ЛБ 1-9 Аналитика. 1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
4. Обработка результатов занятий. Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде таблицы. 5. Выводы.Указать с какого раза удалось обнаружить катионы и описать весь ход анализа, указав вероятные ошибки. Лабораторное занятие № 9. Аналитические реакции анионов Цель занятия: изучить аналитические реакции анионов Задачи: 1. Изучить анионы I, II, III группы. 2. Провести качественные реакции на анионы. 3. Сделать выводы. 1. Техника безопасности при проведении лабораторных занятий. 1.1. На занятие в химико-аналитические лаборатории допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности в лаборатории. 1.2. При занятиях в химической лаборатории необходимо надевать халат из хлопчатобумажной ткани. 1.3. При проведении химических реакций необходимо соблюдать правила безопасной занятий с кислотами, щелочами, стеклянной посудой и электронагревательными приборами. 1.4. Занятие с летучими растворителями, как аммиак, соляная кислота и другими концентрированными растворами должна вестись только в вытяжном шкафу под тягой. 1.5. Пользоваться реактивами и стеклянными пробирками аккуратно. 1.6. Под электрическую плитку положить электроизолирующую прокладку. 1.7. После проведения всех лабораторных занятий убрать свое рабочее место и привести в порядок лабораторию. 1.8. После окончания занятий необходимо отключить электроэнергию, газ и воду во всех помещениях. 2. Оборудование и реактивы. Реактивы: Na 2 SO 4 , Na 2 SO 3 , Na 2 SiO 3 , Na 2 CO 3 , Na 3 PO 4 , BaCl 2 , HCl, раствор иода, раствор крахмала, раствор KMnO 4 , NaCl, NaBr, NaI, Na 2 S, AgNO 3 , хлорная вода, NaOH, металлический Al, КNO 3 , КNO 2 Химическая посуда и приборы: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатели. 3. Теоретические положения. 26 3 Обычно анионы делят на три аналитические группы по их отношению к катионам бария и серебра. К 1-ой аналитической группе относят анионы SO 2- , SO 2- , SiO 2- , CO 2- , PO 2- и др. 4 3 3 3 4 Групповым реактивом для этой группы является хлорид бария, осаждающий эти анионы в виде нерастворимых в воде солей BaSO 4 , BaCO 3 , BaHPO 4 . Все эти соли за исключением BaSO 4 , растворимы в разбавленных кислотах. Поэтому осаждение первой группы следует проводить в нейтральной среде или слабощелочной. Ко II-ой аналитической группе относят анионы Cl - , Br - , I - , S 2- . Групповым реактивом является раствор нитрата серебра, который осаждает анионы II-ой аналитической группы в виде нерастворимых в воде и кислотах солей AgСl, AgBr, AgI, Ag 2 S. Исключение составляет соль Ag 2 S, которая растворяется в азотной кислоте при кипячении. Осаждение этой группы необходимо проводить в азотнокислой среде, так как в нейтральной среде катион серебра осаждает анионы 1-ой группы и NO 2 - К III-ей аналитической группе относят анионы NO 3 - , NO 2 - , которые из нейтральных и слабощелочных растворов не осаждаются солями бария, а из азотнокислых растворов не осаждаются и солями серебра. Группового реактива эта группа не имеет. 4. Ход занятий. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ АНИОНОВ 1 АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ Серная кислота в водном растворе является сильной кислотой. Большинство ее солей растворяется в воде. Нерастворимы сульфаты бария, стронция, свинца и малорастворим сульфат кальция. Угольная кислота является слабой кислотой. В свободном состоянии она не известна даже в сравнительно разбавленных растворах, т.к. легко разлагается на углекислый газ и воду. Соли угольной кислоты в водных растворах гидролизуются. В воде растворяются только соли щелочных металлов и аммония, а также соли щелочноземельных металлов. Ортофосфорная кислота является кислотой средней силы. Как трехосновная кислота, она образует три ряда солей: нормальные соли, например, фосфат кальция Са 3 (РО 4 ) 2 , кислые солигидрофосфаты (СаНРО 4 ) и дигидрофосфаты (Са(Н 2 РО 4 ) 2 ). Нормальные соли щелочных металлов устойчивы только в сухом виде: в водных растворах они не существуют, т.к. первая ступень гидролиза РО 4 3- + Н 2 О ↔ НРО 4 2- + ОН - протекает практически полностью. Поэтому в аналитической химии обычно имеют дело с анионом НРО 4 - . В воде также растворяются только соли щелочных металлов и аммония и однозамещенные соли щелочноземельных металлов. Реакция анионов SO 2- , SO 2- , SiO 2- , CO 2- , PO 2- 4 3 3 3 4 Действие группового реактива хлорида бария BaCl 2 . Хлорид бария осаждает из растворов солей все вышеперечисленные анионы. Выполнение: к 2-3 каплям исследуемых анионов прибавить 2-3 капли раствора хлорида бария. Написать все уравнения реакции в молекулярном и ионном виде, отметить цвет и вид осадка. Реакция аниона SO 2- 1. Выполнение: в пробирку возьмите несколько капель раствора сульфита натрия, добавьте 2-3 капли раствора соляной кислоты HCl. Накройте пробирку кусочком белой фильтровальной бумаги, в центре которой внесите каплю раствора иода и каплю крахмала, и увидите, что на бумаге образуется синее пятно. Нагрейте содержимое пробирки на водяной бане или спиртовке. Выделяющийся SO 2 будет обесцвечивать пятно. SO 2 +I 2 +H 2 O = 2HI + H 2 SO 4 2. Реакцию с перманганатом калия KMnO 4 проделывают следующим образом. К нескольким каплям подкисленного серной кислотой раствора сульфита натрия добавляют по каплям раствор KMnO 4 . Обесцвечивание розового раствора KMnO 4 укажет на присутствие в анализируемом растворе SO 3 2— аниона. 27 Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O Реакции аниона РО 3- (НРО 2- ) 4 4 Действие магнезиальной смеси (MgSO 4 +NH 4 OH+NH 4 Cl). Магнезиальная смесь с солями ортофосфорной кислоты при нагревании образует осадок двойной соли: Mg 2+ + NH 4 OH + HPO 4 2- → MgNH 4 PO 4 + H 2 O Реакцию проводят в присутствии хлорида аммония, который предотвращает выпадение аморфного осадка гидроксида магния. Выполнение: для приготовления магнезиальной смеси к 3-4 каплям раствора сульфата магния прибавить гидроксид аммония до появления запаха аммиака и раствор хлорида аммония до растворения появившейся мути. К приготовленному раствору магнезиальной смеси прибавить 3-4 капли раствора гидрофосфата натрия и нагреть до выпадения осадка натрия. Отметить цвет осадка. Написать уравнение реакции. Данная реакция является в то же время и качественной реакцией на ион магния. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ АНИОНОВ II АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ Все эти кислоты являются сильными электролитами. Анионы проявляют восстановительные свойства, увеличивающиеся в обратном порядке, т.е. от хлора к иоду. Эти свойства используются в аналитической практике. Большинство солей галогеноводородных кислот растворимо в воде. Групповым реактивом является раствор нитрата серебра, осаждающий эти анионы в виде нерастворимых солей: AgCl, AgBr, AgI. Осаждение проводится в присутствии разбавленной азотной кислоты, так как соли, образованные анионами первой группы с катионами Ag + , растворяются в разбавленной HNO 3 Реакция анионов Cl - , Br - , I - , S 2- Действие группового реактива нитрата серебра AgNO 3 . Нитрат серебра осаждает из растворов солей все вышеперечисленные анионы. Выполнение: к 2-3 каплям исследуемых анионов прибавить 2-3 капли раствора нитрата серебра. Написать все уравнения реакции в молекулярном и ионном виде, отметить цвет и вид осадка. Сравнить величины произведений растворимости этих соединений и сделать вывод, в какой последовательности будут выпадать эти осадки из раствора при совместном их присутствии. Реакции аниона Br - . В отличие от AgCl осадок AgBr нерастворим в растворе карбоната аммония. Произведение растворимости AgBr меньше произведения растворимости AgCl. Только при большой концентрации аммиака равновесие в реакции: [Ag(NH 3 ) 2 ] + ⇔ Ag + + 2NH 3 смещается влево всего настолько, что концентрация катионов серебра в растворе становится меньше концентрации их над осадком AgBr и последний растворяется. Действие хлорной воды. Хлорная вода представляет собой раствор хлора в воде. Хлор взаимодействует с водой по уравнению: Cl 2 + H 2 O ⇔ HCl + HClO. Поскольку эта реакция обратима, то в растворе имеются два сильных окислителя – свободный хлор и хлорноватистая кислота. Окислительная способность хлорной воды обусловлена и тем и другим веществом. В реакциях же окисления веществ хлорной водой обычно пишут в качестве окислителя свободный хлор. Выполнение: к 1-2 каплям нейтрального или слабокислого раствора бромида натрия прибавить 10-15 капель хлорной воды, 6-8 капель органического растворителя, который извлекают из раствора практически весь свободный бром. Хорошо перемешать содержимое пробирки. Написать уравнение реакции, отметить изменение окраски 28 4 органического растворителя. Бром и йод значительно лучше растворяется в органических веществах, чем в воде. Свойства AgI. Реакции аниона I - . Иодид серебра имеет столь малую величину произведения растворимости, что его нельзя растворить даже в очень концентрированном растворе аммиака. Хотя равновесие в реакции диссоциации [Ag(NH 3 ) 2 ] + ⇔ Ag + + 2NH 3 при этом резко смещается влево, концентрация катионов Ag + все же не становится меньше концентрации этих ионов над осадком. Различную растворимость галоидных соединений серебра в водном растворе аммиака используют в анализе для отделения анионов Cl - от Br - и I - при их совместном присутствии. Действие хлорной воды. Хлорная вода в нейтральном или кислом растворе окисляет анион I - до свободного йода, который окрашивает органический растворитель в фиолетовый цвет. При действии избытка хлорной воды происходит дальнейшее окисление свободного йода до бесцветной йодноватой кислоты, вследствие чего органический растворитель обесцвечивается: I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O → 10HCl + 2HIO 3 Эта реакция дает возможность открывать анион брома в присутствии аниона йода, так как свободный бром не окисляется избытком хлорной воды. Выполнение: к 2 каплям раствора иодида калия прибавить 10-15 капель хлорной воды, 6-8 капель органического растворителя и хорошо перемешать содержимое пробирки. Добавить избыток хлорной воды до полного обесцвечивания органического растворителя. Написать уравнение реакции. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ АНИОНОВ III АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ Эта группа анионов не имеет группового реактива, т.к. все соли азотной кислоты хорошо растворимы в воде. Реакции аниона NO 3 - Действие металлического цинка или алюминия в щелочном растворе Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают анион NO 3 - до NH 3 : NaNO 3 + 8Al + 5NaOH + 18H 2 O → 3NH 3 + 8Na[Al(OH) 4 ] Эту реакцию можно проводить только в отсутствие катиона NH 4 + . Поэтому перед проведением этой реакции катион NH + удаляют из раствора кипячением с растворами щелочей (если в растворе присутствует NH 4 + ). Выполнение: к 4-5 каплям раствора нитрата калия добавить 6-8 капель раствора гидроксида натрия 2-3 кусочка металлического алюминия. Раствор нагреть до начала выделения пузырьков водорода. Определить образующийся аммиак по запаху (осторожно) и по посинению влажной лакмусовой бумажки. Составить электронные уравнение и найти коэффициенты в окислительно- восстановительной реакции. Действие сульфата железа (II) FeSO 4 Сульфат железа (II) в присутствии концентрированной серной кислоты восстанавливает соли азотной кислоты до оксида (II): FeSO 4 +HNO 3 + H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + NO +H 2 O Выполнение: приготовить насыщенный раствор сульфата железа (II), для чего к небольшому количеству сухой соли FeSO 4 добавить 8-10 капель разбавленной серной кислоты и хорошо перемешать. К полученному раствору добавить 2-3 капли раствора нитрата калия или азотной кислоты. По стенке пробирки осторожно прилить 5-10 капель концентрированного раствора серной кислоты. При этом на дне пробирки образуется ясно заметный слой серной кислоты (осторожно, не перемешивать). На границе соприкосновения серной кислоты с раствором образуется бурое кольцо раствора комплексной соли [Fe(NO) Х ]SO 4 Действие с иодидом калия Реакции аниона NO 2 - 29 Внешний эффект реакции – выделение свободного иода, который узнают по посинению крахмальной бумажки. KI +КNO 2 + H 2 SO 4 → I 2 + NO + K 2 SO 4 +H 2 O Выполнение: К 4-5 каплям подкисленного раствора нитрита калия прибавьте столько же раствора иодида калия. Выделяется свободный иод. Крахмальная бумажка, поднесенная к отверстию пробирки, синеет. Частично иод выделяется в виде серых кристаллов на холодных стенках пробирки. 5. Обработка результатов занятий. Данные, полученные в ходе лабораторной занятий, заносятся и оформляются в виде следующей таблицы. Ион Уравнения реакций, условия Аналитический эффект Количественная оценка 1 2 3 4 1. В 1 столбике записать изучаемый ион, расположение электронов по энергетическим уровням. 2. Во 2 столбике записать уравнения реакций и условия их протекания в молекулярном и ионном виде. 3. В 3 столбике зарисовать полученный результат: Если получен осадок, указать какой цвет. Если пирохимический анализ – цвет пламени. Если микрокристаллоскопический анализ – зарисовать рисунок, увиденный под микроскопом. 4. В 4 столбике дать количественную характеристику полученной реакции. Если получен осадок, указать произведение растворимости осадка. Если пирохимический анализ – длину волны. Если получен комплексный ион – константу нестойкости. Если получен слабый электролит – константу диссоциации. 6. Контрольные вопросы. 1. В раствор с кислой реакцией (рН ≈ 7) прилили групповой реактив BaCl 2 . Можно ли сделать вывод об отсутствии в растворе анионов 1-ой группы, если осадок не выпал? 2. Какими свойствами отличаются BaSO 4 , BaCO 3 , BaHPO 4 ? Какой должна быть последовательность анализа, если известно, что в растворе присутствует один из следующих анионов: SO 4 2- , CO 3 2- , HPO 4 2- ? 3. В одном растворе одновременно присутствуют анионы Cl - и Br - , в другом Cl - и I - . Каким должен быть систематический ход анализа в каждом из случаев? Напишите уравнения реакций в ионном виде. |