В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны.
Это означает, что качественные реакции - это реакции с ощутимым эффектом -цвет, запах, изменение состояния вещества. "Селективность" - означает, что желательно, чтобы такая реакция на данный класс веществ или на данное вещество была уникальна. Высокая чувствительность - даже очень небольшое количество вещества должно проявляться в такой реакции.
Реактивы используемые для выполнения аналитических реакций, делятся на специфические, избирательные, или селективные, и групповые.
Специфические реактивы образуют характерный осадок или окрашивание только с определенным ионом. Например, реактив Кз[Fе(СN)6] образует темно-синий осадок только с ионами Fe 2+.
Избирательные, или селективные, реактивы реагируют с несколькими ионами, которые могут принадлежать к одной или к разным группам.
Например, реактив KI реагирует с ионами Pb 2+, Ag +, Hg22+ (II группа), а также с ионами Hg 2+ и Си 2+ (VI группа).
Групповой реактив вступает в реакцию со всеми ионами данной группы. С помощью этого реактива ионы данной группы можно отделить от ионов других групп. Например, групповым реактивом второй аналитической группы является хлороводородная кислота, которая с катионами Pb 2+, Ag +, Hg22+ образует белые труднорастворимые осадки.
37.Качественные реакции на аналитические группы катионов.
| Катион | Характерные реакции |
| Ag+ | AgNO3 + NaCl = AgCl  + NaNO3
Выпадает осадок белого цвета.
2AgNO3 + Na2CrO4 = Ag2CrO4 + 2NaNO3
Выпадает осадок желтого цвета.
|
| Pb2+ | Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2 + 2KNO3
Выпадает осадок желтого цвета.
|
| Ba2+ | BaCl2 + Na2CrO4 = BaCrO4 + 2NaCl
Выпадает осадок белого цвета нерастворимый в уксусной кислоте.
|
| Ca2+ | CaCl2 + H2C2O4  CaC2O4 + 2HCl
Выпадает осадок белого цвета.
|
| Al3+ | Al2(SO4)3 + 6NaOH(недостаток) = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4
Выпадает осадок белого цвета.
Al(OH)3 +3NaOH(избыток) = Na3[Al(OH)6]
Осадок растворяется в избытке раствора щелочи.
Na3[Al(OH)6] + NH4Cl(нас.р-р) ® Al(OH)3 + NH3 + NaCl + NaOH
Вновь выпадает осадок белого цвета.
|
| Zn2+ | ZnSO4 + 2NaOH(недостаток) = Zn(OH)2 + Na2SO4
Выпадает осадок белого цвета.
Zn(OH)2 + 2NaOH(избыток) = Na2[Zn(OH)4]
Осадок растворяется в избытке раствора щелочи.
Na2[Zn(OH)4] +4NH4Cl(нас.р-р) = [Zn(NH3)4]Cl2+ 2NaCl + 4H2O
Не наблюдается выпадение осадка – этой реакцией катион Zn2+отличается от катиона Al3+.
|
| Fe2+ | FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Выпадает осадок белого цвета.
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Осадок буреет на воздухе.
FeSO4 + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + K2SO4
Выпадает осадок синего цвета.
|
| Fe3+ | FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = Kfe[Fe(CN)6] + 3KCl
Выпадает осадок синего цвета.
FeCl3 + 3NH4CNS = Fe(CNS)3 + 3NH4Cl
Роданид железа(III) – темно-красного цвета.
|
| NH4+ | NH4Cl + NaOH NH3  + NaCl + H2O
Ощущается неприятный запах.
|
Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+).
Катионы щелочных металлов возможно провести только с сухими солями, т.к. практически все соли щелочных металлов растворимы. Обнаружить их можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет:
Li+ — темно-розовый.
Na+ — желтый.
K+ — фиолетовый.
Rb+ — красный.
Cs+ — голубой.
Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития:
3Li+ + PO43- = Li3PO4↓
Li3PO4 + 3HNO3 = 3LiNO3 + H3PO4
Катион K+ можно вывести гидротартрат-анионом HC4H4O6- — анионом винной кислоты:
K+ + HC4H4O6- = KHC4H4O6↓
Катионы K+ и Rb+ можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H2[SiF6] или ее солей — гексафторсиликатов:
2Me+ + [SiF6]2- = Me2[SiF6]↓ (Me = K, Rb)
Они же и Cs+ осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов:
Me+ + ClO4- = MeClO4↓ (Me = K, Rb, Cs).
Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca2+, Sr2+, Ba2+, Ra2+).
Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий и радий. Бериллий и магний нельзя отнести к этой группе, как это любят делать на просторах Интернета.
Окраска пламени:
Ca2+ — кирпично-красный.
Sr2+ — карминово-красный.
Ba2+ — желтовато-зеленый.
Ra2+ — темно-красный.
Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca2+ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO32-:
Ca2+ + CO32- = CaCO3↓
Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа:
2H+ + CO32- = H2O + CO2↑
Катионы Ba2+, Sr2+ и Ra2+ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах:
Sr2+ + SO42- = SrSO4↓
Ba2+ + SO42- = BaSO4↓
Ra2+ + SO42- = RaSO4↓
Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb2+, серебра (I) Ag+, ртути (I) Hg2+, ртути (II) Hg2+. Рассмотрим их на примере свинца и серебра.
Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.
Качественная реакция на катион свинца — образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко желтого цвета):
Pb2+ + 2I- = PbI2↓
Качественная реакция на катион серебра — образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра:
Ag+ + Cl- = AgCl↓
Ag+ + Br- = AgBr↓
Ag+ + I- = AgI↓
Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид даже имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение:
AgHal + 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaHal, (Hal = Cl, Br, I).
То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы:
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl
Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра — образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи:
2Ag+ + 2OH- = Ag2O↓ + H2O
Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду.
Качественная реакция на катионы алюминия Al3+, хрома (III) Cr3+, цинка Zn2+, олова (II) Sn2+. Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент — щелочь.
Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ + 3OH- = [Al(OH)6]3-
Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓ + 3OH- = [Cr(OH)6]3-
Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓ + 2OH- = [Zn(OH)4]2-
Sn2+ + 2OH- = Sn(OH)2↓ + 2OH- = [Sn(OH)4]2-
Не стоит забывать, что основания катионов Al3+, Cr3+ и Sn2+ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn2+ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH)2, а при избытке аммиак способствует растворению осадка:
Zn(OH)2 + 4NH3 = [Zn(NH3)4](OH)2
Раствор, содержащий [Cr(OH)6]3-, при добавлении хлорной или бромной воды в щелочной среде становится желтым из-за образования хромат-аниона CrO42-:
2[Cr(OH)6]3- + 3Br2 + 4OH- = 2CrO42- + 6Br- + 8H2O
Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe2+, Fe3+. Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe2+ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH)2 — осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH)2 получают в атмосфере инертых газов либо азота N2.
Катиону Fe3+ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH)3 неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH)3.
Качественная реакция на Fe2+:
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓
Fe(OH)2 будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III):
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Качественная реакция на Fe3+:
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓
Еще одной качественной реакцией на Fe3+ является взаимодействие с роданид-анионом SCN-, при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN)3, окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»):
Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3
Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
6NaF + Fe(SCN)3 = Na3[FeF6] + 3NaSCN
Раствор становится бесцветным.
Очень чувствительная реакция на Fe3+, помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона.
Качественная реакция на катион марганца (II) Mn2+. Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца:
2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
Качественная реакция на катионы меди (II) Cu2+, кобальта (II) Co2+ и никеля (II) Ni2+. Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей — аммиакатов:
Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+
Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко-синий цвет.
Качественные реакции на катион аммония NH4+. Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении:
NH4+ + OH- =t= NH3↑ + H2O
При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет.
Качественная реакция на катион церия (III) Ce3+. Взаимодействие солей церия (III) с щелочным раствором пероксида водорода:
Ce3+ + 3OH- = Ce(OH)3↓
2Ce(OH)3 + 3H2O2 = 2Ce(OH)3(OOH)↓ + 2H2O
Пероксогидроксид церия (IV) имеет красно-бурый цвет.
Качественная реакция на катион висмута (III) Bi3+. Образование ярко-желтого раствора тетраиодовисмутата (III) калия K[BiI4] при действии на раствор, содержащий Bi3+, избытком KI:
Bi(NO3)3 + 4KI = K[BiI4] + 3KNO3
Связано это с тем, что сначала образуется нерастворимый BiI3, который затем связывается с помощью I- в комплекс.
На этом я закончу описание выявления катионов. Теперь рассмотрим качественные реакции на некоторые анионы.
Дата добавления: 2015-09-12; просмотров: 221 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Задачи и методы качественного анализа. | | | Качественные реакции на аналитические группы анионов. |