Аналитическая химия

Екатеринбург

Издательство Уральского университета

2019

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА

Н. В. Лакиза, С. А. Штин

АНАЛИТИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано

методическим советом Уральского федерального университета

в качестве учебного пособия для студентов вуза,

обучающихся по направлениям подготовки

06.03.01 «Биология», 27.03.01 «Стандартизация и метрология»,

28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника»,

05.03.06 «Экология и природопользование»,

30.05.01 «Медицинская биохимия»,
30.05.02 «Медицинская биофизика»

УДК 543(075.8)
ББК 24.4я73
        Л19

В пособии изложены теоретические основы качественного химического

анализа катионов и анионов, а также количественного анализа химическими
(титриметрия и гравиметрия) и физико-химическими (спектрофотометрия
и потенциометрия) методами. Приведены типовые расчетные задачи.

Предназначено для студенов, обучающихся по нехимическим специаль-

ностям.

Лакиза, Н. В.

Аналитическая химия : учеб.-метод. пособие / Н. В. Лакиза,

С. А. Штин ; М-во науки и высш. образования Рос. Федерации,
Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. –
139 с.

ISBN 978-5-7996-2539-9

Л19

ISBN 978-5-7996-2539-9

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра химии фармацевтического факультета

Уральского государственного медицинского университета

(заведующий кафедрой доктор химических наук, профессор В. Д. Тхай);

Н. В. Баранова, заместитель главного технолога АО «НПО автоматики»

УДК 543(075.8)
ББК 24.4я73

© Уральский федеральный университет, 2019

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с Фе-

деральными государственными стандартами по направлениям под-
готовки 06.03.01 «Биология», 27.03.01 «Стандартизация и метроло-
гия», 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника»,
05.03.06 «Экология и природопользование», 30.05.01 «Медицинская
биохимия», 30.05.02 «Медицинская биофизика» и программами
дисциплин «Методы аналитической химии», «Аналитическая хи-
мия» и «Основы анализа состава вещества», читаемых авторами
пособия студентам департаментов биологии и фундаментальной
медицины, наук о Земле и космосе, фундаментальной и приклад-
ной физики Института естественных наук и математики Уральского 
федерального университета.

Учебно-методическое пособие состоит из трех частей.
Первая часть содержит общие сведения о качественном анализе. 
Описан наиболее применяемый в учебных лабораториях аммиачно-
фосфатный метод качественного анализа катионов. Особое
внимание уделено дробному и систематическому ходу анализа, разделению 
и обнаружению катионов и анионов. Данная часть содержит 
подробное описание четырех лабораторных работ по качественному 
анализу.

Во второй части изложены теоретические основы количественных 
методов анализа: химических (титриметрия и гравиметрия)
и физико-химических (спектрофотометрия и потенциометрия). Изложены 
основы и техника выполнения одиннадцати лабораторных
работ.

В третьей части представлены программы коллоквиумов и типовые 
задачи для самостоятельного решения, работа над которыми 
будет способствовать более глубокому пониманию материала
и закреплению знаний.

Авторы будут благодарны за любые замечания и пожелания,

касающиеся учебного пособия.

ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия – это наука, развивающая теоретические 
основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывающая 
методы определения химического состава вещества и его
структуры (строения).

Аналитическая химия является фундаментальной химической

наукой, занимающей видное место в ряду других химических дисциплин. 
Являясь частью химии, аналитическая химия способствовала 
открытию многих законов: сохранения массы веществ, постоянства 
состава, эквивалентов, действующих масс и др. Состав различных 
материалов, изделий, руд, минералов, лунного грунта,
далеких планет и других небесных тел установлен методами аналитической 
химии. Открытие целого ряда элементов Периодической 
системы (аргона, германия и др.) оказалось возможным благодаря 
применению точных методов аналитической химии.

В свою очередь, основные законы химии позволили теоретически 
обосновать и развить методы аналитической химии, которые 
широко используются при проведении научных исследований
в области неорганической, органической, физической и коллоидной 
химии. С другой стороны, каждый метод аналитической химии
базируется на достижениях всей химии и физики.

Аналитическая химия тесно связана и с другими науками. Связь

ее с этими науками чрезвычайно разнообразна. Связь аналитической 
химии с математикой постоянная и все более укрепляющаяся.
Связь ее с физикой выражается во все большем развитии физических 
методов анализа, в основе которых лежат процессы, связанные
со строением электронной оболочки и ядра атома. Аналитическая
химия тесно связана с техникой и приборостроением, так как совершенствование 
методов анализа направлено на все более широкое 
использование инструментальных методов.

Методами аналитической химии пользуются также биологические, 
медицинские, технические и другие науки. Так, в медицине

большое значение имеет качественное и количественное определение 
отдельных элементов, которые входят в состав тканей живых 
организмов и обусловливают их нормальную физиологическую 
деятельность. Не менее важную роль играет аналитическая
химия в геологии, геохимии, сельском хозяйстве, фармацевтической, 
лакокрасочной, нефтехимической и многих других отраслях
промышленности.

Заметно возросла роль аналитической химии в связи с тем,

что больше внимания стало уделяться состоянию и контролю за за-
грязнением окружающей среды, контролю за технологическими
выбросами, сточными водами и т. д. В России и многих других
странах организована специальная общегосударственная служба
наблюдения и контроля за уровнем загрязнения объектов окружаю-
щей среды. Эта служба контролирует загрязнение воздуха, почв,
речных и морских вод. Большое научное и практическое значение
имеет анализ космических объектов и небесных тел, вод Мирово-
го океана и т. д.

Существенное значение имеют достижения аналитической хи-

мии в развитии таких отраслей промышленности, как атомная энер-
гетика, ракетостроение, электроника и др. Аналитическая химия
не только обеспечила эти области эффективными методами анали-
за, но и послужила основой разработки многих новых технологи-
ческих процессов.

В основе аналитической химии лежит химический анализ –

совокупность действий, позволяющих идентифицировать качествен-
ный и количественный состав анализируемого объекта.

В соответствии с двусторонним характером решаемых задач

аналитическую химию разделяют на две основные части: качествен-
ный и количественный анализ. Деление на качественный и коли-
чественный анализ в какой-то степени условно и традиционно. За-
дача качественного анализа – обнаружить, какие именно элемен-
ты или их соединения входят в состав анализируемого материала.
Качественный анализ обычно предшествует количественному;
цель последнего – найти количественные соотношения между ком-
понентами, найденными при качественном исследовании.

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Идентификация компонентов и определение качественного со-

става объекта являются предметом качественного анализа. Каче-
ственный анализ, как мы уже указывали, обычно предшествует
количественному.

При обнаружении какого-либо компонента обычно фиксиру-

ют появление аналитического сигнала: образование осадка, изме-
нение окраски, выделение газа, появление линий в спектре и т. д.
Для получения сигнала в аналитической химии используют хими-
ческие реакции разных типов (кислотно-основные, окислительно-
восстановительные, комплексообразования), разные процессы, на-
пример осаждение, а также разнообразные химические, физичес-
кие и даже биологические свойства самих веществ или продуктов
их реакций. Поэтому аналитическая химия располагает различ-
ными методами для решения своих задач: химическими, физичес-
кими и биологическими.

В настоящем учебно-методическом пособии рассматривает-

ся качественный анализ неорганических соединений химически-
ми методами. В химических методах обнаружения аналитический
сигнал, возникающий в результате проведения химической реак-
ции, наблюдают главным образом визуально. Химические реак-
ции, используемые для целей качественного анализа, называют
аналитическими.

Химические реакции обнаружения различаются по технике и ме-

тодике выполнения. Реакции можно выполнять «мокрым» и «су-
хим» путем. Чаще применяют анализ «мокрым» путем. При этом
исследуемый объект предварительно растворяют в воде, кислоте
или щелочи. Если вещество нерастворимо, то его сплавляют, на-
пример, со щелочью, а затем уже полученный плав растворяют
в воде или кислоте. Реакции, выполняемые «мокрым» путем, про-
водят преимущественно в пробирках, и результат реакции наблю-
дают визуально.

Техника выполнения реакций заключается в следующем. Исследуемый 
раствор (2–3 капли) вносят в пробирку капиллярной пипеткой 
так, чтобы кончик пипетки не касался стенок пробирки. Соблюдая 
условия проведения реакции, добавляют необходимое количество 
раствора реагента. Наблюдают внешний эффект реакции.

В качественном химическом анализе преимущественно имеют

дело с водными растворами электролитов, поэтому аналитическими 
реакциями открывают образующиеся при диссоциации ионы.
Для удобства обнаружения ионы делятся на аналитические группы.
При объединении ионов в группы используют сходство или различие 
их свойств в отношении действия некоторых реактивов, называемых 
групповыми, различную растворимость образуемых ими
соединений и другие признаки.

В настоящее время существуют пять типов классификации

катионов. Это сероводородный, тиоацетамидный, аммиачно-фос-
фaтный, дифталaтный и кислотно-основный методы. В настоящем
курсе более подробно изучается аммиачно-фосфатный метод разделения 
катионов, поэтому их реакции целесообразно изучать в соответствии 
с аммиачно-фосфaтной классификацией.

В аммиачно-фосфaтном методе все катионы делятся на пять

групп на основании различной растворимости фосфатов в воде,
кислотах (сильных и слабых), щелочах и водном растворе аммиа-
ка (табл. 1).

Т а б л и ц а   1

Классификация катионов по аммиачно-фосфатной схеме анализа

Групповой

реагент

1

2

NH4

+ , Na+, K+

А-подгруппа:
Mg2+, Ca2+, Sr2+,
Ba2+, Mn2+, Fe2+

Фосфаты растворимы в воде

Фосфаты не растворимы в воде и вод-
ном растворе аммиака, раствори-
мы в хлороводородной кислоте.
Фосфаты катионов А-подгруппы
растворимы в уксусной кислоте.

Номер
группы
Катионы

Нет

(NH4)2HPO4,

NH3 (aq)

Характеристика группы

Общепринятой классификации анионов не существует. В на-

стоящем учебно-методическом пособии принято разделение анио-
нов на три аналитические группы по растворимости солей бария
и серебра (табл. 2).

О к о н ч а н и е  т а б л.   1

Групповой

реагент

Номер
группы
Катионы
Характеристика группы

Фосфаты катионов Б-подгруппы
не растворимы в уксусной кислоте

Фосфаты не растворимы в воде, раст-
воримы в водном растворе аммиака

Метасурьмяная и метаоловянная кис-
лоты не растворимы в воде и адсор-
бируют мышьяковую кислоту

Хлориды не растворимы в воде и раз-
бавленных кислотах

(NH4)2HPO4,

NH3 (aq)

NH3 (aq)

HNO3

HCl

3

4

5

Б-подгруппа:
Al3+, Cr3+, Fe3+,
Bi3+

Co2+, Ni2+, Cu2+,
Zn2+, Cd2+, Hg2+

As (III), As (V),
Sb (III), Sb (V),
Sn (II), Sn (IV)

Ag+, Hg2

2 +, Pb2+

Т а б л и ц а   2

Классификация анионов

по растворимости солей бария и серебра

Групповой

реагент

1

2

3

SO4

2  –, SO3

2 –, S2O3

2 –,

CO3

2 –, PO4

3 –, SiO3

2 –,

F–

Cl–, Br–, I–, S2–

NO3

–  , NO2

– ,

CH3COO–

Соли бария малорасторимы в во-
де, но растворяются в разбавлен-
ных кислотах (за исключением
BaSO4)

Соли серебра малорастворимы
в воде и азотной кислоте

Нет группового реагента

Номер
группы
Анионы

BaCl2

AgNO3

–

Характеристика группы

Если в ходе анализа смеси катионов групповые реагенты слу-

жат для последовательного отделения групп, то при анализе анио-
нов они используются лишь для предварительного обнаружения
той или иной группы.

ЛАБОРАТОРНЫЕ  РАБОТЫ

1. Качественные реакции важнейших катионов

полумикрометодом

При изучении реакций обнаружения ионов все этапы работы

следует фиксировать в лабораторном журнале. Форма записи приве-
дена в табл. 3.

H2C4H4O6
(винная кислота)
или NaHC4H4O6
(гидротартрат
натрия)

Т а б л и ц а   3

Качественные реакции катионов

Реагент
Ион

K+
KNO3 + H2C4H4O6 

 KHC4H4O6 +

+ HNO3

KNO3 + NaHC4H4O6 
 KHC4H4O6 + NaNO3
(потирание стеклянной
палочкой о стенки пробирки)


Мешающие

ионы

NH4

+

Наблюдения

Образование 
белого
кристалли-
ч е с к о г о
осадка

Уравнение реакции,
условия проведения

1) Качественные реакции катионов

1-й аналитической группы

Реакции иона  NH4

+

Растворимость солей аммония сходна с растворимостью солей

щелочных металлов. Соли аммония содержат бесцветный ион NH4

+ .

1.1. Реакция со щелочами.
В присутствии щелочей соли аммония разлагаются с выделением 
аммиака, который можно обнаружить по запаху или по изменению 
окраски индикаторных бумаг:

NH4

+ + OH–  NH3 + H2O.

Реакция специфическая.
Предел обнаружения 0.05 мкг.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 6–7 капель анализируемого 
раствора, прибавляют 4–5 капель концентрированного раствора 
гидроксида натрия или гидроксида калия и нагревают на водяной 
бане. В присутствии ионов аммония появляется характерный 
запах. Над пробиркой помещают влажную лакмусовую бумагу,
не касаясь стенок пробирки во избежание попадания на бумагу
щелочного раствора. Выделяющиеся пары аммиака окрашивают
индикаторную бумагу в синий цвет.

1.2. Реакция с реактивом Несслера.
Реактив Несслера (щелочной раствор тетрайодомеркуриата ка-

лия – K2[HgI4] + KOH) при взаимодействии с ионом аммония обра-
зует красно-бурый осадок йодида оксодимеркураммония:

NH4

+ + 2[HgI4]2– + 4OH–  [OHg2NH2]I + 7I– + 3H2O.

Состав осадка описывают формулой

Очень малые количества (следы) солей аммония дают желто-

коричневый осадок.

Реактив Несслера содержит щелочь, которая с большинством

катионов металлов дает осадки малорастоворимых гидроксидов,
многие из которых окрашены. Выпадение таких окрашенных осад-
ков может помешать наблюдению окраски осадка, образующего-
ся в присутствии NH4

+ . Следовательно, реакция эта менее специ-

фична для NH4

+  , чем реакция со щелочами.

Hg

O

Hg

NH2
I