCO3 ↓+2HNO3 = Zn(NO3 )2 +2H2 O+ CO2 ↑ Получаем раствор 6 . 4.2.Осаждение Ca 2+ и Pb 2+ из раствора 6 в осадок 2 [3] : К раствору 6 приливаем раствор K2 SO4 . Ca(NO3 )2 + K2 SO4 = CaSO4 ↓ + 2KNO3 Pb(NO3 )2 + K2 SO4 = PbSO4 ↓ + 2KNO3 Выпавший осадок CaSO 4 ↓ и PbSO 4 ↓ отделить от раствора 6 и анализировать как в пункте 2.2 – 2.3. 4.2. Определение Fe 2+ [3] : К раствору 6 прибавим раствор гексоцианоферрата (III) калия. В присутствии Fe2+ выпадает синий осадок комплексного соединения «турнбуленова синь», нерастворимый в кислотах, но разрушающийся в щелочах до гидроксида железа (II), при избытке реагента осадок приобретает зелёный оттенок: Fe2+ +K3 [Fe(CN)6 ] = KFe[Fe(CN)6 ] ↓+2K+ , KFe[Fe(CN)6 ] ↓+2KOH = K3 [Fe(CN)6 ] +Fe(OH)2 ↓. 4.3. Открытие Mn 2+ , Mg 2+ [3] : В пробирку с раствором 6 добавить избыток 2NNaOH. Образовавшийся осадок 5 , содержащий Mg ( OH )2 ↓, Fe ( OH )2 ↓, Mn ( OH )2 ↓ отделить от раствора 12 , содержащего Zn2+ : Mg2+ + 2NaOH = Mg(OH)2 ↓ + 2Na+ Fe2+ + 3NaOH = Fe(OH)2 ↓ + 3Na+ Mn2+ + 2NaOH = Mn(OH)2 ↓ + 2Na+ Zn2+ + 2NaOH = Na2 [Zn(OH)2 ] Разделим получившийся осадок 5 на две равные части 5.1 и 5.2 . В каждой части будет находиться Mg ( OH )2 ↓ , Fe ( OH )2 ↓, иMn ( OH )2 ↓. 4.3.1. Открытие Mn 2+ из осадка 5.2 [3] : К полученному осадку 5.2. прилить немного серной кислоты. Получим раствор 9 , содержащий Mn 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ . Mn(OH)2 ↓ + H2 SO4 = Mn SO4 + 2H+ Mg(OH)2 ↓ + H2 SO4 = Mg SO4 + 2H+ Fe(OH)2 ↓ + H2 SO4 = Fe SO4 + 2H+ Zn(OH)2 ↓ + H2 SO4 = Zn SO4 + 2H+ В пробирку перенести несколько кристаллов персульфата аммония, прибавить 3-5 капель 2N азотной кислоты и 1-2 капли 1%-ого раствора нитрата серебра. Смесь нагреть до 70˚ С. В нагретую смесь внести палочкой одну каплю исследуемого раствора. Смесь можно подогреть. При наличии в растворе Mn 2+ раствор станет розовым или малиновым. При большой концентрации ионов Mn 2+ в раствормогут высыпать бурые хлопья MnO ( OH )2 . В этом случае опыт повторить, предварительно разбавив анализируемый раствор дистиллированной водой в 2-5 раз. 2MnSO4 + 5(NH4 )2 S2 O8 +8H2 O = 2HMnO4 + 5(NH4 )2 SO4 + 7H2 SO4 Окисление: Mn2+ + 4H2 O +5e = MnO4 - + 8 H+ Восстановление: S2 O8 2- -2e = 2SO4 2 - 2Mn2+ + 8H2 O+ 5 S2 O8 2- = 2 MnO4 - + 16H+ + 10 SO4 2- 4.3.2. Открытие Mg 2+ из осадка 5.1 [3]: К образовавшемуся осадку 5.1. добавить 5 капель пероксида водорода, смесь нагревать 2-3 минуты: 1. 2Fe(OH)2 ↓ +4 NaOH + H2 O2 = 2Fe(OH)3 ↓ + Na+ Окисление: Fe2+ + 3OH- - 1e = Fe(OH)3 ↓ Восстановление: H2 O2 + 2e = 2OH- Fe(OH)2 ↓+ 4OH - + H2 O2 = Fe(OH)3 ↓+ 2OH- 2. Mn(OH)2 ↓ +2 NaOH + H2 O2 = MnO(OH)2 ↓ +2 Na+ + H2 O Окисление: Mn2+ +4OH - - 2e = MnO(OH)2 + H2 O Восстановление: H2 O2 + 2e = 2OH- Mn(OH)2 ↓ +2OH - + H2 O2 = MnO(OH)2 ↓ + H2 O Полученный осадок 6, содержащий Mg ( OH )2 ↓, MnO ( OH )2 ↓ и Fe ( OH )3 ↓, после охлаждения отцентрифугировать; центрифугат отбросить, а осадок растворить в насыщенном растворе хлорида аммония: Mg ( OH )2 ↓ + 2 NH 4 Cl = MgCl 2 + 2 NH 3 * H 2 O Полученный раствор 8 отделить от осадка 7 центрифугированием, осадок 7 отбросить. К полученному раствору 8 прибавить гидрофосфат натрия, добавить аммонийный буфер (рН 8-10). В присутствии Mg2+ выпадает белый кристаллический осадок, кристаллы которого под микроскопом имеют форму шестилучевых звезд или снежинок. Mg 2+ + NH 3 * H 2 O + Na 2 HPO 4 = ( NH 4 ) MgPO 4 ↓ + 2 Na + + H 2 O Рисунок: 5. Осаждение тяжелых металлов [3]: К оставшейся части раствора 1 прибавить раствор K 2 CO 3, после завершения реакции раствор отделить от осадка центрифугированием. Проверить раствор на полноту осаждения тяжелых металлов K 2 CO 3 . Получаем раствор 5 (анализ раствора см 3.2. открытие Cl - , NO 3 - , SO 4 - из раствора 5: ) и осадок 9 Fe2+ +K2 CO3 = FeCO3 ↓+2K+ Mn2+ +K2 CO3 = MnCO3 ↓+2K+ Pb2+ +K2 CO3 = PbCO3 ↓+2K+ Mg2+ +K2 CO3 = MgCO3 ↓+2K+ Ca2+ +K2 CO3 = CaCO3 ↓+2K+ Zn2+ +K2 CO3 = ZnCO3 ↓+2K+ 5.1. перевод тяжелых металлов из осадка 9 в раствор 10 [3] : Осадок 9 растворить в 2N азотной кислоте: FeCO3 ↓+2HNO3 = Fe(NO3 )2 +2H2 O + CO2 ↑ MnCO3 ↓+2HNO3 = Mn (NO3 )2 +2H2 O + CO2 ↑ MgCO3 ↓+2HNO3 = Mg (NO3 ) +2H2 O + CO2 ↑ CaCO3 ↓+2HNO3 = Ca(NO3 )2 +2H2 O + CO2 ↑ PbCO3 ↓+2HNO3 = Pb(NO3 )2 +2H2 O+ CO2 ↑ ZnCO3 ↓+2HNO3 = Zn(NO3 )2 +2H2 O+ CO2 ↑ Получаем раствор 10. 5.2.Осаждение Ca2+ и Pb 2+ из раствора 10 [3] : К раствору 10 прибавить смесь 2N H2 SO4 +C2 H5 OH, центрифугированием отделить осадок от раствора. Са 2+ + Н 2 SO4 = CaSO4 ↓ + 2H+ Pb2+ + Н 2 SO4 = PbSO4 ↓ + 2H+ Получаем раствор 11 и осадок 2 Анализ осадка 2 смотреть в пункте 2 (без осаждения) – 2.3. 6. Анализ раствора 11 6.1. дробное открытие Fe 2+ [3] : См 4.1. 6.2. открытие Zn 2+ [3] : К раствору в пробирке добавить избыток щелочи NaOH. Mg2+ + 2NaOH = Mg(OH)2 ↓+ 2Na+ Mn2+ +2 NaOH = Mn(OH)2 ↓+ 2Na+ Fe2+ + 2NaOH = Fe(OH)2 ↓+ 2Na+ Zn2+ + 2NaOH = Na2 [Zn(OH)4 ] Получим осадок 5, содержащий Mg ( OH )2 ↓, Mn ( OH )2 ↓,