Лабораторна робота № 9. Аналітичні реакції аніонів

Аналітичні реакції аніонів

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 3

Усі аніони поділяються на три аналітичні групи залежно від розчинності їх солей барію (ІІ) і арґентуму (І). Аніони першоі аналітичної групи осаджуються катіонами Ва²⁺, аніони другої аналітичної групи осаджуються катіонами Ag⁺, аніони третьої аналітичної групи не мають групового реагента, оскільки їх солі барію (ІІ) і арґентуму (І) розчинні у воді.

У скороченому курсі якісного аналізу з аніонів першої аналітичної групи вивчаються сульфат-, сульфіт-, карбонат- і фосфат-іони, другої – хлорид-, бромід-, йодид-іони, третьої – ацетат-, нітрит- і нітрат-іони. Усі вони мають безпосереднє відношення до харчових продуктів: фосфор, сірка і хлор належать до макроелементів; ацетат і аніони інших органічних кислот входять до складу бaгатьох харчових продуктів, надаючи їм первого смаку; карбонати і сульфати широко застосовуються у харчових технологіях; нітрати і особливо нітрити негативно впливають на організм людини, їх вміст у харчових продуктах повинен постійно контролюватися методами аналітичної хімії.

Перша аналітична група аніонів: SO₄^2–, SO₃^2–, CO₃^2–, PO₄^3–

Груповим реагентом, який осаджує усі аніони першої аналітичної групи, є кaтіони барію у вигляді BaCl₂ або Ba(NO₃)₂. У нейтральному або слабколужному середовищі вони утворюють з аніонами першої аналітичної групи білі осади:

SO₄^2– + Ba²⁺ = BaSO₄ ¯

SO₃^2– + Ba²⁺ = BaSO₃ ¯

CO₃^2– + Ba²⁺ = BaCO₃ ¯

2 PO₄^3– + 3 Ba²⁺ = Ba₃(PO₄)₂ ¯

У випадку кислого або навіть слабкокислого середовища (рН 4-5 за універсальним індикаторним папером) потрібно додати 1 – 2 краплі NH₄OH.

Виконання: у чотиричисті пробірки внести по 2 – 3 краплі 0,5 н. розчинів Na₂SO₄, Na₂SO₃, Na₂CO₃ і Na₂HPO₄ і додати у кожну по 2 – 3 краплі 0,5 н. розчин BaCl₂ (або Ba(NO₃)₂). Спостерігати утворення білих осадів, які розрізняються за своєю розчинністю у сильних кислотах.

Сульфат ВаSO₄ є сіллю сильної кислоти і не розчиняється у сильних кислотах, а сульфіт ВаSO₃, карбонат ВаСO₃ і фосфат Ва₃(РO₄)₂ є солями слабких кислот і розчиняються у НCl або НNO₃:

ВаSO₃ + 2 Н⁺ = Ba²⁺ + Н₂SO₃

ВаСO₃ + 2 Н⁺ = Ba²⁺ + Н₂СO₃

Ва₃(РO₄)₂ + 6 Н⁺ = 3 Ba²⁺ + 2 Н₃РO₄

Вугільна (карбонатна) кислота Н₂СO₃ швидко розкладається, тому при розчиненні білого осаду ВаСO₃ інтенсивно виділяються бульбашки безбарвного газу СO₂.

Сірчиста (сульфітна) кислота Н₂SO₃ більш стійнка, але також можна спостерігати окремі бульбашки SO₂, хоча сірчистий газ виділяється не так інтенсивно, як СO₂, і має характерний запах.

Виконання: у кожну з попередніх пробірок, де утворилися білі осади, додати 2 – 3 краплі НCl і спостерігати особливості розчинення осадів.

Виконавши реакцію з груповим реагентом, потрібно відкрити іони за допомогою індивідуальних реакцій.

Аніони сульфату SO₄^2–

1. Хлорид барію ВаCl₂ (0,5 н.) (або Ва(NO₃)₂) утворює з сульфатами білий осад SO₄^2– + Ba²⁺ = BaSO₄ ¯,

який (на відміну від інших аніонів першої аналітичної групи) не розчиняється у НCl (або НNO₃).

Сульфат-іон SO₄^2– може з‘явитися у розчині внаслідок окиснення сульфіту SO₃^2– киснем повітря, тому, відкривши сульфат, потрібно обов‘язково перевірити присутність сульфіту, виконавши наступну реакцію, як це описано далі.

Аніони сульфіту SO₃^2–

SO₃^2–відрізняється від усіх інших аніонов першої аналітичної групи тим, що є відновником. Він реагує із забарвленими окисниками і знебарвлює їх. Сірка (сульфур ІV) окиснюеться до сірки (сульфуру VI).

1. Перманганат калію КМnО₄ у сильнокислому середовищі знебарвлюється при додаванні сульфіту:

2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄ + 5 Na₂SO₃ = 2 MnSO₄ + 5 Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3 H₂O

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю 0,05 н. розчину KMnO₄, додати 10 крапель 2 н. розчину H₂SO₄, перемішати і спостерігати забарвлення розчину у червно-фіолетовий колір. Обережно додати 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину Na₂SO₃, перемішати і спостерігати знебарвлення розчину у пробірці.

Нітрит-іон NO₂^– може давати таку саму реакцію, але він належить до 3-ї аналітичної групи аніонів.

2. Жовто-бурий розчин йоду J₂ стає темно-синім, якщо до нього додати крохмаль, а сульфіт відновлює йод і знебарвлює темно-синій колір. Розчин стає безбарвним:

J₂ + Na₂SO₃ + H₂O = Na₂SO₄ + 2 HJ

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,1 н. розчину йоду, додати 1 – 2 краплі крохмалю, перемішати і додати 1 – 2 краплі розчину Na₂SO₃. Спостерігати знебарвлення розчину.

Аніони карбонату СO₃^2–

1. При дії кислот (НCl, СН₃СООН) на розчин карбонатів або на сухі карбонати утворюється слабка вугільна кислота, яка швидко розкладається з виділенням вуглекислого газу СО₂, який не має кольору і запаху:

СO₃^2– + 2 Н⁺ = Н₂СO₃ ® Н₂О + СО₂↑

При цьому спостерігається утворення бульбашок газу і шипиння. Якщо пропустити газ крізь розчин Са(ОН)₂, утворюється осад СаСО₃ і розчин мутніє.

Виконання: у двічисті пробіркі внести 3 – 4 краплі 0,5 н. Na₂СO₃, і додати 2 – 3 краплі 2 М розчину НCl, а в іншу 2 – 3 краплі 2 М СН₃СООН, перемішати. У першій пробірці швидко виділяється велика кількість бульбашок СO₂, а у другій – газ виділяється поступово і бульбашки можна спостерігати довше.

При аналізі досліджуваного розчину перед виконанням реакції на аніон СO₃^2– порібно обов‘язково виконати реакцію на аніон SO₃^2‘, тому що з кислотами він утворює сірчисту (сульфітну) кислоту Н₂SO₃, яка може роскладатися з виділенням бульбашок газу SO₂.

Аніони фосфату РО₄^3–

Фосфат-іон може існувати у розчині у різних формах: при рН 4,3 у розчині існує переважно іон Н₂РO₄^–, при рН 9,6 – іон НРO₄^2–, а при рН 12,5-13 – іон РO₄^3–. Тільки попереднє визначення рН розчину може вказати на одну з цих форм, оскільки всі вони дають однакові аналітичні реакції.

1. Магнезіальна суміш (MgCl₂+ NH₄Cl + NH₄OH) утворює з фосфатом білий кристалічний осад фосфату магнію-амонію (магній-амоній фосфат): HPO₄^2– + Mg ²⁺ + NH₄OH = MgNH₄PO₄¯ + H₂O

Виконання: у чисту пробірку внести 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину MgCl₂, додати 3 – 4 краплі NH₄Cl і 1 – 2 краплі 2 М NH₄OH, перемішати і спостерігати утворення безбарвного розчину (магнезіальна суміш). Додати 1 – 2 краплі 0,5 н. Nа₂НPO₄, перемішати і спостерігати утворення білого осаду.

2. Молібденова рідина (HNO₃ + (NH₄)₂MoO₄) утворює з фосфатом жовтий кристалічний осад 12-молібдофосфату амонію:

Na₂HPO₄+12 (NH₄)₂MoO₄+23 HNO₃=(NH₄)₃[P(Mo₃O₁₀)₄]¯+2 NaNO₃+21 NH₄NO₃+ 12 H₂O

Розчин молібдату амонію в азотній (нітратній) кислоті (молібденову рідину потрібно додавати у великому надлишку до фосфату. На відміну від попередньої реакції осад утворюється поступово (протягом 3 – 5 хв.): спочатку розчин жовтіє, потім мутніє. Процес можна прискорити додаванням кристалів NH₄NO₃ або нагріванням.

Виконання: у чисту пробірку взяти не більше однієї краплі розчину Nа₂НPO₄ (або невідомого розчину), додати не менш як 10 крапель молібденової рідини, збовтувати деякий час, залишити у штативі на 3 – 5 хв. Якщо осад не випадає, додати кілька кристалів NH₄NO₃, обережно підігріти. Спостерігати утворення жовтого дрібнокристалічного осаду.

Дата добавления: 2015-05-24