Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу "химия" (стр. 13 из 17)

групповыми (таблицы 1 и 2). Качественный анализ делят на анализ

Таблица 1

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

НЕКОТОРЫХ КАТИОНОВ

Группа (наз-ие группы)	Ионы	Характерис-тика группы	Груп-повой реагент	Характер получаемых соединений
I (не имеет назва-ния)	NH4+, Na+, K+	Хлориды, сульфаты и гидроксиды, растворимые в воде	Нет	Раствор NH4+, Na+, K+
II (хло-ридная)	Ag+, Pb2+, Hg22+	Хлориды, не- растворимые в воде и разбавлен-ных кислотах	2Н раствор HCl	AgCl, PbCl2, Hg2Cl2
III (суль- фатная)	Ca2+, Sr2+, Ba2+, (Pb2+)	Сульфаты, нераствори- мые в воде и кислотах	2H раствор H2SO4	Осадки BaSO4, SrSO4, CaSO4, (PbSO4)
IV (амфо-литная)	Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+	Амфотерные гидроксиды, растворимые в избытке щелочи	Избы-ток 2Н раство-ра щелочи	Раствор [Al(OH)4(H2O)2]- [Cr(OH)4(H2O)2]- [Zn(OH)4]2- [Sn(OH)4]2-
V (гид- роксид-ная)	Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Bi3+	Гидроксиды, нераствори-мые в избытке щелочи	Избы-ток 25% раство-ра NH4OH	Осадок Mg(OH)2 Mn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Bi(OH)3
VI (амми-акатная)	Cu2+, Hg2+, Cd2+, Co2+, Ni2+	Гидроксиды, образующие растворимые аммиакаты	Раствор [Cu(NH3)4]2+ [Co(NH3)6]2+ [Ni(NH3)6]2+ [Hg(NH3)4]2+ [Сd(NH3)4]2+

катионов и анализ анионов. Как правило, в начале работы с исследуемым раствором проводят анализ катионов, затем анализ анионов.

Все катионы и анионы делят на аналитические группы. Основу классификации ионов составляет различие в растворимости образуемых ими соединений.

В настоящей работе используется кислотно-щелочная система классификации катионов (табл.1) и классификация анионов в зависимости от растворимости их соединений с Ba²⁺ и Ag⁺ (табл.2).

Таблица 2

КЛАССИФИКАЦИЯ НЕКОТОРЫХ АНИОНОВ

Группа	Ионы	Групповой реагент	Характер получаемых соединений
I	SO42-, CO32-, PO43-, SiO32-	BaCl2	BaSO4 , BaCO3, Ba3(SO4)2, BaSiO3
II	Cl-, S2-	AgNO3	AgCl, Ag2S
III	NO3-	Нет

Экспериментальная часть

Аналитические реакции катионов NH⁴⁺, Pb²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ и анионов: SO₄^2-, CO₃^2-, Cl^-, NO₃^-.

Опыт 1. Аналитические реакции на катион NH⁴⁺

Описание опыта 1.1

Щелочи (NaOH, KOH) при нагревании разлагают соли аммония с выделением аммиака:

NH₄Cl + NaOH ® NaCl + NH₃ + H₂O

NH⁴⁺ + OH^- ® NH₃ + H₂O .

Опыт проводят в газовой камере (рис.1) при наличии индикатора - влажной фенолфталеиновой бумаги. Выделяющийся в результате реакции аммиак реагирует с водой на поверхности влажной фенолфталеиновой бумаги с образованием NH₄OH. Раствор имеет pH>7 и фенолфталеин приобретает красный цвет

NH₃ + H₂O ® NH₄OH^- ® NH⁴⁺ + OH^- pH>7

Порядок выполнения

1. Поместить 2 капли раствора NH₄Cl в фарфоровую чашку (1).

2. Добавить в (1) 2 капли раствора NaOH.

3. На часовое стекло (2) поместить белую фенолфталеиновую бумагу, смоченную дистиллированной водой.

4. Накрыть фарфоровую чашку (1) часовым стеклом (2) и нагреть на газовой горелке или водяной бане.

1 - фарфоровая чашка; 2 - часовое стекло; 3 – влажная фенол- фталеиновая бумага 4 - смесь NH4Cl + NaOH

Рис. 1. Газовая камера

Задание

1. Перепишите ионно-молекулярное уравнение аналитической реакции на ион NH⁴⁺, укажите условия и признаки реакции.

Описание опыта 1.2

Реактив Несслера (смесь K₂[HgI₄] и KOH) образует с катионом NH₄⁺ осадок красно-бурого цвета:

NH₄Cl+ 2K₂[HgI₄] + 4KOH®[OHg₂NH₂]I¯ + KCl + 7KI +3H₂O

NH₄⁺ + 2[HgI₄]^2- + 4OH^- ® [OHg₂NH₂]I¯ + 7I^- + 3H₂O

Порядок выполнения

1. Налить в пробирку 3 капли раствора NH₄Cl.

2. Добавить 3 капли реактива Несслера и 2-3 капли KOH.

Задание

1. Перепишите ионно-молекулярное уравнение аналитической реакции на ион NH₄⁺, укажите признаки реакции.

Опыт 2 Аналитическая реакция на катион Pb²⁺

Описание опыта

Иодид калия образует с катионами Pb²⁺ осадок желтого цвета:

Pb(NO₃)₂ + 2KI ® PbI₂¯ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2I^- ® PbI₂¯

Иодид свинца растворим в горячей воде, при охлаждении горячего раствора вновь образуются кристаллы золотистого цвета PbI₂.

Порядок выполнения

1. Налить в пробирку 3 капли раствора Pb(NO₃)₂.

2. Добавить 3 капли раствора KI.

3. Проверить растворимость осадка PbI₂ в горячей воде.

Задание

1. Перепишите ионно-молекулярное уравнение аналитической реакции на ион Pb²⁺ , укажите признаки реакции.

Опыт 3. Аналитическая реакция на катион Ca²⁺

Описание опыта

Оксалат аммония образует с катионами Ca²⁺ белый кристаллический осадок:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ ® CaC₂O₄¯ + NH₄Cl

Ca²⁺ + C₂O₄^2- ® CaC₂O₄¯

Оксалат кальция растворим в HCl, и не растворим в CH₃COOH.

Порядок выполнения

1. Налить в пробирку 3 капли раствора CaCl₂.

2. Добавить 3 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄.

3. Проверить растворимость осадка CaC₂O₄ в HCl, CH₃COOH.

Задание

1. Перепишите ионно-молекулярное уравнение аналитической реакции на ион Ca²⁺, укажите признаки реакции.

Опыт 4. Аналитическая реакция на катион Ba²⁺

Описание опыта

Хромат калия K₂CrO₄ или бихромат калия K₂Cr₂O₇ образуют с катионами Ba²⁺ в уксуснокислой среде (pH » 5) осадок желтого цвета, растворимый в сильных кислотах, но не растворимый в CH₃COOH:

BaCl₂ + K₂CrO₄ ® BaCrO₄¯ + 2kcl

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O ® 2BaCrO₄¯ + 2KCl + 2HCl

Бихромат-ион Cr₂O₇^2- в растворе гидролизуется, поэтому одновременно присутствуют ионы Cr₂O₇^2- и CrO₄^2-.

Cr₂O₇^2- + H₂O = 2CrO₄^2- + 2H⁺

Так как К_s(BaCrO₄) < K_s(BaCr₂O₇), то равновесие гидролиза смещено в сторону ионов CrO₄^2- и из раствора выпадает осадок BaCrO₄.

Порядок выполнения

1. Налить в пробирку 3 капли раствора BaCl₂.

2. Добавить 3 капли раствора K₂CrO₄ или K₂Cr₂O₇.

3. Прилить 2-3 капли раствора CH₃COOH.

4. Пробирку с раствором нагреть на водяной бане.

5. Проверить осадок на растворимость в 2H HCl и CH₃COOH.

Задание

1. Напишите ионно-молекулярные уравнения аналитических реакций на ион Ca²⁺, укажите признаки реакций.

2. Выпишите из справочника значения K_s(BaCrO₄) и K_s(BaCr₂O₇), и сделайте вывод об их относительной растворимости.

Опыт 5. Аналитическая реакция на катион Al³⁺

Описание опыта

Ализарин (1,2-дигидроксиантрахинон C₁₄H₆O₂(OH)₂) образует с Al(OH)₃ в аммиачной среде трудно растворимое соединение ярко-красного цвета, называемое алюминиевым лаком. Реакцию выполняют капельным путем.

Порядок выполнения

1. На фильтровальную бумагу нанести 1-2 капли раствора AlCl₃.

2. Фильтровальную бумагу с влажным пятном подержать 1-2 мин. над склянкой с концентрированным раствором NH₄OH. Катион Al³⁺ образует гидроксид Al(OH)₃.

3. Поместить на влажное пятно 1 каплю раствора ализарина и вновь подержать в парах аммиака (над склянкой с конц. NH₄OH).