Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Лабораторный практикум
.pdf
Большинство солей катионов первой аналитической группы хорошо растворимы в воде. Группового реагента, осаждающего все
три катиона данной группы, не имеется.
Х о д р а бо ты
А. Обнаружение ионов K+
1. К нейтральному или уксуснокислому раствору соли калия
прибавляют равный объем раствора гексанитрокобальтата натрия
и протирают стеклянной палочкой стенки пробирки. При этом выпадает желтый кристаллический осадок двойной соли гексанитрокобальтата натрия-калия:
2KCl + Na3[Co(NO2)6] → ↓ K2Na[Co(NO2)6] + 2NaCl;
2K+ + Na+ + [Co(NO2)6]–3 → ↓ K2Na[Co(NO2)6].
Реакцию желательно проводить при pH = 3, что соответствует
разбавленным растворам уксусной кислоты (pH должен быть
не более 7).
2. Прокаливают стеклянную палочку с впаянной в нее платиновой проволокой, опускают ее в раствор хлорида калия или набирают на нее немного твердой соли. Вносят проволоку вместе с
каплей раствора или частицами соли калия в бесцветное пламя
спиртовки. Пламя окрасится в характерный фиолетовый цвет.
Б. Обнаружение ионов Na
+
1. К нейтральному раствору соли натрия добавляют равный
объем раствора K[Sb(OH)6] и протирают стеклянной палочкой о
стенки пробирки. При этом выпадет белый кристаллический осадок гексагидроксостибиата натрия:
NaCl + K[Sb(OH)6] → ↓ Na [Sb(OH)6] + KCl;
Na+ + [Sb(OH)6]– → ↓ Na [Sb(OH)6].
Реакцию следует проводить в строго нейтральной среде.
2. Летучие соединения натрия окрашивают пламя в характерный желтый цвет.
В. Обнаружение ионов NH
+
4
Реакция со щелочью (фармакопейная). Едкие щелочи (NaOH,
KOH) выделяют из растворов солей аммония при нагревании газообразный аммиак:
11
4
NH
+ OH– → ↑NH3 + H2O.
]g[H
22
]g[H
22
Две-три капли раствора соли аммония вносят в пробирку, осто-
рожно, не касаясь ее стенок, добавляют 3–4 капли раствора NaOH
или KOH, закрывают ватным тампоном и кладут сверху полоску
универсальной индикаторной бумаги, смоченную дистиллированной водой.
Пробирку с полученной реакционной смесью нагревают на во-
дяной бане и выделяющийся аммиак обнаруживают по посинению
универсальной индикаторной бумаги. Это можно сделать и по
запаху.
Реакция чувствительна, специфична и позволяет обнаруживать
ион аммония в присутствии катионов всех аналитических групп.
Опыт 2. Обнаружение ионов Pb2+, Ag+
(вторая аналитическая группа катионов)
Р е а к т и вы и о б о р у д о в а ни е: растворы нитрата свинца (II) (Pb(NO3)2), хромата калия (KСrО4), йодида калия (KI), нитрата серебра (AgNO3), хлорида натрия (NaCl), гидроксида аммония
(NH4OH), формалина (HCHO), соляной кислоты (HCl), азотной
кислоты (HNO3), уксусной кислоты (CH3COOH), пробирки, штатив, пипетка.
Т е о р е т ич е с к ое п о я с не ни е. Ко второй группе относятся
катионы Ag+, Pb2+,
. Эти элементы находятся в разных
группах периодической системы Д.И. Менделеева. Групповой реагент – хлороводородная кислота.
Катионы Ag+, Pb2+,
при взаимодействии с ней образуют
труднорастворимые в воде и в разбавленных кислотах осадки:
AgNO3 + HCl →↓AgCl + HNO3;
Ag+ + Cl– → AgCl ↓ (белый осадок хлорида серебра);
Pb(NO3)2 + 2HCl → PbCl2 ↓ + 2HNO3;
Pb2+ + 2Cl– →↓PbCl2 (белый осадок хлорида свинца);
Hg2(NO3)2 + 2HCl →↓Hg2Cl2 + 2HNO3;
2+
Hg
+ 2Cl– →↓Hg2Cl2 (белый осадок хлорида ртути).
2
12
При температуре воды в 100 °С растворимость хлорида свинца
].g[H
22
4
Н
]g[H
22
2
4
CrO
увеличивается в три раза, в то время как растворимость хлорида
серебра и хлорида ртути практически остается прежней. Это свойство используется для отделения катиона Pb2+ от катионов Ag+ и
Хлорид ртути при взаимодействии с раствором аммиака образует хлорид димеркураммония, который неустойчив и разлагается
на малорастворимый меркураммоний и металлическую ртуть. Она
придает осадку черный цвет:
Hg2Сl2 + 2NH4OH →↓ [Hg2NH2]Cl + NH4Cl + 2H2O;
Hg2Сl2 + 2NH4OH →↓ [Hg2NH2]Cl + N
+ Cl– + 2H2O;
[Hg2NH2]Cl →↓ [NH2Hg]Cl + ↓Hg (черный осадок).
Это позволяет отделить катион
от катиона Ag+.
Хлорид серебра хорошо растворим под действием аммиака с
образованием комплексной соли хлориддиаммония серебра:
AgСl + 2NH4OH →↓ [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O;
AgСl + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]+ + Cl– + 2H2O.
Х о д р а бо ты
А. Обнаружение ионов Pb2+
1. В пробирку с раствором нитрата свинца (II) добавляют рас-
твор хромата калия. При этом выпадает желтый осадок хромата
свинца (II):
Pb2+ +
→ ↓РbСrО4.
Хромат свинца (II) в отличие от хромата бария растворяется в
сильных щелочах с образованием плюмбита свинца. Составляют
уравнение второй реакции.
2. В пробирку с 1–2 мл раствора нитрата свинца (II) добавляют
столько же растворов уксусной кислоты и йодида калия. При этом
образуется желтый осадок йодида свинца (II). После оседания
осадка сливают с него жидкость методом декантации, прибавляют
к нему 2–3 мл разбавленной уксусной кислоты и кипятят. Потом
добавляют горячую воду до полного растворения осадка и содер-
13
жимое пробирки медленно охлаждают. При этом выделяются золотисто-желтые кристаллы йодида свинца (II).
Б. Обнаружение ионов Ag+
1. Помещают в пробирку 1–2 мл раствора нитрата серебра и
приливают несколько капель раствора соляной кислоты или хлорида натрия. При этом выпадает белый творожистый осадок, который темнеет на свету вследствие частичного восстановления
ионов серебра до металлического серебра. Полученный осадок испытывают на растворимость.
К одной порции осадка прибавляют несколько капель азотной
кислоты – осадок не растворяется, к другой порции – несколько
капель гидроксида аммония – осадок растворяется.
Составляют уравнения соответствующих реакций.
2. В пробирку с раствором, содержащим ионы серебра, добавляют 5–7 капель гидроксида аммония и столько же раствора формалина. Пробирку опускают в теплую воду и наблюдают образование на стенках пробирки блестящего зеркала металлического
серебра:
2[Аg(NН3)2]+ + НCНО + 2Н2О → ↓ 2Ag +
+ 3NH
+
+ НCОО– + NН4ОH.
4
Опыт 3. Обнаружение ионов Ba2+, Ca2+
(третья аналитическая группа катионов)
Р е а к т и вы и о бо р у д о в а н и е: растворы дихромата калия
(K2Cr2O7), сульфата бария (BaSO4), хлорида кальция (CaCl2), окса-
лата аммония ((NH4)2C2O4), уксусной кислоты (CH3COOН), ацетата натрия (CH3COONa), перманганата калия (KMnO4), серной кислоты (H2SO4), пероксида водорода (H2O2), пробирки, штатив, центрифуга.
Т е о р е т ич е с к ое п о я с не н и е. К третьей аналитической
группе относятся катионы металлов бария, стронция и кальция.
Эти элементы входят во вторую группу периодической системы
Д.И. Менделеева. Химическая активность их возрастает от
кальция к барию. Ионы этих элементов в водных растворах бесцветны.
14
Сульфат-ион с катионами Ba2+, Ca2+, Sr2+ образует осадки, а с
,CrO
24
2
7
О
4
О
.О
24
2
4
О
2
7
О
катионами других аналитических групп (в пределах установленных концентраций) осадка не дает. Разбавленная серная кислота –
групповой реагент.
Соли, образованные сильными кислотами, практически не под-
вергаются гидролизу.
Х о д р а бо ты
А. Обнаружение ионов Ba
2+
1. Реакция с дихроматом калия. Дихромат калия (K2Cr2O7) об-
разует с ионами бария желтый осадок BaCrO4. В водном растворе
дихромата имеется небольшое количество ионов
возника-
ющих в результате равновесия:
Cr
При рН = 5 концентрация ионов Cr
+ H2O ↔ 2HCr
2
↔ 2H+ + 2Cr
достаточна для того,
чтобы произведение растворимости для BaCrO4 оказалось превышенным, и реакция протекает по уравнению:
2Ba2+ + Cr
+ H2O → ↓2BaCrO4 + 2H+.
2
В результате реакции в растворе накапливаются ионы водорода,
что препятствует сдвигу равновесия вправо. Чтобы добиться полного осаждения хромата бария, к раствору следует добавить избыток ацетата натрия. Ацетат-ионы связывают ионы водорода в слабую уксусную кислоту (СН3СОО– + Н+ СН3СООН), которая с
избытком CH3COONa образует ацетатную буферную смесь, поддерживающую слабокислую среду с рН = 5.
В этих условиях ионы Ca2+ не образуют осадков хроматов и обнаружению Ba2+ не мешают. Реакция также используется для отделения катионов кальция от ионов бария.
В пробирку помещают 3 капли раствора соли бария, добавляют
3 капли раствора CH3COONa и 3 капли раствора K2Cr2O7. Наблюдают образование желтого осадка хромата бария.
2. Реакция образования смешанных кристаллов. Обнаружение
ионов бария в этом случае основано на способности сульфата бария образовывать с перманганатом калия смешанные (изоморф-
15
ные) кристаллы розового цвета вследствие близости параметров их
2
4
SО
4
MnО
2
42
ОC
кристаллических решеток:
Ba2+ +
+ K+ +
→ ↓BaSO4 · KMnO4.
Две-три капли раствора соли бария помещают в коническую
пробирку и добавляют 2–3 капли раствора перманганата калия до
образования устойчивой фиолетовой окраски. Затем приливают
8–10 капель 2 н. раствора H2SO4, несколько капель 3%-го раствора
H2O2 до обесцвечивания реакционной смеси и образовавшийся
осадок отделяют от раствора на центрифуге. Наблюдают розовый
цвет осадка.
В отличие от Ba2+ ионы стронция смешанных кристаллов не образуют и в результате реакции выделяется белый осадок сульфата
стронция.
Б. Обнаружение ионов Ca2+
Наливают в пробирку раствор соли кальция и добавляют уксусной кислоты до кислой реакции (2–3 мл). Реакцию среды проверяют при помощи метилового красного. Добавляют по каплям раствор оксалата аммония. При этом из концентрированного раствора
сразу, а из разбавленного постепенно выпадает белый кристаллический осадок оксалата кальция:
CaCl2 + (NH4)2C2O4 → ↓ CaC2O4 + 2NH4Cl;
Ca2+ +
→ ↓ CaC2O4.
Ионы магния, бария, стронция мешают обнаружению кальцийионов этой реакцией, так как они тоже образуют малорастворимые
осадки соответствующих оксалатов.
Опыт 4. Обнаружение ионов Al3+, Cr2+, Zn2+
(четвертая аналитическая группа катионов)
Р е а к т и вы и о бо р у д о в а н и е: растворы хлорида алюминия (AlCl3), гидроксида натрия (NaOH), хлорида аммония (NH4Cl),
гидроксида аммония (NH4OH), ализарина (С14Н6О2ОН), гексацианоферрата калия (K4[Fe(CN)6]), хлорида бария (ВаCl2), дитизона,
сульфида натрия (Na2S), индикаторная бумага, пипетка, горелка,
пробирки, фильтровальная бумага, штатив.
16
Т е о р е т ич е с к ое п о я с не н и е. К четвертой группе отно-
.МеO
2
4
HN
сятся катионы Al3+, Cr3+, Zn2+. Алюминий, цинк и хром обладают
постоянной степенью окисления. Хром имеет выраженную способность к комплексообразованию. Гидратированный гидроксид
хрома по своим свойствам близок к гидратированному гидроксиду
алюминия.
Групповым реагентом на катионы четвертой группы является
гидроксид натрия или гидроксид калия (в избытке). Образующиеся
гидроксиды амфотерны, т. е. способны диссоциировать в растворе
и по типу основания, и по типу кислоты:
Ме3+ + 3ОН– Ме (ОН)3 Н2О + Н+ +
Кислоты подавляют диссоциацию гидроксидов по кислотному
варианту и связывают ионы ОН– в практически недиссоциированные молекулы воды:
Al(OH)3 +3НCl → AlCl3 + 3Н2О;
Al(OH)3 +3Н+ → Al3+ + 3Н2О.
Сильные щелочи подавляют диссоциацию гидроксидов по типу
основания, так как связывают ионы Н+ в молекулы воды:
Н3CrО3 + NaOH → NaCrО2 + 2Н2О.
Х о д р а бо ты
А. Обнаружение ионов Al3+
1. Реакция образования гидроксида алюминия. При действии
избытка щелочи (рН > 10) на раствор, содержащий ион Al3+, образуется растворимый гидроксокомплекс алюминия по реакции:
Al3+ + 4OH– → [Al(OH)4]–.
Добавление к полученному раствору хлорида аммония приводит к связыванию избыточных гидроксильных ионов в малодиссоциированные молекулы NH4OH, которые с избытком хлорида аммония представляют аммонийную буферную смесь (рН = 9). При
этом значении рН реакция останавливается на стадии образования
белого осадка Al(OH)3, который устойчив в интервале рН = 5–10:
[Al(OH)4]– +
→ ↓Al(OH)3 + NH4OH.
17
К 4–5 каплям раствора соли алюминия осторожно по каплям
при перемешивании добавляют 2 М раствор NaOH (или KOH) до
полного растворения образующегося белого осадка гидроксида
алюминия. К полученному раствору по каплям прибавляют насыщенный раствор NH4Cl до рН = 9 (контроль по универсальной индикаторной бумаге) и нагревают на водяной бане. Наблюдают образование аморфного осадка гидроксида алюминия в виде белых
студенистых хлопьев.
2. Ализарин (1,2-диоксиантрахинон С14Н6О2ОН) и некоторые
его производные образуют в аммиачной среде с Al(OH)3 труднорастворимое соединение ярко-красного цвета, называемое алюминиевым лаком. Реакцию выполняют капельным методом.
На полоску фильтровальной бумаги наносят 1–2 капли раствора
хлорида алюминия, держат 1–2 мин над склянкой с концентрированным раствором аммиака. На полученное влажное пятно помещают каплю спиртового раствора ализарина и снова держат в парах аммиака, при этом ализарин окрашивается в красноватофиолетовый цвет, так как образуется ализаринат аммония. Для
разрушения маскирующей окраски осторожно сушат бумажку над
пламенем горелки, окраска становится бледно-желтой, а пятно
ализаринового лака приобретает розово-красный цвет.
Присутствие катионов Cr3+, Zn2+, Sn2+, Fe3+ мешает открытию
катиона Al3+. В этом случае определение проводят следующим образом: на полоску фильтровальной бумаги помещают каплю раствора гексацианоферрата калия (K4[Fe(CN)6]), а затем в центр пятна вносят каплю исследуемого на катион Al3+ раствора. После этого получают пятно, состоящее из окрашенной центральной части и
водянистого бесцветного кольца. Осадок содержит катионы Zn2+,
Sn2+ и частично катион Cr3+, а катион Al3+ содержится в периферической части. Это пятно выдерживают над парами аммиака, который осаждает катион Al3+ в виде гидроксида Al(OH)3. Затем пятно
перечеркивают капилляром, содержащим ализарин, снова обрабатывают парами аммиака и высушивают, держа бумажку высоко
над пламенем горелки. При наличии катиона Al3+ внешняя часть
кольца в тех местах, которые перечеркнуты ализарином, окрашивается в оранжево-красный цвет.
18
Б. Обнаружение ионов Cr
2
4
CrО
2
4
CrО
3+
Водные растворы солей хрома имеют зеленую или фиолетовую
окраску.
Реакция образования хромат-иона. Обнаружение ионов Cr3+ по
этой реакции основано на его окислении пероксидом водорода в
щелочной среде до хромат-иона, имеющего желтую окраску:
2Cr3+ + 3H2O2 + 10OH– →
+ 8H2O.
Две-три капли раствора соли хрома (III) помещают в коническую пробирку, добавляют 4–5 капель 2 М раствора NaOH, 4–
5 капель 3%-го раствора H2O2 и нагревают на водяной бане.
Наблюдают желтую окраску реакционной смеси.
Для подтверждения образования хромат-иона к полученному
раствору добавляют несколько капель 6 М раствора уксусной кислоты до рН = 5 (контроль по универсальной индикаторной бумаге), после чего добавляют 2–3 капли раствора соли бария. Наблюдают образование желтого осадка хромата бария, который отделяют от раствора на центрифуге:
+ Ba2+ → ↓BaCrO4.
В. Обнаружение ионов Zn2+
Водные растворы солей цинка бесцветны.
1. Дитизон (дифенилтиокарбазон) в щелочной среде (рН > 10)
образует с ионами Zn2+ внутрикомплексное соединение, окрашенное в малиново-красный цвет: (C6H5NH)2C6H5NNCS + Zn2+ +
+ 2OH–2CSZn(C6H5N)2NHN2О + 2H2O.
Пять капель раствора соли цинка помещают в пробирку и по
каплям добавляют 6 М раствор NaOH до растворения образующегося белого осадка гидроксида цинка (образуется гидроксокомплекс [Zn(OH)4]2–). Помещают 1 каплю полученного раствора на
полоску фильтровальной бумаги и по периферии влажного пятна
наносят раствор дитизона в четыреххлористом углероде. Наблюдают малиново-красное окрашивание.
В отсутствие ионов цинка присходит оранжевое окрашивание,
свойственное свободному дитизону в щелочной среде. Для
наглядности следует проделать «холостой опыт», для чего наносят
19
на бумагу 1 каплю 6 М раствора NaOH и раствор дитизона по периферии пятна. Наблюдают оранжевое окрашивание.
2. Реакция с сульфидом натрия (фармакопейная). При действии
на сильнощелочной раствор соли цинка (pH > 10) раствора сульфида натрия Na2S образуется белый осадок сульфида цинка:
[Zn(OH)4]2– + S2– → ↓ZnS + 4OH–.
Две-три капли раствора гидроксокомплекса цинка, полученного
при изучении реакции ионов цинка с дитизоном, помещают в чистую пробирку, добавляют 1–2 капли раствора Na2S и наблюдают
образование белого осадка.
Опыт 5. Обнаружение ионов Fe3+, Fe2+, Mg2+, Mn2+
(пятая аналитическая группа катионов)
Р е а к т и вы и о б ор уд о в ан и е: растворы сульфата железа
(III) (Fe2(SO4)3), соляной кислоты (HCl), гексацианоферрата калия
(II) (K4[Fe(CN)6]), гексацианоферрата калия (III) (K3[Fe(CN)6]),
сульфата железа (II) (FeSO4), сульфата марганца (MnSO4), диметилглиоксим, пробирки, штатив.
Т е о р е т ич е с к ое п о я с не ни е. К пятой аналитической
группе относятся катионы Fe3+, Fe2+, Mn2+, Mg2+. Эти элементы
имеют тенденцию к комплексообразованию. Гидроксиды катионов
пятой группы не обладают амфотерностью и не образуют растворимых аминокомплексов. Они осаждаются избытком гидроксида
NaOH или КOH, которые являются групповым реагентом.
Х о д р а бо ты
А. Обнаружение ионов Fe3+
Водные растворы солей железа (III) имеют желтую окраску.
1. Реакция с гексацианоферратом (II) калия (фармакопейная).
Гексацианоферрат (II) калия (ферроцианид калия – K4[Fe(CN)6])
образует с ионами Fe3+ темно-синий осадок «берлинской лазури»:
3+
4Fe
+ 3[Fe(CN)6]4– → ↓Fe4[Fe(CN)6]3.
Реакция проводится в слабокислых или нейтральных растворах
(рН = 3–7), строго специфична и позволяет дробно обнаруживать
ион Fe3+ в присутствии других катионов.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]