Занятие Введение в аналитическую химию

Вид материалаДокументы

Содержание


2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Sr
Ход опыта.
3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Ba
Ход опыта.
Ход опыта.
4. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Сa
Ход опыта.
Ход опыта.
5. Анализ смеси катионов третьей группы.
1. Общие реакции катионов четвёртой группы
Ход опыта.
Ход опыта.
Ход опыта.
Ход опыта.
2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Сr
Ход опыта.
Ход опыта.
3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Zn
Ход опыта.
Ход опыта.
...
Полное содержание
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6

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.