Реакції аніонів другої аналітичної групи аніонів

1. Груповим реактивом, який осаджує усі аніони другої аналітичної групи, є катіони срібла у вигляді AgNO₃.

Cl^– + Ag⁺ = AgCl ¯ – білий

Br^– + Ag⁺ = AgBr ¯ – блідо-жовтий

J^– + Ag⁺ = AgJ ¯ – світло-жовтий

Осади є солями сильних галогеноводневих кислот і тому вони не розчиняються у сильних кислотах (для випробування береться 2 М розчин HNO₃.). Аніони інших аналітичних груп утворюють з AgNO₃ білі осади Ag₂SO_3, AgNO₂, Ag₂СO₃, або жовтий Ag₃РO₄. Але ці осади є солями слабких кислот і розчиняються у сильній НNO₃.

Виконання: у тричисті пробіркі внести по 3 - 4 краплі розчину NаCl, NаBr і КJ, додати 1 - 2 краплі AgNO₃, перемішати і спотерігати утворення осадів відповідного кольору. Додати у кожну пробірку по 5 - 10 крапель 2 М розчину НNO₃, перемішувати деякий час і упевнитися, що осади не розчиняються.

2. Розчин аміаку (NH₄OH) зовсім не розчиняє осад AgJ, частково розчиняє AgBr і повностю розчиняє AgCl:

AgCl + 2 NH₄OH = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^– + 2H₂O

Утворюється безбарвний розчин, який знов мутніє, якщо нейтралізувати амоніак азотною (нітратною) килотою:

[Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^– + 2H⁺ = AgCl ¯ + 2NH₄⁺

Виконання: у чисту пробірку внести 1 - 2 краплі розчину NаCl, додати краплю розчину AgNO₃, перемішати і спостерігати утворення білого осаду AgCl. Додавати краплями 2 М розчин NH₄OH і перемішувати, поки осад не розчиниться. Утворюється безбарвний прозорий розчин. Додавати до нього 2 М розчин НNO₃ , поки знову не утвориться осад AgCl.

2. Хлорна вода (вільний хлор Cl₂ у водному розчині) не реагує з хлоридами, а броміди і йодиди окиснює до вільних брому і йоду:

2Cl^– + Cl₂ = – не реагує

2Br^– + Cl₂ = 2Cl^– + Br₂ – жовто-бурий

2J^– + Cl₂ = 2Cl^– + J₂ – червоно-фіолетовий

У водному середовищі розчини брому і йоду мають жовто-бурий колір, тому проводять екстракцію хлороформом (або бензолом) і одержують жовто-бурий (Br₂) і червоно-фіолетовий (J₂) екстракти. Таким чином за кольором екстракту можна впевнено визначати аніон другої аналітичної групи: жовто-бурий екстракт дає бромід, а червоно-фіолетовий – йодид. Безбарвний екстракт (або забарвлений вільним хлором у дуже слабкий жовто-зелений колір) утворюється у випадку хлориду або аніону іншої групи, який не взаємодіє з хлорною водою.

Виконання: у тричисті пробірки внести по 3 - 4 краплі розчину NаCl, NаBr і КJ (або невідомий розчин), додати у кожну 1 - 2 краплі 2 М розчину НCl або 2 н. H₂SO₄, 2 - 3 краплі хлорної води (або розчину хлораміну) і 3 - 4 краплі хлороформу. Закрити кожну пробірку і інтенсивно збовтати. Залишити у штативі до повного розшарування води і хлороформу. Хлороформ важчий за воду і утворює нижній шар, колір якого вказує на присутність аніону, який реагував з хлорною водою: жовто-бурий колір – це бромід, червоно-фіолетовий – йодид.

4. Нітрит KNO₂ (або NaNO₂) у кислому середовищі окиснює йодид на відміну від броміду і хлориду:

2J^– + 2 NO₂^– + 4H⁺ = 2NO­ + J₂¯ + 2H₂O

Виконання: проводиться як попередня реакція, тільки замість хлорної води додається розчин KNO₂ (або NaNO₂). Хлороформ забарвлюється у червоно-фіолетовий колір у присутності йодиду.

Реакції аніонів ІІІ аналітичної групи

Не має групового реактиву. Якщо групові реактиви першої та другої аналітичних груп не дають характерних осадів з невідомим розчином, потрібно з окремими порціями цього розчину виконати індивідуальні реакції на аніони третьої аналітичної групи у послідовності, яка наведена далі.

Аніон ацетату – CH₃COO^–

1. Сильні кислоти (2 н. розчин H₂SO₄) витісняють з ацетатів слабку оцтову кислоту. При обережному нагріванні можна відчути характерний запах:

CH₃COO^– + Н⁺ = CH₃COOН ­

Виконання: у чисту пробірку внести 3 - 4 краплі розчину CH₃COONа і додати 3 - 4 краплі 2 н. розчину H₂SO₄. Перемішати і обережно підігріти. Пара, яка виділяється з пробірки, має запах оцту.

2. Хлорид феруму (ІІІ) (FeCl₃) утворює з ацетатами ацетат феруму (ІІІ), який є сіллю слабкої кислоти і дуже слабкої основи, тому у водному розчині і катіон і аніон беруть участь у гідролізі, внаслідок якого утворюється основний ацетат феруму (ІІІ), що забарвлює розчин у червоно-бурий колір. При нагріванні гідроліз посилюється і випадає червоно-бурий осад.

Склад основних ацетатів феруму (ІІІ) залежить від умов проведення реакції, тому можна записати спрощений варіант реакції:

Fe³⁺ + 3CH₃COO^– + H₂O «CH₃COOH + FeOH(CH₃COO)₂

червоно-бурий розчин

t^o

FeOH(CH₃COO)₂ + H₂O = CH₃COOH­ + Fe(OH)₂CH₃COO¯

червоно-бурий осад

Виконання: у чисту прбірку внести 3 - 4 краплі розчину CH₃COONа і додати 1 - 2 краплі розчину FeCl₃, перемішати і спостерігати забарвлення розчину у червоно-бурий колір. Якщо обережно підгріти розчин майже до кипіння, можна спостерігати утворення червоно-бурого осаду і відчути запах оцту.

Йодид-іон окиснюється розчином FeCl₃ до вільного йоду J₂, який забарвлює водний розчин у червоно-бурий колір. Але при нагріванні такого розчину осад не виділяється і відчувається запах йоду, а не оцту.

Аніон нітриту – NО₂^–

1. Сильні кислоти витісняють з нітритів слабку азотисту (нітритну) кислоту, яка поступово розкладається:

2 NaNO₂ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HNO₂

2 НNO₂ ® H₂O + N₂O₃

N₂O₃ ® NO­ + NO₂ ­

При цьому виділяються оксиди азоту (нітрогену) NO і NO₂, які мають відповідний запах, а NO₂ – забарвлений у жовто-бурий колір.

Ефект реакції дуже слабкий, вона не використовується для відкриття нітриту, але реацію потрібно знати, тому що відкриття аніонів ІІІ аналітичної групи починається з реакції на ацетат-іон з H₂SO₄, Якщо замість запаху оцту відчувається запах оксидів азоту (нітрогену), можна зробити припущення про присутність нітриту. Але остаточний висновок можна зробити, тільки виконавши більш чутливу реакцію з KJ.

2. Йодид калію у кислому середовищі відновлює нітрити до NO, окиснюючись до вільного йоду:

2J^– + 2NO₂^– + 4H⁺ = 2NO­ + J₂¯ + 2H₂O

Виконання: у чисту прбірку внести 1 - 2 краплі розчину NaNO₂ (або КNO₂) додати 4 - 5 крапель 2 н. розчину H₂SO₄, і 2 - 3 краплі розчину KJ, перемішати. Спостерігати забарвлення розчину у червоно-бурий колір (інколи випадає сірий осад йоду). Додати 4 - 5 крапель хлороформу, щільно закрити і добре збовтати. Після розшарування спостерігати забарвлення хлороформного екстракту (нижній шар) у червоно-фіолетовий колір.

Ця реакція дає можливість відрізнити нітрит–іони - NO₂^– від нітрат-іонів NO₃^–, які не дають реакції з KJ.

Аніон нітрату - NO₃^–

Усім реакціям на нітрат, які наведені нижче, заважає нітрит, оскільки він дає такий самий ефект реакції. Тому перед відкриттям нітрату потрібно упевнитись, що у невідомому розчині відсутній нітрит (виконати наведену вище реакцію з KJ).

1. Металічна мідь (стружки) з 2 н. розчином H₂SO₄ не реагує, але якщо у розчині з‘являється нітрат, мідь починає розчинятися

3Cu + 2 NO₃^– + 8H⁺ = 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O

3Cu + 4H₂SO₄ + 2NaNO₃ = 3CuSO₄ + 2NO ­ + Na₂SO₄ + 4H₂O

Безбарвний розчин стає блакитним, виділяється NO, який має характерний запах і легко переходить у NO₂, що забарвлений у жовто-бурий колір.

2. Металічний алюміній (або цинк) у сильнолужному середовищі відновлює нітрат до амоніаку, який можна виявити за запахом або іншими методами:

NO₃^– + 4Zn + 7OH^– = NH₃­ + 4ZnO₂^2– + 2H₂O

3NO₃^– + 8Al + 21OH^– = 3NH₃­ + 8AlO₃^3– + 6H₂O

3. Реакція “бурого кільця”: до розчину, який містить нітрат, додають насичений розчин FeSO₄, перемішують і додають конценровану Н₂SO₄ по стінці пробірки так, щоб вона, не перемішуючись, зібралась у нижній частині пробірки. На межі розподілу двох шарів утворюється буре кільце – нестійка коплексна сполука [FeNO]SO₄ темно-бурого кольору:

NO₃^– + 3Fe²⁺ + 4H⁺ = 3Fe³⁺ + NO + 2H₂O

2NaNO₃ + 6FeSO₄ + 4H₂SO₄ = 2NO + 3Fe₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 8H₂O

NO + FeSO₄ = [FeNO]SO₄

Реакції пп. 1-3 найбільш специфічні для нітратів і тому їх потрібно знати, але у скороченому курсі якісного аналізу нітрати відкривають менш специфічною, але досить чутливою реакцією з дифеніламіном.

4. Дифеніламін (C₆H₅)₂NH у концентрованій H₂SO₄ дає з нітратами темно-сине забарвлення на стінках пробірки. Це перетворення (окиснення) відбувається і при дії інших окисників і може бути зображено схемою:

2С₆Н₅―NH―С₆Н₅ + окисник ® С₆Н₅―NH―С₆Н₄―С₆Н₄―NH―С₆Н₅

дифеніламін дифенілбензидин

С₆Н₅―NH―С₆Н₄―С₆Н₄―NH―С₆Н₅ + окисник ® С₆Н₅―N═С₆Н₄═С₆Н₄═N―С₆Н₅

дифенілбензидин дифенілбензидин фіолетовий

Виконання: у чисту пробірку внести 1 - 2 краплі розчину, що містить нітрат, і вилити. До того розчину, який залишився на стінках пробірки, додати розчин дифеніламіну у концентрованій H₂SO₄ (дуже обережно! Не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати темно-синє забарвлення на стінках пробірки.

Аналіз солей

У скороченому курсі якісного аналізу макро- та мікроелементів аналіз

невідомої речовини є аналізом простої солі, яка містить тільки один катіон та один аніон і розчинна у воді. Сіль видається у сухому вгляді у день виконання індивідуального завдання.

І. Підготовчі операції. Описати зовнішній вигляд солі (кристалічна форма, колір, гігроскопічність тощо) і приготувати її розчин у воді у співвідношенні 1:10. Для цього у чисту пробірку насипати частину виданої солі і долити 10 частин дистильованої води, перемішати скляною паличкою. Цією ж паличкою нанести краплину розчину солі на один край універсального індикаторного папірця (жовтого кольору), з іншого краю – краплину дистильованої води, у якій розчиняли сіль. Порівняти зі шкалою рН і визначити, як змінює розчинена сіль рН води. Зменшення рН вказує на гідроліз солі слабкої основи та сильної кислоти, збільшення – на гідроліз солі сильної основи і слабкої кислоти. Незначний гідроліз (незначну зміну рН) індикаторним папірцем визначити не можна.

Визначення рН розчину солі необхідно перед виконанням багатьох аналітичних реакцій, тому що вони протікають тільки у певному середовищі.

ІІ. Відкриття катіону солі. Спочатку відкривають аналітичну групу, а вже потім – сам катіон. Реакції виконують у чистих пробірках з невеликими порціями розчину солі.

1. Відкриття катіонів V групи: додати 2 М розчин НСІ. Утворення білого осаду вказує на присутність катіону V групи (Pb²⁺). З новою порцією розчину солі виконати реакцію на Pb²⁺ з KJ (“золотий дощ”) або з K₂CrO_4.

2. Відкриття катіонів IV групи. Якщо з НСІ білий осад не утворився, до того ж розчину додати ще НСІ і розчин Н₂S (має неприємний запах). Утворення темного осаду (CuS чорний, SnS коричневий) вказує на присутність катіону IV групи. З новою порцією розчину солі виконати реакції на Cu²⁺ з NH₄OH або K₄[Fe(CN)₆]. Якщо Cu²⁺ немає - на Sn²⁺ з HgCI₂ або з FeCI₃+K₃[Fe(CN)₆].

3. Відкриття катіонів ІІІ групи. Якщо з НСІ і Н₂S осаду не було, треба взяти у чисту пробірку нову порцію розчину солі і виконати реакцію з груповим реактивом ІІІ аналітичної групи катіонів: додати по 2 краплі розчинів NH₄CI та NH₄OH, 4 - 5 крапель розчину (NH₄)₂S. Утворення чорних осадів FeS, Fe₂S₃, CoS, NiS або тілесного MnS вказує на присутність катіону ІІІ групи. У чистих пробірках з новими порціями розчину солі виконати індивідуальні реакції на Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺ , Mn²⁺ та Ni²⁺.

4. Відкриття катіонів ІІ групи. Якщо з груповими реактивами на V, IV та ІІІ аналітичні групи осаду не було, з новою порцією розчину солі виконати реакцію з груповим реактивом ІІ аналітичної групи катіонів: додати по 2 краплі розчинів NH₄CI та NH₄OH, 4 - 5 крапель розчину (NH₄)₂CO₃. Утворення білого осаду вказує на присутність катіону ІІ групи. З новою порцією розчину солі виконати реакцію на Ва²⁺ з K₂Cr₂O₇. Якщо Ва²⁺ немає, виконати реакцію на Са²⁺ з (NH₄)₂C₂O₄.

5. Відкриття катіонів І групи. Якщо з груповим реактивами V, IV, III та ІІ груп осадів не було, в окремих порціях розчину солі відкривають катіони першої аналітичної групи у певній послідовності: NH₄⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺.

ІІІ. Відкриття аніону солі. Спочатку відкривають аналітичну групу, а потім – сам аніон. Не треба шукати аніони, які з уже відкритим катіоном утворюють нерозчинні у воді солі.

1. Відкриття І аналітичної групи аніонів. До нейтрального розчину солі додати ВаСІ₂ (або Ва(NО₃)₂). Утворення білого осаду (BaSO₄, BaSO₃, BaCO₃, Ba₃(PO₄)₂) вказує на присутність аніону І групи. Перевірити розчинність осаду у сильних кислотах - HCI або HNO₃. Нерозчинність у сильних кислотах вказує на присутність BaSO₄. Але аніон SO₄^2– може утворитися у розчині при окисненні SO₃^2–, тому з новою порцією розчину солі потрібно виконати реакцію на SO₃^2–. Якщо осад повністю розчиняється у сильних кислотах, потрібно шукати CO₃^2– або PO₄^3–.

Якщо розчин солі кислий (рН 4 - 5 і менше), після додавання ВаСІ₂ (якщо осад не випадає) додавати по краплині 2 M NH₄OH до нейтральної або слабколужної реакції розчину (рН більше 7). Якщо і у цьому випадку білий осад не випадає, аніонів І групи у розчині немає.

2. Відкриття аніонів ІІ аналітичної групи. До нової порції розчину солі додати 1 - 2 краплі AgNO₃. Утворення світлого осаду (AgCI - білий, AgBr - блідо-жовтий, AgJ - світло-жовтий) вказує на присутність аніону ІІ групи тільки у тому випадку, якщо цей осад не розчиняється у сильних кислотах (HNO₃ розведена). Додати до осаду 4 - 5 крапель 2 М HNO₃, перемішати, упевнитися у тому, що осад не розчинився (суміш не стає прозорою). З новою порцією розчину виконати реакцію з хлорною водою і визначити, який саме аніон ІІ групи входить до складу солі.

3. Відкриття аніонів ІІІ аналітичної групи. Якщо ні катіони Ва²⁺, ні катіони Ag⁺у відповідних умовах не осаджують аніон солі, він належить до ІІІ групи. З окремими порціями розчину солі виконати реакції на СН₃СОО^–, NO₂^– і тільки потім – на NO₃^– - іони.

Визначивши катіон і аніон солі, скласти звіт про роботу і записати відповідь – формулу солі.

Література

1. Жаровський Ф.Т., Пилипенко А.Т., П‘ятницький І.В. Аналітична хімія. - К.:

Вища школа, 1969. - 560 с.

2. Алексеев В.Н. Курс химического качественного полумикроанализа. - М.:Химия, 1973. - 584 с.

3. Алемасова А.С., Зайцев В.М., Єнальєва Л.Я., Щепіна Н.Д., Гождзінський С.М. Аналітична хімія / Під ред. В.М. Зайцева. – Донецьк.: Ноулідж., 2010. – 410 с.

Контрольні запитання

1. У якій послідовності слід відкривати катіони першої аналітичної групи?

2. У якому середовищі проходить реакція Несслера?

3. Чим відрізняються сульфіди катіонів четвертої аналітичної групи від сульфідів катіонів третьої аналітичної групи і як це використовується у якісному аналізі?

4. Які іони відкривають за допомогою диметилгліоксиму і дифеніламіну?

5. До невідомого розчину додали розчин AgNO₃, утворився світлий осад. Що потрібно перевірити, шоб упевнитися в тому, що аніон належить до другої аналітичної групи?

6. Що таке маскування і як воно використовуєть ся в аналітичній хімії?

7. Що таке екстракція і в яких реакціях вона використовується?

8. Які аналітичні групи не мають групового реактиву?