Т. Г. Кудырко, Е.В. Мальевская



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Т. Г. Кудырко, Е.В. Мальевская



Т. Г. Кудырко, Е.В. Мальевская

 

 

Химические методы

Разделения

И обнаружения

 

Методические указания к лабораторным работам по курсу

«Аналитическая химия и методы качественного анализа» для студентов химико-технологических специальностей.

 

 

Гродно 2006


УДК 543.061 (075.8)

ББК 24.4

Р 15

 

Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом университета

 

Рецензенты:

доцент кафедры химии ГГАУ,

 

Т.Г. Кудырко, Е.В. Мальевская

Химические методы разделения и обнаружения: Методические указания к лабораторным работам по курсу «Аналитическая химия и методы качественного анализа» для студентов химико-технологических специальностей /Т.Г. Кудырко, Е.В. Мальевская

– Гр.: ГГАУ, 2006. – с.

 

ISBN 985-434-345-6

 

В пособии рассматриваются общие вопросы качественного химического анализа, а также методы разделения и обнаружения катионов и анионов, имеющих наибольшее значение в химической технологии.

Предназначается для студентов химико-технологических специальностей.

 

 

УДК 543.061 (075.8)

ББК 24.4

 

© Т.Г. Кудырко, Е.В. Мальевская 2006

© Учреждение образования

«Гродненский государственный

ISBN 985-434-345-6Аграрный университет», 2006


ВВЕДЕНИЕ

Предмет, методы и задачи аналитической химии

Аналитическая химия – это наука о методах определения химического состава веществ. Предметом её является теория и практика химического анализа.

Химический анализ – это совокупность действий, которые имеют своей целью получение информации о химическом составе объекта. Для проведения анализа необходимо, чтобы вещество обладало аналитическими свойствами (признаками) – химическими или физическими свойствами, которые позволяют обнаружить вещество или определить его количество. К ним относятся цвет, запах, способность вещества образовывать окрашенные и малорастворимые соединения, газы при взаимодействии с определенными реагентами и т. д.

В зависимости от цели различают следующие виды химического анализа:

ü качественный (обнаружение компонентов пробы, или идентификация);

ü количественный (установление количества компонента в пробе).

Теоретические основы качественного и количественного анализа являются общими, в обоих видах анализа используются одни и те же химические реакции или физические явления. Различия заключаются в том, что в качественном анализе только фиксируют аналитический эффект или аналитическое свойство, а в количественном основное внимание уделяют измерению аналитического сигнала. Качественный анализ обычно предшествует количественному.

В зависимости от поставленной задачи методы аналитической химии классифицируются следующим образом:

ü методы обнаружения – используются для качественного анализа;

ü методы определения – используются для количественного опреде-ления веществ в пробе;

ü методы разделения – используются и в качественном, и в количественном анализе для выделения определяемого вещества и отделения мешающих анализу веществ.

Химический анализ широко используется на предприятиях химической промышленности для контроля хода технологического процесса, качества сырья и готовой продукции, промышленных отходов.


ОБЩИЕ ВОПРОСЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

Таблица 1

Сравнительная характеристика свойств
коллоидных растворов, истинных растворов и суспензий

Суспензия Коллоидный раствор Истинный раствор
размер частиц ³ 10–5 см размер частиц 10–5–10–7 см размер частиц £ 10–7 см
осаждение частиц происходит осаждение частиц не происходит
частицы задерживаются бумажным фильтром, центрифугируются частицы не задерживаются бумажным фильтром, не центрифугируются

 

Отсюда следует, что в случае коллоидообразования осадок не выпадает, его нельзя отделить от раствора фильтрованием или центрифугированием, в то время как большинство разделений в качественном анализе проводится именно с использованием реакций осаждения. Следовательно, коллоидообразование играет отрицательную роль в анализе и химику-аналитику необходимо предпринимать специальные меры с целью коагуляции коллоидных растворов.

Коагуляции способствуют:

1. наличие в растворе сильного электролита;

2. нагревание раствора;

3. перемешивание раствора.

Например, осаждение катионов III группы в виде сульфидов, которые склонны к образованию коллоидных растворов, ведут из горячих растворов при непрерывном перемешивании и в присутствии электролита-коагулятора NH4Cl.

Однако в ряде случаев коллоидообразование играет положительную роль в качественном анализе, т. к. при этом увеличивается чувствительность реакций и становится возможным обнаружение следовых количеств веществ. Например, малые количества иона NH4+ невозможно открыть реакцией со щёлочью, но можно обнаружить по жёлто-бурому окрашиванию коллоидного раствора, полученного при действии на пробу реактива Несслера.

Органические аналитические реагенты и их применение
в качественном анализе

Органические реагенты (ОР) – это органические соединения, вступающие в реакции с веществами неорганической или органической природы с образованием продуктов, обладающих аналитическими свойствами.

ОР широко используют в аналитической химии благодаря ряду их преимуществ перед неорганическими реагентами:

1) высокая избирательность действия. По этой причине многие ОР являются специфическими реагентами на неорганические ионы. Например, реактив Грисса является специфическим ОР на нитрит-ионы NO2;

2) высокая чувствительность реакций с участием ОР, что позволяет обнаружить вещество в очень малых концентрациях.

Высокая чувствительность и селективность органических реагентов обусловлены их высокой молярной массой, низкой растворимостью в воде комплексов органических реагентов с ионами металлов, а также интенсивной окраской таких комплексов.

В качественном анализе органические реагенты применяют для:

А) обнаружения с использованием реакций осаждения и реакций, протекающих с образованием окрашенных продуктов;

Б) маскирования мешающих ионов с целью подавления побочных реакций аналитического реагента с посторонними ионами, присутствующими в анализируемом растворе.

Обнаружение катионов и анионов осуществляется с помощью органических реагентов, образующих с открываемыми ионами комплексные соединения с интенсивной характерной окраской. Наиболее часто для этой цели используют ализарин (реагент на ион Al3+), дифенилкарбазид (реагент на ион Cr3+), диметилглиоксим (реагент на ион Ni2+), дитизон (реагент на ион Zn2+), дифениламин (реагент на ион NO3-) и др.

Маскирование проводят, используя органические комплексообразующие реагенты. Например, Fe3+ мешает определению никеля с диметилглиоксимом в аммиачных растворах из-за осаждения гидроксида Fe(ОН)3. Для маскирования ионов Fe3+ к анализируемому раствору добавляют винную, щавелевую или лимонную кислоту, которые связывают их в бесцветные растворимые комплексы.

Кроме органических реагентов, в качественном анализе применяют также органические растворители. Их используют для приготовления растворов органических реагентов и проведения экстракции. Например, раствор дитизона для обнаружения ионов Zn2+ готовят на хлороформе или четырёххлористом углероде. При экстракции вещество переходит из одной жидкой фазы (чаще всего – водного раствора) в другую (органическую), которая не смешивается с ней. Примером использования экстракции в качественном анализе является реакция обнаружения иодид-ионов:

2I + Cl2 = I2 + Cl.

Образовавшийся продукт реакции I2 плохо растворяется в воде, поэтому аналитический эффект реакции – появление жёлто-бурой окраски раствора выражен очень слабо. Однако если провести последующую экстракцию I2 в органическую фазу (хлороформ, бензол), то слой органического растворителя приобретает характерную для I2 интенсивную фиолетово-розовую окраску. Причина заключается в том, что неполярное вещество I2 лучше растворяется в неполярном органическом растворителе, чем в полярном (воде).

Лабораторная работа №1

«Качественные реакции на катионы I аналитической группы».

Общая характеристика

В I аналитическую группу входят катионы Na+, K+, NH4+, Mg2+.

Ионы Na+ и K+относятся к I группе Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Большинство солей катионов этой группы хорошо растворимо в воде. Главное отличие катионов I группырастворимость в воде их сульфидов, гидроксидов, карбонатов и хлоридов. Поэтому катионы I группы не осаждаются групповыми реагентами других групп, а остаются в растворе. Ионы магния, который находится во II группе Периодической системы элементов, по некоторым химическим свойствам ближе к катионам щелочных, а не щелочноземельных металлов. При осаждении II аналитической группы карбонатом аммония в присутствии NH4Cl ионы Mg2+ остаются в растворе.

Все катионы I аналитической группы бесцветны. Окраска некоторых солей обусловлена окраской анионов. Группового реагента, осаждающего все катионы I аналитической группы, нет.

 

Опыт 1. Характерные реакции на ион Na+

Описание 1. Микрокристаллоскопическая реакция с антимонатом калия.

Если в анализируемом раствореотсутствуют ионы NH4+ и Mg2+, то ионы Na+ открывают микрокристаллоскопической реакцией с антимонатом калия KH2SbO4. При этом в нейтральной среде образуется белый мелкокристаллический осадок антимоната натрия NaH2SbO4:

Na+ + KH2SbO4 → NaH2SbO4↓ + K+.

В сильнощелочной среде осадок не образуется, а из сильнокислых растворов выпадает белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты HSbO3, поэтому при рассмотрении под микроскопом необходимо убедиться в том, что полученный осадок – кристаллический. Реакцию проводят на холоду. Мешающие ионы – Li+, NH4+, Mg2+.

Описание 2. Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом.

КатионыNa+ открывают также микрокристаллоскопической реакцией с цинкуранилацетатом, образующим характерные жёлтые октаэдрические и тетраэдрические кристаллы натрийцинкуранилацетата, не растворимого в уксусной кислоте:

Na+ + Zn[(UO2)3(CH3COO)8] + CH3COO + 9H2O →

→ NaZn[(UO2)3(CH3COO)9]·9H2O .

Мешающие ионы – Li+, K+, NH4+, Mg2+.

На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего ионы натрия, и каплю уксуснокислого раствора цинкуранилацетатом. При облучении ультрофиолетовым светом наблюдают образование характерных кристаллов.

Описание 3. Окрашивание пламени.

Соли натрия окрашивают пламя в интенсивно-жёлтый цвет.

Опыт 2. Характерные реакции на ион K+

 

Описание1. Микрокристаллоскопическая реакция с гексанитрокупратом (II) натрия и свинца.

КатионыK+ в нейтральной среде образуют с гексанитрокупратом (II) натрия и свинца Na2Pb[Cu(NO2)6] чёрные кубические кристаллы K2Pb[Cu(NO2)6]:

2K+ + Na2Pb[Cu(NO2)6] → K2Pb[Cu(NO2)6] + 2Na+ .

На предметное стекло помещают 1 каплю раствора, содержащего ионы калия. Рядом помещают 1 каплю раствора K2Pb[Cu(NO2)6]. Стеклянной палочкой соединяют капли и дают постоять. Рассматривают под микроскопом образовавшиеся кристаллы.

Описание 2. Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия.

Ионы K+образуют с гексанитрокобальтатом (III) натрия жёлтый кристаллический осадок состава K2Na[PbCo(NO2)6]:

2K+ + Na3[Co(NO2)6] → K2Na[Co(NO2)6] + 2Na+ .

К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы калия, добавляют 2-3 капли раствора реагента и слегка нагревают в водяной бане. Образуется желтый осадок. Если раствор кислый, необходимо добавить СН3СООNa до рН 4-5.

Описание 3. Окрашивание пламени.

Соли калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет.

 

Опыт 3. Характерные реакции на ион NH4+

Описание 1. Реакция со щелочами.

В пробирку поместить 5-6 капель раствора соли аммония, добавить столько же раствора NaOH. Нагреть пробирку и выделяющиеся из пробирки пары внести мокрую фенолфталеиновую бумажку. Она краснеет. Обратите внимание на запах выделяющегося газа.

NH4Cl + NaOH =

NH4+ + OH → NH3↑ + H2O.

Описание 2.Реакция с реактивом Несслера.

К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы аммония, добавляют 1-2 капли реактив Несслера в щелочной среде образует с ионами аммония характерный красно-бурый (оранжевый)осадок:

NH4+ + 2K2[HgI4] + 4KOH → [OHg2NH2]I↓ + KCl + 7KI + 3H2O.

Если концентрация ионов NH4+ мала, осадок не выпадает, а раствор окрашивается в оранжевый цвет. Это наиболее специфическая реакция на ионы NH4+. Катионы I и II групп не мешают определению, т. к. образуют бесцветные гидроксиды.

 

Опыт 4. Характерные реакции на ион Mg2+

Описание 1. Реакции со щелочами и аммиаком.

К 1-2 каплям раствора, содержащего катионы Mg2+, прибавляют 1-2 капли гидроксида аммиака или натрия, образуется белый аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)2:

Mg2+ + 2OH→ Mg(OH)2↓.

Осадок не растворяется в щелочах, но растворяется в кислотах.

Описание 2. Реакция с гидрофосфатом натрия.

К 1-2 каплям раствора, содержащего катионы Mg2+, прибавляют 2-3 капли 2М раствора соляной кислоты, 1 каплю гидрофосфата натрия и при присутствии аммиачного буферного раствора (рН=9) выпадает белый мелкокристаллический осадок магнийаммонийфосфата NH4MgPO4:

Mg2+ + HPO42– + NH3 → NH4MgPO4↓.

Реакцию можно провести как микрокристаллоскопическую.

 

Методы разложения и удаления солей аммония

 

Ионы NH4+ мешают открытию ионов Na+ и K+, поэтому при проведении анализа поступают следующим образом:

─ сначала открывают ионы NH4+;

─ затем полностью удаляют ионы NH4+ (если обнаружены);

─ после полного удаления ионов NH4+ открывают Na+ и K+.

Существуют следующиеспособы удаления катионов NH4+:

1) анализируемый раствор, содержащий катионы аммония, подкисляют концентрированной азотной или соляной кислотой, досуха упаривают в фарфоровой чашке, а затем прокаливают сухой остаток до полного удаления NH4+. Полноту удаления контролируют качественной реакцией с реактивом Несслера;

2) к анализируемому раствору добавляют раствор щёлочи с последующим нагреванием до полного удаления NH4+. Полноту удаления контролируют по влажной индикаторной бумаге.

 

Систематический ход анализа катионов I группы

 

При изучении реакций катионов I аналитической группы можно сделать следующие выводы:

а)присутствие иона NH4+ мешает открытию иона К+ всеми реактивами и открытию иона Na+ реактивом KH2SbO4;

б) обнаружению ионов NH4+ и Mg2+ другие катионы I группы не мешают;

в) ион К+ может быть обнаружен в присутствии ионов Na+ и Mg2+;

г) ионы NH4+ можно удалить из раствора выпариванием и последующим прокаливанием;

д) ионы Mg2+ можно удалить из раствора осаждением в виде Mg(OH)2.

Исходя из этого, систематический ход анализа должен включать следующие операции, которые выполняются в строго определённой последовательности:

1) обнаружение иона NH4+;

2) удаление иона NH4+ (если обнаружен);

3) обнаружение иона К+;

4) обнаружение иона Mg 2+;

5) осаждение иона Mg 2+ (если обнаружен);

6) обнаружение иона Na+.

Схема отделения и разделения ионов внутри I аналитической группы при проведении систематического анализа представлена на рис. 2.

Раствор: NH4+ Na+ К+ Mg 2+
Упаривание раствора и прокаливание сухого остатка

 

 

Газовая фаза: NH3­   Раствор: Na+ К+ Mg 2+
      +КОН
       

 

      Раствор: Na+ К+ Осадок: Mg(OH)2

Рис. 2. Схема разделения катионов I группы

«Качественные реакции на катионы II аналитической группы».

Общая характеристика

Во II аналитическую группу входят катионы Ca2+, Ba2+, Sr2+.

Катионы II аналитической группы осаждаются из водных растворов в виде малорастворимых карбонатов. Групповым реагентом является карбонат аммония (NH4)2CO3 в присутствии NH4OH и NH4Cl (pH≈9,2). При этом значении рН достигается практически полное осаждение карбонатов II группы, а ионы I группы остаются в растворе.

Все карбонаты хорошо растворимы в кислотах, в том числе и слабой уксусной кислоте, с выделением газообразного диоксида углерода, поэтому их осаждение нельзя проводить в кислой среде. Соли Ca2+ и Ba2+ бесцветны. Окраска некоторых солей обусловлена окраской анионов. Растворы гидроксидов Ca2+ и Ba2+ – сильные основания.

Опыт 5. Характерные реакции на ион Ca2+

Описание 1. Реакция с оксалатом аммония.

К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы Ca2+, добавляют 2-3 капли раствора реагента. В результате реакции образуется белый кристаллический осадок оксалата кальция CaC2O4:

Ca2+ + C2O42– → CaC2O4↓.

Реакцию проводят в слабокислой среде (рН ≈6–6,5) в присутствии уксусной кислоты, в которой CaC2O4 не растворяется.

Мешают ионы Mg2+, Ba2+, Sr2+, дающие аналогичные осадки.

Описание 2. Реакция с гексацианоферратом (II) калия.

На часовом стекле перемешивают каплю раствора с 2-3 каплями раствора реагента, затем добавляют 1-2 капли раствора хлорида аммония, каплю этанола и снова перемешивают. В результате образуется белый кристаллический осадок гексацианоферрата (II) аммония и кальция (NH4)2Ca[Fe(CN)6]:

2NH4+ + Ca2+ + [Fe(CN)6]4– → (NH4)2Ca[Fe(CN)6]↓.

Осадок не растворим в уксусной кислоте.

Общая характеристика

В III аналитическую группу входит большое количество катионов, образованных различными элементами:

а) s2- (Ве2+) и p1-элементами;

б) 3d-, 4d- и 5d-элементами;

в) f-элементами.

Однако все они имеют общее свойство, отличающее их от катионов I и II групп. Это способность осаждаться в виде сульфидов или гидроксидов при действии группового реагента – (NH4)2S в присутствииаммиачного буфера. Сульфиды катионов III группы, не растворимые в воде, растворяются в разбавленных минеральных кислотах, поэтому они не осаждаются сероводородом из кислых растворов.

Катионы III группы, в отличие от катионов II группы, образуют нерастворимые гидроксиды и растворимые в воде сульфаты. Одним из характерных свойств катионов III группы является их способность образовывать комплексные соединения. Многие из них вступают в реакции окисления-восстановления.

Большинство соединений катионов III группы окрашено. Так, соли Cr3+ имеют сине-зелёную окраску, соли Fe3+ – жёлтую. Хром и марганец в высших степенях окисления образуют окрашенные анионы: CrO42– – жёлтого цвета, Cr2O72– – оранжевого, MnO4 – малиново-фиолетового. Окрашены также некоторые гидроксиды и все сульфиды, за исключением ZnS.

В химической технологии наиболее часто используются следующие катионы III группы: Fe2+, Fe3+, Zn2+, Al3+, Cr3+, Mn2+

 

Опыт 7. Характерные реакции на ион Al3+

Описание 1. Реакция с ализарином.

В пробирку к 2-3 каплям кислого раствора, содержащего ионы алюминия, добавляют 2-3 капли раствора ализарина (1,2-диоксиантрахинон), твердый ацетат натрия до слабокислой среды и нагревают. Образуется малорастворимое комплексное соединение, ярко-красный хлопьевидный осадок, называемое «алюминиевыми лаками». Реакция протекает по схеме

Комплексы устойчивы в уксуснокислой среде. Ализарин – специфический реактив, позволяющий определять Al3+ в присутствии других катионов. Реакция высокочувствительна – предел обнаружения 0,5 мкг. Мешают катионы Zn2+, Mn2+, Cr3+, Fe3+. Для их маскировки используют K4[Fe(CN)6], с которым мешающие ионы образуют нерастворимые в воде гексацианоферраты (II). Реакция выполняется в двух вариантах – как пробирочная и как капельная.

Описание 2. Реакция с аммиаком.

К 3-4 каплям раствора, содержащего ионы алюминия, осторожно по каплям добавляют гидроксида аммония до образования белого студенистого осадка гидроксида алюминия.

Al3+ + 3OH → Al(OH)3↓.

Наиболее полное осаждение гидроксида происходит при рН≈5–6.

Описание 3. Реакция со щелочами.

Гидроксид натрия (калия) образуют с ионами Al3+ белый осадок гидроксида алюминия Al(OH)3. Наиболее полное осаждение наблюдается в интервале рН 4–7,8. При дальнейшем прибавлении щёлочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием гидроксоалюминатов. Если снова понизить рН среды до значения ≈5, то гидроксоалюминаты разрушаются и снова выпадает осадок Al(OH)3. (Если добавить твердый хлорид аммония и нагреть, вновь образуется осадок гидроксида алюминия). Написать реакции.

 

Опыт 8. Характерные реакции на ион Cr3+

Описание 1. Реакция с пероксидом водорода.

К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы хрома (3), добавляют по каплям 2М гидроксида натрия до образования осадка гидроксида хрома и далее до его растворения и образования гидроксокомплексов. Затем добавляют 1 каплю 30%-ного или 6-8 капель 3%-ного раствора пероксид водорода и нагревают. Образуется жёлтый раствор хромата

2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4OH → 2CrO42– +8H2O.

При действии H2O2 на растворы хроматов образуются различные пероксокомплексы хрома, окраска которых зависит от рН среды. В кислой среде – образуются комплексные соединения голубого, а в нейтральной – фиолетового цвета. В водных растворах пероксидные комплексы хрома неустойчивы, но устойчивы в органических растворителях.

Описание 2. Реакция с дифенилкарбазидом.

Дифенилкарбазид (I) взаимодействует с ионами Cr (VI) в сильнокислой среде, при этом появляется фиолетовое окрашивание. Предполагается следующий механизм реакции. Сначала ионы Cr (VI) окисляют дифенилкарбазид до бесцветного дифенилкарбазона (II), восстанавливаясь при этом до Cr3+:

Ионы Cr3+ образуют с дифенилкарбазоном (II) красно-фиолето-вые внутрикомплексные соединения.

Опыт 9. Характерные реакции на ион Fe3+

Описание 1. Реакция с гексацианоферратом (II) калия.

Это наиболее характерная и чувствительная реакция на ионы Fe3+. К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы железа(3) и имеющего рН 1-3, добавляют 1-2 капли реагента. В результате которой образуется тёмно-синий осадок «берлинской лазури

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– → Fe4[Fe(CN)6]3↓.

Реакцию обязательно проводят в кислой среде, т. к. образующиеся комплексы легко разрушаются в щелочной среде с выделением гидроксида железа. Последующее подкисление смеси возвращает окраску.

Описание 2. Реакция с роданидом аммония (тиоцианатом).

К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы железа (3), добавляют каплю раствора NH4SCN. Ионы Fe3+ образуют окрашенное в кроваво-красный цвет соединение, состав которого определяется концентрацией роданид-ионов:

Fe3+ + nCNS → Fe(CNS)n.

С увеличением концентрации роданид-ионов окраска усиливается, поэтому реакцию необходимо проводить с избытком роданида. Для предотвращения выпадения бурого осадка гидроксида железа следует вести обнаружение в кислой среде.

Описание 3 Реакция с гидроксидом натрия.

К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы железа(3), добавляют 1каплю щелочи. В результате реакции образуется осадок кирпично-красного цвета. В отличие от гидроксида алюминия, гидроксида хрома(3) и гидроксида цинка не растворяется в избытке щелочи.

FeCl3 + 3NaOH →

 

Опыт 10.Характерные реакции на ион Fe2+

Описание 1. Реакция с гексацианоферратом (III) калия.

Это наиболее характерная и чувствительная реакция на ионы Fe2+. К 1-2 каплям слабокислого раствора, содержащего ионы железа (2), добавляют 1-2 капли раствора реагента. В результате которой образуется интенсивно-синий осадок «турнбулевой синью»:

3Fe2+ +2[Fe(CN)6]3– → Fe3[Fe(CN)6]2↓.

Осадок не растворяется в кислотах, но разлагается в щелочной среде с образованием гидроксидов железа. Реакция очень чувствительна: предел обнаружения составляет 0,05 мкг.

Описание 2. Реакция с диметилглиоксимом

К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы железа (2), добавляют каплю 20%-ного раствора винной кислоты, 1 каплю диметилглиоксима (H2D) и по каплям раствор аммиака до щелочной реакции. Образуется устойчивое комплексное соединение красного цвета:

Fe2+ + 2H2D + 3NH3 + H2O → Fe[(HD)2(H2O)(NH3)] + 2NH4+.

Комплексные соединения Fe2+ с H2D хорошо растворимы в воде. Мешают катионы Ni2+, образующие нерастворимые в воде диметилглиоксиматы никеля. Мешающее влияние ионов Fe3+, образующих в аммиачной среде окрашенный гидроксид, устраняют добавлением лимонной, щавелевой или винной кислоты.

 

Опыт 11. Характерные реакции на ион Mn2+

Описание 1. Реакция со щавелевой кислотой.

Щавелевая кислота образует с MnO(OH)2 комплексное соединение состава H[Mn(C2O4)2], окрашенное в малиново-розовый цвет:

2MnO(OH)2 + 5H2C2O4 → 2H[Mn(C2O4)2] + 2СО2↑ + 6H2O.

Мешают катионы Fe2+ и Fe3+. Для их маскировки используют NaF.

Описание 2. Реакции окисления катионов Mn2+ до перманганат-ионов.

Катионы Mn2+ под действием различных окислителей окисляются до перманганат-ионов, окрашенных в малиново-фиолетовый цвет. В качестве окислителей используют висмутат натрия NaBiO3, диоксид свинца PbO2, персульфат аммония (NH4)2S2O8 и др. Окисление висмутатом натрия протекает по схеме:

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

К 5-6 каплям раствора персульфата аммония прибавляют каплю 2М серной кислоты, 1-2 капли фосфорной кислоты(кон.), 1-2 капли раствора нитрата серебра и нагревают. В нагретую окислительную смесь вносят при помощи стеклянной палочки минимальное количество раствора, содержащего ионы марганца(2) и не содержащего хлорид-ионов, перемешивают и наблюдают красно-фиолетовую окраску раствора.

Описание 3. Реакция с ПАН (1-(2-пиридилазо)-2-нафтол).

К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы марганца (2). Добавляют 5-7 капель воды, 4-5 капель 0,1%-ного раствора ПАН (структура I), который образует с ионами Mn2+ при рН=7‑10 малорастворимые в воде комплексные соединения красно-фиолетового цвета с предполагаемой структурой II:

Опыт 12. Характерные реакции на ион Zn2+

Описание 1. Реакция с дитизоном.

К 1-2 каплям исследуемого раствора прибавляют 1-2 капли 20%-ного раствора Na2S2O3, 1-2 капли 10%-ного раствора KCN и доводят рН раствора до 4-5 20%-ным раствором уксусной кислоты. Экстрагируют 0,02%-ным раствором дитизона (дифенилтиокарбазон) в CCl4. Образует с ионами Zn2+ внутрикомплексные соединения, хорошо растворимые в органических растворителях (CCl4, CHCl3):

H2Dz + Zn2+ + → Zn(HDz)2 + 2H+.

Эти соединения в щелочной среде окрашены в красный цвет, причём слой органического растворителя имеет более интенсивную окраску, чем водный.

Мешающие ионы, способные к образованию дитизонатных комплексов (Cd2+, Pb2+, Cu2+), маскируют тиосульфатом, цианидом или осаждают в виде сульфидов.

Описание 2. Реакция с аммиаком.

При постепенном добавлении гидроксида аммония к раствору, содержащему ионы Zn2+, выпадает белый осадок гидроксида цинка, который растворяется в избытке аммиака с образованием комплексов:

Zn(OH)2 + 6NH3 → [Zn(NH3)6](OH)2.

Лабораторная работа №2

«Анализ смеси катионов первой и второй группы».

Цель работы:провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов NH4+, K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Ba2+.

Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.

1.Ознакомиться с техникой выполнения основных операций (см. приложение);

2. Изучить основные аналитические реакции указанных ионов, используя растворы их солей;

3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (см. приложение);

4. Получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в соответствии со схемой (см. схему 1,2) анализа и приведенным ниже ходом выполнения. Результаты анализа представить в виде таблицы

Таблица 1.

ион Реагент, условия проведения реакции Аналитическая реакция Аналитический эффект
Ba2+ K2Cr2O7 в присутствии ацетатного буфера при нагревании 2Ba2++K2Cr2O7+H2O= 2BaCrO4 ↓+2K++2H+ Выпал желтый кристаллический осадок

Анализируемый раствор делят на три части: с одной проводят предварительные испытания, другую подвергают систематическому анализу, третью оставляют для проверки полученных результатов.

Предварительные испытания

(проводят с отдельными порциями исследуемого раствора)

Реакция среды.

Определяют рН раствора с помощью универсальной бумаги.

1.2. Обнаружение ионов NH4+.

Определение проводят, действуя на исследуемый раствор раствором щелочи NaOH или КОН при нагревании:

NH4+ + OH → NH3↑ + H2O.

Определение проводят в «газовой камере», состоящей из двух часовых стекол одинакового размера. На нижнее стекло помещают 1-2 капли анализируемого раствора, 1-2 капли 1н раствора NaOH и накрывают другим стеклом, на вогнутую поверхность которого прикреплен кусочек влажной индикаторной бумаги. Для ускарения реакции камеру слегка нагревают на водяной бане. Посинение индикаторной бумаги свидетельствует о наличии в растворе ионов NH4+

1.3. Проба на присутствие ионов К+ (выполняется толь в случае отсутствия ионов NH4+).

Если проба 1.2 дала отрицательный результат, на предметное стекло помещают каплю исследуемого раствора и нагревают его на плитке до появления каемочки сухой соли.

На некотором расстоянии от нее наносят каплю Na2PbCu(NO2)6 (реактив для обнаружения ионов К+). Реактив осторожно подводят к сухой каемочке соли и через 2-3 мин рассматривают выпавшие кристаллы под микроскопом. Форма кристаллов показана на рисунке в учебнике.

Если в растворе присутствуют ионы К+, то образуются кубические кристаллы К2PbCu(NO2)6 черного или коричневого цвета. Ионы NH4+ образуют такие же кристаллы и поэтому мешают реакции. При выполнении этой реакции полезно провести холостой опыт. Выполнение холостого опыта. При проведении реакции обнаружения полезно сравнивать наблюдаемый эффект с результатом холостого опыта, в котором использовались все те же реагенты в тех же условиях, что и в основном, но в отсутствии определяемого иона. Заключения о наличии иона в системе можно делать лишь в то случае, если наблюдаемый эффект реакции гораздо интенсивнее, чем в холостом опыте.

Систематический ход анализа

Анализ фильтрата

2.2.1 Удаление ионов NH4+ .

Фильтрат перенося в фарфоровый тигель, выпаривают досуха и прокаливают на плитке до полного разложения аммонийных солей. Когда прекратится выделение белого дыма, и тигель (после полного остывания!) добавляют несколько капель дистиллированной воды для растворения сухого остатка. Капля полученного раствора переносят на часовое стекло и добавляют 1-2 капли реактива Несслера. При действии его на раствор, содержащие ионы NH4+, образуется красно-бурый осадок:

NH3 + 2K2[HgI4] + 3KOH → HN-Hg2IOH ↓+ 7KI + 2H2O

Таким способом проверяют полноту удаления ионов NH4+

2.2.2. Обнаружение ионов К+.

1-2 капли раствора, полученного по п. 2.2.1, переносят на предметное стекло и анализируют аналогично п 1.3.

2.2.3. обнаружение ионов Mg2+.

К отдельной порции раствора (2-3 капли), полученного по п.2.2.1, добавляют несколько капель 2н раствора гидроксида калия. Содержимое пробирки нагревают на водяной бане. Образование белого аморфного осадка указывает на присутствие ионов Mg2+

2.2.4. Обнаружение ионов Na+ ведут различно в зависимости от присутствия или отсутствия в исследуемом растворе ионов Mg2+. Ионы Mg2+ отсутствуют. Порцию исследуемого раствора, не содержащего ионов Mg2+ и NH4+, выпаривают досуха в фарфоровой чашке. На предметное стекло наносят каплю раствора KH2SbO4 и вносят в нее несколько крупинок сухого остатка. Если ионы Na+ присутствуют, под микроскопом отчетливо видны прозрачные кристаллы зернообразной формы. (см. рисунок в учебнике)

При выполнении э



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.170.171 (0.046 с.)