Министерство здравоохранения Амурской области

Государственное автономное учреждение Амурской области

профессиональная образовательная организация

«Амурский медицинский колледж»

Методическая разработка практического занятия для студентов

Учебная дисциплина: ОП.10. «Аналитическая химия»

Курс: 2 Семестр 3

Тема: «Качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп».

       Специальность: код 33.02.01 «Фармация»

:

Составлена:  

преподавателем аналитической химии

в соответствии с требованиями

Федерального государственного

образовательного стандарта среднего

профессионального образования.

Говорухиной И.С.

г. Благовещенск

2020г.

Рассмотрено на заседании ЦМК «Фармация»                                 «__» ________ 2020г    Председатель ЦМК _______  Сухова Л.П.

Утверждено             Экспертный совет при информационно-методическом центре  ГАУ АО ПОО АМК      «__» ________  2020г.

Пояснительная записка

Методическая разработка практического занятия составлена в соответствии с требованиями программы ОП.10. « Аналитическая химия» и Федерального государственного образовательного стандарта по специальности среднего профессионального образования 33.02.01 Фармация», профессия фармацевт.

Методическая разработка составлена с целью оказания помощи студенту в овладении основными знаниями и умениями при изучении химических свойств, проведении качественных и фармакопейных реакций катионов 1 и 2 аналитических групп.

Перед началом работы студенту следует внимательно ознакомиться со структурой и содержанием разработки. В разработку включены контрольные вопросы для проверки уровня подготовки студента к занятию, индивидуальный письменный опрос, выполнение самостоятельной работы анализ смеси катионов для проверки уровня освоения пройденного материала. Для освоения данной темы отводится одно 6-часовое занятие.

Практическое занятие № 2

Тема: Качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп.

Продолжительность: 270 минут

Цель занятия: Сформировать у студентов умения проводить  качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп.

Методическая цель: создание условий для формирования навыков проведения качественных реакций катионов 1 и 2 аналитических групп.

Образовательная цель: формирование навыков проведения качественных реакций катионов 1 и 2 аналитических групп.

Воспитательная цель: воспитание чувства профессионализма, понимания важности своей профессии, внимательности, аккуратности.

Развивающая цель: развивать познавательный интерес, логическое мышление.

Задачи:

• проверить и закрепить знания студентов качественным реакциям ионов
• обучить методике проведения качественных реакций катионов 1 и 2 аналитических групп
• развивать у студентов навыки исследовательской работы, внимательность, умение логически мыслить.

В результате освоения ОП «Аналитическая химия» обучающийся должен  овладеть ОК:

 ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Решать проблемы, оценивать риски и принимать решения в нестандартных ситуациях.

В результате освоения ОП «Аналитическая химия»  обучающийся должен  овладеть ПК:

ПК 2.3. Владеть обязательными видами внутриаптечного контроля лекарственных средств.

Студент должен знать: методы качественного анализа, качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп.

Студент должен уметь:

1. Проводить качественные реакции на катионы
2. Делать вывод об аналитическом эффекте реакции, условиях ее проведения.
3. Освоить методику анализа смеси катионов.

Тип занятия:Практическое занятие с элементами проблемного изучения.

Вид занятия: комбинированное занятие.

Уровень усвоения: репродуктивный.

Место проведения: Кабинет химии.

Материально-техническое обеспечение:

1. Методическое пособие для студента.
2. Методическое пособие для преподавателя.
3. Мультимедиа
4. Дидактический материал.
5. Реактивы и лабораторная посуда в соответствии с работой.

Внутрипредметные связи:

1.  Произведение растворимости
2. Качественный анализ
3. Растворы

Межпредметные связи:

1. Неорганическая химия (Растворы, ТЭД, Щелочные и щелочноземельные металлы)
2. Контроль качества лекарственных средств ( ЛВ 1, 2  группы ПСЭ Д.И.Менделеева)

Литература для студента:

1.Барковский Е.В. Аналитическая химия: Учеб. Пособ. - Мн.: Высш.шк.,2004.

2.Харитонов Ю. Я. Аналитическая химия (аналитика) В 2 кн. – М.: Высшая школа., 2001

Структура занятия:

1. Организационный момент.        - 5 мин.
2. Контроль исходного уровня знаний        - 40 мин.
3. Самостоятельная работа        - 180 мин.
4. Закрепление пройденного материала        - 30 мин.
5. Подведение итогов занятия        - 10 мин.
6. Задание на дом        - 5мин.

Содержание занятия:

1. Организационный момент:

Преподаватель проверяет готовность аудитории и студентов к занятию, отмечает отсутствующих.

Методическая установка:

Сегодня на занятии мы должны изучить химические свойства и качественные реакции катионов 1 и 2 аналитических групп, овладеть методикой проведения качественных и фармакопейных реакций катионов 1 и 2  аналитических групп.

Катионы 1 и 2 групп часто входят в состав лекарственных веществ, являются допустимыми или недопустимыми примесями в лекарственных препаратах.  Фармацевты в своей работе ежедневно проводят фармакопейные реакции на перечисленные катионы.

Поэтому необходимо овладеть методикой проведения качественных реакций на катион 1 и 2 аналитических групп.

Таким образом, вы должны иметь представление о химических свойствах и качественных реакциях катионов 1 и 2 аналитических групп,  знать принцип классификации катионов на группы, действие группового реактива, уметь проводить фармакопейные реакции на калий, натрий, аммоний, серебро, ртуть, свинец

Натрий и калий. Ионы Nа+ и К+ распределены по всему организму, причем первые входят преимущественно в состав межклеточных жидкостей, а вторые находятся главным образом внутри клеток.

Внутриклеточная концентрация ионов натрия составляет менее 10 % его содержания во внеклеточной жидкости, тогда как концентрация ионов калия внутри почти в 30 раз выше, чем вне их. Если оценивать абсолютные величины, то примерно 95 % ионов натрия, участвующих в обмене веществ, находятся вне клеток и примерно такая же доля ионов калия - внутри клеток. С ионами Nа+  связано осмотическое давление жидкостей, удержание воды тканями (15 г NаС1 задерживает в организме человека до двух литров жидкости), поддержание кислотно-щелочного равновесия в организме (NаНС03 - щелочной резерв крови - компонент гидрокарбонатной буферной системы), перенос аминокислот и cахаров через клеточную мембрану.

Ионы Nа+  и К+ активируют  аденозинтрифосфатазу клеточных мембран, которая «включает» ионы Nа+  из клетки и обеспечивает сопряженное накопление ионов К+ в ней. Различные концентрации двух данных ионов по разные стороны от мембраны обусловливают возникновение трансмембранной разности потенциалов (до 100 мВ), что обеспечивает существование легкодоступного источника энергии для многих связанных с функционированием мембран процессов.

Ионы Nа+ и К+ оказывают существенное влияние на деятельность центральной нервной системы (ЦНС). Так, избыток ионов Nа+  в клетках коры головного мозга вызывает депрессию, т.е. угнетение деятельности ЦНС. Наоборот, избыток ионов К+ в клетках коры головного мозга вызывает маниакальное состояние, т.е. возбуждение деятельности ЦНС.

В медицине применяются:

1. Хлорид натрия NаС1. В зависимости от его концентрации различают изотонический (физиологический) и гипертонический растворы. Изотоническим является 0,9 %-ный раствор NаС1, так как его осмотическое давление соответствует осмотическому давлению плазмы крови (780,2 кПа). Изотонический раствор применяют в качестве плазмо-замещающего раствора при обезвоживании организма, для растворения лекарственных веществ и т.д. Гипертонические растворы (с массовой долей NаС1 3, 5 и 10 %) применяют наружно в виде компрессов и примочек для лечения гнойных ран.

2. Гидрокарбонат натрия NаНС03 (питьевая сода). Введение гидрокарбоната натрия в желудок приводит к быстрой нейтрализации соляной кислоты желудочного сока и поэтому рассматривается как антацидное средство. Применяют в порошках, таблетках и растворах при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки:

NаНС03 + НС1 = NаС1 + Н20 + С02.

3.  Декагидрат сульфата натрия Nа2S04 • 10Н2О (глауберова соль). Назначают внутрь в качестве слабительного средства.

4.   Декагидрат тетрабората натрия Nа2В407 • 10Н2О (бура). Применяют наружно как антисептическое средство для спринцеваний, полосканий, смазываний, В водных растворах бура легко подвергается гидролизу:

Nа2В407 + 7Н20 = 4Н3В03 + 2NаОН.

Образующаяся при гидролизе борная кислота обладает антисептическим действием. 

5. Йодид натрия NаI. Используют как препарат йода при эндемическом зобе.

6. Хлорид калия КС1. Применяют при состояниях, сопровождающихся нарушением электролитного обмена в организме (неукротимая рвота, профузные поносы), а также для купирования сердечных аритмий.

7.  Йодид калия К1. Применяют как препарат йода при заболеваниях щитовидной железы.

8. Перманганат калия КМn04. Используют как антисептическое средство для промывания ран, полоскания рта и горла, для спринцеваний и промываний.

9.  Водный раствор аммиака, гидроксид аммония (нашатырный спирт) NH4ОН. Используют для возбуждения дыхания и выведения больных из обморочного состояния, для чего небольшой кусок ваты или марли, смоченной в нашатырном спирте, осторожно подносят к носовым отверстиям.

10.  Хлорид аммония (нашатырь) NH4С1. Оказывает отхаркивающее действие, усиливает мочеотделение.

Свинец. Биологическая роль свинца не установлена. Его соединения токсичны. У рабочих различных производств, связанных с получением и применением свинца, могут встречаться явления острого и хронического отравления (сатурнизм). При сатурнизме наблюдается ряд симптомов поражения ЦНС (головная боль, бессонница, судороги, галлюцинации, атрофия зрительного нерва), а также нарушения функции почек (альбуминурия) и желудочно-кишечного тракта («свинцовые колики»).

В медицине соединения свинца применяются только наружно как антисептические и вяжущие средства. Оксид свинца РЬО входит в состав свинцового пластыря, используемого при воспалительных заболеваниях кожи, фурункулезе. Добавки свинца используют при изготовлении одежды для медперсонала рентгеновских кабинетов (фартуки, рукавицы, шлемы), так как свинец поглощает рентгеновские лучи.

Серебро. Физиологическая роль серебра в живом организме изучена недостаточно. Серебро относится к ультра микроэлементам. Это означает, что оно находится в организме в концентрации менее 10-12 % .

В медицине применяются:

1.  Нитрат серебра АgNO3 (ляпис) - вяжущее и прижигающее средство, используется наружно. Применяется в стоматологии для серебрения корневых каналов и кариозных полостей зубов перед их пломбированием. Сначала из нитрата серебра получают аммиачный раствор оксида серебра, затем добавляют водный раствор формальдегида с его массовой долей 10 %. Образующаяся серебряная пленка посылает в окружающее пространство ионы серебра, которые обладают бактерицидным действием.

2.  Нитрат и хлорид серебра применяются для пропитки перевязочного материала - бумаги, ваты, марли.

Ртуть. Ртутное заражение почвы, природных вод, растений и животных в настоящее время характерно для многих регионов планеты. Оно связано с поступлением в биосферу большого количества ртути в виде продуктов промышленного производства, выхлопов транспорта, ядохимикатов. Ртуть накапливается главным образом в печени и почках. При хроническом отравлении ртутью и ее соединениями («меркуризм») появляются металлический привкус во рту, сильное слюнотечение, слуховые и обонятельные галлюцинации, головные боли, наблюдается ослабление памяти.

Применяются в медицине:

1.  Желтая ртутная мазь - оксид ртути (II). Используется для лечения кожных заболеваний.

2.  Хлорид ртути (II) НgС12 (сулема). Обладает высокой токсичностью, при работе с ней необходимо соблюдать большую осторожность; растворы в разведении 1:1000 применяются для дезинфекции белья, предметов ухода за больными, помещений, медицинского инструментария.

В медицине используют не только соединения, но и саму ртуть и ее пары (ртутные термометры, ртутные манометры в аппаратах для измерения кровяного давления). Ультрафиолетовые лучи, полученные от ртутно-кварцевых ламп, глубоко прогревают ткани, губительно действуют на многие микроорганизмы.

II. Контроль исходного уровня знаний

1. Фронтальный опрос по качественным реакциям (Приложение 1).

2. Индивидуальный письменный опрос. Задания на карточках. Написать качественные реакции на предложенный катион

III.Самостоятельная работа

Вводный инструктаж.

Выполнить качественные и групповые реакции на катионы 1 и 2 аналитических групп. (Приложение 2). Результаты работы  оформить в тетради в виде таблицы. Перед проведением химических реакций необходимо помнить о технике безопасности в химической лаборатории. Работа проводится индивидуально.

IV. Закрепление пройденного материала.

Выполнение анализа смеси катионов 1 и 2 аналитических групп (приложение 3).

V. Подведение итогов занятия.

Преподаватель отмечает хорошие ответы, анализирует самостоятельную работу студентов. Оценка выставляется комплексная, учитывается работа на всех этапах.

VI.Задание на дом.

Тема: «Качественные реакции катионов 3 и 4 аналитических групп».

Вопросы для самоподготовки:

1. Действие группового реактива катионы 3 и 4 аналитических групп.
2. Качественные реакции катионов 3 и 4 аналитических групп.

Литература:

1. Основы аналитической химии в 2-х книгах. Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высшая школа, 2000.
2. Барковский Е.В. Аналитическая химия: Учеб. Пособ. - Мн.: Высш.шк.,2004.
3. Харитонов Ю. Я. Аналитическая химия (аналитика) В 2 кн. – М.: Высшая школа., 2001

                                                                                                                                Приложение 1

Фронтальный опрос.

1. Назвать методы качественного анализа по количеству анализируемого вещества и реагента.

2. . Назвать методы качественного анализа по агрегатному состоянию реагирующих веществ.

3. Перечислить классификацию реактивов по их чистоте.

4. Дать характеристику кислотно-основной классификации катионов.

5.  Перечислить катионы 1 аналитической группы. Назвать групповой реактив.

         6 .Перечислить катионы 1 аналитической группы. Назвать групповой реактив.

7. Почему открытие катиона калия гидротартратом натрия должно проводиться в нетральной среде?  Написать уравнение реакций.

 8.Почему осаждение катиона Na в виде дигидроантимоната натрия  должно проводиться в нейтральной, а не в кислой или щелочной среде?

 9. Почему перед открытием катиона К необходимо удалить катион NH4 +?

10. При действии группового реагента на катионы второй группы получаются осадки – хлориды соответствующих катионов: AgCl, Hg2Cl2, PbCl2. Какова растворимость хлоридов в воде и как это используется в анализе?

                                                                                                                                Приложение 2.

Приложение 3.

Анализ смеси катионов первой группы

Работа оформляется в виде таблицы.

1.Катион NH  можно открыть в присутствии катионов   К+ и Na+ реактивом Несслера или реакцией с гидроксидом натрия.

Открытию катионов K+ и Na+ мешает катион NH .Поэтому , если в исследуемом растворе обнаружен катион NH , перед открытием катионов К+ и  Na+  его следует удалить  из раствора.

Для этого  возьмите 15-20 капель исследуемого раствора, поместите в тигель или фарфоровую чашку и выпарьте досуха. Остаток в тигле прокалите до полного прекращения выделения белого “дыма”. Охладите содержимое тигля и обработайте 8-10 каплями дистиллированной воды, тщательно перемешайте, после этого проверьте на полноту удаления солей аммония. Только после отрицательной реакции на реактив Несслера можно приступать к открытию катионов.

2 Обнаружение катиона К+.

На 2-3 капли исследуемого раствора подействуйте  3-4 каплями раствора гексанитро-(111) кобальтата натрия, дайте постоять. Желтый осадок гексанитро-(111) кобальтата калия-натрия K2 Na[Co(NO2 )6 ] укажет на присутствие катиона К .

Проверьте реакцию на катионК гексанитро-(11) купрата натрия-свинцаNa2 Pb [Cu(NO2 )6 ] и рассмотрите осадок под микроскопом.

3.Катион Na+  обнаруживается дигидроантимонатом  калия  KH2 SbO4 в присутствии катионов К .

Возьмите 3-4 капли сконцентрированного путем выпаривания исследуемого раствора, прибавьте в пробирку такое же  количество дигидроантимоната калия KH2 SbO4 и потрите о стенки пробирки стеклянной палочкой. Убедитесь, что осадок кристаллический. Не забудьте соблюсти все условия открытия катиона Na+ .

Две капли исследуемого раствора выпарьте досуха на предметном стекле, дайте им остыть и обработайте каплей раствора уранилацета UO2 (CH3 COO)2 .Рассмотрите под микроскопом выпавшие кристаллы. Следовательно, катионы NH и Na+  можно  открыть в отдельных паробах анализируемого раствора в присутствии катиона К+ .

Необходимо иметь в виду, что катион К+ при больших концентрациях также может образовывать кристаллы уранилацетата, имеющие вид игл. Рекомендуется в таких случаях выполнять реакцию открытия катионов Na+ уранилацетатом в разбавленных растворах.

После проведения работы сделайте вывод о присутствии катионов первой группы в иследуемом растворе.

Анализ смеси катионов второй группы.

Работа оформляется в виде таблицы.

Необходимо применить систематический ход анализа, т.е. последовательно выделить каждый катиона из этой смеси и затем открывать их.

В коническую колбу поместите 20-30 капель исследуемого раствора и, помешивая добавьте 2 н. раствор хлороводородной кислоты. Через 1-2 мин осадок отцентрифугируйте и промойте холодной водой, содержащей несколько капель 2 н. раствора хлороводородной кислоты. Центрифугат и промывные воды не используются. Осадок обработайте 2-3 раза горячей водой и центрифугируйте. При этом хлорид свинца PbCl2 переходит в раствор, а хлорид серебра AgCl и хлорид ртути Hg2Cl2 остаются в осадке.

В центрифугате открывают катион Pb2+, а в осадке – катионы Ag+ и [Hg2]2+.

1. Открытие катиона Pb2+. К 3-5 каплям центрифугата добавьте такое же количество раствора йодида калия – образуется жёлтый осадок йодида свинца PbI2, который при нагревании растворяется, а при охлаждении вновь выпадает в виде золотисто-жёлтых кристаллов.
2. Открытие катиона [Hg2]2+. К оставшемуся осадку в пробирке (или на фильтре) прилейте 5-7 капель раствора аммиака и перемешайте. Если  присутствует катион [Hg2]2+ ,то осадок чернеет. Хлорид серебра под действием раствора аммиака переходит в раствор в виде комплексной соли, а соль [HgNH2]Cl и ртуть остаются. Отделите осадок.
3. Открытие катиона Ag+ . Центрифугат разделите на две части и к одной из них прилейте раствор йодида калия KI, а к другой – азотной кислоты. При наличии катиона Ag+ в первой пробирке выпадет жёлтый осадок йодида серебра AgI, во второй – белый осадок хлорида серебра AgCl. В том и в другом случае происходит разрушение комплекса:

[Ag(NH3)2]Cl ⇆ [Ag(NH3)2]+ + Cl-

[Ag(NH3)2]+ ⇆ 2NH3 + Ag+

2NH3 + Ag+ + 2H+ + Cl- → AgCl↓ + 2NH

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 → AgCl↓ + 2NH4NO3

Ещё более чувствительной реакцией является реакция с (NH4)4S.

Схема систематического хода анализа смеси катионов группы хлороводородной кислоты