Общая и аналитическая химия. Лабораторный практикум

и его последующим экстрагированием диэтиловым эфиром или изоамиловым спиртом:

Это окрашивание со временем исчезает. В водной же среде CrO5 весьма быстро разлагается с образованием соединений Cr(III), вследствие чего первоначально возникающая темно- синяя окраска раствора быстро переходит в серо-зелёную, что сопровождается выделением газа (какого?).

Селективные реакции хлорид-аниона Сl-. К 2-3 каплям рас-

твора, содержащего анион Cl-, добавьте раствор триоксонитрата

(V) серебра AgNO3. Наблюдайте появление белого творожисто-

При воздействии на получившийся раствор 2 М раствора HNO3, содержащееся в нем координационное соединение Ag(I) разрушается вследствие реакции

врезультате чего вновь выделяется хлорид серебра.

К2-3 каплям раствора, содержащего анион Cl-, добавьте 3-4 капли концентрированного раствора КМnO4 и 2-3 капли концен- трированного раствора H2SO4. Наблюдайте обесцвечивание KMnO4 и образование свободного хлора в соответствии с брут- то-реакцией

крахмальную бумагу. Объясните ее окрашивание в синий цвет.

Селективные реакции ацетат-аниона СН3СОО-. К 4-5 ка-

плям раствора, содержащего СН3СОО-, добавьте 3-4 капли концентрированного раствора H2SO4 и такое же по объе- 70

му количество пентанола-1 (амилового спирта). Нагрейте реак- ционную смесь на водяной бане. Наблюдайте появление харак- терного запаха грушевой эссенции, связанное с образованием амилацетата в соответствии с реакцией:

Селективные реакции триоксонитрат(V)-аниона NO3-. К 2- 3 каплям раствора, содержащего NO3-, добавьте 3-4 капли кон- центрированной серной кислоты и медную стружку, после чего нагрейте смесь на водяной бане. Наблюдайте выделение бурого газа со специфическим запахом – диоксида азота NO2, обра- зующегося в результате следующих двух реакций:

К 1-2 каплям раствора, содержащего NO3-, добавьте 1-2 кри- сталлика тетраоксосульфата(VI) железа(II) FeSO4 и осторожно прилейте по стенкам пробирки концентрированную серную ки- слоту. Наблюдайте образование на границе фаз раствор/кри- сталлы бурых колец, исчезающих со временем, появление кото- рых обусловлено образованием малостабильного нитрозоком- плекса Fe(II) бурого цвета по совокупности следующих реакций:

4[Fe(NO)]SO4 + 3O2 + 2H2SO4 →2Fe2(SO4)3 + 4NO2 + 2H2O. (1.44)

Внимание! С концентрированными кислотами следует работать осторожно и обязательно под тягой!

71

Лабораторная работа № II.2

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА НЕИЗВЕСТНОЙ СОЛИ

В разное время в неорганическом анализе было создано и использовалось на практике несколько вариантов систематики катионов и анионов, наибольшее распространение среди кото- рых получили так называемые сероводородная, фосфатная и кислотно-основная.

Наиболее приемлемой среди них с практической точки зре- ния (как по природе используемых групповых реагентов, так и по степени их доступности, токсичности и простоты выполне- ния самого анализа) является кислотно-основная классификация (хотя, к сожалению, ее также нельзя признать исчерпывающей – в ней, в частности, нет четко определенного места для ионов платиновых металлов).

Деление на группы катионов в рамках подобной классифика- ции проводят, ориентируясь прежде всего на отношение образуе- мых этими катионами гидроксидов к сильным кислотам и основа- ниям. Выделяют шесть групп катионов – « хлоридная», «сульфат- ная», «амфотерная», «гидроксидная», «аммиакатная» и «раствори- мая»; кислоты и основания являются здесь основными (хотя и не единственными) групповыми реагентами, Подробная информация на этот счет представлена в табл. 2.1. Деление на группы анионов в рамках данной классификации выглядит еще проще (табл. 2.2): та- ковых всего три – « бариевая», «серебряная» и «растворимая».

72

Таблица 2.1. Систематика катионов в рамках кислотно-основного метода качественно- го анализа

74

Таблица 2.2. Систематика анионов в рамках кислотно-основного метода качественного анализа

75

Цель работы: обнаружение катиона и аниона, входящих в состав анализируемого индивидуального неорганического со- единения (соли) и составление ее химической формулы по дан- ным анализа.

Оборудование и реактивы

1.Водные растворы групповых, селективных и специфиче- ских аналитических реагентов на катионы и анионы различных аналитических групп.

2.Пробирки.

3.Нагревательные приборы (газовые горелки, электроплитки).

Методика выполнения работы

Идентификация неизвестной соли состоит из ряда операций, проводимых в определенной последовательности (рис. 2.1).

II.2.1. Предварительные наблюдения и испытания включа-

ют следующие этапы:

Отметьте цвет образца. Цвет кристаллов или раствора может в ряде случаев служить указанием на присутствие тех или иных элементов. Известно, что растворимые соли никеля(II) с неокрашенными анионами в водном растворе имеют зеленую окраску, хрома(III) – серовато-зеленую, меди(II) – сине- голубую, кобальта(II) – розовую, железа(III) – желто-бурую и т.д. Ион CrO42- сообщает водным растворам желтую окраску, ион Cr2O72-– оранжевую и т.д. Однако в общем случае цвет, к сожалению, не может служить надежным ориентиром в качест венном анализе, поскольку известно множество примеров обра- зования окрашенных соединений бесцветными катионами и анионами (так, сульфид кадмия (II) CdS имеет желтый цвет, хо- тя слагающие его катион Cd2+ и анион S2- лишены какой бы то ни было окраски).

76

ОБРАЗЕЦ СОЛИ (сухой)

1 Предварительные наблюдения

2 Растворение + нейтрализация

Рис. 2.1. Общая схема анализа неизвестной соли

Наблюдайте, имеет ли место окрашивание пламени газовой го-

релки. Ряд элементов можно обнаружить, пользуясь их свойст- вом окрашивать бесцветное пламя горелки в определенный цвет

(табл. 2.3).

Таблица 2.3. Окрашивание пламени газовой горелки соединениями некоторых химических элементов

77

Испытайте образец соли на наличие выделения газообраз- ных продуктов разложения под действием кислот и щелочей.

Если образец содержит CO32--анион, то при действии на сухой образец разбавленной хлороводородной кислотой будет выде- ляться бесцветный, не имеющий запаха газ – CO 2.

При наличии в образце аниона S2- должен выделяться серо- водород H2S, имеющий характерный запах тухлых яиц.

Если же при действии на исследуемое вещество концентриро- ванной серной кислотой (ОСТОРОЖНО!) выделяется бурый газ с резким запахом, то это свидетельствует о наличии NO3--иона.

Наконец, если образец содержит [NH4]+-ион, то при обработке его раствором гидроксида натрия должен выделяться бесцветный газ с характерным резким запахом – аммиак NH3.

Запишите результаты предварительных наблюдений и ис- пользуйте их при дальнейшем исследовании образца.

II.2.2. Перевод анализируемого образца в раствор. Качест-

венный анализ вещества проводится в растворе, поэтому подби- райте растворитель с использованием небольшого количества вещества (несколько крупинок).

Испытание соли на растворимость в различных растворите- лях проведите в следующем порядке:

в H2O при комнатной температуре и при нагревании;

в 2 М CH3COOH при комнатной температуре и при нагре- вании;

в 2 М HCl при комнатной температуре и при нагревании;

в 2 М HNO3 при комнатной температуре и при нагрева-

нии;

в концентрированных HCl и HNO3 при комнатной темпе- ратуре и при нагревании;

78

в избытке раствора NaOH (KOH);

в избытке 25 % водного раствора NH3·H2O.

После выбора растворителя подготовьте раствор для анали- за. Для этого возьмите 2/3 части образца (оставляя часть на слу- чай проверки) и растворите в 5-10 мл выбранного растворителя, перемешивая раствор стеклянной палочкой. В случае необходи- мости нагрейте раствор до 80-90ºС на водяной бане. Раствор для анализа должен быть абсолютно прозрачным.

II.2.3. Открытие (обнаружение) катиона. С помощью групповых реагентов, указанных в табл. 2.1, определите ту ана- литическую группу, к которой принадлежит искомый катион. Групповые реагенты используйте в последовательности, указан- ной в данной таблице и на рис. 2.2.

Идентифицируйте катион, проведя соответствующие селек- тивные реакции (см. лабораторную работу II.1).

II.2.3. Открытие (обнаружение) аниона. С помощью груп-

повых реагентов, указанных в табл. 2.2, определите ту аналити- ческую группу, к которой принадлежит искомый анион. Груп- повые реагенты используйте в последовательности, указанной в данной таблице и на рис. 2.3. После обнаружения группы аниона идентифицируйте отдельный анион с помощью соответствующих селективных реакций.

Составьте протокол анализа. Результаты наблюдений, эф- фекты реакций, цвета осадков, окрашивание растворов, запах газов и прочее занесите в протокол анализа. На основании полу- ченных вами данных составьте химическую формулу анализи- руемой соли.

79

Образец анализируемой соли в растворе

Предварительные наблюдения и испытания

(цвет, окрашивание пламени, выделение газа под действием к-т и щелочей)

+HCl

1) Обнаружение «хлоридной» группы катионов

(Pb2+)

+H2SO4

2) Обнаружение «сульфатной» группы катионов

(Ba2+, Sr2+, Ca2+)

+NaOH 2 М

3,4,5) Обнаружение «амфотерной», «гидроксидной» и «аммиакатной» групп катионов

5) Аммиакатная

(Cu2+, Ni2+)

6) Растворимая

(K+, Na+, NH4+)

Рис. 2.2. Схема определения катионов

80