ANALIZA JAKOŚCIOWA KATIONÓW

Transkrypt

1 ĆWICZENIE NR 11 ANALIZA JAKOŚCIOWA KATIONÓW Cel ćwiczenia Analiza pojedynczych ów przy pomocy odczynników ch i reakcji charakterystycznych. Zakres wymaganych wiadomości 1. Układ okresowy Mendelejewa. 2. Budowa elektronowa pierwiastków. 3. Grupy główne i poboczne. 4. Analityczny podział ów i ich reakcje charakterystyczne Podział ów na grupy analityczne Zadaniem chemicznej analizy jakościowej jest wykrywanie pierwiastków, jonów i cząsteczek metodami chemicznymi. Jony, które wchodzą w skład badanej substancj lub znajdują się w badanym roztworze wykrywamy najczęściej przeprowadzając je w związki mające jakiekolwiek własności charakterystyczne. W tym celu wykonuje się reakcje chemiczne, którym towarzyszą: a) efekty barwne, b) wytrącanie lub rozpuszczanie osadu, c) wywiązywnie się gazów, d) charakterystyczny zapach. Chemiczną analizę jakościową możemy wykonać na drodze suchej lub na drodze mokrej. Podczas wykonywania reakcji na drodze mokrej spotykamy się przeważnie z roztworami soli, kwasów lub zasad, które to związki w roztworach wodnych są zdysocjowane na jony. Reakcje analityczne wykonuje się w ściśle określonych warunkach (odczyn roztworu, temperatura, stężenie), zależnie od własności związków powstających w wyniku reakcji. Nie przestrzeganie tych warunków sprawia, że wyniki reakcji nie są wiarygodne. Reakcją charakterystyczną danego jonu nazywamy taką reakcję, która pozwala na wykrycie go w obecności innych jonów. Wykrywanie jonów za pomocą reakcji charakterystycznych z oddzielnych próbek badanego roztworu, przeprowadzone w dowolnej kolejności, nazywa się analizą wybiórczą. Jeśli reakcje stosowane podczas analizy nie są charakterystyczne i nie da się usunąć jonów ubocznych, zachodzi konieczność przeprowadzenia analizy w sposób systematyczny. W jej toku rozdziela się od siebie grupy jonów wobec niektórych odczynników zwanych mi. Reakcje z odczynnikiem m pozwalają podzielić y na grupy, co ułatwia tok analizy jakościowej. Klasyczny podział ów według O.R.Fresenniusa obejmuje 5 grup. Jako odczynniki grupowe stosuje się kolejno: rozcieńczony kwas solny, siarkowodór w środowisku rozcieńczonego kwasu solnego, jony siarczkowe w środowisku amoniakalnym i węglan amonowy. Wymienione odczynniki grupowe strącają z badanego roztworu y należące odpowiednio do grup: I, II, III, i IV. W przesączu po oddzieleniu osadu węglanów ów grupy IV, pozostają y grupy V, których nie strąca żaden z wymienionych czterech odczynników ch. I grupa analityczna metali (grupa kwasu solnego) obejmuje y, które w środowisku kwaśnym tworzą z jonami chlorkowymi trudno rozpuszczalne chlorki. Do grupy tej należą y następujących metali: Ag, Mg, Pb, Tl I, Cu I, Au I. Chlorek ołowiawy częściowo w wodzie. W przesączu po oddzieleniu chlorku ołowiawego zawsze jest wystarczające stężenie jonów Pb 2+, aby pod działaniem siarkowodoru wytrącił się znacznie trudniej od PbCl 2 osad siarczku ołowiowego PbS i dlatego ołów umieszcza się zarówno w I jak i II grupie analitycznej ów. II grupa analityczna metali (grupa siarkowodoru) obejmuje y strącone przez siarkowodór (w ćwiczeniu tioacetamid) z kwaśnego roztworu (około 3 M HCl, ph 0,5). Strącony osad mieszaniny siarczków w zależności od rozpuszczalności w roztworze siarczku amonowego lub wodorotlenków alkalicznych, dzielimy na dwie podgrupy. Do grupy IIA należą y metali, których siarczki nie rozpuszczają się w siarczku amonu. Są to metale: Hg II, Pb, Cu, Bi, Cd, Re, Rh, Pd, Rn, Os. Do podgrupy IIB należą y metali, których siarczki rozpuszczają się w siarczku amonowym tworząc kompleksy siarczkowe. W skład podgrupy wchodzą metale: As, Sb, Sn, Ge, Mo, W, Au II, Ir, Pt. III grupa analityczna metali (grupa siarczku amonowego) obejmuje y strącone przez jony siarczkowe z roztworu słabo kwaśnego (ph>1), obojętnego lub słabo alkalicznego (ph 9) w postaci siarczków lub wodorotlenków. W skład III grupy ów wchodzi stosunkowo liczna grupa metali, którą dzielimy na dwie podgrupy. Podgrupa IIIA, w której y strącone są w postaci siarczków: Zn, Ni, Co, Mn, Fe, V IV, U IV, In, Ga. 1

2 Podgrupa IIIB, w której y strącone są w postaci wodorotlenków: Al., Cr, Ti, Zr, Hf, Th, La. IV grupa analityczna metali (grupa węglanu amonowego) obejmuje y strącone przez węglan amonowy z roztworu obojętnego lub słabo alkalicznego (zawierającego amoniak i chlorek amonowy) w postaci trudno ch węglanów. Do tej grupy należą metale: Ca, Sr, Ba, Ra. V grupa analityczna metali obejmuje metale, których y pozostają w roztworze po kolejnym oddzieleniu mi mi ów metali grup I IV. Należą do niej następujące metale: Mg, K, Na, Li, Rb, Cs. Wytłuszczeniem wyróżniono metale obejmujące kurs studencki Przebieg ćwiczenia Przeprowadzić identyfikację ów w otrzymanych próbkach korzystając z załączonych schematów. Z otrzymanego roztworu odlać do czystej probówki około 1 cm 3 i dodać 3-4 krople grupowego, rozpoczynając od I grupy analitycznej. Do każdej próby pobiera się czysty roztwór. Po sprawdzeniu w której grupie jest zadany, wykonać dla niego co najmniej dwie reakcje charakterystyczne. Podobnie postępować z każdym zadanym roztworem. Opracowanie wyników Opisać tok analizy i przedstawić reakcje charakterystyczne dla wykrytych ów. Literatura 1. J.Minczewski, Z.Marczenko: Chemia analityczna. Warszawa, PWN, 1985r. 2. H.Sikorska-Tornicka: Ćwiczenia laboratoryjne z chemii, Politechnika Białostocka, 1990r. 2

3 Tablica 11-1 Reakcje charakterystyczne ów I grupy analitycznej Badany Ag + Hg 2+ Pb 2+ HCl K 2 CrO 4 KJ Biały osad AgCl Rozpuszcza się w NH 4OH Biały osad Hg 2Cl 2 po dodaniu NH 4OH czernieje PbCl 2 po ogrzaniu brunatno-czerwony osad Ag 2CrO 4, HNO 3 i w NH 4OH ceglasto-czerwony osad Hg 2CrO 4 żółty osad PbCrO 4 HNO 3 jasno-żółty, serowaty osad AgJ Na 2S 2O 3 zielono-żółty osad Hg 2J 2 ciemnieje w nadmiarze żółto-złocisty osad PbJ 2 NH 4 OH Ag 2O w nadmiarze czarny osad HgO, rozpuszcza się w nadmiarze Pb(OH) 2 KSCN AgSCN nadmiarze 3

4 Badan y Cu +2 Cd +2 Tablica 11 2 tioacetamid ogrzać czarny osad CuS nie rozpuszcza się w kwasach jasno-żółty osad 2 M HCl i 1 M H 2SO 4 NaOH niebieski osad Cu(OH) 2 po ogrzaniu czarno brunatny CuO Cd(OH) 2 nadmiarze Hg +2 czarny osad HgS żółty osad HgO kwasach Sn +2 Sn +4 Pb +2 brunatny osad SnS żółty osad SnS 2 rozpuszcza się w nadmiarze czarny osad PbS w 5% HCl As +3 żółty osad As 2S 3 nierozpuszcz. w gorącym HCl (1:1) Sb +3 pomarańczowy osad Sb 2S 3 Bi +3 Mo +6 brunatno-czarny osad Bi 2S 3 brunatno-czarny osad MoS 3 częściowo niebieski, nie w kwasach Sn(OH) 2 nadmiarze, HCl i H 2SO 4 Sn(OH) 4 nadmiarze Pb(OH) 2 nadmiarze, po dodaniu H 2O 2 brunatny osad PbO 2 Sb(OH) 3 nadmiarze i Bi(OH) 3 w kasach Reakcje charakterystyczne ów II grupy analitycznej NH 4 OH Na 2 HPO 4 KJ K 4 [Fe(CN) 6 ] inne reakcje zielonkawo-niebieski osad [Cu(NH 3) 4] +2 Cd(OH) 2 nadmiarze NH 2HgCl niebiesko-zielony osad Cu 3(PO 4) 2 w rozcieńcz. kwasach Cd 3(PO 4) 2 rozcieńczonym kwasie octowym Hg 3(PO 4) 2 rozcieńczonym HCl Sn 3(PO 4) 2 HCl, HNO 3, NaOH nie Pb(OH) 2 Pb 3(PO 4) 2 : 2M HNO 3 i 2M NaOH BiPO 4 w stężonym HCl słomkowo- CuS ceglasto-czerwony osad HgJ 2 nadmiarze żółty krystaliczny osad PbJ 2 w nadmiarze żółty osad SbJ 3 nadmiarze, daje żółte zabarwienie brunatny osad BiJ 3 nadmiarze, tworzy pomarańczowe zabarw. czerwono-brunatny osad Cu 2[Fe(CN) 6] rozpuszcza się w NH 4OH tworząc niebieski roztwór w nadmiarze zielono-żółty osad KSCN powstaje czarny osad CuSCN w nadmiarze SnCl 2 w środowisku kwaśnym powstaje Hg 2Cl 2, ciemnieje od Hg przy nadmiarze SnCl 2 Sn +2 redukuje HgCl 2 do białego osadu kalomelu Hg 2Cl 2 i kwas molibdenowy do błękitu molibdenowego HNO 3 powstaje biały kwas cynowy H 2SO 4 1M daje biały krystaliczny osad PbSO 4 2M NaOH AgNO 3 po dodaniu do roztworu NaOH jony Ag + strącają żółty osad Ag 3AsO 3 lub czekoladowo-brunatny osad Ag 3AsO 4 H 2O 2 żółte zabarwienie, po zalkalizowaniu przechodzi w ciemniejsze KSCN pomarańczowy kompleks w środow. kwaśn. i w obecności SnCl 2 4

5 Tablica 11 3 Badany Zn +2 Ni +2 bufor + tioacetamid ogrzać ZnS czarny osad NiS nie Reakcje charakterystyczne ów III grupy analitycznej odczynniki (do reakcji charakterystycznych) NaOH NH 4 OH Na 2 HPO 4 K 4 [Fe(CN) 6 ] inne reakcje biały żelatynowaty osad Zn(OH) 2 w nadm. jasno-zielony osad Ni(OH) 2 w nadm. Co +2 czarny osad CoS niebieski osad Co(OH)Cl przy nadm. i ogrzaniu powstaje różowy osad Co(OH) 2 Mn +2 Fe +2 Fe +3 Al. +3 Cr +3 cielisty osad MnS rozpuszcza się w kwasie oct. czarny osad FeS kwasie octowym rdzawo-brunatny osad Fe(OH) 3 biały galaretowaty osad Al.(OH) 3 HCl i NaOH szaro-zielony osad Cr(OH) 3 Mn(OH) 2 po dodaniu H 2O 2 brunatny zielony osad Fe(OH) 2 przechodzący w brunat. Fe(OH) 3 w kwasach brunatny osad Fe(OH) 3 rozpuszcz. w kwasie winowym i cytryn. biały galaretowaty osad Al.(OH) 3 nadmiarze szaro-zielony osad Cr(OH) 3 rozpuszcz. w nadmiarze, po dodaniu H 2O 2 żółte zabarwienie Zn(OH) 2 nadmiarze zielony osad rozpuszcz. w nadm, tworzy nieb.-filetowy kompleks Ni niebieski osad hydroksysoli, po rozpuszcz. w nadm. daje żółtobrunatne zabarwienie Mn(OH) 2 pod działaniem tlenu z powietrza brunatnieje zielony osad Fe(OH) 2 utleniany przez H 2O 2 do brunatnego Fe(OH) 3 galaretowaty osad Zn 3(PO 4) 2 rozpuszcz.w kwasie octowym i NaOH żółto-zielony osad Ni 3(PO 4) 2 kwasie octowym niebiesko-fioletowy osad Co 3(PO 4) 2 HCl i NH 4OH Mn 3(PO 4) 2 kwasie octowym FeHPO 4 i Fe 3(PO 4) 2 po chwili przechodzi w niebiesko-zielony brunatny osad Fe(OH) 3 jasno-żółty osad FePO 4 HCl Al.(OH) 3 szaro-zielony osad Cr(OH) 3 w nadm. daje fiołkowe zabarw. Cr[(NH 3) 6] 3 biały galaretowaty osad AlPO 4 i NaOH zielonkawy osad CrPO 4 HCl i NaOH K2Zn 3[Fe(CN 6)] 2 rozpuszcz. w NaOH jasno-zielony osad dwumetylogliksym różowy kłaczkowaty osad reakcja Czugajewa zielono-szary osad błękit pruski błękit pruski KSCN w środ. kwaśnym daje ciemno czerwony kompleks rodankowy CH 3COONa strąca galaretowaty osad. Aluminon w środ. octanu amonu daje różowoczerwony kompleks 5

6 Tablica 11 4 Bada ny katio n Ca +2 Sr +2 Odczynni k (NH 4 )CO 3 w obecności NH 4 OH i NH 4 Cl CaCO 3 SrCO 3 Reakcje charakterystyczne ów IV grupy analitycznej NaOH Na 2 HPO 4 CaSO 4 K 2 CrO 4 Barwa płomienia CaCO 3 HCl Biały osad HCl w po ogrzaniu w wytrąca się SrSO 4 ceglasto-czerwony karmazynowoczerwony Ba +2 BaCO 3 HCl w wytrąca się szybko BaSO4 żółty osad BaCrO 4 nie w kwasie octowym, żółto-zielony HCl, HNO 3 Tablica 11 5 Reakcje charakterystyczne ów V grupy analitycznej Badany brak NaOH Mg +2 Mg(OH) 2 Barwienie płomienia K + Na + fiołkowy żółty 6