качественный анализ соли на катионы и анионы

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ухтинский государственный технический университет
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
СОЛИ НА КАТИОНЫ И АНИОНЫ
Методические указания к лабораторному практикуму
по дисциплине «Химия»
Ухта 2009
УДК 546(075)
Ц 57
Цивилев, Р.П.
Качественный анализ соли на катионы и анионы [Текст]: метод. указания к
лабораторному практикуму по дисциплине «Химия» / Р.П. Цивилев. – Ухта:
УГТУ, 2009. – 11 с.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы
по дисциплине «Химия» для студентов первого курса.
Методические указания соответствуют рабочей учебной программе.
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой химии от 18 марта
2009 г. протокол № 18 и предложены для издания Советом специальности
МиГГ протокол № 09 от 07 апреля 2009 г.
Рецензент: Крупенский В.И., д.х.н., профессор кафедры.
Редактор: Рудиченко Н.В.
В методических указаниях учтены замечания рецензента и редактора.
План 2009 г., позиция 49.
Подписано в печать 15.06.2009 г. Компьютерный набор.
Объем 11 с. Тираж 50. Заказ 232.
© Ухтинский государственный технический университет, 2009
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.
Отдел оперативной полиграфии УГТУ.
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СОЛИ НА КАТИОН И АНИОН
Цель работы: определить, какой катион и анион входят в состав
исследуемой соли
I. ВВЕДЕНИЕ
Познакомившись со способом открытия важнейших катионов и анионов,
студент должен выполнить контрольную задачу: провести качественный анализ
соли, выданный преподавателем. В соли находится один катион и один анион,
которые изучались. Задача выдается в виде раствора или легко растворимой в
воде соли. Сухую соль нужно растворить в небольшом количестве воды (в случае необходимости при нагревании).
Полученное на анализ вещество делят на три части. Одну из них оставляют в запасе, на случай какой-либо неудачи, другую употребляют для открытия катиона и третью для открытия аниона. При этом начинают исследование
обычно с открытия катиона, так как в ряде случаев знание содержащегося в задаче катиона позволяет сделать заключение об отсутствии ряда анионов и тем
значительно облегчает работу.
II. ОТКРЫТИЕ КАТИОНА
С помощью групповых реактивов необходимо установить группу, к которой принадлежит искомый катион. К отдельной пробе задачи прибавить соляную кислоту и проверить наличие катионов II группы. При отрицательной реакции на катионы II группы к этой же пробе прибавить раствор серной кислоты. Если в этом случае реакция отрицательна, т.е. отсутствуют катионы III
группы, то к новой пробе исходного раствора задачи необходимо добавить по
каплям раствор едкого натра. Образование осадка указывает на присутствие катионов IV группы. К полученному осадку гидроксида катиона добавить избыток реактива. Растворение осадка подтверждает присутствие катиона IV группы. Если же пробы групповыми реактивами на катионы II-IV групп не дали положительного результата, то катион принадлежит к 1 аналитической группе.
После того, как установлена принадлежность искомого катиона к той или
иной аналитической группе приступают к открытию этого катиона в отдельных
пробах исходного раствора задачи соответствующими качественными реакциями. Если катион принадлежит к 1 аналитической группе, то первыми в задаче
проверяют присутствие ионов аммония, т.к. он дает реакции, аналогичные аналитическим реакциям на ионы калия и натрия.
3
Если катион принадлежит ко II аналитической группе, то проверяют растворимость в горячей воде и в гидроксиде аммония осадка, полученного при
добавлении к задаче раствора соляной кислоты. Растворимость осадка в соляной кислоте свидетельствует о присутствии в задаче ионов свинца, растворимость в гидроксиде аммония – в присутствии ионов серебра.
Если катион принадлежит к II аналитической группе, то вывод о присутствии ионов бария можно сделать по выпадению осадка BaCrO4 при добавлении к задаче раствора бихромата калия.
Если катион принадлежит к IV аналитической группе, то к раствору, содержащему алюминат или цинкат прибавить до кислой реакции уксусную кислоту, твердый хлорид аммония (NH4Cl) и гидроксид аммония до появления запаха, после чего прокипятить. Белый хлопьевидный осадок Al(OH)3 указывает
на присутствие иона алюминия. Осадок Zn(OH)2 в присутствии солей аммония
выпасть не может, т.к. он растворим в последних, вследствие образования
комплексных ионов [Zn(NH3)4]2+. Чтобы уменьшить возможность ошибки анализа, необходимо выполнить другие известные на каждый открытый катион
аналитические реакции.
III. ОТКРЫТИЕ АНИОНА
Наличие определенных катионов в растворе задачи позволяет по растворимости соответствующих солей сделать заключение об отсутствии некоторых
анионов. Например, присутствие в растворе задачи катиона Ва2+ указывает на
присутствие 1 группы. Т.к. с этими анионами катион Ва2+ образовал бы нерастворимые в воде соли: BaSO4, BaCO3, BaHPO4. При наличии катионов Ag+ и
Pb2+ в растворе не могут быть все анионы 1и II групп.
Все катионы II-IV в нейтральном и слабощелочном растворах задачи несовместимы с анионами PO43- и СО32-.
Как и в случае катиона, при открытии аниона вначале необходимо установить группу, к которой принадлежит искомый анион, а затем определить его
с помощью качественных реакций. При этом необходимо учитывать возможность взаимодействия катиона (только в случае катионов II-IV групп) с прибавленными реактивами. Например, цвет бурого кольца при реакции на анион
NO3_, маскируется катионами серебра, образующими в растворе, в результате
восстановления Ag+ до металлического серебра. В таких случаях мешающий
катион можно удалить кипячением (1-2 мин) с раствором соли NaCl, предварительно отцентрифугировать и в центрифугате проверить полноту осаждения.
4
Полученный раствор, содержащий натриевую соль искомого аниона и избыток
соли разлить в 2 пробирки. В первую пробирку добавить уксусную кислоту до
слабокислой реакции. В первом растворе открывать анионы 2 группы, а во втором - анионы 3 группы.
Необходимо придерживаться следующего порядка при определении
анионов.
1. Открытие аниона 1 группы
а) Проба на анионы 1 группы.
К 3-4 каплям нейтрального или слабощелочного раствора задачи прибавить 4-5 капель хлорида бария. Образование осадка указывает на наличие
анионов 1 группы. Осадок использовать для открытия анионов.
б) Открытие аниона SO42-.
К осадку, полученному в предыдущем опыте прибавить 5-6 капель соляной кислоты. Нерастворимость осадка в кислоте указывает на присутствие
аниона SO42-.
в) Открытие аниона СО32-.
Выделение пузырьков газа и растворение осадка при взаимодействии с
соляной кислотой свидетельствует о наличии аниона СО32-.
Открытие аниона РО43-.
Анион РО43- открывают в отдельной пробе задачи магнезиальной смесью
(см. реакции аниона РО43-).
II. Открытие аниона II группы.
а) Проба на анионы II группы.
К 3-4 каплям раствора задачи прибавить 8-10 капель раствора нитрата серебра и затем несколько капель азотной кислоты до кислой реакции. Образование осадка указывает на наличие анионов II группы.
б) Открытие аниона Cl.
К осадку, полученному в предыдущем опыте прибавить 6-8 капель раствора
карбоната аммония, хорошо перемешать. Растворение осадка свидетельствует о
наличии аниона хлора. Прибавить к раствору азотную кислоту до кислой реакции.
5
Снова должен выпасть осадок белого цвета. Необходимо помнить, что бромид серебра тоже растворим в большом избытке карбоната аммония.
в) Открытие анионов Br- и I-.
Открытие анионов .Br- и I- производить в отдельной пробе задачи хлорной водой в присутствии органического растворителя – бензола. При прибавлении первых нескольких капель хлорной воды органический растворитель окрашивается свободным бромом в оранжевый, а йодом в фиолетовый цвет. Избыток хлорной воды окисляет свободный йод до йодноватой кислоты и фиолетовая окраска органического растворителя исчезает.
III. Открытие аниона III группы.
Открытие аниона NO3-.
Анион NO3- открывать в отдельной пробе задачи реакцией с сульфатом
железа (II) или реакцией с металлическим алюминием и раствором едкого натра
(см. реакции аниона NO3-).
ПРИЛОЖЕНИЕ
Схема систематического хода анализа соли на катион и анион
Открытие катиона
В анализируемом растворе может присутствовать один из следующих катионов.
ΙΙ-ой группы: Ag+, Pb2+;
Ι-ой группы: К+, Na+, NH4+;
ΙΙΙ-ей группы: Ba2+, Ca2+;
ΙV-ой группы: Al3+, Zn2+.
1. Установление группы катиона
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
+ НCl
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
или
↓
6
Осадок AgCl или PbCl2 (ΙΙ-гр.)
↓
Проверить растворимость осадка
в горячей воде и в NH4ОН:
(PbCl2 растворяется в горячей воде;
Нет осадка
↓
+ спиртовый раствор
Н2SO4
↓
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯
↓
или ↓
Нет осадка
Осадок ВаSO4 или СаSO4
(Катион ΙΙΙ гр., см. п. 3)
(Катион - ой или
ΙV-ой гр., см. п.2)
AgCl растворяется в NH4ОН)
2. Открытие катиона ΙV-группы в отдельных пробах
(проводится при отсутствии Ι - ой и ΙΙ - ей группы)
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
+ NаОН (по каплям до появления осадка)
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
или
↓
Нет осадка (катион - ой гр., см.п.4)
Осадок: (ΙV-гр.) Al(ОН)3 или Zn(ОН)2
+ избыток NаОН (растворение осадка)
↓
+ СН3СООН + NH4Cl (тв) + NH4ОН (кипячение)
⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
↓
Нет осадка: [Zn(NH3)4]2+.
Белый осадок Al(ОН)3
Вывод: присутствует Al3+
↓
+ К4[Fe(СN)6]
↓
Белый осадок К2Zn3[Fe(СN)6]2. Вывод: присутствует Zn2+.
3. Открытие катиона ΙΙ - ей группы
(проводится при положительной реакции на ΙΙ - ю группу)
7
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
+ K2CrO4
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
или
↓
Нет осадка
Жёлтый осадок: ВаCrO4
2+
Вывод: присутствует Ва
К новой порции анализируемого раствора
+ (NH4)2C2O4
↓
Белый осадок СаC2O4
Вывод: присутствует Са2+
4.Открытие катиона Ι-ой группы
(проводится при отсутствии ΙΙ - ΙV групп)
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
+ реактив Несслера
⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
или
↓
нет осадка
Красно-бурый осадок [NH2Hg2O]I
+
Вывод: присутствует NH4
↓
К отдельной пробе анализируемого раствора
+ Na3[Co(NO2)6]
⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
или
↓
нет осадка
Жёлтый осадок K2Na[CO(NO2)6]
+
Вывод: присутствует К
К отдельной пробе анализируемого раствора
+ К[Sb(OH)6]
↓
Белый мелкокристаллический осадок Na[Sb(OH)6]
Вывод: присутствует Na+
8
Открытие аниона
В анализируемом растворе может присутствовать один из следующих анионов:
Ι-ой группы: SO42 −, CO32− , PO43− (отсутствуют, если открыт Ва2+ или Pb2+);
ΙΙ-ой группы Cl−, Br−, I −(отсутствуют, если открыт Ag+ или Pb2+);
ΙΙΙ-ей группы NO3−.
1. Установление группы аниона
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
+ ВаCl2
________________↓_____________
↓
или
↓
Осадок: ВаSO4, или ВаCO3, или ВаНPO4
Нет осадка
Вывод: Ι-я группа
Вывод: Ι -я или ΙΙΙ-я группа
+ НCl
↓
⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯
Смотри пункт 2
↓
или
↓
Осадок не растворяется
Осадок растворяется
а) с выделением газа (СО2)
Вывод: ВаSO4
Вывод: анион CO32−
б) без выделения газа
Вывод: анион PO43−
(дополнительно открывается
в отдельной пробе реакцией с магнезиальной смесью)
2. Открытие аниона Ι - ой группы
(проводится при отсутствии - ой группы)
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
(отдельная проба)
+ AgNO3 (+НNO3, несколько капель)
⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
↓
или
Осадок: AgCl, или AgBr, или AgI
↓
Нет осадка
9
+ (NН4)2СО3
Вывод: присутствует анион NO3−
⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯
(Дополнительно открывается реакцией
↓
или
↓
с Al или FeSO4, см. стр. 7)
Осадок не растворяется:
Осадок растворяется
Вывод: AgBr или AgI
Вывод: [Ag(NH3)2]+
↓
+ НNO3
Смотри пункт 3
↓
Белый осадок AgCl
Вывод: присутствует Cl−
3. Открытие Br− и I −
(проводится при отсутствии аниона Cl−)
АНАЛИЗИРУЕМЫЙ РАСТВОР
(отдельная проба)
+ Cl2 (хлорная вода) + бензол
Бензол окрашивается
⎯⎯⎯⎯⎯⎯↓⎯⎯⎯⎯
↓
или
↓
в оранжевый цвет
в фиолетовый цвет
↓
↓
+ избыток хлорной воды
+ избыток хлорной воды
↓
↓
окраска не исчезает
окраска исчезает
Вывод: присутствует Br−
Вывод: присутствует I −
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключается задача качественного анализа?
2. Какие требования предъявляются к аналитическим реакциям? Можно ли для
открытия какого-либо иона применять реакции, не сопровождающиеся каким-либо внешним эффектом?
10
3. За какими наиболее важными условиями необходимо следить при выполнении аналитических реакций?
4. При действии на раствор хромата калия K2CrO4 нитратом серебра выпадает
темно-красный осадок Ag2CrO4. Удается ли эта реакция, если хромат калия
заменить сульфатом хрома Cr2(SO4)3. Что мы открываем, применяя в качестве реактива нитрата серебра? Напишите уравнение реакции в молекулярном
и ионном виде?
5. Какие аналитические реакции называется специфическими? Приведите примеры. Какой анализ называется дробным? В чем сущность систематического
хода анализа?
6. Почему все растворимые соли кальция дают с оксалатом аммония
(NH4)2C2O4? Удастся ли эта реакция, если этот реактив заменить раствором
Na2C2O4? Напишите уравнения реакции в молекулярном и ионном виде.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алексеев, В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа и количественного анализа [Текст] / В.Н. Алексеев. – М., «Химия», 1972 .
2. Коровин, Н.В. Общая химия [Текст] / Н.В. Коровин. – М.: Высшая школа,
2000.
3. Васильев, В.П. Аналитическая химия [Текст] / В.П. Васильев. – Ч. 1. – М.:
Высшая школа, 1989.
4. Цитович, И.К. Курс аналитической химии [Текст] / И.К. Цитович. – М.:
Высшая школа, 1994.
5. Алексеев, В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа [Текст] /
В.Н. Алексеев. – М.: Химия, 1973.
11