Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Цель работы: научиться проводить качественные реакции на анионы 3 аналитической группы

Реагенты: 1H NaNO₂, 1H H₂SO₄, 1H KI, крахмал, бензол (или хлороформ), 1Н KMnO₄, 1H NH₄Cl, 1H KNO₃, H₂SO₄(конц), Cu(мет), 1H FeSO₄(р-р), 1H NaOH, Al(мет), 1H CH₃COONa, 1H Fe₂(SO₄)₃, 1H C₂H₅OH, 1H AgNO₃, 1H антипирин (сух).

 

Ход работы:

 

Как уже отмечалось анионы третьей аналитической группы не имеют группового реагента. Чаще всего в эту группу включают три аниона: нитрит-ион NO₂^-, нитрат-ион NO₃^- и ацетат-ион CH₃COO^- , хотя иногда сюда относят и некоторые анионы (хлорат-ион ClO₃^-, перманганат-ион MnO₄^- и т.д.)
      Далее в настоящем параграфе рассмотрены аналитические реакции только трех вышеуказанных анионов – нитрит, нитрат, и ацетат-ионов. Все они в водных растворах бесцветны.

Аналитические реакции нитрит-иона NO₂.

Нитрит-ион - анион довольно слабой одноосновной азотистой кислоты HNO₂ (pK=3.29), которая в водных растворах при обычных температурах неустойчива и легко разлагается по схеме:

1) 2HNO₂ →N₂O₃ +H₂O

2) N₂O₃→ NO + NO₂

 - что следует принимать во внимание при анализе кислых растворов, содержащих нитриты.

    Нитрит-ион как анион слабой кислоты в водных растворах гидролизуется; редокс-амфотерен: обладает как окислительными, так и восстановительными свойствами. Нитриты хорошо растворяются в воде (нитрит серебра AgNO₃ –при нагревании. Нитрит-ион образует комплексы со многими металлами. Некоторые из этих координационных соединений, в отличие от «простых» нитритов, малорастворимы в воде, например, гексанитрокобальтаты (III) калия K₃[Co(NO₂)₆] и аммония (NH₄)₃[Co(NO₂)₆], используют в качественном анализе. Нитриты токсичны!
 

Реакция с сильными кислотами (фармакопейная).Нитрит-ион под действием разбавленных сильных кислот (HCl, H₂SO₄) вначале переходит в неустойчивую азотистую кислоту HNO₂, которая затем разлагается с выделением оксидов азота (газообразные продукты желто-бурого цвета)
                                        NO₂^-+H⁺↔HNO₂
                                2HNO₂→N₂O₃+H₂O→NO+NO₂+H₂O
  Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора нитрита натрия и прибавляют 2-3 капли разбавленной серной кислоты. Выделяются желто-бурые пары оксидов азота.

Реакция с иодидом калия (нитрит-ион – окислитель). Нитрит-ион в кислой среде (HCl, H₂SO₄, CH₃COOH) окисляет иодид-ионы до свободного йода:
                                2NO₂^-+4H⁺+2I^-→I₂+2NO+2H₂O
            Образующийся йод обнаруживают реакцией с крахмалом (по посинению раствора) или экстрагируя его органическим растворителем – бензолом , хлороформом (органический слой окрашивается в фиолетовый цвет).
           Нитрат-ион NO₃^-, не мешает проведению реакции, поэтому ионы NO₂^-, можно открыть с помощью рассматриваемой реакции в присутствие нитрат-ионов.
Мешают окислители (MnO₄^-, Cr₂O₇^2- и некоторые другие).

Методика.

а) В пробирку вносят 2-3 капли раствора иодида калия КI ,прибавляют 3-4 капли разбавленной серной кислоты, каплю свежеприготовленного раствора крахмала и 2-3 капли раствора NaNO₂.Смесь окрашивается в синий цвет.
        б) В пробирку вносят 2-3 капли органического экстрагента (бензол или хлороформ) и 2-3 капли раствора NaNO₂. Встряхивают смесь. Органический слой окрашивается в фиолетовый цвет за счет образовавшегося йода.

Реакция с перманганатом калия (нитрит-ион – восстановитель).
Нитрит-ион в сернокислой среде окисляется до нитрат-иона NO₃^- перманганат–ионами MnO₄^-, обесцвечивая раствор перманганата калия
                           5NO₂^-+2MnO₄^-+6H⁺→ 5NO₃^-+2Mn²⁺+3H₂O

Мешают другие восстановители (S^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, C₂O₄^2-, SCN^-, AsO₃^3-,I^-,Br^- и др.), также реагирующие с перманганат-ионами.

     Нитрат-ион NO₃^- не обесцвечивает раствор перманганата калия (отличие от нитрит-иона – фармакопейный тест).

Методика. В пробирку вносят 1-2 капли разбавленного раствора KMnO₄, прибавляют 1-2 капли разбавленной H₂SO₄ и 3-4 капли раствора NaNO₂.
Розовый раствор перманганата калия обесцвечивается.
  Реакция с солями аммония-реакция разложения (удаления) нитрит-ионов. Нитрит-ион окисляет катионы аммония NH₄⁺ при нагревании до свободного азота N₂:

NO₂^-+NH₄⁺→N₂+2H₂O

Аналогично до азота нитрит-ионы разрушаются и при реакции с карбамидом:

                  2 NO^2-+2H⁺+ Co(NH₂)₂→2 N₂+CO₂+3 H₂O

Эти реакции используют для удаления нитрит-ионов из раствора.
  Методика. В пробирку носят 5 капель раствора NaNO₂, прибавляют кристаллы NH₄Cl или (NH₄)₂SO₄ до получения насыщенного раствора (часть кристаллов прибавленной соли аммония не должна раствориться) и осторожно нагревают смесь. Наблюдается выделение пузырьков газа-азота.
Чтобы убедиться в полноте протекания реакции ,в пробирку прибавляют каплю раствора иодида калия КI и каплю крахмала. Если раствор не окрашивается в синий цвет, то это означает, что нитрит-ион в растворе отсутствует, т.е. содержавшийся в растворе нитрит прореагировал с катионами аммония полностью.

Аналитические реакции NO₃^-

 Нитрат-ион NO₃^- - анион сильной одноосновной азотной кислоты HNO₃. В водных растворах бесцветный нитрат-ион не гидролизуется, обладает окислительными свойствами. Как лиганд нитрат-ион малоэффективен и образует неустойчивые нитрокомплексы металлов, из которых координированные нитраторуппы легко вытесняются молекулами воды в водных растворах. Поэтому в аналитической химии нитраты щелочных металлов (например, KNO₃) используется в качестве фона как индифферентные (т.е. не реагирующие с другими ионами в растворе) сильные электролиты для поддержания постоянной ионной силы раствора.
    Нитраты металлов хорошо растворяются в воде.
    Некоторые аналитические реакции являются общими как для нитрат, так и для нитрит-ионов. В отличие от нитритов, нитраты не обесцвечивают подкисленные водные растворы перманганата калия (фармакопейный тест).

Реакция с металлической медью (фармакопейная). Нитрат-ион взаимодействует в среде концентрированной серной кислоты при нагревании с металлической медью с образованием буро-желтых паров оксидов азота:

2NO₃^- + 8H⁺ + 3Cu → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O
 2NO^- + О₂ ↔ 2NO₂

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора нитрата калия, прибавляют 3-4 капли концентрированной серной кислоты, кусочек металлической меди и осторожно нагревают пробирку (под тягой!)
Выделяются буро-желтые пары диоксида азота.

Реакция с сульфатом железа ( II ) и концентрированной серной кислотой. Нитрат –ион при нагревании с FeSO₄ в среде концентрированной H₂SO₄ образует соединение состава [FeNO]SO₄, окрашенное в бурый цвет:

3Fe²⁺+ NO₃^-+ 4H⁺→3Fe³⁺+ NO + 2 H₂O
   Fe²⁺+ NO+ SO₄^2-↔[FeNO]SO₄

Реакцию с образованием того же соединения дает и нитрит-ион, поэтому нельзя открыть реакцией нитрат-ион в присутствии нитрит-иона.Предел обнаружения нитрат-ионов – около 2,5 мкг.
Мешают анионы Br-, I-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, CrO₄^2- , MnO₄^2-.

Методика.
а) В пробирку вносят 4-6 капель раствора NaNO₃ или KNO₃,6-8 капель насыщенного раствора FeSO₄ и осторожно по стенке пробирки приливают по каплям концентрированную серную кислоту .При соприкосновении раствора H₂SO₄ с раствором в пробирке проявляется бурое(или буро-коричневое)окрашивание жидкости.

б) На поверхность стеклянной пластинки наносят каплю раствора NaNO₃ или KNO₃, к которой прибавляют кристаллик сульфата железа и каплю концентрированной серной кислоты. Около кристалла образуется бурое (или буро-коричневое) пятно.

 

 Реакция с антипирином.

 Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора NaNO₃ или KNO₃, 2-3 капли раствора антипирина и осторожно ,по каплям прибавляют 3-6 капель концентрированной серной кислоты при встряхивании пробирки до появления ярко-красной окраски нитро-антипирина.

Реакция с металлическим алюминием или цинком. Нитрат-ион при взаимодействии с металлическим алюминием или цинком в щелочной среде восстанавливается до аммиака:

                     3NO₃^-+8Al+5OH^-+18H₂О→3NH₃+8[Al(OH)₄]^-

Выделяющийся аммиак ощущается по запаху и окрашивает важную красную лакмусовую бумагу в синий цвет.
Мешают катионы аммония NH₄⁺ выделяющие аммиак в щелочной среде, а также другие анионы, способные восстанавливаться до аммиака (NO₂^-, SCN^-, ферро- и феррицианид-ионы).

Методика. В пробирку вносят 5–6 капель раствора NaNO₃ или KNO3, 5-6 капель раствора NaOH и несколько кусочков металлического алюминия. Смесь осторожно нагревают. Ощущается запах аммиака. Над пробиркой помещают увлажненную красную лакмусовую бумагу; бумага синеет.

 

Аналитические реакции CH3COO^-

Ацетат-ион CH₃COO^- - анион слабой (pK=4,76) одноосновной уксусной кислоты CH₃COOH; в водных растворах бесцветен, подвергается гидролизу, не обладает окислительно-восстановительными свойствами. При реакциях со спиртами в кислой среде дает сложные эфиры.

   Ацетат-ион – довольно эффективный лиганд и образует устойчивые ацетатные комплексы с катионами многих металлов.
    Ацетаты аммония ,щелочных и большинства других металлов хорошо растворяются в воде. Ацетаты серебра CH₃COOAg и ртути (I) менее ацетатов других металлов растворимы в воде.
 Реакция с хлоридом железа ( III ) (фармакопейная). Ацетат-ион с катионами железа(III) при pH=5-8 дает растворимый темно-красный (цвета крепкого чая) ацетат или оксиацетат железа (III).

 В водном растворе он частично гидролизуется; подкисление раствора минеральными кислотами подавляет гидролиз и приводит к исчезновению красной окраски раствора.

При кипячении первоначально полученного раствора из него выпадает хлопьевидный осадок основного ацетата железа (III) Fe(OH)₂CH₃COO, образующегося за счет глубокого протекания гидролиза:
            (CH₃COO)₃Fe + 2H₂0 ↔ Fe(OH)₂CH₃COO + 2CH₃COOH
Осадок выделяется только при избытке ацетат-ионов в растворе.
       В зависимости от соотношения концентраций железа (III) и ацетат-ионов состав осадка может изменяться и отвечать, например, формулам FeOH(CH₃COO)₂, Fe(OH)₂O₃(CH₃COO), Fe₃O(OH)(CH₃COO)₆ или Fe(OH)₂(CH₃COO)₇.

Мешают катионы CO₃^-, SO₃^2-, PO₄^3-, Fe[(CN)₆]^4- образующие осадки с железом (Ш), а также анионы SCN^- (дающие красные комплексы с катионами Fe⁺³), иодид-ион I^-,окисляющийся до йода I₂, придающего раствору желтую окраску.

Методика. В пробирку вносят 6-7 капель раствора ацетата натрия CH3COONa и прибавляют 2-3 капли раствора хлорида железа (Ш) FeCl₃. Раствор окрашивается в красно-бурый цвет. Осторожно нагревают содержимое до кипения и кипятят раствор. При кипячении из раствора выпадает красно-бурый осадок основного ацетата железа (Ш).

Реакция образования уксусно-этилового эфира (фармакопейная). Ацетат-ион в сернокислой среде (концентрированная H₂SO₄) реагирует со спиртами с образованием сложных эфиров уксусной кислоты. Так, при взаимодействии с этанолом образуется уксусно-этиловый эфир (этилацетат) CH₃COOC₂H₅:

                                   CH₃COO^-+ H⁺ ↔ CH₃COOH
                         CH₃COOH+ C₂H₅OH→ CH₃COOC₂H₅+ H₂0

Выделяющийся этилацетат обнаруживают по характерному приятному запаху.
Соли серебра катализируют эту реакцию, поэтому при ее проведении рекомендуется добавлять небольшое количество AgNO₃.
 Аналогично при реакции с амиловым спиртом C₅H₁₁OH образуется также обладающий приятным запахом амилацетат CH₃COOC₅H₁₁ (так называемая «грушевая эссенция»).

Методика.
а) В пробирку вносят небольшое количество сухого ацетата натрия CH₃COONa,прибавляют 4-5 капель концентрированной H₂SO₄, 4-5 капель этилового спирта, 1-2 капли раствора AgNO₃ (катализатор) и осторожно нагревают смесь. Ощущается характерный приятный запах уксусно-этилового эфира.

б) В пробирку вносят 4-5 капель концентрированного раствора ацетата натрия, столько же капель концентрированной H₂SO₄, 1-2 капли раствора AgNO₃(катализатор) и 4-5 капель этанола. Ощущается характерный запах этилацетата, усиливающийся при осторожном нагревании смеси.
Реакция с серной кислотой. Ацетат-ион в сильно кислой среде переходит в слабую уксусную кислоту, пары которой имеют характерный запах уксуса:
                               CH₃COO^-+H⁺ ↔ CH₃COOH

Мешают анионы NO₂^-,S^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, также выделяющие в среде концентрированной серной кислоты газообразные продукты с характерным запахом.

Методика. В пробирку добавляют 2-3 кристаллика CH₃COONa и добавляют 3-4 капли концентрированной H₂SO₄ (или 2 н H₂SO₄).Ощущается характерный запах уксусной кислоты.

 

    Заполните таблицу 10:

Таблица 10

Анион	групповой реагент	Реакции	Наблюдаемые явления
NO2-
NO3-
CH3COO-

 

 

Выполнение работы проверил(а)

_____________________________                            Дата_______________

 

Лабораторная работа «Анализ сухой соли. Открытие катиона и аниона»

Цель работы: научиться проводить качественные реакции на анионы различных аналитических групп.

Реагенты: 1H NaCl, 1H AgNO₃, 1Н KMnO₄, 1H H₂SO₄, 1H NaBr, 1H KI, 1H HCl, 1H KNO₂, 1H CH₃COOH, 1H PbSO₄, 1H KBrO₃,1H KBr,1H KSCN, 1H FeCl₃, 1H KIO₃, 1H Na₂S,1H Pb(CH₃COO)₂, 1H NaNO₂, 1H Na₂SO₄ , 1H HCl, 1H H₂SO₄, 1H Na₂S₂O₃, 1H NH₄OH, 1H Na₂SO₃, 1H AgNO₃ , 1Н KMnO₄,1H Na₂CO₃, 1Н BaCl₂, 1H Pb(NO₃)₂, 1H CH₃COOH, 1H I₂, 1H CuSO₄, 1H HNO₃,1H CaCl₂, 1H NaH₂PO₄, 1H MgCl₂, 1H NH₄Cl, 1H (NH₄)₂C₂O₄, 1H NH₃, 1H MgSO₄, 1H NaNO₂, 1H H₂SO₄, 1H KI, крахмал, бензол (или хлороформ), 1Н KMnO₄,1H NH₄Cl, 1H KNO₃, H₂SO₄(конц), Cu(мет), 1H FeSO₄(р-р), 1H NaOH, Al(мет), 1H CH₃COONa, 1H Fe₂(SO₄)₃,1H C₂H₅OH, 1H AgNO₃, антипирин (сух).

 

Ход работы :

    Как уже отмечалось, в фармацевтическом анализе практически никогда не требуется открывать все анионы всех трёх аналитических групп в одном анализируемом объекте. При анализе лекарственного сырья, лекарственных субстанций, лекарственных форм, объектов судебно-медицинской экспертизы, при аналитическом контроле различных этапов технологических процессов приготовления лекарственных средств приходится открывать лишь небольшое число анионов, причём обычно бывает известно, содержание каких анионов требуется проконтролировать. Так, в фармакопейном анализе чаще всего приходится открывать и определять в одном образе хлориды, сульфаты, а также ограниченное число других анионов. При этом анионы открывают дробным методом с помощью тех или иных аналитических реакций или физическими и физико-химическими методами – оптическими, хроматографическими, электрохимическими и др., предварительно переводя пробу анализируемого вещества в раствор. В каждом конкретном случае намечается свой собственный ход анализа, в зависимости от того, какие анионы ожидаются в пробе анализируемого вещества.

Предварительные испытания

Определение pH среды. Определяют значение pH анализируемого раствора обычно с помощью универсальной индикаторной бумаги.

1. Если pH < 2, то в анализируемом растворе отсутствуют анионы неустойчивых кислот, разлагающихся в кислой среде, т.е. SO₃²-, S₂O₃²-, CO₃^2-, S^2-, NO₂^-. В кислой среде (pH < 5) также не могут сосуществовать анионы-восстановители и анионы-окислители, например, I- и NO₂^-, I^- и AsO₄^3-, NO₂^- и AsO₃^3-, SO₃^2- и AsO₄^3-, S₂O₃^2- и AsO₄^3- и т.д., поскольку они реагируют между собой.

В щелочной среде могут присутствовать все рассматриваемые анионы.

2.Если pH > 2, то для определения наличия в анализируемом растворе неустойчивых (разлагающихся в кислой среде) кислот в пробирку отбирают 4-5 капель этого раствора, прибавляют 4-5 капель разбавленной серной кислоты и осторожно нагревают смесь, не доводя её до кипения. Если наблюдается выделение пузырьков газа (SO₂, CO₂, H₂S, NO₂), то это означает, что в анализируемом растворе возможно присутствие анионов SO₃^2-, S₂O₃^2-, CO₃^2-, S^2-, NO₂^-. Желто-бурый цвет газов оксидов азота указывает на наличие нитрит иона NO₂^- в растворе наряду с возможным присутствием и остальных анионов неустойчивых кислот.

Помутнение раствора при его подкислении свидетельствует о наличии в нём тиосульфат-иона S₂O₃^2-, разлагающегося с выделением элементной серы.

Проба на присутствие анионов первой аналитической группы. В отдельной пробе анализируемого раствора (несколько капель) устанавливают присутствие или отсутствие анионов первой аналитической группы. Бариевые соли этих анионов малорастворимы в воде (при pH=7-9), поэтому при добавлении раствора хлорида бария BaCl₂ к пробе анализируемого раствора выпадает белый осадок этих солей в нейтральной или слабо щелочной среде, если какие-либо анионы первой аналитической группы имеются в растворе. Если осадок не выпадает, то указанные анионы отсутствуют в аналитическом растворе.

В случае выпадения солей бария полученную смесь раствора с осадком подкисляют разбавленной HCl. При этом все соли бария анионов первой аналитической группы растворяются в кислой среде, за исключением сульфата бария BaSO₄, который остаётся в осадке. Если же осадок полностью растворится при прибавлении раствора HCl, то это означает, что среди анионов первой аналитической группы в анализируемом растворе отсутствует сульфат-ион SO₄^2-.

Методика. В пробирку вносят 4-5 капель анализируемого раствора, доводят (при необходимости) значение pH раствора до 7-9, добавляя по каплям раствор гидроксида бария Ba(OH)₂, и прибавляют 4-5 капель раствора BaCl₂. Образование белого осадка указывает на присутствие в растворе анионов первой аналитической группы.

К смеси раствора с осадком прибавляют по каплям избыток разбавленной HCl при перемешивании. Если осадок растворился не полностью (остался твёрдый BaSO₄), то это означает, что в исходном анализируемом растворе присутствует сульфат-ион SO₄^2-. Полное растворение осадка указывает на отсутствие сульфат-ионов в растворе.

Проба на присутствие анионов второй аналитической группы. В отдельной пробе раствора (несколько капель) устанавливают наличие или отсутствие анионов второй аналитической группы. Если в анализируемом растворе присутствуют анионы этой группы, дающие малорастворимые в азотнокислой среде соли серебра (кроме бромата серебра AgBrO₃), то при прибавлении азотнокислого раствора AgNO₃ должен образоваться осадок солей серебра анионов второй аналитической группы. Если осадок не выпадает, то это означает, что анионы второй аналитической группы в анализируемом растворе отсутствуют (возможно, однако, присутствие бромат-иона BrO₃^-).

Методика. В пробирку вносят 4-5 капель анализируемого раствора, прибавляют 1-2 капли разбавленной HNO₃ и 4-5 капель раствора AgNO₃. Выпадение осадка указывает на присутствие в растворе анионов второй аналитической группы. В противном случае можно сделать вывод об их отсутствии (за исключением возможного присутствия бромат-ионов BrO₃^-) в растворе.

Проба на присутствие анионов-окислителей. Наличие в растворе анионов-окислителей (AsO₄^3-, BrO₃^-, NO₂^-, NO₃^-) устанавливают в отдельной пробе реакцией с иодидом калия в сернокислой среде (pH ≈ 1) в присутствии раствора крахмала (или органического экстрагента). Окислители переводят йодид-ионы I^- в йод I₂, при образовании которого крахмальный раствор окрашивается в синий цвет (или органический слой экстрагента принимает фиолетовую окраску).

Методика. 5-6 каплям анализируемого раствора прибавляют 2 капли разбавленной H₂SO₄, 1-2 капли свежеприготовленного раствора крахмала и 2-3 капли раствора KI. Если раствор окрасился в синий цвет, то это означает, что в нём содержатся ионы-окислители AsO₄^3-, BrO₃^-, NO₂^-, NO₃^-. Если синяя окраска не появляется, то эти анионы в растворе отсутствуют.

Проба на присутствие анионов-восстановителей. Наличие в растворе анионов-восстановителей устанавливают в отдельной пробе реакциями с йодом (раствор йода обесцвечивается, поскольку йод в нейтральной или слабо кислой среде окисляет анионы-восстановители S^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, AsO₃^3-) и с раствором перманганата калия в сернокислой среде (раствор перманганата калия обесцвечивается вследствие восстановления анионами-восстановителями S^2-, SO₃^3-, S₂O₃^2-, C₂O₄^2-, AsO₃^3-, Cl^-, Br^-, I^-, CN^-, SCN^-, NO₂^-).

Методика.

а) К 5-6 каплям анализируемого раствора прибавляют 1-2 капли разбавленной серной кислоты, 2-3 капли разбавленного раствора перманганата калия и при необходимости (если раствор не обесцветился) осторожно нагревают смесь. Если раствор обесцвечивается, то в нём присутствуют анионы-восстановители, указанные выше.

б) К 3-4 каплям анализируемого раствора прибавляют каплю разбавленной серной кислоты и 2-3 капли раствора йода. Обесцвечивание раствора указывает на присутствие в нём анионов (S^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, AsO₃^3-).

Дробное обнаружение анионов.

С учётом данных, полученных при предварительных испытаниях, делают заключение о возможном присутствии тех или иных анионов в анализируемом растворе, после чего открывают отдельные анионы дробным методом. При дробном обнаружении анионов некоторые из них мешают открытию друг друга. Поэтому мешающие анионы обычно удаляют тем или иным способом.

Все нижеследующие операции проводят с отдельными пробами (несколько капель) исходного анализируемого раствора.

Открытие сульфат-иона. Ион SO₄^2- обнаруживают в предварительных испытаниях реакцией с хлоридом бария в кислой среде, как описано выше (см. «Проба на присутствие анионов первой аналитической группы»).

Открытие сульфид-иона. Ион S^2- обнаруживают, подкисляя пробу анализируемого раствора разбавленной HCl. Если сульфид-ион присутствует в анализируемом растворе, то из него при окислении выделяется газообразный сероводород H₂S, образование которого устанавливают по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли свинца (II) (обычно – раствором ацетата свинца (CH₃COO)₂Pb или гидроксокомплекса Na₂[Pb(OH)₄]), при поднесении её к отверстию пробирки (образуется чёрный сульфид свинца (II) PbS).

Открытие карбонат-иона.

а) Если в анализируемом растворе отсутствуют сульфит-ион SO₃^2- и тиосульфат-ион S₂O₃^2-, то карбонат-ион открывают по выделению газообразного диоксида углерода CO₂, который вызывает помутнение баритовой или известковой воды (см. выше «Аналитические реакции карбонат-иона»),

б) Если в анализируемом растворе присутствуют анионы SO₃^2- и S₂O₃^2-, также разлагающиеся в кислой среде с выделением газообразного продукта – диоксида серы SO₂, вызывающего помутнение баритовой или известковой воды, то карбонат-ион открывают одним из двух следующих способов.

Первый способ. К пробе анализируемого раствора (5-8 капель) в пробирке прибавляют 5-6 капель разбавленного (3%-го) раствора пероксида водорода H₂O₂ и слегка нагревают пробирку на водяной бане. Сульфит-ион окисляется до сульфат-иона SO₄^2-, а тиосульфат-ион – до тетратионат-иона S₄O₆^2-, которые уже не мешают открытию карбонат-иона. (Можно также окислять сульфит- и тиосульфат-ионы растворами перманганата калия KMnO₄ или дихромата калия K₂Cr₂O₇). В полученном растворе открывают карбонат-ион, как описано выше в пункте а).

 Открытие сульфит-иона.

а) Если в анализируемом растворе отсутствуют анионы S^2- и S₂O₃^2-, то сульфит-ион открывают, подкисляя пробу анализируемого раствора и идентифицируя выделяющийся газообразный SO₂ в проборе для обнаружения газов, как описано выше (см. выше «Аналитические реакции сульфит-иона»).

б) Если в анализируемом растворе присутствуют ионы S^2- и S₂O₃^2-, то сульфит-ион вначале переводят в осадок в виде сульфита стронция SrSO₃, прибавляя к анализируемой пробе раствор соли стронция (SrCl₂ или Sr(NO₃)₂):

Sr²⁺+SO₃^2-→SrSO₃

Осадок сульфита стронция затем отделяют, растворяют в кислоте, не допуская избытка кислоты (во избежание выделения газообразного SO₂), и прибавляют жёлтый раствор йода I₂ в KI. В присутствии сульфит-иона раствор йода обесцвечивается вследствие восстановления йода I₂ сульфит-ионами до иодид-ионов I^-.

Методика. В пробирку вносят ~ 10 капель анализируемого раствора и прибавляют раствор хлорида SrCl₂ или нитрата Sr(NO₃)₂ стронция до полного осаждения сульфита стронция SrSO₃. Смесь центрифугируют, маточник отделяют от осадка, который промывают 4-5 каплями воды и удаляют промывную жидкость (во избежание попадания тиосульфат-ионов в осадок). К осадку прибавляют 2-3 капли разбавленной H₂SO₄ или HCl и затем по каплям раствор йода в йодиде калия. Перемешивают смесь. Осадок сульфита стронция растворяется, а раствор йода обесцвечивается.

Открытие тиосульфат-иона.

а) Ион S₂O₃^2- можно открыть по помутнению пробы анализируемого раствора при подкислении её серной или хлороводородной кислотой. В кислой среде тиосульфат-ион разлагается с выделением элементной серы – раствор мутнеет (см. выше «Предварительные испытания»).

б) Тиосульфат-ион можно открыть также, прибавляя к анализируемой пробе разбавленный раствор нитрата серебра – выпадает белый осадок тиосульфата серебра Ag₂S₂O₃, постепенно чернеющий на воздухе вследствие образования чёрного сульфида серебра Ag₂S.

Сульфид-ионы S^2- мешают, поскольку также дают осадок Ag₂S. Для удаления сульфид-ионов к раствору прибавляют небольшое количество свежеосаждённого карбоната кадмия CdCO₃ и взбалтывают смесь. Образуется твёрдый CdS. Смесь CdCO₃ и CdS отфильтровывают и в фильтрате открывают тиосульфат-ион реакцией с нитратом серебра, как описано выше.

Открытие оксалат-иона.

а) При отсутствии в исходном анализируемом растворе карбонат-ионов и анионов-восстановителей, мешающих обнаружению оксалат-ионов, последние открывают реакцией с перманганатом калия в сернокислой среде при нагревании раствора до ~60-70^оС в приборе для обнаружения газов (см. выше «Аналитические реакции оксалат-иона C₂O₄^2-») – раствор перманганата калия в пробирке 1 обесцвечивается вследствие восстановления перманганат-ионов оксалат-ионами, а баритовая или известковая вода в пробирке-приёмнике 2 мутнеет за счёт образования осадка карбоната бария BaCO₃ или карбоната кальция CaCO₃ при взаимодействии выделяющегося диоксида углерода с баритовой или известковой водой соответственно.

Методика. В пробирку 1 прибора для обнаружения газов вносят 1 мл анализируемого раствора, прибавляют 4-5 капель разбавленной кислоты и 5-6 капель разбавленного раствора перманганата калия до окрашивания раствора в пробирке 1 в бледно-розовый цвет. Быстро закрывают пробирку 1 пробкой с газоотводной трубкой, свободный конец которой погружен в баритовую или известковую воду, находящуюся в пробирке-приёмнике 2. Пробирку 1 осторожно нагревают до ~60-70 ^оC. Если раствор в пробирке 1 обесцвечивается, а в пробирке 2 мутнеет, то это означает, что исходный анализируемый раствор содержит оксалат-ионы.

Открытие фторид-иона. Фторид-ион обнаруживают по обесцвечиванию красного раствора тиоцианатных комплексов железа (III), которые разрушаются в присутствии фторид-ионов с образованием устойчивого бесцветного фторидного комплекса железа (III) [FeF₆]^3- (см. выше «Аналитические реакции фторид-иона F^-»).

Методика. Готовят красный раствор тиоцианатных комплексов железа (III), для чего к небольшому объёму раствора хлорида железа (III) FeCl₃ прибавляют каплю разбавленного раствора тиоцианата калия KNCS и 2-3 капли разбавленной HCl.

В пробирку вносят 6-8 капель анализируемого раствора и по каплям при перемешивании прибавляют красный раствор тиоцианатных комплексов железа (III). Если первые прибавляемые капли красного раствора обесцвечиваются, то это указывает на присутствие фторид-иона в анализируемом растворе.

Открытие тиоцианат-ионов.

а) Если в растворе отсутствуют иодид-ионы, то тиоцианат-ионы SCN^- открывают реакцией с хлоридом железа (III) FeCl₃, в кислой среде (pH ≈ 2-3). Образуются тиоцианатные комплексы железа (III) [Fe(NCS)_n(H₂O)_6-n]^3-n, окрашивающие раствор в красный цвет. В кислой среде анионы кислот, разлагающихся в кислых растворах, не мешают проведению реакции, поскольку они не могут существовать в таких растворах. Для ускорения разложения этих анионов подкисленную (раствором HCl) пробу анализируемого раствора предварительно нагревают непродолжительное время , а затем уже открывают в ней тиоцианат-ионы.

Если из мешающих анионов кислот, разлагающихся в кислой среде, присутствуют только сульфид-ионы S^2- , которые могут восстановить железо (III) до железа (II) ,не образующего красных тиоцианатных комплексов ,то сульфид-ионы рекомендуется предварительно удалить в виде белого осадка сульфида цинка ZnS. Для этого к пробе анализируемого раствора при осторожном нагревании прибавляют по каплям раствор соли цинка ZnSO₄ или (CH₃COO)₂Zn до прекращения образования белого осадка сульфида цинка, который отделяют фильтрованием или центрифугированием ,а уже в маточном растворе обнаруживают тиоцианат-ионы реакцией с раствором соли железа (III).

Реакцию можно проводить либо капельным методом на фильтровальной бумаге ,как было описано выше (см. «Аналитические реакции тиоцианат-иона SCN^-»),либо непосредственно в пробе анализируемого раствора по нижеследующей прописи

Методика. В пробирку вносят 9-10 капель анализируемого раствора ,3-5 капель разбавленной HCl ,осторожно нагревают (под тягой!) раствор почти до кипения (3-4 минуты) и охлаждают до комнатной температуры. Прибавляют по каплям разбавленный раствор хлорида железа (III) . Если в растворе присутствуют тиоцианат-ионы ,то он окрашивается в красный цвет вследствие образования красных тиоцианатных комплексов железа (III).

Открытие хлорид-иона.

А) Если в растворе отсутствуют тиоцианат-ионы и цианид-ионы ,то хлорид-ион открывают следующим образом . К азотнокислой пробе анализируемого раствора прибавляют раствор нитрата серебра AgNO₃ до полного выпадения осадка солей серебра различных анионов, имевшихся в растворе ,в том числе и осадка хлорида серебра AgCl . Осадок смеси солей отделяют и обрабатывают насыщенным водным раствором карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ . Хлорид серебра растворяется :

AgCl+(NH₄)₂CO₃ → [Ag(NH₃)₂]Cl+ CO₂ + H₂O

Серебряные соли остальных анионов остаются в осадке. Бромид серебра AgBr, частично растворяющийся в водном аммиаке ,в данном случае остается в осадке, так как он практически не растворим в концентрированном растворе карбоната аммония.

Раствор отделяют от осадка и доказывают присутствие в нем хлорид-иона реакцией с HNO₃ –выпадает белый осадок AgCl :

[Ag(NH₃)₂]Cl + 2HNO₃→AgCl + 2NH₄NO₃

Проведению реакции мешают тиоцианат-ионы и цианид-ионы,так как выпадающие осадки AgSCN и AgCN так же растворяются в растворе карбоната аммония с образованием комплексов [Ag(NH₃)₂]⁺ .

Открытие бромид- и иодид-ионов. В присутствии ионов SCN^-, Cl^- бромид- и иодид-ионы открывают одновременно с этими анионами ,как описано выше. Однако, их можно открыть и в отдельной пробе анализируемого раствора реакцией с окислителями-обычно с хлорной водой или хлорамином ( см. выше «Аналитические реакции иодид-иона»).

Для этого к пробе анализируемого раствора прибавляют свежеприготовленную хлорную воду, разбавленную серную кислоту и хлороформ. Вначале иодид-ионы окисляются до свободного йода:

2I^- +Cl₂→ I₂ + 2Cl^-

Йод переходит в органическую фазу и окрашивает её в фиолетовый цвет. По мере дальнейшего прибавления хлорной воды йод окисляется до бесцветных иодат-ионов IO₃^-

I₂ +5Cl₂ +6 H₂O → 2HIO₃ + 10HCl

Фиолетовая окраска органической фазы исчезает. При этом бромид-ионы так же окисляются хлорной водой до брома. Образовавшийся бром окрашивает хлороформный слой в желто-бурый цвет. При избытке хлорной воды образуется желтый BrCl и органическая фаза изменяет окраску от желто-бурой до светло-желтой, как было описано ранее.

Методика. В пробирку вносят 5-6 капель анализируемого раствора,1- капли разбавленной H₂SO₄, 4-5 капель хлороформа, 1-2 капли свежеприготовленной хлорной воды и энергично встряхивают смесь, если органический слой окрасился в фиолетовый цвет, то это свидетельствует о присутствии иодид-ионов в исходном анализируемом растворе. Продолжают прибавлять по каплям хлорную воду при встряхивании смеси. Фиолетовая окраска органического слоя исчезает. Если после этого органический слой окрасился в желто-бурый , а затем в светло-желтый цвет ,то это указывает на присутствие бромид-ионов в исходном анализируемом растворе.

 

Открытие бромат-иона. Бромат-ион открывают в отдельной пробе анализируемого раствора по выделению свободного брома при реакции с бромид-ионами в кислой среде (см.выше «Аналитические реакции бромат-иона BrO₃^- »):

BrO₃^- + 5Br^- +6H⁺ → 3Br₂ +3 H₂O

Образующийся бром обнаруживают по выделению бурых паров брома и по окрашиванию в желто-бурый цвет прибавленного органического экстрагента (например, хлороформа).

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли анализируемого раствора,2-3 капли раствора HCl , 5-6 капель хлороформа, прибавляют 4-5 капель раствора бромида калия KBr и встряхивают смесь. Если после расслаивания смеси органический слой окрасился в желто-бурый цвет, то это указывает на присутствие бромат-иона в исходном анализируемом растворе.

Открытие нитрит-иона. Нитрит ион NO₂^- открывают в отдельных пробах анализируемого раствора реакциями с реактивом Грисса-Илошвая и с антипирином по методикам, описанным выше (см. «Аналитические реакции нитрит-иона NO₂^-»)

Если нитрит-ион открыт, то его обычно удаляют(разрушают), поскольку он мешает открытию нитрат-иона NO₃^-. Для удаления нитрит-иона небольшой объем анализируемого раствора нагревают с солью аммония (например, с NH₄Cl) , при этом нитрит-ионы разрушаются :

NO₂^- + NH₄Cl → N₂ +2H₂O

Методика удаления нитрит-ионов была описана ранее (см. «Аналитические реакции нитрит-иона NO₂^-»)

 Раствор после удаления нитрит-ионов используют для открытия нитрат-ионов.

Открытие нитрат-иона. В пробе, полученной после удаления нитрит-ионов, открывают нитрат-ион NO₃^- реакциями с антипирином и дифениламином по методикам ,описанным ранее (см.выше «Аналитические реакции нитрат-иона NO₃^-») ,используя анализируемый раствор вместо растворов NaNO₃ или KNO₃.

Открытие ацетат-иона. Ацетат-ион CH3COO- открывают в отдельной пробе раствора реакцией образования уксусно-этилового эфира, обладающего характерным приятным запахом (см.выше «Аналитические реакции ацетат-иона CH3COO^-») .

Методика. В пробирку вносят 6-8 капель анализируемого раствора, 5-7 капель концентрированной H₂SO₄, 6-8 капель этанола и 1-2 капли раствора AgNO₃ (катализатор). Осторожно нагревают смесь на водяной бане. Ощущается характерный приятный запах уксусно-этилового эфира.

При отсутствии мешающих анионов ацетат-ион открывают так же реакцией с хлоридом железа (III) FeCl₃ (см.выше «Аналитические реакции ацетат-иона CH₃COO- ») .

 

 Открытие катиона.

Проведите предварительные испытания:

 

Распишите ход анализа, заполнив таблицу 11:

Таблица 11

Реагент	Наблюдения	Вывод

 

 

Открытие аниона.

Распишите ход анализа, заполнив таблицу 12:

Таблица 12

Реагент	Наблюдения	Вывод

 

 

 

Выполнение работы проверил(а)_______________________Дата_______________                                

Приложение

Таблица № 1:Классификация анионов

№ группы	Анионы	Групповой расчет	Характеристические  группы
I	SO4-2, SO3-2, S2O3-2, CO3-2, BO2-, SiO3-2, F-, PO4-3, AsO3-3, AsO4-3, CrO4-2, Cr2O7-2, Cr2O4-2	BaCl2	Соли бария малорастворимы в воде, соли серебра растворимы в кислотах
II	Cl-, Br-, I-, BrO3-, IO3-, CN-, SCN-, S-2, ClO-, [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3-	AgNO3 в 2M HNO3	Соли серебра           малорастворимы в воде и 2М HNO3
III	NO3-, NO2-, CH3COO-, ClO3-, MnO4-	нет	Соли бария и серебра растворимы в воде

 

Таблица №2: Кислотно-основная классификация катионов

Группа	Катионы	Групповой реактив	Получаемые соединения	Групповая характеристика
1	K+, Na+, NH4+, Li+	нет	-	Хлориды, сульфаты и гидроскиды растворимы в воде
2	Ag+, Pb+2, Hg22+	HCl (2н)	Осадок: AgCl;PbCl2;Hg2Cl2	Хлориды не растворимы в воде
3	Ba+2, Ca+2, Sr+2	H2SO4 (2н)	Осадок: BaSO4, CaSO4, SrSO4	Сульфаты нерастворимы в воде и кислотах
4	Zn+2, Al+3,Cr+3, Sn+4, Sn+2, As+3, As+5	NaOH (25% в избытке)	Раствор: [Zn(OH)4]-2, [Al(OH)4]-, [Cr(OH)4]-, AsO3-,AsO4-3	Гидроскиды растворимы в избытке щелочи
5	Mg+2, Mn+2, Bi+3, Fe+2, Fe+3, Sb+3, Sb+5	NH4OH (25% в избытке)	Осадок: Mg(OH)2, Mn(OH)2, Bi(OH)3,Fe(OH)2, Fe(OH)3, Sb(OH)3, H3SbO3	Гидроксиды нерастворимы в избытке щелочи
6	Cu+2, Hg+2, Cd+2, Ni+2, Co+2	NH4OH	Раствор: [Cu(NH3)4]+2, [Ng(NH3)4]+2	Аммиакаты, гидроксиды растворимы в избытке раствора аммиака

 

Оглавление

Лабораторная работа ''Реакции катионов 1 аналитической группы. Анализ смеси катионов 1 группы”. 4

Лабораторная работа ''Реакции катионов II группы''. Анализ смеси катионов 2 группы. 12

Лабораторная работа ''Реакции катионов III группы''. Анализ смеси катионов 3 группы. 20

Лабораторная работа ''Реакции катионов IV группы''. Анализ смеси катионов 4 группы. 26

Лабораторная работа ''Реакции катионов V группы''. Анализ катионов 5 группы. 34

Лабораторная работа ''Реакции катионов VI группы''. Анализ катионов 6 группы. 42

Лабораторная работа ''Анализ смеси катионов'' 50

Лабораторная работа «Реакции анионов I аналитической группы». 56

Лабораторная работа ''Реакции анионов II группы'' 69

Лабораторная работа «Аналитические реакции анионов III аналитической группы» 77

Лабораторная работа «Анализ сухой соли. Открытие катиона и аниона». 83

Приложение. 93