- •Лабораторные работы по общей и неорганической химии
- •Москва Издательство Российского университета дружбы народов
- •Общие правила работы в химичесих лабораториях
- •Оказание первой помощи в лаборатории
- •Календарный план занятий по курсу «Химия» для студентов I курса медицинского факультета специальности мл
- •Семинар 1 Элементы химической термодинамики. Термохимические уравнения. Закон Гесса.
- •Лабораторная работа 1 Химическая кинетика и химическое равновесие.
- •Лабораторная работа 2 Теория электролитической диссоциации. Ионные реакции. Амфотерность.
- •Опыт 3. Смещение равновесия в сторону образования осадков
- •Лабораторная работа 3 Гетерогенное равновесие в растворах электролитов.
- •Лабораторная работа 4 Ионное произведение воды. РН растворов. Гидролиз солей.
- •Лабораторная работа 5 Комплексные соединения.
- •Лабораторная работа 6 Окислительно-восстановительные реакции.
- •Лабораторная работа 7 Приготовление и стандартизация раствора соляной кислоты. Определение гидрокарбонатной (временой) жесткости воды.
- •1. Приготовление 250 мл 0,1 моль/л раствора соляной кислоты.
- •2. Стандартизация раствора hCl
- •Лабораторная работа 8 Стандартизация раствора трилона б. Определение общей жесткости воды.
- •Определение общей жесткости воды
- •Лабораторная работа 9 Стандартизация рабочего раствора перманганата калия. Определение содержания железа в соли Мора
- •Лабораторная работа 10 Качественные реакции катионов I-III группы и анионов. Анализ смеси I-III группы и анионов.
- •1. Аналитическая реакция сульфат-иона, so42-
- •2. Аналитические реакции хлорид-иона, Cl-
- •3. Аналитическая реакция нитрат-иона, no3-
- •Анализ смеси катионов I - III аналитических групп и анионов
- •1. Осаждение хлоридов катионов II аналитической группы групповым реагентом hCl (2 м)
- •2. Определение катионов III аналитической группы
- •3. Определение катионов I аналитической группы
- •Анализ анионов
- •Лабораторная работа 11 Качественные реакции катионов IV - VI аналитической группы. Анализ смеси катионов IV - VI аналитичесой группы и анионов.
- •Приложения
- •9. Характеристика металлов (неметаллов) по подгруппам
- •Содержание
Лабораторная работа 10 Качественные реакции катионов I-III группы и анионов. Анализ смеси I-III группы и анионов.
Теоретическая часть
Для определения качественного химического состава вещества пользуются как химическими, так и физико-химическими методами анализа.
В качественном анализе используются аналитические реакции. Аналитическая реакция - это реакция, которая сопровождается каким-либо внешним эффектом (образованием или растворением осадка, выделением газа, изменением окраски раствора и т.д.), позволяющим сделать вывод о наличии соответствующих ионов или молекул в анализируемом веществе. Аналитические реакции делятся на специфические и групповые.
Специфическая реакция – это аналитическая реакция, внешний эффект которой характерен только для данного иона или соединения. С помощью специфической реакции ион может быть обнаружен в присутствии других ионов.
Групповая реакция – это реакция, внешний эффект которой характерен для группы ионов. С помощью групповых реакций смеси ионов разделяют на аналитические группы.
Большинство аналитических реакций выполняется в водных растворах. Так как подавляющее большинство неорганических соединений в растворах диссоциировано, то при анализе практически определяются не элементы вообще, а ионы. Поэтому качественный анализ делится на анализ (открытие, обнаружение) катионов и анализ анионов.
Качественный анализ может быть выполнен дробным или систематическим методом.
Дробный метод анализа заключается в том, что ионы открывают в любой последовательности при помощи специфических реакций в отдельных пробах раствора в присутствии других ионов. Однако не всегда дробный метод можно использовать на практике, так как не для всех ионов имеются специфические реакции. Поэтому при анализе смеси ионов в основном пользуются систематическим методом анализа.
Систематический метод качественного анализа заключается в том, что смесь ионов с помощью групповых реагентов предварительно разделяют в определенной последовательности на аналитические группы. Отдельные ионы внутри каждой группы обнаруживаются с помощью их аналитических реакций после разделения или в условиях устраняющих (маскирующих) влияние других ионов.
Катионы делятся на шесть аналитических групп:
Первая аналитическая группа катионов (растворимая группа) включает ионы К+, Na+ и NH4+. Эта группа не имеет группового реагента, так как большинство соединений катионов этой группы хорошо растворимо в воде.
Вторая аналитическая группа катионов (хлоридная группа) включает катионы Ag+, Hg22+, Pb2+. Групповым реагентом является соляная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых хлоридов.
Третья аналитическая группа катионов (сульфатная группа) включает катионы Ba2+, Ca2+, Sr2+. Их групповым реагентом является серная кислота, которая осаждает эти катионы в виде малорастворимых в воде сульфатов.
Четвертая аналитическая группа катионов (амфолитная группа) объединяет катионы Аl3+, Cr3+, Sn2+, Zn2+. Групповым реагентом служит раствор щелочи, при действии избытка которого образуются растворимые комплексные соединения (гидроксокомплексы).
Пятая аналитическая группа катионов (гидроксидная группа) включает ионы Mg2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Sb3+. В качестве группового реагента используется 25%-ный раствор аммиака, который осаждает эти катионы в виде гидроксидов, нерастворимых в избытке реагента.
Шестая аналитическая группа катионов (аммиакатная группа) объединяет ионы Сu2+, Co2+, Ni2+. Групповым реагентом является 25%-ный раствор аммиака, при избытке которого образуются растворимые в воде комплексные соединения (аммиакаты).
Анализ смеси катионов I-VI аналитических групп, основанный на кислотно-основной классификации, начинают обычно с обнаружения иона аммония дробным методом.
Систематический анализ начинают с осаждения и отделения хлоридов катионов II аналитической группы. Затем переводят в осадок и отделяют сульфаты катионов III аналитической группы. При обработке раствора, полученного после осаждения катионов II и III аналитических групп, избытком раствора гидроксида натрия в осадок переводят основные по своей природе гидроксиды катионов V и VI групп, а в растворе остаются катионы IV аналитической группы в виде соответствующих гидроксокомплексов.
При обработке концентрированным раствором аммиака осадка, содержащего катионы V и VI аналитических групп, катионы VI аналитической группы образуют растворимые комплексные соединения - аммиакаты, тогда как катионы V аналитической группы остаются в осадке в виде соответствующих гидроксидов.
После разделения катионов на группы с помощью групповых реагентов проводят обнаружение ионов внутри каждой группы.
Экспериментальная часть
Проведите качественные реакции катионов I-III групп и анионов : Cl-, NO3-, CO32-, SO42-, результаты занесите в таблицу
№ группы, характеристика группы |
Катионы/ Анионы |
Групповой реагент |
Уравнение реакции (в ионном виде) |
Характер получаемых соединений, признаки реакции |
Качественные реакции I аналитической группы
1. Аналитические реакции катиона калия, К+
1.1. Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия, Na3[Co(NO2)6]. Гексанитрокобальтат (III) натрия с катионами К+ при рН 4–5 образует желтый осадок комплексной соли K2Na[Co(NO2)6] - гексанитрокобальтат (III) калия-натрия:
2K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- K2Na[Co(NO2)6]
Выполнение реакции: поместить в пробирку 2-3 капли раствора соли калия и осторожно прибавить 1-2 капли свежеприготовленного раствора Na3[Co(NO2)6] или несколько кристалликов сухой соли. Выполнению реакции мешают ионы NH4+, но осадок (NH4)2Na[Co(NO2)6] легко разлагается при нагревании. Поэтому реакцию следует проводить при нагревании на водяной бане. Остальные катионы I и II аналитических групп проведению этой реакции не мешают. Если рН раствора > 7, то следует добавить по каплям 2М раствор СH3COOH, если рН раствора < 3, то следует добавить по каплям 2М раствор CH3COONa для достижения необходимого значения рН. Среда с рН>7 – недопустима.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
1.2. Окрашивание пламени. Летучие соли калия окрашивают пламя газовой горелки в фиолетовый цвет.
Выполнение реакции: чистую нихромовую проволоку опустить в насыщенный раствор соли калия или в сухую соль калия и затем внести её в пламя горелки. Окраску пламени лучше наблюдать через синее стекло. Записать наблюдения в тетрадь.
Для очистки нихромовой проволоки ее необходимо опустить в концентрированный раствор HCl, затем внести в пламя газовой горелки. Повторить эту операцию несколько раз. Отсутствие окрашивания пламени свидетельствует о чистоте нихромовой проволоки.
2. Аналитические реакции катиона аммония, NH4+
2.1. Реакция со щелочами. Щелочи NaOH или КОН взаимодействуют с солями аммония с выделением газообразного аммиака:
NH4+ + OH- NH3 + H2O
Выделяющийся аммиак можно обнаружить по запаху или с помощью фенолфталеиновой бумажки, смоченной дистиллированной водой. Образующиеся ионы ОН- изменяют окраску фенолфталеина с бесцветной на малиновую. Реакция специфична, позволяет обнаружить ион аммония в присутствии всех других ионов.
Выполнение реакции: опыт лучше проводить в “газовой камере” - фарфоровой чашке, накрытой часовым стеклом. На внутреннюю поверхность часового стекла поместить смоченный дистиллированной водой кусочек фенолфталеиновой бумаги. В фарфоровую чашку поместить 2-3 капли раствора щелочи и добавить 1-2 капли раствора любой соли аммония. Закрыть фарфоровую чашку часовым стеклом (слегка подогреть ее на водяной бане).
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
2.2. Реакция с реактивом Несслера. Реактив Несслера (смесь K2[HgI4] и КОН) образует с катионами NH4+ осадок красно-коричневого цвета [OHg2NH2]I:
NH4+ + 2[HgI4]2- + 4OH- [OHg2NH2]I + 7I- + 3H2O
Выполнение реакции: на предметное стекло или в пробирку поместить 1-2 капли раствора соли аммония и прибавить к нему 2-3 капли реактива Несслера.
Выполнению реакции мешают катионы металлов (например, Fe3+, Cr3+ и др.), образующие в щелочной среде окрашенные осадки соответствующих гидроксидов.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
Качественные реакции II аналитической группы
Групповым реагентом на катионы II аналитической группы является 2 М раствор соляной кислоты, которая с катионами Ag+, Hg22+ и Pb2+ образует белые осадки AgCl, Hg2Cl2 и PbCl2.
1. Аналитические реакции катиона серебра, Ag+
1.1. Реакция с хлоридами. Соляная кислота и растворимые в воде хлориды с катионом серебра образуют белый творожистый осадок AgCl:
Ag+ + Cl- AgCl
Осадок AgCl растворяется в избытке раствора аммиака с образованием бесцветного комплексного соединения [Ag(NH3)2]Cl:
AgCl + 2NH3 [Ag(NH3)2]+ + Cl-
Полученное комплексное соединение устойчиво только в присутствии избытка аммиака и может быть разрушено сильными кислотами (HNO3, H2SO4) с образованием осадка AgCl:
[Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H+ AgCl + 2NH4+
Выполнение реакции: поместить в центрифужную пробирку (короткая коническая пробирка) 2-3 капли раствора соли серебра и прибавить к нему 2-3 капли 2 М раствора HCl.
Отделить осадок от раствора центрифугированием.
К осадку по каплям добавить раствор аммиака до его полного растворения. К полученному раствору добавить 1-2 капли фенолфталеина и затем по каплям раствор HNO3 до обесцвечивания раствора. Помутнение раствора указывает на образование осадка AgCl.
Записать наблюдения и уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
1.2. Реакция с иодидом калия, KI. Иодид калия образует с катионом Ag+ светло-желтый осадок иодида серебра, практически нерастворимого в воде и концентрированном растворе аммиака:
Ag+ + I- AgI
Выполнение реакции: поместитьв пробирку 2-3 капли раствора соли серебра и прибавить к нему 2-3 капли раствора иодида калия.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
2. Аналитические реакции катиона ртути (I), Hg22+
2.1. Реакция с хлоридами. Соляная кислота и растворимые в воде хлориды с катионом ртути (I) образуют белый осадок хлорида ртути (I) - Hg2Cl2 (каломель), при взаимодействии которого с раствором аммиака образуется белый осадок соединения [HgNH2]Cl и выделяется металлическая ртуть черного цвета.
Hg22+ + 2Cl- Hg2Cl2
Hg2Cl2 + 2NH3 [HgNH2]Cl + Hg + NH4+
Выполнение реакции: поместить в пробирку 2-3 капли раствора соли ртути (I) и добавить к нему 3-4 капли 2М раствора HCl. К образовавшемуся осадку добавить 5-10 капель концентрированного раствора аммиака.
Записать наблюдения и уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
2.2. Восстановление ртути (I) металлической медью. Металлическая медь восстанавливает Hg22+ до металла с образованием амальгамы:
Hg22+ + 2Cu 2Hg + Cu2+
Выполнение реакции: на медную монету или медную пластинку поместить 2-3 капли раствора соли ртути (I). Через 2-3 минуты смыть раствор водой и потереть поверхность кусочком фильтровальной бумаги.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
3. Аналитические реакции катиона свинца, Pb2+
3.1. Реакция с хлоридами. Соляная кислота и растворимые в воде хлориды образуют с катионами свинца Pb2+ белый осадок хлорида свинца, растворимый в горячей дистиллированной воде:
Pb2+ + 2Cl- PbCl2
Выполнение реакции: поместить в центрифужную пробирку 2-3 капли раствора соли свинца. Прибавить к нему 2-3 капли 2 М раствора HCl.
Осадок отделить от раствора центрифугированием.
К полученному осадку прилить 2-3 мл дистиллированной воды, смесь перемешать стеклянной палочкой и нагреть пробирку на водяной бане.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
3.2. Реакция с иодидом калия, KI. Иодид калия образует с ионами свинца Pb2+ осадок золотисто-желтого цвета, растворимый в горячей дистиллированной воде:
Pb2+ + 2I- PbI2
При охлаждении раствора PbI2 снова выпадает в осадок в виде золотисто-желтых кристаллов. Эту реакцию часто называют “реакцией золотого дождя”.
Выполнение реакции: поместить в пробирку 2-3 капли раствора соли свинца и прибавить к нему 2-3 капли раствора иодида калия. К полученному осадку прилить 3-5 мл дистиллированной воды и нагреть пробирку на водяной бане до полного растворения осадка. Охладить пробирку под струей холодной воды. При медленном охлаждении раствора образуются крупные золотисто-желтые кристаллы PbI2.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
3.3. Реакция с хроматом калия, K2CrO4. Хромат калия с катионами свинца Pb2+ образует осадок хромата свинца PbCrO4 желтого цвета, растворимый в сильных кислотах и щелочах, но нерастворимый в уксусной кислоте:
Pb2+ + CrO42- PbCrO4
2PbCrO4 + 2H+ 2Pb2+ + Cr2O72- + H2O
PbCrO4 + 3OH- [Pb(OH)3]- + CrO42-
Выполнение реакции: в пробирку поместить 2-3 капли раствора соли свинца, добавить к нему 2-3 капли раствора хромата калия. Полученный осадок разделить на две части. В первую пробирку с осадком добавить 4-5 капель 2 М раствора NaOH или КОН. Во вторую пробирку с осадком добавить 4-5 капель 2 М раствора уксусной кислоты, СН3СООН.
Записать наблюдения и уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
Качественные реакции катионов III аналитической группы
Групповым реагентом на катионы III аналитической группы является 1 М раствор серной кислоты, которая с катионами Ba2+и Ca2+ образует осадки белого цвета малорастворимых сульфатов ВaSO4 и CaSO4.
1. Аналитические реакции катиона бария, Ва2+
1.1. Реакция с серной кислотой. Серная кислота и растворимые сульфаты с ионами бария Ва2+ образуют белый кристаллический осадок, нерастворимый в минеральных кислотах:
Ba2+ + SO42- BaSO4
Выполнение реакции: поместить в пробирку 1-2 капли раствора соли бария и добавить к нему 2-3 капли 1 М раствора H2SO4.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
1.2. Реакция с хроматом калия, K2CrO4 или дихроматом калия, K2Cr2O7. Хромат калия с ионами бария Ва2+ при рН = 4-5 образует желтый осадок хромата бария ВаCrO4:
Ba2+ + CrO42- ВаCrO4
Хромат бария растворим в сильный кислотах, но нерастворим в уксусной кислоте. При проведении реакции в уксуснокислой среде определению иона бария не мешают ионы Ca2+, так как CaCrO4 растворим в воде.
Выполнение реакции: смешать в пробирке по 5 капель растворов хлорида бария и хромата калия. Полученный осадок разделить на две пробирки. В первую пробирку с осадком добавить 2-3 мл 2 М раствора HCl, а в другую - 2-3 мл 2 М раствора СН3СООН.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
1.3. Окрашивание пламени. Летучие соли бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет.
Выполнение реакции: чистую нихромовую проволоку опустить в насыщенный раствор соли бария или в сухую соль и затем внесите её в пламя газовой горелки. Записать наблюдения в тетрадь.
2. Аналитические реакции катиона кальция, Са2+
2.1. Реакция с серной кислотой. Серная кислота и растворимые сульфаты образуют с катионом кальция Са2+ в концентрированных растворах кристаллы гипса CaSO42Н2О белого цвета, имеющие игольчатую форму:
Сa2+ + SO42- + 2Н2О СaSO4 + 2Н2О
Выполнение реакции: поместить на предметное стекло 1 каплю раствора соли кальция, прибавить к нему 1 каплю 1 М раствора H2SO4 и 1 каплю С2Н5ОН для уменьшения растворимости. Осторожно нагрейть предметное стекло на водяной бане до появления белых кристаллов гипса. Рассмотреть их под микроскопом.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
2.2. Реакция с оксалатом аммония, (NH4)2C2O4. Оксалат аммония с ионами кальция Са2+ образует белый кристаллический осадок CаC2O4, нерастворимый в уксусной кислоте, но растворимый в сильных кислотах:
Сa2+ + C2O42- CаC2O4
Выполнение реакции: поместить в пробирку 1-2 капли раствора соли кальция, 3-4 капли раствора (NH4)2C2O4 и 1-2 капли 2 М раствора аммиака. Полученный осадок разделить на две части. В первую пробирку с осадком добавить 2-3 мл 2 М раствора HCl, а в другую - 2-3 мл 2 М раствора СН3СООН.
Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.
2.3. Окрашивание пламени. Летучие соли кальция окрашивают пламя газовой горелки в оранжево-красный цвет.
Выполнение реакции: чистую нихромовую проволоку опустить в насыщенный раствор хлорида кальция или в сухую соль и затем внести её в пламя газовой горелки. Записать наблюдения в тетрадь.
Аналитические реакции анионов
Общепринятой классификации анионов не существует. Чаще всего используется классификация анионов по растворимости их солей бария и серебра.
I Аналитическая группа анионов объединяет ионы SO42-, CO32-, PO43-, SiO32-, которые образуют малорастворимые соли бария. Групповым реагентом является раствор хлорида бария BaCl2.
II Аналитическая группа анионов включает ионы Cl-, Br-, I-, S2-, которые образуют малорастворимые соли серебра. Групповым реагентом является раствор нитрата серебра AgNO3.
III Аналитическая группа анионов объединяет ионы NO3-, CH3COO-, большинство солей которых хорошо растворимы в воде. Группового реагента нет.
Анализ анионов имеет свои особенности. Анионы открывают дробным методом в отдельных порциях исследуемого раствора. При выполнении характерных реакций на анионы следует обратить особое внимание на свойства и растворимость получаемых осадков солей бария и серебра (т.к. внешний вид осадков многих анионов практически одинаков).