Испытание реакции исследуемого раствора.

Если реакция исследуемого раствора кислая (рН=2), то в нем не могут присутствовать анионы летучих и неустойчивых кислот, т.е карбонат – ион.

Проба на анионы 1 группы.

К 2 каплям нейтрального или слабощелочного раствора (рН=7-8) добавляют 2-3 капли раствора хлорида бария. Образование осадка указывает на присутствие анионов 1 группы. Кислые растворы необходимо предварительно нейтрализовать раствором гидроксида бария.

Проба на анионы 2 группы.

К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 2-3 капли нитрата серебра. При этом может образоваться осадок. К нему прибавляют несколько капель азотной кислоты. Если осадок не растворяется в азотной кислоте, то это указывает на присутствие анионов 2 группы.

1.4. Проба на выделение газов. Несколько капель исследуемого раствора (лучше крупинку твердого вещества) обрабатывают 2н раствором серной кислоты и слегка встряхивают пробирку, осторожно постукивая по ее нижней части. Образование газа указывает на возможность присутствия карбонат-иона или нитрит-иона.

 

Открытие анионов 1 группы

Если предварительные испытания показали наличие анионов 1 группы, то проводят их осаждение из отдельной порции раствора объемом 1-2 мл, как описано в п.1.2. Затем осадок отделяют от раствора центрифугированием и проверяют полноту осаждения.

Обнаружение сульфат ионов.

Если осадок, полученный по п.1.2, нерастворим в разбавленной соляной кислоте, то это указывает на присутствие сульфат-ионов.

Обнаружение карбонат-ионов.

Если растворение осадка, полученного по п.1.2, в разбавленной соляной кислоте сопровождается выделением пузырьков газа, то следует проверить присутствие карбонат-ионов по помутнению раствора гидроксида бария. Реакцию проводят в специальном приборчике, представляющем собой пробирку, плотно закрытую пробкой с отверстием, в которое вставляется отводная трубка. На дно пробирки помещают анализируемы раствор или твердое вещество, сюда же добавляют 2н. раствор соляной кислоты, после чего пробирку плотно закрывают пробкой. Отводную трубочку быстро опускают в пробирку с раствором гидроксида бария. В случае выделения углекислого газа баритовая вода мутнеет вследствие образования карбоната бария.

Обнаружение фосфат-ионов.

Осадок, полученный по п.2.1, отмывают дистиллированной водой от хлорид-ионов (см. приложение). Качественная реакция на них должна быть отрицательной. После этого осадок растворяется в минимальном объеме 2н азотной кислоты. Избыточную азотную кислоту нейтрализуют 2н раствором гидроксида натрия или калия до значения рН=7(по универсальной индикаторной бумаге). К полученному раствору добавляют несколько капель раствора нитрата серебра. Выпадение желтого осадка фосфата серебра указывает на присутствие в анализируемом растворе фосфат-иона. Осадок фосфата серебра обладает свойством растворяться в 2н растворе азотной кислоты, а также в гидроксиде аммония. Для убедительности следует провести такие испытания.

 

Открытие анионов II группы

Обнаружение хлорид-ионов.

К отдельной порции анализируемого раствора добавляют несколько капель 2н азотной кислоты до кислой реакции и несколько капель нитрата серебра. Образовавшийся осадок отделяют до раствора центрифугированием, промывают (см. приложение), после чего к нему добавляют 25%-ный раствор гидроксида аммония. Тщательно перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой. Нерастворившийся осадок отделяют центрифугированием. К центрифугату добавляют 3-4 капли раствора бромида калия. Появление обильной мути бромида серебра указывает на присутствие в исследуемом растворе хлорид-ионов. При обнаружении хлорид-ионов протекают следующие реакции:

Cl^- + Ag⁺ = AgCl↓

AgCl ↓+ 2NH₄OH = [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O

[Ag(NH₃)₂]Cl + KBr + 2HNO₃ = AgBr ↓+ KCl +NH₄NO₃

Обнаружение иодид-ионов.

К отдельной порции раствора анализируемого раствора прибавляют 2-3 капли 2н раствора серной кислоты и несколько капель бензола или хлороформа. Затем в эту же пробирку по одной капле добавляют хлорную воду, каждый раз хорошо взбалтывая ее содержимое. При наличии в растворе иодид-ионов идет реакция

2I^– + Cl₂ → I₂ + 2Cl^–.

Которая сопровождается появлением характерной для иода фиолетовой окраски бензольного или хлороформного слоя. При дальнейшем прибавлении хлорной воды окраска исчезает вследствие окисления йода до йодноватой кислоты:

J₂ + 5Cl₂ + 6H₂O = 2HJO₃ + 10HCl

Открытие анионов III группы

Обнаружение нитрат-ионов.

Обнаружению нитрит-ионов мешают ионы-окислтели. Анионы-восстановители(I^-) могут находиться в растворе вместе с нитрит-ионами только при рН 7.

Нитрит-ионы обнаруживают в отдельной порции раствора с помощью раствора Грисса-Илосвая( - нафтиламин + сульфаниловая кислота). При выполнении этой реакции к капле нейтрального или уксусно-кислого раствора на капельной пластинке (или на часовом стекле) прибавляют по одной капле реактива Грисса-Илосвая. В присутствии NO₂^- тотчас или спустя некоторое время (в зависимости от количества нитрит-иона) появляется характерная красная окраска.

Кроме того, нитрит-ионы можно обнаружить, используя следующую реакцию:

2NO₂^- + 2J^- + 4H⁺ = J₂ + 2NO + 2H₂O

К 2-3 каплям анализируемого раствора добавляют 1-2 капли 2М соляной кислоты или уксусной кислоты и 2-3 капли раствора иодида калия. Раствор буреет вследствие выделения J₂. При добавлении 1-2 капель крахмала появляется темно-синяя окраска.

По выбору студента эту реакцию можно выполнить как капельную. На фильтровальную бумагу наносят последовательно каплю раствора крахмала, каплю 2М уксусной кислоты и каплю раствора иодида калия. Капля должна оставаться бесцветной. Вносят каплю анализируемого раствора. Если нитриты присутствуют, то появляется синяя окраска.

Обнаружение нитрат-ионов.

Обнаружению NO₃^- мешают анионы-окислители (NO₂^-). Если присутствие NO₂^- в растворе доказано, его необходимо удалить следующим образом. В 4 каплях анализируемого раствора растворяют около 0,1г карбамида, после чего полученную смесь по каплям прибавляют к 2-4 каплям 2н. раствора серной кислоты:

NO₂^- + 2H⁺ + CO(NH₂)₂ = CO₂ ↑+ 2N₂ ↑+ 3H₂O

Каждую следующую каплю прибавляют только после, как закончится бурная реакция с предыдущей каплей. Когда весь раствор будет прибавлен, дают жидкости некоторое время постоять, после чего отдельную порцию ее испытывают на нитрит-ион реакцией с иодидом калия в присутствии крахмала.

Если NO₂^- отсутствует, удобнее всего открывать NO₃^- реакцией с дифениламином. При выполнении ее в тщательно вымытую пробирку добавляют 3-4 капли исследуемого раствора, смачивая им стенки пробирки, затем весь раствор выливают из пробирки. По стенке пробирки, смоченной анализируемым раствором, аккуратно пускают каплю дифиниламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте. Появление интенсивной синей окраски указывает на присутствие NO₃^- . Большие количества J^- могут помешать этой реакции.

 

Вопросы к лабораторной работе

1. Аналитические группы анионов

2. Общая характеристика анионов I,II и III групп.

3. Характерные и специфические реакции анионов SO₄^2-, CO₃^2-, PO₄^3-, Cl^-, J^-, NO₂^-, NO₃^-.

 

Лабораторная работа №6

«анализ неизвестного вещества».

По сравнению с анализом смеси ионов аналитическая задача усложняется, когда необходимо провести анализ неизвестного вещества. В качестве такого вещества могут выступать кислоты, оксиды, соли (средние, кислые, основные, двойные, смешанные), металлы, неметаллы, сплавы, руды, горные породы и др.

При установлении качественного состава перечисленных веществ необходимо придерживаться общего подхода к проведению качественного химического анализа, ход которого включает следующие основные этапы:

1) подготовка вещества к анализу и отбор средней пробы;

2) предварительные испытания;

3) перевод вещества в раствор;

4) анализ катионов (систематический или дробный);

5) анализ анионов (дробный).

Подготовка вещества к анализу

Подготовка к анализу представляет собой очень важную часть всего исследования. Способы подготовки вещества зависят от его характера и целей исследования. Анализируемое вещество может быть:

А) твёрдым (соли, металлы, сплавы, руды, минералы и т. п.);

Б) жидким (жидкости и растворы);

В) газообразным (индивидуальные газы или газовые смеси).

Если вещество твёрдое, то растирают его в ступке, просеивают через сито, а затем тщательно перемешивают и отбирают из него среднюю пробу. Металлы или сплавы необходимо превратить в опилки или в мелкую стружку.

Если для анализа дана жидкость, то её предварительно тщательно перемешивают и затем отбирают среднюю пробу.

Далее отбирают анализируемую пробу – небольшую порцию средней пробы, обычно 20–30 мг (при необходимости – с небольшим запасом). Кроме того, если анализируемое вещество – твёрдое, его необходимо перевести в раствор (см. с. 46).

Предварительные испытания

Предварительные испытания позволяют:

а) получить некоторые ориентировочные сведения, полезные при выборе наиболее рационального способа переведения образца в раствор или облегчающие выполнение анализа;

б) установить присутствие некоторых ионов, обнаружение которых затруднено при систематическом ходе анализа или они изменяются в ходе анализа. Так, некоторые ионы не осаждаются полностью ни в одной группе, другие увлекаются в осадок в процессе осаждения отдельных катионов и анионов, некоторые изменяются за счёт изменения степени окисления, разрушаются при подкислении, нагревании и т. п., наконец ряд ионов приходится вводить в анализируемую смесь при систематическом анализе. Поэтому их обнаруживают дробным методом в отдельных пробах исходного раствора.

Если анализируемый образец представляет собой раствор, то часть его надо выпарить досуха и полученный сухой остаток использовать для предварительных испытаний.

Предварительные испытания включают в себя следующие основные операции:

а) оценка внешнего вида неизвестного вещества, его агрегатного состояния, цвета, запаха. Например, если образец неокрашен, то можно сразу предположить, что в его состав не входят интенсивно окрашенные ионы (Cr³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, CrO₄^2–, MnO₄^– и др.);

б) окрашивание пламени газовой горелки;

в) нагревание в фарфоровой чашке или в калильной трубке. Например, появление воды указывает на присутствие кристаллогидратов, гидроксидов, основных или кислых солей, органических веществ. Кроме того, обращают внимание на появление белого или цветного налёта (возгонка), изменение окраски, выделение летучих продуктов разложения. Так, белый возгон указывает на возможное присутствие солей аммония, хроматы при нагревании из жёлтых становятся красными и т. д.;

г) получение окрашенных перлов. При нагревании образца с тетраборатом натрия Na₂B₄O₇ или гидрофосфатом натрия-аммония NaNH₄HPO₄ в ушке нихромовой проволоки образуется характерно окрашенная стеклообразная бусинка – перл. Например, в окислительном пламени ионы Cr³⁺ дают изумрудно-зелёные перлы, а ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ – жёлтые;

д) воздействие серной кислотой (проба на выделение газов и паров). Сначала на образец действуют разбавленной H₂SO₄, в результате чего из солей слабых кислот могут выделиться CO₂, SO₂, NO₂, H₂S, HCN. Затем на остаток действуют концентрированной H₂SO_4. При этом за счёт протекания реакций окисления-восстановления могут дополнительно выделиться и другие газы, например, Cl₂ из хлоридов, СО из оксалатов, О₂ из пероксидов, оксидов, гидроксидов и т. д.

е) обнаружение окислителей и восстановителей. Окислители обнаруживают действием смеси KI + H₂SO₄, восстановители – действием смесей KMnO₄ + H₂SO₄, I₂ + H₂SO₄, Fe³⁺ + K₃[Fe(CN)₆].

В зависимости от агрегатного состояния анализируемого вещества, дополнительно к указанным выше проводят следующие предварительные испытания:

─ определение рН раствора (если для анализа взят раствор). По значению рН делают соответствующие выводы. Например, в сильнокислой среде не могут присутствовать карбонаты, нитриты и др.;

─ воздействие растворителями (если для анализа взято твёрдое вещество).

Следует иметь в виду, что все описанные предварительные испытания обычно удаются отчётливо только при исследовании индивидуальных веществ. При анализе смесей эффекты от одних компонентов могут маскировать эффекты от других. Поэтому при истолковании результатов испытаний нужно быть очень осторожным. Каждый вывод необходимо подтвердить другими реакциями соответствующих ионов!

Растворение твёрдых веществ

Поскольку анализ чаще всего ведут «мокрым путём», то анализируемый образец надо прежде всего растворить. Для перевода твёрдого вещества в раствор применяют строго последовательное растворение его отдельных частей при комнатной температуре и нагревании в следующих растворах:

1) в H₂O;

2) в CH₃COOH;

3) в разбавленной HCl (2 М);

4) в концентрированной HCl;

5) в разбавленной HCl + H₂O₂;

6) в разбавленной HNO₃, если остаток от 4 тёмного цвета;

7) в царской водке HNO₃ + 3HCl, если остаток от 6 чёрного или красного цвета;

8) в концентрированном NaOH (30%-ый раствор);

9) в концентрированном NH₄OH (25%-ый раствор);

10) в насыщенном растворе Na₂CO₃ при нагревании – содовая вытяжка;

11) сплавление с кислыми плавнями (K₂S₂O₇ или KHSO₄);

12) сплавление со щелочными плавнями (Na₂CO₃,
NaHCO₃ + NaNO₃, Na₂CO₃ + H₂O₂).

После предварительных испытаний и подготовки вещества приступают к систематическому анализу.

 

Анализ катионов

Анализ начинают с обнаружения катионов. Это наиболее целесообразно, поскольку наличие некоторых катионов свидетельствует об отсутствии ряда анионов.

Независимо от того, какой метод анализа выбран, сначала открывают ионы NH₄⁺, Fe²⁺, Fe³⁺. Затем проводят систематический анализ катионов, как описано на с. 35 для сульфидной классификации, или согласно любой другой классификации катионов. При этом учитывают данные предварительных наблюдений и испытаний.

Анализ анионов

Обычно систематический анализ анионов не проводят, а используют дробный метод их обнаружения с учётом сведений предварительных испытаний и данных, полученных при открытии катионов.

Присутствие или отсутствие некоторых анионов устанавливают попутно с открытием катионов. Например, ион РО₄^3– открывают перед осаждением катионов III группы сульфидом аммония. Присутствие анионов CО₃^2–, NО₂^–, S^2–, SО₃^2–, S₂О₃^2– обычно устанавливают одновременно с открытием катионов по выделению газов при подкислении в предварительных испытаниях.

Об отсутствии или присутствии тех или иных анионов в анализируемом образце можно судить по растворимости солей открытых уже катионов (см. приложение 2).

Если в растворе присутствуют катионы тяжёлых металлов (в данном случае катионы II–V групп вместе с Mg²⁺), их необходимо удалить, чтобы они не мешали открытию анионов. Это достигается кипячением анализируемого вещества с раствором Na₂CO₃. При этом мешающие катионы остаются в осадке в виде карбонатов или гидроксидов:

Ba(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃↓ + 2NaNO₃;

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ +3H₂O = Al(OH)₃↓ + 6NaCl + 3CO₂.

Полученный раствор – «содовую вытяжку» – используют для открытия анионов (CО₃^2– обнаруживают предварительно).

 

Лабораторная работа №7

«Анализ смеси солей».

Цель работы: провести анализ предложенной смеси содержание в ней катионов и анионов.

В качестве контрольной задачи вы получите смесь сухих солей, полностью растворимую в воде. В состав смеси могут входить катионы и анионы, со способами обнаружения которых вы ознакомились при выполнении предыдущих работ.

Так как анализ ведет главным образом мокрым путем, исследуемое вещество (или смесь их) должна быть прежде всего растворено. Для этого ~0,1г его растворяют в 10-25 мл дистиллированной воды. Полученный раствор делят на 2 части: одна предназначается для обнаружения катионов, вторая – для обнаружения анионов (см. схему 5 в приложении). Анализ целесообразно начинать с обнаружения катионов: наличие некоторых из них свидетельствует об отсутствии ряда анионов.

Перед выполнением работы ознакомьтесь с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (см. приложение). Все испытания проводят с отдельными порциями исследуемого раствора. Результаты анализа вносят в таблицу (образец – табл.1).

Предварительные испытания

В предварительных испытаниях обнаруживают NH₄⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺ реакциями, описанными в работе №2,3