Основные понятия качественного анализа. Аналитические реакции, способы и условия выполнения. Дробный и систематический анализ. Общая характеристика катионов 1 группы. Общая характеристика катионов 2 группы. Действие группового реагента и характерные реакции катионов. Разделение и обнаружение катионов 1-2 групп.
Общая характеристика и действие группового реагента на катионы 3 группы. Обнаружение катионов в отдельно выданных растворах их солей и в смеси.
Аналитическая классификация анионов, общая характеристика, качественные реакции. Обнаружение анионов в смеси.
Подготовка вещества к анализу, переведение его в раствор. Предварительные испытания, ход анализа.
Литература: [1, с 60 – 71, 74 – 75 (п 2), 78 (п 1, 2, 3), 100- 101 (п 1,2,3),
103 (п 1), 148, 154 (п 1,2,3), 155(п.1,2), 156(п.1,2),
157(п.1,2), 180-182, 183, 185(п. 1), 186(п.1,4), 188(п1)].
Методические указания
Качественный химический дробный анализ основан на использовании всего многообразия химических свойств как самих элементов, так и их ионов. Поэтому периодический закон и периодическая система является основой для изучения химико-аналитических свойств ионов. Химико– аналитические свойства ионов рассматриваются по блокам S-, p-, d-, и f- элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Эти блоки ионов имеют сходные строение электронных оболочек, что оказывает большое влияние на химические свойства как самих элементов, так и образуемых ими ионов.
Ионы S- элементов с большинством реагентов дают хорошо растворимые бесцветные соединения. Ионы р-элементов часто образуют мало растворимые соединения, часть из которых окрашена. Ионы d- элементов образуют разнообразно окрашенные растворимые и мало растворимые соединения. Наибольшая близость в свойствах ионов характерна для f- элементов, что значительно затрудняет анализ смесей этих элементов.
Какие бы аналитические классификации ионов не разрабатывались, несомненно одно, что все они будут связаны с периодической системой элементов, так как в основе ее лежит закономерное изменение химических свойств элементов.
К первой аналитической группе относятся катионы К+, Na+, NH4+ и др. Большинство солей катионов первой группы хорошо растворимы в воде, что отличает первую группу катионов от всех остальных групп. Групповые реактивы (NH4)2CO3, (NH4)2S, H2S, и HCl не осаждают первую группу катионов, что дает возможность отделить ее от остальных групп, переводя их в осадок. Группового реактива, осаждают все катионы первой группы, нет.
Во вторую аналитическую группу катионов входят Ва2+, Са2+- ионы. В водных растворах катионы бесцветны, образуют малорастворимые соли: карбонаты, сульфаты, фосфаты и оксалаты. Хорошо растворяются в воде хлориды, нитраты, ацетаты, гидрокарбонаты, сульфиды. Металлы данной группы: щелочно–земельные, разлагают воду при обычной температуре, образуя гидроксиды, которые являются основными щелочами. Основные свойства гидрооксидов, растворимость большинства солей возрастает от кальция к барию.
В качестве группового реактива применяют карбонат аммония (NH4)2CO3,осаждение проводят в присутствии NH4OH и NH4CI из раствора, нагретого до 70-80 C.
К третьей аналитической группе катионов относятся Fe3+, Fe2+, Zn2+, Cr3+, Mn2+ и др. Большинство соединений катионов третьей группы малорастворимы в воде и многие из них окрашены. В водных растворах бесцветны ионы Zn2+. Растворы солей Fe3+, имеют желтую окраску, Fe2+ - бледно-зеленую, Mn2+ - бледно-розовую, Cr3+- зеленую и фиолетовую, растворы хроматов- желтую, дихроматов- оранжевую. К малорастворимым солям в воде относятся сульфиды, фосфаты, цианиды, гексацианнофераты, карбонаты и др. Хорошо растворяются в воде сульфаты, хлориды, бромиды, иодиды, нитраты, ацетаты, радониды.
Катионы данной группы образуют слабые основания, малорастворимые в воде. Соли их в водных растворах подвергаются гидролизу, соли, образованные сильными кислотами имеют кислую реакцию. Соли ионов Fe3+, Cr3+, образованные слабыми кислотами, гидрализуются практически полностью. Катионы Zn2+, Cr3+ образуют амфотерные гидроксиды. Амфотерные свойства гидроксидов хрома и цинка используют при анализе для отделения от большинства других катионов третьей группы. Часто в растворы солей для подавления гидродиза прибавляют кислоты.
Анионами называют отрицательно заряженные ионы, например: CI-, SO42- и т.д. Если многие катионы состоят из одного атома (например H+, K+, Na+,Ca+), то анионы часто имеют сложный состав (например: SO42-,: SO32-,: СO32-). Анионы в меньшей степени мешают обнаружению друг друга, поэтому при их анализе чаще используют дробный метод и только в более сложных случаях прибегают к систематическому анализу. В анализе катионов последовательное отделение групп ведут при помощи групповых реактивов. В анализе анионов групповые реагенты чаще используют только для предварительного обнаружения групп. Отсутствие какой либо группы значительно облегчает ход анализа смеси анионов.
Существует несколько классификаций ионов по группам. Изучаемая классификация основана на различной растворимости солей бария и серебра в соответствующих кислотах.
Первая аналитическая группа катионов: SO42-,: SO32-,: СO32- и др.
Эта группа анионов образует с солями Ва2+ соли, малорастворимые в воде, но растворимые в кислотах (за исключением Ва SO4). Поэтому анионы первой группы осаждаются в виде солей бария из кислых растворов. С ионами Аg+ они образуют соли, растворимые в воде и в разбавленных кислотах.
В качестве группового реактива используют ВаСl2 в нейтральном или слабощелочном растворе.
Вторая аналитическая группа анионов: Сl-, Br-, I- и др. Эта группа анионов образует с ионами Аg+ соли, малорастворимые в воде и разбавленной азотной кислоте, благодаря чему анионы второй группы осаждаются в виде солей серебра из азотнокислого раствора. С ионами Ва2+ они образуют соли, хорошо растворимые в воде. В качестве группового реактива используют АgNO3 в присутствии разбавленной азотной кислоты.
Третья аналитическая группа анионов: NO3- и др. Эта группа анионов образует с ионами Ва2+и Аg+ растворимые соли, в следствии чего ВаСl2
АgNO3 не осаждают анионы третьей группы. Третья группа анионов не имеет группового реактива.
Для выполнения заданий №№ 2,3,4,5 необходимо изучить качественные реакции на катионы и анионы, действие групповых реактивов.
Определив катион или анион, дающий внешний эффект в указанной реакции необходимо подтвердить ответ уравнениями химической реакции.
Вопросы для самоконтроля.
1. Методы качественного анализа.
2. Общая характеристика 1 группы катионов.
3. Характерные реакции на катионы 1 группы
4. Общая характеристика 2 группы катионов.
5. Действие группового реактива на 2 группу катионов
6. Характерные реакции на катионы 2 группы
7. Общая характеристика 3 группы катионов.
8. Действие группового реактива на 3 группу катионов.
9. Характерные реакции на катионы 3 группы
10. Общая характеристика анионов и их классификация.