Рабочая тетрадь по химии для педиатрического факультета
.pdf
Лабораторная работа № 10 «Качественные реакции на катионы и анионы»
Цель: научится использовать частные реакции катионов Li+, Na+, K+, Ca2+, Ba2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Cr3+ и анионов CrO42-, Cr2O72-, СО32‾, С2О42‾,
SO42‾, NO2‾, NO3‾ для их обнаружения в растворах.
Задачи:
1.Провести качественные реакции на катионы Li+, Na+, K+, Ca2+, Ba2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Cr3+.
2.Провести качественные реакции на анионы CrO42-, Cr2O72-, СО32‾,
С2О42‾, SO42‾, NO2‾, NO3‾.
3.Составить отчет к лабораторной работе.
Исходный уровень:
1.Строение электронных оболочек атома в свете современной квантово-механической теории.
2.Химические свойства щелочных и щелочноземельных металлов и их соединений.
3.Принципы составления уравнений реакций ионного обмена и окислительно-восстановительных реакций.
Реактивы и оборудование:
Растворы KCl, NaCl, MgCl2, BaCl2, (NH4)2CО3, (NH4)2C2O4, NaOH, HCl, H2SO4, HNO3, CH3COOH, KMnO4, FeSO4, FeCl3, Cr2(SO4)3, K2Cr2O7, H2O2, K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6], AlCl3, Pb(NO3)2, KI, BaCl2, Na2SO4, Na2CO3, Na2НРO4, NaNO3, NaNO2, кристаллический NaBiO3, кусочки Al или Zn, кристаллический NH4Cl, индикатор - метиловый оранжевый, спиртовки, пробирки, стеклянные палочки.
Опыт 1. Качественное определение ионов щелочных металлов по цвету пламени.
Катионы К+ и Na+ относятся к первой аналитической группе по кислотно–основной и аммиачно–фосфатной классификации. Их признаком является отсутствие группового реактива, поэтому для обнаружения используют только частные реакции или определяют наличие ионов по цвету пламени. Так литий окрашивает пламя в карминово-красный цвет, натрий в желтый, калий в фиолетовый, рубидий в бледно-фиолетовый, а цезий в розово-фиолетовый.
Окрашивание пламени ионами Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+.
Ход работы. Опустите стальную проволоку в раствор содержащий ионы лития и внесите её в пламя горелки. Какой цвет пламени наблюдаете?
Проделайте данные опыты с растворами, содержащими ионы натрия и калия.
Опыт 2. Реакции катионов Mg2+, Са2+, Ва2+.
Катионы Mg2+, Са2+ и Ва2+ входят в разные аналитические группы, в зависимости от используемых реактивов. Например, в сульфидной классификации это II группа катионов осаждаемых (NH4)2CО3, в аммиачно–фосфатной классификации – II А подгруппа, осаждаемая
Na2НРО4.
2.1. Общие осадительные реакции.
Карбонаты натрия, калия и аммония осаждают из растворов белые осадки карбонатов кальция, стронция и бария. Катио Н Mg2+ образует осадок (MgОН)2СО3, растворимый в солях аммония, поэтому о Н осаждается не полностью.
Выполнение реакции: К 3-4 каплям растворов солей магния, кальция и бария добавьте карбонат аммония (NH4)2CО3, пронаблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнения реакций.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________
Испытайте растворимость осадков в соляной и уксусной кислотах. Напишите уравнения происходящих реакций:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
Сделайте вывод:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2.2. Реакция катиона Mg2+.
Гидроксиды щелочных металлов (NaOH или КOH) осаждают белый студенистый осадок гидроксида магния, растворимый в солях аммония. Выполнение реакции: К 3-4 каплям соли магния добавьте 3-4 капли раствора NaOH (или КОН). Выпадает белый аморфный осадок. Напишите уравнение реакции:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Проверьте растворимость осадка в сильных кислотах (например, в Н2SO4). Напишите уравнение реакции:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2.3. Реакция катиона Са2+.
Оксалат аммония (NH4)2C2O4 в растворах с солями кальция образует белый кристаллический осадок СаC2O4, в отличие от оксалатов бария и стронция о Н не растворим в уксусной кислоте.
Выполнение реакции: К 5-6 каплям раствора хлорида кальция прибавить 5-6 капель оксалата аммония. Пронаблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Исследуйте растворимость осадка в HCl, HNO3 и CH3COOH и напишите уравнения реакций:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2.4. Реакция катиона Ва2+.
Сульфат-ионы образуют с ионами бария белый кристаллический осадок, нерастворимый в кислотах и щелочах.
Выполнение реакции: К 5-6 каплям раствора хлорида бария прибавьте 5-6 капель раствора H2SO4 или Na2SO4. Пронаблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Исследуйте растворимость осадка в HCl, HNO3 и CH3COOH:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Опыт 3. Реакции катиона Mn2+
3.1. Висмутат натрия NaBiO3 (или другие сильные окислители, например, PbO2) в присутствии концентрированной азотной кислоты окисляют катио Н Mn2+ до перманганат-иона MnО4‾.
Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора соли марганца добавьте 3-4 капли азотной кислоты и несколько крупинок висмутата натрия, встряхните. Пронаблюдайте появление малиновой окраски раствора. Составьте уравнение реакции, используя метод электронного баланса.
MnSO4 + NaBiO3 + HNO3 → HMnO4 + Bi(NO3)3 + + +
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Опыт 4. Влияние среды на свойства перманганата калия.
KMnO4 является очень сильным окислителем, продукты восстановления которого зависят от рН среды.
Ход работы. В три пробирки прилейте по 1-2 мл перманганата калия и добавьте в первую 1 мл H2SO4, во вторую – 1 мл воды, в третью 1 мл
NaOH. После в каждую пробирку прилейте по 1-2 капли KI. Пронаблюдайте происходящие изменения, и составьте уравнения протекающих реакций, используя метод электронного баланса.
Пробирка 1.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Пробирка 2.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Пробирка 3.
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
В какой среде окислительная способность перманганата наибольшая?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Опыт 5. Реакции катионов Fe2+, Fe3+.
5.1.Гидроксиды щелочных металлов осаждают гидроксид железа (II) бледно-зеленого цвета, который на воздухе быстро буреет вследствие окисления до гидроксида железа (III).
Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора сульфата железа (II) прилейте 3-4 капли щелочи. Пронаблюдайте выпадение осадка и изменение его цвета при стоянии. Напишите уравнения реакций:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5.2.Гексацианоферрат (III) калия K3[Fe (CN)6] (красная кровяная соль) даёт с ионом Fe2+ тёмно-синий осадок называемый турнбулевой синью. Состав осадка может совпадать с составом осадка берлинской
лазури KFe[Fe(CN)6]. Осадок практически нерастворим в кислотах и разлагается щелочами. Это самая чувствительная реакция на ио Н Fe2+. Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора сульфата железа (II) добавьте 1-2 капли серной кислоты и 1-2 капли раствора гексацианоферрата (III) калия. Пронаблюдайте выпадение осадка. В
избытке реактива придает осадку зеленоватый оттенок. Напишите уравнение реакции:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5.3.Гидроксиды щелочных металлов осаждают из растворов бурый осадок гидроксида железа (III).
Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора сульфата железа (III) прилейте 3-4 капли щелочи. Пронаблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5.4.Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe (CN)6] (желтая кровяная соль) даёт с ионом Fe3+ тёмно-синий осадок берлинской лазури – комплексного соединения гексацианоферрата (II) железа (III).
Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора сульфата железа (III) добавьте 1-2 капли раствора гексацианоферрата (II) калия. Пронаблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5.5.Катион Fe3+ в растворе легко обнаруживается с помощью
бесцветного раствора роданида (тиоцианата) калия KSCN или роданида
(тиоцианата) аммония NH4SCN. Бесцветные ионы SCN¯, соединяясь с ионами Fe3+, образуют окрашенное соединение– тиоцианат железа(III. Ход работы. В пробирку внесите 1 мл раствора хлорида железа (III) и разбавьте водой. К полученному раствору по каплям добавьте раствор тиоцианата аммония (или калия), пронаблюдайте изменении окраски, и запишите уравнение реакции:
__________________________________________________________________
______________________________________________________________
Опыт 6. Реакции катиона Cr3+.
6.1. Гидроксиды щелочных металлов осаждают из растворов серозеленый аморфный осадок гидроксида хрома (III).
Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора сульфата хрома (III) прилейте 1-2 капли щелочи NaOH. Пронаблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Проверьте растворимость осадка в кислотах и щелочах. Для этого разделите осадок в две пробирки: в 1-ю прилейте кислоту (HCl, или H2SO4), во 2-ю добавьте по каплям щелочь NaOH, пронаблюдайте растворение осадка (оставьте вторую пробирку для следующего опыта). Напишите уравнения, происходящих реакций.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Сделайте вывод о свойствах гидроксида хрома.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6.2. Пероксид водорода H2O2 в щелочной среде окисляет катион хрома Cr3+ в хромат-ион CrO42-. Происходит окисление трехвалентного хрома до шестивалентного.
Выполнение реакции: К раствору хромита натрия, полученному в предыдущем опыте, добавьте 3-5 капель 3% раствора пероксида водорода H2O2. Смесь слегка нагрейте (на водяной бане или на спиртовке). Пронаблюдайте переход окраски из зелёной в желтую. Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции используя метод электронного баланса.
NaCrO2 + H2O2 + NaOH → Na2CrO4 +
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Опыт 7. Реакции анионов CrO42- Cr2O72-.
Соли хрома (VI) хроматы и дихроматы являются сильными окислителями. Хроматы существуют в щелочной среде, их растворы имеют желтую окраску, а дихроматы – в кислой, растворы окрашены в оранжевый цвет.
7.1. При действии восстановителей хроматы и дихроматы восстанавливаются до соединений хрома Cr3+.
Выполнение реакции: К 4- 5 каплям раствора соли K2Cr2O7 добавить 3-4 капли раствора H2SO4 и 3-4 капли иодида калия КI. Как изменилась окраска раствора? Добавьте 1 каплю полученного раствора к раствору крахмала или на крахмальную бумагу. Как изменилась окраска, почему? Составьте уравнение окислительновосстановительной реакции.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7.2. Получение и разложение перекиси хрома.
Выполнение реакции: К 3-4 каплям раствора соли K2Cr2O7 добавить 2-3 капли раствора H2SO4 и 2-3 капли 3% H2O2, смесь встряхните. Пронаблюдайте изменение окраски: оранжевая – синяя – зеленая. Если к подкисленному дихромату добавить 2 капли эфира, то после добавления перекиси водорода эфирный слой окрашивается в синий цвет за счет экстракции перекиси хрома CrO5. Напишите уравнения реакций:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Опыт 8. Реакции катиона Al3+
8.1.Гидроксиды щелочных металлов с солями алюминия дают объемистый студенистый осадок белого цвета (гидроксид алюминия). Выполнение реакции: к 3-4 каплям раствора соли алюминия прилейте по каплям щелочь до выпадения осадка. Напишите уравнение реакции.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Проверьте растворимость осадка в кислотах и щелочах. Для этого разделите осадок в две пробирки: 1-ю прилейте кислоту (HCl или H2SO4), во 2-ю добавьте щелочь NaOH, пронаблюдайте растворение
осадка (оставьте вторую пробирку для следующего опыта).
Напишите уравнения происходящих реакций.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Сделайте вывод о свойствах гидроксида алюминия.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Опыт 9. Реакции анионов. 9.1. Реакция аниона NO2‾.
Азотистая кислота и её анионы обладает окислителновосстановительной двойственностью, так как атом азота находится в промежуточной степени окисления. При взаимодействии с иодидом калия в кислой среде нитрит-ионы выступают в качестве окислителя.
Выполнение реакции: к 4-5 каплям раствора нитрита прилейте 4-5 капель серной кислоты и 4-5 капель раствора иодида калия. Как изменился цвет раствора, почему? Составьте уравнение реакции, используя метод полуреакций:
KI + KNO2 + H2SO4 = NO + + +
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
9.2.Реакции на анион NO3‾.
Дифениламин (С6Н5)2NН окисляется нитрат-ионом до продукта имеющего темно-синюю окраску.
Выполнение реакции: На сухое предметное стекло поместите 3-4 капли раствора дифениламина (С6Н5)2N Н в концентрированной серной кислоте и добавьте 1-2 капли раствора нитрата натрия или калия. Пронаблюдайте появление интенсивной синей окраски. Также окрашивают дифенилами Н нитрит-ионы.
9.3. Реакция с алюминием или цинком
Алюминий и цинк в щелочной среде восстанавливают анион NO3‾ до
NН3.
Выполнение реакции: к 3-4 каплям раствора нитрата натрия прилейте 4-5 капель концентрированного раствора гидроксида натрия
и добавьте 1-2 кусочка алюминия (или цинка). Для ускорения реакции пробирку можно слегка нагреть. Выделяющийся газ определить по запаху или по изменению цвета красной лакмусовой бумаги. Составьте уравнение реакции.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Дата выполнения л/работы _________
Оценка и подпись преподавателя: _____________