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. Действие гидроксида калия или натрия Щелочи со всеми катионами четвертой группы образуют аморфные осадки гидроксидов, которые в избытке щелочи легко растворяются с образованием соответствующих солей хроматов, алюминатов, цинкатов, станнитов и станнатов, например Al 2 (SO 4 ) 3 + КН = АН + КВ избытке едкой щелочи А+ КОНКА+ НО, Cr(OH) 3 + N аОН = NaCrO 2 + НО, Sn(OH) 2 + КОН = K 2 SnO 2 + НО. Гидроксид хрома имеет серо-зеленую окраску, а гидроксиды алюминия, цинка и олова белого цвета. Алюминаты, цинкаты, хроматы, станниты, станнаты под действием кислот разрушаются с образованием осадков соответствующего гидроксида, растворяющегося в избытке кислоты К + 2HCl = Zn(OH) 2 + 2KCl, Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O. С раствором аммиака катионы алюминия, хрома, цинка и олова образуют осадки соответствующих гидроксидов. При этом только гидроксид цинка легко растворяется в избытке гидроксида аммония с образованием комплексного основания аммиаката цинка Zn(OH) 2 + 4NH 4 OH = НОН+ НО. Хромиты обладают очень слабыми кислотными свойствами, поэтому легко подвергаются гидролизу с образованием гидроксида хрома даже в слабощелочной среде при нагревании HCrO 2 + НО ↔ Сr(OН) 3 ↓ + КОН. Кислотные свойства выражены несколько сильнее, чему Cr(ОН) 3 Поэтому алюминаты устойчивее хромитов и при нагревании полностью гидролизуются только в присутствии аммонийных солей KAlO 2 + NH 4 Cl + НО ↔ Al(OH) 3 ↓ + NH 4 OH + KCl. Цинкаты, ив особенности станниты, станнаты, арсениты и арсенаты, более устойчивы, чем хромиты и алюминаты ив щелочных растворах не гидролизуются цинкаты, станниты и станнаты гидролизуются, образуя осадки гидроксидов только в нейтральных растворах, а арсенаты и арсениты осадка не дают, даже при нейтрализации раствора. Отличительной особенностью гидроксида хрома является способность его соосаждаться вместе с гидроксидами других металлов и полная нерастворимость его в избытке едких щелочей в присутствии катионов кобальта, никеля, цинка и некоторых других. Например а) гидроксид хрома Сr(OН) 3 и гидроксид цинка Zn(OН) 2 очень легко растворяются в разбавленной едкой щелочи, но если катионы хрома и цинка присутствуют совместно, то полученный при действии на них едкой щелочи осадок нерастворим даже в большом избытке осадителя; б) катионы хрома и цинка не образуют осадков при действии на них ацетата натрия. Однако если катионы Си присутствуют в растворе совместно, то при взаимодействии их с ацетатом натрия из раствора выпадает осадок, нерастворимый в едких щелочах. Подобное явление наблюдается при сочетаниях Cr 3+ – и Cr 3+ – Сов) осадки гидроксидов и основных ацетатов железа и алюминия (ОН, Fe ОH(СH 3 C ОО) 2 и т. п) настолько хорошо соосаждают гидроксид хрома, что последний в их присутствии трудно переходит в раствор при действии избытка разбавленной едкой щелочи. Данное явление объясняется тем, что во всех указанных случаях хром осаждается не в форме гидроксида, а в виде соответствующих его солей (напр, хромита кобальта Со(СrO 2 ) 2 , цинката хрома Cr 2 (Zn О 2 ) 3 и т. д, которые в избытке щелочей растворяются довольно трудно. Например С + 3ZnCl 2 + 12KOH = Cr 2 (ZnO 2 ) 3 + 12КСl + НОС+ КОН = Сo(СrO 2 ) 2 + 8KCl + НО, ОН + С = АС+ НО, CH 3 COONa + НО = CH 3 COOH + NaOH (гидролиз, 3ZnCl 2 + 2СrСl 3 + 12СН 3 СOONа + НО = Cr 2 (ZnO 2 ) 3 + 12NaCl + 12CH 3 COOH. Указанные характерные особенности некоторых амфотерных гидроксидов используются в химическом анализе. 2. Действие карбонатов Растворимые карбонаты Na 2 CO 3 , К, (N Н 4 ) 2 CO 3 осаждают катионы Al 3+ , Си в виде соответствующих гидроксидов, a катионы цинка – в виде солей переменного состава и осадка не образуют С + К + НО = 2Cr(OH) 3 ↓ + К + 3CO 2 , 2AlCl 3 + 3К 2 СO 3 + НО = 2Al(OH) 3 ↓ + К + 3CO 2 , 2ZnCl 2 + 2 К 2 СO 3 + Н = (ZnOH) 2 CO 3 ↓ + К + CO 2 , 3ZnCl 2 + 3 К 2 СO 3 + Н = Zn 3 (OHCO 3 ) 2 ↓ + К + CO 2 , SnCl 2 + К + НО = Sn(OH) 2 ↓ + 2KCl + СO 2 Указанные осадки растворимы в избытке едкой щелочи, а основные соли цинка еще ив растворе аммиака (особенно легко в присутствии хлорида аммония. 3. Действие гидрофосфатов щелочных металлов и аммония Гидрофосфаты щелочных металлов и аммония (Nа 2 НРО 4 , К 2 НРО 4 , (NH 4 ) 2 НРО 4 ) осаждают катионы А, Си в виде соответствующих фосфатов, а катионы олова – в виде гидроксида олова мышьяк при этом осадка не образует AlCl 3 + 2К 2 НРО 4 = AlPO 4 ↓ + 3KCl + КН 2 РО 4 , 3SnCl 2 + 4 К 2 НРО 4 = Sn 3 (PO 4 ) 2 ↓ + 6HCl + 2КН 2 РО 4 , Sn 3 (PO 4 ) 2 + НО = 3Sn(OH) 2 ↓ + 2Н 3 РO 4 (гидролиз). Образующиеся осадки легко растворяются в минеральных кислотах и едких щелочах, а фосфаты алюминия и хрома переходят в раствори под действием уксусной кислоты. 4. Действие сероводорода (или сероводородной воды) Сероводород, или сероводородная вода, осаждает из аммиачных растворов катионы алюминия и хрома, а также частично цинка в виде гидроксидов из уксуснокислых растворов сероводород осаждает только катионы цинка, а из солянокислых олово и мышьяк в виде сульфидов. Из аммиачных растворов ОН+ НОС, и далее идущий до конца гидролиз Cr 2 S 3 + НОС+ Н. Суммарная реакция СО С + Аналогичный процесс протекает и с катионами алюминия. Из уксуснокислых растворов (нейтральный раствори наличие уксуснокислого натрия ZnCl 2 + H 2 S = ZnS + 2HCl, HCl + СН 3 СOONa = NaCl + CH 3 COOH. Суммарно ZnCl 2 + H 2 S + 2CH 3 COONa = ZnS↓ + 2NaCl + 2CH 3 COOH. Осадок сульфида цинка белого цвета легко растворяется в минеральных кислотах ZnS + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н. Из солянокислых растворов (при нагревании Na 3 AsO 4 + 8HCl = AsCl 5 + НО + 3NaCl, Na 3 AsO 3 + 6HCl = AsCl 3 + НО + 3NaCl, и далее 2AsCl 5 + 5H 2 S = As 2 S 3 ↓ + 10HCl + 2S↓, 2AsCl 3 + 3H 2 S = As 2 S 3 ↓ + 6HCl. Аналогично взаимодействуют с сероводородом и катионы олова, стой разницей, что четырехвалентное олово при этом не восстанавливается до двухвалентного, а осаждается в виде Например К + 6HCl = С + 2KCl + НС+ Н = SnCl 2 ↓ + 4HCl. Осадок сернистого мышьяка Аs 2 S 3 имеет желтую окраску, SnS 2 – буровато- желтую. Аналитические реакции катиона алюминия Реакции сводным раствором аммиака А- ион с раствором аммиака образует малорастворимый гидроксид алюминия белого цвета, растворимый в избытке едких щелочей, так как обладает амфотерными свойствами Al 3+ + Н АН, АН+ ОН АОН AlO 2 – + НО или АН + ОН АОН AlO 3 3– + НО. Методика. 2–3 капли соли алюминия помещают в пробирку, прибавляют 2– 5 капель водного раствора аммиака, нагревают на водяной бане. В результате реакции образуется белый осадок Al(OH) 3 , который полностью растворяется в избытке едкой щелочи с образованием алюмината, неразлагающегося при кипячении. Однако при кипячении полученного щелочного раствора с насыщенным раствором хлорида аммония вновь выпадает белый аморфный осадок гидроксида алюминия Na 3 AlO 3 + 3NH 4 Cl → Al(OH) 3 ↓ + Н + 3NaCl. Реакция с ализарином или его производными Ализарин и некоторые его производные образуют в аммиачной среде с катионом Аl 3+ труднораство- римое соединение ярко-красного цвета, называемое алюминиевым лаком. Так, Ас ализарином S (с натриевой солью 1,2-диоксиантрахинон- 3- сульфокислоты) образует внутрикомплексную соль красного цвета, нерастворимую в уксусной кислоте Al(OH)[С 14 Н 5 O 2 (ОН) 2 SO 3 ] 2 Ионы Bi 3+ , Fe 3+ , Смешают этой реакции, так как тоже образуют окрашенные осадки. Методика. 1–3 кали раствора соли алюминия помещают в пробирку, приливают н. водный раствор аммиака, 1–2 капли 0,2%-ного раствора ализарина, затем по каплям добавляют раствор уксусной кислоты до исчезновения фиолетовой окраски. При наличии Al 3+ - ионов выпадает осадок красного цвета. Эту же реакцию можно проводить капельным методом на фильтровальной бумаге. Реакция с ализарином пригодна для открытия ионов в присутствии многих катионов других аналитических групп. 1–2 капли раствора соли алюминия помещают на фильтровальную бумагу, смачивают двумя каплями раствора едкой щелочи, прибавляют 2 капли раствора гексациано(II)феррата калия и затем уксусную кислоту. При наличии ионов появляется красное окрашивание, окаймляющее пятно, полученное от нерастворимых гексациано(II)ферратов катионов. Реакция с алюминоном.В результате взаимодействия алюминона (аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты) с катионом образуется внутрикомплексная соль красного цвета. Методика. 4–5 капель исследуемого раствора помещают в пробирку, добавляют капли 2 н. раствора уксусной кислоты СН 3 СООН и 4–5 капельного раствора алюминона. Пробирку со смесью нагревают на водяной бане, добавляют раствор аммиака до щелочной реакции (рН ≈ 8,5–9,5), а затем 52 3– 4 капли 2 н. раствора карбоната аммония (Если в исследуемом растворе присутствует катион алюминия, выпадает осадок красного цвета. Однако нужно помнить, что присутствие катионов и мешает проведению этой реакции. Реакция с ацетатом натрия CH 3 COONa. Катионы алюминия при действии ацетата натрия и нагревании образуют белый осадок основной соли алюминия (дигидроксоацетат): Al 3+ + 3СН 3 СОО – + НО ↔ Al(OH) 2 СН 3 СОО↓ + 2СН 3 СООН. Методика. 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют капли 2 н. раствора ацетата натрия и нагревают на водяной бане. В присутствии катионов алюминия образуется белый амфотерный осадок, растворимый в избытке едкой щелочи. Реакции мешают и Cr 3+ - ионы, также образующие осадки основной соли. Реакция на катион алюминия сухим путем (образование «тенаровой сини Очень разбавленный раствор нитрата кобальта дает с катионом алюминат кобальта Co(AlO 2 ) 2 , имеющий синий цвет, называемый « тенаровой синью 2Al 2 (SO 4 ) 3 + Со = 2Co(AlO 2 ) 2 + 6SO 3 + 4NO 2 ↑ + O 2 ↑. Методика. Полоску фильтровальной бумаги смачивают исследуемым раствором и разбавленной азотной кислотой, сушат в потоке теплого воздуха над спиртовкой, смачивают разбавленным раствором 0,05 н. нитрата кобальта, а затем сжигают. При наличии в пробе катиона алюминия пепел, который получается при сжигании, имеет темно-синюю окраску. Проведению этой реакции мешают катионы Zn 2+ , С, Си Ni 2+ , которые своей окраской маскируют цвет «тенаровой сини. Аналитические реакции катионов хрома Хром образует два ряда устойчивых солей соли оксида хрома и соли хромовой и двухромовой кислот. Растворы солей, содержащие катион С, имеют зеленую или фиолетовую окраску растворы, имеющие хромат-ион С 2– – желтую, а бихромат-ион С 2– – оранжевую. Реакции сводным раствором аммиака и едкими щелочами Водный раствор аммиака образует с катионом Сr 3+ осадок гидроксида хрома Сr(ОН) 3 серо-зеленого (или серо-фиолетового) цвета СrСl 3 + 3N Н 4 O Н = СОН + НС. Едкие щелочи дают также осадок гидроксида хрома СОН СrСl 3 + 2N аОН = СОН + С. При избытке едкой щелочи гидроксид хрома растворяется с образованием хромита NаCrО 2 , имеющего ярко-зеленую окраску СОН + N аОН = NаCrО 2 + Н. Хромит NаCrО 2 гидролизуется водой при нагревании с образованием гидроксида хрома N аCrО 2 + Н = СОН + NаОН. Методика. В первую пробирку наливают 3–4 капли раствора хлорида хрома СrСl 3 , а во вторую – 3–4 капли раствора хлорида алюминия АС, в каждую добавляют 10–12 капель 2 н. раствора едкого натра NaOH и нагревают. Необходимо помнить, что впервой пробирке образовавшийся вначале осадок гидроксида хрома при дальнейшем добавлении щелочи растворяется, а при нагревании снова выпадает в виде серо-зеленой массы. Во второй пробирке выпавший осадок гидроксида алюминия растворяется в избытке щелочи, но при нагревании осадка не образуется. Реакция соосаждения Щелочи NaOH и KOH при действии на катион в присутствии катиона Сr 3+ образуют осадок цинката хрома, нерастворимого в избытке осадителя. Методика. 3–4 капли раствора СrСl 3 помещают в пробирку, прибавляют 3– 4 капли раствора ZnCl 2 , перемешивают стеклянной палочкой и добавляют 10– 12 капель едкого натра. Окисление Сr 3+ - ионов в С ионы. Реакции окисления катиона Св Смогут протекать в щелочной и кислой средах. Окисление в щелочной среде С- ионы в щелочной среде окисляются при помощи пероксида водорода, пероксида натрия, бромной воды и других окислителей. Последовательный ход процесса С + Н = СОН + 3NaCl, ОН + NaOH = NaCrO 2 + 2H 2 O, 2N аCrО 2 + 3H 2 O 2 + 2NaOH = 2Na 2 CrO 4 + 4H 2 O. Методика. 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют капель 6 н. раствора едкого натра, 2–3 капли 3%-ного раствора пероксида водорода и нагревают на водяной бане. При наличии С- ионов раствор окрашивается в желтый цвет. Наличие С 2– - ионов проверяют следующими реакциями 1) 2– 3 капли раствора, полученного после окисления С- ионов, помещают в пробирку, прибавляют 5–6 капель раствора пероксида водорода, 0,5 мл смеси амилового спирта с амиловым эфиром и несколько капель серной кислоты дополучения кислой реакции. При наличии С 2– - ионов верхний слой раствора окрашивается в интенсивно-синий цвет, вследствие образования легкорастворимой надхромовой кислоты НО 2) капли раствора, полученного после окисления С- ионов, помещают на фильтровальную бумагу и добавляют 1 каплю раствора бензидина в уксусной кислоте. При наличии С 2– - ионов образуется синее пятно вследствие окисления бензидина хроматом. Окисление в кислой среде. С- ионы в кислой среде окисляются при помощи перманганата калия, персульфата аммония и других окислителей. 1. Окисление катиона Св кислой среде перманганатом калия протекает до аниона СО+ КМ + НС+ М + 3K 2 SO 4 + При этой реакции малиновая окраска анионов МnO 4 – может исчезнуть, и появится бурый осадок гидрата диоксида марганца или марганцо- ватистой кислоты Выпадение осадка объясняется взаимодействием избытка перманганата калия КМnO 4 с образующейся солью – сульфатом марганца. Реакция лучше идет при нагревании КМ + МН Методика. 4–5 капель исследуемого раствора наливают в пробирку, прибавляют капли раствора серной кислоты и 10 капель 0,1 н. раствора перманганата калия. Полученную смесь несколько минут нагревают на водяной бане. При наличии ионов Сr 3+ образуется оранжевый раствор С 2– - ионов. 2. Окисление катиона Св дихромат-ион С персульфатом аммония в кислой среде протекает по реакции ОН (С + 2(NH 4 ) 2 SO 4 + Методика. 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют капель серной кислоты и персульфата аммония (лучше твердого) и 1–2 капли раствора нитрата серебра (катализатор. Полученную смесь нагревают на водяной бане. В случае присутствия ионов Сr 3+ образуется оранжевый раствор С 2– - ионов. Ионов в исследуемом растворе не должно быть. Открытие Сr 3+ - ионов в присутствии катионов других аналитических групп Методика. 1 каплю исследуемого раствора помещают на часовое стекло, прибавляют 2–3 капли 3%-ного раствора пероксида водорода и 2–3 капли 6 н. раствора едкого натра. Полученную смесь слегка нагревают, затем при помощи капиллярной трубочки переносят раствор вместе с осадком на фильтровальную бумагу так, чтобы осадок задержался на бумаге вместе прикосновения к ней капилляром. CrO 4 2– - ионы диффундируют к периферии пятна, вокруг осадка образуется кольцо, содержащее CrO 4 2– - ионы. Кольцо смачивают уксуснокислым бензидином. При наличии С 2– - ионов образуется синее пятно. Аналитические реакции катионов цинка Реакция с гексациано(II)ферратом калия K 4 [Fe(CN) 6 ]. Ионы образуют с гексациано(II)ферратом калия белый осадок двойной соли 3Zn 2+ + К + 2[Fe(CN) 6 ] 4– → K 2 Zn 3 [Fe(CN) 6 ] 2 ↓ + 6К + Реакцию проводят в кислой среде (pH ≈ 7). Проведению реакции мешают ионы Fe 3+ , С, Сои др. Методика. 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют каплю раствора гексациано(II)феррата калия. При наличии ионов выпадает белый осадок. Реакция с дифенилтиокарбазоном (дитизон).Раствор дитизона в хлороформе ССl 4 (или в четыреххлористом углероде ССl 4 ) дает с катионом внутрикомплексную соль красного цвета. Эта соль окрашивает в щелочной среде не только хлороформный слой, но и верхний – водный, что позволяет открывать данной реакцией катион в присутствии других катионов. Методика. 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют мл ацетатного буферного раствора (составленного из равных объемов н. растворов уксусной кислоты и ацетата натрия, добавляют 4–5 капель 1 н. раствора тиосульфата натрия для связывания в комплексные соединения Ag + , Bi 3+ , Pb 2+ , С- ионов и 1–2 мл 10%-ного раствора дитизона (приготовленного на хлороформе. В присутствии Zn 2+ - ионов слой органического растворителя изменяет цвет на красный. Реакция с гексациано(III)ферратом калия K 3 [Fe(CN) 6 ].Zn 2+ - ионы с гек- сациано(III)ферратом калия образуют осадок двойной соли желтого цвета Zn 2+ + К + [Fe(CN) 6 ] 3– → KZn[Fe(CN) 6 ]↓ + 2К + Реакцию следует проводить в кислой среде (pH ≈ 7). Протеканию реакции мешают Fe 3+ , Fe 2+ , С, С- ионы. Методика. 2–3 капли исследуемого раствора помещают в пробирку, прибавляют каплю серной кислоты и 2–3 капли раствора K 3 [Fe(CN) 6 ] . В случае присутствия ионов образуется осадок желтого цвета. |