Контрольные задания:

1. Из перечисленных веществ выписать формулы солей , оснований, кислот: Ca(OH)_2, Ca(NO₃)_2, FeCl_3, HCl, H₂O, ZnS, H₂SO_4, CuSO_4, KOH Zn(OH)_2, NH_3, Na₂CO_3, K₃PO₄.

2. Укажите формулы оксидов, соответствующие перечисленным веществам H₂SO₄, H₃AsO₃, Bi(OH)₃, H₂MnO₄, Sn(OH)₂, KOH, H₃PO₄, H₂SiO₃, Ge(OH)₄.

3. Какие гидроксиды относятся к амфотерным? Составьте уравнения реакций, характеризующих амфотерность гидроксида алюминия и гидроксида цинка.

4. Какие из указанных соединений будут попарно взаимодействовать: P₂O₅, NaOH, ZnO, AgNO₃, Na₂CO₃, Cr(OH)₃, H₂SO₄. Составьте уравнения возможных реакций.

Лабораторная работа № 2 (4 ч.)

Тема: Качественный анализ катионов и анионов

Цель: освоить технику проведения качественных и групповых реак­ций на катионы и анионы.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Основной задачей качественного анализа является установление химического состава веществ, находящихся в разнообразных объектах (биологических материалах, лекарственных препаратах, продуктах питания, объектах окружающей среды). В настоящей работе рассматривается качественный анализ неорганических веществ, являющихся электролитами, т. е. по сути качественный анализ ионов. Из всей совокупности встречающихся ионов выбраны наиболее важные в медико-биологическом отношении: (Fе³⁺, Fе²⁺, Zn²⁺, Са²⁺, Na⁺, К⁺, Мg²⁺, Сl^-, РО , СО и др.). Многие из этих ионов входят в состав различных лекарственных препаратов и продуктов питания.

В качественном анализе используются не все возможные реакции, а только те, которые сопровождаются отчетливым аналитическим эффектом. Наиболее часто встречающиеся аналитические эффекты: появление новой окраски, выделение газа, образование осадка.

Существуют два принципиально разных подхода к качественному анализу: дробный и систематический. В систематическом анализе обязательно используют групповые реагенты, позволяющие разделить присутствующие ионы на отдельные группы, а в некоторых случаях и на подгруппы. Для этого часть ионов переводят в состав нерастворимых соединений, а часть ионов оставляют в растворе. После отделения осадка от раствора анализ их проводят раздельно.

Например, в растворе имеются ионы А1³⁺, Fе³⁺ и Ni²⁺. Если на этот раствор подействовать избытком щелочи, выпадает осадок Fе(ОН)₃ и Ni(ОН)₂, а в растворе остаются ионы [А1(ОН)₄]^-. Осадок, содержащий гидроксиды железа и никеля, при обработке аммиаком частично растворится за счет перехода в раствор [Ni(NН₃)₄]²⁺. Таким образом, с помощью двух реагентов — щелочи и аммиака были получены два раствора: в одном содержались ионы [А1(ОН)₄]^-, в другом - ионы [Ni(NН₃)₄]²⁺ и осадок Fе(ОН)₃. С помощью характерных реакций затем доказывается наличие тех или иных ионов в растворах и в осадке, который предварительно нужно растворить.

Систематический анализ используют в основном для обнаружения ионов в сложных многокомпонентных смесях. Он очень трудоемок, од­нако преимущество его заключается в легкой формализации всех дейст­вий, укладывающихся в четкую схему (методику).

Для проведения дробного анализа используют только характерные реакции. Очевидно, что присутствие других ионов может значительно искажать результаты реакции (наложение окрасок друг на друга, выпаде­ние нежелательных осадков и т. д.). Во избежание этого в дробном ана­лизе используют в основном высокоспецифические реакции, дающие аналитический эффект с небольшим числом ионов. Для успешного проведения реакций очень важно поддерживать определенные усло­вия, в частности, рН. Очень часто в дробном анализе приходится прибе­гать к маскировке, т. е. к переводу ионов в соединения, не способные да­вать аналитический эффект с выбранным реактивом. Например, для об­наружения иона никеля используется диметилглиоксим. Сходный анали­тический эффект с этим реагентом дает и ион Fе²⁺. Для обнаружения Ni²⁺ ион Fе²⁺ переводят в прочный фторидный комплекс [FеF₆]^4- или же окис­ляют до Fе³⁺, например, пероксидом водорода.

Дробный анализ используют для обнаружения ионов в более про­стых смесях. Время анализа значительно сокращается, однако при этом от экспериментатора требуется более глубокое знание закономерностей протекания химических реакций, так как учесть в одной конкретной ме­тодике все возможные случаи взаимного влияния ионов на характер на­блюдаемых аналитических эффектов достаточно сложно.

В аналитической практике часто применяют так называемый дроб­но-систематический метод. При таком подходе используется минималь­ное число групповых реактивов, что позволяет наметить тактику анализа в общих чертах, который затем осуществляется дробным методом.

По технике проведения аналитических реакций различают реакции: осадочные; микрокристаллоскопические; сопровождающиеся выделени­ем газообразных продуктов; проводимые на бумаге; экстракционные; цветные в растворах; окрашивания пламени.

При проведении осадочных реакций обязательно отмечают цвет и характер осадка (кристаллический, аморфный), при необходимости про­водят дополнительные испытания: проверяют осадок на растворимость в сильных и слабых кислотах, щелочах и аммиаке, избытке реактива. При проведении реакций, сопровождающихся выделением газа, отмечают его цвет и запах. В некоторых случаях проводят дополнительные испытания.

Например, если предполагают, что выделяющийся газ – оксид углерода (IV), его пропускают через избыток известковой воды.

В дробном и систематическом анализах широко используются реакции, в ходе которых появляется новая окраска, чаще всего это реакции комплексообразования или окислительно-восстановительные реакции.

В отдельных случаях такие реакции удобно проводить на бумаге (капельные реакции). Реактивы, не подвергающиеся разложению в обычных условиях, наносят на бумагу заранее. Так, для обнаружения сероводорода или сульфид-ионов применяют бумагу, пропитанную нитратом свинца [происходит почернение за счет образования сульфида свинца(II)]. Многие окислители обнаруживают с помощью йодкрахмальной бумаги, т.е. бумаги, пропитанной растворами иодида калия и крахмала. В большинстве же случаев необходимые реактивы наносят на бумагу во время проведения реакции, например, ализарин на ион А1³⁺, купрон на ион Сu²⁺ и др. Для усиления окраски иногда применяют экс­тракцию в органический растворитель. Для предварительных испытаний используют реакции окрашивания пламени.