Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов Fe2+, Fe3+, Zn2+, Al3+, Cr2+, Mn2+.
Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.
1. Повторить технику выполнения основных операций (с. 6–10);
2. Изучить основные аналитические реакции указанных ионов, используя растворы их солей;
3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (с. 10);
4. После этого получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в соответствии со схемой анализа (рис. 5) и приведенным ниже ходом выполнения. Результаты анализа представить в виде таблицы (образец – табл. 3).
Анализируемый раствор делят на три части: в одной проводят предварительные испытания, другую подвергают систематическому анализу, третью оставляют для проверки полученных результатов.
Предварительные испытания
(проводятся с отдельными порциями исследуемого раствора)
1.1. Проба на присутствие ионов Fe2+. Ион Fe2+ открывают первым, так как он легко окисляется кислородом воздуха до Fe3+. Небольшую порцию раствора подкисляют 2 н. НСl и приливают к ней 1-2 капли раствора K3[Fe(CN)6], стараясь не перемешивать содержимое пробирки. Выпадение синего осадка Fe3[Fe(CN)6]2 свидетельствует о наличии иона Fe2+. Следует иметь ввиду, что в присутствии катионов III группы осадок будет несколько менее синим.
Рис. 5. Схема анализа смеси катионов III группы
1.2. Проба на присутствие ионов Fe3+. К отдельной порции исследуемого раствора, подкисленной 2 н. HCl, прибавляют несколько капель раствора K4[Fe(CN)6]. Выпадение синего осадка Fe4[Fe(CN)6]3 свидетельствует о наличии иона Fe3+. Присутствие катионов III группы несколько изменяет темно-синий цвет осадка.
1.3. Проба на присутствие ионов Zn2+.1–2 капли раствора помещают на полоску фильтровальной бумаги, смоченную раствором дитизона. Появление характерного малиново-красного окрашивания свидетельствует о присутствии ионов Zn2+.
Систематический ход анализа
Осаждение катионов III группы
К анализируемому раствору прибавляют при тщательном перемешивании концентрированный раствор NaOH до щелочной реакции по индикаторной бумаге. Затем прибавляют еще 5–8 капель раствора NaOH и 4–5 капель 3%-ного раствора H2O2. После прекращения бурной реакции содержимое пробирки нагревают на водяной бане для разложения избытка Н2О2.
При действии избытка NaOH амфотерные гидроксиды Al(OH)3 и Zn(OH)2 переходят в раствор, образуя цинкаты и алюминаты. Cr(OH)3 сначала образует хромиты [Cr(OН)6]3–, которые под действием H2O2 при нагревании переходят в хроматы CrO42–. Остальные катионы III группы остаются в осадке, причем Mn2+ и Fe3+ образуют гидроксиды состава Fe(OH)3 и MnО(OH)2.
После осаждения катионы III группы оказываются разделенными: фильтрат содержит анионы CrO42–, [Al(OН)4(Н2О)2]–, [Zn(OН)4]2–, а осадок – гидроксиды Fe(OH)3 и MnО(OH)2.
Выпавшие в осадок гидроксиды Fe(OH)3 и MnО(OH)2 отделяют центрифугированием.
Анализ фильтрата
2.2.1. Обнаружение ионов хрома.Желтая окраскараствора указывает на присутствие ионов CrO42-. Концом капилляра, содержащего исследуемый раствор, прикасаются к полоске фильтровальной бумаги и оставляют в таком положении несколько секунд. Полученное влажное пятно обводят по периферии капилляром с раствором бензидина. Если в исследуемом растворе присутствует CrO42-, то по краям пятна появится синее кольцо.
2.2.1. Обнаружение ионов алюминия.1–2 капли исследуемого раствора наносят на полоску фильтровальной бумаги, затем помещают на это пятно 1 каплю 2 н. HCl. Через несколько секунд пятно обрабатывают ализарином и помещают полоску над емкостью с концентрированным раствором NH4OH. В присутствии ионов алюминия пятно окрашивается в розовый цвет, характерный для алюминиевого лака. Если алюминий в растворе отсутствует, то пятно окрасится в фиолетовый цвет, характерный для ализарина в щелочной среде.
Анализ осадка
Обнаружение ионов марганца.
Ионы железа отсутствуют. Если в предварительных испытаниях обнаружено, что ионы железа в исследуемом растворе отсутствуют, то к осадку после центрифугирования осторожно, по стенке пробирки пипеткой вводят 2 н. раствор Н2С2О4. В присутствии ионов марганца образуется малиново-розовое комплексное соединение марганца H[Mn(C2O4)2]. Образующееся соединение неустойчиво, поэтому раствор перемешивать не следует.
Ионы железа присутствуют. К исследуемому осадку предварительно добавляют несколько кристалликов NaF, а затем вводят Н2С2О4 до появления малиново-розового окрашивания, характерного для ионов марганца.
Вопросы к лабораторной работе
1. Общая характеристика катионов III группы.
2. Теоретические основы осаждения сульфидов.
3. Действие группового реагента, роль NH4OH и NH4Cl при осаждении катионов III группы.
4. Характерные и специфические реакции катионов Al3+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+.
Лабораторная работа № 3
Анализ смеси анионов
Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие анионов I, II и III аналитических групп.
В противоположность катионам, анионы в большинстве случаев не мешают обнаружению друг друга, поэтому ихоткрывают дробным методом, т.е. в отдельных порциях исследуемого раствора. В соответствии с этим при анализе анионов групповые реагенты применяют обычно не для разделения групп, а лишь для того, чтобы установить их наличие или отсутствие. Если установлено отсутствие анионов всей группы, то не следует проводить реакции на отдельные анионы. В этом смысле проведение групповых реакций значительно облегчает работу и экономит время. Существуют некоторые смеси анионов, для определения состава которых необходимо проведение систематического анализа.
Поскольку в данной работе Вы познакомитесь лишь с элементами качественного анализа анионов, то задача на смесь анионов будет включать не все, а некоторые анионы I, II и III аналитических групп: SO42–, CO32–, PO43–, Cl–, I–, NO2–, NO3–.
Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.
1. Повторить технику выполнения основных операций (с. 6–10);
2. Изучить основные аналитические реакции указанных анионов, используя растворы их солей;
3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (с. 10);
4. После этого получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в соответствии со схемой анализа (рис. 6) и приведенным ниже ходом выполнения. Результаты анализа представить в виде таблицы (образец – табл. 3).
Предварительные испытания
1.1. Испытание реакции исследуемого раствора.Если реакция исследуемого раствора кислая (рН=2), то внем не могут присутствовать анионы летучих и неустойчивых кислот, т.е. CO32-.
1.2. Проба на анионы I группы. К 2 каплям нейтрального или слабощелочного раствора (рН=7–8) добавляют 2–3 капли раствора BaCl2. Образование осадка указывает на присутствие анионов I группы. Кислые растворы необходимо предварительно нейтрализовать раствором Ba(OH)2.
1.3. Проба на анионы II группы. К 2–3 каплям исследуемого раствора прибавляют 2–3 капли AgNO3. При этом может образоваться осадок. К нему прибавляют несколько капель HNO3. Если осадок не растворяется в азотной кислоте, то это указывает на присутствие анионов II группы.
1.4. Проба на выделение газов. Несколько капель исследуемого раствора (лучше крупинку твердого вещества) обрабатывают 2 н. раствором серной кислоты и слегка встряхивают пробирку, осторожно
да нет
нет
да
Рис.6. Схема анализа смеси анионов
постукивая по ее нижней части. Образование газа указывает на возможность присутствия CO32– или NO2–.
Открытие анионов I группы
Если предварительные испытания показали наличие анионов I группы, то проводят их осаждение из отдельной порции раствора объемом 1–2 мл, как описано в п.1.2. Затем осадок отделяют от раствора центрифугированием и проверяют полноту осаждения.
2.1. Обнаружение сульфат-ионов. Если осадок, полученный по п.1.2, нерастворим в разбавленной соляной кислоте, то это указывает на присутствие сульфат-ионов.
2.2. Обнаружение карбонат-ионов. Если растворение осадка, полученного по п.1.2, в разбавленной 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 или твердое вещество, 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.
2.3. Обнаружение фосфат-ионов. Осадок, полученный по п.2.1, отмывают дистиллированной водой от хлорид-ионов (см. с.8). Качественная реакция на них должна быть отрицательной. После этого осадок растворяют в минимальном объеме 2 н. азотной кислоты. Избыточную азотную кислоту нейтрализуют 2 н. раствором NaOH или КОН до значения рН»7 (по универсальной индикаторной бумаге). К полученному раствору добавляют несколько капель раствора AgNO3. Выпадение желтого осадка Ag3PO4 указывает на присутствие в анализируемом растворе фосфат-иона. Осадок Ag3PO4 обладает свойством растворяться в 2 н. растворе HNO3, а также в NH4OH. Для убедительности следует провести такие испытания.
Открытие анионов II группы
3.1. 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 (см. с. 8), после чего к нему добавляют 25 %-ный раствор NH4OH. Тщательно перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой. Нерастворившийся осадок отделяют центрифугированием. К центрифугату добавляют 3–4 капли раствора KBr. Появление обильной мутиAgBr указывает на присутствие в исследуемом растворе хлорид-ионов. При обнаружении хлорид-ионов протекают следующие реакции:
Cl- + Ag+ = AgCl↓
AgCl↓ + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Сl + 2H2O
[Ag(NH3)2]Сl + KBr + 2HNO3 = AgBr↓ +KCl +2NH4NO3
3.2. Обнаружение иодид-ионов.К отдельной порции анализируемого раствора прибавляют 2–3 капли 2 н. раствора серной кислоты и несколько капель бензола или хлороформа. Затем в эту же пробирку по одной капле добавляют хлорную воду, каждый раз хорошо взбалтывая ее содержимое. При наличии в растворе иодид-ионов идет реакция
2I– + Cl2 = I2 + 2Cl–,
которая сопровождается появлением характерной для I2 фиолетовой окраски бензольного или хлороформного слоя. При дальнейшем прибавлении хлорной воды окраска исчезает вследствие окисления I2 до иодноватой кислоты:
I2 + 5Cl2 + 6H2О = 2HIO3 + 10HCl
Открытие анионов III группы
4.1. Обнаружение нитрит-ионов. Обнаружению нитрит-ионов мешают ионы-окислители. Анионы-восстановители (I–) могут находиться в растворе вместе с нитрит-ионами только при pН≥7.
Нитрит-ионы обнаруживают в отдельной порции раствора с помощью раствора Грисса-Илосвая (α-нафтиламин+сульфаниловая кислота). При выполнении этой реакции к капле нейтрального или уксусно-кислого раствора на капельной пластинке (или на часовом стекле) прибавляют по одной капле реактива Грисса-Илосвая. В присутствии NO2– тотчас или спустя некоторое время (в зависимости от количества нитрит-иона) появляется характерная красная окраска.
Кроме того, нитрит-ионы можно обнаружить, используя следующую реакцию:
2NO2– + 2I– + 4H+ = I2 + 2NO + 2H2O.
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.
По выбору студента эту реакцию можно выполнить как капельную. 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.
4.2. Обнаружение нитрат-ионов. Обнаружению NO3– мешают анионы-окислители (NO2–). Если присутствие NO2- в растворе доказано, его необходимо удалить следующим образом. В 4 каплях анализируемого раствора растворяют около 0,1 г карбамида, после чего полученную смесь по каплям прибавляют к 2–4 каплям 2 н. раствора H2SO4:
2NO2– + 2H+ + CO(NH2)2 = CO2↑ + 2N2↑ + 3H2O
Каждую следующую каплю прибавляют только после того, как закончится бурная реакция с предыдущей каплей. Когда весь раствор будет прибавлен, дают жидкости некоторое время постоять, после чего отдельную порцию ее испытывают на нитрит-ион реакцией с KI в присутствии крахмала.
Если NO2– отсутствует, удобнее всего открывать NO3– реакцией с дифениламином. При выполнении ее в тщательно вымытую пробирку добавляют 3–4 капли исследуемого раствора, смачивая им стенки пробирки, затем весь раствор выливают из пробирки. По стенке пробирки, смоченной анализируемым раствором, аккуратно пускают каплю дифениламина, приготовленного на концентрированной серной кислоте. Появление интенсивной синей окраски указывает на присутствие NO3–. Большие количества I– могут помешать этой реакции.
Вопросы к лабораторной работе
1. Аналитические группы анионов.
2. Общая характеристика анионов I, II и Ш групп.
3. Характерные и специфические реакции анионов SO42–, CO32–, PO43–, Cl–, I–, NO2–, NO3–.
Лабораторная работа № 4
Анализ смеси солей
Цель работы: провести анализ предложенной смеси на содержание в ней катионов и анионов.
В качестве контрольной задачи Вы получите смесь сухих солей, полностью растворимую в воде. В состав смеси могут входить катионы и анионы, со способами обнаружения которых Вы ознакомились при выполнении предыдущих работ.
Так как анализ ведут главным образом мокрым путем, исследуемое вещество (или смесь их) должно быть пpeждe всего растворено. Для этого ~0,1 г его растворяют в 10–25 мл дистиллированной воды. Полученный раствор делят на 2 части: одна предназначается для обнаружения катионов, вторая – для обнаружения анионов (см. схему анализа на рис. 7). Анализ целесообразно начинать с обнаружения катионов: наличие некоторых из них свидетельствует об отсутствии ряда анионов.
Перед выполнением работы ознакомьтесь с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (см. с. 10). Все испытания проводят с отдельными порциями исследуемого раствора. Результаты анализа вносят в таблицу (образец – табл. 3).
1.Предварительныеиспытания
В предварительных испытаниях обнаруживают NH4+, Fe2+, Fe3+, Zn2+ реакциями, описанными в работах № 1 и № 2.
Дата: 2016-10-02, просмотров: 252.
