методичка. Качественный анализ. Практикум санктпетербург 2019
 Скачать 2.02 Mb.
|
В лаборатории: держатели для пробирок, воронки, фильт- ры, пробирки, штативы для пробирок, стеклянные палочки для перемешивания, индикаторная бумага. В вытяжном шкафу: песчаная баня, колба с дистиллиро- ванной водой, кислота соляная, кислота серная – 2 н. растворы, гидроксид калия, гидроксид натрия – 6 н. растворы, гидроксид аммония – концентрированный раствор, нитрат серебра, нит- рат ртути (I), нитрат ртути (II) – 5 % растворы. 51 ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ Опыт 1. Групповые реакции II аналитической группы В одну пробирку отобрать несколько капель соли серебра, во вторую – свинца (II), в третью – ртути (I). К каждой про- бирке добавить 1-2 капли соляной кислоты. Наблюдать обра- зование осадков хлоридов металлов. Опыт 2. Групповые реакции III аналитической группы В пробирку отобрать несколько капель соли кальция и прилить 1-2 капли серной кислоты. Без добавления ацетона осадок сульфата кальция не образуется. Добавить ацетон, хо- рошо перемешать – начнется выпадение осадка CaSO 4 . В дру- гую пробирку отобрать несколько капель соли бария, прилить 1-2 капли серной кислоты. Наблюдать образование кристалли- ческого осадка сульфата бария. Опыт 3. Групповые реакции IV аналитической группы В три пробирки отобрать соль алюминия, соль цинка и соль хрома соответственно. В каждую пробирку осторожно прибавлять 5% раствор аммиака до образования осадка гидро- ксида металла. Полученные осадки растворить при добавлении нескольких капель 6 н. раствора щелочи. Опыт 4. Групповые реакции V аналитической группы В три пробирки налить по 2-3 капли соли железа (III) мар- ганца (II) и магния соответственно. К каждой пробирке доба- вить несколько капель гидроксида аммония. Наблюдать обра- зование осадков гидроксидов металлов. 52 Примечание: гидроксид магния осаждают в сильноще- лочной среде при рН > 11,5, что требует добавления раствора NaOH. Опыт 5. Разделение элементов IV и V аналитических групп В пробирку налить по 2-3 капли солей железа и хрома. Добавить избыток крепкого раствора щелочи и отфильтровать. Наблюдать разделение железа (III) – в осадке – и хрома (III) – в фильтрате, в окрашенном в зеленый цвет растворе. Опыт 6. Групповые реакции VI аналитической группы В несколько пробирок налить по нескольку капель солей ртути (II), меди (II), кадмия, кобальта и никеля. К каждой про- бирке добавить 1-2 капли гидроксида аммония до образования осадков основных солей. Осадки растворить в избытке кон- центрированного раствора гидроксида аммония. Обратить внимание на цвет образующихся растворов аммиачных ком- плексов. Опыт 7. Разделение элементов V и VI аналитических групп В пробирку налить по несколько капель растворов соли железа (III) и меди (II). По каплям добавить концентрирован- ный раствор гидроксида аммония. Полученный осадок от- фильтровать. Наблюдать разделение железа (III) – в осадке и меди (II) – в фильтрате в окрашенном в синий цвет растворе. 53 4.2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 КАЧЕСТВЕННЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучить качественные аналитические реакции катионов. Оборудование и реактивы В штативе: хлорид натрия, хлорид калия, хлорид аммо- ния, дигидроантимонат натрия, нитрат свинца (II), йодид ка- лия, хромат калия, хлорид бария, сульфат натрия, хлорид кальция, ацетат натрия, сульфат магния, гидроортофосфат на- трия, гидроксид аммония, сульфат марганца (II), хлорид желе- за (III), роданид (тиоцианат) аммония, сульфат меди (II), суль- фат кобальта (II), сульфат никеля (II), сульфат кадмия (II), гид- роксид натрия, гидроксид калия – 5% растворы. В лаборатории: держатели для пробирок, воронки, фильт- ры, индикаторная бумага, пробирки, стеклянные палочки. В вытяжном шкафу: соляная кислота, азотная кислота, серная кислота, уксусная кислота – 2 н. растворы, гидроксид калия, гидроксид натрия – 6 н. растворы, гидроксид аммония – концентрированный раствор, сульфид натрия – 5 % раствор, бромная вода, гексанитрокобальтат натрия, реактив Несслера, нитрат серебра, нитрат ртути (I), нитрат ртути (II) – 1 % рас- творы, нитрат натрия, нитрат калия, хлорид цинка, хлорид алюминия, хлорид хрома (III) – 5 % растворы; ацетон; гекса- цианоферрат (II) калия, гексацианоферрат (III) калия, тетраро- даномеркурат (II) аммония – 5 % растворы, алюминон – 1% 54 раствор, висмутат натрия крист., хлорид аммония крист., ди- метилглиоксим – 1 % спиртовой раствор, перекись водорода. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ ПЕРВАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ 1. Катион Na в водных растворах бесцветен. Определяется по обменной реакции с дигидроантимона- том калия KH 2 SbO 4 , образующим с водным раствором соли натрия в нейтральной среде (pH 6) белый кристаллический осадок дигидроантимоната натрия: 4 2 4 2 SbO NaH SbO H Na Примечание: при рН < 6 выпадает белый аморфный оса- док сурьмяной кислоты H 3 SbO 4 ! Ход анализа. В пробирку внести 2-3 капли раствора соли натрия и прибавить равный объем реактива. Для улучшения выпадения осадка можно потереть внутренние стенки пробир- ки стеклянной палочкой, охладить реакционную смесь. 2. Катион K в водных растворах бесцветен. Определяется по реакции с гексанитрокобальтатом (III) натрия Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ], образующим с водным раствором соли калия в уксуснокислой среде (рН 4) желтый осадок двойной комплексной соли гексанитрокобальтата (III) натрия-калия: 6 2 2 3 6 2 ) Co(NO Na K Na ] ) Co(NO [ 2K 55 Ход анализа. В пробирку добавить 2-3 капли соли калия, 2-3 капли уксусной кислоты и избыток раствора реагента, энергично перемешать. 3. Катион 4 NH в водных растворах бесцветен. Реактив Несслера, который является щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия K 2 [HgI 4 ], образует с раствора- ми аммонийных солей бурый осадок иодида основания Мил- лона, имеющего химическую формулу [Hg 2 N]I∙H 2 O. Это со- единение можно рассматривать как продукт замещения иодом гидроксильной группы в гидратированном основании Милло- на [Hg 2 N]OH∙H 2 O. Основание Миллона содержит катион [Hg 2 N] + , который можно рассматривать как ион 4 NH , в кото- ром четыре атома водорода замещены двумя атомами ртути. Аналитическая реакция протекает по следующему уравне- нию: O. H 3 K 8 7I O H I N Hg 4KOH HgI 2K NH 2 2 2 (aq) (aq) 4 2 4 Ход анализа. К 2-3 каплям раствора соли аммония доба- вить избыток реактива Несслера (2 K 2 [HgI 4 ] (aq) +4 KOH). При малых количествах иона аммония («следы») осадок приобретает желтое окрашивание. 56 ВТОРАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ 4. Катион Ag + в водных растворах бесцветен. Определяется по обменной реакции с хлоридом натрия (или соляной кислотой) с образованием белого осадка хлорида серебра: AgCl Cl Ag При наличии в растворе остальных катионов этой же ана- литической группы ( 2 Pb , 2 2 Hg ) последние реагируют анало- гичным образом с образованием белых осадков хлоридов свинца и ртути. Поэтому для идентификации серебра, его хло- рид растворяют в гидроксиде аммония с образованием хлорида диамминсеребра по реакции: O H 2 Cl ] ) NH ( Ag [ OH NH 2 AgCl 2 2 3 4 Определение серебра проводят из его аммиачного раство- ра разложением соответствующего аммиаката азотной кисло- той по реакции: 4 2 3 NH 2 AgCl H 2 Cl ] ) NH ( Ag [ Ход анализа. К 5-6 каплям нитрата серебра прибавить равный объем хлорида калия, тщательно перемешать и от- фильтровать через бумажный фильтр. Осадок на фильтре про- мыть раствором гидроксида аммония (2 н.). К полученному раствору добавить азотную кислоту 1:3 до образования белого осадка хлорида серебра. 57 5. Катион Pb 2+ в водных растворах бесцветен. А. Определяется по обменной реакции с иодидом калия с образованием желтого осадка иодида свинца: 2 2 PbI I 2 Pb Ход анализа. К нескольким каплям раствора нитрата свинца добавить раствор иодида калия до выпадения желтого осадка. Б. можно обнаружить по реакции с хроматом калия. Обра- зуется желтый осадок: 4 2 4 2 PbCrO CrO Pb Ход анализа. К нескольким каплям раствора нитрата свинца добавить раствор хромата калия до выпадения желтого осадка. 6. Катион 2 2 Hg (димер Hg (I)) в водных растворах бес- цветен. А. Определяется после предварительного осаждения кало- мели Hg 2 Cl 2 : 2 2 2 2 Cl Hg Cl 2 Hg При взаимодействии белого осадка каломели с гидрокси- дом аммония образуется темный осадок, состоящий из черной металлической ртути и хлорида амидортути (II) белого цвета. Вместе они образуют темный осадок. 58 4 2 осадок темный 2 4 2 2 NH O H 2 Cl Hg] Cl HgNH [ OH NH 2 Cl Hg Ход анализа. К нескольким каплям раствора нитрата рту- ти (I) добавить равный объем хлорида калия, перемешать и отфильтровать через бумажный фильтр. К осадку на фильтре прилить гидроксид аммония (2 н.). Образование темного осад- ка на фильтре после фильтрации свидетельствует о наличии иона в исходном растворе. Б. Обнаружить ртуть можно по образованию амальгамы ртути на медной монете: 2 0 0 2 2 Cu Hg 2 Cu Hg Ход анализа. Медную монету предварительно обработать азотной кислотой для удаления пассивирующей пленки оксида меди, промыть водой и протереть фильтровальной бумагой. На подготовленную медную поверхность капнуть раствор нитрата ртути (I) и наблюдать образование светлого металлического пятна. В. Обнаружить ртуть можно в растворе по реакции с ио- дид-ионами: 2 2 - 2 2 I Hg 2I Hg Ход анализа. К нескольким каплям раствора нитрата рту- ти (I) добавить раствор иодида калия. Образование зеленого осадка свидетельствует о наличии ионов 2 2 Hg в исходном рас- творе. 59 Г. Обнаружить ртуть также можно в растворе по реакции с сульфид-ионами: S Hg S Hg 2 - 2 2 2 Ход анализа. К нескольким каплям раствора нитрата рту- ти (I) добавить раствор сульфида натрия. Образование черного осадка свидетельствует о наличии ионов ртути (I) в исходном растворе. Д. Определить ртуть можно и по реакции с хромат- ионами: 4 2 2 4 2 2 CrO Hg CrO Hg Ход анализа. К нескольким каплям раствора нитрата рту- ти (I) добавить раствор хромата калия. Образование красного осадка свидетельствует о наличии катионов 2 2 Hg в исходном растворе. ТРЕТЬЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ 7. Катион Ba 2+ в водных растворах бесцветен. Определяется по обменной реакции с серной кислотой или водорастворимыми сульфатами с образованием белого осадка сульфата бария: 4 2 4 2 BaSO SO Ba Ход анализа. К нескольким каплям хлорида бария доба- вить раствор серной кислоты или сульфата натрия до образо- вания белого осадка. 60 8. Катион Ca 2+ в водных растворах бесцветен. Определяется по реакции, аналогичной обнаружению ба- рия: 4 спирт или ацетон 2 4 2 CaSO SO Ca Однако сульфат кальция более растворим, чем сульфат ба- рия. Для понижения растворимости сульфата кальция добав- ляют этиловый спирт или ацетон (50 % от объема раствора), что способствует выпадению осадка. К понижению раствори- мости CaSO 4 приводит также нагревание раствора и добавле- ние избытка серной кислоты. ЧЕТВЕРТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ 9. Катион Zn 2+ в водных растворах бесцветен. А. Определяется по реакции с сульфидом натрия с образо- ванием белого осадка сульфида цинка: ZnS S Zn 2 2 Ход анализа. К нескольким каплям соли цинка добавить раствор сульфида натрия до выпадения белого осадка сульфи- да цинка. Б. В отсутствие железа присутствие ионов цинка опреде- ляют по реакции с гексацианоферратом (II) калия K 4 [Fe(CN) 6 ] («желтой кровяной солью»). При этом образуется белый оса- док двойной соли – гексацианоферрата (II) цинка-калия, рас- творимый в щелочах: 2 6 3 2 4 6 2 ] [Fe(CN) Zn K ] ) CN ( Fe [ 2 K 2 3Zn 61 Эта реакция отличает Zn 2+ от Al 3+ , который с K 4 [Fe(CN) 6 ] осадка не образует. Ход анализа. К нескольким каплям соли цинка добавить гексацианоферрат (II) калия до выпадения белого осадка. В. В отсутствие солей кобальта, никеля и железа, цинк оп- ределяют по реакции с тетрароданомеркуриатом аммония (NH 4 ) 2 [Hg(CNS) 4 ], приводящей к образованию белого осадка тетрароданомеркуриата цинка: ] ) CNS ( Hg [ Zn ] ) CNS ( Hg [ Zn 4 2 4 2 Примечание. Данную реакцию ведут в слабокислой среде (pH = 5), т.к. осадок Zn[Hg(CNS) 4 ] в сильных кислотах раство- рим, а под действием щелочей применяемый реагент (NH 4 ) 2 [Hg(CNS) 4 ] разлагается с образованием желтого осадка HgO. Ход анализа. К нескольким каплям соли цинка добавить тетрароданомеркуриат аммония до выпадения белого осадка. 10. Катион Cr 3+ . Растворы солей хрома (III) имеют зеле- ную окраску. Растворы солей хрома (VI), в щелочных средах представленные хроматами 2 4 CrO , окрашены в желтый цвет, а в более кислых средах, представленные дихроматами 2 7 2 O Cr , имеют оранжевую окраску. Определение Cr (III) основано на предварительном его окислении пероксидом водорода в ще- лочной среде до хроматов: O H 8 CrO 2 OH 10 O H 3 Cr 2 2 2 4 2 2 3 62 с последующей его идентификацией. При наличии в растворе сульфат-ионов, проверка раствора на наличие в нем ионов хрома выполняется способом Б. A. По реакции с хлоридом бария (или нитратом свинца (II)), приводящей к образованию желтого осадка хромата ба- рия (свинца): 4 2 2 4 BaCrO Ba CrO , 4 2 2 4 PbCrO Pb CrO Ход анализа. К 2-3 каплям раствора соли хрома (III) доба- вить щелочь до полного растворения образующегося осадка гидроксида хрома (III), а затем 5-7 капель 30 % раствора пе- роксида водорода и кипятить до исчезновения мелких пузырь- ков. Желтый цвет полученного раствора свидетельствует о полном окислении хрома (III). К полученному желтому рас- твору добавить раствор соли бария или свинца до выпадения желтого осадка хромата. Б. Перевод хромат-ионов в дихромат-ионы в кислой среде по реакции: O H O Cr 2H 2CrO 2 2 7 2 2 4 Образующийся по реакции дихромат калия имеет оранже- вую окраску. В избытке добавляемой кислоты, т.е. в сильно- кислых растворах, возможен переход окраски из оранжевой в красную за счет образования полихроматов: 2 13 3 2 10 3 O Cr , O Cr и т.д. 63 Ход анализа. К 2-3 каплям раствора соли хрома (III) доба- вить избыток 6 н. раствора щелочи, 5-7 капель 30 % раствора пероксида водорода и прокипятить. К полученному желтому раствору хромата калия добавить по каплям раствор серной кислоты до перехода окраски в оранжевую и красную. 11. Катион Al 3+ в водных растворах бесцветен. Характерным и очень чувствительным реактивом обнару- жения алюминия является алюминон (ауринтрикарбонат ам- мония) сложное органическое соединение, образующее с Al 3+ труднорастворимую соль красного цвета. Реакция протекает при pH = 5 в среде ацетатного буферно- го раствора (смесь растворов CH 3 COOH и CH 3 COONa в соот- ношении 1:3), т.к. в ходе реакции алюминий замещает одноза- рядный катион аммония в виде гидроксокомплекса [Al(OH) 2 ] + , существующем при рН = 5. При проведении реакции следует учитывать, что алюминон сам окрашен в красный цвет и его расход на реакцию должен быть очень небольшим. Ход анализа. К 2 мл исходного раствора соли алюминия добавить по каплям уксусную кислоту и ацетат натрия в соот- ношении 1:2. Перемешать и проверить рН. Точно значение рН C= O=C‒ONH 4 HO HO O=C‒ONH 4 O=C‒ONH 4 =O + [Al(OH) 2 ] + = C= O=C‒ONH 4 HO HO O=C‒ONH 4 O=C‒OAl(OH) 2 =O + NH 4 + 64 = 5 устанавливают добавлением уксусной кислоты (при рН5) или ацетата натрия (при рН5). Затем добавить 12 капли 0,01 % раствора алюминона образуется красный осадок. По- являющаяся красно-розовая окраска при нагревании усилива- ется. ПЯТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ 12. Катион Mg 2+ в водных растворах бесцветен. Определяется по реакции с гидроортофосфатом натрия при рН9 в присутствии ионов аммония. Реакция идет с обра- зованием белого кристаллического осадка двойной соли ор- тофосфата аммония-магния: O H PO MgNH OH NH HPO Mg 2 4 4 Cl NH 4 2 4 2 4 Назначение добавки NH 4 Cl заключается в увеличении концентрации ионов аммония в растворе для снижения тре- буемого расхода гидроксида аммония и предотвращения обра- зования осадка гидроксида магния. Ход анализа. К 2 каплям раствора соли магния добавить раствор хлорида аммония, 2 капли гидроортофосфата натрия и гидроксид аммония (2 н.) до рН = 9 (по каплям, при переме- шивании и измерении рН после добавления каждой капли). Если белый кристаллический осадок не образуется, то необхо- димо добавить NH 4 Cl и потереть внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. 65 13. Катион Mn 2+ в относительно концентрированных растворах соли имеют бледно-розовый цвет, в разбавленных растворах бесцветны. Определяется окислением до Mn (VII) висмутатом натрия в азотнокислой среде с образованием розового раствора мар- ганцовой кислоты: O H 7 Bi 5 MnO 2 BiO 5 H 14 Mn 2 2 3 4 3 2 Ход анализа. К двум каплям раствора соли марганца (II) прибавить 2 мл раствора азотной кислоты 1 : 1 и немного кри- сталлического висмутата натрия (на кончике шпателя). Смесь перемешать. При этом образуется раствор марганцовой кисло- ты розового цвета. 14. Катион Fe 3+ растворы имеют желтую окраску. |