Занятие Введение в аналитическую химию
Вид материала | Документы |
- М. В. Ломоносова = Химическийфакульте т С. С. Бердоносов введение в химию методическое, 1551.63kb.
- М. В. Ломоносова = Химическийфакульте т С. С. Бердоносов введение в химию методическое, 1619.27kb.
- Психоаналитическая литература, список книг по психоанализу, 290.5kb.
- «Введение в ядерную химию», 89.7kb.
- Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 2011 г. Рабочая программа, 125.38kb.
- Рабочая программа курса «Введение в химию.», 170.33kb.
- План лекций по биоорганической химии для студентов 1 курса специальности «Стоматология», 62.9kb.
- План лекций по биоорганической химии для студентов 1 курса специальности «Лечебное, 69.47kb.
- Занятие 1 «введение в работу клуба», 498.05kb.
- Международное гуманитарное право. Вводное занятие, 62.07kb.
2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Sr2+.
РЕАКЦИЯ 2.1. НАТРИЯ КАРБОНАТ Na2СО3 образует с солями стронция белый осадок:
Sr(NO3)2 + Na2CO3 SrCO3 + 2HNO3
Выпавший осадок растворяется в кислотах.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора стронция нитрата прибавляют 3-5 капель раствора натрия карбоната. Выпадает белый кристаллический осадок, растворяющийся от прибавления 1 мл кислоты хлороводородной, азотной или уксусной.
РЕАКЦИЯ 2.2. ПРОБА НА ПЛАМЯ. Соль стронция, внесённая в бесцветное пламя, окрашивает его в карминово-красный цвет.
ХОД ОПЫТА. На предварительно прокалённой графитовой палочке в бесцветное пламя горелки вносят раствор соли стронция. Пламя окрашивается в карминово-красный цвет.
РЕАКЦИЯ 2.3. РОДИЗОНАТ НАТРИЯ в нейтральной среде образует с солями стронция осадок бурого цвета:
Реакция проводится капельно на фильтровальной бумаге. В отличие от бария реакций идёт в присутствии калия хромата.
ХОД ОПЫТА. На фильтровальную бумагу наносят по 1-2 капле раствора соли стронция и родизоната натрия. Наблюдается появление красно-бурого окрашивания, исчезающего от прибавления капли раствора кислоты хлороводородной.
Сделайте вывод об условиях открытия катиона Sr2+ по вышеприведённым реакциям.
3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Ba2+.
РЕАКЦИЯ 3.1. НАТРИЯ КАРБОНАТ Na2СО3 образует с солями бария, аналогично стронцию, белый осадок:
Ва(NO3)2 + Na2CO3 ВаCO3 + 2HNO3
Выпавший осадок растворяется в кислотах.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора бария нитрата прибавляют 3-5 капель раствора натрия карбоната. Выпадает белый кристаллический осадок, растворяющийся от прибавления 1 мл кислоты хлороводородной или уксусной.
РЕАКЦИЯ 3.2. ПРОБА НА ПЛАМЯ. Соль бария, внесённая в бесцветное пламя, окрашивает его в жёлто-зелёный цвет.
ХОД ОПЫТА. На предварительно прокалённой графитовой палочке в бесцветное пламя горелки вносят раствор соли бария. Пламя окрашивается в жёлто-зелёный цвет.
РЕАКЦИЯ 3.3. РОДИЗОНАТ НАТРИЯ в нейтральной среде образует с солями бария красно-бурый осадок:
Реакция проводится капельно на фильтровальной бумаге. После прибавления кислоты хлороводородной окраска переходит в красную.
ХОД ОПЫТА. На фильтровальную бумагу наносят по 1-2 капле раствора соли бария и родизоната натрия. Наблюдается появление красно-бурого окрашивания. От прибавления капли раствора кислоты хлороводородной окраска изменяется на красную.
РЕАКЦИЯ 3.4. КАЛИЯ ХРОМАТ К2CrO4 образует с раcтворами солей бария жёлтый кристаллический осадок:
Ва(NO3)2 + K2CrO4 ВаCrO4 + 2КNO3.
Осадок растворим в сильных кислотах, нерастворим в кислоте уксусной (отличие от стронция и кальция).
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора бария нитрата прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает кристаллический осадок жёлтого цвета. При добавлении к раствору 5 капель кислоты азотной осадок растворяется.
Сделайте вывод об условиях открытия катиона Ва2+ по вышеприведённым реакциям.
4. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Сa2+.
РЕАКЦИЯ 4.1. НАТРИЯ КАРБОНАТ Na2СО3 образует с солями кальция белый осадок:
Са(NO3)2 + Na2CO3 СаCO3 + 2HNO3
Выпавший осадок растворяется в кислотах.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора кальция хлорида прибавляют 3-5 капель раствора натрия карбоната. Выпадает белый кристаллический осадок, растворяющийся от прибавления 1 мл кислоты хлороводородной или уксусной.
РЕАКЦИЯ 4.2. ПРОБА НА ПЛАМЯ. Соль кальция, внесённая в бесцветное пламя, окрашивает его в кирпично-красный цвет.
ХОД ОПЫТА. На предварительно прокалённой графитовой палочке в бесцветное пламя горелки вносят раствор соли кальция. Пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.
РЕАКЦИЯ 4.3. РОДИЗОНАТ НАТРИЯ образует с солями кальция фиолетовый осадок в щелочной среде:
Реакция проводится капельно на фильтровальной бумаге.
ХОД ОПЫТА. На фильтровальную бумагу наносят по 1-2 капле раствора соли кальция, натрия гидроксида и родизоната натрия. Наблюдается появление фиолетового окрашивания. Барий и стронций не реагируют с родизонатом натрия в щелочной среде.
РЕАКЦИЯ 4.4. АММОНИЯ ОКСАЛАТ (NH4)3C2O4 образует с раcтворами солей кальция белый кристаллический осадок:
СаСl2 + (NH4)2C2O4 CаC2O4 + 2NH4Сl.
Осадок растворим в сильных кислотах, нерастворим в щелочах и в кислоте уксусной (отличие от стронция и кальция).
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора кальция хлорида прибавляют 3-5 капель раствора аммония оксалата. Выпадает кристаллический осадок белого цвета. При добавлении к раствору 5 капель кислоты уксусной осадок не растворяется, а прибавление кислоты азотной приводит к растворению осадка.
Сделайте вывод об условиях открытия катиона Са2+ по вышеприведённым реакциям.
Обобщите данные обо всех изученных частных реакциях и сделайте заключение об особенностях анализа катионов третьей группы.
5. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ.
ХОД АНАЛИЗА.
Для выделения катионов третьей группы из раствора, содержащего катионы различных групп, кроме второй, к нему прибавляют кислоту серную. Для увеличения полноты осаждения к раствору прибавляют спирт этиловый. Осадок сульфатов катионов третьей группы отфильтровывают, промывают, проверяя полноту осаждения реакцией с кислотой серной и переводят в карбонаты, многократно обрабатывая горячим раствором натрия карбоната.
Образовавшиеся осадки растворяют в кислоте уксусной и проводят осаждение хроматом калия в присутствии с натрия ацетатом. Барий переходит в осадок в виде хромата.
КАТИОН Ва2+ открывают по реакции 3.4.
Из фильтрата осаждают стронций под действием аммония сульфата (кальций при этом растворяется с образованием комплекса) или гипсовой воды.
КАТИОН Sr2+ открывают по реакции 1.2 или 2.2.
Кальций обнаруживают по реакции с аммония оксалатом.
КАТИОН Са2+ открывают по реакции 4.4.
Занятие 5. ЧЕТВЁРТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ.
Вопросы для самоподготовки:
1. Амфотерность свойств гидроксидов катионов р-элементов и d-элементов и использование этого в химическом анализе.
2. Катионы, входящие в состав четвёртой аналитической группы, их свойства.
3. Групповой реактив на катионы четвёртой аналитической группы, химизм протекающих реакций.
4. Особенности проведения реакции катионов четвёртой аналитической группы с групповым реактивом.
5. Частные реакции, используемые для идентификации катионов четвёртой аналитической группы.
6. Гидролиз солей. Использование явления гидролиза в химическом анализе.
Реактивы
-раствор цинка хлорида -раствор натрия гидроксида. -раствор алюминия хлорида -раствор хрома (III) хлорида -раствор олова (II) хлорида -раствор олова (IV) хлорида -раствор водорода перекиси -раствор кислоты серной -0,1 М раствор калия перманганата -изоамиловый спирт | -раствор аммония гидроксида -раствор натрия сульфида -хлороформный раствор дитизона -раствор кобальта нитрата -раствор гексацианоферрата (II) калия -раствор ализарина -раствор ртути (II) нитрата -раствор висмута (III) нитрата -сероводородная вода |
1. ОБЩИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЧЕТВЁРТОЙ ГРУППЫ
К четвёртой аналитической группе катионов относятся катионы Sn2+, Sn4+, Cr3+, Al3+, Zn2+, As3+, As5+.
Групповым реактивом на катионы этой группы является раствор едкой щёлочи (NaOH или КОН), осаждающий их из раствора. Избыток группового реактива в силу амфотерности образовавшихся гидроксидов растворяет выпавший осадок. Катионы V и VI групп при этом остаются в осадке.
Осадки гидроксидов катионов IV группы также растворимы в кислотах.
РЕАКЦИЯ 1.1. ЦИНК под действием гидроксида натрия (или калия) образует белый осадок:
ZnCl2 + 2NaOH Zn(OH)2 + 2NaCl.
Образовавшийся осадок растворяется при последующем прибавлении избытка реактива с образованием цинката натрия:
Zn(OH)2 + 2NaOH Na2ZnO2 + 2H2O.
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора цинка хлорида и прибавляют 3-5 капель раствора натрия гидроксида. Выпадает белый осадок. При последующем прибавлении избытка щёлочи осадок растворяется.
РЕАКЦИЯ 1.2. АЛЮМИНИЙ под действием гидроксида натрия (или калия) образует белый аморфный осадок:
AlCl3 + 3NaOH Al(OH)3 + 3NaCl.
Образовавшийся осадок растворяется при последующем прибавлении избытка реактива с образованием комплексной соли:
Al(OH)3 + 3NaOH Na3[Al(OH)6],
а последняя разлагается с образованием метаалюмината:
Na3[Al(OH)6] NaAlO2 + 2H2O + 2NaOH.
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора алюминия хлорида и прибавляют 3-5 капель раствора натрия гидроксида. Выпадает белый аморфный осадок. При прибавлении избытка щёлочи осадок растворяется.
РЕАКЦИЯ 1.3. ХРОМ под действием гидроксида натрия (или калия) образует зелёный осадок:
CrCl3 + 3NaOH Cr(OH)3 + 3NaCl.
Образовавшийся осадок растворяется при последующем прибавлении избытка реактива:
Cr(OH)3 + NaOH NaCrO2 + 2H2O.
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора соли хрома (III) и прибавляют 3-5 капель раствора натрия гидроксида. Выпадает зелёный осадок, растворяющийся при прибавлении избытка щёлочи.
РЕАКЦИЯ 1.4. ОЛОВО (II) и (IV) под действием гидроксида натрия (или калия) образует белый осадок:
SnCl2 + 2NaOH Sn(OH)2 + 2NaCl
SnCl4 + 4NaOH + 2H2O H2[Sn(OH)6].
Образовавшиеся осадки растворяются в избытке реактива:
Sn(OH)2 + 2NaOH Na2SnO2 + 2H2O
H2[Sn(OH)6] + 2NaOH Na2[Sn(OH)6] + 2H2O.
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают по 3-5 капель раствора олова (II) и олова (IV) и прибавляют по 3-5 капель раствора натрия гидроксида. Выпадает белые осадки, растворяющиеся при прибавлении избытка щёлочи.
Сделайте вывод об условиях разделения и открытия катионов четвёртой группы по вышеприведённым реакциям.
2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Сr3+.
РЕАКЦИЯ 2.1. ОКИСЛИТЕЛИ: а) пероксид водорода Н2О2 в щелочной среде или б) перманганат калия KMnO4 в кислой среде переводят катион хрома (III) в хромат (жёлтого цвета) или дихромат (оранжевого цвета) соответственно:
Сr2(SO4)3 + 3H2O2 + 10NaOH 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 8H2O.
Сr2(SO4)3 + 6КMnO4 + 11H2O 5H2Cr2O7 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 6H2SO4.
ХОД ОПЫТА. а) к 3-5 каплям раствора соли хрома (III) прибавляют по каплям раствор натрия гидроксида до растворения образующегося зелёного осадка. Прибавляют 5 капель раствора водорода перекиси и слегка подогревают на водяной бане. Наблюдается переход зелёной окраски раствора в жёлтую.
б) после прибавления к 3-5 каплям раствора соли хрома (III) такого же количества раствора кислоты серной и 10 капель 0,1 моль/л раствора калия перманганата и нагревания на водяной бане в течение нескольких минут наблюдается переход малиновой окраски раствора в оранжевую.
РЕАКЦИЯ 2.2. ПОЛУЧЕНИЕ НАДХРОМОВЫХ КИСЛОТ. При окислении соли хрома (III) перекисью водорода или персульфатом аммония в щелочной среде после добавления кислоты серной происходит образование надхромовых кислот, экстрагирующихся в эфир или изоамиловый спирт:
Сr2(SO4)3 + 3H2O2 + 10NaOH 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 8H2O
2Na2CrO4 + H2SO4 Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
Na2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 2H2CrO6 + Na2SO4 + 3H2O.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора соли хрома (III) прибавляют по каплям раствор натрия гидроксида до растворения образующегося зелёного осадка. Прибавляют 5 капель раствора водорода перекиси и слегка подогревают на водяной бане. Зелёная окраска раствора переходит в жёлтую. После подкисления раствора кислотой серной прибавляют 5-10 капель изоамилового спирта, 2-3 капли раствора перекиси водорода, взбалтывают. Слой органического растворителя окрашивается в ярко-синий цвет, а затем постепенно обесцвечивается.
Сделайте вывод об условиях открытия катиона Сr3+ по вышеприведённым реакциям.
3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Zn2+.
РЕАКЦИЯ 3.1. ГЕКСАЦИАНОФЕРРАТ (II) КАЛИЯ К4[Fe(СN)6] образует с солями цинка белый осадок (отличие от алюминия):
3Zn(NO3)2 + 2К4[Fe(СN)6] К2Zn3[Fe(СN)6]2 + 6KNO3
Выпавший осадок не растворяется в кислоте хлороводородной разведённой.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора соли цинка прибавляют 3-5 капель раствора гексацианоферрата (II) калия натрия карбоната. Выпадает белый осадок, не растворяющийся при прибавлении кислоты хлороводородной разведённой.
РЕАКЦИЯ 3.2. РАСТВОР АММИАКА NH4OH осаждает из растворов солей цинка белый осадок:
ZnCl2 + 2NН4OH Zn(OH)2 + 2NН4Cl.
Образовавшийся осадок растворяется при последующем прибавлении избытка реактива с образованием комплексного соединения:
Zn(OH)2 + 4NН4OH [Zn(NH3)4](OH)2 + 2H2O.
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора цинка хлорида и прибавляют 3-5 капель раствора аммония гидроксида. Выпадает белый осадок. При последующем прибавлении избытка реактива осадок растворяется.
РЕАКЦИЯ 3.3. СУЛЬФИД НАТРИЯ Na2S осаждает из водных растворов солей цинка белый осадок:
Zn(NO3)2 + Na2S ZnS + 2NaNO3
Полученный осадок не растворяется в кислоте уксусной и растворяется в кислоте хлороводородной разведённой:
ZnS + 2HCl ZnCl2 + H2S.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора соли цинка прибавляют 3-5 капель раствора натрия сульфида. Выпадает белый осадок, не растворяющийся в кислоте уксусной и растворяющийся в кислоте хлороводородной разведённой.
РЕАКЦИЯ 3.4. ДИТИЗОН (ДИФЕНИЛТИОКАРБАЗОН) (хлороформный раствор) образует с солями цинка комплекс, окрашивающий хлороформный слой в красный цвет:
ХОД ОПЫТА. К 1 мл раствора соли цинка прибавляют 0,5 мл хлороформного раствора дитизона, взбалтывают. После расслоения эмульсии хлороформный слой окрашивается в красный цвет.
РЕАКЦИЯ 3.5. С НИТРАТОМ КОБАЛЬТА Со(NO3)2 после смешивания с раcтвором соли цинка на фильтровальной бумаге и сжигания образуется зола, окрашенная в зелёный цвет (“зелень Ринмана”):
Zn(NO3)2 + Со(NO3)2 CoZnO2 + 4NO2 + O2.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора цинка нитрата, нанесённого на фильтровальную бумагу, прибавляют 3-5 капель раствора кобальта нитрата. Бумагу сжигают. В результате образуется зола, окрашенная в зелёный цвет.
Сделайте вывод об условиях открытия катиона Zn2+ по вышеприведённым реакциям.
4. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Al3+.
РЕАКЦИЯ 4.1. РАСТВОР АММИАКА NH4OH осаждает из растворов солей алюминия белый осадок:
AlCl3 + 3NН4OH Al(OH)3 + 3NН4Cl.
Образовавшийся осадок растворяется в щёлочи с образованием комплексного соединения, разлагающегося с выделением воды:
Al(OH)3 + 3NаOH Na3[Al(OH)6],
Na3[Al(OH)6] NaAlO2+ 2H2O + 2NаOH.
Образующийся алюминат гидролизуется в присутствии аммония хлорида:
NaAlO2+ 2H2O + NH4Cl Al(OH)3 + NН4OH + NaCl.
Реакция используется для отделения алюминия от других катионов, осаждаемых щелочами.
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора алюминия хлорида и прибавляют несколько (3-5) капель раствора аммония гидроксида. Выпадает белый осадок алюминия гидроксида. При последующем прибавлении к осадку избытка раствора натрия гидроксида осадок растворяется. Добавление к полученному раствору аммония хлорида и нагревание приводит к повторному выпадению осадка алюминия гидроксида.
РЕАКЦИЯ 4.2. НИТРАТ КОБАЛЬТА Со(NO3)2 после смешивания с раствором соли алюминия на фильтровальной бумаге (или в тигле) и сжигания образует золу, окрашенную в синий цвет (“тенарова синь”):
2Al2(SO4)3 + 2Со(NO3)2 2Co(AlO2)2 + 4NO2 + O2 + 6SO3.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора цинка нитрата, нанесённого на фильтровальную бумагу, прибавляют 3-5 капель раствора кобальта нитрата. Бумагу сжигают. В результате образуется зола, окрашенная в зелёный цвет.
РЕАКЦИЯ 4.3. АЛИЗАРИН образует с гидроксидом алюминия комплексное соединение ярко-красного цвета (алюминиевый лак):
Реакция проводится капельно на фильтровальной бумаге. Для маскировки мешающих ионов используют гексацианоферрат (II) калия. После этого пятно ализарината алюминия, смоченное водой расплывается по фильтровальной бумаге, другие катионы останутся в центре пятна.
ХОД ОПЫТА. На фильтровальную бумагу наносят 2-3 капли раствора соли алюминия. При обработке пятна парами аммиака и раствором ализарина наблюдается фиолетовая окраска пятна, исчезающая при высушивании, и розовая окраска периферии пятна, остающаяся после высушивания.
Сделайте вывод об условиях открытия катиона Al3+ по вышеприведённым реакциям.
5. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ Sn2+ и Sn4+.
РЕАКЦИЯ 5.1. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СОЛЕЙ ВИСМУТА (III) И РТУТИ (II) солями олова (II) в щелочной среде:
SnCl2 + 4NaOH Na2SnO2 + 2NaCl + 2H2O
Na2SnO2 + Hg(NO3)2 + 2NaOH Hg + Na2SnO3 + 2NaNO3 + H2O
3Na2SnO2 + 2Bi(NO3)3 + 6NaOH 2Bi + 3Na2SnO3 + 6NaNO3 + 3H2O.
Образуются чёрные осадки элементарной ртути или висмута.
Олово (IV) таких реакций не даёт, но после взаимодействия в кислой среде с металлическим магнием и железом восстанавливается до олова (II).
ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора олова (II) хлорида и прибавляют 5-7 капель раствора натрия гидроксида и 3-5 капель соли ртути (II) или висмута (III). Выпадает чёрный осадок элементарной ртути или висмута.
РЕАКЦИЯ 5.2. СУЛЬФИД АММОНИЯ (NН4)2S ИЛИ СЕРОВОДОРОДНАЯ ВОДА осаждают из растворов солей олова (II) тёмно-коричневый осадок:
SnCl2 + H2S SnS + 2HCl.
Осадок не растворяется в щелочи и избытке сульфида натрия.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора соли олова (II) прибавляют 3-5 капель сероводородной воды. Выпадает тёмно-коричневый осадок.
РЕАКЦИЯ 5.3. СЕРОВОДОРОДНАЯ ВОДА H2S осаждает из растворов солей олова (IV) жёлтый осадок:
SnCl4 + 2H2S SnS2 + 4HCl.
Полученный осадок растворяется в избытках кислоты хлороводородной концентрированной или натрия сульфида:
SnS2 + 6HCl H2[SnCl6] + 2H2S
SnS2 + (NH4)2S (NH4)2SnS3.
ХОД ОПЫТА. К 3-5 каплям раствора соли олова (IV) прибавляют 3-5 капель сероводородной воды. Выпадает жёлтый осадок, растворяющийся при прибавлении кислоты хлороводородной концентрированной.
Сделайте вывод об условиях открытия катионов Sn2+ и Sn4+ по вышеприведённым реакциям.
Обобщите данные обо всех изученных частных реакциях и сделайте заключение об особенностях анализа катионов четвёртой группы.