Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы химии биогенных элементов. Учебное пособие
.pdf
Специфическая реакция – это аналитическая реакция,
свойственная только данному иону. Например, реакция обнаружения иона NH
+
действием щелочи в газовой камере, синее
4
окрашивание крахмала при действии йода и некоторые другие
реакции. При наличии специфических реакций можно было
бы открыть любой ион непосредственно в пробе исследуемой
смеси, независимо от присутствия в ней других ионов. Обнаружение ионов специфическими реакциями в отдельных пробах всего исследуемого раствора в произвольно выбранной последовательности называется дробным анализом.
Отсутствие специфических реакций для большинства ионов
делает невозможным проведение качественного анализа сложных смесей дробным методом. Для таких случаев разработан
систематический анализ. Он состоит в том, что смесь ионов с
помощью особых групповых реагентов предварительно разделяют на отдельные группы. Из этих групп каждый ион выделяют в строго определенной последовательности, а потом уже открывают характерной для него аналитической реакцией.
Реактивы, позволяющие в определенных условиях разделять
ионы на аналитические группы, называются групповыми реа-
гентами. В основе использования групповых реагентов лежит
избирательность их действия. В отличие от специфических избирательные (или селективные) реакции проходят с несколькими ионами или веществами. Например, ионы Cl
ки с катионами Ag
+
, Hg
2+
, Pb2+, следовательно, данная реакция
2
–
образуют осад-
является селективной для указанных катионов, а соляная кислота HCl может использоваться в качестве группового реагента
аналитической группы, включающей эти катионы.
Применение групповых реагентов предоставляет большие
удобства при исследовании состава сложных смесей, так как
при этом задача анализа распадается на ряд более простых.
Если же какая-либо группа полностью отсутствует, ее групповой реагент не даст с анализируемым раствором ожидаемого
осадка. В таком случае нет смысла проводить реакции на отдельные ионы данной группы.
11.3. Аналитическая классификация катионов
В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими солей и гидроксидов, позволяющее отделять (или отличать) одни группы
ионов от других.
61
Существуют разные системы группового разделения ионов:
сероводородная, кислотно-основная, аммиачно-фосфатная,
тиоацетамидная и др. Наибольшее распространение получили
сульфидная и кислотно-основная классификации.
Сульфидная классификация основана на различной растворимости в воде сульфидов, хлоридов, карбонатов и гидроксидов (табл.11.2).
Таблица 11.2. Сульфидная классификация катионов
Группа
катионов
I
Na
II Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba
III Al
Mn
IV Cu
V
Ag
Катионы Групповой реагент
+
, K+, NH
3+
2+
2+
+
, Pb2+, Hg
+
ч
2+
, Cr3+, Zn2+, Fe3+, Fe3+,
, Co2+, Ni
, Bi3+, Cd2+, Hg
2+
2+
2+
2
(NH4)2CO3 в присутствии NH4OH
(NH4)2S в присутствии NH4OH и
H2S в присутствии HCl
Отсутствует
Cl
и NH
4
Cl
NH
4
HCl
Основным недостатком сероводородного метода является
необходимость работы с сероводородом из-за его токсичности
и неприятного запаха.
В нашем случае классификация катионов описывается по
кислотно-основному методу.
Кислотно-основной метод анализа катионов основан на
различной растворимости в воде хлоридов, сульфатов и гидроксидов, а также растворимости последних в избытке раствора гидроксида натрия или в водном растворе аммиака. Соляная и серная кислоты, раствор NaOH и водный раствор
аммиака являются групповыми реагентами. В этом методе
классификации катионы делят на шесть групп (табл.11.3).
Таблица 11.3. Кислотно-основная классификация катионов
Группа
катионов
12 3 4
I
II
Катионы Групповой реагент
+
Na+, K+, NH
2+
Ag+, Pb
, Hg
Отсутствует –
ч
2+
2
HCl Хлориды нерастворимы
Краткая характеристика
осадка
в воде и в разбавленных
растворах кислот
62
Окончание табл. 11.3
12 3 4
III Ca2+, Sr2+, Ba
IV Al
VFe
VI Cu
* В настоящем пособии в качестве группового реагента V аналитической
группы катионов используется раствор аммиака.
3+
, Cr3+, Zn
2+
, Fe3+, Mn2+,
2+
, Hg2+, Cd2+,
Co
Мg
2+
2+
, Ni
2+
2+
2+
H2SO
4
NaOН
(избыток)
NaOH
или
раствор
аммиака*
Водный раствор
аммиака
(избыток)
Сульфаты нерастворимы в воде и в разбавленных растворах кислот
Гидроксиды растворимы в избытке гидроксида натрия
Гидроксиды нерастворимы в избытке гидроксида натрия и аммиака
Гидроксиды нерастворимы в NaOH, но растворимы в избытке аммиака
11.4. Аналитическая классификация анионов
Анионы образуются в основном р-элементами и некоторыми d-элементами (Cr, Mn). Большинство р- и d-элементов име-
ет переменные степени окисления и способны образовывать
анионы, различающиеся по своим окислительно-восстановительным свойствам. Вследствие этого анионы можно разделить на анионы-окислители (NO
и др.), анионы-восстановители (Cl
2−
O
и др.) и нейтральные анионы, не проявляющие ни вос-
C
4
2
становительных, ни окислительных свойств (SO
CH
COO–, CO
3
2−
и др.). В анионах-окислителях кислотообра-
3
−
3
−
, MnO
–
, Br–, I–, S2–, SO
4
, CrO
2−
,[Fe(CN)6]3–
4
2−
, S2O
3
2−
, PO
4
2−
3
3−
4
зующий элемент проявляет высокую степень окисления, в анионах-восстановителях – низкую степень окисления. В концентрированной серной кислоте сульфат-анион имеет свойства
только окислителя. Некоторые анионы (SO
2−
3
, NO
−
) в зависи-
2
мости от условий проведения реакции проявляют свойства как
окислителя, так и восстановителя.
Классификация анионов основывается в большинстве случаев на различиях в растворимости солей бария и серебра соответствующих кислот (табл. 11.4).
,
,
63
Таблица 11.4. Классификация анионов
Номер
группы
Характеристика
группы
I Соли бария
труднорастворимы в воде
II Соли серебра
труднорастворимы в воде и
разбавленной
HNO
3
III Соли бария и
серебра растворимы в
воде
Анионы, образующие группу
, −
SO
(сульфат-ион)
4
, −
SO
(сульфит-ион)
б
, −
O
(тиосульфат-ион)
S
2
б
б−
(фосфат-ион)
PO
4
б−
AsO
(арсенат-ион)
4
б−
AsO
(арсенит-ион)
б
−
BO
(борат-ион) или B4O
,
(тетраборат-ион)
, −
СrO
(хромат-ион) или Cr2O
4
(дихромат-ион)
, −
С
O
(оксалат-ион)
2
, −
(карбонат-ион)
СO
Cl– (хлорид-ион)
–
Br
(бромид-ион)
–
I
(йодид-ион)
2–
S
(сульфид-ион)
–
SCN
(роданид-ион) и др.
−
NO
(нитрат-ион)
б
−
NO
(нитрит-ион)
,
CH
COO– (ацетат-ион)
3
Групповой
реагент
в ней-
ВаCl
2
тральном или
слабощелочном растворе
, −
ю
, −
ю
AgNO
в при-
3
сутствии HNO
Группового реагента нет
3
В отличие от катионов анионы в большинстве случаев не
мешают открытию друг друга. Поэтому обычно открытие
анионов ведут дробным методом, т.е. в отдельных порциях
исследуемого раствора. В соответствии с этим при анализе
анионов групповые реагенты применяют не для разделения
групп, а лишь для их обнаружения. Понятно, что если установлено отсутствие данной группы, то нет смысла проводить
реакции на отдельные входящие в нее анионы. Таким образом, проведение групповых реакций значительно облегчает
анализ анионов.
64
11.5. Экспериментальная работа.
Групповые реакции катионов и анионов
Цель работы: выполнить реакции катионов II–VI и анионов
I – II аналитических групп с групповыми реагентами и охарактеризовать свойства образующихся в этих реакциях осадков.
Задание: результаты опытов внести в сводные таблицы аналитических реакций катионов и анионов (табл. 11.5, 11.6); отметить окраску, характерную для водного раствора, содержащего обнаруженный ион.
Таблица 11.5. Аналитические реакции катионов
Группа
катио-
нов
I
II
III Ba
Катионы
+
K
, Na+, NH
+
, Pb2+, Hg
Ag
+
, Sr2+, Ca2+, H2SO
IV Al3+, Cr3+, Zn
+
м
2+
2
2+
Групповой
реагент
Отсутствует
HCl
4
NaOH (избы-
Осадок с
групповым
реагентом
(формула,
цвет)
Реагенты
для
открытия
данного
иона
Внешний
эффект
реакции
ток)
VFe
VI Cu
Мg
2+
2+
Co2+, Ni
, Fe3+, Mn2+,
, Hg2+, Cd2+,
2+
Водный раствор аммиака
Водный раствор аммиака
2+
(избыток)
Ход работы
Групповые реакции катионов
Вторая аналитическая группа катионов. К раствору
солей катионов II группы добавляют равный объем 2М раствора соляной кислоты. Записывают уравнения реакций образования белых осадков AgCl, Hg
темнеет на свету в результате фотолиза и восстановления
+
Ag
до Ag. Осадок AgCl легко растворяется в растворе аммиака. Осадок Hg
вследствие образования ртути. Осадок PbCl
при действии на него NH3 чернеет
2Cl2
горячей воде.
, PbCl2. Осадок AgCl
2Cl2
растворяется в
2
Формулы осадков и их цвет записывают в табл.11.5.
65
Таблица 11.6. Аналитические реакции анионов
д
Группа
анио-
нов
I
II Сl
III
Анионы
с−
SO
CO
–
NO
с−
, SO
к
с−
д−
, PO
д
к
, Br–, I–, S2–AgNO3 в присут-
−
−
, NO
3
2
Групповой
реагент
BaCl2 в нейтраль-
,
ной или слабощелочной среде
ствии HNO
Нет
Осадок с
групповым
реагентом
(формула,
окраска,
цвет)
3
Реаген-
ты для
откры-
тия
данного
иона
Внешний
эффект
реакции
Делают вывод о том, можно ли отличить друг от друга катионы II аналитической группы по внешнему виду осадков, образующихся при действии группового реагента.
Третья аналитическая группа катионов. Групповой реагент (разбавленная серная кислота) образует белые кристаллические осадки сульфатов CaSO
, BaSO4, SrSO4. Осадки сульфа-
4
тов не растворяются в кислотах и щелочах. В табл. 11.5
записывают формулы осадков и их цвет.
Четвертая аналитическая группа катионов. Групповым реагентом на катионы четвертой аналитической группы является раствор NaOH, в избытке которого гидроксиды катионов, обладающие амфотерными свойствами,
растворяются с образованием гидроксокомплексов
[Al(OH)
]3–, [Cr(OH)6]3–, [Zn(OH)4]2–. Формулы образую-
6
щихся гидроксокомплексов и их цвет растворов записывают в табл. 11.5.
Пятая аналитическая группа катионов. В качестве группового реагента можно использовать либо раствор гидроксида
натрия, либо раствор аммиака. В обоих случаях образуются гидроксиды: Fe(OH)
, Fe(OH)3, Mn(OH)2 и Mg(ОН)2. Эти осадки
2
не растворяются в избытке раствора гидроксида натрия и в
растворе аммиака. Формулы образующихся гидроксидов и их
цвет записывают в табл. 11.5.
Шестая аналитическая группа катионов. Групповой
реагент – избыток водного раствора аммиака. Образующиеся вначале гидроксиды растворяются в избытке аммиака с
66
образованием окрашенных аммиачных комплексов (катионы гексаамминкадмия (II) и тетраамминртути (II) – бесцветные). Формулы образующихся аммиачных комплексов и
их цвет записывают в табл. 11.5.
Групповые реакции анионов
Первая аналитическая группа анионов. К растворам на-
триевых солей серной, сернистой, угольной и фосфорной кислот добавляют равный объем раствора группового реагента
.
ВаС1
2
Исследуют растворимость образовавшихся осадков в соляной кислоте, обращая внимание на полноту растворения осадков, выделение газов, их запах.
В табл. 11.6 записывают формулу каждого осадка, указывают его цвет и способность растворяться в соляной
кислоте.
Делают вывод о том, можно ли отличить друг от друга анионы I аналитической группы по внешнему виду осадков, образующихся при действии группового реагента, и по отношению этих осадков к соляной кислоте.
Вторая аналитическая группа анионов. К растворам хлорида, бромида и йодида калия или натрия и сульфида аммония
добавляют такие же объемы разбавленной азотной кислоты и
группового реагента AgNО
.
3
В табл.11. 6 записывают формулы образовавшихся осадков
и указывают их цвет.
Делают вывод о том, какие анионы II аналитической группы можно отличить друг от друга по внешнему виду осадков,
образующихся при действии реагента.
Основные вопросы темы
1. Химический анализ и его значение для практической ме-
дицины и медико-биологических исследований.
2. Аналитические реакции. Чувствительность и специфич-
ность аналитических реакций.
3. Дробный и систематический методы качественного ана-
лиза.
4. Аналитическая классификация катионов и анионов. Груп-
повые реагенты.
67
Глава 12. ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИОНОВ
s-ЭЛЕМЕНТОВ
12.1. Ионы s-элементов IA группы
Катионы натрия и калия относятся к I аналитической группе, которая характеризуется отсутствием группового реагента,
т.е. реагента, способного осаждать все катионы этой группы из
их растворов.
Следует иметь в виду, что приведенные ниже реагенты, используемые для исследования растворов на содержание в них
ионов калия и натрия, дают аналогичный эффект с катионом
аммония. Поэтому использование данных реагентов возможно
после предварительного испытания раствора на содержание в
нем катиона аммония.
+.
Реакция обнаружения катиона калия К
бальтат (III) натрия Na
[Co(NO2)6] образует с ионами калия
3
Гексанитроко-
желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III)
калия-натрия:
2КС1 + Na3[Co(NO2)6] = K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaCl;
+
+ Na+ + [Co(NO2)6]3– = K2Na[Co(NO2)6]↓.
2K
+
Обнаружение иона К
с помощью гексанитрокобальтата
(III) натрия проводят в нейтральном и слабокислом растворах,
так как в щелочной среде и в присутствии сильных кислот реагент разлагается.
+
Реакция обнаружения катиона натрия Na
соантимонат (V) калия K[Sb(OH)
] образует с ионом натрия
6
. Гексагидрок-
белый кристаллический осадок гексагидроксоантимоната (V)
натрия:
NaCl + K[Sb(OH)
+
+ [Sb(OH)6]– = Na[Sb(OH)6]↓.
Na
] = Na[Sb(OH)6]↓ + KC1;
6
Для ускорения выпадения осадка внутренние стенки про-
бирки потирают стеклянной палочкой.
+
Обнаружение иона Na
с помощью гексагидроксоантимоната (V) калия проводят в нейтральном или слабощелочном
растворе, так как кислоты разлагают реагент, а щелочи растворяют осадок Na[Sb(OH)
] с образованием хорошо растворимой
6
средней соли.
68
12.2. Ионы s-элементов IIА группы
Катионы кальция, бария и стронция относятся к III аналитической группе. Групповым реагентом для них является разбавленная серная кислота. Осадки сульфатов этих катионов не
растворяются в кислотах и щелочах.
Катион магния Mg
групповым реагентом для этого иона является раствор аммиака.
Реакции обнаружения катиона бария Ва
2+
относится к пятой группе катионов,
2+
. Действие
группового реагента. Cерная кислота образует с ионами бария
осадок белого цвета, который не растворяется в разбавленных
минеральных кислотах и щелочах:
+ H2SO4 = ВаSО4↓ + 2HC1;
ВаС1
2
Ва
2+
+ SO
2−
= ВаSО4↓.
4
В концентрированной серной кислоте этот осадок частично
растворяется вследствие образования Ba(HSO
Реакция обнаружения. Дихромат калия К
раствором соли бария желтый осадок ВаСrO
в уксусной кислоте, в отличие от хромата стронция (хромат
.
4)2
образует с
2Сr2O7
, нерастворимый
4
кальция хорошо растворяется в воде):
2+
+ Сr2О
2Ва
Реакцию проводят при избытке СН
ет с образующимися ионами Н
2−
+ Н2О = 2ВаСrО4↓ + 2Н+.
7
СОONа, который реагиру-
+
, смещая равновесие вправо вслед-
3
ствие образования малодиссоциированной уксусной кислоты:
СОO– + Н+ = СН3СООН.
СН
3
2+
Реакции обнаружения катиона кальция Са
. Действие
группового реагента. Серная кислота в разбавленных растворах образует при взаимодействии с ионами кальция белые
игольчатые кристаллы:
+ H2SO4 = СаSО4↓ + 2HC1;
СаС1
2
2+
Са
Реакция обнаружения. Оксалат аммония (NH
ет с раствором соли кальция белый кристаллический осадок,
+ SO
2−
= СаSО4↓.
4
4)2C2O4
образу-
растворимый в соляной, но нерастворимый в уксусной кислоте:
+ (NH4)2C2O4 = СаС2О4↓ + 2NH4C1;
СаС1
2
2+
+ C2O
Са
2−
= СаC2О4↓.
4
69
Аналогичный осадок дают ионы Ва
ной реакцией можно обнаружить Са
ионов бария и стронция.
Реакции обнаружения катиона стронция Sr
2+
и Sr2+. Поэтому дан-
2+
только при отсутствии
2+
. Действие
группового реагента. Серная кислота образует с ионами стронция осадок белого цвета, который не растворяется в кислотах и
щелочах:
SrCl
+ H2SO4 = SrSO4↓ + 2HC1.
2
Реакция обнаружения. Насыщенный раствор гипса CaSO
× 2H
O (гипсовая вода) образует с ионами Sr2+ белый осадок
2
сульфата стронция:
+SO
2−
= SrSO4↓.
4
Sr
2+
×
4
Однако при действии гипсовой воды ион стронция дает не
обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. Появление
осадка ускоряют нагреванием.
Реакция служит для обнаружения Sr
ствии Ва
появляющееся сразу, так как растворимость BaSO
растворимости SrSO
= 2,8∙10
2+
, который с гипсовой водой вызывает помутнение,
0
(К
(BaSO4) = l,1∙10
s
–7
).
4
Гипсовая вода не образует осадков с растворами солей кальция ни на холоде, ни при нагревании. Этим ион Са
ся от ионов Ва
2+
и Sr2+.
Реакции обнаружения катиона магния Mg
2+
только при отсут-
меньше
4
0
–10
, К
(SrSO4) =
s
2+
отличает-
2+
. Действие
группового реагента. Гидроксид аммония образует с растворами солей магния белый аморфный осадок гидроксид магния
Mg(OH)
:
2
MgCl
+ 2NH4OH ⇄ Mg(OH)2↓ + 2NH4C1;
2
2+
Mg
+ 2NH4OH ⇄ Mg(OH)2↓ + 2NH
+
.
4
Осадок растворяется в кислотах (1) и растворах аммонийных солей (2):
Mg(OH)
Mg(OH)
Mg(OH)
Реакция обнаружения. Карбонат аммония (NH
твором соли магния образует белый аморфный осадок основной
соли (MgOH)
2CO3
+ 2H+ = Mg2+ + 2H2O;
2
+ 2NH4Cl = MgCl2 + 2NH4OH;
2
+ 2NH
2
+
= Mg2+ + 2NH4OH.
4
4)2CO3
, растворимый в избытке NH4Cl и кислотах.
(1)
(2)
c рас-
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]