Аналитическая химия

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Волгоградский государственный аграрный университет»

Н. А. Филимонова

АНАЛИТИЧЕСКАЯ  ХИМИЯ

Учебно-методическое пособие

для студентов заочной формы обучения

направления 05.03.06 «Экология и природопользование» 

Волгоград 

Волгоградский ГАУ

2017

УДК 543
ББК 24.4
Ф - 53

Рецензент –

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Общая и прикладная химия» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» В.Т. Фомичев

Филимонова, Наталья Алексеевна 

Ф – 53 Аналитическая химия: учебно-методическое пособие для студентов заочной формы обучения направления 05.03.06 «Экология и 
природопользование» / Н. А. Филимонова. – Волгоград: ФГБОУ ВО 
Волгоградский ГАУ, 2017. – 72 с.

Учебно-методическое пособие содержит теоретический и экс
периментальный материал по качественному и количественному анализу аналитической химии. 

УДК 543
ББК 24.4

©ФГБОУ ВО Волгоградский 
государственный аграрный 
университет, 2017
© Филимонова Н.А., 2017

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие по дисциплине «Аналитическая 

химия» предназначено для подготовки студентов по программам академического бакалавриата (заочной формы обучения),направления 
05.03.06 «Экология и природопользование».

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у 

студента следующих компетенций:

ПК-2владение методами отбора проб и проведения химико
аналитического анализа вредных выбросов в окружающую среду, геохимических исследований, обработки, анализа и синтеза производственной, полевой и лабораторной экологической информации, методами составления экологических и техногенных карт, сбора, обработки, систематизации, анализа информации, формирования баз данных 
загрязнения окружающей среды, методами оценки воздействия на 
окружающую среду, выявлять источники, виды и масштабы техногенного воздействия.

ОПК – 2 владение базовыми знаниями фундаментальных разде
лов физики, химии и биологии в объеме, необходимом для освоения 
физических, химических и биологических основ в экологии и природопользования; методами химического анализа, знаниями о современных динамических процессах в природе и техносфере, о состоянии 
геосфер Земли, экологии и эволюции биосферы, глобальных экологических проблемах, методами отбора и анализа геологических и биологических проб, а также навыками идентификации и описания биологического разнообразия, его оценки современными методами количественной обработки информацииСпособность использовать основные 
законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, 
теоретического и экспериментального исследования. 

ГЛАВА1. 

ОСОБЕННОСТИ АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

И СПОСОБЫ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ

Аналитической химией называют науку о методах качествен
ного и количественного (атомного, ионного, изотопного, молекулярного) определения состава веществ или их смесей из которых состоят 
объекты природы и деятельности человека.Химический состав веществ определяют с помощью химического анализа. Анализом называют процедуру получения опытным путем данных о химическом составе вещества. Под химическим составом понимают состав элементный, молекулярный, фазовый, изотопный, функционально-групповой.

В соответствии с целями анализ подразделяют накачественный 

и количественный.Задачей качественного анализа является установление состава анализируемого объекта. Качественный анализ включаетидентификациюобъекта иобнаружениеего компонентов. Обнаружение - это проверка присутствия в анализируемом объекте тех или 
иных его основных компонентов или примесей. Например, определяют, есть ли витамин С в напитке, примеси нитратов или солей тяжелых металлов в овощах и т. п.Идентификация - это установление 
идентичности исследуемого химического соединения с уже известным веществом путем сравнения их физических и химических 
свойств. Для этого предварительно изучают определенные свойства 
заданных соединений (например, характерные реакции катионов и 
анионов), затем выполняют те же испытания (реакции) с исследуемым 
соединением и сопоставляют полученные результаты.

Количественныйанализ решает задачу определения содержа
ния (количества или концентрации) того или иного компонента в анализируемом объекте. Качественный анализ обычно предшествует количественному анализу. Иногда нет необходимости проводить качественный анализ, если состав образца известен. Например, при определении количества поваренной соли в рассоле, кислотности хлеба 
или жирности молока. 

Наблюдаемое или измеряемое свойство (аналитический сигнал)

позволяет получить информацию о химическом составе вещества. 
Аналитический сигнал по своей природе специфичен, т. е. присущ 

только данным вполне определенным атомам, молекулам или другим 
частицам. По происхождению (природе) аналитического сигнала методы анализа подразделяют нахимические, физические (инструментальные).

В основе химических методов анализа лежит изменение энергии 

химической реакции. В ходе реакции изменяются параметры, которые 
можно наблюдать непосредственно, например, выпадение осадка или 
появление окраски; или измерять такие величины, как расход реагента, массу образующегося продукта. 

Физические методы базируются на измерении физических ха
рактеристик веществ, например, спектров испускания и поглощения 
или показателя преломления веществ. Каждый метод анализа характеризуется диапазоном определяемого содержания вещества.По диапазону определяемых содержаний методы подразделяют на макрометоды (от 100 до 1% вещества), полумикрометоды (1 - 0,1%), микрометоды (10 -1 – 10 -6 %), ультрамикрометоды (10-6 – 10-9 %). По размерам 
пробы, взятой для анализа, методы также делят на макро-(0,1-1 г или 
1,0 - 10 см3), полумикро- (0,01 - 1 г; 0,1 - 1,0 см3), микро-(0,001 - 0,01 г; 
0,01 - 0,1 см3) и ультрамикрометоды (10-6 – 10-9 г; 10-3 – 10-4 см3).

Аналитическая реакция должна протекать быстро и полно при 

соблюдении определенных условий: температуры, реакции среды и 
концентрации обнаруживаемого иона. При выборе реакции обнаружения ионов руководствуются законом действующих масс и представлениями о химическом равновесии в растворах. При этом выделяются следующие характеристики аналитических реакций: селективность или избирательность; специфичность; чувствительность.

Понятие чувствительности относится ко всем аналитическим 

реакциям, каким бы внешним эффектом они не сопровождались. Порог чувствительности реакций характеризуют количественно при 
помощи обнаруживаемого минимума, т. е. наименьшего количества 
иона, которое удается обнаружить с помощью данной реакции. Выражают этот показатель в миллионных долях грамма - микрограммах 10
6г. Например, при обнаружении иона К+ в виде гексахлорплатината 
(IV) К2[PtCl6] обнаруживаемый минимум составляет 0,1мкг. В качественном анализе применяют только те реакции, обнаруживаемый 
минимум которых не превышает 50 мкг.

Реагент, с помощью которого в исследуемом растворе обнару
живают определенный ион (функциональную группу или молекулу), 
называют характерным, а реакцию соответственно характерной (частной) или реакцией обнаружения. Характерные реакции различают 
по селективности (избирательности). Селективные реакции дают 
одинаковый или сходный аналитический эффект с ограниченным 
числом ионов. Причем чем меньше ионов дают одинаковый аналитический эффект с данным реагентом, тем селективнее реакция. Так, 
например, хромат калия взаимодействует с ионами Рb2+, Ва2+ и Sr2+ с 
образованием осадков желтого цвета. Селективность многих реакций 
может быть повышена путем подбора соответствующих условий проведения реакции (например, регулируя рН раствора или удаляя мешающие 
ионы 
реакциями 
осаждения 
и 
комплексообразова
ния).Высокоселективные реакции называют специфическими. Такая 
реакция позволяет обнаружить данный вид иона (молекулу) в присутствии других ионов. Например, только при взаимодействии с крахмалом иод J2 дает синюю окраску, и только при взаимодействии соли 
аммония со щелочью при нагревании выделяется газ характерного запаха:

NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3↑ + H2O.

Таблица 1 – Качественные реакции на катионы и анионы

Ион
Название или формула реактива
Внешний эффект

1
2
3

K+

гексанитрокупрат (II)  свинца.

гексанитрокобальтат (III) натрия.

чёрный осадок
жёлтый осадок

Na+
Цинкуранилацетат Zn[(UO2)3(CH3COO)8]
жёлтый осадок

NH4

+

NaOH

реактив Несслера (K2[HgJ4] *2Н2О).

выделяется аммиак
красно-бурый осадок

Pb

+2
KJ
желтый осадок

Ba2+
K2CrO4 или K2Cr2O7
осадок жёлтого цвета

Zn+2
K4[Fe(CN)6] (жёлтая кровяная соль)

Дитизон(дифeнилтиокарбазон)

белый осадок

пурпурно-кр. окраска

Cu2+

NH3

K4[Fe(CN)6] (жёлтая кровяная соль)

KJ

ярко-синий раствор
красно-корич. осадок
белый осадок при добавлении Na2S2O3

Окончание таблицы 1 

1
2
3

Fe3+
KSCN

K4[Fe(CN)6] (жёлтая кровяная соль)

кроваво-красн.раствор
темно-синий осадок

Fe2+
K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль)
темно-синий осадок

Ni2+
Диметилглиоксим- реактив Чугаева
ало-красный осадок

Сd2+
K4[Fe(CN)6]
белый осадок

Al3+
Ализарин-1,2-диоксиантрахинон
ярко-красн. осадок

Cr3+
H2O2, Cl2, KMnO4 -окислители
желто- зел. цвет

Cl(Hg2 (NO3)2); AgNO3
белый осадок

SO4

2BaCl2
белого осадок

NO3

(С6H5)2NH Дифениламин
синий цвет

CO3

2сильная кислота
Выделение СО2

РО4

3магнезиальная смесь
белый осадок

Обнаружение ионов с помощью селективных и специфических 

реакций в отдельных порциях раствора, производимое в любой последовательности называют дробныманализом. Такой тип анализа широко применяется в агрохимических и заводских лабораториях. Когда 
состав анализируемого вещества хорошо известен и требуется проверить отсутствие или присутствие тех или иных примесей. Если же используемые реакции не селективны, а мешающее действие посторонних ионов устранить не удается, то в этом случае применяют систематический анализ.

Примеры дробных реакций

Катион NH4

+

Действие щелочей (NaOH, KOH). Щелочи разлагают соли аммо
ния особенно при нагревании, с выделением аммиака:

NH4

+ + OH- = NH3↑ + H2O.

Аммиак можно обнаружить по запаху, по посинению влажной 

лакмусовой бумажки, по почернению фильтровальной бумаги, смоченной Hg2(NO3)2. Определению не мешает ни один из катионов.

Выполнение реакции. К пробе в пробирке 0,5-1,0 мл добавить 

5-6 капель 6н NaOH. Раствор подогреть. Наличие аммиака обнаружить по вышеприведенным способам.

Катион Cu2+

Действие аммиака (NH4OH). При медленном приливании к рас
твору, содержащему Cu2+, вначале образуется основная соль меди, 
имеющая голубовато-зеленый цвет. Эта соль растворяется в избытке 
раствора аммиака с образованием аммиаката меди синего цвета:

Cu2+ + 4NH4OH = [Cu (NH3)4]2+ + 4H2O.

Выполнение реакции. К 0,5-1,0 мл раствора медленно по кап
лям добавляют концентрированный раствор аммиака.

Анион Cl
Действие нитрата ртути (Hg2(NO3)2). При действии нитрата ртути 

на Cl- ион образуется белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте:

Hg2+ + 2Cl- = Hg2Cl2↓

Аналогичным образом протекает реакция с азотнокислым сереб
ром (AgNO3):

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Выполнение реакции. К 0,5 мл раствора приливают 1 мл 2н 

раствора Hg(NO3)2, затем 0,3 мл 2н Ba(NO3)2. Содержимое пробирки 
фильтруют. К фильтрату добавляют 0,5 мл 2н HNO3 и 0,5 мл 2н 
Hg2(NO3)2.

Систематическим анализом называют полный анализ иссле
дуемого объекта, осуществляемый путем разделения исходной аналитической системы на несколько групп в определенной последовательности. Затем внутри каждой группы проводят разделение до тех пор, 
пока не появится возможность идентифицировать каждый компонент 
с помощью характерных селективных реакций.

Основным способом разделения ионов по систематическому ме
тоду анализа является их осаждение в виде малорастворимых соединений. Деление на аналитические группы основано на различной растворимости осадков при определенных значениях рН среды. Например, необходимо определить присутствие в растворе иона Са2+, который хорошо осаждается ионами щавелевой кислоты, т. е. при взаимодействии с оксалатом аммония СаС12+ (NН4)С2О4= СаС2О4↓+ NН4С1. 
Но, если в растворе присутствуют ионы Ва2+, то они также способны 
выпадать в осадок в виде оксалата бария, поэтому необходимо прове

рить в отдельной порции раствора их наличие реакцией с дихроматом 
калия, при этом выпадает желтый осадок хромата бария. Кальций же 
способен выпадать в осадок в виде хромата только при очень высокой 
его концентрации из растворов солей кальция, в обычных условиях 
хромат кальция хорошо растворим в воде. 

Следовательно, при наличии ионов бария в растворе, чтобы уда
лить мешающие осаждению кальция ионы бария необходимо на весь 
раствор подействовать раствором дихроматом калия, последний раствор берется с избытком, полученный желтый осадок хромата бария 
отфильтровывают, еще добавляют раствор хромата или дихромата, 
для проверки полноты осаждения бария и затем открывают ионы 
кальция раствором оксалата.

Аналитические реакции (и реактивы) в качественном анализе 

подразделяют на общие (общеаналитические), групповые и характерные (частные). Если реагент взаимодействует одновременно с 
большинством ионов, то его называют общеаналитическим. К таким 
реагентам относятся Na2CO3, Na2HPO4, H2S и щелочи, которые с большинством катионов металлов образуют малорастворимые соединения.
Если реагент взаимодействует одновременно с несколькими ионами, 
его называют групповым. Так, групповым реагентом для ионов Сl-, Вг
и J-является нитрат серебра AgNO3, образующий осадки с перечисленными ионами. С помощью общих и групповых реакций можно сделать 
заключение о наличии или отсутствии целой группы ионов, а также отделить одну группу ионов от других. Поэтому групповые реакции еще 
называют реакциями разделения. Групповыми реагентами могут быть 
сильные кислоты и основания, раствор аммиака, карбонаты, фосфаты и 
сульфиды щелочных металлов. Применение разнообразных групповых 
реактивов позволило разработать различные аналитические классификации катионов (и анионов). Наибольшее распространение при разделении катионов на группы получили сульфидная, кислотно-основная и 
аммиачно-фосфатная классификации (таблица 2).