Yakisny_analiz_2011

Основи якісного хімічного аналізу. Ідентифікація неорганічних речовин: Інструкції до виконання лабораторних робіт / Укл. Й.Й. Ятчишин,

І.П. Полюжин, П.Й. Шаповал, М.М. Ларук, Д.І. Семенишин, Ф.І. Цюпко, О.Я. Борова, Г.О. Маршалок - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2012. - 22 с.

Укладачі: Ятчишин Й.Й., д-р.хім.наук, проф. Полюжин І.П., канд. техн. наук, доц. Шаповал П.Й., канд. хім. наук, доц. Ларук М.М., канд. техн. наук, доц. Семенишин Д.І., д-р.хім.наук, проф. Цюпко Ф.І., канд. хім. наук, доц. Борова О.Я., канд. хім. наук, доц. Маршалок Г.О., д-р.техн.наук, проф.

Відповідальний за випуск: Семенишин Д.І., д-р.хім.наук, професор

Рецензенти: Старчевський В.Л., д-р.техн.наук, професор Знак З.О., д-р.техн.наук, професор

2

ВСТУП

Вінструкціях до виконання лабораторних робіт описано методики виконання реакцій, які застосовуються при визначенні якісного складу речовин.

Вякісному аналізі використовуються тільки ті реакції, які

супроводжуються зовнішніми ефектами: а) зміною забарвлення розчину; б) утворенням або розчиненням малорозчинних сполук (осадів); в) виділенням газу; г) утворенням кристалів характерної форми.

Зовнішній ефект перебігу хiмічної реакції, за яким можна зробити висновок про наявність або відсутність певного елемента (іона) або сполуки в досліджуваному зразку, називають аналітичним сигналом.

Аналітичні реакції та реагенти бувають специфічні, селективні, групові. Специфічна реакція дає аналітичний сигнал тільки з одним іоном і

дозволяє виявити його в умовах досліду в суміші з іншими іонами. Специфічних реакцій є мало.

Селективні або вибіркові реакції дають однаковий або подібний ефект з декількома іонами. Селективність реакції є тим більшою, чим з меншою кількістю іонів реагент дає подібний сигнал.

Групові реакції дають аналогічний аналітичний сигнал (утворення малорозчинних або комплексних сполук) з великою групою іонів. Реактив, який для цього використовують, називають груповим реагентом. Переведення певної частини іонів в осад дозволяє розділити складну суміш на дві простіші (осад і розчин). Наявність чи відсутність аналітичного сигналу групової реакції дає можливість встановити присутність (або відсутність) цілої групи іонів в об'єкті аналізу.

Використовуючи специфічні реакції, можна провести якісний аналіз дробним методом, коли виявлення певних іонів проводять в окремих порціях досліджуваного розчину без їх відокремлення. Послідовність проведення специфічних реакцій при цьому не має значення.

У випадку складної суміші іонів та відсутності достатньої кількості специфічних реакцій для їх виявлення використовують систематичний аналіз: досліджувану суміш іонів розділяють на окремі групи за допомогою групових реагентів, а потім, в межах кожної з цих груп, у строгій послідовності виявляють окремі іони специфічними або селективними реакціями.

Аналітичні реакції можуть виконуватися "сухим" і "мокрим" способами. "Сухий" спосіб полягає у проведенні реакцій між речовинами у твердому стані (забарвлення полум’я, спікання, одержання перлів тощо). Частiше застосовують "мокрий" спосіб, в якому реакції між речовинами проводять у

3

розчинах. Реакції "мокрим" способом виконують у пробірках, на предметному склі (мікрокристалоскопічні реакції), на крапельних пластинках чи на папері (крапельні реакції).

Виконання реакцій в пробірці. В пробірку поміщають 2-3 краплі досліджуваного розчину і створюють необхідне значення рН середовища. Якщо реакція вимагає нагрівання, то пробірку ставлять у водяну баню. Після цього краплями додають реагент, перемішують розчин і спостерігають аналітичний сигнал.

Мікрокристалоскопічні реакції. На чисте предметне скло поміщають краплю досліджуваного розчину. Поруч наносять краплю реагенту і сполучають їх скляною паличкою. Місце з'єднання крапель на склі розглядають за допомогою мікроскопа, спостерігаючи за формою кристалів.

ПРАВИЛА ВИКОНАННЯ АНАЛІТИЧНИХ РЕАКЦІЙ

Приступаючи до виконання лабораторної роботи з якісного аналізу, студент повинен:

−ознайомитися з набором реактивів для виконання якісних реакцій;

−помити водопровідною і сполоснути дистильованою водою пробірки, скляну паличку, піпетку та предметне скло зі штативу для індивідуальної роботи;

−не занурювати крапельні піпетки у пробірку, де проводиться реакція, щоб не забруднити вихідного реагента;

−здійснювати крапання, утримуючи піпетку над пробіркою на відстані 5-

10 мм;

−при випадковому торканні стінки пробірки піпетку промити ззовні дистильованою водою;

−ретельно і уважно виконувати всі операції та точно дотримуватися умов проведення реакцій;

−дотримуватися чистоти і порядку при виконанні реакцій.

ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ

Класичний систематичний метод якісного аналізу катіонів заснований на сульфідній класифікації, в якій катіони поділяються на п’ять груп на підставі відмінностей в розчинності їх хлоридів, сульфідів, карбонатів і гідроксидів. Анiони за Алєксеєвим В.М. поділені на три групи залежно від розчинності їх солей з катіонами барію і арґентуму ([1], стор. 12-16).

4

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА:

“РЕАКЦІЇ КАТІОНІВ І - V АНАЛІТИЧНИХ ГРУП”

Мета роботи: вивчення якісних реакцій катіонів І – V аналітичних груп, ознайомлення з умовами виконання реакцій, характеристиками і властивостями одержаних сполук.

Оформлення лабораторної роботи виконують за формою, поданою у таблиці 1 (ст. 14).

Реакції катіонів І аналітичної групи: Na+, NH4+, K+, Mg2+

1. Виявлення Na+. На предметне скло поміщають 1 краплю розчину солі Na+, поруч - краплю розчину реактиву цинкуранілацетату і кінцем скляної палички з'єднують їх. Через 2-3 хвилини під мікроскопом спостерігають утворення характерних кристалів, які мають вигляд тетраедрів чи октаедрів, що вказує на присутність Na+ (рис.1).

Na++Zn2++3UO22++9CH3COO-+9H2O NaZn[(UO2)3(CH3COO)9] 9H2O. (1)

Рис.1. Кристали

NaZn[(UO2)3 (CH3COO)9] 9H2O.

2. Виявлення NH4+. а) змочують кінчик смужки універсального індикаторного паперу краплею дистильованої води. У пробірку вносять 3-5 крапель розчину солі NH4+, додають 3-5 крапель 2М розчину NaOH і нагрівають суміш у водяній бані, тримаючи смужку індикаторного паперу над отвором пробірки. Забарвлення універсального індикаторного паперу у синій колір є ознакою утворення лужного середовища, що свідчить про присутність іона NH4+:

Увага: необхідно слiдкувати, щоб індикаторний папiр не торкався стiнок пробiрки, бо на них можуть бути краплі NaOH, які, даючи лужну реакцію, змінять колір індикатора.

5

б) До 1-2 крапель розчину солі NH4+ додають 1-2 краплі реактиву Неслера (K2[HgI4] в KOH). Утворення червоно-бурого осаду вказує на присутність NH4+:

Увага: солі Fe3+ дають аналогічний за зовнішнім виглядом осад з калій гідроксидом, який присутній в реактиві Неслера:

Fe3+ + 3OH → Fe(OH)3↓.

3. Виявлення K+. До 1 краплі нейтрального або слабкокислого розчину солі К+ додають 1-2 краплі розчину натрій гексанітритокобальтату - Na3[Co(NO2)6]. Випадання жовтого осаду K2Na[Co(NO2)6], який не розкладається при нагріванні, вказує на присутність К+:

Увага: якщо в розчині присутні іони NH4+, то може утворитися осад (NH4)2Na[Co(NO2)6], який за зовнішнім виглядом подібний до K2Na[Co(NO2)6]. При нагріванні осад (NH4)2Na[Co(NO2)6] розчиняється на відміну від K2Na[Co(NO2)6], що дозволяє ідентифікувати NH4+.

4. Виявлення Mg2+. а) До 2 крапель розчину солі Mg2+ додають 1-2 краплі 2М розчину НСl, 1-2 краплі розчину Na2HPO4 і краплями розчин NH4ОН до лужної реакції (за універсальним індикаторним папером або за запахом аміаку). Випадання білого кристалічного осаду MgNH4PO4 вказує на присутність Mg2+:

б) До 1-2 крапель розчину солі Mg2+ додають 2 краплі лужного розчину магнезону I. Залежно від кількості Mg2+ з'являється синє забарвлення або випадає синій осад внаслідок адсорбції магнезону І на поверхні частинок

Mg(OH)2.

Mg(OH)2+(OH)2C6H3N=NC6H4NO2 → Mg(OH)2 ∙(HO)2C6H3N=NC6H4NO2. (7)

Реакції катіонів II аналітичної групи: Ca2+, Ba2+, Sr2+

5. Дія групового реагенту. Груповим реагентом для катіонів другої аналітичної групи є (NH4)2CO3 в присутності амонійної буферної суміші. Реакцію проводять при рН 9, тому що в кислотах карбонати кальцію і барію розчинні.

В одну пробірку вносять 2 краплі розчину солі Ca2+, в другу - 2 краплі розчину солі Ba2+. До кожної з них додають по 1 краплі NH4Cl та NH4OH.

6

Поміщають їх в гарячу водяну баню і додають по 2 краплі розчину (NH4)2CO3. Утворення білого осаду свідчить про наявність катіонів другої аналітичної групи:

6. Дія розчину (NH4)2SO4. В одну пробірку вносять 2 краплі розчину солі Ca2+, в другу - 2 краплі розчину солі Ba2+. У кожну пробірку додають по 2 краплі насиченого розчину (NH4)2SO4.

У пробірці з іонами Ca2+ осад не випадає, бо при надлишку (NH4)2SO4

осад СaSO4 розчиняється внаслідок утворення комплексного аніону - [Сa(SO4)2]2-:

Реакція з (NH4)2SO4 використовується для розділення іонів Ca2+ i Ba2+.

7. Виявлення Ва2+. До 2-3 крапель нейтрального або слабколужного (рН=7-10) розчину солі Ba2+ додають 2 краплі розчину K2CrO4. Випадання світло-жовтого осаду, нерозчинного в надлишку CH3COOH, але розчинного в HCl або HNO3, є ознакою присутності іонів Ba2+:

Присутність іонів Ca2+ і Sr2+ не заважає виявленню іона Ba2+ цією реакцією. Реакція з CrO42- або Cr2O72- використовується для відділення іонів Ba2+ у присутності іонів Ca2+.

8. Виявлення Са2+. До 3-4 крапель розчину солі Са2+ додають 2-3 краплі розчину (NH4)2C2O4. Випадання білого осаду СаС2О4, нерозчинного в CH3COOH, вказує на присутність іонів Са2+:

Іони Ba2+ також утворюють білі осади з (NH4)2C2O4, тому ця реакція використовується для виявлення іонів Са2+ після відділення іонів Вa2+ за допомогою калій хромату.

7

Реакції катіонів III аналітичної групи: Al3+, Fe3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+

9. Дія групового реагенту. Груповим реагентом на катіони третьої аналітичної групи є (NH4)2S при рН9 в присутності амонійної буферної суміші. В цих умовах іони Al3+ переходять в осад у вигляді гідроксиду, інші

У 5 пробірок вносять по 2 краплі розчину солей відповідно Al3+, Fe3+, Fe2+, Mn2+ та Zn2+. У кожну пробірку додають по 2 краплі розчинів NH4Cl та NH4OH і

по 2-3 краплі розчину групового реагенту (NH4)2S. Вміст пробірок добре перемішують і звертають увагу на колір утворених осадів (див. табл. 1).

10. Виявлення Al3+. а) До 2 крапель солі Al3+ додають 1 краплю розчину NaOH. Випадає прозорий драглистий осад амфотерного Al(OH)3:

При подальшому додаванні до осаду 1-2 крапель лугу осад амфотерного Al(OH)3 розчиняється з утворенням іонів гідроксокомплексу [Al(OH)4] :

Якщо до цього розчину, який містить іони [Al(OH)4]–, додати 1 лопатку твердого NH4Сl і нагріти, то відбувається руйнування гідроксокомплексу і випадання драглистого осаду Al(OH)3:

б) До 2-3 крапель розчину солі Al3+ додають 1 краплю 2М CH3COOH, 1-2 краплі 0,01 % розчину алюмінону і нагрівають у водяній бані. Потім додають краплями NH4OH до появи запаху аміаку і 2-3 краплі розчину (NH4)2CO3. Червоні пластівці “алюмінієвого лаку” підтверджують наявність іонів Al3+. Алюмінон - C22H11O9(NH4)3 утворює з Al(OH)3 сполуку червоного кольору:

8

11. Виявлення Fe3+. а) До 1 краплі розчину солі Fe3+ додають 2 краплі 2М HCl і 1-2 краплі розчину калій гексаціаноферату(II) K4[Fe(CN)6], який утворює з іонами Fe3+ темно-синій осад ферум гексаціаноферату(II) Fe4[Fe(CN)6] ("берлінська блакить"):

б) До 2 крапель розчину солі Fe3+ додають 1 краплю 2М HCl та 1-2 краплі розчину NH4SCN, який утворює з іонами Fe3+ ферум(III) тіоціанат кривавочервоного кольору:

12. Виявлення Fe2+. До 1 краплі розчину солі Мора (NH4)2Fe(SO4)2 додати 2 краплі 2М HCl і 2 краплі розчину калій гексаціаноферату(ІІІ) K3[Fe(CN)6], який утворює з іонами Fe2+ синій осад "турнбулевої сині":

13. Виявлення Mn2+. У пробірці готують окиснювальну суміш, для чого вносять 1 скляну лопатку NaBiO3, додають 5-6 крапель 6М HNO3 і 10 крапель води. Кінець скляної палички змочують розчином солі Mn2+, занурюють її в окиснювальну суміш, перемішують і дають відстоятися нерозчиненому надлишку NaBiO3. Поява рожевого або малиново-фіолетового забарвлення іону MnO4 свідчить про присутність іонів Mn2+:

Якщо до розчину, який містить іони [Zn(OH)4]2–, додати 1 лопатку твердого NH4Сl і нагріти, то, на відміну від алюмінію, осад не випадає внаслідок утворення розчинних комплексних катіонів [Zn(NH3)4]2+:

Ця реакція дає можливість виявити іони Al3+ у присутності іонів Zn2+.

9

б) У пробірці змішують 1 краплю розчину солі Zn2+ з 2-3 краплями 2М розчину СН3СООН. Краплю отриманого розчину поміщають на предметне скло і додають краплю амоній тетратіоціаномеркуріату (NH4)2[Hg(SCN)4]. Під мікроскопом спостерігають кристали у вигляді характерних хрестів, дендритів або нерівносторонніх трикутників чи клинів (рис. 2).

а) б)

Рис. 2. Кристали Zn[Hg(SCN)4] отримані в: а) - звичайних умовах; б) - присутності мінеральних кислот або з дуже розбавлених розчинів.

Реакції катіонів IV аналітичної групи: Cu2+

15. Дія групового реагенту. Груповим реагентом на четверту аналітичну групу є H2S при рН ~ 0,5. Оскільки гідроген сульфід є дуже отруйним газом, реакцію за його участю проводять у витяжній шафі, отримуючи його у момент виділення у досліджуваному розчині при взаємодії HCl з Na2S.

До 1-2 крапель розчину солі купруму додають 2-3 краплі 2М HCl і одну краплю Na2S. При цьому випадає осад чорного кольору:

16. Виявлення Cu2+. а) До 1-2 крапель розчину солі Cu2+ додають 2-3 краплі 2М розчину NH4OH та 3-4 краплі дистильованої води. Водний розчин аміаку NH4OH, доданий в невеликій кількості, осаджує Cu2+ у вигляді основної солі блідо-голубого кольору, яка легко розчиняється в надлишку реагенту. При цьому утворюється амонійний комплекс купруму інтенсивного синього забарвлення:

б) До 1-2 крапель нейтрального або слабкокислого розчину солі Cu2+ додають 3-4 краплі концентрованого розчину СН3СООН і 1-2 краплі розчину

10