Анализ смеси анионов i–III аналитических групп

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 19Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие анионов , , , Cl^–, I^–, , .

Сущность работы. Согласно классификации анионов, основанной на растворимости солей бария и серебра, ионы , и относятся к первой, ионы Cl^– и I^– – ко второй, а ионы и – к третьей аналитическим группам.

В отличие от катионов, анионы различных групп не мешают открытию друг друга, поэтому анализ предложенной смеси можно выполнить дробным методом, т. е. в отдельных порциях исследуемого раствора, не проводя групповых разделений.

При анализе смеси анионов групповые реагенты чаще всего применяют не для разделения групп, а для того, чтобы установить их наличие или отсутствие в ходе предварительных испытаний. Если установлено отсутствие анионов всей группы, то не следует проводить реакции на отдельные анионы. Таким образом, проведение групповых реакций значительно облегчает работу и экономит время. В работе используются следующие групповые реакции:

Группа	Групповой реагент, условия	Групповые реакции	Аналитический эффект
I	BaCl2 при рН 7–9	+ BaCl2 ® BaSО4¯ + 2Cl– + BaCl2 ® BaСО3¯ + 2Cl– + 3BaCl2 ® Ba3(РО4)2¯ + + 6Cl–	Образование белых мелкокристаллических осадков
II	AgNO3 в 2 н. НNO3	Cl– + AgNO3 ® AgCl¯ + I– + AgNO3 ® AgI¯ +	Образование белого творожистого (AgCl) или светло-желтого (AgI) осадка

При проведении предварительных испытаний на анионы делают также пробу на выделение газов, действуя на раствор 2 н. H₂SO₄. При этом анионы летучих кислот разлагаются с выделением пузырьков газа. Из анионов, которые могут быть в анализируемом растворе, такой эффект дают только и :

+ 2Н⁺ ® CO₂↑ + Н₂О

+ 2Н⁺ ® NO₂↑ + NO↑ + Н₂О

Анионы I аналитической группы не мешают обнаружению друг друга, а внутри II и III аналитических групп необходимо провести разделение ионов.

Ионы I^– мешают открытию ионов Cl^–, поэтому их предварительно отделяют, используя селективное растворение осадков галогенидов серебра в NH₄OH (конц.). Сначала действуют групповым реагентом AgNO₃ в 2 н. НNO₃, в результате оба иона переходят в осадок:

Cl^– + AgNO₃ ® AgCl¯ +

I^– + AgNO₃ ® AgI¯ +

Затем добавляют NH₄OH (конц.), в котором осадок AgCl растворяется с образованием аммиаката, а AgI – не растворяется вследствие различия в значениях произведений растворимости (~ 10^–10 и ~ 10^–17 соответственно):

AgCl↓ + 2NH₄OH = [Ag(NH₃)₂]Сl + 2H₂O

Осадок AgI отбрасывают, а в полученном фильтрате открывают ионы Cl^–.

Ионы мешают обнаружению ионов , поэтому их предварительно необходимо удалить. С этой целью проводят реакцию контрпропорционирования с мочевиной в кислой среде, в результате которой ионы NO₂^– уходят из раствора в виде газа:

+ 2H⁺ + CO(NH₂)₂ = CO₂↑ + 2N₂↑ + 3H₂O

При проведении характерных реакций на анионы для доказательства их присутствия часто необходимо не только убедиться в выпадении осадка, но и провести испытание на его растворимость в растворах различных реагентов.

В работе используются следующие характерные реакции:

Ион	Реагент, условия проведения реакции	Аналитическая реакция	Аналитический эффект
Анионы I группы
	BaCl2 при рН 7–8, HCl	+ Ва2+ ® ® ВаSO4¯	Образование белого мелкокристаллического осадка, не растворимого в HCl
	HCl, Ba(OH)2	+ Н+ ® CO2↑ + + Н2О CO2↑ + Ba(OH)2 ® ® BaCO3¯	Выделение из раствора пузырьков газа и помутнение баритовой воды
	Mg2+, NH4OH, NH4Cl	+ Mg2+ + NH4+ ® MgNH4PO4¯	Образование белого кристаллического осадка
Анионы II группы
I–	Хлорная вода, H2SO4, бензол	2I– + Cl2 ® I2 + 2Cl–	Окрашивание бензольного слоя в малиновый цвет
Cl–	AgNO3, 2 н. HNO3, 25 %-ный NH4OH, KBr	Cl– + Ag+ ® AgCl↓ AgCl↓ + 2NH4OH ® [Ag(NH3)2]Сl + 2H2O [Ag(NH3)2]Сl + KBr+ + 2HNO3 ® AgBr↓ + KCl +2NH4NO3	Образование белого творожистого осадка; растворение осадка в NH4OH; появление мути при действии KBr
Анионы III группы
	KI, HCl или CH3COOH, крахмал (пробирочная реакция)	+ 2I– + 4H+ ® I2 + 2NO + 2H2O	Побурение раствора; появление темно-синей окраски после добавления крахмала
KI, HCl или CH3COOH, крахмал (капельная реакция)	Появление синей окраски
	Дифениламин в конц. H2SO4	+ H+ + + (С6Н5)2NH ® продукт окисления синего цвета	Появление интенсивной синей окраски на стенках пробирки

Выполнение работы. Получают пробу для проведения анализа, записывают ее номер в лабораторный журнал. Описывают внешний вид раствора (окраска, прозрачность). Далее используют отдельные порции исследуемого раствора для проведения предварительных испытаний и систематического хода анализа.

Предварительные испытания

Определение реакции среды. Определяют значение рН раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги, нанеся каплю раствора на полоску универсальной индикаторной бумаги стеклянной палочкой и сравнив полученную окраску с цветной шкалой.

Проба на анионы I группы. К 2 каплям нейтрального или слабощелочного раствора (рН 7–8) добавляют 2–3 капли раствора BaCl₂. Образование белого осадка указывает на присутствие анионов I группы.

Проба на анионы II группы. К 2–3 каплям исследуемого раствора прибавляют 2–3 капли AgNO₃. При этом может образоваться осадок, содержащий нерастворимые соли серебра с анионами I и II аналитических групп. К нему прибавляют несколько капель HNO₃ для растворения солей, образованных анионами I группы:

Ag₂SO₄¯ + 2HNO₃ ® 2AgNO₃ + Н₂SO₄

Ag₂СO₃¯ + 2HNO₃ ® 2AgNO₃ + СO₂­ + Н₂O

Ag₃РO₄¯ + 3HNO₃ ® 3AgNO₃ + Н₃РO₄

Если осадок не растворяется в азотной кислоте, то это указывает на присутствие анионов II группы.

Проба на выделение газов. К небольшой порции анализируемого раствора добавляют несколько капель 2 н. раствора серной кислоты и наблюдают, выделяются ли пузырьки газа в момент ее приливания. Образование газа указывает на возможность присутствия или .

Реакция является не очень чувствительной, поэтому даже при отсутствии аналитического эффекта необходимо провести характерные реакции на ионы и в ходе основных испытаний.

Открытие анионов I группы

Если предварительные испытания показали наличие анионов I группы, то проводят их осаждение групповым реагентом из отдельной порции анализируемого раствора объемом 1–2 мл, как при проведении пробы на анионы I группы. Осадок отделяют от раствора центрифугированием и проверяют полноту осаждения.

Обнаружение сульфат-ионов. К полученному осадку прибавляют избыток соляной кислоты и тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Если осадок не растворился полностью, то это указывает на присутствие сульфат-ионов. Одновременно необходимо зафиксировать, выделяются ли пузырьки газа при попытке растворения осадка.

Обнаружение карбонат-ионов. Если растворение осадка в соляной кислоте сопровождается выделением пузырьков газа, то следует проверить присутствие карбонат-ионов по помутнению раствора Ba(OH)₂.

Реакцию проводят в специальном приборчике, представляющем собой пробирку, плотно закрытую пробкой с отверстием, в которое вставляется отводная трубка. На дно пробирки помещается анализируемый раствор, сюда же добавляют 2 н. раствор соляной кислоты, после чего пробирку плотно закрывают пробкой. Отводную трубочку быстро опускают в пробирку с раствором Ba(OH)₂. В случае выделения CO₂ баритовая вода мутнеет вследствие образования BaCO₃.

Обнаружение фосфат-ионов. В пробирку добавляют 2–3 капли раствора MgCl₂, 2–3 капли 2 М раствора аммиака и столько же раствора хлорида аммония. Полученную магнезиальную смесь нагревают на водяной бане и добавляют к ней несколько капель анализируемого раствора. В случае присутствия фосфат-ионов выпадает белый кристаллический осадок MgNH₄PO₄.

Открытие анионов II группы

Обнаружение иодид-ионов. К отдельной порции анализируемого раствора прибавляют 2–3 капли 2 н. раствора серной кислоты и несколько капель бензола или хлороформа (органический слой будет сверху). Затем в эту же пробирку по одной капле добавляют хлорную воду, каждый раз хорошо взбалтывая ее содержимое. При наличии в растворе иодид-ионов появится фиолетовая окраска бензольного или хлороформного слоя за счет растворения I₂.

Если добавить слишком много хлорной воды, то окраска не появится из-за дальнейшего окисления I₂ до иодноватой кислоты:

I₂ + 5Cl₂ + 6H₂О = 2HIO₃ + 10HCl

Обнаружение хлорид-ионов. К отдельной порции анализируемого раствора добавляют несколько капель 2 н. HNO₃ до кислой реакции и несколько капель AgNO₃. Образовавшийся осадок отделяют от раствора центрифугированием, промывают дистиллированной водой, после чего к нему добавляют 25%-ный раствор NH₄OH. Тщательно перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой.

При наличии в растворе иодид-ионов осадок растворяется не полностью. Нерастворившийся осадок AgI отделяют центрифугированием и отбрасывают.

Фильтрат помещают в другую пробирку и добавляют 3–4 капли раствора KBr. Появление обильной мутиAgBr указывает на присутствие в исследуемом растворе хлорид-ионов.

Открытие анионов III группы

Обнаружение нитрит-ионов. Характерную реакцию на c иодидом в кислой среде можно выполнять разными способами.

Пробирочная реакция. К 2–3 каплям анализируемого раствора добавляют 1–2 капли 2 М HCl или CH₃COOH и 2–3 капли раствора KI. Раствор буреет вследствие выделения I₂. При добавлении 1–2 капель крахмала появляется темно-синяя окраска.

Капельная реакция. На фильтровальную бумагу наносят последовательно каплю раствора крахмала, каплю 2 М CH₃COOH и каплю раствора KI. Капля должна оставаться бесцветной. Вносят каплю анализируемого раствора. Если нитриты присутствуют, то появляется синяя окраска.

Обнаружение нитрат-ионов. Обнаружению мешают анионы . Если присутствие в растворе доказано, то его необходимо предварительно удалить.

Проведение реакции в отсутствие

В тщательно вымытую пробирку добавляют 3–4 капли анализируемого раствора, смачивая им стенки пробирки. Затем по стенке пробирки аккуратно пускают 1 каплю дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте (осторожно!). Появление интенсивной синей окраски указывает на присутствие .

Большие количества ионов I^– могут помешать этой реакции за счет проявления побочного аналитического эффекта – коричневого окрашивания.

Проведение реакции в присутствии NO ₂ ^–

К 4 каплям анализируемого раствора добавляют на кончике шпателя мочевину (карбамид), после чего в полученную смесь по каплям прибавляют 2–4 капли раствора H₂SO₄, перемешивая раствор стеклянной палочкой. Через некоторое время отдельную порцию испытывают на нитрит-ион реакцией с KI в присутствии крахмала.

Только убедившись в полноте удаления , открывают реакцией с дифениламином, как описано выше.

Лабораторная работа № 4

Анализ смеси сухих солей

Цель работы: провести анализ предложенной смеси сухих солей на содержание в ней катионов и анионов:

– Проба А – смесь сухих солей, образованных катионами I и/или II аналитических групп и анионами различных групп;

– Проба Б – смесь сухих солей, образованных катионами III аналитической группы и анионами различных групп.

Сущность работы. В качестве контрольной задачи предлагается смесь сухих солей, в состав которой входят изученные ранее катионы и анионы. Поскольку анализ проводится «мокрым путем», то анализируемую смесь пpeждe всего необходимо растворить.

При растворении смесей солей в воде могут протекать химические реакции между различными компонентами смеси. Например, при растворении смеси сухих солей Ba(NO₃)₂ и K₃PO₄ произойдет реакция осаждения:

3Ba²⁺ + 2PO₄^3– ® Ba₃(PO₄)₂¯

а при растворении смеси сухих солей FeCl₃ и NaI – окислительно-восстановительная реакция:

2Fe³⁺ + 2I^– ® 2Fe²⁺ + I₂

Протекание этих реакций усложняет ход анализа, поэтому для выполнения лабораторной работы предлагается специально подобранная смесь сухих солей, полностью растворимая в воде.

После перевода пробы в раствор проводят его анализ на наличие катионов и анионов. Катионы открывают, используя систематический ход анализа, а анионы – дробный. Анализ целесообразно начинать с обнаружения катионов, так как наличие некоторых из них свидетельствует об отсутствии ряда анионов. Следует учесть, что число открытых катионов и анионов может совпадать либо не совпадать. Например, в смеси солей KCl, NaCl, NH₄Cl и MgCl₂ присутствуют 4 катиона и 1 анион.

Выполнение работы. Получают пробу для проведения анализа, записывают ее номер в лабораторный журнал. Описывают внешний вид пробы (окраска кристаллов, расплывание на воздухе).

Растворяют пробу в дистиллированной воде, добавляя ее небольшими порциями и перемешивая раствор стеклянной палочкой. Большой объем воды использовать не следует, поскольку раствор будет сильно разбавленным, что усложнит анализ.

Описывают внешний вид полученного раствора (окраска, прозрачность) и определяют значение рН с помощью универсальной индикаторной бумаги. Далее используют отдельные порции раствора для проведения предварительных испытаний, обнаружения катионов и анионов.

Проба А. Смесь солей, образованных катионами I и/или II аналитических групп и анионами различных групп. Анализ проводят в следующем порядке:

1) предварительные испытания и систематический ход анализа катионов по методике, описанной в работе № 1;

2) вывод по результатам анализа катионов – каких анионов в смеси не может быть, учитывая, что смесь растворилась в воде без остатка;

3) предварительные испытания и дробный ход анализа анионов по методике, описанной в работе № 3. Если сделан вывод об отсутствии ряда анионов, то не следует проводить реакции с целью их обнаружения;

4) окончательный результат анализа.

Проба Б. Смесь солей, образованных катионами III аналитической группы и анионами различных групп. Анализ проводят в следующем порядке:

1) предварительные испытания и систематический ход анализа катионов по методике, описанной в работе № 2;

2) вывод по результатам анализа катионов – каких анионов в смеси не может быть, учитывая, что смесь растворилась в воде без остатка;

3) предварительные испытания и дробный ход анализа анионов по методике, описанной в работе № 3, из которой должны быть исключены все операции с явно отсутствующими анионами;

4) окончательный результат анализа.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии