Качественные реакции анионов 1,2,3 аналитических групп

Лекция № 4 Качественные реакции анионов 1,2,3 аналитических групп. Цель занятия: изучить качественные реакции анионов 1,2,3 аналитических групп Задачи: - закрепить знания о методах качественного анализа. - изучить качественные реакции анионов 1,2,3 аналитических групп. Студент должен знать: групповые и частные реакции анионов 1,2,3 аналитических групп. Студент должен уметь: Определять качественными реакциями анионы 1,2,3 аналитических групп. 1.Анионы первой аналитической группы. К первой аналитической группе анионов относятся сульфат-ион , сульфит-ион , карбонат-ион , фосфат-ион , силикат-ион , борат-ион B4O72-, тиосульфат S2O32-, хромат CrO42-, оксалат C2O42- Эти анионы образуют с катионом Ba2+ соли, малорастворимые в воде, но за исключением сульфата бария, хорошо растворимые в разбавленных минеральных кислотах. Поэтому выделить анионы этой группы в виде осадка групповым реагентом – хлоридом бария BaCl2 можно только в нейтральной или слабощелочной среде. Анионы первой группы образуют с катионами серебра Ag+ соли, растворимые в разбавленной азотной кислоте, а сульфат серебра Ag2SO4 растворим даже в воде. Частные реакции сульфат-аниона SO42- 1. Хлорид бария BaCl2 образует с анионом SO42- белый осадок BaSO4: BaCl2+H2SO4→BaSO4↓+2HCl Ba2++ SO42-→BaSO4 Условия проведения опыта. 1. Реакцию образования BaSO4 можно проводить как в нейтральных, так и в кислых средах (рН≦7). Реакция ГФ. 2. Соли свинца (II) осаждают из растворов сульфатов белый осадок PbSO4: Pb(NO3)2 + H2SO4 = PbSO4↓ + 2HNO3 Осадок растворим при нагревании в щелочах и ацетате аммония. Реакция ГФ. Частные реакции сульфит-аниона SO32- 1. Йодная или бромная вода при взаимодействии с растворами сульфитов обесцвечивается: SO32- +I2+H2O→ SO42- +2I-+2H+ Условия проведения опыта. 1. Реакцию можно проводить как в нейтральных, так и в кислых средах. Она протекает полнее при рН<7. 2. Ионы – восстановители и ионы – окислители мешают проведению реакции. Реакция ГФ. 2. Хлорид бария BaCl2 образует с анионом SO32- белый осадок сульфита бария BaSO3, растворимый в кислотах: BaCl2+Na2SO3→BaSO3↓+2NaCl Ba2++ SO32- →BaSO3↓ 3.Разбавленная соляная кислота разлагает сульфит-ионы до оксида серы (IV). Для обнаружения оксида серы (IV) используется его способность обесцвечивать растворы йода или перманганата калия: 5SO2+2KMnO4+2H2O→2K2SO4+2MпSO4+H2SO4 1. Раствор сульфита натрия должен быть достаточно концентрированным (10-15%) и свежеприготовленным. 2. Обнаружению сульфит-иона мешает наличие восстановителей. 4. Восстановление сульфит-иона до сероводорода. В присутствии металлического цинка происходит восстановление диоксида серы водородом. При этом выделяется сероводород, который узнаётся по запаху, по почернению бумаги, смоченной раствором ацетата свинца: Na2SO3+2HCl→2NaCl+H2O+SO2↑ 3Zn+6HCl+SO2→2NaCl+H2O+H2S↑ H2S+Pb(CH3COO)2→PbS↓+2CH3COOH Условия проведения опыта. 1. Реакция протекает при рН 4. 2. Испытуемый раствор не должен содержать других восстановителей. 3. Для проведения опыта может быть использован только химически чистый цинк. Частные реакции карбонат-аниона . 1. Кислоты разлагают соли угольной кислоты с выделением оксида углерода (IV): Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2CO3 H2CO3→H2O+CO2↑ Оксид углерода можно обнаружить известковой водой (насыщенный раствор Ca(OH)2): Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O Известковая вода мутнеет вследствие образования карбоната кальция под действием углекислого газа. Следует иметь в виду, что помутнение скоро может исчезнуть вследствие образования кислой соли, растворимой в воде: CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2 2. Хлорид бария BaCl2 дает с ионом CO32- белый осадок BaCO3: Na2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ + 2NaCl CO32- + Ba2+ → BaCO3↓ Осадок легко растворяется в уксусной и минеральной кислотах. 3. Сульфат магния образует в растворах карбонатов белый осадок карбоната магния. Na2CO3 + MgSO4 = MgCO3↓ + Na2SO4 Осадок растворим в кислотах. Гидрокарбонаты образуют осадок с MgSO4 только при кипячении. Реакция ГФ. 4. Фенолфталеин. Карбонаты щелочных металлов гидролизуются с образованием щелочной среды: CO32- + HOH ↔ HCO3- + OH- При добавлении фенолфталеина в водный раствор появляется розовая окраска. Реакция ГФ. Частные реакции фосфат-иона PO43- Нитрат серебра AgNO3 с анионами PO43- даёт жёлтый осадок фосфата серебра Ag3PO4, растворимый в азотной кислоте: 3AgNO3+Na2HPO4→Ag3PO4↓+HNO3+2NaNO3 3Ag++ PO43- →Ag3PO4↓ Реакция ГФ. Магнезиальная смесь (смесь MgCl2, NH4OH и NH4Cl) с анионами PO43- образует белый кристаллический осадок Na2HPO4+NH4OH+MgС12→MgNH4PO4↓+2NaCl+H2О HPO4 2- +NH4OH+Mg2+→MgNH4PO4↓+H2O Условия проведения опыта. Избегать избытка хлорида аммония, который может вызвать образование комплексных ионов. Реакция ГФ. 3. Хлорид бария BaCl2 дает с фосфат-ионами белый осадок, растворимый в кислотах (кроме H2SO4): BaCl2 + Na2HPO4 = BaHPO4↓ + 2NaCl 4. Молибдат аммония (NH4)2MoO4 в азотнокислых растворах фосфатов при нагревании дает желтый осадок фосформолибдата аммония: H3PO4 + 12(NH4)2MoO4 + 23HNO3 = (NH4)3H4[P(Mo2O7)6]↓ + 21NH4NO3 + 2NaNO3 + 10H2O Осадок растворим в щелочах и аммиаке. Ионы SO32- и S2O32- восстанавливают Mo (VI) с образованием синего цвета и мешают проведению реакции. Реакция ГФ. Частные реакции силикат-иона SiO32- Разбавленные кислоты образуют с концентрированными растворами силикатов белый студенистый осадок (гель) кремниевой кислоты: 2HCl+Na2SiO3→H2SiO3↓+2NaCl 2H++ SiO32- →H2SiO3↓ Если осадок на холоде не образуется, то раствор необходимо нагреть. Соли аммония при действии на анион SiO32- выделяют из растворов силикатов кремниевую кислоту. Гидролиз усиливается в результате связывания образующихся ионов OH- ионами NH4+ . Если осадок на холоде не появляется, то раствор нагревают: SiO32- +2H2O⇄H2SiO3+2OH- 2OH-+2NH4+ ⇄2NH4OH SiO32- +2H2O+2NH4+ ⇄ H2SiO3↓+2NH4OH Условия проведения опыта. Реакция протекает при избытке хлорида аммония NH4Cl. Нагревание способствует процессу гидролиза и ускоряет выделение осадка.  Частные реакции тиосульфат-иона S2O32- S2O32- - анион тиосерной кислоты H2S2O3. Тиосерная кислота очень неустойчива и разлагается на сернистую кислоту и серу. Соли щелочных металлов этой кислоты устойчивы и являются сильными восстановителями. 1. Хлорид бария BaCl2 образует с ионом S2O32- белый осадок тиосульфата бария: Na2S2O3 + BaCl2 = BaS2O3↓ + 2NaCl S2O32- + Ba2+ → BaS2O3↓ Осадок растворим в кипящей воде и разбавленных минеральных кислотах, кроме серной. 2. Минеральные разбавленные кислоты вытесняют из тиосульфатов тиосерную кислоту, которая разлагается с образованием оксида серы (IV) и серы: Na2S2O3 + 2HCl = H2S2O3 + 2NaCl H2S2O3 = S↓ + SO2↑ + H2O Выделяющаяся сера вызывает помутнение раствора или выпадение желтого осадка. Реакция ГФ. 3. Нитрат серебра AgNO3 дает в растворах солей тиосерной кислоты белый осадок Ag2S2O3, который постепенно буреет и чернеет вследствие образования Ag2S: Na2S2O3 + 2AgNO3 = Ag2S2O3↓ + 2NaNO3 Ag2S2O3 + H2O = Ag2S + H2SO4 Реакция ГФ. Частные реакции борат-иона BO3- и тетраборат-иона B4O72- (анионы борной и ортоборной кислот) 1. Хлорид бария BaCl2 осаждает из концентрированного раствора солей борной кислоты белый осадок метабората бария: Na2B4O7 + BaCl2 + 3H2O = Ba(BO2)2↓ + 2H3BO3 + 2NaCl Осадок метабората растворим в разбавленной уксусной, соляной и азотной кислотах. 2. Куркуминовая бумага (бумага, смоченная раствором красителя куркумина), смоченная подкисленным раствором соли или борной кислоты, после высыхания окрашивается в красно-бурый цвет. При действии щелочи цвет переходит в сине-черный, грязно-зеленый или серо-черный (в зависимости от концентрации борат-иона). Реакция ГФ 3. Окрашивание пламени. Этиловый спирт и концентрированная серная кислота с сухой борной кислотой или боратами образует борно-этиловый эфир, который окрашивает пламя в желтый цвет. Реакции мешают Ba2+, Cu2+, PO43- Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = Na2SO4 + 4H3BO3 H3BO3 + 3C2H5OH = (C2H5O)3B + 3H2O Реакция ГФ. Частные реакции оксалат-иона C2O42-   Оксалат-ион – это анион щавелевой кислоты H2C2O4. 1. Хлорид бария BaCl2 образует с C2O42- белый творожистый осадок: (NH4)2C2O4 + BaCl2 = BaC2O4↓ + 2NH4Cl Осадок легко растворяется в HCl и HNO3, при кипячении в CH3COOH. 2. Хлорид кальция CaCl2 дает с ионом C2О42- белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция: (NH4)2C2O4 + CaCl2 = CaC2O4↓ + 2NH4Cl Осадок не растворим в CH3COOH, но растворим в HCl и HNO3. 3. Перманганат калия KMnO4 в присутствии H2SO4 при слабом нагревании окисляет ионы C2O42- до оксида углерода CO2, раствор обесцвечивается, т.к. восстанавливается Mn2+: 5(NH4)2C2О4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5(NH4)2SO4 + 10CO2↑ + 8H2O Реакция ГФ. Частные реакции хромат-иона CrO42- 1. BaCl2 с CrO42- образует желтый осадок хромата бария: K2CrO4 + BaCl2 = BaCrO4↓ + 2KCl Осадок растворим в минеральных кислотах, но не растворим в CH3COOH. Дихромат-ионы Cr2O72- образуют желтый осадок с BaCl2 только в присутствии ацетата натрия. 2. Нитрат свинца Pb(NO3)2 дает с хромат-ионами осадок желтого цвета: Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 + 2KNO3 Осадок растворяется в азотной кислоте и щелочах. 2. Нитрат свинца Pb(NO3)2 дает с хромат-ионами осадок желтого цвета: Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 + 2KNO3 Осадок растворяется в азотной кислоте и щелочах. 4. H2O2 в кислой среде окисляет дихромат-ион Cr2O72- до надхромовой кислоты синего цвета. При добавлении диэтилового эфира и при встряхивании надхромовая кислота окрашивает эфирный слой в синий цвет. K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2H2CrO6 + K2SO4 + 3H2O Реакция ГФ.   2. Анионы второй аналитической группы. Ко второй аналитической группе анионов относятся хлорид-ион Cl-, бромид-ион Br-, иодид-ион I- и сульфид-ион S2-, роданид-ион SCN- Эти анионы образуют с катионом Ag+ соли, нерастворимые в воде и разбавленной азотной кислоте. Групповым реагентом на анионы второй группы является нитрат серебра AgNO3 в присутствии азотной кислоты HNO3. Хлорид бария BaCl2 с анионами второй группы осадков не образует. Частные реакции хлорид-иона Cl- 1.Нитрат серебра AgNO3 образует с анионом Cl- белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в воде и кислотах. Осадок растворяется в аммиаке, при этом образуется комплексная соль серебра [Ag(NH3)]2Cl. При действии азотной кислоты комплексный ион разрушается и хлорид серебра снова выпадает в осадок. Реакции протекают в такой последовательности: Cl- +Ag+→AgCl AgCl+2NH4OH→[Ag(NH3)2]Cl+2H2O [Ag(NH3)2]Cl+2H+→AgCl↓+2NH4+ Реакции ГФ. 2.Оксид марганца МnО2 или оксид свинца РbO2 окисляют ионы хлора до свободного хлора, который можно обнаружить по запаху и по посинению бумажки смоченной раствором иодида калия и крахмального клейстера: 2C1-+МnО2+4Н+→С12+Мn2++2H2O Иодид- и бромид-ионы мешают проведению реакции. Частные реакции бромид-иона Br- 1.Нитрат серебра AgNO3 образует с бромид-ионом Br- желтоватый осадок бромида серебра AgBr, нерастворимый в азотной кислоте и плохо растворимый в аммиаке. AgNO3 + KBr = AgBr↓ + KNO3 Реакция ГФ. 1.Хлорная вода или хлороформ при взаимодействии с бромид-ионами окисляет их до свободного брома. Cl2 + KBr → KCl + Br2 В присутствии которого бензол окрашивается в красновато-бурый цвет (бензольное кольцо), а при избытке хлорной воды становится лимонно-желтым или желто-оранжевым вследствие образования хлорида брома BrCl2. Частные реакции иодид-ионов I- 1.Нитрат серебра образует с анионами I- жёлтый осадок иодида серебра AgI , нерастворимый в азотной кислоте и растворе аммиака (отличие от AgCl): AgNO3+KI→AgI↓+KNO3 Ag++I-→AgI Реакция ГФ. 2.Хлорная вода или хлoроформ, как и для бромид-ионов Br-, является важнейшим реактивом на иодид-ионы I-. При прибавлении её к растворам иодидов в кислой среде происходит окисление иодид-ионов I- до свободного иона, который окрашивает крахмал в синий цвет, а органические растворители – в фиолетовый цвет Cl2+2I-→2Cl-+I2 При избытке хлорной воды фиолетовая окраска исчезает вследствие образования иодноватой кислоты HIO3: 5Cl2+I2+6H2O→2HIO3+10HCl Появляется характерная для иода фиолетовая окраска бензольного слоя. Реакция ГФ. 3. Хлорид железа (III) FeCl3 и другие окислители (CuSO4, NaNO2, K2Cr2O7) окисляют иодиды до свободного йода: 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + 2KCl + I2 Выделение I2 обнаруживают по посинению крахмала. Реакция ГФ. 4. Нитрат или ацетат свинца (II) дает желтый осадок PbI2, растворяющийся при нагревании в воде и выпадающий вновь при охлаждении раствора в виде золотистого осадка: 2KI + Pb(NO3)2 = PbI2↓ + 2KNO3 Реакция ГФ. Частные реакции сульфид-иона S2- 1. Нитрат серебра AgNO3 образует с анионом S2- чёрный осадок сульфида серебра Ag2S, который нерастворим в растворе аммиака, но растворяется при нагревании в разбавленной азотной кислоте: 2AgNO3+Na2S→Ag2S↓+2NaNO3 2Ag++S2-→Ag2S↓ 2. Кислоты (H2SO4, HCl) при действии на сульфиды разлагают их с образованием сероводорода: Na2S+H2SO4→H2S↑+Na2SO4 Сероводород определяют по запаху и по почернению бумаги, смоченной раствором ацетата свинца Pb(CH3COO)2 при поднесении её к отверстию пробирки: H2S+Pb(CH3COO)2 →PbS↓+2CH3COOH 3. Соли кадмия с сульфид-ионами дают желтый осадок сульфида кадмия CdS: (NH4)2S + CdSO4 = CdS↓ + (NH4)2SO4   Частные реакции роданид-ионов SCN- 1. Нитрат серебра AgNO3 с ионами SCN- образует белый творожистый осадок роданида серебра: AgNO3 + KSCN = KNO3 + AgSCN↓ Осадок не растворим в разбавленной HNO3, но растворим в NH4OH. 2. Хлорид железа (III) с SCN- дает кроваво-красное соединение: KSCN + FeCl3 = Fe(SCN)3 + 3KCl Реакция высокочувствительна. Реакция ГФ.  3.Анионы третьей аналитической группы. К третьей группе анионов относятся нитрат-ион NO3- , нитрит-ион NO2- , ацетат-ион CH3COO-. Катионы бария Ba2+ и серебра Ag+ с анионами этой группы осадков не образуют. Группового реагента на анионы третьей группы нет. Частные реакции нитрат-иона NO3- 1. Дифениламин (C6H5)2NH с нитрат-ионом NO3- образует интенсивно-синее окрашивание. Аналогичное окрашивание даёт и анион NO2- . 2. Сульфат железа (II) с нитрат-ионом NO3- образует в концентрированном растворе серной кислоты комплексную соль бурого цвета [Fe(NO)]SO4. Анионы I- и Br- образуют сходные по окраске кольца. Анион NO2- даёт эту реакцию с более разбавленными кислотами. 3. Сульфаниловая кислота H2N-C6H4-SO3H и α-нафтиламин C10H7-NH2 при взаимодействии с нитрит-ионами образуют окрашенный в красный цвет азокраситель состава: H2N-C10H6-N=N-C6H4-SO3H Реакция ГФ.  Условия проведения опыта. Окислители, которые могут окислить нитрит-ион NO2- , мешают проведению опыта. Реакцию целесообразно проводить при малых концентрациях NO2- в анализируемом растворе. 4. KMnO4 в присутствии разбавленной H2SO4 обесцвечивается солями азотистой кислоты: 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O 5. Антипирин в кислой среде с NO2- образует раствор зеленого цвета. Реакция ГФ. Реакции ацетат-ионов CH3COO- 1.Серная кислота, взаимодействуя с ацетатами, вытесняет из них свободную уксусную кислоту, которая, улетучиваясь при нагревании, придаёт раствору специфический запах уксуса. 2CH3COONa+H2SO4→2CH3COOН+Na2SO 2. При взаимодействии спирта с растворами ацетатов образуются эфиры, которые определяются по запаху (реакция этерификации): 2CH3COONa+H2SO4→Na2SO4+2CH3COOH CH3COOH+C2H5OH → CH3COOC2H5+H2O Условия проведения опыта. Нагревание смеси следует проводить 4-5 мин (до образования этилацетата). Для ускорения реакции рекомендуется добавить кристаллик нитрата серебра, который играет роль катализатора. 3. Хлорид железа FeCl3 при взаимодействии с растворами ацетатов образует ацетат железа красно-бурого цвета, который при разбавлении и нагревании легко подвергается гидролизу с образованием осадка основной соли ацетата железа (III): Fe(CH3COO)3+2H2O=Fe(OH)2CH3COO↓+2CH3COOH Открывать ацетат-ионы этой реакцией нельзя в присутствии анионов CO32- , I-, SO32- , PO43- , S2-. Их необходимо осадить хлоридом бария и нитратом серебра. Реакция протекает при рН 5-8. 3. Хлорид железа FeCl3 при взаимодействии с растворами ацетатов образует ацетат железа красно-бурого цвета, который при разбавлении и нагревании легко подвергается гидролизу с образованием осадка основной соли ацетата железа (III): Fe(CH3COO)3+2H2O=Fe(OH)2CH3COO↓+2CH3COOH Открывать ацетат-ионы этой реакцией нельзя в присутствии анионов CO32- , I-, SO32- , PO43- , S2-. Их необходимо осадить хлоридом бария и нитратом серебра. Реакция протекает при рН 5-8. 1. Частные реакции аниона C2O42- 2. Частные реакции аниона CrO42- 3. Частные реакции аниона S2O32- 4. Частные реакции аниона B4O72- 5. Частные реакции силикат-аниона 6. Частные реакции фосфат-аниона 7. Частные реакции сульфит-аниона 8. Частные реакции карбонат-аниона 9. Частные реакции сульфат-аниона 10. Действие группового реактива анионов 1 и 2 аналитических групп. 11. Частные реакции аниона Cl- 13. Частные реакции аниона Br- 13. Частные реакции аниона I- 14. Частные реакции аниона S2- 15. Частные реакции аниона SCN- 16. Частные реакции аниона NO3- 17. Частные реакции аниона NO2- 18. Частные реакции аниона CH3COO-