Химические методы анализа. Учебно-методическое пособие
.pdfКонцентрации растворов обнаруживаемых ионов и реагентов, используемых в лабораторной работе, составляют порядка 0,1 моль/ дм3 (если не указаны иные).
Качественные реакции анионов аналитической группы I
Опыт 1. Реакция на сульфат-анион SO42– с хлоридом бария
K2SO4 + BaCl2 →
В пробирку помещают 3–5 капель раствора сульфата калия K2SO4 и добавляют 3–5 капель BaCl2, отмечают образование осадка. После отстаивания сливают с осадка жидкость и добавляют к осадку 2–3 капли раствора соляной кислоты концентрации 1,0 моль/дм3. Отмечают наблюдения.
Опыт 2. Реакция на сульфит-анион SO32– с серной (соляной) кислотой
Na2SO3 + H2SO4 →
В пробирку помещают 3–5 капель раствора сульфита натрия Na2SO3 и добавляют в эту же пробирку 3–5 капель раствора соляной или серной кислоты концентрации 1,0 моль/дм3, отмечают наблюдения.
Опыт 3. Реакции на тиосульфат-анион S2O32–
• С серной (соляной) кислотой
Na2S2O3 + HCl →
В пробирку помещают 3–5 капель раствора тиосульфата натрия Na2S2O3 и добавляют 3–5 капель раствора соляной или серной кислоты концентрации 1,0 моль/дм3, отмечают наблюдения.
• С йодом
Na2S2O3 + I2 →
В пробирку помещают 3–5 капель раствора тиосульфата натрия Na2S2O3 и добавляют 3–5 капель раствора йода, отмечают наблюдения.
21
Опыт 4. Реакция на карбонат-анион CO32– с хлоридом бария
Na2CO3 + BaCl2 →
К 3–5 каплям раствора карбоната натрия Na2CО3 добавляют 3–5 капель раствора BaCl2, наблюдая образование осадка ВаСО3. После отстаивания сливают с осадка жидкость и добавляют к осадку 2–3 капли соляной или азотной кислоты концентрации 1,0 моль/дм3, отмечают наблюдения.
Качественные реакции анионов аналитической группы II
Опыт 5. Реакция на хлорид-анион Cl– с нитратом серебра
NaCl + AgNO3 →
К 3–5 каплям раствора хлорида натрия добавляют 3–5 капель раствора AgNO3, наблюдая образование осадка. После отстаивания сливают с осадка жидкость и добавляют к осадку 2–3 капли раствора азотной кислоты концентрации 1,0 моль/дм3, отмечают наблюдения.
Опыт 6. Реакция на галогенид-анионы с ионами меди (II) KI + CuSO4 →
NaCl + CuSO4 →
Ионы меди окисляют йодид-анион до свободного йода, но не окисляют хлорид-анион. Ион меди (II) — специфический реагент на йодид-ион. Чтобы убедиться в этом, в две пробирки наливают по нескольку капель раствора сульфата меди и добавляют в одну пробирку раствор йодида калия, а в другую — раствор хлорида натрия. Записывают наблюдаемый эффект и уравнения реакций.
Качественные реакции анионов аналитической группы III
Опыт 7. Реакция на нитрит-анион NO2– с перманганатом калия
KMnO4 + H2SO4 + NaNO2 →
В пробирку добавляют в указанной последовательности растворы перманганата калия, серной кислоты концентрации 1,0 моль/дм3 (по 3 капли) и затем только 1 каплю раствора нитрита натрия, смесь слегка взбалтывают. Отмечают наблюдения.
22
Опыт8. Реакция на нитрат-анион NO3– с дифениламином (ДФА) NaNO2 + ДФА →
В пробирку помещают 5–6 капель нитрата натрия и 1 каплю ДФА. Отмечают наблюдения.
Опыт 9. Реакция на ацетат-анион CH3COO– с серной кислотой
CH3COONa + H2SO4 →
К раствору ацетата натрия добавляют 2–3 капли концентрированной серной кислоты. Отмечают наблюдения.
В выводе по работе дают заключение о свойствах анионов, позволяющих проводить их обнаружение.
Лабораторная работа 3 Определение качественного состава смеси солей
Цель работы: провести качественный анализ ионного состава смеси солей.
Анализ смеси анионов и катионов проводят дробным методом. Групповые реагенты применяются только для обнаружения анионов и катионов соответствующих групп.
Получают у преподавателя смесь солей неизвестного состава и растворяют ее в дистиллированной воде. Обращают внимание на цвет раствора, с помощью универсальной индикаторной бумаги измеряют рН и определяют реакцию среды.
С помощью групповых и специфических реакций устанавливают наличие конкретных катионов. Аналогичным образом проводят эксперимент для определения анионов.
При изучении реакций обнаружения заполняют таблицу (табл. 1.6), в которой фиксируют наблюдения и прописывают уравнения реакций.
23
Таблица 1.6
Анализ смеси катионов и анионов неизвестного состава
Номер |
Реактив |
Наблюдение |
Заключение |
Уравнение реакции |
|
задачи |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ввыводе по работе дают заключение об ионном составе смеси
иприменяемых алгоритмах дробного анализа.
Основы функционального анализа органических соедине-
ний.В отличие от качественного анализа неорганических веществ,
вкотором используются свойства образующих их ионов, основу анализа органических веществ составляют свойства функциональных групп, которые имеются в их структуре.
Функциональная группа (ФГ) — это реакционно-способный атом или группа атомов, связанные с углеводородным радикалом, обусловливающие химические свойства вещества, а также его принадлежность к определенному классу органических соединений. Анализ веществ по ФГ позволяет унифицировать методики реакций качественного и количественного определения, дает возможность прогнозировать способы испытаний по их структуре.
Органические соединения в большинстве своем имеют полифункциональную природу, поэтому при качественном анализе обычно выполняют реакции на несколько ФГ, что дает возможность надежно идентифицировать исследуемое соединение.
Наличие нескольких ФГ оказывает влияние на эффекты некоторых общих реакций и на свойства продуктов, образующихся
врезультате их протекания. Это придает избирательность подобным реакциям, дает возможность обнаружить в смесях одним реактивом близкие по строению органические вещества.
Некоторые ФГ обладают одинаковыми химическими свойствами, например, карбоксильная и имидная, сложноэфирная и амидная, ковалентно связанные хлор и бром. Поэтому при действии реагента эти группы вступают в реакцию одновременно, что следует учитывать при проведении анализа.
24
Многие реакции органических соединений протекают количественно и стехиометрично и могут быть использованы как в качественном, так и в количественном анализе.
Втабл. 1.7–1.12 представлены наиболее широко используемые
вкачественном анализе реакции.
|
|
|
Таблица 1.7 |
|
Аналитические реакции на гидроксильную группу |
||||
|
|
|
|
|
Гидро- |
|
Реактивы |
Продукты реакции |
|
ксильная |
Тип реакции |
(аналитический |
||
или операции |
||||
группа |
|
эффект) |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Спирто- |
Этерифика- |
Карбоновые кислоты, |
Сложные эфиры (ха- |
|
вая |
ция |
ангидриды кислот |
рактерный запах) |
|
|
|
в присутствии конц. |
|
|
|
|
H2SO4 при нагревании |
|
|
|
Окисление |
KMnO4 или K2Cr2O7 |
Альдегиды (характер- |
|
|
|
в кислой среде |
ный запах) |
|
|
Комплексо- |
CuSO4 в присутствии |
Растворимые хелатные |
|
|
образование |
NaOH (0,1 моль/дм3) |
соединения (чаще си- |
|
|
(для много- |
|
него цвета) |
|
|
атомных |
|
|
|
|
и амино- |
|
|
|
|
спиртов) |
|
|
|
Феноль- |
Комплексо- |
FeCl3 (0,1 моль/дм3) |
Окрашенные ком- |
|
ная |
образование |
|
плексные соединения |
|
|
|
|
(сине-фиолетовая, |
|
|
|
|
красно-фиолетовая, |
|
|
|
|
красная, зеленая и дру- |
|
|
|
|
гая окраска; при под- |
|
|
|
|
кислении растворов |
|
|
|
|
окраска меняется) |
|
|
Окисление |
Различные окислите- |
Индофеноловый краси- |
|
|
|
ли: хлорамин, бромная |
тель (сине-фиолетовое |
|
|
|
вода, известь в раство- |
окрашивание в при- |
|
|
|
ре аммиака, дихромат |
сутствии аммиака при |
|
|
|
калия в присутствии |
нагревании) |
|
|
|
разб. H2SO4 и др. |
|
|
25
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1.7 |
Гидро- |
|
|
Реактивы |
|
Продукты реакции |
|
ксильная |
Тип реакции |
|
(аналитический |
|||
или операции |
|
|||||
группа |
|
|
|
эффект) |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Конденса- |
Альдегиды в присут- |
Ауриновый краситель |
|||
|
ция |
ствии конц. H2SO4 |
(красное окрашивание |
|||
|
|
|
|
|
|
при нагревании) |
|
Электро- |
Br2 (бромная вода) |
Бромпроизводные |
|||
|
фильное |
|
|
|
(белые или желтые |
|
|
замещение |
|
|
|
осадки) |
|
|
(бромирова- |
|
|
|
|
|
|
ние) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Азосочета- |
Соли диазония в ще- |
Азокрасители (оран- |
|||
|
ние |
лочной среде (NaOH) |
жево-красное или |
|||
|
|
|
|
|
|
в и ш н е в о - к р а с н о е |
|
|
|
|
|
|
окрашивание) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Этерифика- |
Карбоновые кислоты, |
Сложные эфиры (оса- |
|||
|
ция |
ангидриды кислот |
док) |
|||
|
|
|
в присутствии конц. |
|
||
|
|
|
H2SO4 при нагрева- |
|
||
|
|
|
нии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.8 |
|
|
Аналитические реакции |
||||
|
на карбонильную (альдегидную) группу |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Реакция |
|
Реактивы или операции |
|
|
Продукты реакции |
|
|
|
(аналитический эффект) |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Окисление |
|
Реактив Толленса — |
|
Металлическое Ag (блестя- |
||
|
|
гидроксид диамин серебра |
|
щий налет на стенках про- |
||
|
|
[Ag(NH3)2]OH |
|
бирки при нагревании) |
||
|
|
Реактив Фелинга |
|
Оксид меди (I) (осадок |
||
|
|
|
|
|
кирпично-красного цвета |
|
|
|
|
|
|
при нагревании) |
|
|
|
|
|
|
|
|
26
|
|
Окончание табл. 1.8 |
|
Реакция |
Реактивы или операции |
Продукты реакции |
|
(аналитический эффект) |
|||
|
|
||
|
|
|
|
|
Реактив Несслера |
Металлическая Hg (темно- |
|
|
|
серый осадок при нагрева- |
|
|
|
нии) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реакция |
Реактивы или операции |
Продукты реакции |
|
(аналитический эффект) |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Этерифика- |
Спирты в присутствии |
Сложные эфиры (характер- |
|
ция |
конц. H2SO4 при нагрева- |
ный запах) |
|
|
нии |
|
|
Соле- и ком- |
CuSO4 , FeCl3 |
Окрашенные комплексные |
|
плексообра- |
|
соединения |
|
зование |
|
(с CuSO4 — голубой осадок, |
|
|
|
с FeCl3 — светло-зеленое |
|
|
|
или красно-бурое окраши- |
|
|
|
вание, розовато-желтый |
|
|
|
осадок) |
|
Выделение |
Минеральные кислоты |
Осадки органических кислот |
|
кислотной |
|
(состав определяют по Тпл) |
|
формы (из со- |
|
|
|
лей) |
|
|
|
Декарбокси- |
Нагревание сухого образца |
Продукты декарбоксили- |
|
лирование |
|
рования (выделение СО2, |
|
|
|
характерный запах) |
27
|
|
|
Таблица 1.10 |
|
Аналитические реакции на аминогруппы |
||||
|
|
|
|
|
Тип |
|
Реактивы |
Продукты реакции |
|
Реакция |
(аналитический |
|||
аминогруппы |
или операции |
|||
|
эффект) |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Первичная |
Диазотирова- |
NaNO2, HCl, |
А з о к р а с и т е л и |
|
ароматическая |
ние с последу- |
щелочной раствор |
(вишневое или |
|
|
ющим азо- |
ß-нафтола |
оранжево-красное |
|
|
сочетанием |
|
окрашивание) |
|
|
|
|
|
|
|
Конденсация |
Ароматические аль- |
Основания Шиф- |
|
|
|
дегиды или газетная |
фа (желто-оранже- |
|
|
|
бумага в присут- |
вое окрашивание). |
|
|
|
ствии разб. HCl |
При выполнении |
|
|
|
|
на кусочках га- |
|
|
|
|
зетной бумаги — |
|
|
|
|
«лигниновая про- |
|
|
|
|
ба» |
|
|
|
|
|
|
|
Электрофиль- |
Br2 (бромная вода) |
О с а д к и б р ом - |
|
|
ное замеще- |
|
производных (бе- |
|
|
ние (бромиро- |
|
лого или желтого |
|
|
вание) |
|
цвета) |
|
|
|
|
|
|
|
Окисление |
KMnO4 в присут- |
Продукты окисле- |
|
|
|
ствии разб. H2SO4 , |
ния (окрашивание, |
|
|
|
хлорамин и другие |
с KMnO4 — обес- |
|
|
|
окислители |
цвечивание) |
|
|
|
|
|
|
|
Комплексо- |
Натрия нитропрус- |
Комплексные со- |
|
|
образование |
сид |
единения (окраши- |
|
|
|
|
вание) |
|
|
|
|
|
|
Вторичная |
Соле- и ком- |
Если вещество — |
Соли или комп- |
|
(в составе |
плексообразо- |
соль, то сразу до- |
лексные соедине- |
|
имидной, |
вание |
бавляют реактив. |
ния (окрашенные |
|
сульфамид- |
|
Если вещество — |
осадки) |
|
ной, гидра- |
|
кислота, то внача- |
|
|
зидной групп |
|
ле получают соль |
|
|
и некоторых |
|
по реакции с NaOH, |
|
|
|
|
|
|
|
28
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1.10 |
|
Тип |
|
|
|
|
Реактивы |
Продукты реакции |
||
|
|
Реакция |
|
(аналитический |
||||
аминогруппы |
|
|
|
или операции |
||||
|
|
|
|
эффект) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гетероцикли- |
|
|
|
|
а затем добавляют |
|
||
ческих соеди- |
|
|
|
|
реактив: Co(NO3)2, |
|
||
нений) |
|
|
|
|
CuSO4 или AgNO3 |
|
||
|
|
Выделение |
|
Минеральные кис- |
Осадки органиче- |
|||
|
|
кислотной |
|
лоты |
|
ских кислот (со- |
||
|
|
формы (из со- |
|
|
|
|
став определяют |
|
|
|
лей) |
|
|
|
|
по Тпл) |
|
Третичная |
|
Соле- и ком- |
|
Пикриновая кис- |
Соли (желтый оса- |
|||
|
|
плексообразо- |
|
лота |
|
док) |
||
|
|
вание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Танин |
|
Соли (белый или |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
желтый осадок) |
|
|
|
|
|
Реактив Бушарда, |
Соли (бурый оса- |
||
|
|
|
|
|
Вагнера или Люголя |
док) |
||
|
|
|
|
|
(раствор йода в KI) |
|
||
|
|
|
|
|
Реактив Драген- |
Соли (оранжевый |
||
|
|
|
|
|
дорфа (раствор BiI3 |
осадок) |
||
|
|
|
|
|
в KI) и др. |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.11 |
Аналитические реакции на амидную группу |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||
Реакция |
|
Реактивы или |
|
Продукты реакции |
||||
|
операции |
|
(аналитический эффект) |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
Гидролиз |
|
Кислота (или |
|
|
При кислотном гидролизе — кис- |
|||
с последующим |
|
щелочь) при на- |
|
лота (осадок) и амин, при щелоч- |
||||
доказательством |
гревании |
|
|
ном гидролизе — соль и аммиак |
||||
продуктов |
|
|
|
|
|
(запах) |
|
|
гидролиза |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидроксамовая |
|
Щелочной рас- |
|
Гидроксамат железа (темно-виш- |
||||
|
|
|
твор гидроксил- |
|
невое окрашивание), гидроксамат |
|||
|
|
|
амина, FeCl3 или |
|
меди (зеленое окрашивание) |
|||
|
|
|
Cu(NO3)2 |
|
|
|
|
|
29
|
|
Таблица 1.12 |
|
Аналитические реакции на сложноэфирную группу |
|||
|
|
|
|
Реакция |
Реактивы или |
Продукты реакции |
|
операции |
(аналитический эффект) |
||
|
|||
|
|
|
|
Гидролиз |
Кислота (щелочь) |
При кислотном гидролизе — кисло- |
|
c последу- |
при нагревании |
та (осадок) или фенол (по запаху); |
|
ющим дока- |
|
при щелочном гидролизе — со- |
|
зательством |
|
ответствующие соли, при добав- |
|
продуктов |
|
лении к которым сильных кислот |
|
гидролиза |
|
образуются органические кислоты |
|
|
|
(осадок) |
|
|
|
|
|
Гидроксамовая |
Щелочной рас- |
Гидроксамат железа (темно-виш- |
|
|
твор гидроксил- |
невое окрашивание), гидроксамат |
|
|
амина, FeCl3, |
меди (зеленое окрашивание) |
|
|
Cu(NO3)2 |
|
|
Лабораторная работа 4 Функциональный анализ органических соединений
Цельработы:изучить химические реакции идентификации химических соединений органической природы, содержащие в своем составе различные функциональные группы.
Опыт 1. Качественные реакции на гидроксильную группу. 1.1. Реакция образования эфиров
C2H5OH + CH3COONa →
В пробирку вносят 1 см3 исследуемого раствора и 0,1 г высушенного ацетата натрия, затем осторожно по каплям прибавляют 2 см3 концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают на водяной бане до выделения пузырьков.
1.2. Реакции окисления
I2 + 2NaOH → NaOI + NaI + H2O,
30