Перша аналітична група аніонів

Мета роботи: навчитися розпізнавати окремі аніони першої аналітичої групи аніонів.

В основу поділу аніонів на аналітичні групи покладено різну розчинність у воді солей, які вони утворюють з йонами Барію та Аргентуму. Всі аніони поділяють на три аналітичні групи (табл.2).

До першої групи аніонів належать: сульфат-іони S0₄^2-, фосфат-іони Р0₄^3-, карбонат-іони СО₃^2-, сульфіт-іони S0₃^2-, силікат-іони Sі0₃^2-, оксалат-іони С₂0₄^2-, тіосульфат-іони S₂0₃^2-, хромат-іони Cr0₄^2-, тетраборат-іони В₄0₇^2-.Усі перелічені аніони з катіонами Барію утворюють солі, що важко розчиняються у воді, але розчиняються в розбавлених кислотах, за винятком ВаS0₄. Груповим реактивом є барій хлорид ВаСІ₂.

Класифікація аніонів

Таблиця 2

Група	Аніони	Груповий реагент	Розчинність сполук
I	S0₄^2-, Р0₄^3-, СО₃^2-, S₂0₃^2-, Sі0₃^2-, С₂0₄^2-, S0₃^2-, Cr0₄^2-, В₄0₇^2-	ВаСІ₂	З катіонами Барію утворюють солі, що важко розчиняються у воді, але розчиняються в розбавлених кислотах, за винятком ВаS0₄.
II	СІ^-, Вг^-, І^-, S^2-	АgNO₃	З катіонами Аргентуму утворюють солі, які важко розчиняються у воді та розбавленій нітратній кислоті.
III	NO₃^-, NO₂^-, СН₃СОО^-	–	Не утворюють важкорозчинних солей з йонами Барію та Аргентуму.

До другої групи аніонів належать: хлорид-іони СІ^-, бромід-іони Вг^-, йодид-іони І^-, сульфід-іони S^2-. Всі перелічені аніони зкатіонами Аргентуму утворюють солі, які важко розчиняються у воді та розбавленій нітратній кислоті. Груповим реактивом с аргентум нітрат АgNO₃ за наявності нітратної кислоти НNO_3.

До третьої групи аніонів належать: нітрат-іони NO₃^-, нітрит-іони NO₂^-, ацетат-іони СН₃СОО^-, які не утворюють важкорозчинних солей з йонами Барію та Аргентуму. Ця група аніонів не мас групового реактиву.

На відміну від аналізу катіонів, для виявлення аніонів використовують дробний метод аналізу за допомогою специфічних реакцій. Групові реактиви використовують не для розділення груп аніонів, а для виявлення аніонів з тієї чи іншої групи. Це значно полегшує і прискорює аналіз, оскільки в разі негативної реакції з груповими реактивами не потрібно виявляти в досліджуваному розчині аніони цієї групи.

Зовнішній вигляд осадів багатьох аніонів, отриманих із солями Барію та Аргентуму однаковий. Тому особливу увагу звертають на розчинність цих осадів у кислотах чи інших реактивах. Розчинним у певній кислоті вважають осад, який, отриманий з 2-3 крапель розчину, розчиняється в кількох краплях розбавленої кислоти без залишку або з незначним залишком. Однак, якщо при добавленні 10 крапель кислоти (чи іншого реактиву) розчинення не відбудеться, осад вважають нерозчинним.

Наявність карбонатів, фосфатів і сульфатів у питній воді визначає її побутові й смакові якості. Солі карбонатної, фосфатної та сульфатної кислот зумовлюють загальну твердість води, а у твердій воді погано розварюються овочі, м'ясо, важко милиться мило. Крім того, наявність сульфатів немінерального походження є показником санітарного забруднення води. Така вода неприємна на смак і може спричинити розлад системи травлення. Значна кількість сульфатів є результатом забруднення води тваринними відходами, що містять Сульфур, який у результаті розкладання й наступного окиснення перетворюється на солі сульфатної кислоти.

40. Реакція з груповим реактивом ВаСІ₂. До2—3 крапель розчинів солей, що містять аніони першої групи додають 2-3 краплі розчину барій хлориду. Зазначте колір осадів, що утворилися.

Ва²⁺ + SО₄²⁺ → ВаSО₄¯

Ва²⁺ + SО₃^2- → ВаSО₃¯

Ва²⁺ + РО₄^3- → Ва₃(РО₄)₂¯

Ва²⁺ + СО₃^2- → ВаСО₃ ¯

ВаSО₄↓ на відміну від інших осадів нерозчинний в кислотах.

Реакції сульфіт-аніонів S 0 ₃ ² ^-

41. Реакція з калій перманганатом.

В дві пробірки додайте 2-3 краплі розчинів сульфат-іонів S0₄^2-та сульфіт-іонів S0₃^2-, 5-6 крапель розчину сульфатної кислоти та 2-3 краплі розчину калій перманганату. КмnО₄ відновлюється сульфіт -аніоном:

5SО₃^2- + 2МnО₄^- + 6Н⁺ → 5SО₄^2- + 2Мn²⁺ + 3Н₂О

42. Реакція з розчином йоду І₂. Внаслідок окиснення сульфіт-іонів S0₃^2- йодом відбувається знебарвлення розчину:

S0₃² + І₂ + Н₂0 = 21^- + SO₄^2-+ 2H⁺.

Реакцію з розчинами сульфітів потрібно проводити в слабокислому середовищі, оскільки в лужному розчині йод знебарвлюється і без сульфіт-іонів:

І₂ + 20Н = І0^- +І^- + Н₂0.

Реакції сульфат-аніонів S 0₄^2-

43. Виявлення сульфат – аніонов мікрокристалічною реакцією. На предметне скло нанесіть краплю розчину сульфата. Додайте краплю солі кальція CaCl₂або Ca(NO₃)₂. Через кілька хвилин розгляньте утворені кристали під мікроскопом. Це характерна мікрокисталоскопічна реакція, в результаті якої утворюються кристали гіпсу CaSO₄·2Н₂О у формі голок:

Ca²⁺ + SO₄^2- → CaSO₄ ¯

Реакції фосфат-аніонів Р0₄^3-

44. Реакція з магнезіальною сумішшю. Магнезіальна суміш (водний розчин амоніаку, амоній хлориду та магній хлориду) виділяє навіть з дуже розбавлених розчинів фосфатів білий кристалічний осад магній-амоній фосфату. До 3 крапель розчину магній хлориду добавляють 2 краплі 2 М розчину амоніаку, 4 краплі розчину амоній хлориду і 2 краплі розчину нагрій гідрогенфосфату. Спостерігають випадання білого осаду. Перевіряють розчинення утвореного осаду в кислотах.

НРО₄^2- + Mg²⁺ + NН₄OH = MgNH₄P0₄↓+ H₂0.

Осад легко розчиняється у мінеральних кислотах.

45. Реакція з молібденовою рідиною. Молібденова рідина (розчин амонії молібдату (NН₄)₂Mo0₄ і амоній нітрату NH₄N0₃ в нітратній кислоті) осаджує фосфат-іони у вигляді жовтого кристалічного осаду амоній фосформолібдату. Осад розчиняється в амоніаку і розчинах лугів. Крім того, він розчиняється в надлишку фосфату лужного металу, тому реактив потрібно брати в надлишку. Реакція дуже чутлива і характерна для фосфат-іонів.До 1-2 крапель розчину фосфату добавляють 8-10 крапель молібденової рідини і суміш трохи підігрівають (до 40-60 °С). Випадання через деякий час жовтого осаду свідчить про наявність фосфат-іонів.

НР0₄^2- + 3NH₄⁺+ 12Мо0₄^2- + 23H⁺= (NH₄)₃H₄[P(Mo₂0₇)₆] ↓+ 10Н₂О, Na₂HP0₄+ 12(NH₄)₂Mo0₄ + 23HN0₃=

(NH₄)₃H₄[P(Mo₂0₇)₆] ↓+ 2NaNO₃ + 21NH₄N0₃+ 10Н₂О

Йони S 0₃^2- та інші відновники перешкоджають реакції.

Реакції карбонат-аніонів С0₃^2-

46. Реакція з мінеральними кислотами. Мінеральні кислоти, а також ацетатна кислота виділяють із солей карбонатної кислоти вуглекислий газ:

С0₃² +2Н⁺=С0₂↑ + Н₂0.

СО₃^2- + СН₃СООН → Н₂О + СО₂ + СН₃СОО^-

НСО₃²^- + СН₃СООН → Н₂О + СО₂ + СН₃СОО^-

Виділення карбон(ІV) оксиду легко підтвердити за допомогою газовідвідної трубки, зануреної у вапняну воду Са(ОН)₂. Випадає білий осад кальцій карбонату СаС0₃. До 10 крапель розчину натрій карбонату добавляють 10 крапель 2 М розчину хлоридної кислоти. Спостерігають бурхливе виділення газу. Для дослідження цього газу у верхню частину пробірки вставляють корок з трубкою, в якій міститься 2-3 краплі вапняної води. Спостерігають її помутніння.

Проведенню реакції перешкоджають сульфіт-іони S0₃^2-, оскільки при дії кислот може утворюватися сульфур (ІV)оксид, який при взаємодії з Са(ОН)₂ утворює білий осад кальцій сульфіту CaS0₃. Тому перед виявленням карбонат-іонів доцільно окиснити йони S0₃^2- до йонів S0₄^2-, додаючи гідроген пероксид Н₂0₂:

so₃^2-+h₂o₂=so₄^2- + h₂o.

Реакції оксалат-аніонів С₂0₄^2-

47. Реакція з кальцій хлоридом СаС1₂. Кальцій хлорид утворює з оксалат-іоиами білий дрібнокристалічний осад, який розчиняється в мінеральних кислотах і не розчиняється в ацетатній кислоті. До 3—4 крапель розчину амоній оксалату добавляють 4 краплі реактиву. Спостерігають випадання білого осаду і розчинення його в хлоридній кислоті.

Са²⁺+С₂0₄^2-= СаС₂0₄↓.

48. Реакція з калій перманганатом КМп0₄. До 4 крапель розчину амоній, калій оксалату або оксалатної кислоти добавляють 5 крапель сульфатної кислоти і суміш нагрівають до 70-80 °С. До отриманого гарячого розчину добавляють краплями розчин калій перманганату і спостерігають його знебарвлення.

При нагріванні калій перманганату з амоній чи калій оксалатом або оксалатною кислотою в середовищі сульфатної кислоти спостерігається знебарвлення розчину внаслідок відновлення йонів Мп0₄^- до Мп²⁺:

5С₂0₄^2- + 2Мп0₄^- + 16Н⁺ = 2Мп²⁺ + 10СО₂↑ + 8Н₂0.

Цю реакцію використовують у кількісному аналізі.

Контрольні запитання і завдання

1. Для чого використовують групові реактиви під час аналізу аніонів?

2. Наведіть склад першої аналітичної групи аніонів.

3. Який аніон першої групи утворює з катіоном Барію сіль, не розчинну в кислотах?

4. Яка реакція найхарактерніша для фосфат-іонів?

5. Якими реакціями можна виявити карбонат-іоии?

6. Чому йони S0₃^2-перешкоджають виявленню йонів С0₃^2- кислотами? Як позбутись у такому разі йонів S0₃^2-?

7. Чому розчин йоду під час взаємодії з сульфіт-іонами знебарвлюється?

8. При дії ВаСІ₂ на досліджуваний розчин, що містить аніони першої групи, випав білий осад, розчинний у хлоридній кислоті з виділенням газу. Чи можна стверджувати, що це карбонат-іони?

9. Яка реакція найбільш характерна для оксалат-іонів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9