Podstawy analizy jakościowej, Ćwiczenia z Chimica

Pobierz Podstawy analizy jakościowej i więcej Ćwiczenia w PDF z Chimica tylko na Docsity! 1 (Ćwiczenie nr 1) 1. Podstawy analizy jakościowej 1.1. Podział kationów na grupy analityczne Podstawą podziału na grupy analityczne jest wielkość iloczynu rozpuszczalności poszczególnych soli metali. Jak wiadomo z poprzednio omawianych ćwiczeń, im niższą wartość ma iloczyn rozpuszczalności, tym trudniej rozpuszcza się dany osad. Kationy, które tworzą trudno rozpuszczalne osady z jednym określonym odczynnikiem chemicznym, można zaliczyć do jednej grupy. Kationy zaszeregowuje się do pięciu grup analitycznych. Odczynnikiem grupowym dla I grupy analitycznej jest kwas solny, który z kationami I grupy tworzy trudno rozpuszczalne chlorki. Kationy II grupy można wydzielić z roztworu badanego przy użyciu H2S gazowego jako odczynnika grupowego, w środowisku kwaśnym od kwasu solnego, lub używając w tym celu tioacetamidu, który w wyniku hydrolizy na gorąco wydziela H2S. III grupa kationów daje trudno rozpuszczalne osady pod wpływem siarczku amonowego w środowisku zasadowego buforu amonowego. Wapń, stront i bar należą do IV grupy, dają trudno rozpuszczalne osady pod wpływem działania węglanu amonowego w środowisku buforu amonowego i wreszcie V grupa nie posiada odczynnika grupowego. Schematycznie przynależność do grup można ująć w sposób przedstawiony na tablicy 13.1 1.2. Warunki strącania osadów odczynnikami grupowymi Kationy I grupy analitycznej tworzą z kwasem solnym trudno rozpuszczalne osady chlorków. Kationy natomiast pozostałych grup wykazują tendencję do tworzenia z kwasem solnym dobrze rozpuszczalnych związków. Dlatego też działanie kwasem solnym na mieszaninę wszystkich kationów pozwala na wyodosobnienie jonów rtęciawych, ołowiawych i srebrowych. Wiele jonów metali tworzy siarczki trudno rozpuszczalne pod wpływem jonów siarczkowych. W zależności od środowiska reakcji, te trudno rozpuszczalne siarczki można podzielić na takie, które rozpuszczają się w roztworze rozcieńczonych kwasów mineralnych, oraz liczniejszą grupę siarczków nierozpuszczalnych w kwasach. 2 Do drugich należą kationy II grupy analitycznej, dla której odczynnikiem grupowym jest siarkowodór w środowisku kwasu solnego. Siarczki te wykazują małe wartości iloczynów rozpuszczalności. W obrębie kationów zaliczonych do II grupy analitycznej wyróżnia się dwie podgrupy: pierwsza zawierająca jony Pb 2+ , Hg 2+ , Bi 3+ , Cu 2+ i Cd 2+ , która ma siarczki nierozpuszczalne w wielosiarczku amonowym (NH4)2Sx i druga podgrupa, zawierająca jony As 3+ , As 5+ Sn 2+ , Sn 4+ , Sb 3+ , Sb 5+ których siarczki rozpuszczają się w wielosiarczku amonowym. Druga podgrupa II grupy zawiera pierwiastki bez większego znaczenia praktycznego, dlatego też nie podajemy tu reakcji charakterystycznych dla tych kationów. Drugi, liczniejszy zespół siarczków stanowią te, które nie wytrącają się w środowisku rozcieńczonych kwasów mineralnych, a otrzymuje się je działając na obojętne lub lekko alkaliczne roztwory siarczkiem amonu. Siarczek amonowy jako sól słabego kwasu i słabej zasady ulega łatwo hydrolizie z wytworzeniem słabo zdysocjowanej zasady amonowej i słabo zdysocjowanego kwasu siarkowodorowego. Na stan równowagi, jaki się wytwarza w wodnym roztworze siarczku amonowego, pomiędzy niezdysocjowanymi cząsteczkami siarczku amonowego (NH4)2S, wodorotlenku amonowego (NH4OH), kwasu siarkowodorowego (H2S) i wodorosiarczku amonowego (NH4HS) a jonami amonowymi (NH4) + , siarczkowymi (S 2- ), hydroksylowymi (OH - ), wpływa w sposób znaczny dodatek chlorku amonowego NH4Cl i niewielkich ilości wodorotlenku amonowego NH4OH, czyli mieszaniny buforowej, która ma utrzymać pH roztworu na poziomie wartości 9. (Dodatek NH4OH zapobiega hydrolizie (NH4)2S, a dodatek NH4Cl zapobiega dysocjacji NH4OH). Chlorek amonowy jako sól jest prawie całkowicie zdysocjowany na jony amonowe NH4 + i chlorkowe Cl - . Jony amonowe pochodzące z dysocjacji NH4C1 wpływają na przesunięcie równowagi dysocjacji wodorotlenku amonowego w kierunku nie zdysocjowanych cząsteczek. Ma to zasadnicze znaczenie przy wytrącaniu osadu odczynnikiem grupowym III grupy analitycznej. Jak już wcześniej wspomniano, odczynnikiem grupowym III grupy analitycznej jest siarczek amonowy w środowisku chlorku amonowego i wodorotlenku amonowego, którego dodaje się w celu utrzymania pH=9. W tych warunkach jony niklawe Ni 2+ , kobaltawe Co 2+ , żelazawe Fe 2+ manganawe Mn 2+ oraz jony cynkowe Zn 2+ strącają się w postaci siarczków, natomiast chromowe Cr 3+ i Tablica 13.2 Odczynnik Jony I grupy anali | wwkc! m z strącający Ag" Hg?" Pbż* ] | Wprawny analityk potrafi LAgCI - biały serowaty, me | rozróżnić te trzy różniące HCI fiołkowicjący naświetle | HE>Cla— biały jedwabisty, | py. _ biały krystaliczny | siębiałe osady, studenci 2 Y dzi tzw. kalomel jednak » » iennym jednak muszą się oprzeć na teście z NH; aq [Ag(NH;),JCI - chlorek gz amoniako-srebrowy dobrze LHg" + Hs i a Reakcje białych osadów | rozpuszczalny w HO — | taga a kasi VAgCI rozpuszcza się chlorków z NH; aq czyli osad LAgCI doo NA, UHg;CI — czernieje (NH;OH) rozpuszcza się w NH; aq, | 72 CJa dysproporcjowania, LPbCI — nie zmienia się pod wpływem HNO, |. osad kalomelu czenieje odtwarzasiędAgci | Podwpływem NE; aq 4Pb(OH), biały amfoter NaOH lHg0 rozpuszcza się zarówno a czarny 'w kwasie, jak i w nadmiarze zasady KI VAg] „UHgal> LPbJ; żółtawy zielonkawy żółty KCHO. lAgCr0, UHg>Cr0, 4PbCrO, DDT brunatnoczerwony ceglastoczerwony żółty J PbSO, 4 HSO, biały  6 1.4. Reakcje charakterystyczne dla kationów II grupy analitycznej Hg 2+ Hg(NO3)2 + H2S =↓LHgS + 2 HNO3 osad czarny Hg(NO3)2 + 2 NaOH = ↓HgO + H2O + 2 NaNO3 osad żółty Hg(NO3)2 + 2 KJ = ↓HgJ2 + 2 KNO3 osad czerwonoceglasty ↓HgJ2 + 2 KJ = K2[HgJ4] 2 HgCl2 + SnCI2 = ↓Hg2Cl2 + SnCl4 osad biały ↓Hg2CI2 + SnC12 = SnCl4 + ↓2 Hg osad czarny Bi 3+ 2 Bi(NO3)3 + 3 H2S = ↓Bi2S3 + 6HNO3 brunatnoczamy rozpuszczalny w stężonym HCI Bi(NO3)3 + 3 NaOH = ↓Bi(OH)3 + 3 NaNO3 osad biały ↓Bi(OH)3 + 3 Na2SnO2 = 3 Na2SnO3 + 3H2O + ↓Bi osad czarny Cynin sodowy Na2SnO2 należy przyrządzić samemu w myśl równań: SnCl2 +2 NaOH =↓Sn(OH)2 + 2 NaC1; ↓Sn(OH)2 + 2 NaOH= Na2SnO2 + 2 H2O osad biały cynin sodowy BiCl3 +2 H2O = ↓Bi(OH)2Cl + 2 HCI osad biały BiCl3 + H2O = ↓BiOCl +2 HC1 osad biały chlorku bizmutylu Cu 2+ CuSO4 + H2S = ↓CuS + H2SO4 osad czarny rozpuszczalny tylko w stężonym HNO3 ↓3 CuS + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 3S + 2NO + 4H2O 7 CuSO4 + 2 NaOH = ↓Cu(OH)2 + Na2SO4 osad niebieski, podczas prażenia przechodzi w CuO brunatnoczarny 2 CuSO4 + 2 NH4OH = ↓ (CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4 osad zielonkawoniebieski (CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4 + 6 NH4OH = 2 [Cu(NH3)4]SO4 + 8 H2O kompleks amoniakalno-miedziowy dobrze rozpuszczalny o zabarwieniu lazurowym CuSO4 + Fe = ↓Cu + FeSO4 Cd 2+ CdCl2 + H2S =↓CdS + 2 HCI osad żółty CdC12 + 2NaOH = ↓Cd(OH)2 + 2NaC1 biały osad CdCl2 + 2NH4OH =↓Cd(OH)2 + 2NH4C1 osad biały ↓Cd(OH)2 + 4 NH4OH = [Cd(NH3)4](OH)2 + 4H20 Podane tutaj reakcje, charakterystyczne dla kationów II grupy analitycznej, pozwalają na zidentyfikowanie kationu w prostej próbce badanej, tzn. zawierającej jeden kation, jak również pozwalają oddzielić poszczególne kationy z ich mieszaniny. I tak wystarczy sobie uświadomić, że jony miedziowe w roztworze wodnym mają zabarwie- nie niebieskie i jeśli próbka otrzymana do analizy ma takie zabarwienie, to z dużą dozą prawdopodobieństwa należy przypuszczać, że mamy do czynienia z jonami miedziowymi (tabl. 13.3). Spośród pozostałych trzech bezbarwnych kationów najprościej jest odróżnić jony kadmowe, gdyż w środowisku siarkowodoru dają żółty osad, pozostałe natomiast dają osady siarczków czarne lub brunatnoczarne. Jeżeli z bezbarwnego roztworu kationu II grupy strąca się pod wpływem siarkowodoru ciemny osad, to należy przypuszczać, że mamy do czynienia z jonami rtęciowymi lub bizmutawymi. Rozróżnienie pomiędzy tymi dwoma kationami najprościej przeprowadzić przy użyciu zasady sodowej dodanej do próbki pierwotnej. Gdy wytrąci się żółty osad HgO, należy przypuszczać, że w analizowanym roztworze znajdują się jony rtęciowe, jeśli natomiast strąci się biały osad, czerniejący pod wpływem cyninu sodowego, to mamy do czynienia z jonami Bi 3+ 10 Co(OH)Cl + NaOH = ↓Co(OH)2 + NaCl przy ogrzaniu osad różowy z nadmiarem NaOH CoC12 + 4NH4SCN = (NH4)2[Co(SCN)4] + 2NH4CI rodanek zabarwienie niebieskie amonowy Ni 2+ NiCl2 + (NH4)2S = ↓NiS + 2 NH4CI osad czarny ↓3NiS + 8HNO3 = 3Ni(NO3)2 + ↓3S + 2NO + 4H2O stężony NiCI2 + 2 NaOH = ↓Ni(OH)2 + 2 NaCl jasnozielony osad NiOH 2NiSO4 + 2NH4OH = ↓SO4 + (NH4)2 SO4 NiOH osad zielony (NiOH)2SO4 + (NH4)2SO4 + 10 NH4OH = 2[Ni(NH3)6]SO4 + 12 H2O Dwumetyloglioksym strąca różowy osad (reakcja Czugajewa) NiCl2 + 2 C4H8N2O2 =2 HCI +↓NiC8H14N4O4 osad różowy Fe 3+ 2 FeCl3 + H2S = 2 FeCl2 + ↓S + 2 HCl żółta, w dużym rozproszeniu mleczno biała 2 FeCl3 + 3 (NH4)2S = ↓Fe2S3 + 6 NH4Cl osad czarny ↓Fe2S3 + 4 HC1 = 2 FeCl2 + ↓S + 2 H2S FeCl3 + 3 NaOH = ↓Fe(OH)3 +3 NaCl osad rdzawobrunatny 4 FeCl3 + 3 K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12 KCl błękit pruski Fe4[Fe(CN)6]3 + 12 NaOH = 3 Na4[Fe(CN)6] + ↓Fe(OH)3 osad rdzawy FeC13 +3 NH4CNS = Fe(CNS)3+ 3 NH4C1 zabarwienie krwiste 11 Mn 2+ MnC12 + (NH4)2S = ↓MnS + 2NH4CI osad cielisty MnC12 + 2NaOH = ↓Mn(OH)2 +2 NaCI osad biały brunatniejący na powietrzu, gdyż przechodzi w MnO(OH)2 2 MnSO4 +5 PbO2 + 6 HNO3 = 2HMnO4 + 2 PbSO4 + 2 H2O + 3 Pb(NO3)2 zabarwienie fiołkowe w obecności HNO3 4 AgNO3 2 MnSO4 + 5 (NH4)2S2O8 + 8 H2O = 2 HMnO4 + 5(NH4)2SO4 + 7 H2 SO4 Cr 3+ Cr2(SO4)3 + 3 (NH4)2S + 6H2O = ↓Cr(OH)3 +3 (NH4)2SO4 + 3 H2S zielonkawy osad CrCl3 +3 NaOH = ↓Cr(OH)3 +3 NaC1 osad zielonkawy ↓Cr(OH)3 + 6 NH4OH = [Cr(NH3)6](OH)3 + 6 H2O Al 3+ Al2(SO4)3 + 3 (NH)2S +6 H2O = ↓Al(OH)3 + 3 (NH4)2SO4 + 3 H2S osad biały AlCl3 +3 NaOH = ↓Al(OH)3 +3 NaCl osad biały amfoter ↓Al(OH)3 +3 HC1 =AlCl3 +3 H2O osad biały -H2O Al(OH)3 = H3A1O3 → HAlO2 HAlO2 + NaOH = NaAlO2 + H2O metaglinian sodowy Zn 2+ ZnCl2 + (NH4)2S = ↓ZnS +2 NH4Cl osad biały ZnSO4 + 2 NaOH = ↓Zn(OH)2 + Na2 SO4 osad biały amfoter ↓Zn(OH)2 +2 HCl = ZnCl2 +2 H2O ↓H2ZnO2 + 2 NaOH = Na2ZnO2 + 2 H2O cynkan sodowy ↓Zn(OH)2 + 6 NH4OH = [Zn(NH3)4](OH)2 + 6 H2O Tablica 13.4 „ Jony III grupy analitycznej pochodzące z soli dobrze rozpuszczalnych Odczynnik ycznej po zp y GAGI Co?* Niż* Fe3+ Mn?* Cr3* AB+ Zn?* (NH;)>S . w obecności) CoS NiS FeS3 Bardzo trudno NH;CI czarny czarny czarny MnS Cr(0H); AI(OH); ZnS odróżnić i NH4OH rozpuszczalny |rozpuszczalny +8 cielisty zielonkawy biały biały AB+ od Zn?* czyli buforu| w stęż. HNO; | w stęż. HNO; biały amonowego Co(OH)CI Jedyne odróżnie-| niebieski po A A nie jonów AB* od ogrzaniu Fe(OH) Mn(0H) decowa Zn(OH), | Zn** to rozpusz- NaOH z nadmiarem Ni(OH)» w biały osad Cr(OH); 8 fot ty) biały amfoter| czanie białych NaOH jasnozielony brunatniejący | zielonkawy amioter "| ozpuszczalny wodorotlenków brunatny H nierozpusz- przechodzący na powietrzu l w NH;OH w NH,OH, w Co(0H)> w NHLGH wykonać różowy s ślepe próby (NIOH),SO, CHOH); zielony Fe(OH). zielonkawy AI(OH); NH,OH rozpuszcza się zona rozpuszcza się biały + w nadmiarze, natny w nadmiarze |galaretowaty tworząc tworząc amfoter [Ni(NH;)5]SO; [Cr(NH;)G(OH); (NH,)„[Co(CNS);] Fe(CNS); niebiesko zabarwienie NH;CNS zabarwiony, krwistoczer- dobrze wone dobrze rozpuszczalny rozpuszczalny dwumetylo- i j2+ glioksym z PbO; lub ZNAD e Reakcje CAHyN202 (NH4)28;05 wymaga * wybiórcze "NHLOH dj M jw HNO; daje zastosowania 4 aje fioletowy katalizatora różowy HMn0O4 AgNO NiCęH4N404 ; 12 Tablica 13.5 Jony TV grupy analitycznej pochodzące z soli dobrze rozpuszczalnych Odczynnik strącający UWAGI Ca?* Sr2+ Ba?* iność , (NH,);CO; w środowisku LCaCO; LSrCO4 UBaCO; Tee wraz żę wo NICI i NH4OH osad biały osad biały osad biały asystontonej Rozpuszczalność 1Ca80; VSrS04 1Ba80, siarczanów silnie maleje HSO, biały strącający się _ | biały lepiej strącający się | biały strącający się ZZO po chwili na gorąco natychmiast . 0 masy atomowej 4srSO, UBasO, . „ Nasycony roztwór CaS0, osad biały strąca się osad biały strąca się | Rozróżnienie w obrębie IV r grupy analitycznej po ogrzaniu natychmiast | K4C1H07 nie strąca się VBaCrO, żółty Identyfikacja Ba?* CaC204 VSrC204 MBaC>04 Rozpuszczanie biały osad biały osad biały osad szczawianów w CH;COOH (NH);C;0; , "a nierozpuszczalny rozpuszczalny rozpuszczalny jako rozróżnienie w obrębie w CH;COOH w CH;COOH w CH;COOH IV grupy analitycznej Zabarwienie płomienia ceglastoczerwone karminowe zielone 15  16 Przy analizie próbki złożonej, jon NH4 + należy wykryć z pierwotnej próbki przed przystąpieniem do badania na zawartość innych kationów. Jon ten należy wykryć, zanim przystąpi się do systematycznego badania roztworu, dlatego że podczas analizy dodaje się niejednokrotnie soli amonowych. Wykrywa się go w ten sposób, że do próbki roztworu badanego dodaje się stężonego roztworu NaOH i ogrzewa. W przypadku obecności NH4 + wydziela się gazowy NH3, który łatwo poznać po zapachu lub przez zbliżenie do wylotu probówki czerwonego, zwilżonego papierka lakmusowego. Odczynnik strącający Jony V grupy analitycznej UWAGI Li + Na + K + NH4 + brak odczynnika grupowego analiza płomieniowa (obserwacja zabarwienia płomienia) NaOH (na gorąco) barwi płomień na karminowo barwi płomień na żółto barwi płomień na fioletowo - NH3 NH4Cl (biały dym) analiza czerwonym zwilżonym papierkiem lakmusowym lub za pomocą węchu po dodaniu HCl Na + Sód barwi płomień na żółto (zabarwienie utrzymuje się przez dłuższy czas). K + Potas barwi płomień na fioletowo. W obecności jonów Na + obserwację zabarwienia płomienia należy prowadzić przy użyciu szkła kobaltowego. Li + Lit barwi płomień na kolor karminowy. Zagadnienia 1. Na jakiej podstawie zaszeregowuje się kationy do poszczególnych grup analitycznych? 2. Podstawowy test odróżniający kationy I grupy analitycznej. 3. Rozróżnianie kationów w obrębie II grupy analitycznej. 4. Jakie kationy III grupy analitycznej sprawiają kłopot przy wykrywaniu i dlaczego? Jak je rozróżnić? 5. Podstawowy test odróżniający kationy IV grupy analitycznej. 6. Jak należy poprawnie wykonać próbę na jon amonowy?