Основи аналітичної хімії (стр. 2 из 26)
При виявленні аніонів зазвичай користуються дробними реакціями, хоча аніони прийнято ділити на аналітичні групи (див. табл. 3).
Метою лабораторного практикуму з якісного аналізу є вивчення методів виявлення та розділення катіонів та аніонів у розчинах, а також проведення аналізу індивідуальних речовин. Студенти повинні вивчити характерні реакції на катіони й аніони, знати умови проведення цих реакцій, вплив сторонніх іонів, уміти розділяти іони за допомогою групових реагентів, навчитися виявляти катіони й аніони в складних сумішах.
У процесі виконання лабораторних робіт студенти мають отримати практичні навички проведення хімічних реакцій у розчинах напівмікро- та краплинним методом; робити вірні висновки з отриманих даних; засвоїти способи розділення та виявлення іонів у розчинах як при систематичному ході аналізу, так і при виконанні реакцій дробним шляхом.
Для виконання реакцій напівмікрометодом використовують пробірки. Краплинні реакції виконують на предметних скельцях або фільтрувальному папері. Відділення осадів від рідкої фази проводять за допомогою скляних воронок і паперових фільтрів. Випарюють розчини у порцелянових чашечках.
Таблиця 3. Класифікація аніонів за розчинністю солей барію і срібла
| Групи | Аніони | Груповий реагент і умови осадження | Характеристика одержаних сполук |
| І | SO42-, SO32-, CO32-, PO43-, SiO32-, (BO2-) | Хлорид барію BaCl2, у нейтральному або слабколужному середовищі | Солі барію, нерозчинні у воді |
| ІІ | Cl-, Br-, I-, S2-, (SCN-, CN-) | Нітрат срібла AgNO3 у розчині нітратної кислоти HNO3 | Солі срібла, нерозчинні у воді і розведеній нітратній кислоті |
| ІІІ | NO3-, NO2-, CH3COO- | Відсутній | Солі барію і срібла розчинні у воді |
Після вивчення реакцій на іони кожної групи студенти виконують контрольні задачі. Задача - це розчин невідомого складу, який містить суміш катіонів або аніонів декількох груп (або суміш усіх груп аніонів). Студенти повинні проаналізувати розчин за запропонованою або складеною самостійно схемою і результати аналізу перевірити у викладача.
Після вивчення кожної групи катіонів (аніонів) слід подати звіт у вигляді протоколу, в якому потрібно навести рівняння всіх проведених реакцій на кожен катіон (аніон) і вказати властивості отриманого продукту реакції, умови проведення реакції, зазначити, які іони заважають виявленню даного іона за цією реакцією; записати короткий хід аналізу контрольної задачі та одержані результати. Після виконання контрольних задач студенти складають колоквіум з якісного аналізу.
Тема 1. Вивчення реакцій на катіони I аналітичної групи
+ + +
До катіонів І аналітичної групи належать катіони лужних металів K , Na (Li ,
Rb , Cs ), а також іон амонію NH4 подібною до розчинності солей лужних металів.
+ + +, оскільки розчинність його солей є
І аналітична група не має групового та загальних реагентів, за допомогою яких можна було б перевести зазначені катіони в осад.
+
Характерні реакції на іони К
Гідротартрат натрію NaHC4Н4О6 утворює з іонами калію білий кристалічний осад гідротартрату калію:
KNO3 + NaHC4H4O6= KHC4H4O6↓ + NaNO3
Oсад не розчиняється в оцтовій кислоті, але розчиняється в розведених мінеральних кислотах:
KHC4H4O6↓ + HCl = H2C4H4O6 + KCl
та в лугах з утворенням середніх солей:
KHC4H4O6 ↓+ NaOH = KNaC4H4O6 + H2O ,
KHC4H4O6 ↓+ KOH = K2C4H4O6 + H2O
Осад KHC4H4O6 можна одержати також дією винної кислоти, але в цьому випадку до досліджуваного розчину треба додати декілька краплин розчину ацетату натрію CH3COONa для того, щоб у результаті реакції не утворювалась сильна мінеральна кислота:
KNO3 + H2C4H4O6 + CH3COONa = KHC4H4O6↓ + NaNO3 + CH3COOH
Розчинність солі KHC4H4O6 досить помітно зростає при нагріванні.
Виконання реакції
До 0,5-1,0 мл нейтрального або оцтового розчину, що містить досить високу концентрацію іонів калію, додати такий самий об’єм розчину NaHC4H4O6. Обережно потерти стінки пробірки скляною паличкою. Через деякий час випаде білий кристалічний осад.
Визначенню іонів калію заважають іони амонію, які утворюють осад NH4HC4H4O6.
Гексанітрокобальтат (ІІІ) натрію (Кобальтинітрит натрію)
Na3[Co(NO2)6] утворює з іонами калію жовтий осад, нерозчинний в оцтовій кислоті:
2KNO3 + Na3[Co(NO2)6] = K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaNO3
Cильні кислоти та луги розкладають реагент:
Na3[Co(NO2)6] + 5HCl → CoCl2 + NO + 3NaCl + 5HNO2 Na3[Co(NO2)6] ↓+ 3NaOH = Co(OH)3↓ + 6NaNO2
Отже, реакцію проводять у нейтральному або оцтовокислому середовищі.
Виконання реакції
На скляну пластинку помістити 1-2 краплини досліджуваного розчину і додати 2-3 краплини Na3[Co(NO2)6]. Утворюється жовтий осад K2Na[Co(NO2)6]. Заважають виявленню калію іони NH4+, Pb2+, Hg22+ та деякі інші.
Забарвлення полум’я
Леткі сполуки калію забарвлюють полум’я в блідо-фіолетовий колір.
Виконання реакції
Платинову дротину змочити розчином хлороводневої кислоти та прожарити у полум’ї до зникнення забарвлення. Чисту прожарену дротину вмістити у досліджуваний розчин (або суху сіль) і внести в полум’я. У присутності калію полум’я забарвлюється в блідо-фіолетовий колір. Виявленню іонів К+ цим способом заважають іони натрію.
Характерні реакції на іони Na+
Цинкуранілацетат Zn(UO2)3(CH3COO)8 утворює з іонами Na+ у нейтральному або оцтовокислому розчині зеленкувато-жовтий кристалічний осад, нерозчинний в оцтовій і мінеральних кислотах:
NaNO3 + Zn(UO2)3(CH3COO)8 + CH3COOH = NaZn(UO2)3(CH3COO)9↓ +
HNO3
Виконання реакції
До однієї краплини досліджуваного розчину на скляній пластинці додати 2-3 краплини розчину реагенту, обережно потерти скляною паличкою. Утворення зеленувато-жовтого осаду свідчить про наявність іонів натрію. Осад краще розглядати на темному фоні.
Присутність 20-кратної кількості К+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Mn2+, Ba2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Bi3+, Cu2+, Pb2+ та Hg2+ не заважає виявленню натрію. Заважають виявленню Na+ іони: Ag+, Hg22+, PO43-, AsO43-, AsO33-.
Якщо в досліджуваному розчині концентрація іонів К+ висока, то можуть утворитися голчасті кристали солі калію. Для того щоб солі калію розчинилися, осад обробляють водою.
Гексагідроксостибат (V) калію K[Sb(OH)6] утворює з іонами натрію білий кристалічний осад гексагідроксостибату (V) натрію Na[Sb(OH)6], помітно розчинний у воді при кімнатній температурі та гарно - при нагріванні:
NaNO3 + K[Sb(OH)6] = [Na{Sb(OH)6]↓ + KNO3
У кислому середовищі, в присутності навіть оцтової кислоти, реагент розкладається з утворенням білого аморфного осаду метастибатної (V) кислоти: K[Sb(OH)6] + HCl = HSbO3↓ + KCl + 3H2O,
У сильнолужному середовищі осад Na[Sb(OH)6] досить гарно розчиняється.
Виконання реакції
До 0,5 мл нейтрального або слабколужного досліджуваного розчину додати такий самий об’єм розчину K[Sb(OH)6] і потерти стінки пробірки скляною паличкою. У присутності іонів натрію випадає білий кристалічний осад. Виявленню Na+ заважають іони амонію. Внаслідок гідролізу у водних розчинах солей амонію містяться іони водню, які розкладають реагент з утворенням HSbO3, що може призвести до помилки:
NH4+ + H2O = NH4OH + H+
Забарвлення полум’я
Леткі сполуки натрію забарвлюють полум"я у жовтий колір . Характерні реакції на іони NH4+
Їдкі луги (КОН або NaOH) при нагріванні з розчинами солей амонію виділяють аміак:
NH4NO3 + NaOH = NH3↑ + NaNO3 + H2O
NH4+ + OH- = NH3↑ + H2O
Аміак можна виявити
а) за специфічним запахом;
б) якщо червоний колір лакмусового папірця, змоченого водою, змінюється на синій;
в) фільтрувальний папір, змочений розчином нітрату ртуті (І) Hg2(NO3)2 чорніє. Почорніння фільтрувального паперу зумовлюється виділенням вільної ртуті у вигляді дрібнодисперсного чорного осаду:
+
-
| 2 |
2Hg2(NO3)2 + NH3 + H2O = 2Hg↓ + NH 
+ 3NH4NO3 Виконання реакції
До 0,5-1,0 мл досліджуваного розчину додати 1-2 мл розчину NaOH і обережно нагріти майже до кипіння. Виділяється газоподібний аміак. Реакція є специфічною. Інші катіони не заважають виявленню NH4+.