Качественный анализ. Тольяттинский государственный университет качественный анализ лабораторный практикум Тольятти
 Скачать 93.69 Kb.
|
Таблица 9 - Предварительные испытания на катионы
Систематический анализ образца Предлагаемая схема разделения и обнаружения катионов на аналитические группы приведена в таблице 10. Таблица 10 - Схема разделения катионов на аналитические группы кислотно-основным методом
Лабораторная работа № 8 Систематический анализ смеси катионов IV, V, VI аналитических групп Цель работы: освоить методику систематического анализа смеси катионов IV, V, VI аналитических групп. Задачи: провести осмотр пробы для сбора первичной информации о составе образца, выполнить предварительные испытания на ионы, обнаружению которых не мешают присутствующие в пробе катионы, провести последовательное разделение и открытие катионов IV, V, VI аналитических групп, присутствующих в выданном образце. Анализ смеси начинают с предварительных наблюдений и испытаний. Прежде всего, обращают внимание на цвет раствора и определяют рН. По цвету раствора можно сделать вывод о наличии или отсутствии катионов Cr3+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Co2+. Низкое значение рН раствора может быть обусловлено присутствием сильно гидролизующихся солей висмута, ртути, железа. Если величина рН заметно не изменяется после осторожной нейтрализации, то можно предположить, что могут присутствовать какие–либо из этих катионов. Если анализируемый раствор имеет щелочную реакцию, то могут присутствовать [Cu(NH3)4]2+, [Co(NH3)4]2+. Сурьма и олово в этом случае могут находиться в виде анионов соответствующих кислот. 1. Предварительные испытания В отдельных порциях раствора обнаруживают ионы Fe2+, Fe3+. 2. Отделение катионов IV группы от катионов V и VI групп 15–20 капель исследуемого раствора помещают в пробирку, добавляют несколько капель H2O2 для окисления ионов марганца (II) и ионов сурьмы (III), затем избыточное количество 2н. раствора гидроксида натрия (до щелочной реакции), нагревают в течение 3–5 минут и тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Избыток пероксида водорода удаляют кипячением. Полученную смесь центрифугируют, получают осадок 1 и раствор 1.
3. Отделение ионов Al+3 и Sn (IV) в виде гидроксидов К раствору 1 добавляют небольшими порциями кристаллический NH4Cl и упаривают раствор до небольшого объема. Центрифугируют полученную смесь и получают осадок 2 и раствор 2.
4. Обнаружение ионов алюминия и олова (IV) Осадок 2 обрабатывают 2н. раствором HCl. Полученный раствор, содержащий ионы Al+3 и [SnCl6]‾2 делят на две части и в одной из них обнаруживают ионы алюминия, в другой – олова. 5. Обнаружение ионов алюминия К 5–7 каплям испытуемого раствора добавляют 3–5 капель 2н. CH3COOH, и 5–7 капель алюминона. Смесь осторожно нагревают, перемешивают и добавляют раствор аммиака до щелочной реакции, а затем 4 капли 2н. раствора карбоната аммония. Выпадает красный осадок или появляется красная окраска. Алюминий можно обнаружить с помощью 8-оксихинолина (условия проведения реакции см. качественные реакции). 6. Обнаружение олова (IV) Металлический магний и металлическое железо восстанавливают олово (IV) до Sn (II): [SnCl6]2‾ + Mg = Sn2+ + 6Cl‾ + Mg2+ или [SnCl6]2‾ + Fe = Sn2+ + 6Cl‾ + Fe2+ Реакции протекают в кислой среде. Образовавшиеся в результате восстановления ионы Sn2+, можно обнаружить по реакции восстановления Bi3+. 7. Обнаружение ионов Zn2+ Раствор 2 нагревают с концентрированным раствором Na2CO3 до полного удаления аммиака. Полученную смесь центрифугируют, получают осадок 3 и раствор 3.
Осадок 3 обрабатывают 2н. раствором HCl, в полученном растворе открывают цинк реакцией с дитизоном или какой-либо другой качественной реакцией (условия проведения реакций см. качественные реакции на ионы цинка). 8. Обнаружение иона CrO42‾ Желтая окраска раствора 3 указывает на присутствие CrO4‾2. Подтвердить это можно реакцией образования надхромовой кислоты: Добавляют к исследуемому раствору 6н. раствора серной кислоты до кислой реакции, затем несколько капель 3%-ного раствора пероксида водорода и эфира. Смесь осторожно встряхивают, образующаяся надхромовая кислота переходит в слой эфира, появление синей окраски эфира подтверждает присутствие хрома. 9. Обнаружение и отделение ионов сурьмы (V) Осадок 1 обрабатывают при слабом нагревании небольшим количеством 2н. раствора азотной кислоты в присутствии 3%-ного раствора пероксида водорода. Смесь центрифугируют, получают осадок 4 и раствор 4.
Осадок 4 обрабатывают сероводородной водой, вследствие образования Sb2S5, осадок окрашивается в оранжево-красный цвет. 10. Отделение катионов V группы от катионов IV группы К раствору 4 добавляют при нагревании концентрированный раствор NH4OH, смесь центрифугируют, получают осадок 5 и раствор 5.
11. Отделение и обнаружение ионов Mg2+ К осадку 5 добавляют 2н. раствор NH4Cl (для растворения гидроксида магния) и 3%-ный раствор H2O2 (для окисления ионов марганца), Полученную смесь центрифугируют, отделяют раствор 6 от осадка 6.
В растворе 6 обнаруживают ионы магния гидрофосфатом натрия в присутствии аммиака и хлорида аммония. 12. Отделение и обнаружение ионов Mn (VII) Осадок 6 обрабатывают 2н. раствором HNO3 . Смесь центрифугируют, получают осадок 7 и раствор 7.
Осадок 7 промывают дистиллированной водой и обрабатывают при нагревании 3н. раствором HNO3 и концентрированным раствором H2O2. К полученному раствору добавляют 1–2 крупинки висмутата натрия. В присутствии Mn(VII) раствор приобретает фиолетово-розовую окраску вследствие образования MnO4 –. 13. Обнаружение Bi3+ К раствору 7 добавляют 2н. раствора NH4OH до появления осадка BiOCl, затем добавляют несколько капель 2н. раствора HCl и кипятят. Затем смесь центрифугируют, получают осадок 8 и раствор 8.
Осадок 8 обрабатывают раствором станнита натрия. Осадок чернеет вследствие образования металлического висмута. 14. Разрушение аммиакатов катионов VI группы и отделение ионов Cu2+, Hg2+ К раствору 5 добавляют до кислой реакции 2н. раствор H2SO4, затем при нагревании добавляют концентрированный раствор Na2S2O3. Полученную смесь центрифугируют.
15. Отделение и обнаружение ионов Cu2+ Осадок 9 обрабатывают при нагревании 2н. раствором HNO3, смесь центрифугируют, получают осадок 10 и раствор 10.
В растворе 10 открывают ионы Cu2+ реакцией с раствором аммиака по синему окрашиванию раствора вследствие образования [Cu(NH3)4]2+. 16. Обнаружение ионов Co2+, Ni2+, Cd2+ Раствор 9 делят на три части. В одной из них открывают кобальт реакцией с NH4SCN или KSCN. Во второй аликвоте открывают никель реакцией с диметилглиоксимом, а в третьей – при рН = 0,5 осаждают желтый осадок CdS сероводородом. Контрольная работа № I Систематический анализ катионов I–VI аналитических групп. Кислотно-основная классификация Цель работы: применить знания качественных реакций катионов аналитических групп и, применяя методику проведения систематического анализа, выполнить контрольное задание. Для выполнения контрольной работы каждому студенту выдается индивидуальный образец, содержащий катионы I–VI аналитических групп (5–8 катионов по усмотрению преподавателя). Принимая во внимание принцип проведения анализа смесей (лабораторные работы № 7–8), студент составляет план экспериментальной работы, который заносится в лабораторный журнал, согласовывает его с преподавателем. Если у студента возникают затруднения в составлении плана работы и выполнения экспериментальной части, можно воспользоваться общей методикой систематического анализа катионов по кислотно-основной классификации. Экспериментальная часть (примерный план)
При осмотре образца (твердый) обратите внимание на окраску образца и его составляющих. Отсутствие окраски свидетельствует об отсутствии ионов [Hg2]2+, Cr3+, Fe3+, Cu2+, Co2+, Ni2+. При растворении образца в воде если наблюдается явный гидролиз (появление хлопьевидного осадка), следовательно, в образце могут присутствовать катионы Sn2+, Sn4+, Bi3+.
В отдельной порции раствора определяют наличие второй группы катионов (Ag+, [Hd2]2+, Pb2+) – при добавлении раствора HCl должен выпадать осадок. В отдельной порции раствора определяют наличие третьей группы катионов (Ba2+, Sr2+, Ca2+) – при добавлении раствора H2SO4 должен выпадать белый осадок. Наличие в образце Sn2+ обнаруживают в отдельной порции образца реакцией с висмутатом натрия: к небольшой порции сухого образца, прилить раствор NaOH в избытке, хорошо перемешать и добавить несколько капель приготовленного раствора висмутата натрия (несколько крупинок соли висмута растворить в растворе щелочи) – появление черного осадка указывает на наличие двухвалентного олова. Наличие в образце Bi3+ обнаруживают в отдельной порции образца реакцией с станитом натрия: к небольшой порции сухого образца, прилить раствор NaOH в избытке, хорошо перемешать и добавить несколько капель приготовленного раствора станита натрия (несколько крупинок соли Sn2+ растворить в растворе щелочи) – появление черного осадка указывает на наличие катионов висмута (Bi3+). Обнаружение ионов NH4+ в отдельной порции образца реакцией с NaOH при нагревании по выделению газообразного аммиака, наличие которого обнаруживают известными способами. Открытие катионов Fe2+ проводят с помощью качественной реакции с гексацианоферратом калия (K3[Fe(CN)6] – образование осадка «турнбулевой сини» свидетельствует о присутствии Fe2+. Реакция дает хорошие результаты в кислой среде. Открытие катионов Fe3+ проводят с помощью качественной реакции с гексацианоферритом калия (K4[Fe(CN)6] – образование осадка «берлинской лазури» свидетельствует о присутствии Fe3+. Реакция дает хорошие результаты в кислой среде (рН меньше 3). Открытие Cr3+ проводят в отдельной порции раствора путем окисления иона Cr3+ в CrO42– в щелочной среде при действии пероксида водорода и превращения CrO42– в надхромовую кислоту H2CrO6. Образующейся, в первой части опыта, желтый раствор перенося в чистую пробирку, добавляют по каплям раствора кислоты до оранжевой окраски, затем приливают небольшое количество смеси эфира с изоамиловым спиртом, добавляют 2–3 капли пероксида водорода и перемешивают. Появление интенсивно синей окраски органического слоя указывает на образование надхромовой кислоты, т.е. свидетельствует о присутствии иона хрома в образце. Открытие Mn2+ проводят в отдельной порции раствора образца, используя реакцию окисления Mn2+ в MnO4–. Реакцию осуществляют следующим образом: в пробирку берут немного диоксида свинца PbO2 приливают несколько капель азотной кислоты и нагревают, затем приливают несколько капель раствора образца (раствор должен быть разбавлен) и перемешивают. Появление малиновой окраски указывает на присутствие ионов MnO4–, следовательно, в исходном образце есть Mn2+.
Анализируемый раствор (0,5–1 мл) помещают в пробирку, добавляют по каплям 6М HCl, хорошо перемешивают, через 5–10 минут если выпадает осадок, то его отделяют центрифугированием. Осадок промывают дистиллированной водой с добавлением нескольких капель 6М HCl, получают:
К осадку 1 добавляют дистиллированной воды и нагревают до кипения, при этом PbCl2 растворяется. Затем декантируют порцию горячего раствора (или отфильтровывают через бумажный фильтр около 0,5 мл) в чистую пробирку и проводят реакцию «золотого дождя»: к раствору приливают 3–5 капель раствора KJ, в присутствии ионов свинца выпадает желтый осадок, к которому приливают немного уксусной кислоты и нагревают до растворения осадка. При быстром охлаждении полученного раствора образуются золотистые блестки соли свинца. Осадок 1 отмывают от PbCl2 горячей водой, затем обрабатывают 25%-ным раствором аммиака и хорошо перемешивают смесь; при наличии ионов ртути осадок моментально чернеет:
В растворе 2 обнаруживают ионы серебра, подкислив раствор азотной кислотой и проведя какую-либо характерную реакцию на Ag+. Осадок 2 не анализируется.
К раствору 1 добавляют при нагревании 1М раствор H2SO4, охлаждают и центрифугируют, получают:
SrСO3, BaСO3, при наличии ионов свинца в образце, предварительно осадок 3 обрабатывают 30%-ным раствором ацетата натрия или аммония, нагревают до кипения и центрифугируют, раствор не анализируют; к осадку добавляют насыщенный раствор Na2CO3 и кипятят полученную смесь, затем осадок центрифугируют, промывают дважды водой; либо осадок 3 переносят в фарфоровую чашку, обрабатывают насыщенным раствором Na2CO3, выпаривают раствор, а остаток промывают дистиллированной водой. Полученные карбонаты обрабатывают 2М раствором уксусной кислоты – получают раствор 4.
К нескольким каплям раствора 4 добавляют CH3COONa и K2Cr2O7 (раствор должен быть желтым). Образование желтого осадка BaCrO4 указывает на присутствие ионов бария в образце. Если осадок образовался, то ко всему раствору 4 добавляют CH3COONa до рН = 5–6, затем по каплям – раствор K2Cr2O7 до тех пор, пока раствор не окрасится в оранжево-желтый цвет. Осадок отделяют центрифугированием (не исследуется), получают раствор 5. Раствор 5 Ионы Sr2+,Ca2+ и избыток K2Cr2O7 От избытка K2Cr2O7 освобождают раствор следующим образом: к раствору добавляют Na2CO3 (тв.) до рН меньше 10, смесь нагревают почти до кипения и при наличие ионов Sr2+,Ca2+ образуется осадок, который отделяют центрифугированием.
Осадок 4 растворяют в нескольких каплях 2М CH3COOН и, если раствор не совсем прозрачен, осадок (муть) отделяют центрифугированием и отбрасывают, получают раствор 5. К 2–3 каплям раствора 5 добавляют 3–4 капли насыщенного раствора (NH4)2SO4 и нагревают до кипения. Появление осадка (SrSO4) будет свидетельствовать (мути) о наличии в растворе ионов стронция. Если ионы Sr2+ присутствуют, то ко всему раствору прибавляют избыток (NH4)2SO4 и несколько капель NH4OH, смесь нагревают, получают:
9. Обнаружение ионов Ca2+ В растворе 6 ионы Ca2+ обнаруживают по капельной реакции с родизонатом натрия. На фильтровальную бумагу наносят 1–2 капли раствора 6, затем наносят на пятно 2–3 капли раствора щелочи и обрабатывают полученную на бумаге гидроокись кальция свежеприготовленным раствором родизоната натрия (Na2C6O6). В присутствии ионов кальция в растворе появляется фиолетовое пятно, которое исчезает при нанесении на него раствора HCl. (Можно провести какую-либо другую качественную реакцию на ионы Ca2+). 10. Отделение катионов IV–VI групп Раствор 3 делят на две части. К одной части раствора добавляют по каплям концентрированный раствор NH4OH до слабощелочной реакции. Образуется осадок, который отделяют центрифугированием.
11. Обнаружение ионов Na+, K+ Раствор 8 делят на две части. К одной из них добавляют 1М раствор Na2CO3 и кипятят до полного удаления солей аммония. Осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают. Раствор нейтрализуют до рН = 4–5 2М СН3СООН и обнаруживают ионы К+ реакцией с Na3[Co(NO2)6]. К другой части раствора добавляют 1М раствор K2CO3 и кипятят до полного удаления солей аммония. Осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают. Раствор нейтрализуют до рН = 7 2М СН3СООН и обнаруживают ионы Na+ реакцией с KH2SbO4. 12. Отделение катионов IV группы от катионов V–VI групп К осадку 6добавляют несколько капель 3%-ного раствора пероксида водорода и обрабатывают 10%-ным раствором NaOH (избыток – до щелочной реакции), нагревают и тщательно перемешивают. Избыток H2O2 Удаляют кипячением. Полученную смесь центрифугируют.
13. Отделение ионов Al3+ и Sn(IV) в виде гидроксидов К раствору 8 добавляют небольшими порциями кристаллический NH4Cl и упаривают раствор до небольшого объема. Полученную смесь центрифугируют.
14. Открытие ионов Al3+ и Sn (IV) Осадок 8 обрабатывают 2М раствором HCl. Полученный раствор делят на две части. В каждой порции раствора открывают ионы Al3+ и [SnCl6]2-: К одной части раствора приливают несколько капель 25%-ного раствора аммиака (реакцию ведут в аммиачной среде. Мешают проведению реакции ионы Cr3+, Zn2+, Fe3+, Sn (II) и добавляют 4–5 капель раствора ализарина. Образование ализаринового лака (розовато-красный осадок) будет наблюдаться в присутствии ионов Al3+. В другой части раствора обнаруживают ионы олова. Предварительно восстанавливают Sn(IV) до Sn(II) металлическим магнием или железом: [SnCl6]2– + Fe = Sn2+ + 6Cl– + Fe2+ Затем в чистую пробирку берут порцию раствора, содержащего Sn2+, и приливают несколько капель свежеприготовленного висмутата натрия NaBiO2 (реакции проводят в щелочой среде). 15. Обнаружение ионов Zn2+ К раствору 9 добавляют несколько капель концентрированного раствора Na2CO3 и нагревают до полного удаления аммиака. Полученную смесь центрифугируют. Получают раствор (не исследуется) и осадок, в котором открывают ионы цинка, для этого к осадку добавляют дитизон. Появление красной окраски органического и водного слоя будет наблюдаться в присутствии ионов цинка. 16. Обнаружение ионов CrO42– Желтая окраска раствора 6 указывает на присутствие хромат-ионов. Подтвердить это можно какой-либо характерной реакцией на хромат-ион. 17. Отделение катионов V группы от катионов VI группы К осадку 7 добавляют при нагревании концентрированный раствор NH4OH. Полученную смесь центрифугируют.
18. Отделение и обнаружение ионов Mg2+ К осадку 9 добавляют 2М NH4Cl и 3%-ный раствор Н2О2. Полученную смесь центрифугируют
В растворе 11 обнаруживают Мg2+ по реакции с 8-оксихинолином. Образование желто-зеленного осадка свидетельствует о присутствие ионов магния. 19. Осадок 10 промывают и обрабатывают 2М раствором HNO3 и концентрированным раствором Н2О2. Появление фиолетово-розовой окраски свидетельствует, что в растворе присутствует марганец (MnO4-). Смесь центрифугируют – получают:
20. Обнаружение висмута Bi3+ К раствору 12 добавляют 2М раствор NH4OH до появления осадка BiOCl. Осадок отделяют и обрабатывают станнитом натрия (соль олова + раствор щелочи до растворения). При восстановлении Bi3+ появляется черный осадок металлического висмута. 21. Разрушение аммиакатов VI группы К раствору 10 добавляют до кислой реакции 1М раствор H2SO4, затем при нагревании концентрированный раствор Na2S2O3. Полученную смесь центрифугируют.
22. Отделение и обнаружение Cu2+ Осадок 12 обрабатывают при нагревании 2М раствором азотной кислоты. Полученную смесь центрифугируют. В растворе обнаруживают медь по реакции с раствором аммиака. 23. Обнаружение Co2+, Ni2+, Cd2+ Раствор 13 делят на три части. В одной из них открывают кобальт реакцией с роданидом аммония (реакцию ведут при избытке реагента в присутствии амилового спирта). Во второй – никель реакцией с диметилглиоксимом (реакцию ведут в аммиачной среде при рН = 6–9). В третьей – при рН = 0,5 осаждают желтый осадок CdS сероводородом. Ход анализа и результаты вносятся в журнал и подписываются у преподавателя. Контрольная работа оформляется студентом в соответствии с требованиями, предъявляемыми к зачетным (итоговым) работам и должна быть защищена. Лабораторная работа № 9 Частные реакции анионов первой, второй и третьей групп Цель работы: изучить качественные реакции на анионы первой, второй, третьей групп. Общие сведения Деление анионов на группы основано на их отношении к различным реактивам; к растворам солей бария, стронция, кальция, магния, серебра, свинца и др., а также к кислотам, окислителям, восстановителям. С этими реактивами анионы образуют малорастворимые осадки, газообразные вещества и характерные окрашенные соединения. Общепринятой аналитической классификации анионов не существует. Реактивы, дающие возможность определять принадлежность исследуемых анионов к определенной аналитической группе и отделять одну группу от другой, по своему характеру действия можно классифицировать следующим образом. Групповые реактивы, осаждающие определенные анионы в виде малорастворимых соединений: растворимые соли бария, нитрат серебра, растворимые соли свинца, магнезиальная смесь. Групповые реактивы, окисляющие анионы-восстановители: перманганат калия. Групповые реактивы, восстанавливающие анионы-окислители: йодистоводородная кислота или йодистый калий. Групповые реактивы, позволяющие проводить пробы на анионы летучих кислот: разбавленная соляная кислота. Групповые реактивы, разлагающие анионы и их соли с образованием более простых продуктов реакций: концентрированная серная кислота. Существующие методы анализа анионов можно разделить на три основные группы.
Систематические методы анализа анионов применяют для исследования несложных смесей. Для систематического анализа более сложных смесей анионов число последовательно проводимых операций сильно возрастает. В связи с этим возрастает степень загрязненности анализируемого раствора посторонними примесями за счет добавления все новых реактивов. Вследствие этого обнаружение анионов к концу анализа становится весьма затруднительно.
Полусистематические методы дают возможность использовать преимущества систематических и дробных методов анализа. Отделение одних групп анионов от других при помощи групповых реактивов дает возможность отделить мешающие друг другу анионы, а использование дробного метода позволяет сократить число последовательных аналитических операций. В этом случае групповые реактивы используются не только для разделения анионов, но и для обнаружения данной группы анионов. Таблица 11 - Действие некоторых реактивов на анионы первой аналитической группы
Таблица 12 - Действие некоторых реактивов на анионы второй аналитической группы
Таблица 13 - Действие некоторых реактивов на анионы третьей аналитической группы
При выполнении лабораторной работы следует соблюдать последовательность опытов, указанных в табл. 12, 13. В отчете уравнения проведенных реакций записываются в ионной и молекулярной формах. Контрольная работа № II Анализ индивидуальных соединений Цель работы: применяя экспериментальные навыки и знания по систематическому анализу катионов и анионов, выполнить анализ контрольных образцов минеральных солей. Качественный анализ индивидуального вещества выполняют в две стадии. На первой стадии проводят предварительные испытания, а на второй – переходят к систематическому анализу катионов и анионов, используя методики анализа смеси катионов и анионов. Предварительные испытания позволяют установить присутствие некоторых элементов, обнаружение которых затруднено при систематическом анализе. К предварительным испытаниям относят окрашивание пламени летучими соединениями некоторых элементов. Растворимость образца в воде. В табл. 9 приведены предварительные испытания на катионы. После предварительных испытаний проводят систематический анализ. Ход анализа зависит от принятой классификации катионов и анионов. В данном методическом руководстве предлагается принять кислотно-основную классификацию катионов. Порцию образца соли растворяют в воде и, с помощью групповых реагентов, определяют аналитическую группу катиона и аниона. Затем открывают катион и анион в образце, выполняя соответствующие качественные реакции. В табл. 1 приведены аналитические группы катионов по кислотно-основной классификации. В табл. 15 указаны проверочные реакции на катионы и анионы, которые можно применить в анализе. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
