Третя аналітична група аніонів

Мета роботи: навчитися розпізнавати окремі аніони третьої аналітичної групи аніонів.

До третьої аналітичної групи відносять аніони оксигеновмісних кислот нітритної й нітратної (NО₂^-, NО₃ ^-) і ацетатної (СН₃СОО ^-). Солі Барію і Аргентуму цих кислот розчинні у воді. Групового  реактиву для цієї групи аніонів немає.

Виявлення нітритів і нітратів мас велике значення для дослідження якості питної води. Наявність значної кількості нітратів і нітритів с показником за­бруднення і непридатності води для пиття. Якщо разом з амоніаком у воді ви­являють нітрати, це свідчить про систематичне забруднення упродовж трива­лого часу. А якщо у воді виявляють амоніак, нітрати й нітрити, це свідчить про надзвичайну забрудненість джерела - давнє і постійне забруднення. Як­що у воді виявляють тільки нітрати, а амоніаку й нітритів немає, це означає, що джерело не забруднене органічними речовинами.

Нітрити утворюються в результаті відновлення селітри, яку добавляють у ковбасний фарш для надання йому рожевого забарвлення. Нітрити - це от­руйні сполуки, які спричинюють перетворення гемоглобіну крові на метгемо­глобін. Тому визначення нітритів у ковбасі має істотне значення.

Реакції нітрит-аніонів N О^-₂

54. Реакція з калій перманганатом. В дві пробірки додайте 2-3 краплі розчинів нітрит-іонів NО^-₂ та нітрат-іонів NО₃^-, 5-6 крапель розчину сульфатної кислоти та 2-3 краплі розчину калій перманганату. Калій перманганат КМп0₄ у кислот­ному середовищі окиснює нітрит-іони до нітрат-іонів:

5NаNО₂ + 2КмnО₄ + 3Н₂SО₄ = 5NаNО₃ + 2МnSО₄ + К₂SО₄ + 3Н₂О

5N0₂^- + 2MnO₄^- +6H⁺ = 5NO₃^- + 2Мп²⁺ +3Н₂0   

При цьому розчин знебарвлюється.     

55. Реакція з калій йодидом. Калій йодид КІ у кислотному середовищі окиснюється нітритами до вільного йоду. На йодкрохмальний папірець наносять краплю розчину натрій нітриту і краплю розчину сульфатної кислоти. Спостерігають за утво­ренням синьої плями. У разі відсутності йод-крохмального папірця реакцію виконують так: на фільтрувальний папір, просочений крохмалем, наносять краплю розчину натрій нітриту, краплю сульфатної кислоти та краплю калій йодиду. Спостерігають за утворенням синьої плями.

2NаNО₂ + 2КI + 2Н₂SО₄ → 2NО + I₂ + К₂SО₄ + Nа₂SО₄ + 2Н₂О

Реакції нітрат-аніонів N О₃^-

56. Реакція з ферум (ІІ) сульфатом. Ферум(П) сульфат FеS0₄ відновлює нітрат-іони до нітроген(ІІ) оксиду NО.   До невеликої кількості FеSO₄ до­бавляють 2 краплі розчину натрій нітрату. Обережно, по стінці, добавляють 2 —3 краплі концентрованої H₂S0₄. На межі поділу рідин утворюєтьсяься буре кільце.

Реакція відбувається в середовищі кон­центрованої сульфатної кислоти:

2NaNO₃ + 6FеS0₄ + 4H₂S0₄→ 3Fе₂(S0₄)₃ + 2NO↑ + Na₂SO₄+4Н₂О

3Fе²⁺ + NО₃^- + 4Н⁺ → NО­ + 3Fе³⁺ + Н₂О

Нітроген(ІІ) оксид утворює з FeSO₄  сполуку бурого кольору:

FcS0₄ + NO +5Н₂О →Fe[(H₂0)₅N0]S0₄.

NО + Fе²⁺ + SО₄^2- → [Fе(NО)SО₄]

 

Реакції ацетат-аніонів СН₃СОО^-

57. Реакція з ферум (ІІІ) хлоридом.  До розчину СН₃СООNа додають FеСl₃. Поява  червоно-бурого забарвлення внаслідок утворення  комплекса. При розведенні і  и нагріванні випадає осад основної соли [Fе₃(СН₃СОО)₆О]ОН.

 58. Реакція з сульфатною кислотою. Декілька кристалів СН₃СООNа помістіть в фарфоровий тигель і додайте  краплю сульфатної кислоти.

2СН₃СООNа + Н₂SО₄ → 2СН₃СООН + Nа₂SО₄

Відчувається запах оцтової кислоти.  

 

Контрольні запитання і завдання

1. Які аніони входять до третьої аналітичної групи?

2. Чим третя аналітична група аніонів відрізняється від першої і другої?

3.  Якими реакціями можна відрізнити йони N0₂^- від йонів NO₃^-?

4. Яку реакцію використовують для виявлення нітрит-іонів у питній воді?

5. Які умови необхідні для виконання реакцій з виявлення аніонів N0₂^- реактивами: а)КІ; б)КМп0₄?

6. Який вплив чинять нітрити і нітрати на організм?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

Аналіз суміші аніонів

Мета роботи: навчитися розпізнавати окремі аніони.

Аніони виявляють дробними реакціями через те, що більшість з них не пе­решкоджають один одному. Попередньо виконують дослідження на наявність аніонів першої або другої групи, аніонів-відновників, аніонів-окисників, про­би на реакцію середовища і на виділення газів.

Визначення реакції середовища досліджуваного розчину. рН розчину визначають за допомогою універсального індикатора. Якщо рН < 7, то в роз­чині немає аніонів SO₃^2-, CO₃,^2-, S^2-, N0₂^-.

Виявлення аніонів летких сполук. До 6 крапель досліджуваного розчину добавляють трохи розчину сульфатної кислоти, бурхливе виділення газу без запаху і кольору свідчить про наявність карбонат-іонів. Якщо підкислений розчин злегка нагріти, то виділення газу із запахом горілої сірки свідчить про наявність сульфіт-іонів. Характерний запах тухлих яєць - сульфід-іонів, а ви­ділення бурого газу з різким запахом - нітрит-іонів.

Якщо гази не виділяються, це свідчить про відсутність усіх перелічених аніонів.

Виявлення аніонів-відновників. До 2-5 крапель досліджуваного розчи­ну добавляють 1М розчин сульфатної кислоти до появи нейтральної реакції і 0,5 мл її надлишку. Потім добавляють краплями розчин КМп0₄ (або розчин І₂), струшуючи пробірку після кож­ної добавленої краплі. Якщо добавлена крапля розчину калій перманганату (або розчину йоду) не знебарвлюється, це свідчить про відсутність аніонів-відновників: С₂0₄^2-, SO₃^2-, S^2-, СІ^-, Вг^- , І^-, N0₂^-.

Виявлення  аніонів-окисників. Аніони-окисники N0₂^-, N0₃^- виявляють реакцією з калій йодидом і розчином крохмалю. Для цього до 4- 5 крапель досліджуваного розчину добавляють 3-4 краплі розчину калій йодиду і 2-3 краплі розчину крохмалю. За наявності аніонів-окисників з'явиться си­нє забарвлення розчину.

Виявлення аніонів першої групи. До 2-3 крапель досліджуваного роз­чину зрН = 7-9 (кислі розчини попередньо нейтралізують розчином лугу) добавляють 2-3 краплі розчину ВаСІ₂. Утворення білого осаду свідчить про наявність аніонів першої групи.

До отриманого осаду добавляють надлишок 2М розчину НСІ. Якщо осад не розчиняється, це свідчить про наявність аніонів S0₄^2-; розчинення осаду, що супроводжується виділенням бульбашок газу, свідчить про наявність аніо­нів CO₃^2-. Якщо ж у розчині міститься два аніони, можна спостерігати розчи­нення лише частини осаду з виділенням газу.

Фосфат-іони Р0₄^3- виявляють в окремій порції досліджуваного розчину ре­акцією з молібденовою рідиною (див. реакцію 44). Однак, якщо в розчині наяв­ні аніони SO₃^2-, S^2-, їх необхідно видалити з розчину. Для цього до 2 крапель досліджуваного розчину добавляють 1 краплю HNO₃ (1: 1), нагрівають роз­чин на киплячій водяній бані 5-7 хв і лише потім добавляють 10 крапель молібденової рідини. Випадання жовтого осаду свідчить про наявність аніо­нів Р0₄^3-.

 Оксалат-іони С₂0₄^2- виявляють калій перманганатом (див. реакцію 47).

Виявлення аніонів другої групи. До 3-5 крапель досліджуваного розчи­ну добавляють розчин аргентум нітрату і спостерігають за утворенням осаду. Якщо утворився чорний осад, це свідчить про наявність сульфід-іонів. У цю ж пробірку добавляють нітратну кислоту. Якщо осад не розчиняється, це озна­чає, що в досліджуваному розчині є аніони другої групи.

Виявлення аніонів Вг^- і І^- у разі відсутності аніонів-відновників виконують за допомогою хлорної води (див. реакції 52,53). Якщо йони Вг^- і І^- наявні од­ночасно, тo, діючи хлорною водою, спочатку спостерігають червоно-фіолетове забарвлення хлороформного шару (свідчить про наявність І^-). а потім оран­жеве забарвлення при подальшому добавлянні хлорної води (свідчить про наявність Вг^-).

За наявності аніонів-відновників їх видаляють. Для цього 8 -10 крапель досліджуваного розчину підкислюють 1 Мрозчином H₂S0₄ і нагрівають на киплячій водяній бані 10 хв. Охолодивши розчин, виявляють у ньому аніони Вг^- і І^-, як зазначено вище.

Хлорид-іони виявляють реакцією з аргентум нітратом (див. реакцію 50). Якщо наявні бромід та йодид-іони, то для виявлення хлорид-іонів їх потрібно видалити. Для цього до осаду, отриманого в результаті дії AgNO₃ за наявності нітратної кислоти, добавляють 20 %-й розчин амоній карбонату. Суміш добре перемішують скляною паличкою і центрифугують. У розчині амоній карбона­ту розчиняється лише аргентум хлорид. У центрифугаті виявляють хлорид-іо­ни, добавляючи концентровану нітратну кислоту. Якщо є хлорид-іони, то з’явиться білий осад або помутніння розчину.

Виявлення аніонів третьої групи. Нітрит-іони виявляють попередніми дослідженнями зa виділенням бурого газу з різким запахом при дії кислот.

Якщо в розчині є нітрит-іони, то їх слід видалити, оскільки вони перешкод­жають виявленню нітрат-іонів. Для цього в розчин вносять тверді солі NH₄C1 і обережно нагрівають. При цьому відбувається реакція:

NH₄⁺ + NO₂^- = N₂ + 2H₂0.

Нітрат-іони виявляють реакцією з ферум (ІІ) сульфатом (див. реакцію 56).

 

 

Контрольні запитання і завдання

1. Чи мас значення рН досліджуваного розчину в аналізі суміші аніонів?

2. Які аніони летких сполук виявляють зa виділенням газу?

3. Як аніони-окисники можна виявити в досліджуваному розчині?

4. Як аніони-відновники можна виявити в досліджуваному розчині?

5. Як можна виявити бромід-іони за наявності йодид-іонів?

6. Як виявляють фосфат-іони за наявності сульфіт - та сульфід-іонів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 12

Аналіз солі.

Мета роботи: навчитися розпізнавати окремі аніони та катіони.

Невідома речовина, в якій потрібно виявити катіони та аніони, може пере­бувати в сухому стані або в розчині. Розглянемо приклад аналізу солі, яка роз­чинна у воді і складається з одного катіона і одного аніона. Для проведення аналізу приблизно 0,5 г цієї солі розчиняють у 10 мл дис­тильованої води.

Попередні випробування.

  Із сухим зразком проби можна виконати реакції забарвлення полум'я. Для цього металеву дротинку після очищення зану­рюють у концентровану хлоридну кислоту і прожарюють у полум'ї газового пальника. Нагріту дротинку вносять у порошок проби, а потім знову у верх­ню частину полум'я. Жовте забарвлення свідчить про наявність у пробі Нат­рію, фіолетове - Калію, карміново-червоне - Стронцію, цеглино-червоне - Кальцію, жовто-зелене - Барію, зелене - Купруму. Слід пам'ятати, що полум'я забарвлюється тільки під час нагрівання летких хлоридів металів, і за результатами попередніх досліджень не можна робити остаточних висновків.

Насамперед, слід звернути увагу на забарвлення досліджуваною розчину. Воно свідчить про можливу наявність таких йонів, як Сг³⁺, солі якого забарв­люють розчин у зелений колір, Fe²⁺- у блідо-зелений, Fe³⁺- у жовто-коричневий, Cи²⁺ - у блакитний, Co²⁺ - у яскраво-рожевий. Ni²⁺-  у яскраво-зелений.

За допомогою лакмусу або універсального індикаторного папірця визнача­ють реакцію середовища досліджуваного розчину. Якщо реакція кислотна, можна зробити висновок про наявність кислої солі (NaH₂P0₄) або солей слаб­ких основ і сильних кислот, які гідролізують. Лужна реакція свідчить про на­явність солей слабких кислот і сильних основ.

Встановлення групи  катіона.

  На окрему порцію досліджуваного розчину діють розчином натрій карбонату. Якщо в результаті осад не утворюється, це означає, що наявні лише катіони першої аналітичної групи - К⁺, Na⁺, NН₄⁺. Якщо натрій карбонат утворює осад, то в розчині можуть бути катіони інших аналітичних груп. Для підтвердження цього до окремих порцій досліджувано­го розчину послідовно добавляють і групові реактиви, починаючи з хлоридної кислоти, далі добавляють сульфатну кислоту, розчин натрій гідроксиду й амо­ній гідроксиду.

Катіони другої аналітичної групи Ag⁺, Hg₂²⁺, Рb²⁺,  виявляють                2 Мрозчином хлоридної кислоти. Утворення білого осаду означає, що катіон невідомої ре­човини належить до другої аналітичної групи.

Для виявлення катіонів третьої аналітичної групи Ва²⁺, Са²⁺, Sr²⁺ викорис­товують розчин сульфатної кислоти. Для повнішого осадження йонів Са²⁺ до суміші добавляють етанол.

Катіони четвертої аналітичної групи Cr³⁺, Zп²⁺, АІ³⁺,  виявляють за допомо­гою їдких лугів КОН або NaOH, які утворюють осади відповідних гідрокси­дів, розчинних у надлишку реактиву. Якщо осад не розчиняється в надлиш­ку їдких лугів, це свідчить про наявність катіонів п'ятої аналітичної групи - Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺.

Випробовують розчинність осаду в розчині амоній гідроксиду. Якщо цей осад розчиняються в розчині амоніаку, це означає,  що катіон невідо­мої речовини належить, до шостої аналітичної групи -  Cи²⁺,  Нg²⁺ Co²⁺,  Ni²⁺.

Виявлення катіона.

Для виявлення в невідомій речовині катіона, що нале­жить до першої аналітичної групи, насамперед, виконують реакцію з реакти­вом Несслера, оскільки йони амонію перешкоджають ви­явленню йонів Na⁺ або К⁺. Якщо осад не випав, то в розчині наявні йони Na⁺ або К⁺,  які виявляють індивідуальними реакціями (див. реакції 1,3).

Катіони другої аналітичної групи виявляють за осадом хлоридів, отрима­них у результаті дії групового реактиву. Цей осад відокремлюють центрифу­гуванням, промивають водою і виявляють у ньому катіони Ag⁺, Hg₂²⁺, Рв²⁺ (див. схему 2).

Виявлення катіона з третьої аналітичної групи розпочинають з йонів Ва²⁺ (див. реакцію 19). Якщо жовтий осад не випав, то в розчині наявні йони Са²⁺, Sr²⁺ (див. реакції 17,21).

Якщо розчин невідомої речовини має зелений колір, то припускають наяв­ність у ньому йонів Сг³⁺ з четвертої аналітичної групи. Виконують індивідуаль­ну реакцію 28. Індивідуальними реакціями виявляють йони АІ³⁺ (див. реак­цію 26) та Zn²⁺ (див. реакцію 24).

Йони п'ятої аналітичної групи виявляють реакціями: Fe²⁺- реакцією 31,  Fe³⁺- реакціями 32,33; Mn²⁺ - реакцією 34. Якщо ці йони не виявлені, то реакцією 30 виявляють йон Mg²⁺.

Під час виявлення йонів шостої аналітичної групи доцільно звернути увагу на колір розчину. Якщо розчин яскраво-рожевий, то наявні йони Co²⁺  якщо блакитний -  йони Cи²⁺, якщо ж яскраво-зелений - йони Ni²⁺. Відповідними  індивідуальними реакціями виявляють катіони шостої аналітичної групи (див. реакції 37,38,39).

Виявлення аніона залежить від наявності катіона невідомої речовини.

Якщо катіон невідомої речовини не належить до групи важких металів (тобто це магній або катіони першої чи третьої аналітичних груп), то виявлення  аніона виконують безпосередньо в окремих порціях досліджуваного розчину за допомогою групових реактивів барій хлориду ВаСІ₂ і аргентум нітрату AgNO₃ за наявності нітратної кислоти встановлюють, до якої аналітичної гру­пи належить аніон. Випадання осаду з барій хлоридом свідчить про наявність аніона першої аналітичної групи. Якщо барій хлорид не утворив осаду з дослід­жуваним розчином, то його випробовують дією аргентум нітрату за наявності нітратної кислоти. Випадання білого осаду свідчить про наявність аніона дру­гої аналітичної і групи.

Якщо осад з жодним груповим реактивом не утворюється, то аніон невідо­мої речовини належить до третьої групи.

Для виявлення аніона першої аналітичної групи випробовують розчин­ність солі Барію цього аніона в мінеральних кислотах (НNO₃, HCІ). Якщо осад не розчиняється, можна зробити висновок про наявність сульфат-іонів. Якщо ж осад розчиняється в мінеральних кислотах і при цьому спостерігається виді­лення бульбашок газу, то в складі невідомої речовини с карбонат-іони. Аніо­ни SO₃^2-, РО₄^3-, С₂0₄^2- виявляють індивідуальними реакціями (див. реакції 41,46,47).

Для виявлення аніона другої аналітичної групи досліджують осад, отри­маний взаємодією досліджуваного розчину з аргентум нітратом AgNO₃. Звер­тають увагу на колір осаду і випробовують розчинність його в розчині амоні­аку, натрій тіосульфату або амоній карбонату. Індивідуальними реакціями підтверджують наявність передбачуваного аніона.

Аніони третьої аналітичної виявляють індивідуальни­ми реакціями.

Якщо катіон невідомої речовини належить до групи важких металів, його потрібно видалити за допомогою натрій карбонату. Для цього до 2 мл дослід­жуваною розчину добавляють розчин натрій карбонату до повного виділен­ня осаду. Суміш нагрівають на водяній бані 5-7 хв, перевіряють на повноту осадження і центрифугують. Отриманий центрифугат ділять па дві нерівні частини. Осад відкидають.

До меншої частини центрифугату добавляють аце­татну кислоту, доводячи реакцію середовища до нейтральної (рН =7) пере­віряють універсальним індикаторним папірцем). У цьому розчині виявля­ють аніони N0₂^- і N0₃^-.

 До більшої частини центрифугату добавляють розбавлену нітратну кислоту, доводячи реакцію середовища до слабокислотної. В окремій пробі такою центрифугату за допомогою групових реактивів установлюють групу аніона (як зазначено вище). Виявляють аніон із встановленої аналітичної групи від­повідними індивідуальними реакціями.

Контрольні запитання і завдання

 

1. Які попередні випробування виконують для визначення складу невідомої речо­вини?

2. Як встановити, до якої групи належить катіон невідомої речовини?

3. Чому для виявлення катіонів третьої аналітичної групи крім групового реактиву добавляють етанол?

4. Під дією їдкою лугу на досліджуваний розчин невідомої речовини утворився осад, який при надлишку реактиву повністю розчинився. До якої аналітичної групи належить катіон речовини?

5. У результаті взаємодії досліджуваного розчину з натрій гідроксидом утворився осад, не розчинний в амоніаку. До якої аналітичної групи належить катіон речовини?

6. Як встановити, до якої групи належить аніон невідомої речовини?

7. У результаті взаємодії барій хлориду з досліджуваним розчином випав білий осад, який розчиняється в хлоридній кислоті з виділенням бульбашок газу. Який аніон входить до складу невідомої речовини?

8. Як виявити аніон невідомої речовини, якщо катіон цієї речовини належить до групи важких металів?

 

РОЗДІЛ 2

КІЛЬКІСНИЙ  АНАЛІЗ

Кількісний аналіз — це сукупність експериментальних методів, що дозволяють визначати по зразку досліджуваного матеріалу кількісний вміст окремих складових частин та домішок.

Мірою кількісного аналізу є визначення кількісних співвідношень, хі­мічних сполук, іонів та елементів, які входять до складу зразків досліджу­ваних речовин.

Кількісний аналіз вирішує різні питання сучасної науки та виробницт­ва. За допомогою кількісного аналізу визначаються оптимальні умови про­ведення різних хіміко-технологічних процесів, контролюється якість сировини, ступінь чистоти продукції, що випускається, в тому числі і лі­карських препаратів, встановлюється вміст компонентів в сумішах, зв'язок між хімічним складом і фізичними властивостями речовини.