Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Цель работы: научиться проводить качественные реакции на катионы 2 аналитической группы
Реактивы: 0.1H NaСL, 1H NaBr, 1H KI, NH4OH конц., 1Н K2CrO4, НСНО, HNO3 конц., 1Н Na2SО4, 1H AgNO3, 1H NaOH, 1H Hg2(NO3)2, 1H SnCl2, 1H Pb(NO3)2, 1H CH3COONa, 1H 30%CH3COONH4, 1H HNO3.
Ход работы:
Аналитические реакции катионов серебра Ag ̟̟̟ +
Катионы серебра образуют осадки со многими реагентами. Для открытия катионов Ag̟̟̟+ чаще всего используют осадительные реакции с анионами Cl-,Br- ,I-,CrO42-,а также окислительно-восстановительную реакцию, например, с формальдегидом НСНО (реакция «серебряного зеркала»).
Реакция с растворимыми хлоридами (фармакопейная), бромидами и иодидами. Катионы Ag̟̟̟+ при взаимодействии с растворимыми хлоридами, бромидами и иодидами образуют соответственно осадки: белый – хлорида серебра AgCl, желтоватый – бромида серебра AgBr, жёлтый – иодида серебра AgI:
Ag̟̟̟+ + Cl-→AgCl (белый)
Ag̟̟̟+ + Br-→AgBr (желтоватый)
Ag̟̟̟+ + I-→AgI(жёлтый)
Осадок хлорида серебра растворяется в концентрированном аммиаке с образованием комплекса [Ag(NH3)2]Cl:
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
При подкислении раствора этого комплекса снова выпадает осадок AgCl:
[Ag(NH3)2]Cl +2H+= AgCl + 2NH4+
При добавлении к раствору комплекса раствора иодида калия KI образуется осадок иодида серебра AgI:
[Ag(NH3)2]Cl + KI = AgI + KCl + 2NH3
Осадок AgCl растворяется также в концентрированных растворах HCl и хлоридов, в присутствии цианида калия KCN, тиосульфата натрия Na2S2O3 с образование растворимых комплексов:
AgCl + Cl-→[AgCl2]-
AgCl + 2KCN→K[Ag(CN)2] + KCl
AgCl + 2Na2S2O3→Na3[Ag(S2O3)2] + NaCl
Осадок AgBr малорастворим, а AgI – нерастворим в концентрированном аммиаке.
Открытию катионов Ag̟̟̟+ реакцией с хлорид-ионами мешают катионы Cu2+, Au+, TI+, Pb2+, Hg22+, также образующие малорастворимые осадки хлоров.
Методика. В одну пробирку вносят 2-3 капли раствора NaCl, в другую – столько же капель раствора NaBr, в третью – столько же раствора KI. В каждую пробирку добавляют по 3-5 капель раствора нитрата серебра AgNO3. Наблюдается помутнение растворов и выпадение осадков AgCl, AgBr, AgI.
Испытывают растворимость осадков, прибавляя в каждую пробирку 5-10 капель концентрированного аммиака. При этом осадок AgCl растворяется полностью, осадок AgBr – частично, осадок AgI – не растворяется.
Раствор [Ag(NH3)2]Cl из первой пробирки делят на две примерно равные части. В одну из них добавляют несколько капель раствора HNO3, в другую – несколько капель раствора KI. Наблюдается выпадение осадков AgCl и AgI соответственно.
Реакция с хромат - ионами CrO42-. При взаимодействии катионов Ag̟̟̟+ с хромат – ионами CrO42- в нейтральной среде ( рН=6,5 – 7,5) выделяется осадок хромата серебра Ag2CrO4 кирпично – красного цвета:
2Ag++CrO42-→ Ag2CrO4
Осадок растворим в растворах кислот. В концентрированном аммиаке растворяется с образованием аммиачного комплекса серебра:
Ag2CrO4+4NH3→[Ag2(NH3)4]CrO4
Если реакцию между Ag+,CrO42- проводить в щелочной среде, то вместо хромата серебра выпадает осадок оксида серебра Ag2O. В уксусно - кислой среде образуется дихромат серебра Ag2Cr2O7 красно-бурого цвета.
Мешают все катионы, образующие малорастворимые хроматы (Sr2+, Ba2+, Hg22+, Hg2+, Pb2+, Bi3+ и др.)
Методика. В пробирку вносят 2 – 3 капли раствора нитрата серебра AgNO3, прибавляют 1 – 2 капли раствора хромата калия K2CrO4. Выпадает кирпично – красный осадок.
Реакция с формальдегидом НСНО – реакция серебряного зеркала (фармакопейная). В присутствии в растворах восстановителей катионы Ag+ восстанавливаются до металлического серебра, которое, осаждаясь на стенках чистой пробирки, образует тонкую блестящую плёнку – «серебряное зеркало». В качестве восстановителя часто применяют разбавленный раствор формальдегида в аммиачной среде при слабом нагревании (при сильном нагревании металлическое серебро выделяется в виде чёрно – бурого осадка). Вначале при реакции катионов Ag+ с аммиаком образуется гидроксид серебра AgOH, переходящий в чёрно – бурый оксид серебра Ag2O, который растворяется в избытке аммиака с образованием аммиачного комплекса [Ag(NH3)2]+. Этот комплекс при взаимодействии с формальдегидом даёт металлическое серебро. Реакцию можно описать схемой:
Ag++NH3∙H2O→ AgOH↓+NH4+
2AgOH→ Ag2O+H2O
Ag2O+4NH3+H2O→2[Ag(NH3)2]++2OH-
2[Ag(NH3)2]++HCHO+2H2O→2Ag+ 2NH4++HCOONH4+ NH4OH
Мешают катионы ртути Hg22+, Hg2+.
Методика. В чистую, тщательно промытую (раствором хромовой смеси, а затем дистиллированной водой) пробирку вносят 3-4 капли раствора AgNO3, прибавляют несколько капель раствора аммиака до растворения выпавшего осадка оксида серебра Ag2O, несколько капель разбавленного раствора формальдегида и слегка нагревают пробирку (избегать сильного нагревания!). Стенки пробирки покрываются тонкой блестящей зеркальной плёнкой металлического серебра.
Другие реакции катионов серебра. При взаимодействии катионов Ag+ с сероводородом H2S или растворимыми сульфидами образуется чёрно – коричневый осадок сульфида серебра Ag2S; со щелочами – чёрный осадок оксида серебра Ag2O; с тиоцианатом калия KNCS и с другими растворимыми тиоцианатами – белый осадок тиоцианата серебра AgNCS, растворимый в избытке реагента; с тиосульфатом натрия Na2S2O3 – белый осадок тиосульфата серебра Ag2S2O3, растворимый в избытке реактива; с гидрофосфатом натрия Na2HPO4 - жёлтый осадок фосфата серебра Ag3PO4; с ферроцианидом K4[Fe(CN)6] и феррицианидом калия K3[Fe(CN)6] – белый осадок Ag4[Fe(CN)6] и кирпично – красный осадок Ag3[Fe(CN)6] соответственно. С дитизоном катионы Ag+ образуют окрашенные комплексы. Известны и другие реакции катионов серебра.
Аналитические реакции катионов ртути Hg22+
Реакция с хлорид-ионами. Катионы Hg22+ при взаимодействии с хлорид-ионами Cl- в растворах образуют белый осадок каломели Hg2Cl2:
Hg22++2СI-→Hg2Cl2
На свету осадок постепенно чернеет с выделением тонкодисперсной металлической ртути:
Hg2Cl2→HgCl2+Hg
Осадок не растворяется в разбавленной, но растворяется в концентрированной азотной кислоте:
3HgCl2+8HNO3→2Hg2Cl2+3Hg(NO3)2+2NO+4H2O
При прибавлении к осадку каломели раствора аммиака он темнеет вследствие выделения тонкодисперсной металлической ртути:
Hg2Cl2+2NH3→NH2HgCl+Hg+NH4Cl
Реакции образования каломели и её взаимодействие с аммиаком используются при дробном открытии ртути.
Методика. В пробирку вносят 5 капель раствора нитрата ртути Hg2(NO3)2 и прибавляют такое же количество раствора хлорида натрия. Выпадает белый осадок каломели. Осадок разделяют на две части. К одной части прибавляют концентрированную азотную кислоту – осадок растворяется. К другой части прибавляют несколько капель раствора аммиака – осадок чернеет.
Восстановление Hg22+ до металлической ртути хлоридом олова(ІІ). Катионы ртути (І) при реакциях с восстановителями дают металлическую ртуть.
Так, при реакциях Hg22+ с хлоридом олова (ІІ) выделяющийся вначале белый осадок каломели Hg2Cl2 постепенно чернеет вследствие образования тонкодисперсной металлической ртути при восстановлении Hg22+ оловом (ІІ).
Hg22+ +2Cl-→Hg2Cl2
Hg2Cl2+[SnCl4]2-→Hg[SnCl6]2- +Hg0
Мешают катионы ртути (ІІ) Hg2+,также восстанавливающиеся до металлической ртути.
Методика. В пробирку вносят 2 капли раствора нитрата ртути Hg2(NO3)2 и прибавляют 2 капли раствора хлорида олова (ІІ). Выпадает белый осадок каломели, постепенно чернеющий за счёт выделения металлической ртути.
Восстановление Hg2+ металлической медью. Катионы Hg22+ восстанавливаются металлической медью до металлической ртути, образующей с медью амальгаму меди:
Hg22+ +Cu→2Hg+Cu2+
Мешают катионы ртути(II) Hg2+, дающие такой же эффект.
При нагревании ртуть улетучивается (отличие от аналогичной реакции с солями серебра).
Методика. На свежеочищенную (промытую раствором аммиака и затем дистиллированной водой или протертую наждаком) медную поверхность (например, на медную монету) наносят каплю раствора Hg2(NO3)2. Через некоторое время на поверхности образуется серое пятно амальгамы меди, которое после протирания поверхности мягкой тканью или сухой фильтровальной бумагой становится блестящим.
Если медную монету полностью погрузить в раствор Hg2(NO3)2, a затем, после извлечения из раствора, через некоторое время протереть мягкой тканью или сухой фильтровальной бумагой, то вся монета становится блестящей.
Реакция с водным раствором аммиака. Катионы Hg22+ реагируют с аммиаком в водном растворе с образованием черного осадка, представляющего собой смесь тонкодисперсной металлической ртути и соли, содержащей катион [OHg2NH2]NO3. Если в качестве соединения ртути (I) использовать нитрат Hg2(NO3)2, то реакцию можно описать схемой:
2Hg2(NO3)2+4NH3+H2O→[OHg2NH2]NO3+2Hg+3NH4NO3
Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора нитрата ртути (I) Hg2(NO3)2 и прибавляют ~5 капель раствора аммиака. Выпадает черный осадок.
Реакция с йодидами. Катионы Hg22+ образуют при взаимодействии с йодид-ионами I- зеленый осадок йодида ртути Hg2I2, растворимый в избытке реактива с образованием бесцветного комплексного тетраиодо-меркурат-иона [HgI4]2- черного осадка тонкодисперсной металлической ртути:
Hg22+ +2I-→Hg2I2
Hg2I2+2I-→[HgI4]2-+Hg
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора Hg2(NO3)2 и прибавляют одну каплю раствора йодида калия KI. Выпадает осадок Hg2I2. Добавляют избыток (~5-10 капель) раствора KI. На дне пробирки под бесцветным раствором остается черный осадок металлической ртути.
Реакция с хромат-ионами. Катионы Hg22+ образуют с хромат-ионами CrO24- кирпично-красный
осадок хромата ртути (I) Hg2CrO4:
Hg22+ +CrO42-→Hg2CrO4
Мешают все катионы, образующие малорастворимые хроматы (Sr2+, Ba2+, Pb2+ и др.).
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора Hg2(NO3)2, прибавляют 1-2 капли раствора хромата калия K2CrO4. Выпадает красный осадок хромата ртути.
Реакция с щелочами. Щелочи (NaOH, KOH) выделяют из растворов, содержащих катионы Hg22+, черный осадок оксида ртутив Hg2O:
Hg22+ +2OH-→Hg2O+H2O
Осадок растворяется в азотной и концентрированной уксусной кислотах.
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора Hg2(NO3)2 и прибавляют 2-3 капли раствора NaOH или KOH. Выделяется черный осадок оксида ртути.
Другие реакции катионов ртути. Катионы Hg22+ образуют осадки при реакциях: с сульфид-ионами S2- - черный HgS + Hg; с иодат-ионами IO3- - желтый Hg2(IO3)2; с оксалат-ионами C2O42- - белый Hg2C2O4; с фосфат-ионами - белый (Hg2)3(PO4)2; с карбонат-ионами - желтый Hg2CO3 (быстро темнеющий вследствие разложения по схеме: Hg2CO3 -> HgO + Hg + CO2); с K4[Fe(CN)6] и K3[Fe(CN)6] - соответственно бледно-желтый и желто-зеленый ферро- и феррицианиды ртути. С дифенилкарбазидом катионы Hg22+ образуют комплексы синего цвета.
Аналитические реакции катиона свинца Pb2+
Известно значительное число реакций катионов свинца с различными соединениями, при которых образуются осадки или окрашенные продукты взаимодействия.
Реакция с хлорид-ионами. Катионы свинца образуют с хлорид-ионами (при рН<7) белый осадок хлорида свинца PbCl2:
Pb2++2Cl-→PbCl2
Хлорид свинца заметно растворим в воде, особенно при нагревании, поэтому катионы Pb2+ осаждаются из растворов хлорид-ионами не полностью.
Осадок хлорида свинца растворяется в горячей воде; при охлаждении раствора из него снова выпадает хлорид свинца, но уже в форме игл.
Из разбавленных щелочных растворов выпадает осадок гидроксида свинца; из концентрированных щелочных растворов осадок хлорида свинца не выпадает.
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора нитрата свинца Pb(NO3)2, прибавляют 3-4 капли раствора хлорида натрия. Выпадает белый осадок хлорида свинца.
К полученной смеси приливают ~1,5 мл дистиллированной воды и нагревают до растворения осадка. При охлаждении раствора из него снова выпадает осадок хлорида свинца в виде игл.
Реакция с йодид-ионами (фармакопейная). Катионы свинца при взаимодействии в растворах с йодид-ионами I- образуют желтый осадок йодида свинца, растворимый в избытке реактива с образованием тетрайодоплюмбат(II)-ионов [PbI4]2-:
Pb2++2I- →PbI2
PbI2+2I- →[PbI4]2-
Осадок йодида свинца растворяется при нагревании в воде, в растворе уксусной кислоты. При охлаждении раствора из него снова выпадают красивые золотисто-желтые кристаллы йодида свинца (реакция «золотого дождя»). Мешают катионы Cu2+,Ag+, Hg2+ ,Hg2, Bi3+,Fe3+.
Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора нитрата свинца Pb(NO3)2, прибавляют 3 капли раствора йодида калия KI. Выпадает желтый осадок йодида свинца.
К смеси прибавляют несколько капель воды, подкисленной уксусной кислотой, и нагревают до полного растворения осадка. При медленном охлаждении пробирки (ее погружают в холодную воду или оставляют остывать на воздухе) выпадают красивые блестящие золотисто-желтые чешуйчатые кристаллы йодида свинца.
Реакция с хромат-ионами и дихромат-ионами. Катионы свинца образуют с дихромат-ионами Cr2O72-и хромат-ионами CrO42- в уксуснокислой среде желтый кристаллический осадок хромата свинца PbCrO4:
Pb2++CrO42-→PbCrO4
2 Pb2++Cr2O72-+2CH3COO-+H2O→2PbCrO4+2CH3COOH
Осадок хромата свинца не растворяется в уксусной и разбавленной азотной кислотах, в водном аммиаке, но растворяется в щелочах с образованием комплексов [Pb(OH)4]2-:
PbCrO4 + 4NaOH→Na2[Pb(OH)4] + Na2CrO4
Мешают катионы, образующие нерастворимые хроматы (Ba2+, Hg2+, Bi3+ и др.).
Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора Pb(NO3)2,2-3 капли раствора ацетата натрия и ~3 капли раствора хромата K2CrO4 или дихромата K2Cr2O7 калия. Выпадает желтый кристаллический осадок хромата свинца.
Реакция с сульфат-ионами. Катионы Pb2+ при взаимодействии в растворе с сульфат-ионами SO42- образуют белый осадок сульфата свинца PbSO4:
Pb2++SO42-→PbSO4
Осадок растворяется при нагревании в щелочах (в отличие от осадков сульфатов кальция, стронция и бария):
PbSO4 + 4NaOH→ Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4
Растворяется также в концентрированной серной кислоте:
PbSO4 + H2SO4→Pb(HSO4)2
Растворяется в 30 % растворе ацетата аммония:
2PbSO4 + 2CH3COONa → [Pb(CH3COO)]2SO4 + (NH4)2SO4
Открытию катионов свинца в виде сульфата свинца мешают катионы, образующие малорастворимые сульфаты (Ca2+, Sr2+, Ba2+, Hg2+ и др.).
Методика. В пробирку вносят 5 капель раствора Pb(NO3)2,прибавляют столько же капель раствора сульфата натрия или калия. Выпадает белый осадок сульфата свинца. Осадок делят на две части, помещая их в две разные пробирки. К одной части прибавляют раствор щелочи, к другой - 30 % раствор ацетата аммония. Осадок растворяется в обоих случаях.
Реакция с сульфид-ионами (фармакопейная). Катионы свинца при реакции с сульфид-ионами S2- образуют черный осадок сульфида свинца PbS:
Pb2++S2-→PbS
Осадок растворяется в азотной кислоте.
Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли свинца (II) и прибавляют 2-3 капли раствора сульфида натрия Na2S или сероводородной воды. Выпадает черный осадок сульфида свинца PbS.
Другие реакции катионов свинца. Катионы свинца образуют осадки при реакциях: с водным аммиаком - основные соли белого цвета (например, PbOHCl); с молибдатом аммония (NH4)2MoO4 - белый PbMoO4; с K4[Fe(CN)6] - белый ферроцианид свинца Pb2[Fe(CN)6]; c Na2HPO4 - белый Pb3(PO4)2 и с рядом других соединений.
Очень чувствительна реакция катионов свинца с органическим реагентом - дитизоном. При смешивании хлороформного раствора дитизона с водным раствором соли свинца образуется красный дитизонатный комплекс свинца, экстрагирующийся из водной фазы в органическую и окрашивающий слой хлороформа в красный цвет. Предел обнаружения составляет 0,04 мкг.
Мешают катионы Cu2+, Ag+, Zn+ и некоторые другие.
Заполните таблицу 2:
Таблица 2
| Открываемый катион | Реагент | Уравнение химической реакции | Наблюдаемые реакции |
|
Ag̟̟̟+
| |||
|
Hg22+
| |||
|
Pb2+
| |||
Приведите схему анализа катионов 2 группы:
Выполнение работы проверил(а)
_____________________________ Дата__________
Дата: 2019-02-02, просмотров: 320.