3.6. Реакции обнаружения анионов

Существует несколько классификаций анионов по группам (отношение к кислотам, окислителям, восстановителям и т.д.).

Таблица 2

Классификация анионов

Характеристика	Состав группы	Групповой реагент
Соли бария малорастворимы в воде	I группа анионов SO42-, SO32-, СО32-, РO43-, SiO32-, S2O32-, BO2-, CrO42- и др.	BaCl2 в нейтральном или слабощелочном растворе
Соли серебра малорастворимы в воде и в 2 М HNO3	II группа анионов Cl-, Br-, I-, S2- и др.	AgNO3 в присутствии 2M НNО3
Соли серебра и бария растворимы в воде	III группа анионов NO3-, NO2- и др.	Группового реагента нет

Общепринятого разделения анионов на группы нет. Наиболее широко применяется классификация анионов, основанная на реакциях осаждения, т.е. на их способности образовывать малорастворимые соли бария и серебра. Групповыми реагентами в этом случае являются растворы ВаС1₂ и AgNO₃. Все анионы на основании этого признака могут быть разделены на три группы. Такая классификация анионов значительно облегчает изучение их свойств и аналитическое обнаружение (табл. 2). Так, использование групповых реагентов только для предварительного обнаружения той или иной группы, позволяет не производить реакций на все анионы отсутствующих групп.

Обнаружение большинства анионов основано на применении тех же реакций, какие использовались для обнаружения катионов. Так, если катион Ba²⁺ можно обнаруживать с помощью иона SO₄^2-, то в ходе анализа смеси анионов сульфат-ион обнаруживают действием Ba²⁺.

3.6.1. Первая группа анионов

Анионы 1 группы с катионом Ba²⁺ образуют соли, малорастворимые в воде, но легко растворяющиеся в разбавленных минеральных кислотах (за исключением BaSO₄). Поэтому групповой реагент хлорид бария осаждает анионы 1-й группы только в нейтральной (или слабощелочной) среде.

С AgNO₃ анионы 1-й группы образуют осадки, растворимые в разбавленной НNO₃, а некоторые даже в воде (Ag₂SO₄).

Реакции карбонат-ионов

Карбонат-ион является анионом слабой двухосновной угольной кислоты H₂CО₃ (К₁ = 3,5∙10^–7, К₂ = 5,73∙10^–11). Угольная кислота Н₂СО₃ существует только в водном растворе. Насыщенный при нормальных условиях (1 атм., 18 ^оС) водный раствор является 0,04 М относительно CO₂. В водном растворе имеют место следующие равновесия:

Н₂О + CO₂  Н₂СО₃  H⁺+ НСО₃^-  2Н⁺ + СО₃^2- .

Из средних солей угольной кислоты в воде растворимы только карбонаты калия, натрия и аммония, а также гидрокарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов. Катионы остальных групп осаждаются СО₃^2– в виде средних и основных карбонатов, а некоторые (Al³⁺, Cr³⁺) в виде гидроксидов. Нерастворимые в воде карбонаты растворяются в уксусной кислоте и минеральных кислотах. Для качественных реакций используют водные растворы карбонатов натрия и калия.

1. Кислоты, в том числе и СН₃СООН, разлагают карбонаты с выделением CO₂:

Na₂СО₃ + 2НCl = H₂O + СО₂↑ + 2NaCl.

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

CO₂ +Ca(ОН)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О;

СО₂ + Ba(ОН)₂ + = ВаСО₃↓ + Н₂О.

При пропускании больших количеств CO₂ осадок может раствориться:

СаСО₃ + CO₂ + Н₂О = Ca(НСО₃)₂.

Обнаружению СО₃^2- мешает SO₃^2-, так как SO₂, образующийся при подкислении раствора, содержащего SO₃^2-, образует осадки CaSО₃ и BaSО₃ с известковой и баритовой водой. Необходимо предварительно окислить SO₃^2- пероксидом водорода при нагревании или использовать "систему трех пробирок" (рис. 6), с помощью которой можно определить оба аниона в два приема, варьируя концентрацией перманганата калия 1) для обнаружения SO₃^2-, и 2) его полного поглощения более концентрированным раствором KMnO₄.

Анализ раствор Разб.KMnO₄ + 1-2 Раствор

+2 M HCl капли 2 M H₂SO₄ Ca(OH)₂ Рис. 7. Устройство для

Рис. 6. "Система трех пробирок" обнаружения газов

CO₂ bbbbSSSO SSВыполнение реакции. В пробирку вносят 5-6 капель раствора карбоната и такой же объем 2 М HCl. Быстро закрывают пробкой с пипеткой, содержащей 1-2 капли свежеприготовленной и совершенно прозрачной известковой или баритовой воды (рис. 7). При нагревании пробирки наблюдается помутнение раствора в пипетке.SSO2 SO SO SO SSO₂

CO₂

Выполнение реакции. В пробирку вносят 5-6 капель раствора карбоната и такой же объем 2 М HCl. Быстро закрывают пробкой с пипеткой, содержащей 1-2 капли свежеприготовленной и совершенно прозрачной известковой или баритовой воды (рис. 7). При нагревании пробирки наблюдается помутнение раствора в пипетке.