- •Лабораторная работа № 1 Качественные реакции катионов
- •Лабораторная работа № 2 Качественные реакции катионов
- •Общая характеристика катионов второй аналитической группы
- •Лабораторная работа № 3 Качественные реакции катионов третьей аналитической группы
- •Лабораторная работа № 4 Качественные реакции катионов четвертой аналитической группы
- •Общая характеристика катионов четвертой аналитической группы кислотно-основного метода
- •Лабораторная работа № 5 Качественные реакции катионов пятой аналитической группы
- •Общая характеристика катионов пятой аналитической группы кислотно-основного метода
- •Лабораторная работа № 6 Качественные реакции катионов шестой аналитической группы
- •Общая характеристика катионов шестой аналитической группы кислотно-основного метода
- •Лабораторная работа № 7 Анализ смеси катионов I,II,iiIаналитических групп
- •Предварительные испытания на катионы
- •Систематический анализ образца
- •Лабораторная работа № 8 Систематический анализ смеси катионов IV, V, VI аналитических групп
- •1. Предварительные испытания
- •2. Отделение катионов IV группы от катионов V и VI групп
- •4. Обнаружение ионов алюминия и олова (IV)
- •5. Обнаружение ионов алюминия
- •6. Обнаружение олова (IV)
- •8. Обнаружение иона CrO42‾
- •9. Обнаружение и отделение ионов сурьмы (V)
- •10. Отделение катионов V группы от катионов IV группы
- •12. Отделение и обнаружение ионов Mn (VII)
- •Контрольная работа № 1 Систематический анализ катионов I–VI аналитических групп. Кислотно-основная классификация
- •Экспериментальная часть (примерный план)
- •10. Отделение катионов IV–VI групп
- •12. Отделение катионов IV группы от катионов V–VI групп
- •16. Обнаружение ионов CrO42–
- •17. Отделение катионов V группы от катионов VI группы
- •21. Разрушение аммиакатов VI группы
- •Лабораторная работа № 9 Частные реакции анионов первой, второй и третьей групп
- •Контрольная работа № 11 Анализ индивидуальных соединений
- •Предварительные испытания на катионы
- •Лабораторная работа № 11 Частные реакции анионов первой, второй и третьей групп
- •Проверочные реакции на катионы
- •Проверочные реакции анионов
ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Лабораторный практикум
Тольятти
Издательство ТГУ
2014
Министерство образования и науки Российской Федерации
Тольяттинский государственный университет
Институт химии и инженерной экологии
Кафедра «Химия, химические процессы и технологии»
КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Лабораторный практикум
Составители
В. С. Писарева, О. Б. Григорьева, А. А. Голованов
Тольятти
Издательство ТГУ
2014
УДК 543.2
ББК
П
Рецензенты:
…
д. х. н., профессор кафедры «Химия, химические процессы и технологии»
Г.И. Остапенко
П Качественный анализ: лабораторный практикум / сост. В.С. Писарева, О.Б. Григорьева, А.А. Голованов. – Тольятти : Изд-во ТГУ, 2014. – 60 с. : обл.
В практикуме рассмотрены вопросы качественного анализа неорганических веществ в рамках дисциплины «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа».
Предназначен для студентов направлений подготовки 020100 «Химия», 240100 «Химическая технология» и 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» очной и заочной форм обучения.
УДК 543.2
ББК
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом Тольяттинского государственного университета.
© ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет», 2014
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Предметом аналитической химии как науки является теория и практика химического анализа. Аналитическая химия разрабатывает методы качественного и количественного анализа вещества, основу которых главным образом составляют химические реакции как средство получения информации о химическом составе вещества. При исследовании состава неизвестного вещества качественный анализ всегда предшествует количественному анализу, без полученной информации на первом этапе трудно подобрать оптимальные условия для дальнейшего исследования структуры и свойств вещества. Качественный анализ, как правило, основывается на химических превращениях, при которых исследуемое вещество образует новое соединение, обладающее характерными свойствами: цветом, специфическим запахом, физическим состоянием, структурой и др. Такие превращения называют качественной аналитической реакцией, а вещества, вызывающие это превращение, называют реагентами (реактивами). Основные типы реакций, используемых в качественном анализе, – это кислотно-основное взаимодействие, реакции осаждения, окисления-восстановления и образования комплексных соединений.
Используемые при этом реакции, подразделяют на общие, при которых реактив реагирует аналогично с несколькими ионами, и частные реакции – свойственны определенному иону.
Кроме указанных реакций, в качественном анализе различают реакции обнаружения или открытия (распознавания) и разделения, которые применяют для разделения образцов, представляющих собой смесь веществ.
Реакции химического анализа чаще всего проводят в растворе, то есть анализ проводят мокрым способом. В качественном анализе используются реакции, которые проводят сухим способом. Известно, что некоторые вещества (их пары) окрашивают бесцветное пламя горелки в характерный цвет или придают определенную окраску плаву (перлу), полученному при нагревании вещества с тетраборатом натрия в ушке платиновой проволоки.
Реакции сухим способом осуществляют также путем растирания порошков исследуемого вещества и сухого реагента, при этом, как правило, образуются легко летучие продукты с характерным запахом или иными свойствами. Следует отметить, что большой популярностью пользуется капельный анализ. Он основан на явлениях капиллярности и адсорбции. Реакции проводят на фарфоровых или стеклянных пластинках или на фильтровальной бумаге. Реакции, как правило, очень чувствительны, на анализ берут капельку раствора и наносят на подготовленную пористую поверхность, по появлению пятна характерной окраски судят о присутствии в образце соответствующего компонента.
При проведении качественного анализа чаще всего используют полумикрохимический метод, который сохраняет в основном принципы макрохимического анализа.
Чувствительность реакции определяется наименьшим количеством вещества, которое может быть обнаружено данным реактивом в капле раствора (0,01–0,03 мл). С чувствительностью взаимосвязаны такие величины, как открываемый минимум, минимальная (предельная) концентрация и предельное разбавление.
Аналитическая реакция тем чувствительней, чем меньше открываемый минимум, чем меньше минимальная концентрация анализируемого раствора, чем больше предельное разбавление.
В качественном анализе неорганических веществ преимущественно исследуют растворы солей, кислот и оснований, которые в водных растворах находятся в диссоциированном состоянии. Поэтому химический анализ водных растворов электролитов сводится к открытию отдельных ионов (катионов и анионов).
Для обеспечения получения наиболее полной информации о качественном составе образца (неорганических веществ) ионы делят на группы. Классификация катионов и анионов по аналитическим группам основана на отношении ионов к действию реагентов, на сходстве и различии признаков образуемых соединений. Разработан ряд классификационных систем, основанных на применении тех или иных групповых реагентов.
В лабораторном учебном практикуме нами рекомендована кислотно-основная классификация катионов, основанная на применении следующих групповых реагентов: хлористоводородной кислоты, серной кислоты, гидроксида натрия,гидроксида аммония. В рамках этой классификации катионы распределены по шести группам (табл. 1).
Таблица 1
Кислотно-основная классификация катионов
Номер аналитической группы |
Групповой реагент |
Катионы |
I |
HCl |
Ag+ , [Hg2]2+, Pb2+ и другие катионы, хлориды которых малорастворимы в воде |
II |
H2SO4 |
Ca2+ Sr2+ Ba2+ и другие катионы, сульфаты которых малорастворимы в воде |
III |
NaOH |
Zn2+, Al3+, Cr3+, Sn2+, Sn4+, As (III), As (V) и другие катионы, гидроксиды которых растворимы в щелочах |
IV |
NaOH |
Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Bi3+ и другие катионы, гидроксиды которых растворимы в аммиаке |
V |
NH4OH |
Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+ и другие катионы, гидроксиды которых нерастворимы в щелочах |
VI |
Отсутствует |
K+, Na+, NH+4 и другие катионы, соли которых хорошо растворимы в воде |
Классификация анионов основана на взаимодействии их с групповыми реагентами, которая представлена в табл. 2.
Таблица 2
Аналитическая классификация анионов
Номер аналитической группы |
Групповой реагент |
Анионы |
I |
BaCl2 |
SO42–, SO32–, CO32–, PO43–, SiO32– и другие анионы, бариевые соли которых нерастворимы в воде |
II |
AgNO3 |
Cl–, I–, Br–, S2– и другие анионы, серебряные соли которых нерастворимы в воде |
III |
Отсутствует |
NO3–, NO2–, CH3COO– и другие анионы, бариевые и серебряные соли которых растворимы в воде |
Лабораторная работа № 1 Качественные реакции катионов
первой аналитической группы NH4+, Na+, К+, (Mg2+)
Цель работы: изучить качественные реакции катионов первой аналитической группы.
Реактивы:
NaOH (10–15%-ный водный раствор); Na2CO3 или K2CO3 (ТВ.); NaHC4H4O6 (10–15%-ный водный раствор); Na3[Co(NO2)6] (свежеприготовленный); реактив Несслера K2HgJ4 (щелочной раствор); формалин (33%-ный раствор формальдегида СН2О).
Оборудование: пробирки; штатив; спиртовка; химические стаканы; стеклянные палочки; воронки; бумажные фильтры; нихромовая проволока для петли; плитка.
Общая характеристика катионов первой аналитической группы
К первой аналитической группе к анионов относятся Li+, Na+, K+, NH4+, (Mg2+) и некоторые другие катионы. Все эти катионы не имеют общего группового реактива и поэтому они одновременно не могут быть осаждены каким-либо реактивом. Это отличает I группу катионов от всех остальных групп, имеющих групповые реактивы. Отличительной чертой катионов I аналитической группы является то, что большинство их солей хорошо растворимы в воде. Наиболее растворимыми являются соединения натрия и калия. Так, например, хорошо растворяются в воде хлориды, фториды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, сульфиды, гидроксиды и многие другие соединения натрия и калия. Катионы I аналитической группы бесцветны, поэтому их соли образуют бесцветные растворы. Окрашенными соединениями являются хроматы (желтые), бихроматы (оранжевые), манганаты (зеленые), перманганаты (малиново-красные), гексацианоферраты (II) (желтые), гексацианоферраты (III) (красные), гексанитрокобальтаты (III) (желтые и красные). Окраску этих соединений обусловливают соответствующие анионы. Все катионы I аналитической группы, кроме ионов аммония, устойчивы к действию окислителей и восстановителей.
Выводы
NH4+–ионы можно открыть в присутствии всех остальных катионов I аналитической группы при помощи едкого натра или едкого кали.
Mg2+–ионы, если они будут присутствовать в этой группе, можно открыть в присутствии всех остальных катионов I аналитической группы при помощи гидрофосфата натрия в присутствии NH4OH.
Na+–ионы можно открыть в присутствии остальных катионов I аналитической группы при помощи ацетата уранила и, еще лучше, при помощи ацетата цинк-уранила.
К+–ионы невозможно открыть в присутствии остальных катионов I аналиттической группы, так как NH4+–ионы реагируют аналогичным образом со всеми рективами, образующими осадки с К+–ионами.
Таблица 3
Действие реактивов на катионы первой аналитической группы
Реактивы |
Катионы | ||
Na+ |
K+ |
NH4+ | |
NaOH, KOH |
– |
– |
Выделяется NH3 (при кипячении) |
Na2CO3, K2CO3 (при нагревании) |
– |
– |
Выделяется NH3 (при кипячении) |
Na2HPO4 |
– |
– |
Выделяется NH3 (при кипячении) |
KH2SbO4 |
Образуется белый кристаллический осадок NaH2SbO4, который растворяется в воде при нагреваниии, в щелочах на холоду |
– |
Образуется белый аморфный осадок HSbO3, который растворяется в соляной кислоте и щелочах |
NaHC4H4O6 |
– |
Образуется кристаллический осадок KHC4H4O6, который растворяется в воде при нагревании, в щелочах и кислотах на холоду |
Образуется белый кристаллический осадок NH4HC4H4O6, который растворяется в щелочах и кислотах |
Na3[Co(NO2)6] |
– |
Образуется желтый кристаллический осадок K2Na[Co(NO2)6 Растворяется в минеральных кислотах |
Образуется желтый кристаллический осадок (NH4)2Na[Co(NO2)6], который растворяется в минеральных кислотах |
UO2(CH3COO)2 или (Zn(UO2)3(CH3COO)8 |
Образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок CH3COONa × (CH3COO)2UO или лимонно-желтый NaZn(UO2)3(CH3COO)9 |
– |
– |
Реакция окрашивания пламени |
Пламя окрашивается в желтый цвет |
Пламя окрашивается в фиолетовый цвет |
|
Реактив Несслера K2HgJ4 |
– |
– |
[OHg2NH2]J Оранжевый осадок |
Формалин |
– |
– |
Образуется уротропин |
Открытие К+–ионов можно проводить реактивами – NaHC4H4O6 и Na3[Co(NO3)6] в присутствии Na+ и Mg2+–ионов.
Так как открытию К+–ионов мешают NH4+-ионы, то при обнаружении К+–ионов необходимо предварительно удалять соли аммония.
Для удаления солей аммония с целью открытия ионов калия, можно воспользоваться реакцией с NaOH или Na2CO3. При длительном кипячении указанных реактивов со смесью катионов первой аналитической группы соли аммония разлагаются с выделением аммиака, а соли магния образуют осадок гидроксида магния или гидроксикарбоната магния.
Свойство гидроксикарбоната магния растворяться в растворах солей аммония (в частности, в NH4Cl) может быть использовано для отделения ионов магния от карбонатов катионов второй аналитической группы, которые практически не растворяются в растворах солей аммония.
При выполнении лабораторной работы следует соблюдать последовательность опытов, указанную в таблице. В отчете уравнения проведенных реакций записываются в молекулярной и ионной формах.