Методическая разработка Занимательная химия (стр. 2 )

После ознакомления со свойствами некоторых катионов и анионов, а также с дробным ходом анализа нужно освоить общие приемы анализа неорганического вещества неизвестного состава. Для анализа могут быть предоставлены твердые вещества (металлы, сплавы, минералы, сухая соль или смесь солей) или их растворы.

Например, необходимо проанализировать смесь двух солей. Следовательно, предстоит обнаружить два катиона и один или два аниона и на основе этого составить химические формулы солей. В смеси могут быть хлориды, сульфаты, нитраты, бромиды, иодиды следующих веществ: Na+, K+, NH4+, Ba2+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, Ni2+, Mn2+, Pb2+, Fe3+.

1. Предварительные испытания. Сначала следует обратить внимание на окраску смеси. Известно, что соли многих катионов имеют характерные окраски и по ним можно сделать предварительное заключение о составе вещества. Так, соли меди – голубые, железа (III) – бурые, никеля – зеленые, калия, натрия, аммония, цинка – белого цвета.

2. Испытание на растворимость. В зависимости от растворимости исследуемого вещества существуют разные подходы к анализу. Прежде всего нужно убедиться в растворимости соли в воде. Небольшое количество исследуемого вещества (2-3 крупинки) обрабатывают в пробирке 10-15 каплями воды и хорошо перемешивают. Если вещество не растворяется, то нагревают.

Одновременно обращают внимание на окраску раствора и изменения, которые могут происходить с ней. Если дана смесь солей, то каждая соль в отдельности растворяется в воде, при растворении происходит их взаимодействие, в результате образуется осадок. Например, BaCl2 и Na2SO4 в отдельности растворяются в воде, при совместном растворении протекает реакция образования осадка BaSO4. При этом осадок следует отделить и анализировать отдельно, предварительно испытав на растворимость в кислотах (HCl, HNO3, CH3COOH).

3. Растворяют исследуемое вещество в 5-10 мл дистиллированной воды. По таблице растворимости делают заключение, какие соли могут присутствовать в растворе.

Прежде чем приступить к анализу, обращают внимание на окраску раствора. По окраске раствора можно сделать предварительное заключение о наличии и отсутствии тех или иных ионов, например, Cu2+, Co2+, Ni2+, Fe3+.

4. Полученный раствор разделяют на три части. Одну часть (1/3) раствора следует оставить для обнаружения катионов, другую – анионов, 1/3 ­– для возможного повторного анализа.

ОБНАРУЖЕНИЕ КАТИОНОВ

В отдельных пробах (по 2-3 капли) обнаруживают катионы в следующей последовательности с учетом взаимного влияния.

1. Обнаружение NH4+. Для обнаружения иона аммония проводят реакцию с реактивом Несессера, для чего к 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют избыток щелочи для осаждения гидроксидов, которые могут мешать наблюдению окраски вследствие того, что некоторые гидроксиды окрашены. Центрифугированием отделяют осадок от раствора и в центрифуга те открывают катион аммония реактивом Несессера. Образование характерного красно-бурого осадка указывает на присутствие NH4+.

2. Удаление NH4+. Ион NH4+ мешает обнаружению Κ+, поэтому он должен быть удален или связан в другое соединение. Устранение мешающего влияния NH4+ можно достичь кислотным разложением солей аммония. К раствору в фарфоровой чашке добавляют концентрированную азотную или соляную кислоту, досуха выпаривают и прокаливают. Добавление кислоты, выпаривание и прокаливание повторяют до отрицательной реакции на NH4+ (сухой остаток растворяют и к отдельной порции раствора добавляют реактив Несессера).

3. Обнаружение К+. Каплю раствора помещают на предметное стекло и досуха выпаривают. После охлаждения наносят каплю раствора Na2Pb[Cu(NO2)6]. В присутствии Κ+ под микроскопом хорошо видны характерные кубические кристаллы К2Pb[Cu(NO2)6] черного цвета.

4. Обнаружение К+ в отсутствии NH4+ осуществляют по образованию желтого осадка К2Na[Cо(NO2)6].

5. Обнаружение Na+ – по окрашиванию пламени в желтый цвет.

6. Обнаружение Са2+. К капле исследуемого раствора на предметное стекло добавляют каплю серной кислоты. Смесь выпаривают до появления каемки и рассматривают кристаллы под микроскопом. В присутствии Са2+ образуются характерные игольчатые кристаллы CaSO4.2H2O в виде пучков или звездочек.

7. Обнаружение Ва2+ – по образованию желтого осадка BaCrO4 в присутствии СН3СООН.

8. Обнаружение Fe3+

а) по образованию синего пятна Fe4[Fe(CN)6]3 на фильтровальной бумаге;

б) по образованию красного пятна Fe(SCN)3 или [Fe(CN)6]3–

9. Обнаружение Mn2+. К 1-2 каплям первоначального раствора добавляют 1-2 капли концентрированной HNO3, несколько капель воды, несколько крупинок NaBiO3, взбалтывают на холоду и центрифугируют. В присутствии Mn2+ раствор окрашивается в фиолетово-малиновый цвет (MnO4–).

10. Обнаружение Cu2+ – по образованию синего комплекса [Cu(NH3)4]2+ при введении избытка NH3.H2O.

11. Обнаружение Ni2+. К 1-2 каплям раствора добавляют винную кислоту для связывания Fe3+, водный раствор аммиака до запаха и 1-2 капли диметилглиоксима (реактив Чугаева). Образование характерного ало-красного осадка указывает на присутствие Ni2+.

12. Обнаружение Cd2+ – по образованию желтого осадка CdS.

13. Обнаружение Pb2+. Нанесёт на бумагу 1 каплю насыщенного раствора (NH4)2SO4 и 1 каплю анализируемого раствора. Повторяют нанесение капель 5 раз, промывают 1 каплей воды, добавляют 1 каплю Na2S. В присутствии Pb2+ в центре образуется черное пятно (PbS), затем белая зона и черная зона CuS (в присутствии Cu2+).

АНАЛИЗ СМЕСИ АНИОНОВ

1. SO42– – по реакции с BaCl2 с образованием белого осадка, нерастворимого в кислотах;

2. СО32– – по реакции с кислотами с выделением газа или помутнением известковой воды;

3. С2О42– – по реакции с CaCl2 с выделением белого осадка, нерастворимого в СН3СООН;

4. Cl– – по реакции с AgNO3 с выделением белого осадка, растворимого в растворе (NH4)2CO3.

5. Br– – по реакции с хлорной водой (в присутствии хлороформа) с появлением желтого кольца органического растворителя.

6. I– – реакцией с хлорной водой по посинению раствора или по появлению фиолетового кольца органического растворителя.

С помощью хлорной воды можно обнаружить I– и Br– при совместном присутствии, используя более легкую окисляемость I–. Если к анализируемому раствору в присутствии H2SO4 и 2-3 мл хлороформа или эфира добавить небольшими порциями хлорную воду, то сначала окисляется I– до свободного йода и слой органического растворителя окрашивается в фиолетовый цвет. При дальнейшем добавлении хлорной воды происходит окисление I2 до йодноватистой кислоты HIO3 и фиолетовая окраска исчезает:

I2 + 5Cl2 +6H2O ® 2HIO3 + 10HCl.

Если в растворе присутствует Br–, то слой органического растворителя окрашивается в оранжевый (желтый) цвет вследствие окисления Br– до свободного брома.

7. NO3– – по реакции с дифениламином (посинение раствора).

Результаты анализа состава вещества следует оформить в лабораторном журнале в виде табл. 1.

Таблица 1. Анализ вещества неизвестного состава

Экспериментальная задача №___

Выполняемая операция	Реагент, условия	Наблюдаемый эффект	Выводы
Описание сухой смеси
Растворение
Обнаружение катионов
Обнаружение анионов

Вывод: Обнаружены: анионы:

катионы:

Следовательно, в экспериментальной задаче могли содержаться следующие соли:

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД РАЗДЕЛЕНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Хроматография – универсальный физико-химический метод обнаружения, разделения, концентрирования, определения и очистки органических и неорганических веществ. В соответствии с процессами, находящимися в основе метода, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную и осадочную хроматографию. В практике качественного анализа наиболее широкое распространение получил метод бумажной хроматографии для разделения катионов. Сущность метода заключается в различном распределении веществ между двумя жидкими фазами. Одна жидкая фаза является подвижной (обычно это органический растворитель), другая – неподвижная (вода) – бумага – инертный носитель стационарной водной фазы. Эффективность метода зависит от различных факторов: системы растворителей, типа хроматографической бумаги, времени хроматографирования, температуры, техники работы, чувствительности и избирательности реагентов, используемых для проявления хроматограммы.

Подвижная фаза. Для проведения хроматографического анализа неорганических веществ на бумаге важное значение имеет растворитель. Выбранные растворители в бумажной хроматографии выполняют функции подвижной фазы. Кислоты являются необходимой составной частью всех систем растворителей. Кислота в процессе растворения препятствует гидролизу солей. Следует иметь в виду, что минеральная кислота, прибавленная к растворителю, должна иметь тот же анион, что и хроматографируемое вещество, иначе может произойти размывание зон. Подбирается растворитель так, чтобы коэффициенты распределения (движения) разделяемых веществ различались как можно больше.

Тип бумаги. Хроматографическая бумага различается по пористости, различные сорта бумаги обеспечивают разную скорость движения подвижной фазы. Полоски бумаги следует нарезать вдоль волокон, чтобы направление движения растворителя совпадало с направлением волокон.

Для количественной оценки способности разделения веществ на бумаге введен коэффициент движения Rf, равный отношению расстояния, пройденного зоной определяемого вещества или иона (li), к расстоянию, пройденному растворителем (lf):

, где li – расстояние, пройденное зоной иона;

lf – расстояние, пройденное растворителем (рис.1).