Практические работы Лабораторная работа №1 обнаружение индивидуальных анионов и анализ смесей анионов

Аналитическая классификация анионов.

Общепринятой аналитической классификации анионов не существует. Деление анионов на группы основано на их отношении к различным реактивам: к растворам солей бария, стронция, кальция, магния, серебра, свинца и других, к кислотам, окислителям, восстановителям и т.п.

С этими реактивами анионы образуют малорастворимые осадки, газообразные вещества и характерно окрашенные соединения.

Анионы образуются р-элементами, т.е. элементами IY – YII групп 2-,3-,4- и реже 5 и 6-го периодов периодической системы элементов. В растворах в виде анионов могут быть бор и ионы переходных элементов (d –элементы) в их высших степенях окисления. Один и тот же элемент может образовывать несколько анионов с различными свойствами, например, Cl ^-,ClO^- , ClO₃ ^-, ClO₄^-.

Ниже приведена классификация анионов, основанная на различной растворимости солей бария и серебра:

Номер группы	Анионы
I	B(OH)4- ,CO32-, SiO32-, PO43-,AsO33-,AsO43-,SO42-,SO32-,S2O32-,F-
II	S2-,Cl-,Br-,I-,IO3-,SCN-
III	NO3-,NO2-,CH3COO-

Первая группа анионов

Обнаружение СО₃^2- анионов.

Угольная кислота Н₂СО₃ существует только в водном растворе. Насыщенный при нормальных условиях (1 атм.,18⁰ С) водный раствор является 0,04 М относительно СО ₂. В водном растворе имеют место следующие равновесия:

Н₂О + СО₂ ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^- ↔ 2Н⁺ + СО₃^2-

При оценке силы угольной кислоты (рК_а,1 = 6,35; рК_а,2 = 10,30) имеющуюся в растворе концентрацию Н⁺ относят к общему количеству растворенного СО₂ ,однако, большая часть СО₂ слабо гидратирована:

К = [ СО₂ ] / [ Н₂СО₃ ] ~ 600

С учетом этого рК_а,1 =3,70.

В воде растворимы карбонаты аммония и щелочных металлов и гидрокарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Исключение составляет малорастворимый Li₂CO_3. Нерастворимые в воде карбонаты растворяются в уксусной и минеральных кислотах.

Кислоты, в том числе и СН₃СООН, разлагают карбонаты с выделением СО₂ :

СО₃^2- + 2Н^{+ =} Н₂О + СО₂ ↑

Углекислый газ обнаруживают по помутнению известковой воды или баритовой воды, т.е. насыщенных водных растворов Са(ОН)₂ и Ва(ОН)₂ :

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ ↓ + Н₂О

Ва(ОН)₂ + СО₂ = ВаСО₃ ↓ + Н₂О

При пропускании больших количеств СО₂ осадок может раствориться:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂

Выполнение реакции:

К раствору соды прибавить раствор нитрата серебра; выпадает белый осадок Ag₂CO₃.

В другой пробирке к раствору соды прибавить раствор хлорида бария; выпадает осадок

ВаСО₃.Написать уравнение реакции.

В обе пробирки добавить раствор азотной кислоты. Происходит растворение осадков. Какой газ выделяется? Написать уравнение реакции.

Обнаружение РО₄ ^3- -ионов.

Фосфорная кислота в концентрированных растворах содержит тетраэдрические группы РО₄^3- ,связанные водородными связями. В растворах с концентрацией ниже 50% фосфат-ионы связываются водородными связями с водой легче, чем с другими фосфат-ионами. Ортофосфорная кислота трехосновна: рК_а,1 =2,15; рК_а,2 =7,21; рК_а,3 =12,33.Фосфат-ионы образуют комплексы с ионами многих металлов, например FeHPO₄⁺ , AlH₂PO₄²⁺ и др.

В воде растворимы соли щелочных металлов и аммония,а также дигидрофосфаты щелочноземельных металлов. Малорастворим Li₃PO₄. Малорастворимые в воде фосфаты растворяются в НCl и СН₃СООН. В СН₃СООН нерастворимы FePO_4,, CrPO₄, AlPO₄ и BiPO₄ ;

В 0,5 М растворе HNO₃ нерастворим BiPO₄.

1.Магнезиальная смесь (раствор, содержащий MgCl₂, NH₄Cl и NH₃) с фосфат-ионом образует белый кристаллический осадок MgNH₄PO₄ ^х 6H₂O,растворимый в HCl,CH₃COOH, но нерастворимый в NH₃:

HPO₄^2- + Mg²⁺ + NH₃ = MgNH₄PO₄ ↓

MgNH₄PO₄ + 3HCl = MgCl₂ + NH₄Cl + H₃PO₄

MgNH₄PO₄ + 2CH₃COOH = Mg(CH₃COOH)₂ + NH₄H₂PO₄

Выполнение реакции:

а) К2-3 каплям раствора, содержащего фосфат-ионы, прибавить 4-5 капель раствора магнезиальной смеси и перемешать. Образуется белый кристаллический осадок.;

б) К раствору фосфата натрия прибавить раствор хлорида бария. Выпадает осадок. Испытать его растворимость в азотной кислоте;

в) К раствору фосфата натрия прибавить раствор нитрата серебра. Осадок испытать на растворимость в азотной кислоте. Написать уравнения реакций.

Обнаружение SO₄ ^2-–ионов

В водных растворах диссоциация H₂SO₄ по первой ступени протекает практически нацело;рК_а,2 =1,92.Большинство сульфатов и гидросульфатов хорошо растворимы в воде, причем гидросульфаты растворимы лучше сульфатов. Малорастворимые сульфаты образуют Pb(II), Ba(II), Sr(II), Ca(II), Ag(I) и Hg(I).

1.Хлорид бария с сульфат-ионом образует белый кристаллический осадок ВаSO₄, практически нерастворимый в кислотах:

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓

Выполнение реакции. К 2-3 каплям раствора, содержащего сульфат-ионы, подкисленного несколькими каплями 2М раствора HCl добавить 1-2 капли раствора BaCl₂. Образуется белый осадок.

Вторая группа анионов

Обнаружение Cl^- -ионов.

В водных растворах HCl полностью диссоциирует с образованием хлорид-иона и гидратированного протона:

HCl_(aq) + H₂O → Cl^-_(aq) + H₃O⁺_(aq)

Большинство хлоридов хорошо растворимы в воде. Малорастворимы AgCl, Hg₂Cl₂ ,PbCl₂ , Cu₂Cl₂ ,основные хлориды сурьмы, висмута и олова.

1.Нитрат серебра с хлорид-ионом образует белый творожистый осадок AgCl ,нерастворимый в азотной кислоте, но легкорастворимый в NH₃ ,(NH₄)₂CO₃ ,KCN и Na₂S₂O₃.:

Cl^- + Ag⁺ = AgCl↓

AgCl + 2NH₃ = Ag(NH₃)₂Cl

AgCl + 2(NH₄)₂CO₃ = Ag(NH₃)₂Cl + 2NH₄HCO₃

AgCl + 2KCN = KAg(CN)₂ + KCl

AgCl + 2Na₂S₂O₃ = Na₂Ag(S₂O₃)₂ + NaCl

Предел обнаружения хлорид-ионов - 10 мкг.

При подкислении раствора, содержащего Ag(NH₃)₂Cl, раствором азотной кислоты, снова выпадает осадок AgCl:

Ag(NH₃)₂Cl + 2HNO₃ = AgCl↓ + 2NH₄NO₃

Осадок AgCl темнеет на свету вследствие выделения элементарного серебра:

2AgCl = 2Ag + Cl₂↑

Выполнение реакции. К 1мл раствора, содержащего хлорид-ионы, добавить 2-3 капли раствора AgNO₃. Образуется белый творожистый осадок.