Аналитическая химия качественный и количественный анализ. Учебное пособие

Работа № 1. Действие групповых реагентов

кислотно-щелочного метода анализа на катионы I-VI аналитических групп

Цель работы: изучение действия на катионы различных аналитических групп растворов едких щелочей, гидроксида аммония, разбавленных соляной и серной кислот.

Опыт 1. Действие едких щелочей.

По характеру получаемых соединений катионы можно разделить на три группы.

1. Катионы, не образующие осадки с едкими щелочами: Li+, Na+, K+,

NH4 , Ba2+.

2. Катионы, образующие осадки, растворимые в избытке щелочи: Pb2+, Sn2+, Al3+, Zn2+, Cr3+, например:

Zn2+ + 2 ОН– = Zn(ОН)2(т); Zn(ОН)2(т) + 2 ОН– = [Zn(ОН)4]2–.

3. Катионы, образующие с едкими щелочами осадки, не растворимые в избытке реактива: Cu2+, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Со2+.

Методика выполнения. В отдельные пробирки внесите по 2-3 капли растворов солей, содержащих катионы Na+, Cr3+, Al3+, Zn2+, Cu2+, Fe3+, Ni2+, Со2+. В каждую из пробирок добавьте по 4 капли 1М раствора NaOH и перемешайте стеклянной палочкой. Отметьте выпадение осадков. Укажите цвет осадков. Добавьте в каждую пробирку по 6-7 капель концентрированногорастворагидроксиданатрияNaOH иперемешайте. Что наблюдаете?

Опыт 2. Действие водного раствора аммиака.

По характеру получаемых соединений катионы можно разделить на три группы.

1. Катионы, не образующие осадков с водным раствором аммиака: Na+, NH4 , Ba2+, Ca2+. (Возможно образование осадков ВаСО3 и СaСО3 вследствие загрязнения реактивов карбонатами.)

11

2. Катионы, образующие с водными растворами аммиака осадки, растворимые в избытке реактива: Cu2+, Zn2+, Ni2+. Например:

Cu2+ + 2 NH4ОН = Cu(OH)2(т) + 2 NH4 ; Cu(OH)2(т) + 4 NH4ОН = [Cu(NH3)4]2+ + 2 ОН– + 4 Н2О.

3. Катионы, образующие с водным раствором аммиака осадки, не растворимые в избытке реактива: Fe2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Pb2+, Sn2+.

Методика выполнения. В отдельные пробирки внесите по 3 капли растворов солей, содержащих катионы, указанные в опыте 1. В каждую добавьте по 3-4 капли 1М раствора аммиака. Во всех ли пробирках выпали осадки? Отметьте цвет каждого осадка. Добавьте во все пробирки 25 %-горастворааммиакадополногорастворенияосадков(работупро- водите в вытяжном шкафу!). Гидроксиды каких катионов растворяются? Отметьте цвет раствора в пробирках.

Опыт 3. Действие разбавленной соляной кислоты на ионы свинца Pb2+.

Разбавленная соляная кислота HCl и её растворимые соли образуют с ионом свинца Pb2+ белый осадок хлорида свинца(II) PbCl2.

Методика выполнения. В пробирку внесите 2-3 капли раствора нитрата свинца Pb(NО3)2 или ацетата свинца Pb(СН3СОО)2 и добавьте 3-4 капли 1М раствора соляной кислоты. Что наблюдаете?

Опыт 4. Действие разбавленной серной кислоты H2SO4

на катионы III аналитической группы.

Катионы Pb2+, Ba2+, Ca2+ и Sr2+ образуют с разбавленной серной кислотой не растворимые в воде осадки PbSO4, BaSO4, CaSO4 и SrSO4 (причем осадок PbSO4 растворим в едких щелочах и в растворе солей уксусной кислоты).

Методика выполнения. В отдельные пробирки внесите по 2-3 капли раствора солей, содержащих катионы свинца, бария, кальция, и добавьте 2-3 капли 1М раствора серной кислоты H2SO4. Добавьте к полученным осадкам 3-5 капель 3М раствора гидроксида натрия NaОН. Что наблюдаете? Объясните полученный результат, воспользовавшись справочными данными.

12

Опыт 5. Окрашивание пламени соединениями катионов металлов.

Катионы солей некоторых металлов окрашивают пламя горелки в различные цвета.

Методика выполнения. Предварительно очистите нихромовую проволочку многократным опусканием ее в концентрированный раствор соляной кислоты HCl и прокаливанием в пламени спиртовки. Внесите поочередно нихромовую проволочку в концентрированные растворы солей KNO3, NaNO3, CaCl2, Ba(NO3)2, SnCl2, CuCl2, Bi(NO3)2, а затем

всредние слои пламени спиртовки. Отметьте окраску пламени различных катионов указанных солей. Результаты наблюдений занесите

втаблицу.

В отчёте для опытов 1–4:

1)напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций;

2)отметьте качественный признак реакции;

3)укажите номер аналитической группы катиона по кислотно-ос- новной классификации;

4)укажите групповой реагент.

13

Работа № 2. Дробный метод анализа.

Качественные реакции катионов

Цель работы: изучение качественных реакций катионовI–VI аналитических групп.

Опыт 1. Обнаружение иона аммонияNH4 .

Cоли аммония в растворах щелочей разлагаются с выделением газообразного аммиака

NH4 ОН NH3(г) +Н2О.

Методикавыполнения. Впробиркувнесите5-6 капельрастворахлорида NH4Cl или сульфата аммония (NH4)2SO4 и 5-6 капель 4М раствора гидроксида натрия NaOH. Содержимое этой пробирки нагрейте на водяной бане. Что наблюдаете? Выделяющийся газ можно обнаружить: а) по специфическому запаху, б) по посинению красной лакмусовой бумажки. Для этого над раствором поместите смоченную водой полоску индикаторной бумаги, не касаясь ею стенок пробирки во избежание попадания на бумагу капелек щелочного раствора. Объясните происходящее явление.

Опыт 2. Обнаружение иона калия K+ .

Для обнаружения катионов калия используют реакцию с гексанитритокобальтатом(III) натрия.

Методика выполнения. В пробирку внесите 3-4 капли раствора хлорида калия KСl и прибавьте две капли раствора Na3[Co(NO2 )6 ] . Наблюдайте образование ярко-желтого кристаллического осадка K2Na[Co(NO2 )6 ] . Если осадок не образуется, то потрите о стенки пробирки стеклянной палочкой.

Опыт 3. Обнаружение иона свинца(II) Pb2+.

С катионами свинца дают реакции многие соединения, образующие осадки или окрашиваемые продукты взаимодействия. Например, с хло-

рид- и сульфат-ионами образуются белые осадки PbCl2 и PbSO4 ,

с сульфид-ионами – черный осадок PbS, с иодид-ионами – желтый осадок PbI2, растворимый в избытке иодида калия.

14

Методика выполнения 3.1. Реакция с хромат-ионами и дихромат-ионами. В пробирку вне-

сите 3-5 капель раствора соли свинца(II), добавьте по каплям раствор K2CrО4 или K2Cr2О7 до выпадения желтого кристаллического осадка

хромата свинца.

3.2. Реакциясиодид-ионами. Впробиркувнесите2-3 каплираствора солисвинца(II), добавьтепокаплямраствориодидакалиядовыпадения желтого осадка иодида свинца PbI2. Разделите содержимое пробирки на две части.

К одной части осадка PbI2 добавьте несколько капель раствора KI. Наблюдайте растворение осадка в результате образования комплекс-

ного соединения K2[PbI4 ] .

Кдругой части осадка в пробирке добавьте дистиллированную воду

инагрейте её до полного растворения осадка. При медленном охлаждении пробирки (её погружают в холодную воду или оставляют остывать на воздухе) выпадают красивые блестящие золотисто-желтые чешуйчатые кристаллы иодида свинца.

Опыт 4. Обнаружение иона хрома(III) Cr3+.

Реакция окисления катионов хрома (III) до хромат-ионов пероксидом водорода в щелочной среде. Растворы солей Cr(III) имеют зеленую

окраску. Катионы Cr3+ с растворами щелочей (NaОН, KОН) образуют осадок Cr(ОН)3 серо-зеленого(илисине-фиолетового) цвета, растворимый в избытке щелочи:

Cr3+ 3ОН Cr(ОН)3(т) , Cr(ОН)3(т) 3 ОН [Cr(ОН)6 ]3– .

При действии пероксида водорода в щелочной среде ион[Cr(ОН)6 ]3–

переходит в хромат-ион CrO24 , при этом зеленая окраска раствора меняется на желтую:

15

Методика выполнения. В пробирку внесите 2-3 капли раствора соли Cr(III), прибавьте 4-5 капель 2М раствора NaOH и 2-3 капли

3 %-го раствора Н2О2 . Содержимое пробирки нагрейте на водяной бане до перехода окраски раствора в желтую, характерную для ионов CrO24 .

Опыт 5. Обнаружение иона железа(II) Fe2+ . Растворы солей Fe(II) практически бесцветны.

Реакция с гексацианоферратом(III) калия (красная кровяная соль)

K3[Fe(CN)6 ].

Методика выполнения. В пробирку к 2-3 каплям свежеприготовленного раствора FeSO4 добавьте 2-3 капли 2М раствора НСl (для подавле-

ния гидролиза соли) и 1-2 капли раствора K3[Fe(CN)6 ] . Наблюдайте выпадение синего осадка «турнбулевой сини» Fe3[Fe(CN)6 ]2 .

Опыт 6. Обнаружение иона железа(III) Fe3+ .

РастворысолейFe(III) имеютжелтуюиликрасновато-буруюокраску.

6.1.Реакция с роданистыми солями. Роданид-ион SCN– образует

сионом Fe3+ комплексные соединения роданидов железа, окрашивающие раствор в красный цвет. В зависимости от концентрации роданид-иона могут образоваться комплексные ионы разного состава:

[Fe(SCN)]2+ , [Fe(SCN)2 ]+ , [Fe(SCN)3 ], [Fe(SCN)4 ]– , [Fe(SCN)5 ]2– , [Fe(SCN)6 ]3– .

Методикавыполнения. Впробиркувнесите4-5 капельрастворахлорида железа(III) FeСl3 и добавьте 2-3 капли 1М раствора НСl и 5-6 ка-

пель раствора роданида аммония NH4SCN. Отметьте цвет полученного раствора.

6.2. Реакция с гексацианоферратом(II) калия (желтая кровяная

соль) K4[Fe(CN)6 ] .

Методика выполнения. В пробирку внесите 2-3 капли раствора FeСl3 , добавьте 1-2 капли 2М раствора НСl и 1-2 капли раствора

16

K4[Fe(CN)6 ] . Наблюдайте выпадение синего осадка «берлинской ла-

зури» Fe4[Fe(CN)6 ]3 .

Опыт 7. Обнаружение иона меди(II) Cu2+ .

Растворы солей меди(II) окрашены в голубой цвет с разными оттенками (от голубого до сине-зеленого).

7.1. Реакция с аммиаком. При прибавлении небольшого количества аммиака осаждается основная соль меди сине-зеленого цвета:

2Cu2 SO24 2 NH4OH (CuOH)2SO4(т ) 2 NH4 .

Визбытке NH4OH соль растворяется с образованием комплексного иона тетрааммиаката меди(II) [Cu(NH3 )4 ]2+ ярко-синего цвета

(СuOH)2 SO4(т) + 8 NH4ОН = 2 [Cu(NH3 )4 ]2+ + SO24 + 2 ОН– + 8 Н2О.

Методика выполнения. В пробирку с 2-3 каплями раствора сульфата меди(II) СuSO4 прибавьте по каплям 1М раствор NH4ОН до выпадения

осадка основной соли меди. Затем добавьте избыток раствора аммиака. Что наблюдаете?

7.2. Реакция с гексацианоферратом(II) калия (желтая кровяная соль). Катионы Сu2+ образуют с K4[Fe(CN)6 ] в слабокислой среде красно-коричневый осадок гексацианоферрата(II) меди Сu2[Fe(CN)6 ] , растворимый в 25 %-м растворе аммиака, но не растворимый в разбавленных кислотах. Реакции мешают ионы Fe3+ , Со2+ , Ni2+ .

Методика выполнения. В пробирку внесите 3-4 капли раствора СuSO4 и добавьте 1-2 капли раствора K4[Fe(CN)6 ] . Наблюдайте выпа-

дение осадка Сu2[Fe(CN)6 ] . Отметьте цвет осадка.

К полученному осадку прилейте 25 %-й раствор NH4ОН до растворения осадка:

Сu2[Fe(CN)6 ] + 12 NH4ОН

= 2 [Cu(NH3 )4 ](ОН)2 + (NH4 )4[Fe(CN)6 ] + 8 Н2О.

Отметьте цвет полученного раствора.

17

Опыт 8. Обнаружение иона никеля(II) Ni2+ .

Водные растворы солей Ni(II) окрашены в зеленый цвет.

Реакция с диметилглиоксимом (реактивом Чугаева)

Методика выполнения. В пробирку внесите 2-3 капли раствора соли Ni(II), прибавьте 2-3 капли 25 %-го раствора аммиака и 1-2 капли спиртового раствора диметилглиоксима. Отметьте цвет выпавшего осадка внутрикомплексной соли диметилглиоксимата никеля(II):

Опыт 9. Обнаружение иона кобальта(II) Со2+ .

Разбавленные растворы солей Со(II) окрашены в розовый цвет.

Реакция с роданистыми солями

Методика выполнения. В пробирку внесите 2-3 капли раствора СоСl2 и прибавьте несколько кристаллов NH4SCN . Наблюдайте появление темно-синей окраски раствора за счет образования комплексного

иона [Co(SCN)4 ]2– .

Опыт 10. Обнаружение иона марганца(II) Mn2+ .

Растворы солей марганца(II) окрашены в бледно-розовый цвет. Разбавленные растворы бесцветны.

Реакция окисления катионов Mn2 диоксидом свинца

Методика выполнения. В пробирку внесите с помощью микрошпателя порошкообразный оксид свинца(IV) PbО2 и прибавьте приблизи-

тельно 1 мл 6М раствора азотной кислоты НNО3 . Содержимое про-

бирки нагрейте до кипения и добавьте 3-4 капли раствора соли Mn(II) и снова нагрейте до появления малиновой окраски (цвет раствора обу-

словлен ионами MnO4 ).

18

Составьте ионно-электронные уравнения и расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме

MnSO4 + PbО2 +НNО3 HMnO4 + PbSO4 + Pb(NO3 )2 + H2O.

В отчёте к каждому опыту:

1)напишите уравнения реакций обнаружения ионов в молекулярном и ионно-молекулярном виде;

2)отметьте качественный признак реакции;

3)укажите номер аналитической группы катиона по кислотно-ос- новной классификации;

4)укажите групповой реагент и реагент, которым можно обнаружить данный ион в растворе.

Работа № 3. Дробный метод анализа.

Качественные реакции анионов. Идентификация неизвестного вещества в растворе

Цель работы: изучение качественных реакций анионов I–III аналитических групп; идентификация неизвестных ионов в растворе.

Опыт 1. Обнаружение хлорид-иона Сl–.

Хлорид-ион Cl– – анион сильной одноосновной хлороводородной (соляной) кислоты HCl. В водных растворах хлорид-ионы бесцветны.

Из солей соляной кислоты не растворимы в воде хлориды серебра AgCl, ртути(I) Hg2Cl2 , свинца(II) PbCl2 , меди(I) CuCl, основные соли висмута, сурьмы и олова.

Реакция с нитратом серебра. АgNO3 образует с ионами CI белый

творожистый осадок АgСl. Осадок при стоянии на свету вначале становится серо-фиолетовым, а затем темнеет вследствие выделения тонкодисперсного металлического серебра. Свежеприготовленный осадок

АgСl не растворим в кислотах НNO3 и Н2SO4 , но легко растворяется

в растворе аммиака с образованием комплексного иона [Аg(NН3 )2 ]+ . При подкислении раствора разбавленной азотной кислотой комплексный ион [Аg(NН3 )2 ]+ разрушается и выпадает осадок АgСl.

19

Методика выполнения. В пробирку внесите 3-4 капли раствора соляной кислоты HCl (NaCl или KCl) иприбавьте по каплямраствор нит-

рата серебра АgNO3 . Наблюдайте выпадение белого творожистого

осадка. К осадку при энергичном взбалтывании прибавьте по каплям 25 %-й раствор аммиака (выполняйте в вытяжном шкафу) до растворения осадка. К полученному раствору добавьте 2М раствор азотной

кис-лоты НNO3 до кислой реакции (по универсальному индикатору). Что наблюдаете?

Опыт 2. Обнаружение ацетат-иона СН3СОО– .

Ацетат-ион СН3СОО– – анион слабой (рК = 4,76) одноосновной уксусной кислоты СН3СООНв водных растворах бесцветен. Большин-

ство солей уксусной кислоты (ацетаты) растворимы в воде и подвергаются гидролизу.

Реакция с серной кислотой. Ацетат-ион в сильно кислой среде образует уксусную кислоту, пары которой имеют специфический запах уксуса.

Методика выполнения. В пробирку внесите с помощью микрошпателя кристаллы ацетата натрия СН3СООNа и добавьте 3-4 капли

6М раствора серной кислоты. Смесь слегка нагрейте. Выделение паров уксусной кислоты легко обнаруживается по запаху или по изменению окраски синей лакмусовой бумаги – для этого предварительно смоченную дистиллированной водой индикаторную бумагу поднесите к краю пробирки. Объясните наблюдаемые изменения.

Опыт 3. Обнаружение сульфат-иона SO24 .

Сульфат-ион SO24 – анион сильной двухосновной серной кислоты.

Реакция с катионами бария Ва2 . Сульфаты аммония и многих металлов хорошо растворимы в воде. Из солей серной кислоты малорастворимы в воде сульфаты бария, стронция, свинца и кальция.

Методика выполнения. В пробирку внесите 3-4 капли раствора сульфата натрия Na2SO4 или серной кислоты Н2SO4 и прибавьте

3-4 капли раствора хлорида бария ВаСl2 . Что наблюдаете? Содержимое

20