Е. В. Сальникова, А. В. Стряпков — КиберПедия 

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Е. В. Сальникова, А. В. Стряпков

2017-12-10 212
Е. В. Сальникова, А. В. Стряпков 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

Оренбургский государственный университет

 

 

Е.В. САЛЬНИКОВА, А.В. СТРЯПКОВ

 

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

КАТИОНОВ

 

 

Рекомендовано Учёным советом Оренбургского государственного университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности “Химия”

 

Оренбург 2001

 

 

ББК 24.4я7

С 16

УДК 543.061(075.8)

 

 

Рецензент

кандидат технических наук, доцент Т.Ф. Тарасова

 

Сальникова Е.В., Стряпков А.В.

С16 Качественный анализ катионов: Учебное пособие.

– Оренбург: ОГУ, 2001.- 51 с.

 

 

ISBN…..

 

 

В пособии даны практические рекомендации по методам химической идентификации веществ на основе кислотно-щелочной системы анализа. Приведены характерные частные реакции катионов, схемы обнаружения элементов в сложных растворах и смесях. Пособие соответствует требованиям программы подготовки студентов по специальностям 011000 – химия.

С ----------------

ББК 24.4я7

ISBN

© Сальникова Е.В., 2001

Стряпков А.В.

© ОГУ, 2001

Содержание

Введение......................................................... 4

1 Первая аналитическая группа катионов.............................. 5

1.1 Частные реакции на катион Na+................................... 5

1.2 Частные реакции на катион K+....................................7

1.3 Частные реакции на катион NH4+.................................. 8

1.4 Контрольная задача. Анализ смеси катионов первой группы...........10

2 Вторая аналитическая группа катионов.............................. 12

2.1 Частные реакции на катион Ag+...................................13

2.2 Частные реакции на катион Hg22+...................................14

2.3 Частные реакции на катион Pb2+................................... 14

2.4 Контрольная задача. Анализ смеси катионов второй группы............16

3 Третья аналитическая группа катионов...............................17

3.1 Частные реакции на катион Ba2+................................... 18

3.2 Частные реакции на катион Sr2+................................... 19

3.3 Частные реакции на катион Ca2+................................... 19

3.4 Контрольная задача. Анализ смеси катионов третьей группы.......... 20

3.5 Контрольная задача. Анализ смеси катионов I, II, III групп............ 21

4 Четвёртая аналитическая группа катионов............................24

4.1 Частные реакции на катион Al3+................................... 24

4.2 Частные реакции на катион Cr3+................................... 26

4.3 Частные реакции на катион Zn2+...................................29

4.4 Частные реакции на катион Sn2+...................................30

4.5 Частные реакции на катион Sn4+...................................31

4.6 Частные реакции на катионы As3+ и As5+............................32

4.6 Контрольная задача. Анализ смеси катионов IV группы.............. 33

5 Пятая аналитическая группа катионов............................... 33

5.1 Частные реакции на катион Fe2+................................... 34

5.2 Частные реакции на катион Fe3+................................... 35

5.3 Частные реакции на катион Mn2+ ...................................36

5.4 Частные реакции на катион Bi3+....................................37

5.5 Частные реакции на катион Mg2+...................................38

5.6 Частные реакции на катион Sb3+................................... 39

5.7 Частные реакции на катион Sb5+................................... 39

5.8 Контрольная задача. Анализ смеси катионов V группы................ 40

6 Шестая аналитическая группа катионов.............................. 41

6.1 Частные реакции на катион Сu2+................................... 41

6.2 Частные реакции на катион Hg2+.................................. 42

6.3 Частные реакции на катион Cd2+ ................................... 43

6.4 Частные реакции на катион Co2+....................................44

6.5 Частные реакции на катион Ni2+....................................46

6.6 Контрольная задача. Анализ смеси катионов VI группы............... 47

6.7 Контрольная задача. Анализ смеси катионов IV, V, VI групп........... 47

7 Контрольная задача. Анализ смеси катионов I-VI групп.................49

8 Анализ неизвестного твёрдого вещества..............................54

Список использованных источников...................................51

 

 

Введение

Качественный анализ является начальным этапом изучения аналитической химии, его практическое значение важно и весьма разнообразно.

Предмет качественного анализа – развитие теоретических основ, усовершенствование существующих и разработка новых, более совершенных методов определения элементного состава веществ. Задача качественного анализа – обнаружение отдельных элементов или ионов, входящих в состав исследуемого соединения. Изучение неизвестного вещества всегда начинается с качественного анализа, так как от него зависит выбор метода количественного определения компонентов. Знание основных аналитических свойств элементов способствует развитию естественных наук – геохимии, геологии, минералогии, физики, металлургии, химической технологии, агрохимии, биологии, экологии, медицины и др.

Качественный анализ имеет большое методологическое и философское значение, поскольку изучение химических свойств и явлений в их взаимосвязи развивают наблюдательность, логическое мышление, способствуют развитию научного подхода к изучению природы.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности “Химия”, а также специальностям, требующим углубленного изучения аналитической химии. Оно составлено в соответствии с программой по аналитической химии на основе кислотно-щелочной системы анализа катионов.

Кислотно-щелочная система анализа имеет ряд преимуществ перед сульфидной. Во-первых, в ней более широко и разносторонне используются кислотно-основные свойства катионов, их амфотерность и способность к комплексообразованию, что даёт возможность полнее увязывать теоретические основы анализа с курсом общей и неорганической химии. Во-вторых, анализ катионов как по отдельным группам, так и на смесь катионов всех аналитических групп занимает значительно меньше времени, что также имеет большое значение при сравнительно небольшом количестве часов, отводимых на изучение этого раздела аналитической химии. В-третьих, в практикуме по качественному анализу почти полностью исключается применение сероводорода, работа с которым требует специально оборудованного помещения.

С целью экономии времени и реактивов практические работы по качественному анализу рассчитаны на использование полумикрохимического метода, в котором оперируют с пробами вещества массой 0,05-0,5 г и объемами растворов 1-10 мл.

Окрашивание пламени

Платиновую или нихромовую проволоку тщательно очищают от следов солей прокаливанием. Для этого ее смачивают в соляной кислоте и прокаливают в пламени горелки до полного исчезновения окраски пламени.

Смочите проволоку исследуемым раствором и внесите ее в бесцветное пламя горелки. Даже незначительное количество солей натрия окрашивает пламя в ярко-желтый цвет. Наиболее интенсивное окрашивание дают летучие соли, в частности хлориды. Если испытаниям подвергается неизвестная твердая соль, для образования хлорида её необходимо смочить на платиновой проволочке соляной кислотой.

Реакция очень чувствительна, поэтому о присутствии натрия можно судить в том случае, если интенсивно-желтая окраска не исчезнет через 10-15 секунд.

 

 

1.2 Частные реакции на катион K

 

Винная кислота или гидротартрат натрия выделяют из нейтральных или слабокислых растворов солей калия белый кристаллический осадок гидротартрата калия:

 

 

В пробирку налейте 4-5 капель раствора соли калия и прибавьте такой же объем раствора гидротартрата натрия . Перемешайте содержимое пробирки стеклянной палочкой – выпадет белый кристаллический осадок .

Для исследования свойств осадок взбалтывают и разливают в четыре пробирки. Одну порцию нагревают, причем осадок растворяется. Затем пробирку охлаждают под краном, осадок образуется снова. К нему добавляют 3-5 мл воды, и осадок растворяется.

Во вторую пробирку с осадком добавляют уксусную кислоту . В ней осадок не растворяется, так как уксусная кислота слабее, чем винная. В третью пробирку прибавляют сильную кислоту (серную или соляную), осадок растворяется, образуется слабая кислота.

 

 

В четвёртую пробирку добавляют сильную щелочь ( или ). Осадок растворяется, так как образуется средняя соль , растворимая в воде:

 

Условия проведения реакции:

1. Испытуемый раствор должен быть достаточно концентрированным.

2. Реакцию следует проводить “на холоду” (без нагревания).

3. Среда раствора должна быть нейтральной.

4. Для ускорения осаждения необходимо применить внешнее воздействие (трение стеклянной палочкой о стенку пробирки).

Для создания необходимых условий открытия катиона катиона раствор концентрируют упариванием, затем охлаждают и нейтрализуют (если он кислый или щелочной). Для нейтрализации кислого раствора нельзя применять щелочь , содержащую катион Если для открытия катиона применяют не соль ,а кислоту , реакцию проводят в присутствии ацетата натрия, прибавляемого для нейтрализации выделяющейся сильной кислоты, в которой растворим осадок:

 

 

Эта реакция является сравнительно малочувствительной (предельное разбавление 1:1000).

Кобальтинитрит натрия (гексанитритокобальтат натрия) Na3[Co(NO2)6] с катионами калия образует желтый кристаллический осадок двойной комплексной соли кобальтинитрита калия-натрия:

 

.

 

Реакцию следует проводить в отсутствии щелочей и минеральных кислот, так как щелочи разлагают реактив с выделением бурого осадка :

 

Соли аммония с кобальтинитритом натрия образуют аналогичный осадок и поэтому мешают открытию калия.

Условия проведения реакции:

1. Среда должна быть нейтральной или слабокислой (уксуснокислой), но не щелочной.

2. Соли аммония должны отсутствовать.

3. Иодиды и другие восстановители, окисляющие нитрит-ионы реактива, также должны отсутствовать.

4. Выпадение осадка может быть ускорено трением стеклянной палочкой.

Данная реакция является лучшей из всех реакций на ион калия, как по чувствительности, так и по селективности.

Окрашивание пламени.

Летучие соли кальция () окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично - красный цвет.

 

Ход анализа дробным методом

 

При исследовании смеси катионов четвёртой, пятой и шестой аналитических групп целезообразно применять дробный ход анализа, так как каждый из них может быть обнаружен из отдельных проб в присутствии остальных катионов.

Катион можно открыть раствором гексациано(III)феррата калия в кислой среде. На полоску фильтровальной бумаги поместите 1-2 капли анализируемого раствора, 1-2 капли 0,1 н. раствора соляной кислоты и 1-2 капли . При наличии катиона бумага окрашивается в синий цвет.

Катион можно обнаружить аналогично в слабокислой среде действием гексациано(II)феррата калия .

Катион открывают реакцией с ализарином.

а) На полоску фильтровальной бумаги поместите 1-2 капли раствора гексациано(II)феррата калия , слегка подсушите в токе теплого воздуха (над горелкой) и добавьте 1-2 капли испытуемого раствора. Затем добавьте 1-2 капли 0,1-процентного раствора ализарина и обработайте бумажку парами аммиака. Пятно на бумаге окрашивается в фиолетовый цвет, его смачивают каплей 1 н. раствора уксусной кислоты и высушивают. При наличии катиона появляется красное кольцо.

Катионы открывают окислением их до CrO42-. В пробирку поместите 3-4 капли исследуемого раствора, прилейте 5-7 капель 2 н. раствора гидроксида калия и 3-4 капли 3%-ного раствора перекиси водорода и нагрейте на водяной бане, пока зелёная окраска не перейдет в желтую.

Половину раствора перенесите в другую пробирку, охладите, добавьте 2н. раствор азотной кислоты до кислой реакции на лакмус, снова добавьте 2 капли перекиси водорода, 5 капель изоамилового спирта или эфира и взболтайте. Образование синего кольца на поверхности смеси говорит о наличии катиона .

Катион открывают при помощи дитизона. В фарфоровую чашку налейте 2-3 капли испытуемого раствора, 1 мл смеси (0,5 мл 2 н. раствора уксусной кислоты и 0,5 мл 2 н. раствора уксуснокислого натрия), 4-5 капель 1н. раствора тиосульфата натрия и прибавьте 1 мл раствора дитизона в хлороформе или четырёххлористом углероде, снова перемешайте. При наличии катиона слой растворителя приобретает красную окраску.

Катион определяют реакцией окисления до иона MnO4-.

Катион удобно открывать с гидрофосфатом натрия .

Определение и . К 2-3 каплям раствора прибавьте 10 капель воды, перемешайте и наблюдайте продукты реакции гидролиза. Образование осадка указывает на наличие ионов , .

Определение катионов . При отсутствии в растворе ионов и катион легко открывается свежеприготовленным раствором хлорида олова в щелочной среде. В присутствии ионов и катион можно обнаружить так: в пробирку поместите 6 капель анализируемого раствора, добавьте 5-7 капель 2 н. раствора серной кислоты, бросьте 2-3 кристаллика тиосульфата натрия, нагрейте на кипящей водяной бане 4-5 мин. Осадок обработайте 10 каплями разбавленной азотной кислоты и отцентрифугируйте. В центрифугате определите катион любой частной реакцией.

Катион легко обнаруживается капельным методом на фильтровальной бумаге концентрированным раствором роданида аммония .

Катион можно обнаружить реакцией Чугаева.

Определение катиона . В пробирку налейте 2-3 капли испытуемого раствора, добавьте 3-4 капли 2 н. раствора серной кислоты, добавьте 1-2 кристаллика тиосульфата натрия, подержите 5 мин. на кипящей водяной бане и отцентрифугируйте. Затем на полоску фильтровальной бумаги нанесите 2-3 капли центрифугата и держите над склянкой с сероводородной водой. Появление жёлтого окрашивания говорит о наличии катиона .

Катион открывают действием раствора аммиака.

Катион можно обнаружить реакцией с иодидом калия или с хлоридом олова в присутствии анилина .

 

Таблица 8.1 Окрашивание пламени горелки

Окраска Могут присутствовать

Желтая, исчезающая при рассматривании Na

пламени через синее стекло

Фиолетовая или пурпурная при рассматривании K

пламени через синее стекло

Буро-красная Ca

Карминовая Sr

Жёлто-зеленая Ba٭

Зеленовато-голубая Cu, Pb

٭Если пламя горелки окрасилось в зелёный цвет, вывод о присутствии бария можно сделать лишь при отсутствии солей меди, борной кислоты и её солей.

 

2) Обнаружение анионов, способных при действии кислот образовывать летучие продукты. При действии кислоты на анализируемую смесь твёрдых веществ в зависимости от природы и концентрации кислоты могут выделяться: CO2, SO2, (2 M CH3COOH); CO2, SO2, H2S (2 M HCl, H2SO4); CO2, SO2, HCl, I2, NO2 (концентрированная H2SO4). Если при обработке анализируемой смеси кислотой замечено выделение газа, для его идентификации следует воспользоваться характерными реакциями обнаружения анионов.

3) Обнаружение окислителей. При наличии в смеси окислителей, например, MnO2, PbO2, и галогенид-ионов при обработке сильными кислотами будет наблюдаться выделение Cl2, Br2, I2.

4) Обнаружение некоторых ионов. Непосредственно из смеси полезно обнаружить следующие ионы: ион аммония по реакции выделения аммиака при нагревании в пробирке со щелочью, борат-ион по реакции образования борноэтилового эфира, ацетат-ион по реакции с твёрдым гидросульфатом калия.

Растворение анализируемого образца. Не следует пытаться найти такой растворитель, который бы полностью растворил данный образец. Рекомендуется воспользоваться методом отдельных вытяжек, т.е. провести последовательную обработку анализируемого объекта водой, 2 М CH3COOH, 2М HCl, концентрированной HNO3. В отдельных случаях нерастворимый в HNO3 остаток можно обработать концентрированным аммиаком, концентрированной щелочью, насыщенным раствором (NH4)2CO3.

Приготовление вытяжек – ответственная операция, от которой во многом зависит успех дальнейшей работы и правильность истолкования полученных результатов. Следует очень внимательно наблюдать за изменениями при использовании указанных реагентов и не торопиться перейти к следующему, прежде чем окончательно не убедились, что в предыдущем образец не растворяется или растворение какой-то составной части закончилось.

Каждую из вытяжек исследуют отдельно, за исключением полученных при действии 2 М и концентрированной HCl, которые, как правило, объединяют. Общая схема анализа вытяжек: проводят дробное обнаружение катионов характерными реакциями, затем с помощью групповых реагентов обнаруживают отдельные группы катионов и разделяют на группы по кислотно-щелочной схеме. После разделения из полученных осадков или растворов обнаруживают те катионы, которые нельзя обнаружить дробным методом. Попутно проверяют присутствие катионов, обнаруженных дробным методом. Целесообразно использовать метод хроматографии на бумаге. Остановимся на описании отдельных вытяжек.

Водная вытяжка. Небольшое количество анализируемой смеси обрабатывают водой при нагревании и перемешивании. Если полного растворения не произошло, отделяют осадок центрифугированием, а 2-3 капли прозрачного центрофугата выпаривают досуха на предметном стекле и сравнивают количество сухого остатка с остатком после выпаривания 2-3 капель дистиллированной воды. Надёжными признаками частичного растворения смеси в воде является также появление окрашивания водного раствора и изменение рН по сравнению с рН воды.

Если анализируемая смесь полостью растворяется в воде, то, взяв уже необходимое количество образца, растворяют его в 25-30 каплях воды при нагревании. В случае частичного растворения анализируемой смеси в воде её обрабатывают свежими порциями до тех пор, пока налет при выпаривании центрифугата не будет отличаться от налета, полученного при выпаривании воды.

Объединённые водные вытяжки выпаривают в фарфоровой чашке на песочной бане до небольшого объёма и переносят в пробирку. Обращают внимание на окраску и рН полученного водного раствора. Это даёт предварительные сведения о наличии или отсутствии окрашенных катионов (Co (II), Ni (II), Cu (II), Fe (III), Cr (III)) и анионов (Сr2O7 2-, CrO42-), а также о присутствии анионов слабых кислот (если рН > 7).

Если в водной вытяжке присутствуют CrO42- или Сr2O72-, их восстанавливают формальдегидом в присутствии HCl. Для удаления избытка формальдегида раствор нужно прокипятить.

В водную вытяжку может быть извлечено довольно большое количество катионов и анионов, образующих при совместном присутствии растворимые в воде соединения, поэтому для обнаружения отдельных катионов их необходимо разделить на аналитические группы. Заметим, что катионы K+, Na+, NH4+ и анионы NO3-, NO2- могут находится только в водной вытяжке.

В водной вытяжке анионы обнаруживают либо непосредственно из полученного раствора, либо после осаждения катионов тяжелых металлов, если они присутствуют, насыщенным раствором Na2CO3. Осадок отделяют центрифугированием, центрифугат осторожно нейтрализуют CH3COOH до нейтральной реакции.

Уксуснокислая вытяжка. Не растворившийся в воде остаток (или исходную смесь, если растворения в воде не происходит) обрабатывают 2 М CH3COOH при нагревании. В раствор переходят карбонаты (внимательно следите за выделением пузырьков газа) практически всех катионов, фосфаты двухзарядных катионов. Могут растворяться также хромат стронция, оксиды магния и цинка. Катионы обнаруживают по схеме, указанной выше. Из анионов имеет смысл обнаруживать только карбонат- и фосфат-ионы.

Солянокислая вытяжка. Остаток после обработки CH3COOH обрабатывают при нагревании 2 М HCl. В этих условиях растворяются фосфаты трёхзарядных катионов, сульфиды марганца, цинка, железа (II), оксиды железа, никеля, кобальта, свинца (на присутствие свинца укажет белый осадок, выпадающий при охлаждении и исчезающий при нагревании). Частично растворяются оксиды меди и висмута, хроматы серебра и свинца.

Нерастворившийся остаток обрабатывают концентрированной HCl при нагревании. В раствор переходят сульфиды кадмия, олова, сурьмы (следите за выделением H2S!), диоксиды марганца и свинца (следите за выделением Cl2!), оксиды висмута и сурьмы. Выпадение белого осадка, растворяющегося при кипячении, практически однозначно указывает на присутствие ионов свинца.

Обе солянокислые вытяжки объединяют и используют для обнаружения катионов. Из анионов в солянокислой вытяжке целесообразно обнаружить только сульфид-, фосфат- и хромат-ионы, если вытяжка окрашена. Если в дальнейшем необходима обработка HNO3, не растворившийся в HCl остаток нужно хорошо промыть водой.

Азотнокислая вытяжка. Азотнокислую вытяжку готовят только в том случае, если после обработки анализируемой смеси HCl останется темного цвета остаток. Он может состоять из сульфидов кобальта, никеля, меди, висмута, свинца, растворимых в HNO3. Обработав хорошо промытый водой чёрный остаток концентрированной HNO3 при нагревании, полученный раствор выпаривают досуха, остаток растворяют в воде, отделяют серу центрифугированием и используют для обнаружения катионов. В полученном водном растворе обнаруживают сульфат-ион для подтверждения того, что перешедшие в азотнокислую вытяжку катионы были в смеси в виде сульфидов. Другие анионы не обнаруживают.

Иногда после обработки перечисленными реагентами может остаться красный или белый остаток. Тогда поступают следующим образом.

Обработку царской водкой (смесь HCl с HNO3) проводят в том случае, если после растворения в HNO3 остался остаток красного цвета. Это может быть сульфид ртути. Полученный раствор упаривают досуха, растворяют в 2 М HCl и используют для обнаружения ионов ртути (II).

Если остался белый остаток, логично предположить, что в нём могут находиться сульфаты бария, стронция и свинца либо хлорид, бромид или иодид серебра.

Щелочная вытяжка. При нагревании остатка с 30%-ным раствором КOH (NaОН) в раствор перейдёт PbSO4. Раствор подкисляют и используют для обнаружения ионов свинца и сульфата.

Аммиачная вытяжка. Если белый остаток не растворился или частично растворился в щелочи, его обрабатывают 25%-ным раствором NH3. При этом в раствор перейдёт AgCl и частично AgBr.

Обработка насыщенным раствором карбоната натрия. Белый осадок, оставшийся после аммиачной вытяжки, возможно BaSO4 и SrSO4. Для его растворения проводят многократную обработку свежими порциями насыщенного раствора Na2CO3. Полученный осадок карбонатов растворяют в CH3COOH и анализируют.

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

Оренбургский государственный университет

 

 

Е.В. САЛЬНИКОВА, А.В. СТРЯПКОВ

 

КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

КАТИОНОВ

 

 

Рекомендовано Учёным советом Оренбургского государственного университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности “Химия”

 

Оренбург 2001

 

 

ББК 24.4я7

С 16

УДК 543.061(075.8)

 

 

Рецензент

кандидат технических наук, доцент Т.Ф. Тарасова

 


Поделиться с друзьями:

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.014 с.