| Главная » Химия |
|
Теоретические основы Понятие об аналитических группах и классификации катионов Качественный анализ, как правило, основывается на химических превращениях, при которых исследуемое вещество образует новое соединение, обладающее характерными свойствами: цветом, специфическим запахом, физическим состоянием, структурой и др. Такие превращения называют качественной аналитической реакцией, а вещества, вызывающие это превращение, называют реагентами (реактивами). Основные типы реакций, используемых в качественном анализе, - это кислотно-основное взаимодействие, реакции осаждения, окисления-восстановления и образования комплексных соединений. Для обеспечения получения наиболее полной информации о качественном составе образца (неорганических веществ) ионы делят на группы. Классификация катионов и анионов по аналитическим группам основана на отношении ионов к действию реагентов, на сходстве и различии признаков образуемых соединений. Разработан ряд классификационных систем, основанных на применении тех или иных групповых реагентов: кислотно-основная, сероводородная, аммиачно-фосфатная и др. В данном лабораторном практикуме используется кислотно-основная классификация (табл.1). Таблица 1 Кислотно-основная классификация катионов Номер аналитической группы Групповой реагент Катионы I HCl Ag+ , [Hg2]2+, Pb2+ и другие катионы, хлориды которых малорастворимы в воде II H2SO4 Ca2+ Sr2+ Ba2+ и другие катионы, сульфаты которых малорастворимы в воде Номер аналитической группы Групповой реагент Катионы III NaOH Zn2+, Al3+, Cr3+, Sn2+, Sn4+, As (III), As (V) и другие катионы, гидроксиды которых растворимы в щелочах IV NaOH Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Bi3+ и другие катионы, гидроксиды которых растворимы в аммиаке V NH4OH Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+ и другие катионы, гидроксиды которых нерастворимы в щелочах VI Отсутствует K+, Na+, NH+4 и другие катионы, соли которых хорошо растворимы в воде Порядок проведения анализа, осмотр образца и подготовка пробы. Метод квартования Существует два способа проведения химических реакций. В качественном анализе используются реакции, которые проводят сухим способом. Известно, что некоторые вещества (их пары) окрашивают бесцветное пламя горелки в характерный цвет или придают определенную окраску плаву (перлу), полученному при нагревании вещества с тетраборатом натрия в ушке платиновой проволоки. Реакции сухим способом осуществляют также путем растирания порошков исследуемого вещества и сухого реагента, при этом, как правило, образуются легко летучие продукты с характерным запахом или иными свойствами. Однако чаще всего реакции химического анализа проводят в растворе, то есть анализ проводят мокрым способом. В качественном анализе неорганических веществ преимущественно исследуют растворы солей, кислот и оснований, которые в водных растворах находятся в диссоциированном состоянии. Поэтому химический анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов (катионов и анионов). Для приготовления раствора пробы используют метод отбора средней пробы - квартование. Он состоит в том, что проба <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%B0_(%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F)>, отобранная из различных мест, смешивается и рассыпается ровным слоем. После чего она делится накрест на 4 части (квартуется), из них две противоположные удаляются, а две оставшиеся вновь перемешиваются и снова делятся на 4 части. Так поступают, пока количество материала не уменьшится до необходимого для анализа. Предварительный анализ Наличие некоторых катионов определяется в предварительных испытаниях, основанных на специфичных реакциях, на протекание которых не оказывает воздействие присутствие в растворе других катионов. Примеры некоторых предварительных испытаний приведены в Таблице 2. Таблица 2 Предварительные испытания на катионы Катион Химическая реакция Аналитический эффект NH К нескольким каплям раствора соли (к нескольким кристалликам сухой соли) прибавляют 0.5 мл 2Н раствора NaOH, смесь нагревают (1).Выделение газа с характерным запахом NH К нескольким каплям полученного раствора (1) добавляют 3-5 капель реактива НесслераРаствор окрашивается в желто-бурый цвет [Hg2]2+ Восстановление на медной пластине Поверхность становится зеркальной К+ Реакция окрашивания пламени Фиолетовая окраска Na+ Реакция окрашивания пламени Желтая окраска Са2+ Реакция окрашивания пламени Кирпично-красная окраска Sr2+ Реакция окрашивания пламени Карминово-красная окраска Bа2+ Реакция окрашивания пламени Желто-зеленая окраска Систематический анализ. Методика Систематическим называют полный анализ исследуемого объекта, осуществляемый путем разделения исходной пробы на несколько групп в определенной последовательности на основе сходства и различий их аналитических свойств. Методика проведения анализа: 1. Осмотр образца 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+. . Предварительный анализ Наличие в образце Sn2+ обнаруживают в отдельной порции образца реакцией с висмутатом натрия - появление черного осадка указывает на наличие двухвалентного олова. Наличие в образце Bi3+ обнаруживают в отдельной порции образца реакцией с станитом натрия - 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. Открытие катионов Fe2+ проводят с помощью качественной реакции с гексацианоферратом калия (K3[Fe(CN)6] - образование осадка «турнбулевой сини» свидетельствует о присутствии Fe2+ Открытие катионов Fe3+ проводят с помощью качественной реакции с гексацианоферритом калия (K4[Fe(CN)6] - образование осадка «берлинской лазури» свидетельствует о присутствии Fe3+. 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. Открытие Mn2+ проводят в отдельной порции раствора образца, используя реакцию окисления Mn2+ в MnO4-. . Отделение катионов II аналитической группы Анализируемый раствор (0,5-1 мл) помещают в пробирку, добавляют по каплям 6М HCl, через 5-10 минут если выпадает осадок, то его отделяют центрифугированием. Осадок промывают дистиллированной водой с добавлением нескольких капель 6М HCl, получают: Осадок 1 Раствор 1 AgCl, PbCl2, Hg2Cl2 Катионы I, III, IV, V, VI групп . Открытие ионов Pb2+ 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. Осадок 1 отмывают от PbCl2 горячей водой, затем обрабатывают 25%-ным раствором аммиака и хорошо перемешивают смесь; при наличии ионов ртути осадок моментально чернеет: Осадок 2 Раствор 2 Hg + NH2HgCl2 [Ag(NH3)2]+ В растворе 2 обнаруживают ионы серебра, подкислив раствор азотной кислотой и проведя какую-либо характерную реакцию на Ag+. Осадок 2 не анализируется. . Отделение катионов III аналитической группы К раствору 1 добавляют при нагревании 1М раствор H2SO4, охлаждают и центрифугируют, получают: Осадок 3 Раствор 3 CaSO4, SrSO4, BaSO4, может присутствовать PbSO4, Ca2+ Катионы I, IV, V, VI групп, может присутствовать часть ионов . Превращение сульфатов CaSO4, SrSO4, BaSO4 в карбонаты CaСO3СO3, 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. Полученные карбонаты обрабатывают 2М раствором уксусной кислоты - получают раствор 4. . Обнаружение и отделение ионов бария 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. 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 Раствор CaСO3, SrСO3 Раствор не исследуется . Отделение ионов Sr2+ и их обнаружение 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: Осадок 5 Раствор 6 SrSO4 (не исследуется) ионы Ca2+ 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. . 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. Осадок 6 Раствор 7 Гидроксиды, основные соли, карбонаты катионов IV-VI групп Катионы I группы . Обнаружение ионов Na+, K+ Раствор 7 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. . Отделение катионов IV группы от катионов V-VI групп К осадку 6 добавляют 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. Осадок 7 Раствор 8 Fe(OH)3,H2MnO3,Co(OH)3,Cd(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, Mg(OH)2, Bi(OH)3, HgO Катионы I группы AlO2-, ZnO22-, SnO32-, CrO42- - ионы 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. Осадок 8 Раствор 9 Al(OH)3, Sn(OH)4 [Zn(NH3)4]2+, CrO42- . 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). . 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. . Отделение катионов V группы от катионов VI группы К осадку 7 добавляют при нагревании концентрированный раствор NH4OH. Полученную смесь центрифугируют. Осадок 9 Раствор 10 Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3, Fe(OH)3, Fe(OH)2 Аммиакаты Cd2+, Hg2+, Co2+, Ni2+, Cu2+ 17. Отделение и обнаружение ионов Mg2+ К осадку 9 добавляют 2М NH4Cl и 3%-ный раствор Н2О2. Полученную смесь центрифугируют Осадок 10 Раствор 11 MnО(OH)2, Mn(OH)2, Fe(OH)3, Bi(OH)3 Mg2+ В растворе 11 обнаруживают Мg2+ по реакции с 8-оксихинолином. Образование желто-зеленного осадка свидетельствует о присутствие ионов магния. . Осадок 10 промывают и обрабатывают2М раствором HNO3 и концентрированным раствором Н2О2. Появление фиолетово-розовой окраски свидетельствует, что в растворе присутствует марганец (MnO4-). Смесь центрифугируют - получают: Осадок 11 Раствор 12 Mn(OH)4 Fe(NO3)3, Bi(NO3)3 19. 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. . Разрушение аммиакатов VI группы К раствору 10 добавляют до кислой реакции 1М раствор H2SO4 , затем при нагревании концентрированный раствор Na2S2O3. Полученную смесь центрифугируют. Осадок 12 Раствор 13 Cu2S, S NiSO4, CdSO4, CoSO4 . 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. . 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. катион проба сульфат барий Химический анализ образца Индивидуальный образец №16 Цель работы: освоить методику проведения качественного химического анализа смеси катионов I-VI групп. Задачи:. Осмотр образца.. Подготовка образца к анализу методом квартования.. Проведение предварительного анализа образца.. Проведение систематического анализа образца.. Установление результата и выводы о проделанной работе. Осмотр образца. Образец представляет собой белый порошок, содержащий кристаллы разного размера и формы, из чего можно сделать вывод, что в смеси отсутствуют цветные катионы Cr3+, Ni2+, Co2+, Cu2+ и Fe3+. Образец частично растворяется в воде, образование хлопьевидного осадка не наблюдается, из чего можно сделать вывод об отсутствии в смеси ионов Sn2+ и Bi3+. При прокаливании образца можно отчетливо заметить окрашивание пламени в фиолетовый цвет, что свидетельствует о наличии ионов K+. Подготовка образка к анализу методом квартования. Для проведения дальнейшего анализа необходимо приготовить раствор образца. Для этого высыпаем ровным слоем образец на лист чистой фильтровальной бумаги и делим на четыре части (квартуем), из них две противоположные удаляем, а две оставшиеся перемешиваем, затем квартуем еще раз. Отобранную пробу растворяем в дистиллированной воде. Предварительный анализ. . К отдельной порции раствора образца добавляем 1 M раствор соляной кислоты. Выпадение белого осадка свидетельствует о наличии катионов II аналитической группы. Т.к. для выполнения учебной работы не использовались ионы ртути и серебра, делаем вывод о наличии в образце катионов Pb2+. Pb2+ + Cl- → PbCl2↓ . К отдельной порции раствора образца добавляем 1 М раствор серной кислоты. Выпадение белого осадка свидетельствует о возможном наличии в образце катионов III аналитической группы. Возможно, также, что мы наблюдаем осадок PbSO4. Наличие ионов III аналитической группы следует подтвердить в систематическом анализе. Ca2+(Sr2+/Ba2+) + SO42- → CaSO4(SrSO4/BaSO4)↓2+ + SO42- → PbSO4↓ . Растворяем порцию образца в избытке раствора щелочи NaOH. Наблюдается образование осадка телесного цвета, темнеющего на воздухе. Очевидно, в образце присутствуют ионы Mn2+: Mn2+ + 2OH- → Mn(OH)2↓ Mn(OH)2 + O2 → MnO(OH)2 → MnO2↓ + H2O телесный цвет К щелочному раствору образца приливаем свежеприготовленный раствор висмутата натрия. Если бы в образце присутствовали соли Sn2+, то мы бы наблюдали выпадение черного осадка металлического висмута: 5Sn2+ + 2NaBiO3 + 18NaOH → 2Bi↓ + 5Na2SnO3 + 9H2O + 10Na+5+ +5e → Bi0 5 2Ox2+ -2e → Sn4+ 2 5Red Однако выпадение черного осадка не наблюдается. В смеси отсутствуют катионы Sn2+. . Вновь растворяем порцию образца в избытке щелочи и добавляем свежеприготовленный раствор станнита натрия. Если бы в образце присутствовали соли Bi3+, то мы бы наблюдали выпадение черного осадка металлического висмута: 2Bi3+ + 3Na2SnO2 + 6NaOH → 2Bi↓ + 3Na2SnO3 + 3H2O + 6Na+3+ +3e → Bi0 3 2Ox2+ -2e → Sn4+ 2 3Red Однако осадок не наблюдается, следовательно, соли висмута в образце отсутствуют. . К порции раствора образца добавляем щелочь и нагреваем раствор до кипения. Чувствуется характерный запах аммиака, пары окрашивают индикаторную бумагу в малиновый цвет: NH4+ + NaOH → NH3↑ + Na+ + H2O Проверим реакцию с реактивом Несслера: NH4+ + 2K2HgI4 + 3NaOH → [OHg2NH2]I↓ + 4KI + 3NaI + 2H2O + H+ красно-коричневый осадок Наблюдаем образование осадка красно-коричневого цвета, что подтверждает наличие в образце ионов аммония. . Для выявления в смеси ионов двухвалентного железа приливаем к порции образца раствор красной кровяной соли, предварительно создав кислую среду добавлением к образцу соляной кислоты. Если бы в образце наличествовали соли двухвалентного железа, то мы бы наблюдали образование осадка турнбулевой сини: Fe2+ + K3[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ + 2K+ Однако образования турнбулевой сини не наблюдается. Делаем вывод об отсутствии ионов Fe2+. . Для выявления в смеси ионов трехвалентного железа приливаем к порции образца раствор желтой кровяной соли, предварительно создав кислую среду добавлением к образцу соляной кислоты. Если бы в образце наличествовали соли двухвалентного железа, то мы бы наблюдали образование осадка берлинской лазури: Fe3+ + K4[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ + 3K+ Образования берлинской лазури не наблюдается. Делаем вывод об отсутствии ионов Fe3+. . Чтобы убедиться в отсутствии ионов Cr3+, к образцу, растворенному в щелочи, добавили пероксид водорода. Раствор приобрел желтый цвет, что может свидетельствовать об образовании хромата CrO42-: Cr3+ + 3H2O2 + NaOH → HCrO4 + 3H2O + Na+ жёлтый цвет3+ -3e → Cr6+ 31Red- +1e → O2- 1 3Ox Известно, что в кислой среде хроматы переходят в дихроматы. При добавлении избытка серной кислоты до кислой реакции среды появления оранжевой окраски, характерной для дихроматов, не наблюдается. CrO42- + 2H+ → Cr2O72- + H2O оранжевый цвет Следовательно, ионы хрома в образце отсутствуют. . Открытие Mn2+ проводят, используя реакцию окисления Mn2+ в MnO4-, имеющего малиновую окраску. Окисление проводим висмутатом натрия в кислой среде. Сначала готовим раствор висмутата натрия реакцией соли висмута с пероскидом водорода в щелочной среде: Bi(NO3)3 + H2O2 + 4NaOH → NaBiO3 + 3NaNO3 + 3H2O3+ -2e → Bi5+ 21Red- +1e → O2- 1 2Ox Затем приливаем концентрированную азотную кислоту (pH=3) и полученный раствор добавляем к раствору образца. Должно произойти окисление иона Mn2+ до перманганат-иона: 2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14HNO3 → 2NaMnO4 + 4Bi(NO3)3 + Bi3+ + 3Na+ + 7H2O малиновый цвет Mn2+ -5e → Mn7+ 5 2Red Bi5+ +2e → Bi3+ 2 5Ox Окрашивания раствора в малиновый цвет не наблюдается. Наличие иона Mn2+ вызывает сомнения, его присутствие должно быть установлено в систематическом анализе. Результат по предварительному анализу. Возможно присутствуют: Pb2+, NH4+, K+. Отсутствуют: Cr3+, Ni2+, Co2+, Cu2+, Fe3+, Fe2+. Необходим повторный анализ: Mn2+, катионы III группы, Sn2+, Bi3+. Систематический анализ Для проведения систематического анализа приготовили отдельную порцию раствора образца, предварительно проведя квартование. . Отделение катионов II аналитической группы. В 1 мл раствора образца добавили по каплям концентрированную HCl. Выпал осадок белого цвета, содержащий катионы II аналитической группы. Pb2+ + 2Cl- → PbCl2↓ Осадок отделили центрифугированием. Осадок 1Раствор 1 PbCl2Катионы I, III, IV, V и VI групп . Открытие ионов Pb2+ К осадку 1 добавляем дистиллированной воды и нагреваем до кипения, чтобы осадок растворился. Затем проводим реакцию «золотого дождя». Приливаем к раствору KJ, после чего выпадает мутный желтый осадок. Pb2+ + 2I- → PbI2↓ Затем добавляем немного уксусной кислоты и нагреваем до растворения осадка. Уксусная кислота необходима для предотвращения гидролиза, который происходит при смешивании соли свинца с водой: Pb2+ + H2O → PbOH+ + H+ При быстром охлаждении раствора получаются золотистые блестки иодида свинца. Следовательно, в образце содержатся катионы Pb2+. . Отделение катионов III аналитической группы К раствору 1 добавляем 1М серную кислоту при нагревании, затем охлаждаем. При наличии катионов III группы должен выпадать осадок сульфатов: Ca2+(Sr2+/Ba2+) + SO42- → CaSO4(SrSO4/BaSO4)↓ Осадок не выпадает, можно сделать вывод об отсутствии в образце катионов III аналитической группы (Ca2+, Ba2+, Sr2+). . Отделение катионов IV-VI групп К раствору 1 (содержит катионы I, IV, V, VI групп) добавляем по каплям концентрированный раствор аммиака до слабощелочной реакции (проверяем индикаторной бумагой). Образуются осадки гидроксидов (или основных солей) катионов IV-VI групп: Zn2+ + 2NH4OH → Zn(OH)2↓ + 2NH4+ Mg2+ + 2NH4OH → Mg(OH)2↓ + 2NH4+2+ + NH4OH + Cl- → CdOHCl↓ + NH4+ Осадок отделяем центрифугированием. Получаем: Раствор 2 Осадок 2 Катионы I группы Катионы IV-VI групп (гидроксиды и основные соли) Катионы первой группы были обнаружены в предварительном анализе. Наличие катионов аммония было установлено качественной реакцией с реактивом Несслера. Катионы натрия, при их наличии, хорошо видно при прокаливании над пламенем горелки: пламя окрашивается в ярко-желтый цвет. В предварительном анализе подобного окрашивания не наблюдалось, следовательно ионы натрия в смеси отсутствуют. Ионы калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет, что отчетливо наблюдалось в предварительном анализе. Чтобы полностью убедиться в их наличии, проведем качественную реакцию на калий с кобальтинитритом натрия Na3[Co(NO2)6]. При наличии ионов калия должен образоваться желтый кристаллический осадок: 2K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- → K2Na[Co(NO2)6]↓ Для проведения реакции добавляем в раствор 2 уксусную кислоту 1М до кислой реакции среды, затем приливаем раствор кобальтинитрита натрия. Наблюдается образование желтого осадка, что свидетельствует о наличии в смеси ионов калия. Переходим к анализу осадка 2, содержащего ионы IV-VI групп, а именно: IV группы - Zn2+, Al3+, Sn2+ (Cr3+ отброшен в ходе предварительного анализа и осмотра образца); V группы - Mg2+, Mn2+, Bi3+ (Fe2+ и Fe3+ были отброшены в ходе предварительного анализа); VI группы - Cd2+ (Cu2+, Co2+ и Ni2+ были отброшены в ходе осмотра образца). . Отделение катионов IV группы К осадку 2 добавляем 3%-ный раствор пероксида водорода в щелочной среде. Нагреваем до кипячения и наблюдаем бурное выделение газа. Кипятим до тех пор, пока газ не перестает выделяться, чтобы избавиться от избытка пероксида. Наблюдаем выпадение темно-коричневого осадка. Т.к. гидроксиды алюминия и цинка обладают амфотерными свойствами, они вступают реакции со щелочью, образуя растворимые алюминат и цинкат натрия: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O Zn(OH)2 + 2OH- → ZnO22- + 2H2O Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O(OH)3 + OH- → AlO2- + 2H2O Гидроксид олова в окисляется пероксидом водорода, образуя станнат(IV) натрия: Sn(OH)2 + H2O2 + 2NaOH → Na2SnO3 + 3H2O2+ -2e → Sn4+ 2 1Red- +1e → O2- 1 2Ox(OH)2 + H2O2 + 2OH- → SnO32- + 3H2O Нерастворимые осадки гидроксидов катионов V-VI групп отделяем центрифугированием. Получаем: Осадок 3 Раствор 3 Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3, Cd(OH)2AlO2-, ZnO22-, SnO32- . Отделение ионов Al3+ и Sn(IV) в виде гидроксидов К раствору 3 добавляем небольшими порциями кристаллический NH4Cl и упариваем до небольшого объема. AlO2- + NH4Cl + H2O → Al(OH)3↓+ NH3↑ +Cl-33- + 2NH4Cl + H2O → Sn(OH)4↓ + 2NH3↑ + 2Cl-22- + 4NH4Cl → [Zn(NH3)4]2+ + 2H2O + 4Cl- При этом образуются осадки гидроксидов алюминия и олова(IV), ионы цинка же остаются в растворе в виде образовавшегося аммиачного комплекса, хорошо растворимого в воде. Осадок отделяем центрифугированием, получаем: Осадок 4 Раствор 4 Al(OH)3, Sn(OH)4 [Zn(NH3)4]2+ . Открытие ионов Al3+ и Sn4+ Осадок 4 обрабатываем 2М раствором HCl. При этом осадок растворяется: Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + H2O Sn(OH)4 + 6HCl → [SnCl6]2- + 4H2O + 2H+ Делим раствор на две части, в первой обнаруживаем ионы алюминия. Приливаем 25%-ный раствор аммиака и добавляем несколько капель ализарина. Если в растворе присутствуют катионы Al3+, то будет наблюдаться образование осадка ярко-красного цвета (ализариновый лак): Однако изменения цвета раствора не наблюдалось, что свидетельствует об отсутствии в смеси ионов алюминия. Во второй части раствора обнаруживаем ионы олова. Для этого их предварительно восстанавливаем до Sn2+ металлическим железом. [SnCl6]2- + Fe0 → Sn2+ + 6Cl- + Fe2+ Fe0 - 2e → Fe2+ 2 1Red4+ +2e → Sn2+ 2 1Ox Затем в отдельную пробирку берем порцию раствора с ионами Sn2+ и приливаем несколько капель свежеприготовленного висмутата натрия. Если катионы олова имеются в растворе, то произойдет их окисление с восстановлением металлического висмута: 3Sn2+ + 2NaBiO2 + 10NaOH → 2Bi↓ + 3Na2SnO3 + 5H2O + 6Na+3+ +3e → Bi0 3 2Ox2+ -2e → Sn4+ 2 3Red Однако образования черного осадка не наблюдается, что подтверждает отсутствие ионов олова в смеси. . Обнаружение ионов Zn2+ К раствору 4 добавляем несколько капель насыщенного раствора карбоната натрия и нагреваем до полного удаления аммиака. [Zn(NH3)4]2+ + Na2CO3 + H2O → 2Na+ + Zn(OH)2↓ + 4NH3↑ + CO2↑ После центрифугирования получаем белый осадок гидроксида цинка, полученный раствор не исследуется. К осадку добавляем дитизон. В присутствии ионов цинка должно наблюдаться ярко-красное окрашивание раствора: ярко-красный Однако изменения цвета раствора не произошло, что свидетельствует об отсутствии ионов цинка в смеси. . Отделение катионов V группы от катионов VI группы К осадку 3, предположительно содержащему гидроксиды Mg2+, Mn2+, Bi3+ и Cd2+, добавляем концентрированный раствор аммиака. При этом гидроксид кадмия растворяется, переходя в аммиакат: Cd(OH)2 + 4NH4OH → [Cd(NH3)4]2+ + 4H2O Полученный раствор отделяем центрифугированием. Осадок 5 Раствор 5 Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3 [Cd(NH3)4]2+ 10. Обнаружение ионов Cd2+ Разрушаем аммиакат реакцией раствора 5 с серной кислотой при нагревании: [Cd(NH3)4]2+ + SO42- → Cd2+ + 4NH3↑ + SO42- Приливаем еще концентрированного раствора серной кислоты до pH<1, затем добавляем по каплям раствор Na2S. Наблюдаем осаждение желтый осадка сульфида кадмия: Cd2+ + S2- → CdS↓ Реакция свидетельствует о наличии в смеси ионов кадмия. . Отделение и обнаружение ионов Mg2+ К осадку 5 добавляем 2М раствор NH4Cl и пероксид водорода, при этом гидроксид магния переходит в раствор: Mg(OH)2 + NH4Cl → Mg2+ + NH4OH + Cl- Полученную смесь центрифугируем. Осадок 6 Раствор 6 Mn(OH)2, Bi(OH)3Mg2+ В растворе 6 обнаруживаем катион магния по реакции с 8-оксихинолином. желто-зеленый осадок Образование желто-зеленого мутного раствора свидетельствует о наличии в смеси ионов Mg2+. . Обнаружение ионов Mn2+ Обрабатываем осадок 6 раствором HNO3 с концентрированным раствором пероксида водорода. При этом происходит окисление иона марганца(II) в марганец (IV): Mn(OH)2 + 2H2O2 + 2H+ → Mn(OH)4↓ + 2H2O В то время как катионы висмута переходят в раствор: Bi(OH)3 + 3HNO3 → Bi(NO3)3 + 3H2O(OH)3 + 3H+ → Bi3+ + 3H2O Смесь центрифугируем, получаем: Осадок 7 Раствор 7 Mn(OH)4 Bi(NO3)3 Для обнаружения катионов марганца в осадке 7 используется реакция их окисления до перманганат-иона, имеющего малиновую окраску. Окисление проводим свежеприготовленным раствором висмутата натрия с добавлением азотной кислоты: 2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14HNO3 → 2NaMnO4 + 4Bi(NO3)3 + Bi3+ + 3Na+ + 7H2O малиновый цвет Mn2+ -5e → Mn7+ 5 2Red Bi5+ +2e → Bi3+ 2 5Ox Наблюдается образование бледно-малинового раствора, что свидетельствует о присутствии в смеси ионов марганца. . Обнаружение ионов Bi3+ К раствору 7 добавляем свежеприготовленный станнит натрия. При наличии ионов висмута должен образоваться черный осадок металлического висмута: 2Bi3+ + 3Na2SnO2 + 6NaOH → 2Bi↓ + 3Na2SnO3 + 3H2O + 6Na+3+ +3e → Bi0 3 2Ox2+ -2e → Sn4+ 2 3Red Однако осадок не наблюдается, следовательно, соли висмута в образце отсутствуют. Заключение В результате проведенной контрольной работы была освоена методика систематического анализа смеси катионов различных аналитических групп. Был проведен осмотр образца, после чего были сделаны выводы об отсутствии в нем солей цветных катионов; был освоен метод квартования в качестве способа подготовки образца к качественному анализу. Затем был проведен предварительный анализ образца, в ходе которого были открыты некоторые катионы, определение которых возможно в присутствии других групп. Так были открыты NH4+ и K+. В ходе систематического анализа проводилось раздельное определение каждого катиона на основании свойств групп и индивидуальных качественных реакций. В результате были обнаружены 6 катионов. Обнаруженные катионы: NH4+, K+, Pb2+, Mn2+, Cd2+, Mg2+. Скачать архив (45.3 Kb) Схожие материалы: |
| Всего комментариев: 0 | |