Ćwiczenie 1: Elementy analizy jakościowej

Transkrypt

1 Ćwiczenie 1: Elementy analizy jakościowej Analiza chemiczna stanowi zbiór metod stosowanych w celu ustalenia składu jakościowego i ilościowego substancji. Wśród metod analitycznych możemy wyróżnić: 1) metody klasyczne - wykonywane bez użycia aparatury, oparte na reakcjach chemicznych 2) metody instrumentalne - wykorzystujące skomplikowaną zwykle aparaturę, oparte na połączeniu reakcji chemicznych i zjawisk fizycznych. Analiza chemiczna dzieli się na analizę jakościową i ilościową. Celem analizy jakościowej jest zidentyfikowanie składników badanej próbki. Czynności zmierzające do wykonania tego zadania określane są mianem wykrywania. Celem analizy ilościowej jest określenie ilości składników badanej próbki. Czynności zmierzające do wykonania tego zadania określane są mianem oznaczania. Celem ćwiczenia jest identyfikacja (wykrycie) kationu bądź anionu zawartego w analizowanym roztworze. Identyfikacji dokonujemy wykorzystując podane poniżej reakcje charakterystyczne dla wybranych jonów. A. Metale zaliczane do makroelementów Reakcje charakterystyczne wybranych kationów odznaczających się czynnością fizjologiczną Reakcje charakterystyczne kationu wapniowego Ca Węglan amonu w obecności buforu amonowego (NH 4 Cl/NH 3 H 2 O) wytrąca osad węglanu wapnia CaCl 2 + (NH 4 ) 2 CO 3 CaCO NH 4 Cl Osad łatwo rozpuszcza się w kwasach z wydzieleniem dwutlenku węgla CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 2. Szczawian amonu wytrąca osad szczawianu wapnia CaCl 2 + (NH 4 ) 2 C 2 O 4 CaC 2 O 4 + 2NH 4 Cl W odróżnieniu od CaCO 3 szczawian nie rozpuszcza się w CH 3 COOH. Reakcje charakterystyczne kationu magnezowego Mg Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca osad wodorotlenku magnezu MgCl 2 + 2KOH Mg(OH) 2 + 2KCl Osad rozpuszcza się w roztworach soli amonowych Mg(OH) 2 + 2NH 4 Cl MgCl 2 + 2NH 3 H 2 O 2. Wodorofosforan(V) sodu w obecności jonów NH 4 + i wodnego roztworu amoniaku NH 3 H 2 O wytrąca krystaliczny osad fosforanu(v) amonu i magnezu Na 2 HPO 4 + MgCl 2 + NH 3 H 2 O Mg H 4 PO 4 + 2NaCl + H 2 O - 1 -

2 B. Metale zaliczane do mikroelementów Reakcje charakterystyczne kationu miedzi(ii) Cu Jony siarczkowe pochodzące z hydrolizy AKT po ogrzaniu wytrącają osad siarczku miedzi(ii) w środowisku kwaśnym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i ewentualnie zakwasić 2-molowym HCl wobec papierka uniwersalnego) Cu(NO 3 ) 2 + H 2 S CuS + 2HNO 3 Osad roztwarza się na gorąco w 6-molowym roztworze kwasu azotowego(v) 3CuS + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 3S + 4H 2 O 2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca niebieski osad wodorotlenku miedzi(ii) Cu(NO 3 ) 2 + 2KOH Cu(OH) 2 + 2KNO 3 niebieski Podczas ogrzewania wodorotlenek ulega rozkładowi. Wydziela się tlenek miedzi(ii) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O 3. Wodny roztwór amoniaku NH 3 H 2 O wytrąca jasnoniebieski osad hydroksosoli - siarczanu(vi) hydroksomiedzi(ii) 2CuSO 4 + 2NH 3. H 2 O (CuOH) 2 SO 4 + (NH 4 ) 2 SO 4 jasnoniebieski W nadmiarze amoniaku tworzy się łatwo rozpuszczalny związek kompleksowy, a roztwór zabarwia się na kolor ciemnoniebieski pochodzący od jonu tetraaminamiedzi(ii) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ (CuOH) 2 SO 4 + 8NH 3. H 2 O 2[Cu( H 3 ) 4 ] 2+ + SO OH - + 8H 2 O ciemnoniebieski Reakcje charakterystyczne kationu żelaza(ii) Fe Jony siarczkowe pochodzące z hydrolizy AKT na gorąco wytrącają osad siarczku żelaza(ii) w środowisku słabo zasadowym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i w razie potrzeby zalkalizować wobec papierka uniwersalnego za pomocą buforu amonowego) FeCl 2 + H 2 S FeS + 2HCl Osad roztwarza się w kwasach mineralnych. 2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca brudnozielony osad wodorotlenku żelaza(ii) FeCl 2 + 2KOH Fe(OH) 2 + 2KCl brudnozielony Wodorotlenek żelaza(ii) na powietrzu ulega utlenieniu do czerwonobrunatnego wodorotlenku żelaza(iii) 4Fe(OH) H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3 czerwonobrunatny 3. K 3 [Fe(CN) 6 ] heksacyjanożelazian(iii) potasu wytrąca ciemnobłękitny osad heksacyjanożelazianu(iii) żelaza(ii) tzw. błękit Turnbulla 3FeCl 2 + 2K 3 [Fe(CN) 6 ] Fe 3 [Fe(C ) 6 ] 2 + 6KCl błękitny - 2 -

3 Reakcje charakterystyczne kationu żelaza(iii) Fe Jony siarczkowe z AKT na gorąco wytrącają osad siarczku żelaza(iii) w środowisku słabo zasadowym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i w razie potrzeby zalkalizować za pomocą buforu amonowego wobec papierka uniwersalnego) Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 S Fe 2 S 3 + 3H 2 SO 4 2. Wodorotlenek sodowy lub potasowy wytrąca czerwonobrunatny osad wodorotlenku żelaza(iii) Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6KOH 2 Fe(OH) 3 + 3K 2 SO 4 czerwonobrunatny 3. K 4 [Fe(CN) 6 ] heksacyjanożelazian(ii) potasu wytrąca błękitny osad heksacyjanożelazianu(ii) żelaza(iii), tzw. błękit pruski 2Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3K 4 [Fe(CN) 6 ] Fe 4 [Fe(C ) 6 ] 3 + 6K 2 SO 4 błękitny 4. KNCS (izotiocyjanian potasu) tworzy z jonami Fe 3+ dobrze rozpuszczalny w wodzie triizotiocyjanian żelaza(iii), związek o krwistoczerwonej barwie, tzw. smoczą krew Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6KNCS 2Fe( CS) 3 + 3K 2 SO 4 krwistoczerwony Reakcje charakterystyczne kationu cynku Zn Jony siarczkowe z AKT wytrącają na gorąco osad siarczku cynku w środowisku słabo zasadowym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i w razie potrzeby zalkalizować za pomocą buforu amonowego wobec papierka uniwersalnego) Zn(NO 3 ) 2 + H 2 S ZnS + 2HNO 3 Osad roztwarza się w kwasach mineralnych. 2. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca osad wodorotlenku cynku Zn(NO 3 ) 2 + 2KOH Zn(OH) 2 + 2KNO 3 Osad posiada właściwości amfoteryczne Zn(OH) 2 + 2HCl ZnCl 2 + 2H 2 O Zn(OH) 2 + 2KOH K 2 [Zn(OH) 4 ] tetrahydroksocynkan potasu 3. K 4 [Fe(CN) 6 ] heksacyjanożelazian(ii) potasu wytrąca osad heksacyjanożelazianu(ii) cynku 2Zn(NO 3 ) 2 + K 4 [Fe(CN) 6 ] Zn 2 [Fe(C )] 6 + 4KNO 3 Biały Reakcje charakterystyczne jonu Ag + 1. Odczynnik grupowy dla grupy I HCl o stężeniu 3 mol/dm 3 powoduje wytrącenie białego osadu chlorku srebra AgNO 3 + HCl AgCl + HNO 3 Ag + + Cl - AgCl Osad ulega roztworzeniu w stężonym wodnym roztworze amoniaku NH 3 H 2 O AgCl + 2NH 3 H 2 O [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + 2H 2 O - 3 -

4 Dodanie HNO 3 o stężeniu 6 mol/dm 3 powoduje ponowne wytrącenie osadu [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + 2HNO 3 AgCl + 2NH 4 NO 3 2. KOH lub aoh powoduje wytrącenie brunatnego osadu tlenku srebra 2AgNO 3 + 2KOH Ag 2 O + 2KNO 3 + H 2 O brunatny 2Ag + + 2OH - Ag 2 O + H 2 O Osad ulega roztworzeniu w stężonym wodnym roztworze amoniaku NH 3 H 2 O Ag 2 O + 4NH 3 H 2 O 2[Ag(NH 3 ) 2 ]OH + 3H 2 O 3. K 2 CrO 4 powoduje wytrącenie czerwobrunatnego osadu chromianu srebra 2AgNO 3 + K 2 CrO 4 Ag 2 CrO 4 + 2KNO 3 czerwonobrunatny 2Ag CrO 4 Ag 2 CrO 4 3. KI powoduje wytrącenie żółtego osadu jodku srebra AgNO 3 + KI AgI + KNO 3 Ag + + I - AgI C. Metale toksyczne Reakcje charakterystyczne kationu ołowiu(ii) Pb molowy HCl wytrąca z roztworu zawierającego jony ołowiu(ii) osad chlorku ołowiu(ii) Pb(NO 3 ) 2 + 2HCl PbCl 2 + 2HNO 3 Osad rozpuszcza się w gorącej wodzie, roztwarza się w stężonym HCl oraz w stężonych roztworach chlorków metali alkalicznych. 2. Wodorotlenek potasu lub sodu wytrąca osad amfoterycznego wodorotlenku ołowiu(ii) Pb(NO 3 ) 2 + 2KOH Pb(OH) 2 + 2KNO 3 Osad roztwarza się w nadmiarze odczynnika tworząc rozpuszczalny tetrahydroksołowian(ii) potasu. Świadczy to o amfoterycznych właściwościach wodorotlenku ołowiu(ii) Pb(OH) 2 + 2KOH K 2 [Pb(OH) 4 ] 3. KI wytrąca osad jodku ołowiu(ii) Pb(NO 3 ) 2 + 2KI PbI 2 + 2KNO 3 Osad rozpuszcza się w gorącej wodzie. Po oziębieniu krystalizuje w postaci ch blaszek 4. K 2 CrO 4 wytrąca osad chromianu(vi) ołowiu(ii) Pb(NO 3 ) 2 + K 2 CrO 4 PbCrO 4 + 2KNO 3-4 -

5 Reakcje charakterystyczne kationu rtęci(ii) Hg 2+ Rtęć i jej związki, zwłaszcza na drugim stopniu utlenienia, stanowią jedne z najniebezpieczniejszych trucizn. 1. Jony siarczkowe z AKT na gorąco wytrącają osad siarczku rtęci(ii) w środowisku kwaśnym (przed dodaniem AKT należy sprawdzić odczyn próbki i ewentualnie zakwasić 2-molowym HCl wobec papierka uniwersalnego) Hg(NO 3 ) 2 + H 2 S HgS + 2HNO 3 Siarczek nie roztwarza się w kwasach mineralnych (HCl, HNO 3, H 2 SO 4 ) natomiast roztwarza się w wodzie królewskiej. Woda królewska jest to mieszanina stężonego HCl i stężonego HNO 3 w stosunku objętościowym 3:1, posiadająca silne właściwości utleniające ze względu na wydzielający się chlor in statu nascendi 3HCl + HNO 3 2Cl 0 + NOCl + 2H 2 O HgS + 2Cl HgCl 2 + S 2. Wodorotlenek sodowy lub potasowy wytrąca osad tlenku rtęci(ii) Hg(NO 3 ) 2 + 2KOH HgO + 2KNO 3 + H 2 O 3. KI wytrąca czerwony osad jodku rtęci(ii) Hg(NO 3 ) 2 + 2KI HgI 2 + 2KNO 3 czerwony Jodek rtęci(ii) w nadmiarze KI roztwarza się tworząc bezbarwny kompleks tetrajodortęcianu(ii) potasu. HgI 2 + 2KI K 2 [HgI 4 ] UWAGA! Kwas siarkowodorowy jest substancją odznaczającą się bardzo dużą toksycznością, dlatego w reakcjach wymagających jego obecności stosujemy roztwór wodny AKT amidu kwasu tiooctowego, który w środowisku kwaśnym bądź zasadowym w podwyższonej temperaturze ulega hydrolizie: CH 3 CS H 2 + 2H 2 O CH 3 COONH 4 + H 2 S 2+ Reakcje charakterystyczne jonu Hg 2 1. Odczynnik grupowy dla grupy I HCl o stężeniu 3 mol/dm 3 powoduje wytrącenie białego osadu chlorku rtęci(i) Hg 2 (NO 3 ) 2 + 2HCl Hg 2 Cl 2 + 2HNO 3 Hg Cl - Hg 2 Cl 2 Pod wpływem stężonego wodnego roztworu amoniaku NH 3 H 2 O osad czernieje wskutek wydzielania wolnej rtęci w reakcji: Hg 2 Cl 2 + 2NH 3 H 2 O HgNH 2 Cl + Hg + NH 4 Cl + 2H 2 O 2. KOH lub aoh powoduje wytrącenie czarnego osadu tlenku rtęci(i) Hg 2 (NO 3 ) 2 + 2KOH Hg 2 O + 2KNO 3 + H 2 O 2+ Hg 2 + 2OH - Hg 2 O + H 2 O 3. K 2 CrO 4 powoduje wytrącenie brunatnego osadu chromianu rtęci(i) Hg 2 (NO 3 ) 2 + K 2 CrO 4 Hg 2 CrO 4 + 2KNO 3 brunatny Hg CrO 4 Hg 2 CrO 4-5 -

6 3. KI powoduje wytrącenie żółtozielonego osadu jodku rtęci(i) Hg 2 (NO 3 ) 2 + 2KI Hg 2 I 2 + 2KNO 3 żółtozielony Hg I - Hg 2 I 2 Reakcje charakterystyczne wybranych anionów odznaczających się czynnością fizjologiczną Reakcje charakterystyczne anionu chlorkowego Cl - 1. Manganian(VII) potasu w środowisku kwasu siarkowego(vi) po ogrzaniu utlenia jon Cl - do wolnego chloru. Roztwór odbarwia się. 10Cl - + 2MnO H + 2Mn Cl H 2 O 2. AgNO 3 wytrąca koloidalny osad chlorku srebra NaCl + AgNO 3 AgCl +NaNO 3 Osad roztwarza się w wodnym roztworze amoniaku NH 3 H 2 O. AgCl + 2NH 3 H 2 O [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + 2H 2 O chlorek diaminasrebra 3. Pb(NO 3 ) 2 wytrąca osad chlorku ołowiu(ii) 2NaCl + Pb(NO 3 ) 2 PbCl 2 + 2NaNO 3 Osad rozpuszcza się w wodzie na gorąco. Reakcje charakterystyczne anionu węglanowego CO Anion węglanowy nie wykazuje właściwości redukcyjnych. Roztwór manganianu(vii) potasu nie odbarwia się nawet po ogrzaniu. 2. Rozcieńczone kwasy mineralne i kwas octowy wypierają słaby kwas węglowy, który ulega rozkładowi z wydzieleniem gazowego dwutlenku węgla CO H + = H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 3. Chlorek wapnia wytrąca osad węglanu wapnia, który rozpuszcza się w kwasach mineralnych i w kwasie octowym Na 2 CO 3 + CaCl 2 CaCO NaCl Reakcje charakterystyczne anionu szczawianowego C 2 O Roztwór manganianu(vii) potasu w środowisku kwasu siarkowego(vi), po ogrzaniu odbarwia się 5C 2 O MnO H + 2Mn CO 2 + 8H 2 O 2. Chlorek wapnia wytrąca osad szczawianu, który w odróżnieniu od węglanu wapnia nie rozpuszcza się w kwasie octowym nawet po ogrzaniu Na 2 C 2 O 4 + CaCl 2 CaC 2 O NaCl Reakcje charakterystyczne anionu fosforanowego(v) PO Anion fosforanowy(v) nie wykazuje właściwości redukcyjnych, nie odbarwia roztworu manganianu(vii) potasu nawet na gorąco. 2. Azotan(V) srebra wytrąca osad fosforanu(v) srebra Na 3 PO 4 + 3AgNO 3 Ag 3 PO 4 + 3NaNO 3 Osad rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym(v) i w kwasie octowym