Катіони амонію NH4+

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 1

Лабораторна робота №1

Реакції катіонів першої аналітичної групи: K⁺, Na⁺, NH₄⁺

1. Перша аналітична група K⁺, Na⁺, NH₄⁺, не має групового реагенту. Катіони першої та другоїаналітичних груп утворюються елементами основних підгруп першої та другоїгруп періодичної системи. Усі однозарядні катіони належать до першої аналітичної групи разом з іонами амонію. Іони NH₄⁺ у розчині за своїм зарядом і розмірами такі ж, як і іони К⁺. Оскільки осади солей утворюються за рахунок електростатичної взаємодії між катіоном і аніоном, іони NH₄⁺ утворюють осади з усіма реактивами на іони К⁺ і заважають відкриттю іону калію.

1. Луги (NaOH, KOH, Ca(OH)₂) утворюють з іонами амонію нестійкий гідроксид амонію, який розкладається (краще при нагріванні) з виділенням аміаку – безбарвного газу з характерним запахом:

NH₄⁺ + OH⁻ ® NH₄OH ® H₂O + NH₃­

Реакція відома як найбільш специфічна, тому що усі інші неорганічні іони такого аналітичного ефекту не дають і не заважають його спостерігати. Але для того щоб відчути ефект реакції, потрібна значна кількість іонів амонію.

2. Реактив Несслера містить дві речовини – KOH i K₂[HgJ₄] – у водному розчині. З невеликою кількістью іонів амонію (або з аміаком) цей реагент утворює червоно–бурий осад оксодимеркурамоній-йодиду:

NH₄⁺ + 4OH⁻ + 2[HgJ₄]²⁻® [OHg₂NH₂]J¯ + 7J⁻ + 3H₂O,

який розчиняється у надлишку NH₄Cl, тому важливо, щоб цього надлишку не було. Реакція з реактивом Несслера є більш чутливою, ніж з лугом.

Виконання: у чисту пробірку внести краплю 2 М розчину солі амонію (NH₄Cl, NH₄NO₃ або (NH₄)₂SO₄), додати 5 − 10 крапель води, перемішати і вилити. До розчину, що залишився на стінках пробірки, додати 4 − 5 крапель реактиву Несслера (не торкатися пипеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення у пробірці характерного осаду.

Реакція Несслера проходить у сильно–лужному середовищі (KOH входить до складу реагенту), тому усі катіони, що дають важкорозчинні гідроксиди, випадають в осад. Катіони магнію та інші, що дають з реактивом Несслера білий (або жовтуватий внаслідок забруднень) осад, не заважають спостерігати утворення характерного червоно – бурого осаду, якшо у розчині є амоній. Інші катіони, що утворюють темнозабарвлені осади гідроксидів, заважають реакції, особливо ферум (ІІІ), який дає з KOH червоно – бурий осад Fe(OH)_3.

Катіони калію К⁺

1. Гексанітрокобальтат (ІІІ) натріюNa₃[Co(NO₂)₆] у нейтральному або слабокислому середовищі утворює з іонами K⁺ жовтий кристалічний осад:

2 KCl + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Na[Co(NO₂)₆]↓ + 2 NaCl

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]³⁻ = K₂Na[Co(NO₂)₆]¯

Виконання: у чисту пробірку внести 1 – 2 краплі 0,5 М розчину солі калію (KCl, KNO₃ або K₂SO₄) і додати 2 – 3 краплі розчину Na₃[Co(NO₂)₆] (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення жовтого кристалічного осаду. Сильні кислоти і луги розкладають реагент. Для нейтралізації лужного середовища використовують слабку оцтову кислоту, надлишок якої не заважає цій аналітичній реакції.

Катіони амонію утворюють з реагентом такий самий осад, тому при виконанні задачі перед відкриттям іонів калію у досліджуваному розчині потрібно з окремою порцією цього розчину виконати реакцію Несслера, щоб упевнитися, що в ньому відсутні іони амонію.

Розчин Na₃[Co(NO₂)₆] має темно – коричневий колір з червонуватим відтінком. Реагент готують щодня. Якщо розчин має рожевий колір, це означає, що реагент розклався. Такий реагент не дасть характерного осаду з досліджуваним розчином, навіть якщо там є іони калію. Тому потрібно приготувати свіжий розчин, або використати інший реагент.

2. Винна кислота або її кисла сіль гідротартрат натріюNaHC₄H₄O₆ у слабокислому середовищі утворює з іонами калію білий кристалічний осад:

K⁺ + HC₄H₄O₆ = KHC₄H₄O₆↓,

розчинний у сильних кислотах і лугах. У сильнокислому середовищі утворюється слабка винна кислота H₂C₄H₄O₆. У лужному середовищі кисла сіль переходить у розчинну середню. Слабкі кислоти (приміром, оцтова) не розчиняють осад і не заважають виконанню реакції.

Гідротартрат калію може утворювати пересичені розчини. У такому випадку після додавання реагенту, якщо осад не утворився, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, на яких при цьому утворюються центри кристалізації.

Виконання: у чисту пробірку внести 3 – 4 краплі розчину солі калію і додати 4 – 5 крапель 0,5 М розчину NaHC₄H₄O₆. Якщо осад не утворився, охолодити пробірку під краном з холодною водою, потерти скляною паличкою стінки пробірки.

Катіони амонію дають такий самий осад. Тому перед відкриттям іонів калію у досліджуваному розчині потрібно упевнитися, що там відсутні іони амонію. Якщо ж вони є, потрібно відокремити їх (солі амонію розкладаються при прожарюванні), а вже потім додавати реагент на іони калію.

Катіони нарію Na⁺

1. Гексагідроксостибіат (дигідроантимонат) калію K[Sb(OH)₆] (KH₂SbO₄ ) у водному розчині перетворюється у гексагідроксостибіат калію:

KH₂SbO₄ + 2H₂O = K[Sb(OH)₆].

З іонами натрію цей реагент утворює білий дрібнокристалічний осад:

Na⁺ + H₂SbO₄⁻ = NaH₂SbO₄ ¯

Для утворення осаду потрібна досить висока конценрація іонів натрію – реакція малочутлива. Продукт реакції – дигідроантимонат натрію – може утворювати пересичені розчини.

Виконання: у чисту пробірку внести 5 – 8 крапель 0,5 М розчину солі натрію (NaCl, NaNO₃ або Na₂SO₄) і додати 5 – 8 крапель розчину KH₂SbO₄ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!) Якщо осад не випадає, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, тримаючи пробірку під краном з холодною водою.

У сильнолужному середовищі кисла сіль переходить у розчинну середню і осад не випадає. У кислому середовищі (навіть у слабокислому, яке дають солі амонію) реагент розкладається і виділяється білий аморфний осад HSbO₃, який заважає спостерігати реакцію на іони натрію. Крім іонів NH₄⁺ виконанню реакції на натрій заважають іони Mg²⁺, які дають з цим реагентом білий дрібнокристалічний осад, як і іони Na⁺.

2. Забарвлення полум’я. Солі натрію забарвлюють полум’я газового пальника у яскраво-жовтий колір. Перед відкриттям іонів натрію потрібно упевнитися, що на паличці, на яку буде нанесений досліджуваний розчин і яку потім вносять у полум’я, відсутні солі натрію.

Лабораторна робота № 2

Реакції катіонів другої аналітичної групи: Ca²⁺, (Sr²⁺), Ba²⁺

Груповий реагент Н₂SO₄ – сульфатна кислота – осаджує катіони другої аналітичної групи у вигляді білих дрібнокристалічних осадів, нерозчинних у кислотах:

Ca²⁺ + SO₄²⁻ ® CaSO₄¯

Ba²⁺ + SO₄²⁻ ® BaSO₄¯

Стронцій – рідко зустрічається у харчових продуктах, тому у скороченому курсі він не вивчається.

Виконання: в одну пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину солі барію (Ва(NO₃)₂ або BaCl₂), в іншу – 2 − 3 краплі 0,5 н. розчину солі кальцію (Са(NO₃ )₂ або СaCl₂), додати у кожну 3 – 4 краплі 1 М розчину Н₂SO₄. Спостерігати утворення різних за зовнішнім виглядом білих осадів: CaSO₄ має значно більшу розчинність у воді, ніж BaSO₄, тому його утворюється менше. CaSO₄ може утворювати пересичені розчини. У такому випадку після додавання реагенту, якщо осад не утворився, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, на яких при цьому утворюються центри кристалізації (тримаючи пробірку під краном з холодною водою).

Катіони барію Ва²⁺

1. Біхромат калію K₂Cr₂O₇ (діхромат калію) утворює з іонами Ва²⁺ жовтий кристалічний осад хромату:

2 Ba²⁺ + Cr₂O₇²⁻ + H₂O «2 BaCrO₄¯ + 2 H⁺,

який розчиняється у сильних кислотах, але не розчиняється в оцтовій кислоті. Як видно з рівняння реакції, при перетворениі діхромату у хромат у розчині з’являється сильна кислота (вільні іони Н⁺), яка спричиняє зворотню реакцію – розчинення осаду. Для повного осадження Ba²⁺ потрібно змістити рівновагу вправо, зв’язуючи іони Н⁺ ацетатом натрію у молекули слабкої оцтової кислоти, яка не заважає осадженню:

H⁺ + CH₃COO⁻ «CH₃COOH

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину солі барію (Ва(NO₃)₂ або BaCl₂), і додати 3 – 4 краплі 0,5 н. розчину K₂Cr₂O₇. Спостерігати утворення незначної кількості лимонно жовтого осаду. Додати 2 – 3 краплі 1 М розчину CH₃COONa і спостерігати різке збільшення кількості жовтого осаду.

Катіони кальцію та катіони першої аналітичної групи не заважають цій реакції. Такий самий осад можуть дати катіони Pb²⁺, якщо вони присутні у розчині. Але PbCrO₄¯, на відміну від ВаCrO₄, розчиняється у лугах при нагріванні.

Катіони кальцію Са²⁺

1. Оксалат амонію (NH₄)₂C₂O₄ осаджує кальцій у вигляді білого кристалічного осаду оксалату кальцію:

Ca²⁺ + C₂O₄²⁻ = CaC₂O₄¯,

який розчиняється у сильних кислотах і не розчиняється в оцтовій кислоті.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину солі кальцію (Са(NO₃ )₂ або СaCl₂), і додати 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину (NH₄)₂C₂O₄. Спостерігати утворення білого осаду.

Катіони барію утворюють з оксалатом такий самий білий осад і заважають виконанню реакції на кальцій у досліджуваному розчині. Тому спочатку потрібно відкрити Ва²⁺ за допомогою K₂Cr₂O₇ і відокремити осад, а вже потім до розчину, в якому відсутні іони Ва²⁺, додавати (NH₄)₂C₂O₄ і відкривати Са²⁺.

Лабораторна робота № 3

Реакції катіонів третьої аналітичної групи: Pb²⁺, Ag⁺ (Hg₂²⁺)

Груповий реагент 1 М розчин HCl – дає з катіонами Pb²⁺ і Ag⁺ білі осади:

Pb²⁺ + 2 Cl⁻ = PbCl₂¯

Ag⁺ + СІ⁻ = AgСІ↓

Осад PbCl₂ розчиняється у воді при нагріванні. Осад AgCІ розчиняється у NH₄OH.

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю, 0,5 н. розчину солі плюмбуму (ІІ) (Pb(NO₃)₂ або Pb(CH₃COO)₂) і додати 4 – 5 крапель 1 М розчину HCl. Спостерігати утворення білого осаду. Відібрати піпеткою частину осаду PbCl₂ у іншу чисту пробірку, додати дистильованої води до 1/3 - 1/2 об’єму пробірки і нагріти майже до кипіння. Спостерігати розчинення осаду. У ту ж пробірку додати КJ і спостерігати утворення менш розчинного жовтого осаду PbJ₂¯.

У другу чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 1 М розчину AgNO₃ і додати 4 – 5 крапель 1 М розчину HCl. Спостерігати утворення білого осаду. Відібрати піпеткою частину осаду AgCl у іншу чисту пробірку, додати 5 – 10 крапель 25 % NH₄OH і спостерігати розчинення осаду:

AgCl↓ + 2 NH₄OH = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl⁻ + 2H₂O.

Дата добавления: 2015-05-24