Тема: Качественный анализ
Качественный анализ – раздел аналитической химии, посвященный установлению качественного состава веществ , то есть обнаружению элементов и образуемых ими ионов, входящих в состав и простых, и сложных веществ. Делают это с помощью химических реакций , характерных для данного катиона или аниона, позволяющих обнаружить их как в индивидуальных веществах, так и в смесях.
Химические реакции, пригодные для качественного анализа, должны сопровождаться заметным внешним эффектом. Это может быть
выделение газа
изменение окраски раствора
выпадение осадка
растворение осадка
образование кристаллов характерной формы.
В первых четырех случаях за протеканием реакции наблюдают визуально, кристаллы рассматривают под микроскопом.
Для качественного анализа используют не только химические , но и физические и физико -химические методы, например, люминесценцию (многие вещества светятся при УФ-облучении) или фотометрию пламени (летучие соединения ионов щелочных и щелочно-земельных металлов придают пламени горелки характерную окраску).
Для получения правильных результатов необходимы реакции, выполне-нию которых не мешают другие присутствующие ионы. Для этого нужны спе-цифические (взаимодействующие только с определяемым ионом) или хотя бы
селективные (избирательные) реагенты.
Примером реакции с участием специфического реагента является выде-ление газообразного NH3 при действии сильных оснований (KOH или NaOH) на вещество, содержащее ион NH4+. Ни один катион не помешает обнаруже-нию иона NH4+, потому что только он реагирует со щелочами с выделением
NH3.
Диметилглиоксим (реагент Чугаева) служит примером селективного реа-
гента: в щелочной среде он реагирует с ионами Ni2+, Co2+, Fe2+, а в кислой – только с ионами Pd2+.
К сожалению, селективных, тем более специфических реагентов очень мало, поэтому при анализе сложной смеси приходится прибегать к маскирова-нию мешающих ионов, переводя их в реакционно инертную форму, или, чаще, к разделению смеси катионов или анионов на составные части, называемые
аналитическими группами. Делают это с помощью специальных (группо-
вых) реагентов, которые с рядом ионов, реагируя в одних и тех же условиях, образуют соединения с близкими свойствами – малорастворимые осадки или устойчивые растворимые комплексы. Это и позволяет разделить сложную смесь на более простые составные части.
Существует несколько схeм деления катионов на аналитические группы с помощью групповых реагентов. Одна из них основана на использовании различий в растворимости хлоридов, сульфатов и гидроксидов. Действуя на смесь катионов в строго определенном порядке растворами HCl, H2SO4, NH3 и NaOH (групповые реагенты), можно разделить содержащиеся в смеси катионы на 6 аналитических групп. Эту схему называют кислотно-щелочной по именам используемых в ней групповых реагентов.
Аналитическая кислотно-основная классификация катионов
№ группы |
Катионы |
Групповой реагент |
Характеристика группы |
Характер получаемых соединений |
I |
К+, Na+, NH4+ |
нет |
хлориды, сульфаты, гидроксиды, растворимые в воде |
раствор К+, Na+, NH4+ |
II |
Ag+, Hg22+, Pb2+ |
2 М раствор НСl |
хлориды, малорастворимые в воде и в разбавленных кислотах |
осадок AgСl, Hg2Cl2, PbCl2 |
III |
Ba2+, Ca2+, Sr2+ (Pb2+) |
1 М раствор H2SO4 |
сульфаты, малорастворимые в воде и в разбавленных кислотах |
осадок BaSO4, CaSO4, SrSO4 (PbSO4) |
IV |
Аl3+, Cr3+, Sn2+, Zn2+ (Sb3+) |
4 М раствор NaOH |
амфотерные гидроксиды, растворимые в избытке NaOH |
раствор [Al(OH)4]-, [Cr(OH)4]-, [Zn(OH)4]2-, [Sn(OH)4]2- ([Sb(OH)4]-) |
V |
Mg2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Sb3+ |
25%-ный раствор аммиака |
гидроксиды, не растворимые в избытке NaOH и аммиаке |
осадок Mg(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3 |
VI |
Сu2+, Co2+, Ni2+ |
25%-ный раствор аммиака |
гидроксиды, малорастворимые в избытке NaOH, но растворимые в избытке аммиака |
раствор [Сu(NH3)4]2+, [Co(NH3)6]2+, [Ni(NH3)6]2+ |
Есть другая схема – сероводородная , в которой групповыми реагентами служат HCl, H2S и (NH4)2CO3. Разделение катионов на 5 аналитических групп основано на различии свойств образуемых ими хлоридов, сульфидов и кар-
бонатов:
I группа: |
K+, Na+, NH4+, Mg2+ – группового реагента нет, поэтому эти ка- |
|
тионы остаются в растворе после отделения других групп. |
II группа: |
Ba2+, Ca2+, и Sr2+ – групповой реагент (NH4)2CO3 – осаждает |
|
карбонаты этих катионов. |
III группа: |
Al3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Zn2+ – групповой реагент |
|
(NH4)2S – осаждает гидроксиды Al3+и Cr3+ и сульфиды осталь- |
|
ных катионов. |
IV группа: |
Cu2+, Cd2+ и Hg2+, Bi3+ (I подгруппа ) As3+, Sn2+, Sn4+, Sb3+, |
|
AsO43−, SbO43− (II подгруппа) – групповой реагент H2S осаждает |
|
сульфиды этих катионов. |
V группа: |
Ag+, Pb2+ и Hg22+ – групповой реагент HCl – осаждает хлориды |
|
этих катионов. |
Качественные реакции на анионы.
Анион |
Реактив |
Наблюдаемая реакция |
S042- |
Ва2+ |
Выпадение белого осадка, нерастворимого в кислотах: Ва2+ + S042-=BaS04 |
N03- |
1) добавить конц. H2SO4 и Си, нагреть. 2) смесь H2S04 +FeSO4 |
Образование голубого раствора, содержащего ионы Сu2+, выделение газа бурого цвета (NO2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H20)5NO]2+. Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция "бурого кольца") |
РО43- |
ионы Ag+ |
Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: ЗАg+ + Р043- =Аg3Р04 |
СrO42- |
ионы Ва2+ |
Выпадоние желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCI: Ва2+ + СrO42- =BaCr04 |
S2- , |
ионы РЬ2+ |
Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- =PbS |
СО32- |
ионы Са2+ |
выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Са2+ + С032- = СаСОз |
CO2 |
известковая вода Са(ОН)2 |
Са(ОН)2 + С02 =СаСО3 + Н20, СаСО3 + С02 + Н20 Са(НС03)2 Выпадение белого осадка и его растворение при пропускании С02 |
SO32- |
ионы Н+ |
Появление характерного запаха S02: 2Н+ + SO32- =Н20 + S02F |
F- |
ионы Са2+ |
Выпадение-белого осадка: Са2 + 2F =CaF2 |
Cl- |
ионы Аg+ |
Выпадение белого осадка, не растворимого в HN03, но растворимого в конц. NH3 Н20: Аg+ +CI-= AgCl AgCI + 2(NH3Н20) =[Ag(NH3)2]+ + CI- + 2Н2О |
Br- |
ионы Аg+ |
Выпадение светло-желтого осадка, не растворимого в HN03: Ag+ + Br- = AgBr осадок темнеет на свету |
I- |
ионы Аg+ |
Выпадение желтого осадка, не растворимого в HNO3 и NH3 конц.: Аg+ + I- =АgI осадок темнеет на свету |
ОН- (щелочная среда) |
индикаторы: лакмус фенолфталеин |
синее окрашивание малиновое окрашивание |
Катион |
Воздействие или реактив |
Наблюдаемая реакция |
Li+ |
Пламя |
Карминово-красное окрашивание |
Na+ |
Пламя |
Желтое окрашивание |
К+ |
Пламя |
Фиолетовое окрашивание |
Са2+ |
Пламя |
Кирпично-красное окрашивание |
Sr2+ |
Пламя |
Карминово-красное окрашивание |
Ва2+ |
Пламя S042- |
Желто-зеленое окрашивание. Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ва2+ + S042 =BaS04 |
Сu2+ |
Вода |
Гидратированные ионы Сu2+ имеют голубую окраску |
РЬ2+ |
S2- |
Выпадение черного осадка: Pb2+ + S2- =PbS |
Аg+ |
Cl- |
Выпадение белого осадка; не растворимого в HNO3, но растворимого в конце. NH3 Н20: Аg+ +Cl- =AgCl |
Fe2+ |
гексациано-феррат (III) калия (красная кровяная соль) ,K3[Fe(CN)6] |
Выпадение синего осадка: К++ Fe2+ + [Fe(CN)6]3- =KFe[Fe(CN)6]4 |
Fe3+ |
1) гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K4[Fe(CN)6] 2) роданид-ион SCN- |
Выпадение синего осадка: К+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6] Появление ярко-красного окрашивания за счет образования комплексных ионов Fe(SCN)2+, Fe(SCN)+2 |
Al3+ |
щелочь (амфотерные свойства гидроксида) |
Выпадение осадка гидроксида алюминия при приливании первых порций щелочи и его растворение при дальнейшем приливании |
NH4+ |
щелочь, нагрев |
Запах аммиака: NH4+ + ОН- =NH3 + Н20 |
Н+ (кислая среда) |
Индикаторы: лакмус, метиловый оранжевый |
красное окрашивание красное окрашивание |
Качественные реакции на катионы