Классификация анионов

Номер группы	Характеристика групп	Анионы, образующие группу	Групповой реагент
I	Соли бария мало растворимы в воде	SO42-, SO2-3, CO2-3, PO3-4, C2O2-4 и др.	BaCl2 в нейтральном или слабощелочном растворе
II	Соли сесребра малорастворимы в воде и разбавлен-ной HNO3	Cl-, Br-, I-, S2-, SCN-, CN- и др.	AgNO3 в присутствии 2 н. HNO3
III	Соли бария и се-ребра растворимы в воде	NO-3-, NO-2, CH3COO- и др.	Группового реагента нет

Способ выполнения анализа определяется главным образом количеством исследуемого вещества, так как от этого зависит выбор аналитических реакций, принцип и техника анализа. Различают макро-, полумикро-, микро-, ультрамикро- и субмикрометоды. При анализе макрометодом исследуют сравнительно большие количества вещества: 0,1-1 г твердого вещества или 20-100 мл раствора. Для отделения осадков от раствора применяют бумажные или стеклянные фильтры. В полумикрометоде анализируют 0,01-0,1 г. твердого вещества или 1-5 мл раствора; осадки от раствора отделяют цетрифугированием. При анализе микрометодом исследуют малые количества вещества: меньше чем 0,01 г сухого вещества или 0,5 мл раствора. Ультрамикро- и субмикрометоды применяют для определения очень малых количеств веществ (10^-6-10^-10 г); анализ проводят в специально оборудованных лабораториях.

В данном практикуме при проведении качественного анализа предусмотрен полумикрометод, при проведении количественного анализа – макрометод.

Анализ качественного состава раствора

РАБОТА № 1

Дробный метод

Для определения качественного состава полученного у преподавателя раствора следует провести дробный анализ. Но прежде чем приступить к выполнению анализа, следует изучить реакции взаимодействия ионов с соответствующими реагентами, ознакомиться с методикой выполнения и эффектом реакций. Результаты исследований записывают в лабораторный журнал, указывая эффект реакций, условия их протекания и уравнение реакций в вещественном и ионном видах (см.табл.3).

Таблица 3

Пример записи в лабораторном журнале

Ка-тион (или ани-он)	Но- мер груп-пы	Реа-гент	Уравнение реакции	Эффект реакции	Усло-вия вы-пол-нения	Вывод
NH+4	I	NaOH	NH4Cl+NaOH=NH3(г)+ +H2O+NaCl NH+4+OH- = NH3(г)+H2O	Выделе-ние газа со специфич.за-пахом	Нагре-вание	Присутствует катион NH+4

В растворе, выданном преподавателем, могут присутствовать катионы: K⁺, Na⁺, NH⁺₄, Pb²⁺, Ca²⁺, Cu³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺; анионы: SO^2-₄, Cl^-, NO^-₃.

ОБНАРУЖЕНИЕ КАТИОНОВ ДРОБНЫМ МЕТОДОМ

Предварительные испытания

1. Растворы некоторых солей имеют окраску. Поэтому перед проведением дробного анализа следует обратить внимание на цвет полученного для анализа раствора и на основании наблюдения сделать предварительный вывод о присутствии или отсутствии тех или иных ионов и о направлении исследования.

Растворы солей калия, натрия, аммония, свинца, кальция, железа (II), марганца бесцветны; растворы солей железа (III) имеют желтую окраску, никеля (II) – зеленую, кобальта (II) – розовую, Cu (I) – зеленую, Cu (II) – голубую или зеленую.

2. Устанавливают рН раствора. Для этого каплю испытуемого раствора помещают на универсальную индикаторную бумагу и сравнивают с цветной шкалой рН.

При проведении реакции обнаружения полезно сравнить наблюдаемый эффект с результатом холостого опыта, в котором использовались все те же реагенты и в тех же условиях, что и в основном, но в отсутствие определяемого иона.

Обнаружение иона аммония NH₄⁺

Щелочи выделяют из раствора аммониевых солей при нагревании газообразный аммиак.

NH⁺₄ + OH^- = NH_3(г) + H₂O

Выполнение реакции. К 1–2мл исследуемого раствора добавляют 2–3мл раствора щелочи и нагревают до кипения. В присутствии иона NH₄⁺ выделяется газ с резким запахом. Если к отверстию пробирки поднести влажную красную лакмусовую бумагу (не касаясь ею стенок пробирки), то в присутствии NH⁺₄, бумага посинеет.

Катион NH⁺₄ мешает обнаружению K⁺, поэтому перед проведением реакции на K⁺ ионы NH⁺₄ необходимо удалить или связать.

У д а л е н и е NH⁺₄. 15-20 капель исследуемого раствора помещают в тигель или фарфоровую чашку и выпаривают досуха. Остаток в тигле прокаливают до полного прекращения выделения белого “дыма”. Содержимое тигля охлаждают и обрабатывают 8-10 каплями дистиллированной воды, тщательно перемешивают и проверяют на полноту удаления NH⁺₄.

Обнаружение иона калия К⁺

1. Реакция с гексанитрокобальтатом (III) натрия

Na₃[Co(NO₂)₆] с растворами солей К⁺ при рН 4-5 образуют желтый осадок

2К⁺ + 2Cl^- + 3Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- → K₂Na[Co(No₂)₆]_(т) + 2Na⁺ + 2Cl^-

2K⁺ + Na⁺ → K₂Na[Со(NO₂)₆]_т

Осадок растворим в сильных кислотах, нерастворим в уксусной кислоте, разлагается с образованием темно-бурого осадка при действии щелочей. Ион NH⁺₄ также образует желтый осадок (NH₄)₂Na[Co(NO₂)₆]. Ионы Na⁺ и Mg²⁺ проведению реакции не мешают.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и

а) При отсутствии мешающих ионов к капле раствора прибавляют 1-2 капли раствора реагента гексанитрокобальтата (III) натрия, дают постоять и нагревают. В присутствии иона К⁺ образуется ярко-желтый кристаллический осадок соли K₂Na [Co(NO₂)₆].

б) При выполнении дробной реакции в присутствии мешающих ионов для связывания иона NH⁺₄ используют реакцию с формальдегидом в щелочной среде. К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют равный объем 40%-ного раствора формальдегида и 1 каплю фенолфталеина. Затем по каплям добавляют раствор Na₂CO₃ до появления устойчивой красной окраски (рН>10). Если при этом образуется осадок карбонатов и гидроксидов, то содержимое пробирки нагревают в течение 1-2 минут, а затем осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают. Центрифугат подкисляют 2 н. раствором CH₃COOH до исчезновения красной окраски и обнаруживают в нем К⁺ действием Na₃[Co(NO₂)₆].

2. Реакция окрашивания пламени. Летучие соединения калия окрашивают пламя газовой горелки в бледно – фиолетовый цвет. Платиновую или нихромовую проволоку очищают, смачивают исследуемым раствором и вносят в бесцветное пламя горелки (платиновую или нихромовую проволоку можно заменить полоской фильтровальной бумаги). В присутствии калия пламя окрашивается в бледно – фиолетовый цвет. Испытанию мешают соли натрия.

Обнаружение иона натрия Na⁺

Реакция окрашивания пламени. Летучие соли натрия окрашивают пламя газовой горелки в интенсивно – желтый цвет. Реакцию проводят так же, как и на К⁺. Реакция очень чувствительна: открываемый минимум равен 0,0001 мкг. Поэтому о присутствии Na⁺ можно судить лишь в том случае, если интенсивно – желтое окрашивание пламени не исчезает через 10-15 секунд.

Обнаружение иона свинца Pb²⁺

1. Реакция с кислотой. Разбавленная НCl (а также растворы хлоридов) осаждает Pb²⁺ в виде белого осадка хлорида свинца:

Pb²⁺ + 2Сl → PbCl_2(т)

Осадок растворим в щелочах и в избытке HCl:

PbCl_2(т) + 4OH^- → [Pb(OH)₄]^2-

PbCl_2(т) + 2Cl^- → [PbCl₄]^2-.

PbCl₂ характеризуется значительной растворимостью в воде, чем пользуются для отделения PbCl₂ от AgCl и Hg₂Cl₂ и последующим открытием.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 15-20 капель исследуемого раствора и прибавляют при перемещении 20 капель 2 н соляной кислоты. Осадок центрифугируют и отделяют от центрифугата. Осадок обрабатывают 10 каплями дистиллированной воды и нагревают; часть осадка PbCl₂ растворяется. Горячий раствор быстро отделяют от осадка и испытывают на присутствие иона Pb²⁺.

а.) Иодид калия KI дает с Pb²⁺ желтый осадок PbI₂;

Pb²⁺ + 2I^- → PbI_2(т)

Получив осадок, в пробирку прибавляют несколько капель воды и 2 н. раствора СН₃СООН и нагревают на водяной бане. Осадок растворяется, но при охлаждении выпадает вновь в виде блестящих золотистых кристаллов.

б.) Хромат калия K₂CrO₄ и дихромат калия K₂Cr₂O₇ образует желтый осадок малорастворимого хромата свинца PbCrO₄:

Pb²⁺ + CrO²₄ → PbCrO_4(т);

2Pb²⁺ + Cr₂O^2-₇ + H₂O ↔ 2PbCrO_4(т) + 2H⁺.