Основы качественного химического анализа. Методическое пособие с элементами практикума

закрывают емкость, избегая перемешивания растворов. Помутнение жидкости во 2 колене свидетельствует о наличии карбонат-иона.

Обнаружению CO32- мешает присутствие SO32- и S2O32- вследствие образования белого осадка CaSO3. Мешающие действие этих анионов устраняется прибавлением окислителей KMnO4, K2Cr2O7, H2O2 перед прибавлением кислоты.

6.5.3.Селективные реакции фосфат-иона (PO43-)

1.Магнезиальная смесь (MgCl2 + NH3×H2O + NH4Cl) образует с фосфат-ионом белый кристаллический осадок магний-аммоний- фосфата:

PO43- + NH4+ + Mg2+ → MgNH4PO4¯

К 2-3 каплям исследуемого раствора добавить равный объем магнезиальной смеси. Образуется белый осадок магний-аммоний- фосфата.

Проведению реакции мешает AsO43-, который образует подобный осадок, и SiO32-.

2. Молибденовая жидкость (NH4)2MоO4 в HNO3 - образует с фосфат-ионом жёлтый кристаллический осадок - молибденфосфата аммония:

PO43- + 12MoO42- + 3NH4+ → (NH4)3[P(Mo3O10)4]¯ + 12H2O.

Осадок растворим в избытке Na2HPO4, щелочах и в NH3×H2O. Предел обнаружения фосфата - 0,5 мкг. Чувствительность

реакции повышается при добавлении сухого препарата NH4NO3.

К 1-2 каплям анализируемого раствора прибавить 8-10 капель молибденовой жидкости и нагреть на водяной бане до 40-500С. Образуется жёлтый кристаллический осадок.

Присутствие в растворе восстановителей, таких как SO32-, и т.д., мешают реакции, так как они восстанавливают гетерополианион до молибденовой сини. Мешает также присутствие

больших количеств Cl-.

6.5.4. Селективные реакции оксалат-иона (C2O42-)

Анион C2O42- проявляет себя при предварительном обнаружении анионов-восстановителей (разд.2.4.1.6).

1. Перманганат калия KMnO4 в кислой среде (H2SO4) при нагревании до 800С в присутствии оксалат-иона обесцвечивается:

5C2O42- + 2MnO4- + 16H+ → 2Mn2+ + 10CO2− + 8H2O

К предварительно нагретому исследуемому раствору добавляют 1-2 капли H2SO4 (2н) и 1-2 капли KMnO4. Обесцвечивание KMnO4 свидетельствует о присутствии оксалат-иона в растворе.

2. Нитрат кальция Ca(NO3)2 образует с оксалат-ионом белый кристаллический осадок оксалата кальция, нерастворимый в

CH3COOH:

C2O42- + Ca2+ → CaC2O4↓

К исследуемому раствору прибавляют 2-3 капли Ca(NO3)2. Наблюдают выпадение белого мелкокристаллического осадка. Добавляют к осадку 1-2 капли CH3COOH. Если осадок не растворяется, то в растворе присутствует оксалат-анион.

6.5.5. Селективная реакция хромат- и дихромат-ионов

(CrO42- и Cr2O72-)

Анионы CrO42- и Cr2O72- проявляет себя при предварительном обнаружении анионов-окислителей (разд.2.4.1.5). Для доказательства их присутствия используют реакцию с H2O2.

Пероксид водорода H2O2 в кислой среде образует с хромат и дихромат-ионами надхромовую кислоту, окрашивающую раствор в интенсивно-синий цвет:

Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ → 2H2CrO6 + 3H2O

Предел обнаружения хромата - 10 мкг.

К анализируемому раствору (3 капли) добавляют 3%-ный раствор пероксида (6-8 капель), эфира (5 капель) и H2SO4 (1:4) по каплям при встряхивании. Образующаяся надхромовая кислота экстрагируется эфиром, окрашивая его в синий цвет. Окраска со временем исчезает. В водной среде надхромовая кислота разлагается с образованием ионов хрома (III), поэтому синяя окраска раствора переходит в зелёную.

6.5.6.Селективные реакции хлорид-иона (Cl -)

1.Нитрат серебра AgNO3 образует с хлорид-ионом белый творожистый осадок хлорида серебра, на свету осадок становится серо-фиолетовым, а затем чернеет:

Сl- + AgNO3 → AgCl¯ + NO3-

Этот осадок нерастворим в кислотах и щелочах, но легко растворяется при действии веществ, способных связывать Ag+ в комплекс, например NH3, Na2S2O3, KCN:

AgCl + 2NH3×H2O → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O.

Комплексное соединение разрушается при действии HNO3(2н):

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

Предел обнаружения хлорида - 10 мкг. При этом снова выделяется осадок хлорида серебра.

2. Перманганат калия KMnO4 (конц.) в присутствии H2SO4

(конц., 2 капли) образует с хлорид-ионом свободный хлор:

10Cl- + 2MnO4- + 16H+ → 5Cl2− + 2Mn2+ + 8H2O

Выделяющийся хлор окрашивает йодокрахмальную бумагу в синий цвет.

6.5.7.Селективные реакции ацетат-иона (CH3COO-)

1.Хлорид железа (III) FeCl3 образует с ацетат-ионом красно- бурый ацетат железа (III):

3CH3COO- + FeCl3 → Fe(CH3COO)3 + 3Cl-

Раствор имеет цвет крепкого чая. При сильном разбавлении водой и кипячении выпадает бурый осадок продукта гидролиза:

Fe(CH3COO)3 + 2H2O → Fe(OH)2CH3COO↓ + 2CH3COOH

Для проведения реакции к 2-3 каплям анализируемого раствора добавляют 4-6 капель FeCl3. После окрашивания раствора приливают несколько капель дистиллированной воды и нагревают его

концентрированной серной кислоты при нагревании на водяной бане с ацетат-ионом образует амилацетат с характерным запахом грушевой эссенции:

CH3COOH + C5H11OH → CH3COOC5H11

К 4-5 каплям раствора добавляют 3-4 капли H2SO4 (конц.) и такое же количество амилового спирта. Далее реакционную смесь нагревают на водяной бане.

6.5.8.Селективные реакции нитрат-иона (NO3-)

1.Металлическая медь Cu в присутствии концентрированной серной кислоты с нитрат-ионом выделяет оксид азота (NO), который окисляется кислородом воздуха до NO2:

2NO3- + 3Cu + 8H+ → 2NO− + 3Cu2+ + 4H2O 2NO + O2 → 2NO2−

Для проведения реакции к 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют 3-4 капли концентрированной серной кислоты и медную стружку. Раствор нагревают на водяной бане. Выделяется бурый газ

NO2.

2. Сульфат железа (II) FeSO4 в присутствии серной кислоты образует с нитрат-ионом нестабильную комплексную соль бурого цвета:

6Fe2+ + 2NO3- + 8H+ → 6Fe3+ + 2NO− + 4H2O Fe2+ + SO42- + NO− → [Fe(NO)SO4]

К анализируемому раствору (1-2 капли) добавляют 1-2 кристаллика FeSO4 и осторожно приливают серную кислоту по стенкам пробирки. На границе "раствор-кристаллы" образуются бурые кольца, исчезающие со временем.

Ионы J- и Br- мешают реакции, так как в их присутствии выделяются I2- и Br2, дающие сходные окраски. Ионы CrO42-, MnO4-, S2O32-, SO32- должны отсутствовать.

Если при предварительных испытаниях и в ходе систематического анализа анион не был обнаружен, а водный раствор имеет щелочную реакцию, можно предположить, что исследуемый образец представляет собой оксид (гидроксид) щелочного или щелочноземельного металла.

Наиболее характерные селективные и специфические реакции на анионы сведены в таблицу 4 Приложения.

7.Анализ солей, нерастворимых в воде

7.1.Особенности анализа веществ, не растворимых в воде,

но растворимых в кислотах

При растворении вещества в кислоте необходимо внимательно следить за выделением газа (CO2). Обнаружить его можно реакцией, описанной в разделе 2.5.2.

Анализ аниона. Если вещество растворено в определённой кислоте, не следует искать анион этой кислоты. Например, пробу растворили в HNO3. Для обнаружения группы анионов часть пробы растворяют в HNO3 и прибавляют AgNO3. Выпадение осадка свидетельствует о присутствии анионов 2-й группы (Cl-). Анионов 3-й группы не может быть, так как их соли растворимы в воде. Из анионов первой группы имеет смысл искать только анионы, устойчивые в кислой среде: SO42-, PO43-, CrO42-, Cr2O72-. Групповой реактив BaCl2 в этих условиях использовать нельзя. Им можно пользоваться только как реактивом на SO42-.

Анализ катиона. Если проба нерастворима в воде, значит, нет катионов NH4+, K+, Na+. Вещество, растворимое в соляной кислоте, не

содержит катионов "хлоридной" группы (Pb2+), а растворимое в H2SO4 не содержит катионов "сульфатной группы" (Ba2+, Sr2+, Ca2+).

После растворения пробы в HNO3 действием групповых реактивов в отдельных пробах определяют группу катионов, а затем соответствующими реакциями - искомый катион.

Присутствие PO43- затрудняет обнаружение ряда катионов. При нейтрализации кислотных растворов фосфатов, последние снова выпадают в осадок как только раствор становится щелочным или нейтральным. Поэтому открытие катиона возможно только после отделения его от аниона (например, содовым методом).

7.2. Особенности анализа вещества,

не растворимого в концентрированных кислотах

Для растворения подобных веществ берут окислительные смеси: царскую водку (HCl + HNO3), смесь Комаровского (HCl + H2O2) и др. Лучше в этом случае прибегать к содовому методу, который позволяет перевести образец в соединение, растворимое в кислотах, и отделить катион и анион труднорастворимой соли.

7.2.1. Содовый метод

Для отделения катиона от аниона содовым методом часть сухого вещества кипятят 3-4 раза с взвесью Na2CO3 в её насыщенном растворе. Анион, входящий в состав соли, переходит в раствор в виде натриевой соли, а катион остаётся в осадке, но уже в виде карбоната. Осадок отделяют центрифугированием, карбонат растворяют в 2н CH3COOH и ищут катион. Раствор, содержащий анион неизвестной

соли, также обрабатывают 2н CH3COOH, кипятят для удаления CO32- и обнаруживают анион с помощью селективной (специфической) реакции.

7.3. Составление протокола анализа

Результат наблюдений, эффект реакций, цвет осадков, окрашивание растворов, запах газов и др. заносятся в протокол анализа. В протоколе фиксируются данные, подтверждающие выводы, которые будут сделаны в конце работы. Фиксирование фактов должно сопровождаться записью уравнений соответствующих реакций.

Пример составления протокола анализа

Дата Лабораторная работа №

Тема. Идентификация состава соли химическими методами. Цель работы: обнаружение катиона, обнаружение аниона,

составление химической формулы анализируемой соли.

Ход работы

1.Предварительное наблюдение: светло-зеленое, мелкокристаллическое вещество.

2.Растворение вещества: анализируемое соединение хорошо растворимо в воде.

3.Результаты определения катиона и аниона заносят в таблицу.

Таблица 7.3.1 Примерная запись результатов химического анализа

Окончание таблицы 7.3.1

8.Примеры идентификации веществ

8.1.Вещество, растворимое в воде