Основы качественного анализа

Малькова Наталья Викторовна, учитель химии

МОБУ «Медведевская СОШ №3

с углубленным изучением отдельных предметов

им.50-летия Медведевского района», РМЭ

Практическая работа с элементами исследования

ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

для обучающихся 9-11 классов

Химия – безусловно, истинная наука, в ней много накопленных результатов, законов и правил, но всегда есть место неожиданностям. Иногда бывает, что сложившиеся представления так прочно укореняются в сознании, что неожиданный факт, который не согласуется с общепринятыми понятиями, воспринимается как чудо. Тем не менее, у химии, точнее у химиков всегда хватает терпения и мудрости, чтобы во всем разобраться и поставить на свои места. По мнению В. Ключевского: «Жизнь учит только тех, кто ее изучает». Сегодня мы будем изучать основы аналитической химии.

Аналитическая химия занимается разработкой методов анализа и исследования различных объектов, изучением качественного и количественного состава вещества. Объектами исследования аналитической химии могут быть вещества как различной структурной сложности (атомы, молекулы, ионы, сложные вещества и др.), так и различной химической природы.

Аналитическая химия традиционно делится на 2 раздела: качественный и количественный анализ.

Качественный анализ определяет элементарный состав вещества, химическую формулу и наличие в веществе примесей.

Целью качественного анализа является химическая идентификация (обнаружение) – это установление вида и состояния фаз молекул, атомов, ионов и других составных частей вещества на основе сопоставления экспериментальных и соответствующих справочных данных для известных веществ.

При идентификации определяется комплекс свойств веществ. Чаще всего обнаружение основано на фиксировании внешних изменений, происходящих в результате химической реакции анализируемого вещества с каким-либо другим веществом.

Вещество, используемое для химической идентификации, называется реагентом, а реакция в результате которой происходит химическая идентификация, аналитической реакцией.

Химический анализ вещества проводят двумя способами: «сухим путем» или «мокрым путем».

Анализ «мокрым способом» - это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях, при этом молекулы этих веществ подвергаются диссоциации. Поэтому анализ сводится к определению ионов (катионов и анионов). Химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение белого или окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ с характерным запахом или цветом.

Составляем логико-смысловую модель по вышесказанному материалу.

Итак, перед вами таблицы «Качественные реакции на катионы и анионы», «Качественные реакции органических соединений», «Агрегатное состояние и окраска неорганических веществ» (обратить внимание на «Минисправочник по химии для решения качественных задач», авт. Дерябина Н.Е.)

Еще А. Эйнштейн отмечал: «Радость видеть, наблюдать и понимать есть самый прекрасный дар».

Приступаем к эксперименту.

«Яв­ления жизнедеятельности организма, как больного, так и здорового, можно понять, лишь рассматривая и оценивая происходящие в нем химические процессы, а излечения можно достичь с помощью химических средств».

Высказывание основоположника медицинской химии (иатрохимии) Парацельса

1. Можно ли принимать лекарства по со­вету знакомых? Почему?

2. Можно ли самостоятельно назначать себе лекарства, прослушав или просмотрев по телевидению очередную рекламу?

3. Нужно ли верить рекламе? Реклама — это информация для врача.
4. О чем нужно помнить при приеме ле­карств?

ПОМНИ ВСЕГДА!

Нельзя заниматься самолечением.

Любой наркотик вызывает зависимость от него.

Реклама рекламой, а верь врачу!

Затем формулируем правила приема лекарственных средств «Правила приема назначенных врачом лекарств»:

Доза зависит от возраста и массы тела. Необходимо строгое ее соблюдение во избе­жание непредсказуемых последствий.

Режим приема определяется длительно­стью действия и особенностями циркуляции лекарства в организме.

Способ приема — по указанию врача. Запивать большим количеством воды.

Затем учитель спрашивает, что необходимо учитывать при приеме лекарств. В ходе беседы он формулирует следующие пра­вила:

ПОМНИТЕ!

 

Подводя итоги, учитель химии сооб­щает, что в результате совместных усилий получили своеобразный ликбез. А поскольку он затрагивает здоровье, то этот эколикбез — ликбез по экологии здоровья.

Задание для 1 группы (для обучающихся 10, 11 класса)

1. Рассмотрите структурные формулы двух веществ, назовите функциональные группы.

 

2. Проведите лабораторную работу «Обнаружение функциональных групп в молекуле ацетилсалициловой кислоты».

Реактивы и оборудование: ацетилсали­циловая кислота (аспирин), вода, хлорид железа(III); ступка с пестиком, стеклянная па­лочка, спиртовка, пробиркодержатель, воронка, фильтр, стаканы, штатив с пробирками, пипетка, мерный цилиндр на 10 мл.

Опыт 1. Доказательство отсутствия фенольного гид­роксила в ацетилсалициловой кислоте (аспирине).

В пробирку помещают 2-3 крупинки ацетилсалициловой кислоты, добавляют 1 мл воды и энергично встряхивают. К по­лученному раствору прибавляют 1-2 капли раствора хлорида железа(III). Что наблюдаете? Сделайте выводы.

Фиолетовое окрашивание не появляется. Следова­тельно, в ацетилсалициловой кислоте НООС-С6Н4-О-СО-СН3 отсутствует свободная фенольная группа, так как это вещест­во — сложный эфир, образованный уксусной и салициловой кислотами.

Опыт 2. Гидролиз ацетилсалициловой кислоты.

В пробирку помещают измельченную таблетку ацетилсалициловой кислоты и добавляют 10 мл воды. Доводят со­держимое пробирки до кипения и кипятят в течение 0,5-1 мин. Профильтруйте раствор. Затем к полученному фильтрату прибавляют 1-2 капли раствора хлорида железа(III). Что наблюдаете? Сделайте выводы.

Запишите уравнение реакции:

Оформите работу, заполнив таблицу, в которой есть следующие графы: выполняемая операция, реактив, наблюдения, вывод.

Появляется фиолетовое окрашивание, что указывает на выделение салициловой кислоты, содержащей свобод­ную фенольную группу. Как сложный эфир ацетилсалициловая кислота легко гидролизуется при кипячении с водой.

Задание для 2 группы (для обучающихся 10, 11 класса)

1. Рассмотрите структурные формулы веществ, назовите функциональные группы.

 

2. Проведите лабораторную работу «Обнаружение функциональных групп в молекуле глюкозы».

Реактивы и оборудование: раствор глюкозы, универсальный индикатор, раствор сульфата меди (II), раствор гидроксида натрия, спиртовка, пробиркодержатель, спички, мерный цилиндр на 10 мл.

2.1. Налейте в пробирку 2 мл раствора глюкозы. С помощью универсального индикатора сделайте вывод о наличии или от­сутствии карбоксильной группы.

2.2. Получите гидроксид меди (II): влейте в пробирку 1 мл сульфата меди (II) и добавьте к нему гидроксид натрия. К по­лученному осадку прилейте 1 мл глюкозы, встряхните. Что на­блюдаете? Для каких функциональных групп характерна данная реакция?

2.3. Полученную в опыте № 2 смесь нагрейте. Отметьте из­менения. Для какой функциональной группы характерна данная реакция?

2.4. Оформите работу, заполнив таблицу, в которой есть следующие графы: выполняемая операция, реактив, наблюдения, вывод.

Демонстрационный опыт. Взаимодействие раствора глю­козы с аммиачным раствором оксида серебра.

Результаты работы:

— карбоксильная группа отсутствует, т.к. раствор имеет нейтральную реакцию на индикатор;

— осадок гидроксида меди (II) растворяется и появляется ярко-синее окрашивание, характерное для многоатом­ных спиртов;

— при нагревании этого раствора выпадает желтый осадок гидроксида меди (I), который при дальнейшем нагре­вании краснеет, что показывает наличие альдегидной группы.

Вывод. Таким образом, молекула глюкозы содержит карбонильную и несколько гидроксильных групп и представляет собой альдегидоспирт.

Задание для 3 группы (для обучающихся 9 класса)

Оборудование: ступка с пестиком, стеклянная палочка, воронка, фильтр, стаканы, штатив с пробирками.

Вещества: ферроплекс или витаминный комплекс, содержащий ионы железа (олиговит), NaOH, BaCl2 , AgNO3 , H2O, KCNS, красная кровяная соль.

Медицинский препарат ферроплекс применяют для лечения больных с пониженным содержанием гемоглобина в крови. Он состоит из растворимой средней соли, образованной нерастворимым основанием и сильной кислотой. Для лучшего усвоения основного компонента организмом в состав лекарства введена аскорбиновая кислота (витамин С). Применение препарата рассчитано на длительный срок.

Задание: определите качественный состав соли, входящей в состав препарата ферроплекс.

Вопросы:

проанализируйте предложенную информацию. Какие частицы могут входить в состав данной соли?

Обратите название на название препарата.

Ход работы

Измельчите таблетку ферроплекса в ступке и растворите в воде (5-10 мл).

Профильтруйте раствор.

Проведите качественные реакции.

Оформите работу, заполнив таблицу:

Сделайте вывод о качественном составе препарата.

Основываясь на предложенной информации, исходя из названия препарата и используя метод исключения, обучающиеся делают предположение о наличии в составе соли катионов Fe+2 , Fe+3 и анионов SO4-2 , Cl- . Экспериментальная проверка гипотезы позволяет сделать вывод, что состав соли – FeSO4.

Очевидно, что невозможно рассмотреть все многообразие лекарственных средств, их действие на организм, особенности применения и лекарственные формы этих препара­тов, являющихся обычными химическими веществами. Более под­робное знакомство с миром лекарств ждет тех, кто в дальнейшем будет заниматься фармакологией и медициной. Однако уже теперь вам понятно, что даже первичное знакомство с этим миром невоз­можно без знания и понимания химии.

Такой проблемный способ решения учебных задач позволяет следовать логике науч­ного познания, приводит к качественному усвое­нию учебного материала.

Литература

1. Гладченко Т.Л. Карбоновые кислоты. //Первое сентября: химия. – 2006. - №7.– С.28 – 33.

2. Саенко О.Е. Аналитическая химия. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2011. – 287 с.