1 курс / Химия / analiticheskaya_khimia инфа

9.1. Экспериментальная часть

9.1.1. Реакции нитрат-иона

Реакции восстановления:

а) к 3-4 каплям нитрата щелочного металла прибавляют несколько капель концентрированной серной кислоты и небольшой кусочек меди. Нагревают пробирку с реакционной смесью (под тягой), выделяются буро-желтые пары диоксида азота:

2NО3- + 8Н+ + 3Сu → 3Сu2+ + 2NO + 4Н2О; 2NO + О2 ↔ 2NO2;

б) к 3-4 каплям раствора, содержащего нитрат-ионы, прибавляют несколько капель 2М раствора NаОН и 1-2 кусочка металлического Аl. Пробирку закрывают не очень плотно ватой, поверх которой помещают влажную красную лакмусовую бумагу и нагревают на водяной бане. Лакмусовая бумага синеет. Металлический алюминий в сильнощелочной среде восстанавливает NО3- до NН3, который можно обнаружить по посинению влажной красной лакмусовой бумаги:

3NО3- + 8Аl + 5ОН- + 18Н2О = 3NН3 + 8Аl(ОН)4-.

Реакция с дифениламином (С6Н5)2NН. В пробирку вносят 3 капли раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте, добавляют одну каплю раствора NаNО3 и перемешивают. Появляется интенсивная синяя окраска.

Реакция с нитроном (микрокристаллоскопическая реакция). На предметное стекло наносят каплю раствора, содержащего нитратионы, а на нее каплю раствора нитрона в 5%-м растворе СН3СООН. Рассматривают кристаллы под микроскопом. В кислой среде нитрон образует с NО3- характерные иглообразные кристаллы (пучки тонких игл) нитрата нитрона С20Н16N4НNО3.

9.1.2. Реакции нитрит-иона

Реакция с иодидом калия. К 4-5 каплям раствора NаNО2 добавляют 1-2 капли 2М раствора НСl и 2-3 капли раствора КJ. Раствор буреет вследствие выделения J2. При добавлении 1-2 капель раствора крахмала появляется темно-синяя окраска. Иодид калия в разбавленных НСl, Н2SО4 или уксуснокислой среде окисляется нитритом до J2:

2NО2- +2J- + 4Н+ = J2 + 2NО + 2Н2О.

80

Реакция с кислотами. В пробирку помещают 3-4 капли раствора NаNО2 и 1-2 капли Н2SО4. Выделяются желто-бурые пары оксидов азота:

NО2- + Н+↔ НNО2;

2НNО2 → N2О3 + Н2О → NО + N2О + Н2О.

Реакция с перманганатом калия. В пробирку вносят 1-2 капли разбавленного раствора КМnО4, прибавляют 1-2 капли разбавленной Н2SО4 и 3-4 капли раствора NаNО2. Розовыйрастворперманганатакалия обесцвечивается:

5NО2- + 2МnО4- + 6Н+→ 5NО3- + 2Мn2+ + 3Н2О.

Реакция с реактивом Грисса – Илошвая (смесью сульфаниловой кислоты НSО3С6Н4NН2 с 1-нафтиламином С10Н7NН2). На стеклянную пла-

стинку наносят 2 капли нейтрального или уксуснокислого раствора NаNО2, прибавляют по одной капле раствор сульфаниловой кислоты и раствор 1-нафтиламина (или 1-амино-2 нафтола). Смесь окрашивается в ярко-красный цвет вследствие образования соответствующего азокрасителя. Данная реакция − одна из наиболее чувствительных на нитрит-ион: предел обнаружения ~ 0,01 мкг. Нитрат-ион аналогичной реакции не дает.

9.1.3. Реакции ацетат-иона

Реакция с кислотами. К 6-7 каплям раствора СН3СООNа добавляют 3 капли концентрированной Н2SО4 и осторожно нагревают реакционную смесь. Выделяется СН3СООН, которую обнаруживают по

запаху:

СН3СОО- + Н2SО4 = СН3СООН + SО42-.

Реакция с хлоридом железа (III). К 6-7 каплям раст-

вора СН3СООNа прибавляют 2-3 капли раствора FeCl3 и нагревают на водяной бане. Появляется красно-бурая окраска. При кипячении из раствора выпадает красно-бурый осадок основного ацетата же-

леза (III):

(СН3СОО)3Fe + 2Н2О ↔ Fe(ОН)2СН3СОО + 2СН3СООН.

81

Реакция образования эфиров:

а) к нескольким каплям раствора СН3СООNа прибавляют по 3-4 капли этанола, концентрированной Н2SО4 и нагревают. Затем выливают содержимое пробирки в стакан с холодной водой. Появляется запах уксусноэтилового эфира:

СН3СОО- + Н+→ СН3СООН; СН3СООН + С2Н5ОН = СН3СООС2Н5 + Н2О;

б) в пробирку вносят 4-5 капель концентрированного раствора ацетата натрия, столько же капель Н2SО4, 1-2 капли раствора АgNО3 (катализатор) и осторожно нагревают смесь. Чувствуется характерный запах этилацетата, усиливающийся при нагревании.

9.2. Анализ смеси анионов третьей группы (без ионов NО2-)

Анионы этой группы можно обнаружить дробно в отдельных порциях раствора.

Обнаружение NО3-. Используют реакцию с дифениламином. Обнаружение СН3СОО-. К 5-6 каплям исследуемого раствора

прибавляют 3-4 капли концентрированной Н2SО4, 5-6 капель этилового спирта, 1-2 капли раствора АgNО3 (катализатор). Смесь нагревают на водяной бане в течение 1-2 мин., затем выливают в холодную воду. В присутствии ионов СН3СОО- образуется уксусноэтиловый эфир, обладающий характерным запахом.

К 5-6 каплям исследуемого раствора прибавляют 5-6 капель раствора FeCl3. При наличии ионов СН3СОО- появляется красно-бурая окраска, а при разбавлении водой и нагревании выпадает краснобурый осадок.

Схема анализа анионов 3-й аналитической группы приведена на рис. 13.

9.3. Контрольные вопросы

1.Какие анионы не могут присутствовать в сильнокислом растворе?

2.На чем основано открытие ацетат-ионов раствором хлорида железа (III)?

82

3.Как определяется нитрат-ион в присутствии нитрит-иона? Приведите несколько способов анализа смеси указанных анионов.

4.О чем свидетельствует темно-синяя окраска раствора при добавлении крахмала с реакцией иодида калия на нитрит-ион?

5.Почему раствор перманганата калия обесцвечивается при реакции на нитрит-ион?

6.Что собой представляет реактив Грисса – Илошвая?

7. Какие оксиды азота образуются при реакции нитрит-ионов с кислотами?

83

4. АНАЛИЗ ТВЕРДОГО ВЕЩЕСТВА

Для анализа отбирают 0,1 – 0,3 г твердого вещества, состав которого устанавливается в два этапа. На первом этапе проводят предварительные испытания. К ним относятся следующие операции:

• оценка агрегатного состояния, запаха, цвета (соли меди окрашены в голубой цвет, никеля – в зеленый, железа – в желтый), но цвет раствора еще не дает возможность сделать окончательный вывод о его составе. Поэтому производят систематический анализ катиона

ианиона, составляющих данную соль;

•пробы на окрашивание пламени;

•получение цветных перлов. В результате нагрева анализируе-

мого вещества с тетраборатом натрия Nа2В4О7 или с гидрофосфатом натрия-аммония NаNН4НРО4 в ушке нихромовой проволоки образуется характерно окрашенный перл (стеклообразная бусинка): зеленый цвет перла свидетельствует о наличии катионов Сr3+, синий цвет – Со2+ и др. Интенсивность окраски перлов зависит от концентрации исследуемого вещества и температуры нагревания;

•кислотное разложение (воздействие серной кислотой для определения анионов), в результате которого возможно выделение газообразных продуктов;

•растворение вещества:

1)сначала в холодной воде, а затем, если не растворяется, в горячей воде;

2)если вещество не растворяется в горячей воде, то последовательно пробуют растворить его в 2М растворе уксусной кислоты, а затемв2Мрастворахсоляной, азотной, сернойкислот;

3)если вещество имеет более сложный состав, то его либо растворяют в одном из следующих растворов:

– в концентрированной НСl;

– концентрированной НNО3 ;

– в царской водке НNО3 + 3НСl;

– 30%-м растворе щелочи;

– 25%-м растворе аммиака;

4)либо проводят сплавление.

При использовании кислот в качестве растворителей не следует допускать их избыток. Во избежание потерь анионов летучих или неустойчивых кислот нежелательно применение кислот для растворения исследуемого вещества при анализе пробы на содержание анионов;

84

•определение рН раствора (для растворимых в воде солей). В сильнокислой среде исключено наличие карбонатов, тиосульфатов, сульфитов, нитритов, фосфатов (средние соли). Кислая среда указывает на присутствие солей сильных кислот и слабых оснований (NН4Сl, АlСl3, ZnSO4, NН4NО3 и др.), а также кислых солей. В случае нейтральной реакции среды возможно присутствие солей сильных кислот и сильных оснований (NаСl, КNО3 и др.) или солей слабых кислот и слабых оснований (NН4СН3СОО и др.). Щелочная среда свидетельствует о наличии солей сильных оснований и слабых кислот (К2СО3, Nа2SО3 и др.). При рН = 7–9 практически однозначно отсутствуют катионы Аg+, Рb2+, Сd2+, Мn2+ (в случае присутствия в исследуемом растворе только одного катиона);

•обнаружение окислителей и восстановителей.

Изменения в растворе анализируемого вещества при добавлении смеси КJ + Н2SО4 означают наличие окислителей. Изменения в результате действия J2 + Н2SО4 или КМnО4 + Н2SО4 характеризуют присутствие восстановителей в исследуемом растворе.

На втором этапе проводят систематический, или дробный, анализ катионов и анионов.

Систематический анализ начинают с обнаружения катионов. Из отдельных проб анализируемого раствора, используя групповые реактивы, обнаруживают аналитические группы, к которым относятся присутствующие в растворе катионы. Определив группу, к которой относится катион, открывают его с помощью характерных реакций. Затем проводят обнаружение аниона.

Лабораторная работа № 10. Анализ сухой соли

Цель работы: подготовка твердого вещества к анализу, открытие катиона и аниона и составление формулы выданной соли.

10.1. Экспериментальная часть

10.1.1. Обнаружение катиона

Обнаружение катионов 1-й группы. К 3 – 5 каплям испытуемого раствора прибавляют 2-3 капли раствора карбоната натрия. Если оса-

85

док не выпадает, то в растворе могут присутствовать только катионы

1-й группы. В отдельных порциях открывают по характерным реакциям ион NН4+ либо К+, либо Nа+.

Обнаружениекатионов2-йгруппы. Если осадок выпал (при добавле-

нии карбоната натрия), необходимо взять новую порцию раствора и добавить 2Н раствор НСl. В случае выпадения осадка в новых порциях раствора можно обнаружить ионы Рb2+, Аg+, Нg22+.

Обнаружение катионов 3-й группы. К 2-3 каплям анализируемого раствора прибавляют 2Н раствор серной кислоты и нагревают. Выпадение осадка свидетельствует о присутствии катионов 3-й группы. В случае солей кальция осадок сульфата может и не выпасть из разбавленного раствора. Необходимо дополнительно провести реакциювновой порции исследуемого раствора с концентрированной серной кислотой. Затемвразличныхпорцияххарактерными реакциями открывают барий, стронций и кальций.

Обнаружение катионов 4-й группы. К 2-3 каплям анализируемого рас-

твора добавляют избыток гидроксида натрия. Растворение первоначально выпавшего осадка свидетельствует о присутствии катионов 4-й группы.

Обнаружение катионов 5-й и 6-й групп. Если при действии из-

бытка гидроксида натрия осадок не растворяется, это указывает на наличие катионов 5-й либо 6-й группы. Далее берут новую порцию исследуемого раствора и действуют избытком раствора аммиака. Если осадок не растворяется, следовательно, в растворе присутствуют катионы 6-й группы. Характерными реакциями открывают каждый катион 6-й группы.

10.1.2. Обнаружение аниона

Если при действии группового реагента ВаСl2 осадок не выпадает, то характерные реакции на анионы 1-й группы не проводят.

Если при действии на часть исследуемого раствора азотнокислым серебром выпал осадок, то обнаружение анионов 2-й группы проводят с хлорной водой. Если бензольное кольцо окрашено в фиолетовый цвет, то в растворе присутствует анион йода, если кольцо желтое

– присутствует бромид-ион, если бесцветное – хлорид-ион.

Если осадок не выпал ни с хлоридом бария, ни с азотнокислым серебром, проводятреакциинанитрат-ионсдифениламином.

86

После того как определены катион и анион, составляют формулу выданнойсолиипроверяютправильностьанализаупреподавателя.

10.2. Контрольные вопросы

1.Какие из катионов в растворе окрашены?

2.Какой катион присутствует в растворе, если при добавлении

креакционной смеси роданида аммония с изоамиловым спиртом образуется кольцо, окрашенное в ярко-синий цвет?

3.Какая из солей нерастворима в разбавленной хлороводородной кислоте?

•сульфат бария;

•карбонат бария;

•сульфит бария;

•фосфат бария.

87

ЛИТЕРАТУРА

1.Основы аналитической химии. Практическое руководство: учеб. пособие для вузов/ В.И. Фадеева, Т. Н. Шеховцова, В.М. Иванов

идр.; под ред. Ю.А. Золотова. – 2-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2003.

2.Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия: в 2 кн.: учеб. для вузов/ Ю.Я. Харитонов. – М.: Высшая школа, 2005.

3.Цитович, И.К. Курс аналитической химии. учеб. для вузов/ И.К. Цитович. – М.: Высшая школа, 2009.

4.Гильманшина, С.И. Основы аналитической химии: курс лекций/ С.И. Гильманшина. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2006.

5.Золотов, Ю.А. Основы аналитической химии: в 2 кн.: учеб. для вузов/ Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева [и др.]. – М.: Высшая школа, 2000.

6.Климова, Н.В. Методические указания к лабораторным работам по аналитической химии (качественный анализ)/ Н.В. Климова. − Орел: ОрелГТУ, 1995.

88