Качественные реакции в химии. Воронкова, Новгородцева, Мирошниченко. Качественные реакции в хи. Омского государственного технического университета Омск Издательство Омгту 2019 Сведения об издании 1, 2 Омгту, 2019 isbn 9785814929617 2
 Скачать 2 Mb.
|
|
1.6. К ЛАССИФИКАЦИЯ АНИОНОВ Общепринятой классификации анионов не существует. Одна из наиболее распространенных – это разделение анионов натри аналитические группы по растворимости солей бария и серебра (табл. 1.10). Таблица 1.10 Классификация анионов Группа Анион Групповой реагент Групповая характеристика I SO 4 2– , SO 3 2– , S 2 O 3 2– , CO 3 2– , PO 4 3– , SiO 2 2– , и др. в нейтральной или слабощелочной среде Соли бария, малорастворимые вводе, но растворимые в разбавленных кислотах за исключением О) II Cl – , Br – , I – , S 2– AgNО 3 в присутствии HNО 3 Соли серебра малорастворимы вводе и HNO 3 III NO 3– , NО 2– и др. Группового реагента нет Соли бария и серебра растворимы вводе Анализ анионов имеет свои особенности. В отличие от катионов анионы обычно не мешают обнаружению друг друга. Поэтому многие из них обнаруживают дробным методом. К систематическому ходу анализа прибегают лишь в наиболее сложных случаях, например, при наличии в растворе анионов- восстановителей или окислителей. Открытие анионов основано на тех же принципах, что и открытие катионов, а именно каждый вид анионов образует с реагентом химические соединения, которые легко обнаруживаются по их внешним признакам. К обнаружению анионов целесообразно приступать лишь после того, как будут обнаружены катионы. Многие катионы окрашены, проявляют окисли- тельно-восстановительные свойства, образуют осадки с рядом анионов и поэтому мешают обнаружению анионов. Исследуемый раствор на анионы может содержать лишь катионы NH 4 + , К + и Na + . Удаление остальных катионов из раствора осуществляется кипячением с карбонатом натрия или пропусканием исследуемого раствора через катионит, содержащий ионы натрия, или другими методами. Контрольные вопросы 1. В чем сущность сухого и мокрого способов выполнения аналитических реакций 2. Какие требования предъявляются к аналитическим реакциям 3. Что такое обнаруживаемый минимум 4. Какие реакции являются специфическими, а какие селективными Приведите примеры. 5. Какими методами можно повысить селективность аналитической реакции. В чем отличие дробного анализа от систематического 7. На чем основаны сульфидная и кислотно-основная классификации катионов. Что такое групповой реактив 9. Как проводят качественный анализ конкретных объектов 10. В чем заключаются особенности качественного анализа неорганических соединений ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ АНИОНЫ Работа 8. Анионы первой аналитической группы ООО, СО 2– , РО 3– , О 2– ) 1. Общая характеристика анионов первой аналитической группы. Действие хлорида бария Все анионы первой группы образуют малорастворимые вводе соединения белого цвета сульфата бария, фосфата бария, карбоната бария, силиката бария (ВаS 2 О 3 выпадает только из концентрированных растворов. Все соли бария анионов первой группы растворимы в уксусной и минеральных кислотах за исключением сульфата бария, например ВаSО 3 + H 2 SO 4 = О + ОНО, О + 2HCl = BaCl 2 + ОНО, ВаСО 3 + 2HCl = BaCl 2 + ОНО, Ва 3 (РО 4 ) 2 + 2HCl = 2ВаНРО 4 ↓ + ВаСl 2 , О + 2HCl = BaCl 2 + ОНО, О + 4HCl = 2BaCl 2 + ОНО. Действие нитрата серебра.Все анионы первой группы образуют малорастворимые вводе соли серебра О, Аg 2 СО 3 – белого цвета, О – белый, постепенно темнеющий ОНО+ О, Ag 2 Si О 3 и Аg 3 РО 4 – осадки желтого цвета. 2. Специфические реакции анионов первой группы Реакции сульфат-аниона О Реакции с хлоридом бария.SО 4 2– - ионы реагируют с хлоридом бария, образуя белый осадок. Как труднорастворимая соль сильной кислоты сульфат бария нерастворим в кислотах. Этим BaSО 4 отличается от солей бария всех других изучаемых кислот Ва 2+ + О 2– = О. Методика Наливают в пробирку 3–4 капли исследуемого раствора, затем добавляют 0,5 н. раствора хлорида бария. Выпадает белый кристаллический осадок. Добавляют в пробирку 2 н. раствора серной кислоты, встряхивают пробирку. Осадок не растворяется, что указывает на присутствие в растворе суль- фат-аниона. Реакция с раствором ацетата свинца О 2– - ионы реагируют с ацетатом свинца, образуя белый осадок сульфата свинца, нерастворимый в кислотах, растворимый в щелочах и ацетате аммония ООО+ (О + 4CH 3 COOH. Методика Наливают в пробирку 1 мл исследуемого раствора, добавляют несколько капель 0,5 н. раствора ацетата свинца. Выпадает белый мелкокристаллический осадок. Добавляют в пробирку 30%-ного раствора ацетата аммония и нагревают раствор. Растворение осадка указывает на присутствие в растворе сульфата свинца Реакции сульфит-аниона О Реакции с раствором йода О 2– - ион обесцвечивает элементарный йод в растворе ОНО О 2– + 2I – + 2Н + Реакции проводят в нейтральном, слабощелочном или слабокислом растворе. Ионы восстановители и окислители мешают реакции. Методика К 2–3 каплям раствора йода прибавляют 2–3 капли исследуемого раствора. В присутствии иона О происходит обесцвечивание раствора йода. Реакция с серной кислотой. Кислоты разлагают сульфиты с выделением ООО ОНО. Для обнаружения SО 2 используют его способность обесцвечивать растворы йода или перманганата калия О + I 2 + 2H 2 O = О 2– + 2I – + 4Н + Методика. Исследуемый раствор помещают в пробирку с газоотводной трубкой, нагревают пробирку на водяной бане, пропускают выделяющийся газ через разбавленный раствор йода, окрашенный в синий цвет прибавлением раствора крахмала. Исчезновение синей окраски указывает на присутствие О, который восстанавливает в 2I – , и синий окрас исчезает. Реакция с раствором перманганата калия. О 2– - ионы обесцвечивают раствор перманганата калия. Реакция протекает в кислой среде, раствор КМnО 4 должен быть очень разбавленный (одна капля раствора КМnО 4 на полпробирки воды. Реакция протекает по уравнению ОН М + ОНО. Методика Наливают в пробирку несколько капель исследуемого раствора, прибавляют 2–3 капли 2 н. раствора соляной кислоты и разбавленного раствора перманганата калия. Обесцвечивание раствора указывает на присутствие иона О 2– . В присутствии ионов О и данная реакция неприменима. Реакция с нитропруссидом натрия. О 2– - ионы образуют с нитропрусси- дом натрия Na 2 [Fe(CN) 5 NO] соединение красного цвета. Химизм этой реакции пока еще не выяснен. В присутствии ионов и реакция становится более чувствительной. Методика На часовое стекло помещают 2 капли концентрированного раствора ацетата цинка, 1 каплю раствора K 4 [Fe(CN) 6 ] и 1 каплю 1%-ного раствора нитропруссида натрия. Образуется белый осадок. К осадку прибавляют 2–3 капли испытуемого раствора, в присутствии О 2– - ионов появляется красное окрашивание. Реакции мешают S 2– - ионы, которые удаляются действием сульфата никеля. Реакции тиосульфат-аниона О Реакция с разбавленными кислотами.S 2 О 3 2– - ионы реагируют с кислотами, образуя тиосерную кислоту, которая разлагается по реакции ОН. Методика Помещают в пробирку 2–3 капли исследуемого раствора, прибавляют капли 2 н. раствора соляной кислоты. Через 2–3 минуты раствор помутнеет. Реакция с раствором йода О 2– - ионы обесцвечивают раствор йода, но pH среды остается без изменения в отличие от О 2– - ионов О 2– + I 2 = О 2– + Методика Помещают в пробирку 2–3 капли раствора йода, прибавляют 2– 3 капли исследуемого раствора. В присутствии О 2– - ионов раствор обесцвечивается. Реакция с раствором нитрата серебра. Нитрат серебра, прибавленный в избытке, образует белый осадок АО, который быстро желтеет, затем буреет и становится черным вследствие превращения в сульфид серебра АОН О = Ag 2 S ↓ + H 2 S О 4 Методика. К 2–3 каплям исследуемого раствора прибавляют 5–6 капель 0,1 н. раствора нитрата серебра, образование белого осадка, постепенно чернеющего, указывает на присутствие О 2– - иона. Реакции карбонат-аниона СО Реакции с растворами кислот СО 2– - ионы реагируют с кислотами, образуя легко разлагающуюся угольную кислоту СОННО. Выделяющийся газ СО 2 реагирует с баритовой водой Ва(ОН) 2 с образованием белого малорастворимого осадка карбоната бария Методика В пробирку помещают 5–8 капель исследуемого раствора и приливают такой же объем 2 н. раствора соляной кислоты. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Погружают пробирку в кипящую водяною баню, пропускают выделяющийся газ через раствор гидроксида бария, образование белого осадка указывает на присутствие иона СО Аналогичную реакцию дают О и О 2– - ионы. Для устранения влияния данных ионов перед прибавлением соляной кислоты прибавляют 4–6 капельного раствора перекиси водорода или 0,1 н. раствора КМnО 4 , окисляющих сульфит и тиосульфат-ионы: ОНО ООО+ НМ+ ОНО. Реакция с раствором хлорида бария.С раствором ВаСl 2 ионы О образуют белый осадок карбоната бария, растворимый в минеральных кислотах (за исключением Ос образованием газа СО ВаСО 3 + 2HCl = BaCl 2 + НО + СО. Методика К 2–3 каплям исследуемого раствора добавляют 2 н. раствора хлорида бария, образование белого осадка указывает на присутствие иона О Аналогичные осадки образуют О 2– , О и S 2– - ионы. Реакции фосфат-аниона О Реакция с магнезиальной смесью.PО 4 3– - ионы образуют с магнезиальной смесью (и NH 4 OH и NH 4 Cl ) белый кристаллический осадок О НРО 4 2– + Mg 2+ + NH 4 OH = MgNH 4 PO 4 ↓ + НО. Методика К 5–6 каплям 0,5 н. раствора хлорида магния прибавляют несколько капель раствора аммиака, образовавшийся осадок растворяют, добавляя раствор хлорида аммония. Затем вносят несколько капель исследуемого раствора. Образование белого кристаллического осадка указывает на присутствие О 3– - ионов в растворе. Реакция с молибдатом аммония О 3– - ионы образуют в молибдатом аммония желтый осадок следующего состава О 3– + 3NH 4 + + 12МоО 4 2– + Н = (NH 4 ) 3 [P(Mo 12 O 40 )]↓ + НО. Чувствительность реакции повышается при прибавлении NH 4 N О 3 (влияние одноименных ионов NH 4 + , понижающих растворимость осадка. Присутствующие в растворе ионы О 2– , О и мешают реакции. Для окисления данных ионов добавляется концентрированная азотная кислота. Методика В тигель помещают 2–3 капли исследуемого раствора, добавляют капли концентрированной азотной кислоты и выпаривают досуха. К сухому остатку прибавляют 2–3 капли концентрированного раствора азотной кислоты, 2–3 капли насыщенного раствора нитрата аммония и 5–6 капель молибдата аммония. В присутствии О 3– - ионов выпадает желтый осадок. Реакции силикат-аниона О Реакция с кислотами. О 2– - ионы с кислотами образуют диметокремние- вую кислоту ОНО О 2– + 2 ОН – Добавление солей аммония усиливает гидролиз силикатов, что способствует более полному выделению из раствора кремниевых кислот ОНО ООН+ ОНО+ ООО +О + 4NH 4 + = 4NH 4 OH + О Методика В пробирку помещают 2–3 капли исследуемого раствора, подкисляют каплями 2 н. раствора соляной кислоты, прибавляют 2–3 капли хлорида аммония, полученную смесь нагревают. В присутствии О образуется белый студенистый осадок. Реакция с молибдатом аммония. О 2– - ионы с молибдатом аммония образуют осадок желтого цвета. При добавлении ацетата бензидина цвет осадка меняется на синий, что связано с появлением продуктов окисления бензидина. Методика В пробирку помещают 2–3 капли исследуемого раствора, подкисляют двумя каплями 2 н. раствора соляной кислоты, прибавляют 2–3 капли хлорида аммония, полученную смесь нагревают в тигеле, вносят 3–4 капли раствора молибдата аммония и 2–3 капли раствора ацетата бензидина. В присутствии О 2– - ионов цвет осадка изменится на синий. Работа 9. Анионы второй аналитической группы СВ. Общая характеристика анионов второй группы Действие хлорида бария. Анионы СВ, не образуют осадков с раствором хлорида бария. Действие солей серебра С солями серебра анионы СВ, образуют осадки хлорида серебра – белого цвета, бромида серебра – желтоватого цвета, сульфида серебра – черного цвета. Осадки нерастворимы в минеральных кислотах, за исключением Ag 2 S, который растворим при нагревании в разбавленной азотной кислоте. Хлорид серебра растворим в растворе карбоната аммония, содержащего вследствие гидролиза гидроксид аммония ОНО+ НО. Бромид серебра АgВr имеет меньше произведение растворимости (1,5·10 –16 ), чем хлорид серебра AgCl (1,5·10 –10 ), поэтому он растворим только в концентрированном растворе аммиака. Добавление раствора Фаургольта (О + KNO 3 + NH 4 OH), содержащего, кроме раствора аммиака, Н- ионы, понижает растворимость бромида серебра, вследствие смещения равновесия реакции влево AgBr + 2NH 4 OH ↔ [Ag(NН 3 ) 2 ] Вr + НО. 114 Иодид серебра нерастворим в растворе аммиака. Растворяется в избытке раствора KCN и О. Специфические реакции анионов второй группы Реакции хлорид-аниона Сl – Реакция с нитратом серебра Cl – - ионы образуют с нитратом серебра белый осадок хлорида серебра, нерастворимый в минеральных кислотах, но растворимый вводных растворах аммиака, карбоната аммония, цианида калия и тиосульфата натрия Ag + + С = AgCl ↓. Методика 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют каплю 2 н. раствора азотной кислоты и 2–3 капли раствора AgNО 3 В случае присутствия Cl – - ионов образуется белый осадок. Реакция с бихроматом калия С- ионы в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании образуют с бихроматом калия летучее соединение хрома – хлористый хромил С+ СОН 2СrO 2 Сl↑ + НО. Хлористый хромил при соприкосновении со щелочными растворами образует СО ионы, окрашивающие раствор в желтый цвет 2СrO 2 Сl↑ + О = СО 2– + С+ НО. Иодиды и бромиды реагируют с бихромат ионами с выделением йода и брома, которые обесцвечиваются в щелочной среде. 6I – + СОН+ С + НО, I 2 + ОН = I – + IO – + НО. Методика 3–4 капли исследуемого раствора помещают в тигель и выпаривают досуха, прибавляют несколько кристалликов К 2 Сr 2 О 7 и 3–4 капли концентрированной серной кислоты. Тигель закрывают фильтровальной бумагой, смоченной раствором гидроксида натрия, и осторожно нагревают. При наличии Cl – - ионов образуется желтое пятно. Действие окислителей Большая величина нормального окислительного потенциала СВ показывает, что свободный Cl 2 – сильный окислитель, а ионы С – слабый восстановитель. Поэтому окисление С- ионов происходит лишь при действии очень сильных окислителей (с большими окислительными потенциалами, чему С МnО 2 φ 0 = 1,24 В, РОВ В и др) МnО 2 + С + НС+ М + НО. Течение реакции в указанном направлении объясняется большой концентрацией ионов водорода, сильно повышающей окислительный потенциал пары МОМ, согласно уравнению Нернста: МОМ) = φ 0 + М. Методика К 2–3 каплям исследуемого раствора прибавляют несколько капель концентрированной азотной кислоты, немного твердой МnО 2 и нагревают. Выделение желто-зеленого газа с резким запахом указывает на присутствие- иона в растворе. Выделение можно также обнаружить в случае посинения йодокрахмальной бумаги (фильтровальная бумага, смоченная раствором иодида калия и крахмала, поднесенной к отверстию пробирки 2KI + Cl 2 = 2KCl + Реакции бромид-аниона Реакция с нитратом серебра В- ионы образуют с нитратом серебра светло-желтый осадок, нерастворимый в минеральных кислотах, но растворимый в ном растворе аммиака Ag + + В = АgВr. Методика 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, добавляют каплю 2 н. раствора азотной кислоты и 2–3 капли раствора нитрата серебра. В присутствии Br – - ионов образуется осадок светло-желтого цвета. Действие окислителей Окислители (КМnО 4 , О, О, Cl 2 ) окисляют Br – - ионы до В, который окрашивает слой органического растворителя (бензола или хлороформа) в желтый цвет ВВС При избыточном количестве хлора образуется бесцветный раствор ВВС. Методика 3–4 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют капли 2 н. раствора серной кислоты, 0,5 мл бензола и 2–3 капли хлорной воды, пробирку энергично встряхивают. В присутствии слой бензола окрашивается в желтый цвет. Определению Br – - ионов мешают I – - ионы. Реакция с флуоресцеином. Br – - ионы окисляются до свободного брома, который, реагируя с флуоресцеином, образует тетрабромфлуоресцеин (эозин, обладающий характерной кровавой окраской Методика 2–3 капли исследуемого раствора помещают в тигель, прибав- ляют несколько крупинок РbО 2 и 5 капель 2 н. раствора уксусной кислоты, осторожно нагревают и покрывают тигель фильтровальной бумагой, смоченной 0,1%- ным раствором флуоресцеина в ном растворе спирта. В присутствии Br – - ионов появляется фасное окрашивание. Обнаружению Br – - ионов мешают I – - ионы. Реакции иодид-аниона Реакции с нитратом серебра I – - ионы образуют с нитратом серебра осадок иодида серебра желтого цвета. Осадок нерастворим в минеральных кислотах и растворах аммиака Ag + + I – = Ag I↓. Методика 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют капли 25%-ного раствора аммиака и 2–3 капли 0,1 н. раствора нитрата серебра. В присутствии I – - ионов образуется осадок желтого цвета. Реакция с азотистой кислотой Х-ионы окисляются азотистой кислотой или нитритами в кислой среде с образованием элементарного йода 2I – + 2NO 2– + Н = I 2 + 2NO ↑ + НО. Методика На фильтровальную бумагу помещают 1 каплю исследуемого раствора, 1–2 капли 2 н. раствора уксусной кислоты и по 1 капле 10%-ного раствора нитрита калия иного раствора крахмала. В присутствии I – - ионов образуется синее пятно. Реакция с хлорной водой. I – - ионы окисляются хлорной водой в кислой среде до свободного йода I 2 : 2I – + Cl 2 = I 2 + 2 Сl – Йод окрашивает органический растворитель в синий цвет. Методика 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют капли 2 н. раствора серной кислоты, 0,5 мл бензола и 2–3 капли хлорной воды, встряхивают пробирку. В присутствии I – - ионов слой бензола окрашивается в фиолетовый цвет. От избытка окраска исчезает вследствие окисления до IО 3 – |