Якісний хімічний аналіз

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота № 2

Якісний хімічний аналіз

1. Реакції катіонів ІІІ аналітичної групи

Груповий реактив (NH₄)₂S. Сульфід амонію (у слабколужному середовищі, яке створюється амонійною буферною сумішшю (NH₄Cl + NH₄OH) осаджує катіони третьої аналітичної групи у вигляді чорних осадів сульфідів, тільки Mn²⁺ дає сульфід жовто-рожевого (тілесного) кольору:

Fe²⁺ + S^2- = FeS - чорний

2Fe³⁺ + 3S^2- = Fe₂S₃ - чорний

Со²⁺ + S^2- = СоS - чорний

Mn²⁺ + S^2- = MnS - жовто-рожевий

Ni²⁺ + S^2- = NiS - чорний

Виконання: у п`ять пробірок взяти по 2-3 краплі солей феруму (ІІ) та феруму (ІІІ), кобальту, мангану(ІІ) та нікелю, додати у кожну 3 - 4 краплі NH₄Cl і 2 - 3 краплі NH₄OH, перемішати і спостерігати утворення проміжних продуктів: основних солей, гідроксидів, комплексних сполук з амоніаком. Додати у кожну пробірку 2 - 3 краплі розчину (NH₄)₂S, перемішати. Спостерігати утворення чорних осадів у всіх пробірках, крім однієї, де утворюється світлий осад.

За допомогою цієї реакції можна відкрити або відділити катіони третьої групи від катіонів першої та другої аналітичних груп. Катіони четвертої та п'ятої аналітичних груп також осаджуються у вигляді темнозабарвлених сульфідів і заважають цій реакції. Тому при аналізі невідомого розчину треба спочатку впевнитися, що в ньому відсутні катіони четвертої та п'ятої груп за допомогою НСl і сірководню, а вже потім відкривати третю аналітичну групу сульфідом амонію.

Груповий реактив дає можливості встановити, що у розчині є один або кілька катіонів третьої групи, а вже який саме - відкривають, виконуючи з окремими порціями невідомого розчину індивідуальні реакції катіонів третьої аналітичної групи у певній послідовності, яка наведена нижче.

Катіони феруму (ІІ) - Fe²⁺

1. Гексаціаноферат (ІІІ) калію K₃Fe(CN)₆ у присутності розведеної

НСl утворює з Fe²⁺ темно - синій осад, склад якого залежить від умов проведення реакції:

3Fe²⁺ + 2Fe(CN)₆^3- Fe₃Fe(CN)₆₂

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 - 2 краплі розведеної НСl, 2 - 3 краплі розчину солі феруму (ІІ) і додати 2 - 3 краплі K₃Fe(CN)₆ (не торкатися піпеткою стінок пробірки! ). Спостерігати утворення темно-синього осаду.

Катіони Fe³⁺ з цим реативом осаду не дають, але розчин набуває бурого забарвлення. Катіони Cо²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ утворюють осади бурого, червоного і жовто-бурого кольору, але вони не заважають реакції, тільки темно-синій осад Fe₃Fe(CN)₆₂ стає темно-зеленим або синьо-чорним.

Катіони феруму (ІІІ) - Fe³⁺

1. Гексаціаноферат (ІІ) калію К₄Fe(CN)₆ у присутності розведеної НСl дає з іонами Fe³⁺ темно - синій осад:

4Fe³⁺ + 3Fe(CN)₆^4- Fe ₄Fe(CN)₆₃,

склад якого залежить від умов проведення реакції.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 - 2 краплі розведеної НСl, 2 - 3 краплі розчину солі феруму (ІІІ) і додати 2 - 3 краплі K₄Fe(CN)₆ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення темно-синього осаду.

Катіони Cо²⁺, Mn²⁺, Ni ²⁺ дають з реактивом білий, зелений та світло - зелений осади, які не заважають спостерігати утворення темно - синього осаду. Якщо у невідомому розчині присутні катіони Fe²⁺, то вони дають з реактивом білий осад. Але внаслідок окиснення Fe²⁺ киснем повітря до Fe³⁺ у розчині, де є Fe²⁺ завжди буде невелика кількість Fe³⁺. Тому утворюється світло - синя суміш білого осаду Fe₂Fe(CN)₆ з невеликою кількістю темно - синього Fe₄Fe(CN)₆₃.

2. Роданід амонію NH₄SCN (тіоціанат амонію) у кислому середовищі утворює з катіонами Fe³⁺ розчинну комплексну сполуку криваво - червоного кольору:

Fe³⁺ + nSCN- Fe(SCN)_n^3-n, де n - від 1 до 6

Можлива зворотня реакція, тому треба додавати надлишок реактиву.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 - 2 краплі розчину солі феруму (ІІІ) (Fe(NO₃)₃ або FeCl₃), додати краплю розведеної HNO₃ і 4 - 5 крапель NH₄SCN. Спостерігати утворення криваво - червоної сполуки. Додати дистильованої води (до половини пробірки) і упевнитися, що утворюється не осад, а саме розчинна сполука червоного кольору.

Аніони роданіду витісняють молекули води з внутрішньої координаційної сфери катіонів феруму (ІІІ)

Fe(H₂O)₆³⁺ + 6SCN- Fe(SCN)₆^3- + 6H₂O

Але аніони, які мають більшу спорідненість до феруму (ІІІ), можуть витіснити роданід:

Fe(SCN)₆^3- + 6F- Fe F₆^3- + 6SCN-

При додаванні фториду натрію або фториду амонію червоний розчин знебарвлюється, ферум зв`язується у безбарвний фторидний комплекс. Ця реакція використовується для маскування феруму (ІІІ) при відкритті Со²⁺ за допомогою роданіду.

Катіони кобальту - Со²⁺

1. Роданід амонію NH₄SCN (тіоціанат амонію) утворює з іонами кобальту комплексну сполуку синього кольору:

Co(H₂O)₆²⁺ + 4SCN- Co(SCN)₄^2- + 6H₂O

у водному розчині катіони кобальту оточені шістьма молекулами води і мають рожевий колір, якщо ж навколо кобальту координуються чотири ліганди, такий комплекс набуває синього забарвлення. Роданід кобальту нестійкий і при розведенні розчину водою синє забарвлення зникає. Тому треба брати великий надлишок роданіду і екстрагувати продукт реакції неводним розчинником (аміловим спиртом), у якому немає конкуренції з боку молекул води. Екстракція стабілізує продукт реакції і підвищує її чутливість.

Виконання: у чисту пробірку взяти 2-3 краплі розчину солі кобальту (ІІ), і додати 4-5 крапель насиченого розчину NH₄SCN. Спостерігати поступову зміну рожевого забарвлення розчину на синє. Додати 5-6 крапель ізоамілового спирту, закрити пробірку і добре перемішати. При відстоюванні і розшаруванні спостерігати інтесивно синє забарвлення верхнього неводного шару.

Катіони феруму (ІІІ) утворюють з роданідом більш стійкий комплекс криваво-червоного кольору і заважають реакції на іон Со²⁺. При додаванні фториду натрію або амонію червоне забарвлення зникає, а синє залишається і його можна спостерігати. Ферум (ІІІ) залишається у розчин, але воно оточене фторидом - замасковане - і не взаємодіє з роданідом (див. попередню реакцію).

Таким чином, якщо у невідомому розчині, де вже відкритий ферум (ІІІ), потрібно відкрити кобальт (ІІ), реакцію проводять так: у чисту пробірку взяти 2-3 краплі задачі, додати 10 крапель NH₄SCN. 5-6 крапель амілового спирту і невелику кількість NaF або NH₄F. Збовтувати, поки червоне забарвлення зникне, як у нижньому водному, так і у верхньому неводному шарі. Якщо є Со²⁺, верхній шар амілового спирту забарвлюється у синій або синьо-зеленій колір.

Катіони мангану - Mn²⁺

1. Сильні окисники (вісмутат натрію, діоксид плюмбуму, персульфат амонію) у сильно кислому середовищі окислюють Mn²⁺ до MnO₄- і розчин набуває червоно-фіолетового (малинового) забарвлення

2Mn²⁺ + 5NaBiO₃ + 14H⁺ 2MnO₄- +5Bi³⁺ + 5Na⁺ + 7H₂O

2Mn²⁺ + 5PbO₂ + 4H⁺ 2MnO₄- +5Рb²⁺ + 2H₂O

2Mn²⁺ + 5S₂O₈^2- + 8H₂O 2MnO₄- +10SO₄^2- + 16H⁺

Надлишок Mn²⁺ заважає реакції , тому що він відновлює MnO₄- до MnO₂. Треба виконувати реакцію так, щоб надлишку Mn²⁺ не було.

Виконання: у чисту пробірку взяти не більше однієї краплі розчину солі марганцю (ІІ) додати 3 - 4 краплі 6н. HNО₃, перемішати і вилити. Те, що залишилось на стінках пробірки, змити у пробірку 6н. розчином HNО₃ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Додати невелику кількість коричневого порошку NaBiO₃, перемішати і почекати, поки надлишок NaBiO₃ осяде на дно. Розчин повинен набути червоно-фіолетового або малинового забарвлення. Якщо малинове забарвлення швидко зникає, а у розчині і на стінках з'являється коричнева муть, це означає , що концентрація Mn²⁺ усе ще занадто велика. Інші катіони не заважають цій реакції.

У лабораторії виконується тільки реакція з вісмутатом натрію. Вивчення реакцій з персульфатом амонію і діоксидом свинцю треба залишити як домашнє завдання для роботи з підручником. Які переваги має реакція з вісмутатом натрію?

Катіони нікелю - Ni²⁺

1. Диметилгліоксим (диметилдіоксим) у присутності амоніаку утворює з Ni²⁺ нерозчинну сполуку червоного (темно-рожевого) кольору.

Катіон нікелю взаємодіє з двома молекулами диметилгліоксиму і витісняє з кожної по одному іону водню, які потрібно зв`язати амоніаком (амоніак додається під час приготування розчину диметилгліоксиму), оскільки сильно кисле середовище заважає реакції. Утворюється міцна внутрішньо комплексна сполука (хелат), де іон нікелю оточений симетричним угрупуванням з атомів чотирьох оксимних груп.

Реакції заважають Fe³⁺ і Fe²⁺. Іон Fe³⁺ у слабо лужному (амоніачному) середовищі утворює бурий осад Fe(ОН)₃. Іон Fe²⁺ утворює з диметилгліоксимом сполуку брудно-червоного кольору. При поступовому окисненні Fe²⁺ до Fe³⁺ (киснем повітря) червоне забарвлення зникає, залишається буро-коричневе. Тому реакцію виконують на фільтрувальному папері у присутності фосфату, який зв`язує ферум (ІІІ).

Виконання: не капати, а тільки доторкнутися піпеткою з розчином Na₂HPO₄ до центру фільтрувального паперу і почекати, поки навколо піпетки утвориться кругла пляма. До центру цієї плями доторкнутися піпеткою з розчином, який може містити іони Ni²⁺ і почекати, поки попередня пляма почне збільшуватись. За межами цієї плями до сухого паперу доторкнутися піпеткою з розчином диметилгліоксиму і почекати, поки пляма розчину диметилгліоксиму, що буде утворюватись навколо піпетки, перетнеться з плямою невідомого розчину, де і повинен утворитися осад характерного кольору.

При такому виконанні реакції Fe³⁺ затримується фосфатом, що знаходиться у центрі плями, а Ni²⁺ та інші двовалентні іони виходять на периферію плями. Якщо у невідомому розчині є іон Ni²⁺, то на периферії плями з`являється червоне (темно-рожеве ) забарвлення. Якщо присутній також іон Fe²⁺, то забарвлення буде брудно-червоним. Тоді треба почекати, поки пляма висохне. Червоне забарвлення, яке диметил-гліоксим утворює з іоном Fe²⁺, зникає (стає світло - коричневим ), забарв лення з іоном Ni²⁺ залишається.

2. Реакції катіонів IV аналітичної групи

1. Груповий реактив H₂S. сірководень у сильно кислому середовищі (0,3 М HCl) осаджує (краще при нагріванні) катіони четвертої аналітичної групи у вигляді темно-забарвлених сульфідів:

Cu²⁺ + H₂S = 2H⁺ + CuS - чорний

Sn²⁺ + H₂S = 2H⁺ + SnS - темно-коричневий

Виконання: у одну пробірку взяти 2 - 3 краплі розчину солі купруму

(Cu(NO₃)₂, CuSO₄ або CuCl₂), в іншу додати 2 - 3 краплі розчину SnCl₂ (стоїть окремо), додати у кожну 2 краплі 2н. розчину HCl, нагріти і додати 5 - 10 крапель розчину H₂S. Спостерігати утворення чорного і темно-коричневого осадів.

За допомогою цієї реакції можна відкрити і відокремити катіони четвертої групи від катіонів 1 - 3 груп. Катіони п'ятої групи вже при додаванні HCl (без H₂S) осаджуються у вигляді хлоридів білого кольору. Склянку з розчином H₂S треба добре закривати, тому що він швидко втрачає сірководень. Такий розчин не дає характерних осадів, реакцію треба повторити зі свіжим розчином.

Осади CuS та SnS розчиняються тільки у кислотах - окисниках (HNO₃) при нагріванні. Колір осаду не може однозначно вказати на те, який саме катіон четвертої групи присутній у невідомому розчині, оскільки чорний сульфід купруму у деяких випадках (наприклад, без нагрівання) утворюється у колоїдному стані і має червоно-коричневий відтінок. Тому треба виконати з окремими порціями невідомого розчину індивідуальні реакції на Cu²⁺ і Sn²⁺.

Катіони купруму (ІІ) - Cu²⁺

1. Розчин аміаку (гідроксид амонію) NH₄OH спочатку осаджує основні солі блакитно-зеленого кольору, які розчиняються у надлишку реактиву з утворенням інтенсивно синього розчину комплексної сполуки купруму (ІІ) з амоніаком:

2CuSO₄ + 2NH₄OH = (CuOH)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄

(CuOH)₂SO₄ + (NH₄)SO₄ + 6NH₄OH = 2 Cu(NH₃)₄ SO₄ + 8H₂O

Саме утворення синього розчину, який містить комплексний катіон тетрамін-купруму, є характерною ознакою реакції. Малорозчинний гідроксид купруму також розчиняється у надлишку гідроксиду амонію:

Cu(OH)₂ + 4NH₄OH = Cu(NH₃)₄²⁺ + 2OH^- + 4H₂O

CuS у NH₄OH не розчиняється.

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 - 3 краплі розчину солі купруму (Cu(NO₃)₂, CuSO₄ або CuCl₂), і поступово додати 5 - 10 крапель NH₄OH, перемішуючи до повного розчинення осаду основних солей. Спостерігати утворення інтенсивно синього забарвлення розчину.

Так уж реакцію з NH₄OH дають іони Ni²⁺, які належать до третьої аналітичної групи. Помилка можлива, якщо при аналізі досліджуваного розчину спочатку неправильно визначити аналітичну групу, до якої належить катіон. Перевірка виконується за допомогою реакції п. 2.

2. Гексаціаноферат (ІІ) калію K₄Fe(CN)₆ утворює з катіоном купруму червоно-коричневий осад:

2Cu²⁺ + Fe(CN)₆^4- = Cu₂Fe(CN)₆

який не розчиняється у розведених кислотах, але розчиняється у NH₄OH.

При малій концентрації купруму (ІІ) осад не утворюється, але розчин забарвлюється у рожевий колір. Ця реакція на купрум (ІІ) більш чутлива, ніж реакція з аміаком.

Катіони стануму (ІІ) - Sn²⁺

Sn²⁺ є сильним відновником, легко окислюється до Sn (IV).

1. Хлорид меркурію (ІІ) HgCl₂ (безбарвний розчин) відновлюється розчином SnCl₂ спочатку до хлориду меркурію (І) Hg₂Cl₂, який дає білий осад (каломель):

2HgCl₂ + SnCl₂ = Hg₂Cl₂ + SnCl₄

При подальшому додаванні розчину SnCl₂ білий осад Hg₂Cl₂ починає темніти, відновлюючись до металічної ртуті:

Hg₂Cl₂ + SnCl₂ = 2Hg + SnCl₄

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю розчину солі Hg(NO₃)₂ (не плутати з Hg₂(NO₃)₂), додати 5 крапель 2 М розчину HCl, перемішати. Розчин повинен залишитись безбарвним. При поступовому додаванні 5 - 6 крапель розчину SnCl₂ випадає білий осад, який поступово темніє. Розчин солі меркурію (ІІ) дуже отруйний, тому реакцію потрібно виконувати дуже обережно, після неї добре помити руки.

2. Хлорид феруму (ІІІ) FeCl₃ з гексаціанофератом (ІІІ) калію

K₃Fe(CN)₆ дає жовто-бурий розчин. При додаванні SnCl₂ іон Fe³⁺ відновлюється до іона Fe²⁺ , який з K₃Fe(CN)₆ утворює темно-синій осад:

2Fe³⁺ + Sn²⁺ = 2Fe²⁺ + Sn⁴⁺

3Fe²⁺ + 2Fe(CN)₆^3- = Fe₃Fe(CN)₆₂

Виконання: у чисту пробірку взяти 5 - 10 крапль 2 М розчину HCl, краплю розчину FeCl₃ і 2 краплі розчину K₃Fe(CN)₆, перемішати. Спостерігати забарвлення розчину у жовто-бурий колір (без утворення осаду). Додати 2 - 3 краплі розчину SnCl₂ і спостерігати утворення темно-синього осаду.

Якщо осад утворюється перед додаванням SnCl₂, це означає, що реактиви забруднені: FeCl₃ має домішки Fe²⁺, або K₃Fe(CN)₆ має домішку K₄Fe(CN)₆. Дослід потрібно повторити з чистими реактивами.

реакція катіон сульфід осад

3. Реакції катіонів V аналітичної групи

1. Груповий реактив - 2 М розчин HCl - утворює з катіонами плюмбуму (ІІ) білий осад:

Pb²⁺ + 2Cl- = PbCl₂

Осад можна повністю розчинити при нагріванні (майже до кипіння).

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю розчину солі плюмбуму (ІІ)

(Pb(NO₃)₂ або Pb(CH₃COO)₂), і додати 4 - 5 крапель 2М розчину HCl. Спостерігати утворення білого осаду. Додати дистильованої води до 1/3 - 1/2 об`єму пробірки і нагріти майже до кипіння. Спостерігати розчинення осаду.

Перевірити присутність Pb²⁺ можна за допомогою індивідуальної реакції п. 2 (“золотий дощ”).

2. Йодид калію KJ осаджує катіони плюмбуму (ІІ) у вигляді яскраво-жовтого осаду

Pb²⁺ + 2J- = PbJ₂

Осад розчиняється при нагріванні, а при подальшому охолодженні знов випадає у вигляді характерних кристалів (“золотий дощ”).

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю розчину солі плюмбуму (ІІ)

(Pb(NO₃)₂ або Pb(CH₃COO)₂), додати 3 - 4 краплі KJ і спостерігати утворення жовтого осаду. Частину осаду відокремити у іншу пробірку, додати туди 10 крапель розчину KJ і до 1/3 об`єму пробірки 2М розчину CH₃COOН, обережно нагріти до повного розчинення осаду і залишити пробірку у штативі для охолодження. При поступовому охолодженні спостерігати утворення кристалів “золотого дощу”.

3. Хромат калію K₂ CrO₄ осаджує катіони Pb²⁺ у вигляді жовтого осаду

Pb²⁺ + CrO₄^2- = PbCrO₄

який, на відміну від ВаCrO₄, розчиняється у лугах.

Размещено на Allbest.ru