Природные воды являются растворами многих веществ, в которых содержатся почти все элементы, которые находятся в виде ионов, недиссоциированных молекул и коллоидов. Содержание элементов измеряется величинами порядка мг в 1 л воды (содержание некоторых из них достигает грамма и десятков грамма в 1 л воды).
Открытие элементов, входящих в состав воды, осуществляется путем перевода их в новые соединения, обладающие какими-либо характерными свойствами, обуславливающими выпадение осадка, выделение газа, появление окраски.
Происходящие при этом химические превращения называются аналитическими реакциями, а вещества, выделяющие их – реагентами на данный ион.
Методика эксперимента позволяет визуально определять по изменению окраски содержание в исследуемой пробе воды того или иного иона. Полученные данные сравниваются с нормой и делаются соответствующие выводы о состоянии воды.
Экспериментальная часть
Опыт 1 Обнаружение катионов калия
Реагент: гексанитрокобальтат(III) натрия (40 г Na3[Co(NO2)6] растворют в 100 мл воды).
Условия реакции: 1) рН = 4–5 (поддерживают введением уксусной кислоты);
2) температура комнатная;
3) осадок растворяется в кислотах.
Выполнение анализа: в пробирку помещают 100 мл пробы (рН = 4–6). Прибавляют 5 мл реагента. Проводят наблюдение: если выпадает желтый садок, то концентрация ионов калия более 0,1 мг. Если при встряхивании пробирки наблюдается помутнение раствора, то концентрация ионов больше 0,01 мг.
Опыт 2 Обнаружение катионов кальция
Реагент: оксалат аммония(35 г (NH4)2C2O7 растворяют в воде и доводят до 1 л); уксусная кислота (120 мл ледяной СН3СООН доводят дистиллированной водой до 1 л).
Условия проведения: 1) рН < 7,0;
2) температура комнатная;
3) осадок нерастворим в воде, уксусной кислоте и солях аммония.
Выполнение анализа: к 10 мл пробы добавляют 3 мл уксусной кислоты, затем вводят 8 мл реагента. Если выпадает белый осадок, то концентрация ионов кальция 1000 мг/л, если раствор мутный – более 1 мг/л, при опалесценции – более 0, 01 мг/л.
Опыт 3 Обнаружение катионов железа
Реагенты: роданид аммония (20 г NH4CNS растворяют в дистиллированной воде и доводят до 100 мл), азотная кислота (конц.), перекись водорода (W = 5 %).
Условия проведения реакции: 1) рН < 3,0;
2) температура комнатная;
3) действием перекиси водорода ионы Fe (II) окисляются до Fe (III).
Выполнение анализа: к 10 мл пробы прибавляют 1 каплю азотной кислоты, 2 – 3 капли перекиси водорода и вводят 0,5 мл роданида аммония.
При концентрации железа более 2 мг/л наблюдается розовое окрашивание, при концентрации более 10 мг/л окрашивание становится красным.
Опыт 4 Обнаружение хлорид - ионов
Реагенты: нитрат свинца (II) (5 г Pb(NO3)2 растворяют в 95 мл воды), азотная кислота (1: 4).
Условия проведения: 1) рН < 7,0;
2) температура комнатная.
Выполнение анализа: к 10 мл пробы воды прибавляют 3–4 капли HNO3 и 0,5 мл раствора нитрата свинца (II). Белый осадок выпадает при концентрации хлорид-ионов более 100 мг/л. Помутнение раствора – концентрация более 10 мг/л, опалесценция – более 1 мг/л. При добавлении избытка аммиака раствор становится прозрачным.
Опыт 5 Обнаружение сульфат-ионов
Реагенты: хлорид бария (10 BaCl2x2H2O растворяют в 90 мл воды), соляная кислота (16 мл HCl (ρ = 1,19) растворяют в воде и доводят объем до 100 мл).
Условия проведения реакции: 1) рН < 7,0;
2) температура комнатная;
3) осадок не растворяется в азотной и соляной кислотах.
Выполнение анализа: к 10 мл пробы прибавляют 2–3 капли соляной кислоты и 0,5 мл раствора хлорида бария.
При концентрации сульфат-ионов более 10 мг/л выпадает осадок, если наблюдается опалесценция – более 1 мг/л.
Опыт 6 Обнаружение нитрат-ионов
Реагент: дифениламин (1 г (C6H5)2NH растворяют в 100 мл H2SO4 (ρ=1,84).
Условия проведения реакции: 1) рН < 7,0;
2) температура комнатная.
Выполнение анализа: к 1 мл пробы по каплям вводят реагент. Бледно-голубое окрашивание наблюдается при концентрации нитрат-ионов более 0,001 мг/л, голубое – более 1 мг/л, синее более 100 мг/л.
