Instrukcja do ćwiczenia WŁAŚCIWOŚCI WYBRANYCH ANIONÓW.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Instrukcja do ćwiczenia WŁAŚCIWOŚCI WYBRANYCH ANIONÓW."

Zdzisław Niewiadomski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Instrukcja do ćwiczenia WŁAŚCIWOŚCI WYBRANYCH ANIONÓW. CHEMIA ANIONÓW W ROZTWORACH WODNYCH Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami chemicznymi wybranych anionów pierwiastków I oraz II okresu rdzeniowego w roztworach wodnych. Do I okresu należą najbardziej elektroujemne pierwiastki poszczególnych grup układu okresowego posiadające strukturę rdzenia Li + o budowie [K 2 ] n+ i stanach walencyjnych Lsp czyli: lit beryl bor węgiel azot tlen fluor oraz neon. Do II okresu należą następujące pierwiastki: sód magnez glin krzem fosfor siarka chlor oraz argon. Wszystkie te pierwiastki posiadają strukturę rdzenia Na + o budowie [K 2 L 8 ] n+ i stanach walencyjnych Msp. Pierwiastki te charakteryzują się mniejszą elektroujemnością niż odpowiadające im pierwiastki okresu pierwszego Mniejsza jest również trwałość wiązań podwójnych i potrójnych typu σπ p. Pierwiastki I i II okresu rdzeniowego (z wyjątkiem litu sodu i magnezu czyli pierwiastków o najmniejszej elektroujemności w poszczególnych okresach) wiążąc w swoich stanach walencyjnych elektrony i protony oraz ligandy tlenkowe lub wodorotlenkowe tworzą szereg prostych anionów. Spośród znacznej liczby drobin tych pierwiastków część z nich jest stabilna jedynie w fazie stałej część w zwykłych warunkach tworzy fazy gazowe a tylko niektóre z nich są trwałe w roztworach wodnych. Do anionów tych pierwiastków trwałych w roztworach wodnych należą m.in.: Be(OH) 4 4 H 3 BO 3 B(OH) 4 4 CO 2 3 HCO 3 C 2 O 2 4 HC 2 O 4 H 2 C 2 O 4 HCOH NO 3 NO 2 H 2 O OH H 3 O + H 2 O 2 HO 2 F Al(OH) SiO 3 (ulegające daleko posuniętej hydrolizie) PO 3 4 HPO 2 4 H 2 PO 2 SO 2 3 S 2 ClO 4 ClO 3 ClO 2 Cl. CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH ANIONÓW 2 Anion węglanowy CO 3 - Anion węglanowy posiada silne właściwości zasadowe i ulega daleko posuniętej hydrolizie: CO H 2 O HCO 3 pk b =367 (25 C) HCO 3 + H 2 O H 2 CO 3(aq) pk b =770 (25 C) - Kwasy rozkładają anion węglanowy z wydzieleniem CO 2 : 1

Do I okresu należą najbardziej elektroujemne pierwiastki poszczególnych grup układu okresowego posiadające strukturę rdzenia Li + o budowie [K 2 ] n+ i stanach walencyjnych Lsp czyli: lit beryl bor

2 CO H 3 O + CO 2 + 3H 2 O - Roztwór AgNO 3 wytrąca z roztworów węglanów biały osad Ag 2 CO 3 który po ogrzaniu przekształca się w brunatny Ag 2 O: Ag + + CO 2 3 Ag 2 CO 3 Ag 2 CO 3 Ag 2 O + CO 2 Węglan srebrowy Ag 2 CO 3 rozpuszcza się w kwasach mineralnych kwasie octowym i amoniaku (uwaga na HCl jony Cl tworzą z kationami Ag + trudnorozpuszczalny osad AgCl). - Roztwór Ba(NO 3 ) 2 wytrąca z roztworów węglanów biały osad BaCO 3 rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach (uwaga na H 2 SO 4 jony tworzą z kationami Ba 2+ trudnorozpuszczalny osad BaSO 4 ): Ba 2+ + CO 2 3 BaCO 3 - Anion węglanowy nie posiada właściwości redukujących i dlatego nie reaguje z KMnO 4. Anion azotanowy NO 3 - Anion azotanowy(v) posiada bardzo słabe właściwości zasadowe i praktycznie nie wiąże protonów w roztworze wodnym. - Roztwór AgNO 3 nie wytrąca osadu z roztworów azotanów. - Roztwór Ba(NO 3 ) 2 nie wytrąca osadu z roztworów azotanów. - Roztwór KMnO 4 nie reaguje z roztworem zawierającym azotany. - Metaliczny glin (również cynk) w postaci pyłu w środowisku zasadowym (25% NaOH) na gorąco redukują jony NO 3 do amoniaku: 3NO 3 + 8Al + 5OH + 18H 2 O 3NH 3 + 8Al(OH) 4 Amoniak wykrywamy zwilżonym papierkiem wskaźnikowym przystawionym do wylotu probówki (uwaga nie dotykać ścianek). - Aniony azotanowe(v) ulegają tzw. reakcji obrączkowej (w której pełnią rolę utleniacza i ulegają redukcji do NO). Sposób wykonania: do probówki wlać około 0.5 cm 3 nasyconego roztworu siarczanu żelazawego parę kropli roztworu azotanu następnie powoli po ściance probówki dodawać stężony kwas siarkowy. Na granicy zetknięcia obu roztworów powstaje brunatna obrączka będąca wynikiem utworzenia nietrwałego jonu o wzorze [Fe(NO)] 2+ : 3Fe 2+ +NO 3 + 4H 3 O + 3Fe 3+ + NO + 6H 2 O 2

- Roztwór Ba(NO 3 ) 2 wytrąca z roztworów węglanów biały osad BaCO 3 rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach (uwaga na H 2 SO 4 jony tworzą z kationami Ba 2+ trudnorozpuszczalny osad BaSO 4 ): Ba 2+ +

3 Fe 2+ +NO [Fe(NO)] 2+ Anion azotynowy NO 2 Anion azotanowy(iii) posiada bardzo słabe właściwości zasadowe stała równowagi reakcji: NO 2 + H 2 O HNO 2 w temperaturze 25 C wynosi (pk b =1085) co oznacza że w roztworze azotynu(iii) sodu jedna cząsteczka HNO 2 przypada na ponad 70 miliardów anionów NO 2. - Roztwór AgNO 3 wytrąca z roztworów azotynów biały osad AgNO 2 rozpuszczalny w nadmiarze azotynu: Ag + + NO 2 AgNO 2 AgNO 2 + NO 2 [Ag(NO 2 ) 2 ] AgNO 2 jest także rozpuszczalny w gorącej wodzie. - Roztwór BaNO 3 nie wytrąca osadu z roztworów zawierających azotyny. - Roztwór KMnO 4 w środowisku kwaśnym odbarwia się już na zimno w obecności azotynów: 2MnO 4 + 5NO 2 + 6H 3 O + 2Mn NO 3 + 9H 2 O - Azotyny wykazują również właściwości utleniające i tak na przykład azotany(iii) w środowisku kwaśnym utleniają aniony jodkowe do wolnego jodu I 2 (roztwór staje się brunatny): 2I +2NO 2 + 4H 3 O + I 2 + 2NO + 6H 2 O - Metaliczny glin (również cynk) w postaci pyłu w środowisku zasadowym (25% NaOH) na gorąco redukują jony NO 2 do amoniaku: NO 2 + 2Al + 5H 2 O NH 3 + 2Al(OH) 4 (wykrywanie powstałego amoniaku patrz analogiczna reakcja azotanów). - Reakcja obrączkowa Wykonanie jak dla anionu azotanowego lecz z użyciem rozcieńczonego kwasu. Uwaga: najczęściej powstaje brunatne zabarwienie całej objętości roztworu. Anion chlorkowy - Cl Anion chlorkowy nie wiąże protonów w roztworze wodnym. - Azotan srebra wytrąca z roztworów zawierających jony chlorkowe biały serowaty ciemniejący na świetle osad chlorku srebrowego. Cl + Ag+ AgCl 3

- Roztwór AgNO 3 wytrąca z roztworów azotynów biały osad AgNO 2 rozpuszczalny w nadmiarze azotynu: Ag + + NO 2 AgNO 2 AgNO 2 + NO 2 [Ag(NO 2 ) 2 ] AgNO 2 jest także rozpuszczalny w gorącej wodzie.

4 Osad ten nie roztwarza się w rozcieńczonym i stężonym kwasie azotowym ulega natomiast roztworzeniu w amoniaku tworząc związek kompleksowy: AgCl + 2NH 4 OH Ag(NH 3 ) Cl + 2H 2 O przy czym po zakwaszeniu kwasem azotowym (2M) ponownie wytrąca się osad chlorku srebra(i). - Azotan barowy nie powoduje wytrącania trudno rozpuszczalnej soli. - Nadmanganian potasowy w środowisku kwaśnym (1 M H 2 SO 4 ) utlenia chlorki do wolnego chloru zgodnie z równaniem: 2MnO Cl + 16H 3 O + 2Mn Cl H 2 O 2 Aniony siarczanowe(vi) - SO 4 Anion siarczanowy(vi) posiada bardzo słabe właściwości zasadowe i ulega w bardzo małym stopniu hydrolizie: + H 2 O HSO 4 pk b =121 (25 C) - Azotan srebra(i) wytrąca jedynie z dosyć stężonych roztworów rozpuszczalnych siarczanów krystaliczny osad siarczanu srebrowego: + 2Ag + Ag 2 SO 4 - Azotan baru wytrąca z roztworów zawierających siarczany biały trudnorozpuszczalny osad siarczanu barowego: + Ba 2+ BaSO 4 Osad ten można przeprowadzić do roztworu tylko za pomocą stężonego kwasu siarkowego na gorąco. Tworzy się wówczas wodorosiarczan rozpuszczalny w stężonym kwasie siarkowym BaSO 4 + H 2 SO 4(stęż.) Ba(HSO) 4(aq) - Azotan ołowiu(ii) wytrąca z roztworów zawierających rozpuszczalne siarczany biały krystaliczny osad siarczanu ołowiawego: + Pb 2+ PbSO 4 Osad PbSO 4 ulega roztworzeniu m.in. w stężonym KOH oraz stężonym kwasie siarkowym. - W roztworze wodnym siarczany(vi) wykazują bardzo słabe właściwości utleniające jedynie stężony kwas siarkowy wykazuje właściwości utleniające np. w reakcji: Cu 0 + H 2 SO 4(stęż.) CuSO 4(aq) + SO 2 + 2H 2 O 4

- Nadmanganian potasowy w środowisku kwaśnym (1 M H 2 SO 4 ) utlenia chlorki do wolnego chloru zgodnie z równaniem: 2MnO 4 + 10Cl + 16H 3 O + 2Mn 2+ + 5Cl 2 + 24H 2 O 2 Aniony siarczanowe(vi) - SO 4

5 WYKONANIE ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości chemicznych czyli kwasowo-zasadowych oraz red-ox następujących anionów: węglanowego CO 2 3 azotanowego(v) NO 3 azotanowego(iii) NO 2 chlorkowego Cl oraz siarczanowego(vi). Ćwiczenie składa się z dwóch części. W pierwszej części należy zapoznać się z właściwościami chemicznymi badanych drobin. W tym celu dla wszystkich badanych anionów należy przeprowadzić następujące doświadczenia: zbadać odczyn roztworów wzorcowych zawierających badane aniony za pomocą papierka wskaźnikowego (uniwersalnego); zanotować wynik obserwacji w protokole i i określić właściwości kwasowo-zasadowe badanych anionów; zbadać własności redukujące badanych anionów: w tym celu do probówki należy dodać około 1 cm 3 roztworu zawierającego badany anion zakwasić 1-2 kroplami 1M kwasu siarkowego i następnie dodać 1 kroplę nadmanganianu potasu KMnO 4 ; zapisać wynik przeprowadzonej reakcji (odbarwienie się lub nie roztworu nadmanganianu; uwaga w przypadku braku odbarwienia na zimno należy roztwór ogrzać w łaźni wodnej); zbadać własności utleniające badanych anionów: w tym celu dla anionu azotanowego(v) należy wykonać reakcje obrączkową (zgodnie z opisem przedstawionym w pierwszej części instrukcji); dla anionu azotanowego(iii) reakcję z jodkiem potasu w środowisku 1M kwasu siarkowego. przeprowadzić dla badanych anionów reakcje z odczynnikami strącającymi: azotanem srebra(i) oraz azotanem lub chlorkiem baru(ii). Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń proszę omówić właściwości chemiczne badanych drobin potwierdzając je odpowiednimi równaniami reakcji zapisanymi w formie jonowej. W drugiej części ćwiczenia trzeba będzie wykonać zadanie polegające na określeniu właściwości chemicznych nieznanego anionu. Przy wykonaniu zadania należy wykorzystać przeprowadzone wcześniej doświadczenia. Wyniki przeprowadzonych reakcji oraz wnioski opisać w sprawozdaniu. 5

W tym celu dla wszystkich badanych anionów należy przeprowadzić następujące doświadczenia: zbadać odczyn roztworów wzorcowych zawierających badane aniony za pomocą papierka wskaźnikowego

Podobne dokumenty

Identyfikacja wybranych kationów i anionów

Identyfikacja wybranych kationów i anionów ZACHOWAĆ SZCZEGÓLNĄ OSTRORZNOŚĆ NIE ZATYKAĆ PROBÓWKI PALCEM Zadanie 1 Celem zadania jest wykrycie jonów Ca 2+ a. Próba z jonami C 2 O 4 ZACHOWAĆ SZCZEGÓLNĄ OSTRORZNOŚĆ