Учебное пособие: Химический анализ катионов
– присутствие катиона NH4+ мешает открытию ионов Na+ и K +;
– реакции обнаружения катиона NH4+ реактивом Несслера и действием щелочи при нагревании специфичны.
Опыт №1.
Предварительное обнаружение. Обнаружение NH4+ проведите реактивом Несслера.
К 1–2 мл. исследуемого раствора добавьте 1–2 капли реактива.
Систематический анализ. Если в анализируемом растворе обнаружены ионы NH4+, они мешают обнаружению ионов Na+ и K + их отделяют.
Для удаления ионов NН4+ раствор выпарьте и прокалите до исчезновения белого «дыма», добавляя к сухому остатку 1–2 капли концентрированной НС1. Полноту удаления ионов NН,+ проверьте на предметном стекле реактивом Несслера, прибавляя к 1–2 каплям реактива крупинку сухого остатка. При отсутствии ионов NН,+ сухой остаток растворите в нескольких каплях воды. Полученный раствор исследуйте на присутствие ионов Na+ и K + с помощью реактивов на эти катионы – гидротартратом натрия (NaHC4 H4 O6) и дигидроантимонатом калия(KH2 SbO4.)
Полученные данные занесите в таблицу:
| Что делали | Что наблюдали | Уравнения реакций | Вывод |
Тема 1.2 Вторая аналитическая группа катионов
Лабораторная работа №3.
«Проведение частных реакций катионов 2 аналитической группы
(Ag+, Pb2+)».
Цель работы: выявить катионы калия, натрия, аммония.
Оборудование: пробирки, держатель, спиртовка, фильтровальная бумага, водяная баня, растворы нитрата серебра и нитрата свинца, соляная кислота, раствор иодида калия, аммиак, этиловый спирт, дист. вода, раствор уксусной кислоты, гидроксид натрия.
Перед выполнением лабораторной работы необходимо усвоить материал:
Общая характеристика второй аналитической группы катионов. Значение катионов второй группы в проведении химико-технологического контроля
Групповой реактив и условия его применения. Гидролиз солей. Произведение растворимости (ПР), условие образования осадков. Частные реакции катионов второй группы. Реакции катионов бария (действие группового реактива – карбоната аммония, серной кислоты, хромата калия; реакция окрашивания пламени); кальция (действие группового реактива – карбоната аммония, оксалата аммония; реакция окрашивания пламени); магния (действие группового реактива – карбоната аммония, гидрофосфата натрия, щелочей).
Ход работы
Групповой реагент – раствор НCl.
Приготовление анализируемых растворов солей.
К 10 мл. дистиллированной воды добавим 1г. соли, тщательно перемешаем.
Опыт №1. Реакции катионов серебра.
Реакция с хлоридами. В четыре пробирки поместите по 3–4 капли раствора нитрата серебра и столько же 2 М НС1. Что при этом наблюдаете? Напишите уравнения реакции.
Реакция с иодидами. В четыре пробирки поместите по 3–4 капли раствора нитрата серебра и по 2–3 капли раствора йодистого калия. Наблюдайте образование осадка. Отметьте цвет осадка. Что при этом наблюдаете? Напишите уравнения реакции.
Реакция с гидроксидами. В две пробирки поместите по 3–4 капли раствора нитрата серебра. Прибавьте в одну пробирку 3–4 капли раствора гидроксида натрия, а в другую – 3 капли разбавленного раствора аммиака. Рассмотрите образовавшиеся осадки. Отметьте их цвет. Прилейте во вторую пробирку избыток аммиака. Объясните причину исчезновения осадка. Что при этом наблюдаете? Напишите уравнения реакции.
Опыт №2. Реакции катионов свинца.
Реакция с хлоридами. Поместите в пробирку 3–4 капли раствора нитрата свинца и 3–4 капли этилового спирта, 2–3 капли 2н раствора НС1. Рассмотрите выпавший осадок. Прилейте к нему 5–6 капель дистиллированной воды и перемешайте. Изменилось ли количество осадка? Нагрейте содержимое пробирки на водяной бане. Что при этом происходит? Почему? Охладите раствор до комнатной температуры. Что вы наблюдаете в пробирке? Добавьте несколько капель – этанола. Объясните, почему вновь наблюдается выделение РЬС12 из раствора. Что при этом наблюдаете? Напишите уравнения реакции.
Реакция с гидроксидами. К 3–4 каплям раствора нитрата свинца медленно, по каплям, прибавляйте раствор гидроксида натрия. Рассмотрите выпавший осадок и проследите за его растворением. Напишите уравнения реакций.
Реакция с иодидами. Поместите в пробирку 2–3 капли раствора нитрата свинца. Прибавьте 1 мл дистиллированной воды, 3 капли раствора иодида калия и несколько капель разбавленного раствора уксусной кислоты. Нагрейте пробирку на водяной бане, а затем охладите полученный раствор под струей воды. Что при этом наблюдаете? Кристаллы какого вещества выпадают в осадок? Напишите уравнения реакции.
Результаты проведенных опытов занесите в таблицу
| Определяемый | Среда | Условия | Реактив | Наблю- | Уравнение |
| ион | реакции | даемое | реакции | ||
| явление | |||||
Лабораторная работа №4.
«Анализ смеси катионов 2 аналитической группы»
Цель работы: научиться выявлять катионы 2 группы из смеси.
Оборудование: анализируемый раствор, 2н НС1 и С2Н5ОН, 0,1М НС1, вода, иодид калия, К2СгО7, концентрированный раствор аммиака, концентрированная азотная кислота, водяная баня, спиртовка, держатель, пробирки, фильтровальная бумага, индикаторная бумага.
Перед выполнением лабораторной работы необходимо усвоить материал:
Частные реакции катионов второй группы. Реакции катионов бария (действие группового реактива – карбоната аммония, серной кислоты, хромата калия; реакция окрашивания пламени); кальция (действие группового реактива – карбоната аммония, оксалата аммония; реакция окрашивания пламени); магния (действие группового реактива – карбоната аммония, гидрофосфата натрия, щелочей). Систематический ход анализа смеси катионов второй аналитической группы.
Ход работы
Ход анализа смеси катионов 2 группы обусловлен следующими факторами:
• растворимость хлоридов в воде различна (наибольшей является растворимость хлорида свинца, которая сильно увеличивается при повышении температуры);
• осадок хлорида серебра растворяется в аммиаке с образованием комплекса, а осадок хлорида ртути при взаимодействии с раствором аммиака чернеет с выделением металлической ртути;
• практически нет реактива, позволяющего открывать тот или иной катион 2 группы в присутствии других катионов.
Опыт №1.
Систематический анализ.
К 15 каплям анализируемого раствора прибавьте двойной объем 2н НС1 и С2Н5ОН. Полученную смесь отфильтруйте.
Осадок промойте 2–3 раза 0,1М НС1, а затем обработайте несколькими каплями кипящей воды. Промывную жидкость исследуйте на присутствие РЬ2+ реакцией с иодидом калия или с К2СгО7. Если ионы РЬ2+ обнаружили, то осадок обработайте кипящей водой до полного удаления РЬС12 (до прекращения образования желтого осадка при действии иодидом калия или с К2СгО7 на промывные воды). Осадок на фильтре после удаления РЬС12 обработайте концентрированным раствором аммиака. Для разрушения комплекса к фильтрату но каплям прибавляйте концентрированную азотную кислоту до кислой реакции. Выпадение белого осадка или образование мути свидетельствует о присутствии в анализируемом растворе ионов Аg+.
Результаты проведенных опытов занесите в таблицу
| Что делали | Что наблюдали | Вывод (уравнения реакций) |
Практическая работа №5.
«Вычисление произведения растворимости»
Цель работы: научиться вычислять произведения растворимости.
Оборудование: разработка п\р.
Перед выполнением работы необходимо усвоить материал:
Произведение растворимости. Условия образования осадков.
Ход работы
Произведение растворимости это произведение активностей ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе. При данной температуре эта величина постоянная.
Произведение растворимости малорастворимых веществ при 25 °
| Соединение | ПР |
|
BaCrO4 |
2,0•10-10 |
| CaCO3 |
4,8•10-9 |
|
CaCrO4 |
7,0•10-9 |
|
CaC2O4 |
2,6•10-9 |
|
CaSO4 |
9,1•10–6 |
|
Ca3(PO4)2 |
2,0•10-29 |
|
Mg(OH)2 |
5,0•10-12 |
|
PbI2 |
1,1•10-9 |
|
PbCl2 |
1,7•10-5 |
|
PbCrO4 |
1,8•10-14 |
|
PbSO4 |
2,2•10-8 |
|
Pb3 (PO4)2 |
7,9•10- |
|
SrSO4 |
3,2•10- |
Пример: Произведение растворимости иодида свинца при 20 °С равно 8•10-9. Вычислите растворимость соли (моль/дм3 и г/дм3) при указанной температуре.
Решение Обозначим искомую растворимость через х (моль/дм3). Тогда в насыщенном растворе PbI2 содержится х моль/дм3 ионов Pb2+ и 2х моль/дм3 ионов I- Откуда:
ПР(PbI2) = [Pb2+] [I-]2 = х(2х)2 = 4х3,
х= 3ПР(PbI2)/4 = 3 810-9 /4 = 1,3• 10-3 моль/дм3.
Поскольку мольная масса РbI 2 равна 461 г./моль, то растворимость PbI 2, выраженная в г/дм3, составит 1,3•10-3•461 = 0,6 г/дм3.
Пример: Вычислите растворимость Pb3(PO4)2 и выразите ее в моль/дм 3 и г/дм 3, если ПР [Pb3 (PO4)2] = 1,50•10-32.
Решение Pb3(PO4)2 о 3Pb2+ + 2PO 34 -.
ПР [Pb3 (PO4)2] = [Pb2+]3 [PO34 -]2. Растворимость малорастворимого вещества состава Аа Вb равна: ПР(АаВв)/аавв
тогда растворимость Pb3(PO4)2 составит:
ПР [Pb3(PO4)2]/33. 22 =51,50.10–32/108=51,3810-34= =1,68•10-7 моль/дм Чтобы выразить растворимость в г/дм3 следует полученную величину (моль/дм3) умножить на мольную массу Pb3(PO4)2, т.е. на 811 г./моль. Тогда растворимость Pb3(PO4)2 составит: 1,68•10-7•811=
Пример: Может ли образоваться осадок Mg(OH)2, если смешать равные объемы 0,5 М раствора MgCl2 и 0,1 М раствора NaOH?
Решение При сливании двух равных объемов суммарный объем раствора увеличится вдвое, а концентрация уменьшится вдвое, то есть концентрация раствора MgCl2 будет равной 0,5/2 = 0,25 моль/дм 3, а концентрация NaOH – равной 0,1/2 = 0,05 моль/дм 3.
Находим произведение концентраций ионов [Mg2+] [OH-]2 = 0,25•0,052 = = 6,25•10-4. Сопоставляя полученную величину 6,25•10-4 с табличным значением ПР = 5,00•10-12, находим, что рассчитанное произведение концентраций ионов превышает ПР [Mg(OH)2], т.е. раствор пересыщен и осадок должен образоваться.
Пример: Вычислите растворимость PbSO4 и выразите ее в моль/дм3 и г/дм3, если
Решение PbSO4 = Pb2+ + SO 24 -
ПР(PbSO4) = [Pb2+] [SO24 -] = 2,2•10-8.
Растворимость PbSO4 = [Pb2+] = [SO 2-] = ПР (PbSO4) = 1,48•10 -4 моль/дм 3.
M(PbSO4) = 303 г./моль. Растворимость PbSO4 составит:
1,48•10-4•303 = 4,48•10-2 г/дм3.
Пример: Растворимость гидроксида магния Mg(OH)2 при 18 °С равна 1,7•10-4 моль/дм3. Найдите произведение растворимости Мg(OH)2 при этой температуре.
Решение При растворении каждого моля Mg(OH)2 в раствор переходит 1 моль ионов Mg2+ и вдвое больше ионов OH- Следовательно, в насыщенном растворе Mg(OH)2:
[Mg2+] = 1,7•10-4 моль/дм3; [OH-] = 3,4•10-4 моль/дм3.
ПР (Mg(OH)2) = [Mg2+] [OH-]2 = 1,7•10-4 (3,4•10-4)2 = 1,96•10-11
Тема 1.3 Третья аналитическая группа катионов
Лабораторная работа №6.
«Проведение частных реакций катионов 3 аналитической группы
(Са2+, Ва2+, Sг2+)».
Цель работы: выявить катионы кальция, бария и стронция.
Оборудование: растворы солей кальция, бария, стронция (хлориды), серная кислота,
К 4[Fе (СN)6], К2СгО4, концентрированный раствор аммиака, раствор хлорида аммония, раствор сульфата кальция, К2Сг207, СН3СООNa, микроскоп, часовое стекло, пробирки, водяная баня, спиртовка, держатель, проволока, пробирки.
При подготовке к лабораторной работе необходимо усвоить материал:
Общая характеристика третьей аналитической группы катионов. Значение катионов третьей аналитической группы в осуществлении химико-технологического контроля.
Сущность окисления-восстановления. Амфотерность. Групповой реактив и условия его применения Частные реакции катионов третьей аналитической группы. Реакции катионов железа (III) (действие группового реактива – сульфида аммония, щелочей, гексацианоферрата (II) калия, роданида аммония); марганца (действие группового реактива сульфида аммония, щелочей, реакция окисления марганца висмутатом натрия), хрома (действие группового реактива – сульфида аммония, щелочей, реакция окисления хрома перекисью водорода), цинка (действие группового реактива – сульфида аммония, щелочей, сероводорода), алюминия (действие группового реактива – сульфида аммония, щелочей, гидроксида аммония, хлорида аммония).
