Элементный анализ органических

СОЕДИНЕНИЙ

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить качественный состав органического веще-

ства.

 

Реактивы и материалы: неизвестное органическое вещество; оксид ме- ди (II); безводный сульфат меди (II); известковая (или баритовая) вода; металлический натрий; 10%-ный раствор нитрата свинца; 2 н раствор гидроксида натрия; 0,5 н раствор нитропруссида натрия (Na2[Fe(CN)5NO]×2H2O); сульфат железа (II); 1%-ный раствор хлорида (или сульфата) железа (III); концентрированная азотная кислота; 0,2 н раствор нитрата серебра; хлороформ; 1%-ный раствор перманганата калия; соляная кислота (1:3).

 

Оборудование: часовое стекло, пробирки, пробиркодержатель, газоот- водная трубка с пробкой, кусочек ваты, спиртовка, стеклянная лопат- ка, скальпель, фильтровальная бумага, стеклянная воронка, фарфоро- вая ступка, пестик, медная проволока.

 

Опыт1. Определение углерода и водорода

Получите у инженера вещество для анализа, запишите в рабочий журнал номер образца.

Около 100 мг (две стеклянные

лопатки) испытуемого твердого или

10–12 капель жидкого вещества хо- рошо перемешивают с 200 мг (четыре стеклянные лопатки) порошка оксида меди (II) на часовом стекле и поме- щают в сухую пробирку. Помещают в пробирку вату (см. рис. 2) и насыпают на нее немного безводного сульфата меди. Закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Проверяют прибор на герметичность.

Пробирку (1) закрепляют в пробиркодержателе в горизонтальном положении, а конец газоотводной трубки вводят до дна в другую про- бирку (4), содержащую 2–3 мл (высо- та 2–3 см) известковой (или барито- вой) воды.

 

 

Рис. 2. Прибор для определения качественного элементного со- става (углерод, водород) органи- ческого соединения: 1 – смесь органического вещества с окси- дом меди (II); 2 – вата; 3 – без- водный сульфат меди (II); 4 – приемная пробирка с известко- вой водой.

Смесь нагревают сначала осторожно, затем сильнее в течение 3–5

минут.

После завершения опыта сначала вынимают конец газоотводной трубки из пробирки (4) и прекращают нагревание.

 

Вопросы и задания

1. Опишите наблюдения.

2. Как проверить прибор на герметичность?

3. Во что превращается оксид меди (II) и какие наблюдения это подтвер- ждают? Напишите уравнение реакции. Почему для окисления веществ, содержащих углерод и водород, в качестве окислителя используется CuO, а не оксид другого металла?

4. Почему изменяется цвет сульфата меди? О содержании какого элемен-

та в исследуемом веществе это свидетельствует? Напишите уравнение реакции.

5. Что происходит с известковой (или баритовой) водой? Наличие какого элемента в исследуемом веществе это доказывает? Почему при про- должительном пропускании оксида углерода (IV) через известковую воду образовавшийся осадок растворяется? Напишите уравнения реак- ций.

 

В качестве примера оформления опыта можно предложить следующую запись в рабочем журнале:

 

 

Опыт1. Определение углерода и водорода

Две стеклянные лопатки испытуемого твердого вещества хорошо перемешали с четырьмя лопатками порошка оксида меди (II) на часовом стекле и поместили в сухую пробирку. В пробирку поместили кусочек ваты и насыпали на нее немного безводного сульфата меди (II). Закрыли пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Конец газоотводной трубки опустили в пробирку с из- вестковой водой. Смесь нагревали, держа пробирку горизонтально

в пробиркодержателе.

 

Наблюдения.

На стенках пробирки образуются капельки воды и слой вос-

становленной меди (красный налет):

С16H34 + 49CuO ¾® 16СО2 ­ + 17H2O + 49Cu ¯.

Наличие воды также подтверждается образованием через

3 мин кристаллогидрата голубого цвета – пентагидрата сульфата меди:

CuSO4 + 5H2O ¾® CuSO4 × 5H2O.

При пропускании продуктов окисления через известковую

воду происходит помутнение (через 15 с):

Ca(OH)2 + CO2 ¾® CaCO3 ¯ + H2O.

При дальнейшем пропускании оксида углерода (IV) осадок

растворяется:

CaCO3 ¯ + CO2 + H2O ¾® Ca(HCO3)2.

Вывод. Таким образом, данные наблюдения указывают на присут-

ствие углерода и водорода в выданном веществе.

 

 

Опыт2. Определение азота, серы и галогенов

Опыт проводят в вытяжном шкафу! Несколько кристаллов или капель исследуемого вещества помещают в сухую пробирку, держа ее наклонно, почти горизонтально, и кладут на середину пробирки кусочек очищенного от корки и высушенного фильтровальной бумагой металли- ческого натрия величиной с четверть горошины.

Держа пробирку в пробиркодержателе, сначала нагревают натрий до его расплавления, затем поворачивают пробирку вертикально, чтобы капля горячего натрия скатилась на вещество (Осторожно, вспышка!). После чего нагревают смесь до красного каления. Конец горячей пробир- ки резко опускают в фарфоровую ступку с 3 мл дистиллированной воды, так чтобы она растрескалась и разбилась и ее содержимое перешло в воду (Осторожно, может быть вспышка или легкий взрыв от не до конца прореагировавшего металлического натрия, поэтому эту операцию сле- дует проводить в вытяжном шкафу с опущенной створкой или же ра- ботать в защитных очках или маске!).

 

Черные кусочки плава хорошо измельчают пестиком, переливают содержимое ступки в пробирку, нагревают до кипения, отфильтровывают щелочную жидкость от кусочков угля и стекла через маленький складча- тый фильтр. Фильтрат делят на три части для дальнейшего определения серы, азота и галогенов. Жидкость при этом должна быть бесцветной, желтая или коричневая ее окраска указывает на неполноту разрушения исходного вещества. В этом случае опыт надо повторять с новой порцией вещества.

 

Вопросы и задания

Какие продукты могут получиться при сплавлении органического ве-

щества с металлическим натрием? Составьте схему реакции.

 

Пробы на серу

а) К 1 мл раствора нитрата свинца приливают раствор гидроксида натрия по каплям до растворения первоначально образующегося гидро- ксида свинца и затем добавляют несколько капель из первой части фильт- рата (щелочной жидкости, полученной в первом опыте). Появление тем- но-коричневой окраски или образование черного осадка, ускоряющееся при нагревании, указывает на то, что исследуемое вещество содержало серу.

б) Для подтверждения вывода, сделанного после первой части опы- та, проводят реакцию с нитропруссидом натрия. Для этого к 1 мл фильт- рата добавляют 1–2 капли раствора нитропруссида натрия. При наличии иона S2-смесь сразу или постепенно приобретает ярко-фиолетовую окра- ску.

 

Вопросы и задания

1. О чем свидетельствует выпадение осадка (какого?) при взаимодействии

с нитратом свинца? Напишите ионное уравнение реакции.

2. Что показывает реакция с нитропруссидом натрия?

 

Проба на азот

Ко второй части фильтрата добавляют маленький кристаллик суль- фата железа (II), кипятят смесь в течение 1–2 мин. Вносят каплю раствора FeCl3, охлаждают, дают постоять 3–5 минут и подкисляют разбавленной соляной кислотой (5–6 капель). Образование синего осадка “берлинской лазури” указывает, что исходное вещество содержит азот. Если азота ма- ло, то раствор после подкисления окрашивается в зеленый цвет, а синий осадок выделяется лишь спустя некоторое время.

При положительной пробе на азот напишите ионное уравнение реакции

образования “берлинской лазури”.

 

Проба на галогены

Третью часть фильтрата подкисляют концентрированной азотной кислотой. В случае наличия серы или азота этот кислый раствор кипятят в течение нескольких минут в вытяжном шкафу для окисления и удаления сероводорода и синильной кислоты, которые мешают последующей реак- ции. Остывший раствор делят на две части.

К одной части добавляют несколько капель раствора нитрата се- ребра. Образование тяжелого хлопьевидного осадка указывает на присут- ствие галогена. Хлорид серебра – белый (затем темнеющий на свету), бромид – желтоватый, а иодид – желтый осадок.

Для уточнения, присутствуют ли ионы брома или йода, к остав-

шейся части кислого раствора добавляют 1 мл хлороформа (или бензола)

и затем при встряхивании 2–3 капли раствора перманганата калия. Когда смесь отстоится, отмечают окраску органического слоя. Фиолетовая окра- ска указывает на присутствие йода, оранжевая или желтая – брома. Одна- ко избыток перманганата калия может обусловить фиолетовую окраску водного слоя, что не следует принимать за положительную реакцию на присутствие йода.

 

Вопросы и задания

Напишите ионное уравнение реакции образования галогенида серебра.