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.
|
|
7 . Растворы фторида натрия и фосфата натрия можно распознать с помощью раствора 1) нитрата бария 2) нитрата серебра 3) соляной кислоты 4) гидроксида бария. 8 . Растворы каждого из веществ гидроксида натрия, серной кислоты, хлорида натрия – можно распознать с помощью 1) фенолфталеина 2) метилового оранжевого 3) лакмуса 4) универсального индикатора. 9 . Аммиак можно распознать, используя палочку, смоченную 1) соляной кислотой 2) серной кислотой 3) раствором гидроксида натрия 4) раствором хлорида бария. 10. Образование осадка, который растворяется в избытке щелочи, является признаком качественной реакции на ион 1) Ba 2+ ; 2) Al 3+ ; 3) Mg 2+ ; 4) Ca 2+ 129 11 . Верны ли следующие суждения о качественных реакциях на катионы А Ион аммиака можно обнаружить, используя раствор гидроксида натрия. Б Ион натрия можно обнаружить по желтой окраске пламени. 1) верно только А 2) верно только Б. 12 . Окраска фенолфталеина изменится, если пропустить его через раствор 1) аммиака 2) сероводорода 3) хлороводорода 4) углекислого газа. 13 . Образование осадка, который растворяется в избытке щелочи, является признаком качественной реакции на ионы 1) и Cr 6+ ; 2) и Zn 2+ ; 3) и Ba 2+ ; 4) и Mg 2+ 14 . Верны ли следующие суждения о реактивах на анионы А Нитрат серебра используют для распознавания фторидов. Б Соляную кислоту можно использовать для определения как силикатов, таки карбонатов. 1) верно только А 2) верно только Б. 15 . Микрокристаллоскопическая реакция обнаружения Са 2+ в виде СаС 2 O 4 удается уже с 0,001 млн. раствора СаСl 2 . Обнаруживаемый минимум реакции ионов Са 2+ равен: 1) 0,04 мкг 2) 0,02 мкг 3) 0,04 мг 4) 0,02 мг. 130 16. Состав анализируемого раствора, если отдельные порции его не дали осадков ни с HCl, ни с H 2 S, ни с (NH 4 ) 2 S, ни с (NH 4 ) 2 CO 3 : 1) Na + , K + , NH 4 + ; 2) Zn 2+ , Al 3+ , Cr 3+ , Sn 2+ , Sn 4+ , As 3+ , As 5+ ; 3) Mg 2+ , Mn 2+ , Bi 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ ; 4) Ag + , Р, Hg 2 2+ 17. Для обнаружения иона лития в виде малорастворимого фторида лития, если обнаруживаемый минимум реакции составляет 50 мкг ионов Li + , необходимо прибавить 0,1 М раствора фторида аммония в объеме … мл. 1) 5; 2) 10; 3) 1; 4) 7. 131 2. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕИЗВЕСТНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ЕГО ИДЕНТИФИКАЦИЯ Основная задача, которая ставится при различных испытаниях органических веществ с целью их идентификации, состоит в установлении характерных групп, входящих в их состав. Выводы, вытекающие из этих испытаний, являются достаточно надежными только в том случае, если свойства исследуемого вещества хорошо известны. Обычно органические вещества идентифицируют на основании следующих данных − предварительное исследование − качественный элементный анализ − характерные реакции на отдельные группы, входящие в состав вещества − определение физических констант − получение характерных производных с целью подтверждения выводов, вытекающих из полученных данных. Предварительное исследование. Характеристика внешнего вида Предварительное исследование часто может значительно упростить дальнейшую работу, хотя само по себе оно далеко не всегда ведет к полному решению поставленной задачи. Предварительные исследования начинают с описания внешних свойств вещества. Если вещество твердое, то какое – кристаллическое (иглы, пластинки, призмы и т. п, микрокристаллическое, аморфное. Обращают внимание, однородное это вещество или нет. Ценными могут оказаться данные о цвете и запахе исследуемого вещества. Если чистое вещество окрашено, отпадает возможность его отнесения ко многим классам органических соединений, так как большинство углеводородов, спиртов, простейших альдегидов и кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров бесцветны. С другой стороны, все ароматические азосоединения окрашены нитрозопроизводные углеводородов часто окрашены в синий или зеленый цвет, в особенности в расплавленном состоянии. Окрашенность соединений ароматического ряда может быть также связана с одновременным присутствием нитро- и аминогруппа также нитро- и оксигрупп, причем окраска веществ, содержащих все эти заместители, может измениться при их превращении в соответственные соли. Запах простых одноатомных фенолов, низших алифатических спиртовке- тонов и альдегидов, низших кислот жирного ряда ароматических мононитро- производных обычно является достаточно характерными может дать ключ к их идентификации. Кроме того, довольно часто можно составить представление о природе имеющегося сложного эфира по его запаху однако необходимо иметь ввиду, что многие сложные эфиры вовсе не обладают запахом. Идентификация веществ по характеру их запаха требует известного опыта и навыка. Например, характерным запахом обладают определенные группы соединений углеводороды терпенового ряда (камфен, карен, пипен), а также циклогексанон, пинаколин, третичный бутиловый спирт (терпеновый запах низшие спирты низшие жирные кислоты (муравьиная и уксусная кислота – резкий запаха от пропионовой и выше – неприятный запах пота низшие кетоны альдегиды галогенпроизводные углеводородов (одурманивающе сладкий запах ароматические нитросоединения (запах горького миндаля изонитрилы (неприятно сладковатый сложные эфиры алифатических спиртов (фруктовый запах меркаптаны, тиоэфиры (очень неприятный запах, сходный с запахом сероводорода. Методика. Характеризуют исследуемое вещество по внешнему виду агрегатное состояние, окраска, запах, форма кристаллов. Никогда не следует прибегать к пробе вещества на вкус, так как большая часть органических веществ, даже в очень малых количествах, являются физиологически ядовитыми. Определение растворимости вещества При предварительном исследовании вещества следует изучить его отношение к воде и установить 1) растворимость в холодной и горячей воде 2) наступает при этом химическая реакция или нет 3) реакцию раствора на лакмус. Кроме того, надо проверить растворимость вещества в диэтиловом эфире, 5%- ных растворах NaOH, NaHCO 3 , соляной и концентрированной серной кислотах. Далее, чтобы найти растворитель для перекристаллизации и разделения смесей, в качестве растворителя испытывают спирт, бензол, уксусную кислоту и петролейный эфир. Определение растворимости вещества вводе и различных неводных растворителях поможет сделать заключение о том, к какому классу органических соединений относится данное вещество. По различной растворимости вещества вводе и эфире органические соединения могут быть разделены на 4 основные группы а) растворимые вводе и эфире низшие алифатические спирты, альдегиды и кетоны, низшие и средние карбоновые кислоты, алифатические амины, многоатомные фенолы, аминофенолы б) растворимые вводе, но нерастворимые в эфире многоатомные спирты, многоосновные кислоты, карбоновые оксикислоты, алифатические аминокислоты, сульфокислоты, соли, углеводы в) нерастворимые вводе, но растворимые в эфире углеводороды, спирты (C5 и более, высшие альдегиды и кетоны, высшие и средние карбоновые кислоты, ангидриды кислот, галогенпроизводные углеводородов, простые и сложные эфиры, фенолы, высшие амины, нитросоединения г) нерастворимые нив воде, нив эфире алифатические и ароматические углеводороды, высшие амины и сульфамиды, сульфаниловая кислота. При этом нужно учесть, что ароматические кислоты (бензойная, салициловая, фталевые) и фенолы хорошо растворяются только в горячей воде. Водные растворы карбоновых кислот и фенолов будут иметь кислую реакцию, а алифатических аминов – щелочную. Хорошую подсказку в отнесении вещества к какому-либо классу органических соединений дает испытание растворимости в разбавленном растворе NaOH или NaHCO 3 : 1) карбоновые кислоты и некоторые кислые фенолы (нитрофенолы) растворимы в обоих указанных растворах. Кроме того, при действии разбавленного раствора бикарбоната натрия на карбоновые кислоты наблюдается выделение) фенолы, первичные и вторичные алифатические нитросоединения растворимы только в растворено не NaHCO 3 ). Фенолы растворяются враз- бавленном растворе едкого натра вследствие образования растворимых вводе фенолятов. При подкислении фенолы выделяются вновь 3) спирты со щелочью не реагируют, и поэтому нерастворимые вводе спирты не растворяются ив щелочи. Кроме того, полезную информацию могут дать опыты по исследованию растворимости вещества в разбавленном растворе соляной кислоты (ной) и концентрированной серной кислоте. Так, например 134 − в соляной кислоте и других минеральных кислотах растворяются с образованием солей алифатические и ароматические амины и другие соединения основного характера − в концентрированной серной кислоте растворяются слабоосновные ароматические амины, содержащие электроноакцепторные группы в ароматическом кольце. Растворение часто сопровождается разогреванием, выделением газа и т. д. вследствие протекания химической реакции, так, например, ненасыщенные соединения превращаются в водорастворимые эфиры серной кислоты кислородсодержащие соединения обычно переходят в раствор с образованием оксониевых солей спирты этерифицируются или дегидратируются; олефины могут полимеризоваться; некоторые углеводороды сульфируются иодсо- держащие соединения разлагаются с выделением иода. Методика. Определяют растворимость вещества в различных жидкостях воде, эфире, ной соляной кислоте, концентрированной серной кислоте, 5%- ном гидроксиде натрия, ном гидрокарбонате натрия. Для исследования растворимости берут 0,01–0,10 г твердого вещества или 0,2 мл жидкости и небольшой объем растворителя (3 мл, который прибавляют порциями, и каждый раз хорошо взбалтывают. Водные растворы исследуемого вещества проверяют с помощью лакмусовой бумаги. Проба на прокаливание вещества и свечение пламени Необходимо также испытать стойкость исследуемого вещества при нагревании. При этом следует отмечать все наблюдающиеся при этом изменения вещества плавление, возгонку, изменение цвета, выделение запаха или разложение. Если вещество горюче, может оказаться полезным зафиксировать внешний вид пламени. Слабосветящееся, почти голубое пламя указывает на кислородо- содержащие вещества (спирты, эфиры и т. д. Желтое, светящееся (обычно коптящее) пламя характерно для богатых углеродом ненасыщенных соединений (ароматические или ацетиленовые углеводороды. Если вещество горит без остатка, это означает, что в нем не содержится металла. При сжигании углеводов чувствуется запах жженого сахара. Методика.Небольшое количество вещества (0,1 г) помещают на фарфоровую (платиновую) пластину (или никелевый шпатель, скальпель, держа пластину тигельными щипцами, подносят к пламени газовой горелки и осторожно нагревают, причем не следует допускать непосредственного соприкосновения пламени с веществом. Контрольные вопросы 1. Какие меры техники безопасности следует соблюдать при исследовании неизвестного органического вещества и его идентификации 2. Опишите ход предварительных исследований неизвестного органического вещества. 3. Перечислите физико-химические константы, которые можно использовать для идентификации органических веществ. 4. С помощью каких химических реакций можно отличить органическое вещество от неорганического 5. Какие экспериментальные данные о веществе необходимы для того, чтобы установить его простейшую формулу, молекулярную формулу? 2.2. К АЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В органических соединениях, кроме углерода и водорода, могут содержаться кислород, азот, сера, галогены, фосфор и другие элементы. Качественный анализ позволяет установить, какие элементы входят в состав исследуемого вещества. Принцип данного метода заключается в том, что органическое соединение разлагают таким образом, чтобы исследуемые элементы перешли в состав неорганических веществ, которые затем исследуют обычными аналитическими методами. Определение углерода и водорода Обнаружение углерода и водорода основано на реакции окисления органического вещества порошком оксида меди, который при этом восстанавливается до металлической меди. В результате окисления углерод, входящий в состав анализируемого вещества, образует оксид углерода, а водород – воду С + (3n + 1)CuO = nCO 2 ↑ + (n + 1)H 2 O + (3n + 1)Cu ↓. Качественно углерод определяют по образованию белого осадка карбоната бария (или карбоната кальция) при взаимодействии оксида углерода) с баритовой (или известковой) водой СО + Са(ОН) 2 = СаСО 3 ↓ + НО. Водород обнаруживают по образованию синих кристаллов кристаллогидрата медного купороса ОНО О + О = ОНО. Методика. Около 100 мг испытуемого твердого или 10–12 капель жидкого вещества хорошо перемешивают на часовом стекле с 1–2 г порошка оксида меди) и помещают всухую пробирку, а сверху дополнительно насыпают примерно 0,5–1 г оксида меди. В верхнюю часть пробирки кладут кусочек ваты (рис. 2.1) и насыпают на него немного безводного сульфата меди. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Пробирку закрепляют в лапке штатива в горизонтальном положении, а конец газоотводной трубки опускают до дна в другую пробирку – приемник, содержащую 2–3 мл известковой (или баритовой) воды. Смесь нагревают сначала осторожно, затем сильнее в течение 3–5 минут. После завершения опыта сначала убирают конец газоотводной трубки из пробирки и прекращают нагревание. Появление капель на холодных стенках пробирки (или приобретение голубой окраски сульфатом меди) и помутнение известковой воды свидетельствует об образовании углекислого газа и воды. Следовательно, исследуемое вещество содержит углерод и водород. Определение азота, серы и галогенов (проба Лассеня) Обнаружение азота, серы и галогенов основано на реакции сплавления со щелочными металлами (проба Лассеня), например металлическим натрием. В результате сплавления образуются продукты реакции следующего состава. Если органическое вещество содержало азот N, то продукт сплавления имеет состав NaCN (цианид натрия если исходное органическое вещество содержало серу S, то продукт реакции имеет состав Na 2 S (сульфид натрия. Если анализируемое вещество содержало элементы азот N и серу S, то продукт сплавления Рис. 2.1. Прибор для определения качественного элементного состава углерод, водород) органического соединения 1 – смесь органического вещества с оксидом меди 2 – вата 3 – безводный сульфат меди 4 – приемная пробирка с известковой водой имеет состав NaSCN. Если в анализируемое вещество входили такие элементы, как хлор, бром, йод, то образуются соответствующие галогениды натрия. Если в анализируемом веществе содержался фосфор P, то продукт реакции будет Na 3 PO 4 Методика.Осторожно! Нитропарафины, органические азиды, диазо- эфиры, соли диазония и некоторые алифатические полигалогениды реагируют с натрием с взрывом Реакцию следует проводить только в закрытом вытяжном шкафу ив защитных очках Несколько кристаллов или капель исследуемого вещества помещают всухую пробирку, держа ее слегка наклонно, и кладут кусочек очищенного ивы- сушенного фильтровальной бумагой металлического натрия величиной с рисовое зернышко так, чтобы металл находился несколько выше анализируемого вещества. Затем расплавляют натрий на маленьком пламени горелки (острое пламя, стем, чтобы капли расплавленного металла попадали на вещество жидкие вещества обрабатывают натрием на холоде. Смесь осторожно нагревают в пламени горелки, равномерно прогревая пробирку, до образования однородного сплава. При сплавлении происходит разложение вещества. Сплавление часто сопровождается небольшой вспышкой натрия и почернением содержимого пробирки от образующихся частичек угля. Пробирку охлаждают до комнатной температуры и прибавляют 5–6 капель этилового спирта для устранения остатков металлического натрия. Убедившись, что остаток натрия прореагировал (прекращается шипение при добавлении капли спирта, в пробирку приливают 1–1,5 мл воды и нагревают раствор до кипения. Водно-спиртовой раствор отфильтровывают, а фильтрат разделяют натри части для обнаружения азота, серы и галогенов. Жидкость при этом должна быть бесцветной. Желтая или коричневая ее окраска указывает на неполноту разрушения исходного вещества. В этом случае плавление исследуемого вещества с металлическим натрием повторяют. Обнаружение азота Азот качественно обнаруживают по образованию берлинской лазури – Fe 4 [Fe(СN) 6 ] 3 (синее окрашивание 2NaCN + FeSO 4 = Fe(CN) 2 + Na 2 SO 4 , Fe(CN) 2 + 4NaCN = Na 4 [Fe(CN) 6 ], 3Na 4 [Fe(CN) 6 ] + 4FeCl 3 = Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 + 12NaCl. 138 Методика.К первой части фильтрата (1 мл) добавляют маленький кристаллик сульфата железа) и кипятят смесь в течение 1–2 мин. Вводят 1 каплю раствора FeCl 3 , охлаждают и оставляют на 3–5 мин, затем приливают 5–6 капель разбавленной соляной кислоты. Образование синего осадка (берлинской лазури) указывает на присутствие азота. Если азота мало, то раствор после подкисления окрашивается в зеленый цвета синий осадок образуется лишь спустя некоторое время. Обнаружение серы Серу качественно обнаруживают по образованию темно-коричневого осадка сульфида свинца, а также красно-фиолетового комплекса с раствором нитропруссида натрия Na 2 [Fe(CN) 5 NO]: Na 2 S + Na 2 [Fe(CN) 5 NO] = Na 4 [Fe(CN) 5 NOS]. Методика.К 1 мл раствора нитрата свинца приливают по каплям раствор гидроксида натрия до растворения первоначально образующегося осадка гидроксида свинца. Затем добавляют несколько капель из второй части фильтрата. Появление темно-коричневой окраски или образование черного осадка указывает на присутствие в исследуемом веществе серы. Для подтверждения присутствия серы проводят реакцию с нитропрусси- дом натрия. Для этого к 1 мл фильтрата добавляют 1–2 капли раствора нитро- пруссида натрия. При наличии сульфид-иона смесь сразу или постепенно приобретает ярко-фиолетовую окраску. Обнаружение галогенов Обнаружение галогенов – хлора, брома и йода (кроме фтора, в органических соединениях (проба Бейльштейна) основано на способности оксида меди) при высокой температуре разлагать галогенсодержащие органические соединения с образованием летучих галогенидов меди, окрашивающих пламя в ярко-зеленый цвет. Проба очень чувствительна Однозначно может доказывать только отсутствие галогена. Органические азотсодержащие вещества часто дают положительную реакцию также и при отсутствии галогена. |