Методическая разработка "Аналитическая классификация ионов"

Специальности:

33.02.01

Фармация

31.02.03

Лабораторная диагностика

Рассмотрено на заседании цикловой методической комиссии

фармацевтических дисциплин

Протокол № от «__» _________2021 г.

Председатель ЦМК _____ Е.И.Носаль

Дисциплины

Знать

Уметь

Обеспечивающие дисциплины

1. Общая и неорганическая химия

Качественные реакции на анионы: Cl^-, Br^-, I^-, S₂O₃^2-, SO₄^2-, NO₂^-, NO₃^-, PO₄^3-, CO₃^2-, B₄O₇^2-

катионы: К⁺, Na⁺, Ag⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Hg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Биологическую роль ионов, применение их соединений в медицине и фармации.

Выполнить качественные реакции на данные ионы; исследовательские операции на идентифика-цию катионов и анионов.

Последующие дисциплины

2. МДК 02.02. «Контроль качества лекарственных форм»

Реакции, которые исполь-зуются для определения подлинности кислоты хлоро-водородной, хлорида натрия, йодида калия, бромида натрия, тиосульфата натрия, гидрокарбоната, тетрабората натрия, хлорида кальция, сульфата магния, сульфата цинка, железа (II), нитрата серебра, хлорида железа (III)

Выполнять анализ неорганических фармацевтических средств

Тема

Знать

Уметь

1. Анализ катионов

Качественные реакции на катионы: К⁺, Na⁺, Ag⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, NН₄⁺, Аl³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Hg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Установить группу катионов по кислотно-основной классификации, идентифицировать катио-ны I – VI аналитических групп.

2. Анализ анионов

Качественные реакции на анионы: Cl^-, Br^-, I^-, S₂O₃^2-, SO₄^2-, NO₂^-, NO₃^-, PO₄^3-, CO₃^2-, B₄O₇^2-, СН₃СОО^-

Установить группу анионов, идентифициро-вать анионы I – III аналитических групп.

3. Анализ неизвестного вещества

Алгоритм анализа катионов и анионов

Выполнить исследования неизвестного вещества по определенному алгоритму

№ п/п

Основные этапы и их содержание

Способы активизации студентов. Материалы методического обеспечения

Распределе- ние времени

(минуты)

I. Подготовительный этап.

1.

Мотивация учебной деятельности

Методы качественного анализа широко используется для идентифи-кации лекарственного сырья, которое применяется для изготовления лекарственных препаратов, готовых лекарственных средств, содержания в них активнодействующих веществ. Большое значение имеет качественное открытие отдельных ионов, которые обеспечивают нормальную физио-логическую деятельность человека, так называемых биоэлементов.

4

2.

Актуализация опорных знаний

Метод – решение видеозадач «Идентификация некоторых катионов и анионов». Проецирование видеозадач и через некоторое время их решения.

10

3.

План, цели занятия

Cообщение преподавателя

2

II. Основной этап

1.

Аналитические реакции, их характеристика

1. Методы: рассказ и объяснение преподавателя.

2. Раздаточный материал: опорный конспект.

3. Закрепление: вопросы.

1) Какие реакции называются аналитическими?

2) Что называют реактивом?

3) Какие реакции называются:

- групповыми;

- частными;

- специфичными;

- фармакопейными.

4) Охарактеризуйте понятие «чувствительность».

5) Назовите основные условия выполнения аналитических реакций.

15

2.

Классификация катионов

1. Методы: лекция с элементами беседы, заполнение таблицы «Кислотно-основная классификация катионов».

2. Раздаточный материал: немые таблицы, таблицы растворимости.

3. Закрепление: вопросы.

1) На сколько групп делятся катионы по кислотно-основной классификации

2) Почему классификация называется кислотно-основной?

3) Как можно открыть катионы I, II, III, IV, V, VI аналитических групп?

4) Чем отличается действие группового реактива щелочи на IV группу от действия его на V аналитическую группу?

5) В чем особенность гидроксидов катионов VI группы?

- в их способности растворяться в избытке р-ра аммиака:

Cu(OH)₂ + 4NH₃ [Cu(NH₃)₄](OH)₂

комплекс синего

цвета

15

3.

Классификация

анионов

1. Методы: беседа со студентами, заполнение таблиц «Классификация анионов по отношению к групповым реактивам», «Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам».

2. Раздаточный материал: таблицы.

3. Закрепление: вопросы.

1) Какие соединения образуются при действии на анионы I аналитической группы раствора группового реактива ВаСl₂?

2) Охарактеризуйте растворимость бариевых солей анионов I аналитической группы, используя работу с таблицей растворимости.

3) Какие соединения образуются при действия на анионы II аналитической группы раствора АgNO₃?

4) Охарактеризуйте растворимость серебряных солей анионов II аналитической группы.

5) Анионы III аналитической группы не имеют группового реактива. Проверьте растворимость солей анионов III аналитической группы по таблице растворимости и ответьте на вопрос «Почему анионы III аналитической группы не имеют группового реактива»?

6. Выберите из перечня анионы, для которых характерны восстановительные свойства?

7. Каким реактивом можно подтвердить их восстановительные свойства?

8. Какой аналитический эффект наблюдается при этом?

9. Выберите из перечня анионов анионы-типичные окислители, анионы, которому присущи двойственные свойства.

10. Почему NO₂^- - анион проявляет двойственные свойства?

11. Каким реактивом можно подтвердить окислительные свойства анионов?

12. Какие наблюдения ожидаются при действии подкисленного р-ром НСl

раствора КI на группу анионов-окислителей.

15

4.

Закрепление

Формирование умений и навыков. Решение ситуационных задач:

Задача № 1.

Раствор исследуемой соли не образует осадка с хлороводороной кислотой, но осаждается серной кислотой в присутствии этанола с образованием белого осадка,

нерастворимого в растворах кислот и щелочей.

К какой группе относится катион?

Задача № 2.

Исследуемый раствор не образует осадков с групповыми реактивами: растворами хлороводородной и серной кислот, щелочей и раствором аммиака.

К какой группе относится катион?

Задача № 3.

Вода для инъекций не образует осадков с растворами хлороводородной и серной кислот, но образует белый осадок с раствором щелочи, растворяющийся в ее избытке и растворе аммиака.

К какой группе относится катион?

Задача № 4.

Исследуемый раствор не образует осадков с растворами хлороводородной и серной кислот, но образует темно-зеленый осадок с раствором аммиака, который не растворяется в избытке щелочи и аммиака.

Группа катион? Выскажите предположение, о каком катионе идет речь?

Задача № 5.

Отвар лекарственного сырья образует белый осадок с раствором хлороводородной кислоты, который не растворяется отдельно в кислотах, но при добавлении раствора аммиака чернеет.

К какой группе принадлежит катион? Можете ли вы назвать токсичный ион, содержащийся в лекарственном сырье?

Задача № 6.

Исследуемая вода для инъекций образует белый осадок с раствором хлорида бария, нерастворимый в кислотах и щелочах.

Об анионе какой группы идет речь? Можно ли сделать вывод о присутствии одного из анионов группы?

Задача № 7.

Отвар лекарственного сырья образует темно-бурый осадок с раствором нитрата серебра, растворяющийся в азотной кислоте при нагревании.

Какой группе принадлежит анион? О каком токсичном анионе идет речь?

10

III. Заключительный этап

1.

Осмысление и закрепление нового материала

Закрепление нового материала поэтапное.

Методы: фронтальная беседа, заполнение таблиц с использованием мультимедийной презентации.

2

2.

Резюме лекции, общие выводы. Ответы на возможные вопросы.

На данном занятии вы ознакомились с интеграцией дисциплины «Аналитическая химия» с фармацевтическими дисциплинами;

- биологической ролью ионов в физиологических процессах организма человека.

Изучили:

- классификацию катионов и анионов.

Научились:

- характеризовать катионы и анионы по соответствующему алгоритму.

3

3

Домашнее задание

В.Д.Пономарев, Аналитическая химия, М., стр. 12-13; Гл. V § 33-35.

2

4

Рекомендации к внеаудиторной самостоятельной работе студентов

Подготовить: характеристику катионов и анионов по соответствующему алгоритму

2

Содержание

Слайды

1. Тема занятия. Мотивация учебной деятельности:

Методы качественного анализа широко используются в фармацевтическом анализе для идентификации лекарственных препаратов.

В основе идентификации исследуемых субстанций лежат качественные реакции ионов (катионов и анионов), которые обеспечивают нормальную физиологическую деятельность организма человека, так называемых биоэлементов.

Ионы калия и натрия содержатся во всех клетках человеческого организма и входят в состав физиологических жидкостей. Ионы Nа⁺ участвуют в мышечных сокращениях, входят в состав буферных систем организма, регулирующих осмотическое давление в клетках.

Соединения кальция необходимы для построения тканей (в частности костной ткани). Ионы кальция содержатся в крови, поддерживая нормальную свертываемость крови. Недостаток ионов магния приводит к тяжелым нервным расстройствам.

Ионы железа (II) входят в состав гемоглобина крови и некоторых окислительных ферментов (оксидазы). Ионы Fe²⁺ возбуждают деятельность кроветворных органов, стимулируют рост тканей. Недостаток железа в организме вызывает различные формы анемии.

2. Актуализация опорных знаний по теме «Методы качественного анализа»:

Проецирование видеозадач и через некоторое время их решение.

Вопросы к студентам:

1. Какая качественная реакция изображена на слайде?

Указать: катион или анион, реактив, с помощью которого осуществляется идентификация иона, аналитический эффект реакции.

3. Аналитические реакции.

Аналитические реакции – это химические реакции, которые сопровождаются хорошо наблюдаемым внешним эффектом (образованием или растворением осадка, изменение цвета раствора, выделение газа).

Аналитические реакции, которые используют в качественном анализе классифицируют на:

- групповые реакции – реакции, которые позволяют открыть группу ионов;

- частные реакции:

а) специфические – это реакции, которые позволяют открыть ионы в присутствии других ионов без предыдущего их разделения. Например, реакция открытия катионов аммония раствором щелочи; катионов Fe³⁺ - раствором тиоцианата калия. Для выполнения специфич-ных реакций используют дробный метод анализа;

б) неспецифические или селективные – реакции, которые дают аналитический эффект в присутствии ограниченного количества ионов. Для выполнения используют система-тический метод анализа, основанный на предварительном разделении ионов (в пределах группы).

Условия проведения аналитических реакций:

- создание и поддержание в ходе выполнения реакций определенного значения рН раствора (реакции среды);

- температура выполнения реакции (условия выполнения реакции идентификации ионов К⁺);

- соблюдение определенной концентрации ионов (чувствительность реакции).

Чувствительность – это наименьшая концентрация ионов, которые можно открыть данной реакцией при определенных условиях ее выполнения. Например:

- открытие Cl^- анионов раствором AgNO₃ – реакция чувствительная;

- открытие катионов К⁺ раствором NаНС₄Н₄О₆ или катионов Са²⁺ раствором H₂SO₄ – эти реакции мало чувствительны.

Способы выполнения аналитических реакций:

- сухой способ (это реакции окрашивания пламени);

- мокрый способ – это реакции, проводимые в растворах.

4. Классификация катионов.

В аналитической практике существуют 3 классификации:

1. Сероводородная – основана на разной растворимости сульфидов.

2. Фосфатная классификация – основана на разной растворимости фосфатов.

3. Кислотно- основная классификация основана на различной растворимости в воде хлоридов, сульфатов, гидроксидов.

По кислотно-основной классификации катионы делятся на VI аналитических групп. Для определения группы катиона применяются групповые реакции, а для их выполнения применяют групповые реактивы, которые используют как для обнаружения соответствующей группы, так и для отделения катионов одной группы от другой.

Аналитическая классификация катионов по кислотно-основному методу.

Используя таблицу растворимости, ответьте на вопрос:

Почему I аналитическая группа катионов не имеет группового реактива?

Групповой реактив на II аналитическую группу – раствор хлороводородной кислоты.

В виде каких соединений хлороводородная кислота осаждает катионы II аналитической группы?

Характеристика катионов II аналитической группы – хлориды не растворяются в воде и разбавленных растворах кислот.

В чем растворяется осадок хлорида серебра?

Осадок хлорида серебра растворяется в избытке раствора аммиака с образованием комплексного соединения хлорида диаминсеребра (это свойство осадка используется для отделения катиона серебра от других катионов II аналитической группы, а также для идентификации ионов серебра.

Хлорид ртути (I) в присутствии раствора аммиака чернеет, а хлорид свинца (II) растворяется в горячей воде, что также может быть использовано для отделения катионов свинца (II) от катионов серебра и ртути (I).

Групповой реактив на III аналитическую группу – раствор серной кислоты в присутствии этанола.

Какие осадки образуются при действии серной кислоты на катионы III аналитической группы?

Сульфаты катионов III аналитической группы не растворяются в воде и разбавленных растворах кислот.

Произведение растворимости осадка ВаSО₄ значительно меньше ПР_СаSО4. Поэтому осадок ВаSО₄ выпадает мгновенно, а СаSО₄ образуется только в присутствии этанола.

Групповой реактив на катионы IV аналитической группы – растворы щелочей (NаОН и КОН).

В виде каких осадков осаждаются катионы IV аналитической группы? Какими свойствами обладают гидроксиды Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺?

Гидроксиды катионов IV аналитической группы растворяются в избытке растворов щелочи, т.к. они обладают амфотерными свойствами, образуя при этом гидроксокомплексы такого состава Nа₂[Zn(ОН)₄] ,

Nа[Al(ОН)₄] , Nа₃[Cr(ОН)₆]. Назовите эти соединения.

Свойство гидроксидов катионов IV аналитической группы растворяться в избытке щелочи отличает их от гидроксидов катионов V аналитической группы, а также используется для отделения катионов IV аналитической группы от катионов V аналитической группы.

Какие осадки образуют катионы V аналитической группы при действии группового реактива раствора аммиака?

Fe(ОН)₂ , Fe(ОН)₃ , Мq(ОН)₂ , Мn(ОН)₂

Гидроксиды катионов V аналитической группы не растворяются в избытке раствора аммиака.

Катионы VI аналитической группы осаждаются групповым реактивом, раствором аммиака, в виде основных солей: (СuОН)₂ SО₄ и НgNН₂Сl .

При добавлении избытка раствора аммиака основные соли и амидосоединения катионов VI аналитической группы растворяются с образованием аммиачных комплексов:

[Сu(NН₃)₄] SО_4, [Нg (NН₃)₄]Сl_2,

Аналитическая классификация катионов по кислотно-основному методу.

5. Классификация анионов.

В отличие от катионов анионы в большинстве случаев друг другу не мешают и могут быть обнаружены в отдельных порциях растворов дробным методом в любой последовательности.

Однако, это не значит что их идентификация представляет более легкую задачу, чем идентификация катионов.

Несмотря на то, что многие анионы можно обнаружить дробным методом, для упрощения анализа их все-таки делят на группы.

Классификация основывается на различии растворимости солей бария и серебра.

Аналитическая классификация анионов по отношению к групповым реактивам.

Групповым реактивом на I аналитическую группу является хлорид или нитрат бария в нейтральной или слабощелочной среде.

В этих условиях анионы I аналитической группы образуют с катионами Ва²⁺ нерастворимые в воде соли, которые за исключением ВаSО₄, растворяются в растворе НСl. Назовите и запишите в таблицу формулы образующихся осадков.

Анионы II аналитической группы образуют с катионами серебра осадки, нерастворимые в растворе азотной кислоты, за исключением Аg₂S, который растворяется в растворе азотной кислоты при нагревании. Поэтому, групповым реагентом на анионы II аналитической группы является раствор серебра нитрата в присутствии разведенной азотной кислоты.

Какие соединения анионов II аналитической группы образуются при действии группового реактива нитрата серебра?

В чем растворяются серебрянные соли анионов II аналитической группы: АgСl, АgВr, АgI, Аg₂S ?

Анионы III аналитической группы группового реактива не имеют.

Почему анионы III аналитической группы не имеют группового реактива?

Роль групповых реагентов в анализе анионов иная, чем в анализе катионов. Их используют только для обнаружения данной аналитической группы анионов, но не для отделения от других групп.

В случае отрицательной пробы на соответствующую группу анионов, анионы этой группы уже не пытаются обнаружить качественными реакциями.

Аналитическая классификация анионов по отношению к групповым реактивам.

6. Многие анионы проявляют окислительно-восстановительные свойства и поэтому их делят на группы по окислительно-восстановительным свойствам.

Вам представлен перечень анионов, из которого следует выбрать: анионы-восстановители, анионы-окислители, анионы, проявляющие двойственные (восстановительные и окислительные св-ва) и индифферентные анионы.

Выбрать из перечня:
- анионы-восстановители

- анионы-окислители

- анионы, проявляющие двойственные (восстановительные и окислительные св-ва)

- индифферентные анионы

7. Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам.

Каким реактивом можно обнаружить в растворе анионы-восстановители?

Анионы-восстановители открывают раствором сильного окислителя перманганата калия, подкисленного серной кислотой.

Какой аналитический эффект это подтверждает?

Присутствие анионов-восстановителей наблюдается обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия.

Каким реактивом можно подтвердить присутствие анионов-окислителей?

Анионы-окислители открывают раствором йодида калияв присутствии хлороводородной кислоты. При этом наблюдается окрашивание раствора йодида калия в бурый цвет, а слоя хлороформа – в красно-фиолетовый.

Индифферентные анионы подтверждают растворами подкисленного серной кислотой перманганата калия, который не будет обесцвечиваться и раствором йодида калия, который не будет окрашиваться в бурый цвет.

Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам.

8. Формирование умений и навыков.

Задание: Определить группу иона (катиона или аниона). Ответ обосновать.

Задача (пример).

Раствор исследуемой соли образует белый осадок с раствором хлороводородной кислоты, который растворяется в избытке раствора аммиака. К какой группе относится катион? О наличии какого катиона идет речь?

Пример ответа.

Так как раствор хлороводоролной кислоты – групповой реактив на II аналитическую группу катионов образует белый осадок, значит, катион относится ко II аналитической группе, а растворение осадка в растворе аммиака предполагает присутствие катиона серебра.

Задача № 1.

Раствор исследуемой соли не образует осадка с хлороводороной кислотой, но осаждается серной кислотой в присутствии этанола с образованием белого осадка,

нерастворимого в растворах кислот и щелочей.

Вопрос. К какой группе относится катион?

Задача № 2.

Исследуемый раствор не образует осадков с групповыми реактивами: растворами хлороводородной и серной кислот, щелочей и раствором аммиака.

Вопрос. К какой группе относится катион?

Задача № 3.

Вода для инъекций не образует осадков с растворами хлороводородной и серной кислот, но образует белый осадок с раствором щелочи, растворяющийся в ее избытке и растворе аммиака.

Вопрос. К какой группе относится катион?

Задача № 4.

Исследуемый раствор не образует осадков с растворами хлороводородной и серной кислот, но образует темно-зеленый осадок с раствором аммиака, который не растворяется в избытке щелочи и аммиака.

Вопрос. Группа катиона? Выскажите предположение, о каком катионе идет речь?

Задача № 5.

Отвар лекарственного сырья образует белый осадок с раствором хлороводородной кислоты, который не растворяется в кислотах, но при добавлении раствора аммиака чернеет.

Вопрос. К какой группе принадлежит катион? Можете ли вы назвать токсичный ион, содержащийся в лекарственном сырье?

Задача № 6.

Исследуемая вода для инъекций образует белый осадок с раствором хлорида бария, нерастворимый в кислотах и щелочах.

Вопрос. Об анионе какой группы идет речь? Можно ли сделать вывод о присутствии одного из анионов группы?

Задача № 7.

Отвар лекарственного сырья образует темно-бурый осадок с раствором нитрата серебра, растворяющийся в азотной кислоте при нагревании.

Вопрос. К какой группе принадлежит анион? О каком токсичном анионе идет речь?

Задача № 8.

Исследуемый раствор не образует осадков с хлороводородной, серной кислотами, растворами щелочей, но с раствором аммиака образует зеленый осадок, растворяющийся в избытке аммиака с образованием синего раствора.

Вопрос. К какой группе принадлежит катион?

9. Выводы. Ответы на возможные вопросы.

На данном занятии вы ознакомились с классификацией аналитических реакций, условиями и способами их проведения, биологической ролью ионов в физиологических процессах организма человека.

Изучили:

- классификацию катионов и анионов;

Научились:

- решать ситуационные задачи по определению группы ионов.

10. Домашнее задание.

Самостоятельно прочитайте эту тему по учебнику, разберитесь в опорном конспекте и перепишите его, подготовьте ответы на вопросы и решите задачи на

стр. 95.

Благодарю вас за плодотворную работу и желаю успехов.

Слайд 1.

Тема занятия «Аналитическая классификация ионов»

Слайд 2.

План лекции

Слайд 3. Биологическая роль ионов

Слайды 4 - 9 . Видеозадачи

Видеоролик № 1

Видеоролик № 2

Слайд 10. Кислотно-основная классификация катионов

(таблица с незаполненными графами).

Видеоролик № 3

Слайд 11. Аналитическая классификация катионов (итоговая)

Слайд 12.

Классификация анионов по отношению к групповым реактивам

Видеоролик № 4

Слайд 13.

Классификация анионов по отношению к групповым реактивам (заполненная таблица)

Слайд 14.

Классификация анионов по окислительно-восстановитель-ным свойствам

Слайд 15.

Классификация анионов по окислительно-восстановитель-ным свойствам

Слайд 16.

Классификация анионов по окислительно-восстановитель-ным свойствам

(итоговая)

Слайд 17.

Задача № 1 (пример)

Слайд 18.

Задачи № 1, 2, 3

Слайд 19.

Задачи № 4, 5, 6

Слайд 20.

Задачи № 7, 8

Слайд 21.

Задание для самостоятельной работы

Слайд 22.

Домашнее задание

Слайд 23. Благодарность.