1

Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska

Katedra Systemów Inżynierii Środowiska

LABORATORIUM ANALIZY

JAKOŚCIOWEJ

2

OBOWIĄZUJĄCY ZAKRES MATERIAŁU

Podstawowe wiadomości z chemii wymagane od studentów, niezbędne do rozpoczęcia

laboratorium

Układ okresowy: pojęcie pierwiastka, liczba atomowa i masowa, podział pierwiastków na

bloki pierwiastków, grupy i szeregi. Znajomość nazw, symboli i stopnia utlenienia

pierwiastków grup głównych układu okresowego oraz wybranych pierwiastków bloku-d

(chrom, mangan, żelazo, kobalt, nikiel, miedź, cynk, srebro, kadm, złoto, rtęć). Metale,

niemetale i semimetale. Tlenki kwasowe, zasadowe i amfoteryczne. Własności kwasowe i

zasadowe pierwiastków.

I. Kolokwium

1. Własności kwasów i zasad. Pojęcie kwasu i zasady wg Arheniusa i Brönsteda - Lowry.

Dysocjacja elektrolityczna kwasów, zasad i soli. Stopień dysocjacji. Mocne i słabe

elektrolity. Hydroliza soli

2. Charakterystyka kwasu siarkowego, azotowego, solnego oraz zasad: sodowej, potasowej i

amonowej.

3. Reakcje umożliwiające wykrycie kwasów: siarkowego, azotowego, solnego i octowego

oraz zasad: sodowej, potasowej i amonowej /równania reakcji, barwy i rozpuszczalność

osadów/.

4. Cel i metody analizy jakościowej.

5. Rodzaje odczynników w analizie .

II. Kolokwium

1. Podział kationów na grupy analityczne - odczynniki grupowe. Tioacetamid.

2. Reakcje charakterystyczne I, II, grupy kationów /równania reakcji, kolory osadów,

rozpuszczalność osadów/.

III. Kolokwium

1.

III grupa kationów - odczynnik grupowy i reakcje charakterystyczne /równania reakcji,

barwy i rozpuszczalność osadów/.

2.

Reakcja hydrolizy siarczku amonu i jej konsekwencje dla toku analizy.

IV. Kolokwium

1. IV i V grupa kationów - odczynnik grupowy i reakcje charakterystyczne /równania reakcji,

barwy i rozpuszczalność osadów

2. Reakcja hydrolizy węglanu amonowego i jej konsekwencje dla toku analizy.

3

V. Kolokwium

1. Podział anionów na grupy analityczne.

2. Reakcje charakterystyczne chlorków, siarczanów(VI), azotanów(V) i fosforanów(V).

Materiały do przygotowania

1. Instrukcja: „Laboratorium chemii jakościowej”

2. B.Jankiewicz, I. Ludomirska, A.Korczyński - Analiza jakościowa. Skrypt

PolitechnikiŁódzkiej, Łódź 1994.

3. K.Badowska-Olenderek, J.Czyżewski, J.Naumczyk - Laboratorium podstaw chemii

analitycznej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997.

4. T.Lipiec, Z. S. Szmal - Chemia analityczne z elementami analizy instrumentalnej. PZWL,

Warszawa 1972.

5. W.N.Aleksiejew - Analiza Jakościowa. /IV wydanie/, PWN, Warszawa 1968.

6. J. Masłowska, R. Sołoniewicz – Schematy analizy jakościowej kationów /III wydanie/, .

Skrypt Politechniki Łódzkiej, Łódź 1994.

7. F. Domka, J. Jasiczak – Chemia ogólna: analiza jakościowa, (II wydanie),

Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Poznaniu, Poznań 2004.

Wiadomości wstępne

JAKOŚCIOWA ANALIZA NIEORGANICZNA

Przedmiot chemii analitycznej. Cel i metody analizy jakościowej

Definicja chemii analitycznej:

Jest to nauka stosowana, zajmująca się odkrywaniem i formułowaniem praw,

kryteriów i metod umożliwiających ustalenie z określoną czułością, precyzją
i dokładnością jakościowego i ilościowego składu obiektów materialnych.

Chemia analityczna ma dwa cele:

Cel praktyczny: ustalenie składu obiektów materialnych
Cel podstawowy: badania nad opracowaniem nowych metod analitycznych

Cel praktyczny chemii analitycznej dokonuje się poprzez:

Analizę chemiczną i

Analizę instrumentalną.

Metody analizy chemicznej i instrumentalnej stosuje się do:

identyfikacji składników badanej substancji (analiza jakościowa)

4

określenie składu ilościowego badanej substancji (analiza ilościowa).

Metody analizy chemicznej zwane także klasycznymi wykorzystują odpowiednie reakcje
chemiczne, które pozwalają wykryć i oznaczyć ilościowo badany składnik.

Metody analizy instrumentalnej wykorzystują charakterystyczne właściwości fizyczne
lub fizykochemiczne substancji do jej identyfikacji i ilościowego oznaczenia.
Do metod instrumentalnych analizy należą metody spektroskopowe, elektrochemiczne,
chromatograficzne, radiometryczne i analizy termicznej.

Metody chemiczne są często pomocne w analizie instrumentalnej i tylko umiejętne
posługiwanie się metodami klasycznymi, jak i instrumentalnymi zapewnia prawidłowe
wykonanie zadań analitycznych.

Wśród chemicznych metod analizy jakościowej istnieje podział na:

Analizę przeprowadzaną "na sucho", polegającą na badaniu substancji bez

przeprowadzania jej do roztworu (np. charakterystyczne barwienie płomienia, stapianie
z sodą, zachowanie podczas prażenia),

Analizę przeprowadzaną "na mokro", w której badane składniki (jony) znajdują się

w toku analizy w roztworze.

W analizie "na mokro" wykorzystuje się reakcje chemiczne o czułości od 50 do
0,001 g/ cm

3

. Przebiegają one między składnikami badanymi (jonami) a stosowanymi

odczynnikami.

Odczynniki można podzielić na:

Specyficzne, dające w określonych warunkach reakcję tylko z danym jonem

(tzn. umożliwiające wykrycie go w obecności innych); jest ich bardzo niewiele,

Selektywne, reagujące podobnie z pewną grupą jonów,

Maskujące, wiążące w trwały związek jon uboczny (przeszkadzający) i wyłączające go

z udziału w roztworze,

Grupowe, wykazujące zdolność wytrącania określonej kategorii jonów z roztworu

w pewnych warunkach i umożliwiające podział ich na tzw. grupy analityczne,

Charakterystyczne, za pomocą, których dokonuje się identyfikacji jonów wewnątrz

grupy.

Podział analizy jakościowej na analizę kationów i anionów, a tych - na grupy

analityczne, stanowi duże ułatwienie w przebiegu analizy.

5

Ć

WICZENIE NR

1:

Identyfikacja i własności podstawowych kwasów i zasad

.

Zagadnienia teoretyczne - własności kwasów i zasad, dysocjacja elektrolityczna

kwasów i zasad, stała i stopień dysocjacji, mocne i słabe kwasy i zasady.

Wiadomości ogólne

Za podstawę klasyfikacji różnych substancji chemicznych na kwasy i zasady oraz

takie które nie są kwasami ani zasadami początkowo przyjęto spostrzeżenia z badań

doświadczalnych. Badania substancji ujawniły wspólne charakterystyczne cechy kwasów i

zasad. Za typowe własności kwasowe przyjęto: kwaśny smak roztworów, zmiany

zabarwienia barwników roślinnych (np. lakmusu) oraz specyficzne działanie na metale i

alkalia połączone często z wydzieleniem gazowego wodoru. Także roztwory wodne

wodorotlenków posiadają typowe własności np. gorzki smak, są śliskie w dotyku i

zobojętniają kwasy.

Istnieje wiele substancji o własnościach podobnych do własności kwasów lub zasad,

które jednakże nimi nie są. Obecnie klasyfikacja substancji na kwasy i zasady opiera się na

powiązaniu własności kwasowo-zasadowych ze strukturą cząsteczkową i jonową. Istnieje

szereg teorii kwasów i zasad. Najstarszą z nich jest teoria Arrheniusa (1884) definiująca

kwasy jako substancje odszczepiające w roztworach wodnych jony wodorowe H

+

zaś zasady

odszczepiają jony wodorotlenowe OH

-

. Obecnie powszechną jest teoria Brönsteda -

Lowry’ego (1923) wg której kwasy określa się jako substancje zdolne do oddawania protonu

H

+

(donory protonu), natomiast zasady jako substancje zdolne do przyłączenia protonu

(akceptory protonu). Kwas HA odając proton H

+

staje się zasadą.

HA

H

+

+ A

-

kwas

zasada

W przemyśle chemicznym jak również w laboratorium chemicznym stosuje się wiele

różnych kwasów i zasad. Do najważniejszych z nich należą kwasy: siarkowy, solny i azotowy

oraz zasady: sodowa, potasowa i amonowa. Oczywiście w procesach przemysłowych nie

zawsze są potrzebne roztwory o wysokiej czystości, jaka jest wymagana dla odczynników

laboratoryjnych.

Krótka charakterystyka niektórych kwasów i zasad.

Kwas siarkowy H

2

SO

4

jest gęstą, oleistą cieczą o gęstości 1.84 g/cm

3

. W przemyśle

używany jest jako stężony kwas siarkowy 93.2% -owy. Laboratoryjny czysty kwas jest

6

ok. 98% owym roztworem. Bardziej stężony roztwór kwasu tj. 100%- owy H

2

SO

4

istnieje pod

nazwą oleum i zawiera wolny trójtlenek siarki.

Wszelkie operacje z kwasem siarkowym należy wykonywać z dużą ostrożnością

z uwagi na jego silne właściwości żrące.

Stężony kwas siarkowy jest odczynnikiem utleniającym (zwłaszcza na gorąco)

i doskonałym środkiem odwadniającym.

Kwas solny HCl jest roztworem chlorowodoru w wodzie. Stężony kwas solny jest

38 %- owym roztworem o gęstości 1.19 g/cm

3

. Podczas ogrzewania stężenie kwasu obniża się

do ok. 20 % HCl, co odpowiada mieszaninie azeotropowej o temperaturze wrzenia 110

o

C.

Kwas solny jest kwasem nieutleniającym; rozpuszcza metale aktywne chemicznie

takie jak np.: Fe, Zn, Al, Mg.

Mieszanina stężonych kwasów solnego i azotowego (w stosunku objętościowym 3:1)

tzw. woda królewska jest silnym środkiem utleniającym.

Kwas solny tak silnie koroduje metale, że musi być przepompowywany przez rury

szklane lub plastikowe i w takich naczyniach należy go przechowywać. Handlowy kwas solny

jest zwykle zabarwiony na kolor żółtobrunatny wskutek obecności żelaza oraz innych

zanieczyszczeń.

Kwas azotowy HNO

3

stężony jest 68 %-owym roztworem HNO

3

w wodzie

o gęstości 1.4 g/cm

3

. Jest nietrwały, rozkłada się już w temperaturze pokojowej wydzielając

NO

2

. Tlenek ten nadaje roztworowi brunatno-żółte zabarwienie, które jest charakterystyczne

dla kwasu azotowego przechowywanego przez pewien okres czasu. Stężony kwas azotowy

ma silne własności utleniające i rozpuszcza m.in. Ag, As, Bi, Cu. Stężony kwas azotowy nie

rozpuszcza żelaza, glinu i chromu, ponieważ na powierzchni tych metali powstaje cienka

warstewka tlenku chroniąca metal przed działaniem kwasu (pasywacją).

Stężony kwas azotowy działa silnie żrąco na ciało ludzkie powodując trudno gojące

się oparzenia. Rozcieńczony reaguje z białkami skóry tworząc tzw. kwasy ksantoproteinowe

barwiące skórę na kolor żółtobrunatny. Natomiast tlenki azotu są silnie trujące i działają

drażniąco na przewód oddechowy.

Wodorotlenek sodowy NaOH jest dostarczany do laboratorium w postaci lasek lub

granulek. W obu postaciach chłonie wilgoć z powietrza i na jego powierzchni tworzy się

szybko nasycony roztwór wodorotlenku sodowego o własnościach silnie żrących.

Roztwór nasycony w wodzie o stężeniu 20 mol/dm

3

posiada gęstość 1.55 g/cm

3

.

Wodorotlenek sodowy nazywa się potocznie sodą żrącą, a jego roztwór ługiem sodowym.

Mają one wiele cennych zastosowań zarówno w laboratorium jak i w przemyśle

7

(np. do produkcji mydła i środków piorących, oczyszczania olejów roślinnych, w przemyśle

papierniczym).

Wodorotlenek potasowy KOH ze względu na stosunkowo wysoką cenę ma

mniejsze zastosowanie w przemyśle chemicznym, natomiast jest powszechnie używany

w laboratorium. Jest silnie higroskopijny i bardzo dobrze pochłania dwutlenek węgla.

Nasycony roztwór wodorotlenku potasowego w wodzie (ok. 52%-owy) posiada gęstość

1.53 g/cm

3

.

Woda amoniakalna NH

3

∙H

2

O dawniej nazywana niepoprawnie zasadą

amonową NH

4

OH powstaje w wyniku wychwytywania protonów przez amoniak i tworzenia

jonów amonowych dlatego w roztworze powstaje nadmiar jonów wodorotlenowych.

NH

3

+ H

2

O

NH

4

+

+ OH

-

Amoniak jest wrzącym gazem w temperaturze - 33.4°C. Pod ciśnieniem ok. 10 atm.

skrapla się w temperaturze 25°C. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. Stężony roztwór wodny

amoniaku zwany wodą amoniakalną (NH

3

·H

2

O) o gęstości 0.88 g/cm

3

zawiera ok. 34 %mas.

NH

3

co odpowiada stężeniu 17.7 mol/dm

3

.

Wykonanie ćwiczenia

Do probówki pobrać po kilka kropli roztworów rozcieńczonych kwasów HCl, HNO

3,

H

2

SO

4

i CH

3

COOH oraz zasad NaOH, KOH i NH

3

·H

2

O.

1) sprawdzić odczyn za pomocą wskaźnika pH (papierka wskaźnikowego)

2) przeprowadzić reakcje wg schematu (str.4) zapisując jednocześnie równania

zachodzących w roztworze reakcji wg załączonej tabeli.

Uwaga: Równania reakcji odpowiednich kationów (dla zasad) i anionów

(dla kwasów) są podane przy następnych ćwiczeniach.

8

Kwas lub

zasada

Odczynniki i czynności

Obserwacje i równanie reakcji

2 krople

2 M HCl

1) 2 krople r-ru AgNO

3

2) wytrącony osad rozpuścić w r-rze

NH

3

·H

2

O (ok. 6 kropli) i ponownie

wytrącić za pomocą 6 M. HNO

3

ok. (2 krople)

1) Cl

-

+ Ag

+

AgCl↓ biały osad

2) AgCl + 2 NH

3

·H

2

O →

[Ag(NH

3

)

2

]Cl

[Ag(NH

3

)

2

]Cl + 2 HNO

3

→

AgCl↓ + 2 NH

4

NO

3

1-2 krople

2 M H

2

SO

4

1-2 krople r-ru BaCl

2

SO

4

2-

+ Ba

2+

→ BaSO

4

↓

1-2 krople

(1:1) HNO

3

2 wiórki metalicznej miedzi

zwrócić uwagę na barwę roztworu i

zapach wydzielających się tlenków azotu

3 Cu + 2 NO

3

-

+ 8 H

+

→ 3 Cu

2+

+

2 NO + 4 H

2

O

2 NO + O

2

→ NO

2

3 krople

stęż

CH

3

COOH

1-3 krople stęż. H

2

SO

4

kwas siarkowy wypiera z roztworu

octanów wolny kwas octowy

zapach octu

3 M.NaOH

r-r NaOH wprowadzony na druciku

platynowym do płomienia palnika

gazowego

trwałe, intensywnie żółte

zabarwienie płomienia.

1-2 krople

6 M KOH

.

1) 1 kropla azotynokobaltanu

sodowego

2) próba na zabarwienie płomienia

analogicznie do próby na NaOH

1) żółty osad

reakcja str. 24

2) jasnofioletowy kolor płomienia

2 M

NH

3

·H

2

O

1) 5-6 kropli NH

3

·H

2

O + 3 krople mocnej

zasady np. 6 M. KOH/

2) 1-2 krople azotynokobaltanu sodowego

+ 1-2 krople NH

3

·H

2

O

3) 2 krople NH

3

·H

2

O + 10 kropli wody +

2 krople odczynnika Nesslera/

1) zapach gazowego amoniaku

2) żółty osad

reakcja str.25

3) pomarańczowo-brunatny osad

rekcja str.25

9

Ć

WICZENIE NR

2:

Identyfikacja kationów I i II grupy analitycznej:Ag

+

, Pb

2+

, Cu

2+

, Hg

2+

, Bi

3+

1.

P

ODZIAŁ KATIONÓW NA GRUPY ANALITYCZNE

Podstawą klasyfikacji analitycznej kationów jest podział kationów na odpowiednie

grupy analityczne, który umożliwia systematyczny tok analizy kationów. Podstawą podziału

są reakcje tworzenia trudno rozpuszczalnych osadów oznaczanych kationów z

odczynnikami grupowymi takimi jak kwas solny, siarkowodór, siarczek amonu, węglan

amonu. Głównym celem stosowania tych odczynników jest dokładne oddzielenie

analitycznych grup kationów z mieszaniny kationów. Zastosowanie właściwego odczynnika

grupowego pozwala szybko wykazać obecność lub brak jonów danej grupy w badanej próbce

roztworu.

Klasyczny podział 28 najczęściej występujących kationów, dokonany przez

C. R. Freseniusa, obejmuje pięć następujących grup analitycznych:

I grupa analityczna (grupa kwasu solnego).

Do tej grupy zaliczamy jony

Ag

+

, Pb

2+

, Hg

2

2+

, które w reakcji z 2 mol/dm

3

(2 M)

1

kwasem chlorowodorowym HCl,

tworzą w roztworze trudno rozpuszczalne chlorki. Chlorki są nierozpuszczalne w
rozcieńczonych kwasach mineralnych z wyjątkiem chlorku ołowiu(II) PbCl

2

, który

rozpuszcza się w gorącej wodzie. Siarczki tych kationów nie rozpuszczają się w
rozcieńczonych kwasach.

II grupa analityczna (grupa siarkowodoru).

Do tej grupy należą kationy:

Hg

2+

, Pb

2+

, Cu

2+

, Bi

3+

, Cd

2+

, As(III)

2

, As(V), Sb(III), Sb(V), Sn(II) i Sn(IV) wytrącane w

roztworze przez siarkowodór H

2

S z kwaśnego roztworu (0.2-0.3 M HCl pH~0.5

3

).

III grupa analityczna (grupa siarczku amonu).

Obejmuje kationy Al

3+

,

Cr

3+

, Fe

3+

, Co

2+

, Ni

2+

, Mn

2+

, Zn

2+

, których siarczki są trudno rozpuszczalne w wodzie, ale

łatwo rozpuszczalne w rozcieńczonych kwasach, dlatego siarczki tej grupy nie mogą być
wytrącone razem z katonami I i II grupy. Jony Al

3+

i Cr

3+

pod wpływem odczynnika

grupowego tworzą , zamiast siarczków , trudno rozpuszczalne wodorotlenki. Odczynnikiem
grupowym III grupy jest siarczek amonowy (NH

4

)

2

S, w środowisku alkalicznym, w

obecności buforu amonowego NH

3

∙H

2

O + NH

4

Cl, który wytrąca odpowiednie siarczki lub

wodorotlenki Al(OH)

3

i Cr(OH)

3

.

IV grupa analityczna (grupa węglanu amonowego).

Występujące w tej

grupie jony: Ca

2+

, Sr

2+

, Ba

2+

są wytrącane przez (NH

4

)

2

CO

3

w obecności buforu

amonowego (NH

3

∙H

2

O + NH

4

Cl) w postaci trudno rozpuszczalnych węglanów.

1

2 M oznacza stężenie molowe 2 mol/dm

3

2

Oznaczenie liczbą rzymską wskazuje ze pierwiastek może być obecny w roztworze w postaci anionu

3

pH= -log[H

+

]: ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych w roztworze

10

V grupa analityczna (brak odczynnika grupowego).

Do grupy zaliczane

są kationy: Na

+

, K

+

, NH

4

+

, Mg

2+

, które pozostają w roztworze po kolejnym oddzieleniu

kationów grup I-IV. Jony tej grupy nie mają odczynnika grupowego. Chlorki, siarczki
i węglany kationów tej grupy są rozpuszczalne w wodzie. Wyjątek stanowi zasadowy
węglan dihydroksymagnezu Mg

2

(OH)

2

CO

3

, który jest trudno rozpuszczalny w wodzie, ale

łatwo jest rozpuszczalny w roztworach soli amonowych i nie ulega wytrąceniu, jeżeli do
roztworu doda się NH

4

Cl.

Współcześnie tok analizy kationów oparty jest na stosowaniu 0.5 M wodnego roztworu

tioacetamidu zamiast siarkowodoru i siarczku amonu. Związki siarkowodoru są bardziej

szkodliwe dla zdrowia, charakteryzują się wyjątkowo przykrym zapachem.

Tioacetamid hydrolizuje w środowisku kwaśnym lub alkalicznym, podczas ogrzewania,

z utworzeniem siarkowodoru, który w chwili powstania wytrąca osady odpowiednich

siarczków. Ten sposób wytrącania siarczków z roztworów homogenicznych daje siarczki

o zwartej, grubokrystalicznej strukturze, łatwe do sączenia i przemywania,

co ułatwia analizę. Poza tym tioacetamid jest mniej toksyczny od siarkowodoru.

4

H

3

C

C

S

NH

2

+

2 H

2

O

H

2

S

+ H

3

C

C

O

O

+

NH

4

tioacetamid

H

+

lub OH

-

Przy omawianiu reakcji charakterystycznych w poszczególnych grupach

analitycznych uwzględniono tylko niektóre kationy, a mianowicie: Pb

2+

, Cu

2+

, Hg

2+

, Bi

3+

,

Ni

2+

, Al

3+

, Mn

2+

, Cr

3+

, Fe

3+

, Zn

2+

,

Ca

2+

, Mg

2+

, NH

4

+

i K

+

.

Szczegółowy podział kationów na grupy analityczne przedstawiono jest na

poniższym schemacie.

4

Pomimo, mniejszej toksyczności prace z tiacetamidem powinny być wykonywane ostrożnie

i pod wyciągiem, ponieważ tiacetamid jest klasyfikowany jako substancja niebezpieczna o

potencjalnym działaniu rakotwórczym. Podczas analizy pojedynczych kationów reakcje

charakterystyczne z tioacetamidem, siarkowodorem i siarczkiem amonowym nie powinny być

wykonywane przez studentów i można je pominąć.

11

Kationy wszystkich grup:

Ag

+

, Pb

2+

, Hg

2

2+

- I grupa

Cu

2+

, Bi

3+

, Cd

2+

, Pb

2+

, Hg

2+

, As(III,V), Sb(III,V), Sn(II,IV)

–II grupa

Al

3+

, Cr

3+

, Fe

2+

, Fe

3+

, Co

2+

, Ni

2+

, Zn

2+

, Mn

2+

-III grupa

Ca

2+

, Sr

2+

, Ba

2+

- IV grupa

NH

4

+

, Na

+

, K

+

, Mg

2+

- V grupa

Rozdział kationów na grupy analityczne wg Freseniusa

Grupa I

– chlorki trudno rozp. w H

2

O

AgCl, PbCl

2

, Hg

2

Cl

2

Pozostałe kationy

(NH

4

)

2

S lub AKT + bufor amonowy

amon amonowy

Pozostałe kationy

Grupa II

– nierozpuszczalne w rozcień. kwasach siarczki

CuS, Bi

2

S

3

, CdS, PbS, HgS, As

2

S

3

, As

2

S

5

, Sb

2

S

3

, SnS

2

H

2

S lub AKT + 2 M HCl

wytrącanie

Grupa III

– rozpuszczalne w kwasach siarczki,

nierozpuszczalne w zasadach siarczki i wodorotlenki
Al(OH)

3

, Cr(OH)

3

, Fe(OH)

3

, ZnS, NiS, CoS, MnS

Grupa IV

– nierozpuszczalne w H

2

O węglany

CaCO

3

, SrCO

3

, BaCO

3

Pozostałe kationy

Pozostałe kationy:

Grupa V:

NH

4

+

, Na

+

, K

+

, Mg

2+

(NH

4

)

2

CO

3

+ bufor amonowy

2 M HCl

wytrącanie

wytrącanie

wytrącanie

12

2.

R

EAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

I

GRUPY

Odczynnikiem grupowym I grupy analitycznej jest 2M roztwór kwasu

chlorowodorowego. Do tej grupy należą katony srebra Ag

+

, rtęci Hg

2

2+

i ołowiu Pb

2+

.

Reakcje jonu srebra Ag

+

1. Roztwór 2 M kwasu chlorowodorowego HCl (odczynnik grupowy) wytrąca biały

serowaty osad chlorku srebra AgCl

Ag

+

+ Cl

-

→ AgCl↓

biały

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2-3 krople 2M HCl do wytrącenia osadu.

Jest to osad ciemniejący na świetle (fotochemiczny rozkład na srebro i chlor),
nierozpuszczalny w 2M roztworze HNO

3

, rozpuszczalny w amoniaku z utworzeniem

kompleksowego związku - chlorku diaminasrebra

AgCl + 2 NH

3

·H

2

O → [Ag(NH

3

)

2

]Cl + 2 H

2

O

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca nietrwały wodorotlenek srebra

rozkładający się na tlenek srebra i wodę

2 Ag

+

+ 2 NaOH → Ag

2

O↓ + H

2

O+ 2 Na

+

ciemnobrunatny

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2-3 krople 3 M. NaOH do wytrącenia osadu.

3. Roztwór wodny amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca biały osad wodorotlenku srebra, który

rozkłada się do tlenku srebra, rozpuszczalnego w nadmiarze odczynnika z utworzeniem
wodorotlenku diaminasrebra

Ag

2

O + 4 NH

3

·H

2

O → 2 [Ag(NH

3

)

2

]OH + 3 H

2

O

Wykonanie: Próbę należy wykonać w suchej probówce. Do 3 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople
NH

3

·H

2

O (do oznaczania Ag

+

) - widać zmętnienie. Dodanie dalszych 2-3 kropli roztworu NH

3

·H

2

O powoduje

rozpuszczenie osadu.

4. Roztwór jodku potasu KI wytrąca osad jodku srebra

Ag

+

+I

-

→ AgI↓

żółtozielonkawy

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj kroplami KI do wytrącenia osadu.

5. Roztwór chromianu(VI) potasu K

2

CrO

4

wytrąca osad chromianu(VI) srebra

2 Ag

+

+ CrO

4

2-

→ Ag

2

CrO

4

↓

czerwonobrunatny

Osad ten rozpuszcza się w rozcieńczonym HNO

3

i w NH

3

·H

2

O.

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople K

2

CrO

4

do wytrącenia osadu.

13

Reakcje jonu ołowiu (II) Pb

2+

1. Roztwór 2 M kwasu chlorowodorowego HCl (odczynnik grupy I) wytrąca osad chlorku
ołowiu(II)

Pb

2+

+ 2 Cl

-

→ PbCl

2

↓

biały

Osad chlorku ołowiu (II) rozpuszcza się w gorącej wodzie, a po oziębieniu krystalizuje w
postaci drobnych blaszek.

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople 2 M roztworu HCl do wytrącenia osadu.
W celu rozpuszczenia osadu należy wstawić probówkę zawierająca roztwór z osadem do łaźni wodnej.
Następnie ochłodzić roztwór w zlewce z zimną wodą (wytrąci się osad).

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca osad wodorotlenku ołowiu(II)

o właściwościach amfoterycznych, rozpuszczalny jest w nadmiarze odczynnika i w
kwasach

Pb

2+

+ 2 OH

-

→ Pb(OH)

2

↓

biały

Pb(OH)

2

+ 2 NaOH → Na

2

PbO

2

+ 2 H

2

O

ołowin sodowy

Pb(OH)

2

+ 2 NaOH → Na

2

[Pb(OH)

4

]

tetrahydroksyołowian(II) sodowy

Pb(OH)

2

+ 2 HNO

3

→ Pb(NO

3

)

2

+ 2 H

2

O

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople 3 M NaOH do wytrącenia osadu.

3. Roztwór amoniaku NH

3

∙OH wytrąca osad wodorotlenku ołowiu(II) nierozpuszczalny w

nadmiarze odczynnika

Pb

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O → Pb(OH)

2

↓ + 2 NH

4

+

biały

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli badanego roztworu dodaje się 5-6 kropli 2 M 2NH

3

·H

2

O do wytrącenia osadu.

4. Roztwór jodku potasu KI wytrąca osad jodku ołowiu (II)

Pb

2+

+ 2 I

-

→ PbI

2

↓

żółty

Osad jodku ołowiu(II) rozpuszcza się w gorącej wodzie, a po oziębieniu krystalizuje.

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaje się 1 kroplę roztworu KI i 2 krople 2 M. roztworu kwasu
octowego CH

3

COOH (wytrąci się żółty osad). Dodaj ok. 2 ml wody i ogrzewaj probówkę do rozpuszczenia

osadu na wrzącej łaźni wodnej. Po oziębieniu w zlewce z zimną wodą krystalizuje piękny, błyszczący, żółty
osad. Jest to jedna z najpiękniejszych reakcji analitycznych.

5. Roztwór chromianu(VI) potasowego K

2

CrO

4

wytrąca osad chromianu(VI) ołowiu(II)

Pb

2+

+ CrO

4

2-

→ PbCrO

4

żółty

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople 2 M roztworu kwasu octowego CH

3

COOH

i 1-2 krople roztworu K

2

CrO

4

.

14

3. R

EAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

II

GRUPY

Odczynnikiem grupowym II grupy jest siarkowodór H

2

S (lub AKT w obecności 2M

roztworu kwasu chlorowodorowego HCl). Do tej grupy zalicza się następujące jony:
ołowiu Pb

2+

, rtęci Hg

2+

, bizmutu Bi

3+

, kadmu Cd

2+

miedzi Cu

2+

, arsenu As(III, As(V),

antymonu Sb(III), Sb(V), cyny Sn(II) i Sn(IV).

Reakcje jonu rtęci (II) Hg

2+

1. Siarkowodór H

2

S (lub AKT w obecności 2M roztworu HCl) – odczynnik grupowy II

grupy, wytrąca barwne osady soli podwójnych (np.HgCl

2

·2HgS), w których sole rtęci (II)

połączone są w różnych stosunkach. Barwa osadu zmienia się w miarę dodawania
odczynnika, od białej poprzez żółtobrunatną i brunatną do czarnej

Hg

2+

+ S

2-

→ HgS↓

czarny

Osad rozpuszcza się w wodzie królewskiej (1 obj. HNO

3

stęż. + 3 obj. HCl stęż.).

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople 2 M roztworu HCl i 2-3 krople roztworu AKT.
Mieszaninę ogrzać na łaźni wodnej 8-10 min.

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca osad tlenku rtęci(II)

Hg

2+

+ 2 OH

-

HgO↓ + H

2

O

żółty

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople 3 M roztworu NaOH. Wytrąca się
czerwonobrązowy osad przechodzący w nadmiarze odczynnika strącającego w żółty.

3. Roztwór amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca osady soli amino- lub tlenoaminortęci(II)

HgCl

2

+ 2 NH

3

H

2

O

HgNH

2

Cl↓ + NH

4

Cl + 2 H

2

O

biały

2 Hg(NO

3

)

2

+ 4 NH

3

H

2

O

O

Hg

NH

2

NO

3

+ NH

4

NO

3

+ 3 H

2

O

Hg

biały

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople 3 M roztworu NH

3

·H

2

O aż do uzyskania

odczynu zasadowego i wytrącenia osadu.

4. Roztwór jodku potasu KI wytrąca osad jodku rtęci(II), rozpuszczalny w nadmiarze
odczynnika z utworzeniem związku kompleksowego jodortęcianu(II) potasu

Hg

2+

+ 2 I

-

HgI

2

↓

czerwony

HgI

2

+ 2 KI

K

2

[HgI

4

]

bezbarwny

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaje się 1 kroplę 0.1 M roztworu KI (wytrąci się osad).
Następnie dodaj dalsze 1-2 krople roztworu KI do rozpuszczenia osadu.

15

Reakcje jonu miedzi(II) Cu

2+

1. Siarkowodór H

2

S (AKT) –odczynnik grupowy wytrąca osad siarczku miedzi(II)

Cu

2+

+ S

2-

→ CuS↓

czarny

Siarczek miedzi(II) rozpuszcza się w gorącym 2 M roztworze kwasu azotowego(V) HNO

3

.

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople 2 M roztworu HCl i 2-3 krople roztworu
AKT. Mieszaninę ogrzewać na łaźni wodnej 8-10 min.

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca osad wodorotlenku miedzi(II), który

przy podgrzaniu przechodzi w tlenek

Cu

2+

+ 2 OH

-

→ Cu(OH)

2

↓

niebieskozielony

Cu(OH)

2

→ CuO↓ + H

2

O

brunatnoczerwony

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaje się 1 kroplę 3 M roztworu NaOH.

3. Roztwór amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca osad wodorotlenku miedzi (II), rozpuszczalny w

nadmiarze amoniaku z utworzeniem związku kompleksowego wodorotlenku
tetraaminomiedzi(II). Jest to jedna z najbardziej charakterystycznych reakcji Cu

2+

.

Cu

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O → Cu (OH)

2

↓ + 2 NH

4

+

niebieskozielony

Cu(OH)

2

+ 4 NH

3

·H

2

O → [Cu(NH

3

)

4

](OH)

2

+ 4 H

2

O

szafirowy

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu powoli dodaje się kroplami 0.5 M roztwór NH

3

·H

2

O aż do

wytrącenia osadu, i dalej aż do jego rozpuszczenia.

4. Roztwór jodku potasu KI wytrąca osad jodku miedzi(II), który rozkłada się na jodek

miedzi(I) z równoczesnym wydzieleniem jodu

2 Cu

2+

+ 4 I

-

2CuI

2

↓ Cu

2

I

2

↓ + I

2

↑

czarny

biały czerwonobrunatny

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaje się 1 kroplę roztworu KI.

5. Roztwór

heksacyjanożelazianu(II) potasowego K

4

[Fe(CN)

6

]

wytrąca osad

heksacyjanożelazianu (II) miedzi(II)

2 Cu

2+

+ [Fe(CN)

6

]

4-

→

Cu

2

II

[Fe

II

(CN)

6

]↓

czerwonobrunatny

Jest to reakcja bardzo czuła. W roztworach rozcieńczonych powstaje tylko czerwonawe
zabarwienie.

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaje się 1-2 krople roztworu K

4

[Fe(CN)

6

]

.

16

Reakcje jonu bizmutu(III) Bi

3+

1. Siarkowodór H

2

S wytrąca osad siarczek bizmutu(III) rozpuszczalny w gorącym

rozcieńczonym HNO

3

i gorącym stężonym HCl,

2 Bi

3+

+ 3 S

2-

→ Cd

2

S

3

↓

brunatny

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 3 - 5 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplę 2 M. roztworu HCl i 2-3 krople roztworu AKT.

Mieszaninę należy ogrzać na łaźni z wrzącą wodą ok. 5 min.

2. Roztwory wodne chlorku bizmutu(III) BiCl

3

lub azotanu(V) bizmutu(III) Bi(NO

3

)

3

ulegają hydrolizie, mętnieją, wytrąca się biały osad soli zasadowej odpowiednio
hydroksychlorek bizmutu(III) Bi(OH)Cl lub azotan bizmutylu BiONO

3

.

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2-3 krople wody destylowanej. Roztwór mętnieje.

3. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca biały osad wodorotlenku bizmutu(III)

rozpuszczalny w kwasach, nierozpuszczalny w zasadach, który po podgrzaniu odwadnia
się przechodząc w żółty wodorotlenek bizmutylu.

Bi

3+

+ 3 OH

-

→ Bi(OH)

3

↓

biały

Bi(OH)

3

↓→ BiO OH + H

2

O

Żółty

BiO

+

- jon bizmutylu

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople 3M roztworu NaOH. Wytrącony osad
ogrzać na łaźni wodnej

4. Roztwór amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca biały osad soli zasadowych, których skład

zmienia się w zależności od stężenia roztworu i temperatury.

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople roztworu NH

3

·H

2

O. Wytrącony osad ogrzać

na łaźni wodnej

5. Roztwór jodku potasu KI wytrąca z roztworów soli bizmutu (III) ciemnobrunatny jodek

Bil

3

, rozpuszczający się w nadmiarze odczynnika.

Bi(NO

3

)

3

+ 3 KI → BiI

3

+ 3 KNO

3

ciemnobrunatny

BiI

3

+ KI → K[BiI

4

]

tetrajodobizmutan(III) potasu

pomarańczowy

Przy rozcieńczaniu roztworu powstałego związku kompleksowego wytrąca się z powrotem
Bil

3

, który z kolei ulega hydrolizie, przechodząc w pomarańczowy jodek bizmutylu.

BiI

3

+ H

2

O → BiOI + 2 HI

pomarańczowy

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople roztworu KI. Wytrąca się ciemnobrunatny
osad. Po dodaniu nadmiaru roztworu KI osad rozpuszcza się i tworzy się pomarańczowy kompleks

17

6. Roztwory dichromianu(VI) potasu K

2

Cr

2

O

7

powodują wytrącanie żółtego osadu

dichromianu (VI) ditlenku dibizmutu (III) (dwuchromianu bizmutylu), rozpuszczalnego w
kwasach, nierozpuszczalnego w zasadach (odróżnienie od Pb)

2 Bi(NO

3

)

3

+ K

2

Cr

2

O

7

+ 2 H

2

O → (BiO)

2

Cr

2

O

7

+ 2 KNO

3

+ 4 HNO

3

żółty

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli roztworu soli Bi(III) dodaj 2 - 3 krople roztworu K

2

Cr

2

O

7

. Powstaje żółty osad.

C

ZĘŚĆ PRAKTYCZNA ANALIZY KATIONÓW

.

Identyfikacja pojedynczych kationów w roztworze polega na dodawaniu odczynników

charakterystycznych do małych porcji badanego roztworu. Na ogół zaczyna się od
stwierdzenia, do której grupy analitycznej należy zawarty w roztworze kation. W tym celu do
kolejnych porcji roztworu dodaje się odczynniki grupowe kolejnych grup analitycznych.

W przypadku powstania osadu i stwierdzenia, że badany kation należy do I grupy, do

kilku nowych porcji badanego roztworu dodaje się inne odczynniki charakterystyczne. Na
podstawie wyników tych reakcji (powstanie charakterystycznej barwy lub zapachu,
wytrącenie się osadu, jego barwa, rozpuszczalność) i dalszych reakcji z innymi odczynnikami
identyfikuje się badany kation.

Jeżeli po dodaniu odczynnika grupowego I grupy kationów osad nie wytrąca się, do

tej samej porcji roztworu dodaje się odczynnik grupowy II grupy. Brak reakcji wytrącania
oznacza brak kationu II grupy w badanym roztworze. Następnie dodaje się odczynnik
grupowy III grupy. Jeżeli i w tym przypadku nie powstanie osad, dodaje się odczynnik
grupowy IV grupy. Jeżeli osad nie powstanie, oznacza to, że badany kation należy do V grupy
lub w roztworze brak jest w ogóle kationów. Po stwierdzeniu, do której grupy analitycznej
należy kation, przeprowadza się opisane uprzednio reakcje charakterystyczne

Należy zapoznać się ze wszystkimi reakcjami kationów odpowiednich grup

przedstawionych

w

instrukcji

wykonując samodzielnie reakcje grupowe (dla

zidentyfikowania grupy) i charakterystyczne dla tych kationów. Potrzebne roztwory znajdują
się na sali na półkach nad stołami laboratoryjnymi, w koszyczkach na stołach oraz pod
wyciągiem. Po zapoznaniu się z reakcjami należy zgłosić się do asystenta po zadanie.

W 3 probówkach otrzymanych od asystenta (każda zawiera roztwór jednej soli)

należy zidentyfikować znajdujące się w nich kationy. Identyfikację należy przeprowadzić wg
opisanych zasad. Do probówek wlewać po kilka kropli badanego roztworu i kroplami
dodawać roztwory poszczególnych odczynników. Wyniki analizy przedstawić wg podanego
schematu:

Nr

probówki

Przebieg analizy

Obserwacje

Wnioski

Wynik

1

Próbka + HCl

Brak osadu

Kation nie należy do I
grupy

Próbka + AKT

Czarny osad

Kation II grupy

Próbka + NaOH

Niebieskozielony osad

Cu

2+

osad + NH

3

·H

2

O

Osad rozpuszcza się

Próbka + NH

3

·H

2

O

Szafirowy zabarwienie
roztworu

Cu

2+

Próbka

+

K

4

[Fe(CN)

6

]

Czerwonobrunatny osad

Cu

2+

Rekcje w toku analizy
Cu

2+

+ 2 S

-2

→ CuS↓

Cu

2+

+ 2 OH

-

→Cu(OH)

2

↓

Cu(OH)

2

+ 4 NH

3

·H

2

O → [Cu(NH

3

)

4

](OH)

2

+ H

2

O

2 Cu

2+

+ [Fe(CN)

6

]

4-

→Cu

2

[Fe(CN)

6

]↓

Cu

2+

2

itd

itd

itd

18

Ć

WICZENIE NR

3:

Identyfikacja kationów III grupy analitycznej: Ni

2+

, Cr

3+

, Al

3+

, Fe

3+

, Zn

2+

i

Mn

2+

1

.

R

EAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

III

GRUPY

Odczynnikiem grupowym III grupy jest siarczek amonu (NH

4

)

2

S lub AKT w obecności

buforu amonowego (NH

3

∙H

2

O + NH

4

Cl).

Do tej grupy należą kationy niklu Ni

2+

, kobaltu Co

2+

, żelaza Fe

3+

i Fe

2+

, manganu Mn

2+

,

chromu Cr

3+

, glinu Al

3+

i cynku Zn

2+

.

Siarczek amonu (NH

4

)

2

S to sól w dość znacznym stopniu zdysocjowana, dlatego stężenie

jonów siarczkowych S

2-

jest wystarczające do przekroczenia iloczynów rozpuszczalności

siarczków kationów III grupy i wytrącenia osadów. Iloczyny rozpuszczalności

5

tych

siarczków są znacznie większe od iloczynów rozpuszczalności siarczków II grupy (np.
I

rCuS

=8.0·10

-36

; I

rMnS

=1.0·10

-11

). Aby zapobiec hydrolizie siarczku amonowego, stosuje się

dodatek roztworu amoniakuj NH

3

·H

2

O (przesunięcie równowagi reakcji hydrolizy w lewo).

(NH

4

)

2

S + H

2

O ↔ + NH

4

HS

NH

4

HS + H

2

O ↔ NH

3

·H

2

O + H

2

S

Oprócz roztworu amoniaku należy dodać do roztworu kationów III grupy chlorku amonu,
NH

4

Cl. Z jednej strony zapobiega to strącaniu się wodorotlenku magnezu, Mg(OH)

2

pod

wpływem amoniaku, a z drugiej przeszkadza w powstawaniu koloidalnych roztworów
siarczków i wodorotlenków III grupy, pod warunkiem, że proces strącania prowadzony jest
z roztworu ogrzanego uprzednio do wrzenia.

Reakcje jonu niklu (II) Ni

2+

1. Roztwór siarczku amonu (NH

4

)

2

S wytrąca osad siarczku niklu(II)

Ni

2+

+ S

2-

NiS↓

czarny

Osad nie rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach.

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 4-5 kropli 2 M r-ru

NH

4

Cl i 1 kroplę 2 M r-ru NH

4

OH do

odczynu zasadowego (sprawdź odczyn roztworu papierkiem uniwersalnym). Do przygotowanej mieszaniny
dodać 3-4 krople AKT i całość ogrzewać na łaźni z wrzącą wodą 10-15 min.

2. Roztwory NaOH lub KOH wytrącają osad wodorotlenku niklu (II)

Ni

2+

+ 2 OH

-

→ Ni(OH)

2

↓

zielony

5

Iloczyn rozpuszczalności jest to iloczyn stężeń jonów trudnorozpuszczalnego osadu w roztworze nad osadem.

Dla reakcji równowagi trudnorozpuszczalnego osad A

a

B

b

↔ aA

aq

b+

+ bB

aq

a-

iloczyn rozpuszczalności można

wyrazić wzorem

b

-

a

a

b

B

A

r

]

B

[

]

A

[

I

b

a

. Osad soli lub wodorotlenku wytrąca się w roztworze, gdy iloczyn

stężeń jonów w roztworze jest większy niż iloczyn rozpuszczalności dla danego osadu.

19

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 5-6 kropli roztworu

NaOH lub KOH i 4-5 kropli wody

chlorowej. Mieszaninę ogrzać.

3

.

Woda amoniakalna NH

3

∙H

2

O

wytrąca osad soli zasadowych, rozpuszczalny w nadmiarze

odczynnika z utworzeniem kompleksowego jonu heksaaminaniklu (II), np.

NiCl

2

+ NH

3

·H

2

O

Ni(OH)Cl↓ + NH

4

Cl

zielony

Ni(OH)Cl + 6 NH

3

·H

2

O → [Ni(NH

3

)

6

]

2+

+ OH

-

+ Cl

-

+ 6 H

2

O

szafirowofioletowy

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli badanego roztworu dodawaj kroplami rozcieńczony roztwór

NH

4

OH.

5. Dimetyloglioksym wytrąca w środowisku obojętnym, octanowym lub amoniakalnym osad

wewnątrzkompleksowej soli niklu (II). Jest to najważniejszy, specyficzny odczynnik
wykrywający jony Ni

2+

.

Wykonanie: Do 1 2 kropli badanego roztworu dodać 1-2 krople 1% roztworu dimetyloglioksymu w alkoholu
metylowym. Powstaje różowy osad.

Reakcje jonu chromu (III) Cr

3+

1. Roztwór siarczku amonu (NH

4

)

2

S wytrąca osad wodorotlenku chromu (III)

2 Cr

3+

+ 3 S

2-

+ 6H

2

O

2 Cr(OH)

3

↓ + 3 H

2

S

Szarozielony

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 3-4 krople roztworu AKT oraz kilka kropli roztworu
buforu amonowego. Mieszaninę ogrzewać na łaźni z wrzącą wodą 15-20 min.

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca osad wodorotlenku chromu(III)

Cr

3+

+ 3 OH

-

→ Cr(OH)

3

↓

szarozielony

Wodorotlenek chromu(III) ma właściwości amfoteryczne, rozpuszcza się w nadmiarze
roztworu zasady i w kwasach.

Cr(OH)

3

+ NaOH → NaCrO

2

+ 2H

2

O

chromin sodowy (zielony)

lub Cr(OH)

3

+ NaOH

-

→ Na[Cr(OH)

4

] (inny zapis powyższej reakcji)

Cr(OH)

3

+ 3 HCl → CrCl

3

+ 3 H

2

O

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 3-4 krople NaOH lub KOH. Mieszaninę ogrzewać przez
ok.10 min.

na łaźni wodnej.

3

.

Roztwór wodny amoniaku

wytrąca osad wodorotlenku chromu (III). Osad rozpuszcza się

nieznacznie w nadmiarze amoniaku, ale nie rozpuszcza się w solach amonowych. Dlatego do
wytrącenia można użyć bufor amonowy (NH

3

·H

2

O + NH

4

Cl)

Cr

3+

+ 3 NH

3

·H

2

O → Cr(OH)

3

↓ + 3 NH

4

+

szarozielony

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę 3 M NH

3

·H

2

O. Powstaje zielonkawy osad.

4. Woda utleniona H

2

O

2

w środowisku zasadowym utlenia jony Cr

3+

do CrO

4

2-

2 CrO

2

-

+ 2 OH

-

+ 3 H

2

O

2

→ 2 CrO

4

2-

+ 4H

2

O

zielony

żółty

20

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 2 krople 3 M roztworu NaOH i 2 krople 3% roztworu H

2

O

2

.

Powstające żółte zabarwienie roztworu jest specyficzne dla powstającego chromianu (VI).
Nie wylewać otrzymanego roztworu!

5. Difenylokarbazyd w środowisku kwaśnym daje z jonami CrO

4

2-

(otrzymanymi w

poprzedniej reakcji) zabarwienie czerwonofioletowe.
W środowisku kwaśnym jony chromianowe(VI) CrO

4

2-

przechodzą w dichromianowe(VI)

2 CrO

4

2-

+ 2 H

+

Cr

2

O

7

2-

+ H

2

O

Mechanizm reakcji difenylokarbazydu z chromem jest prawdopodobnie następujący: chrom
(VI) redukuje się do chromu (III), utleniając przy tym difenylokarbazyd do
difenylokarbazonu. Difenylokarbazon tworzy z powstającymi (in statu nascendi) jonami
Cr

3+

czerwonofioletowe zabarwienie (z samymi jonami Cr

3+

reakcja nie zachodzi).

Reakcja jest czuła i stosowana w analizie wody do oznaczania chromu.

Wykonanie: Do 3 kropli roztworu (otrzymanego w reakcji 4) dodać 2 krople 2 M H

2

SO

4

i 2-3 krople

1 % - owego alkoholowego roztworu difenylokarbazydu. Powstaje czerwonofioletowe zabarwienie.

Reakcje jonu glinu Al

3+

1.

Roztwór (NH

4

)

2

S wytrąca galaretowaty osad wodorotlenku glinu (III)

2 Al

3+

+ 3 S

2-

+ 6 H

2

O → 2 Al(OH)

3

↓ + 3 H

2

S

Biały

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 5-6 kropli AKT. Dodatek buforu amonowego Mieszaninę
ogrzewać na łaźni z wrzącą wodą 25 - 30 min.

2. Roztwory NaOH, KOH wytrącają galaretowaty osad wodorotlenku glinu

Al

3+

+ 3 OH

-

→ Al(OH)

3

↓

biały

Wodorotlenek glinu(III) jest amfoteryczny. Rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika i w
kwasach

Al(OH)

3

+ NaOH → NaAlO

2

+ 2 H

2

O lub

Al(OH)

3

+ NaOH → Na[Al(OH)

4

]

Al(OH)

3

+ 3 HCl

A1C1

3

+ 3 H

2

O

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę 3 M. roztworu NaOH /wytrąci się osad/ i następnie
dalsze 2 -3 krople do rozpuszczenia powstałego osadu.

3.

Wodny roztwór amoniaku NH

3

·H

2

O

wytrąca galaretowaty osad wodorotlenku glinu,

rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika

Al

3+

+3 NH

3

·H

2

O → Al(OH)

3

↓ + 3 NH

4

+

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę 2 M. roztworu NH

4

OH /wytrąci się osad/ i

następnie ok. 1 ml roztworu wodorotlenku amonu do rozpuszczenia powstałego osadu.

4. Aluminon - sól amonowa kwasu aurynotrikarboksylowego, tworzy z jonami A1

3+

w

środowisku

zbuforowanym

octanem

amonu

(optymalne

pH 5,3)

związek

wewnątrzkompleksowy o różowoczerwonym zabarwieniu. Jest to czuła reakcja,
wykorzystywana w analizie wody do oznaczania glinu.

21

Wykonanie: Do 5 kropli badanego roztworu dodaj 1 krople roztworu aluminionu. Powstaje pomarańczowo -
czerwona barwa kompleksu, który podczas ogrzewania przechodzi w intensywną barwę różowo-czerwona..
Jeśli w badanym roztworze jest obecny jon Zn

2+

(a brak jonu Al

3+

to po dodaniu aluminonu powstaje kompleks

słabo różowy, ciemniejący po ogrzaniu.

Reakcje jonu żelaza(III) Fe

3+

1. Roztwór (NH

4

)

2

S wytrąca osad siarczku żelaza(III)

2 Fe

3+

+ 3 S

2-

→ Fe

2

S

3

↓

czarny

Osad łatwo rozpuszcza się w kwasach, np. w 2M HCl

Fe

2

S

3

+ 4 HCl → 2 FeCl

2

+ S↓ + 2 H

2

S

biały koloidalny osad siarki

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę 2 M roztworu NH

3

·H

2

O (do odczynu słabo

zasadowego) + NH

4

Cl i 2-3 krople AKT. Mieszaninę ogrzewać na łaźni z wrzącą wodą 5-10 min.

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca osad wodorotlenku żelaza(III)

Fe

3+

+ 3 OH

-

→ Fe(OH)

3

↓

brunatny

Osad ten rozpuszcza się w kwasach, np.

Fe(OH)

3

+ 3 HCl

FeCl

3

+ 3 H

2

O

Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1-2 krople 3 M roztworu NaOH aż do wytrącenia się
czerwonobrunatnego osadu.

3. Roztwór amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca osad brunatny wodorotlenku żelaza(III) jak w

reakcji z NaOH.

4. Roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu K

3

[Fe(CN)

6

] tworzy rozpuszczalną sól -

heksacyjanożelazian(III) żelaza(III)

Fe

III

[Fe

III

(CN)

6

] o zabarwieniu brunatnym

Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1-2 krople K

3

[Fe(CN)

6

]

aż do wytrącenia się

czerwonobrunatnego osadu.

5. Roztwór heksacyjanożelazianu(II) potasu K

4

[Fe(CN)

6

] wytrąca osad

heksacyjanożelazianu(II) żelaza(III), tzw. błękit pruski

4 Fe

3+

+ 3 [Fe(CN)

6

]

4-

→ Fe

4

III

[Fe

II

(CN)

6

]

3

↓

ciemnoniebieski

Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę roztworu

K

4

[Fe(CN)

6

].

6. Roztwór

tiocyjanianu (rodanku) potasu KSCN

tworzy rozpuszczalne związki

kompleksowe o zabarwieniu krwistoczerwonym

Fe

3+

+ SCN

-

→ [Fe(SCN)]

2+

Fe

3+

+ 2 SCN

-

→ [Fe(SCN)

2

]

+

Fe

3+

+ 3 SCN

-

→ Fe(SCN)

3

Dalszy nadmiar jonów tiocyjanianowych powoduje powstawanie kolejnych jonów
kompleksowych [Fe(SCN)

4

]

-

, [Fe(SCN)

5

]

2-

, [Fe(SCN)

6

]

3-

; zabarwienie roztworu staje się

22

bardziej intensywne. Reakcja ta jest bardzo czuła, stosowana w analizie wody. Pozwala
wykryć Fe

3+

. Jest to specyficzna reakcja dla Fe

3+

, pozwala wykryć bezpośrednio kationy Fe

3+

w obecności wielu innych kationów.

Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę roztworu

KSCN lub NH

4

SCN.

Reakcje jonu cynku(II) Zn

2+

1.

Roztwór (NH

4

)

2

S wytrąca koloidalny biały osad siarczku cynku(II)

Zn

2+

+ S

2-

→ ZnS↓

biały

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 2 krople 2 M. NH

4

OH, 4 krople 0.5 M. NH

4

Cl i 3 krople

AKT. Mieszaninę ogrzewać na łaźni z wrzącą wodą ok.5 min.

2. Roztwory NaOH lub KOH wytrącają osad wodorotlenku cynku (II)

Zn

2+

+ 2 OH

-

→ Zn(OH)

2

↓

biały

Wodorotlenek cynku(II) jest amfoteryczny; rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika i w
kwasach

Zn(OH)

2

+ 2 NaOH → Na

2

ZnO

2

+ 2 H

2

O lub

Zn(OH)

2

+ 2 NaOH

-

→ Na

2

[Zn(OH)

4

]

Zn(OH)

2

+ 2 HCl → ZnCl

2

+ 2H

2

O

Wykonanie: Do 3 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę (wstrząsając probówką) 3 M. roztworu NaOH do
wytrącenia osadu i następnie 1 kroplę w celu jego rozpuszczenia.

3. Roztwór wodny amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca osad wodorotlenku cynku(II),

rozpuszczalnego w nadmiarze odczynnika na skutek tworzenia kompleksowych
związków - wodorotlenków tetraamina- i heksaaminacynku(II)

Zn

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O

Zn(OH)

2

+ 2 NH

4

+

biały

Zn(OH)

2

+ 4 NH

3

·H

2

O

[Zn(NH

3

)

4

](OH)

2

+ 4 H

2

O

Zn(OH)

2

+ 6 NH

3

·H

2

O

[Zn(NH

3

)

6

](OH)

2

+ 6 H

2

O

Wykonanie: Identyczne jak przy reakcji z NaOH.

4. Roztwór K

3

[Fe(CN)

6

] wytrąca osad heksacyjanożelazianu(III) cynku(II)

3 Zn

2+

+ 2 K

3

Fe(CN)

6

Zn

3

[Fe(CN)

6

]

2

+ 6 K

+

żółtobrunatny

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę K

3

[Fe(CN)

6

].

5. K

4

[Fe(CN)]

6

wytrąca osad heksacyjanożelazianu(II) potasowo-cynkowego(II)

3 Zn

2+

+ 2 K

4

[Fe(CN)

6

]

K

2

Zn

3

[Fe(CN)

6

]

2

+ 6 K

+

biały

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę K

4

[Fe(CN)

6

].

6. Wykrywanie Zn

2+

z rodanortęcianem amonowym w obecności jonów Co

2+

23

Przygotowujemy odczynnik rodanortęcian amonowy (NH

4

)

2

[Hg(SCN)

4

], w tym celu do 2 kropli HgCl

2

dodajemy nadmiar tiocyjanianu am0nowego (NH

4

)SCN.

Do próbówki z rodanortęcianem dodajemy kroplę rozcieńczonego roztworu soli Co

2+

. Pocieramy ścianki

próbówki bagietką – stwierdzamy, że nie powstaje niebieski osad. Do tej samej próbówki dodajemy 2 krople soli
Zn

2+

i pocieramy bagietką ścianki próbówki nie dłużej niż 30 sek. W trakcie tego wytrąca się niebieski lub

błekitny osad zawierający Co[Hg(SCN)

4

] i Zn[Hg(SCN)

4

] .

Zachodzi reakcja:

CoCl

2

+ (NH

4

)

2

[Hg(SCN)

4

] = Co[Hg(SCN)

4

]

ZnCl

2

+ (NH

4

)

2

[Hg(SCN)

4

] = Zn[Hg(SCN)

4

]

Tworzony przez jony cynku biały osad Zn[Hg(SCN)

4

] przyspiesza wytrącenie niebieskiego

Co[Hg(SCN)

4

], który w nieobecności Zn[Hg(SCN)

4

] może nie wytrącić się w przeciągu

godziny.

Reakcje jonu manganu (II) Mn

2+

1. Roztwór siarczku amonu (NH

4

)

2

S wytrąca cielisty osad siarczku manganu(II)

Mn

2+

+ S

2-

MnS

cielisty

Osad ten łatwo rozpuszcza się w kwasach.

Uwaga! Wykonanie reakcji pominąć!

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 2 krople 2 M NH

3

·H

2

O, 4 krople 0.5 M NH

4

Cl i 3 krople

AKT. Mieszaninę ogrzewać na łaźni wodnej 5-10 min, aż do wytrącenia na dnie probówki jasnoróżowo -
cielistego osadu.

2. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wytrąca osad wodorotlenku manganu(II)

Mn

2+

+ 2 OH

-

Mn(OH)

2

biały

Mn(OH)

2

rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach oraz solach amonowych

Wodorotlenek manganu(II) utlenia się tlenem z powietrza do kwasu manganowego(IV), a
następnie manganianu(IV) manganu(II)

2 Mn(OH)

2

+ O

2

2 H

2

MnO

3

H

2

MnO

3

+ Mn(OH)

2

MnMnO

3

+ 2 H

2

O

brunatny

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 1 (!) kroplę 3 M NaOH. Probówkę z osadem energicznie
wstrząsnąć. Wytrącony osad przez moment jest biały i natychmiast ciemnieje na powietrzu.

Jeżeli wraz z zasadą wprowadzimy do roztworu Mn

2+

utleniacz np. nadtlenek wodoru H

2

O

2

to

H

2

MnO

3

powstaje od razu i wytrąca się w postaci ciemnobrunatnego osadu:

Mn

2+

+ H

2

O

2

+ 2 OH

-

→ H

2

MnO

3

↓ + H

2

O

3. Roztwór amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca osad wodorotlenku manganu(II) jak w reakcji z

NaOH rozpuszczalny w nadmiarze amoniaku

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodać 1 (!) kroplę 2 M NH

3

·H

2

O. Probówkę z osadem

energicznie wstrząsnąć. Wytrącony osad przez moment jest biały i natychmiast ciemnieje na powietrzu.

24

4. Roztwór

heksacyjanożelazianu(III)

potasu

K

3

[Fe(CN)

6

]

wytrąca

osad

heksacyjanożelazianu(III) manganu(II)

3 Mn

2+

+ [Fe(CN)

6

]

3-

Mn

3

[Fe(CN)

6

]

2

brunatny

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę K

3

[Fe(CN)

6

].

5. Roztwór

heksacyjanożelazianu(II)

potasu

K

4

[Fe(CN)

6

]

wytrąca

osad

heksacyjanożelazianu(II) manganu(II)

2 Mn

2+

+ [Fe(CN)

6

]

4-

Mn

2

[Fe(CN)

6

]

biały

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę K

4

[Fe(CN)

6

].

6. Roztwór nadsiarczanu amonu (NH

4

)

2

S

2

O

8

- wobec katalizatora AgNO

3

, w środowisku

kwaśnym, utlenia jony Mn

2+

do jonów manganianowych(VII) MnO

4

-

. Reakcja jest

bardzo czuła, stosowana do oznaczania śladowych ilości manganu w wodzie

katalizator Ag

2 Mn

2+

+ 5 S

2

O

8

2-

+ 8 H

2

O →2 HMnO

4

+ 10 SO

4

2-

+ 14H

+

jasnoróżowy

ciemnofioletowy

Wykonanie: Do 1 kropli (nie więcej!) badanego roztworu dodać 50 kropli wody i wymieszać. Z tego roztworu
pobrać 1 ml i dodać do niego 2 krople stężonego HNO

3

i 10 kropli 1% roztworu AgNO

3

(pojawia się

zmętnienie) oraz szczyptę (NH

4

)

2

S

2

O

8

i wymieszać. Mieszaninę ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej ok. 3-5 min.

Probówkę z wytrąconym brązowo-brunatnym osadem wyjąć z łaźni i energicznie wstrząsnąć - osad opada na
dno probówki, a roztwór ma fioletowo-różowe zabarwienie. Probówkę odstawić na chwilę - osad opadnie, a
kolor będzie wyraźniejszy.

C

ZĘŚĆ PRAKTYCZNA ANALIZY

Identyfikacja kationów III grupy w roztworach pojedynczych soli.

Część I: Należy zapoznać się ze wszystkimi reakcjami kationów tej grupy wykonując

samodzielnie reakcję grupową i reakcje charakterystyczne tych kationów. Potrzebne roztwory
znajdują się na sali na półkach nad stołami laboratoryjnymi, w koszyczkach na stołach oraz
pod wyciągiem. Po zapoznaniu się z reakcjami należy zgłosić się do asystenta po zadanie.

Część II: W 3 probówkach otrzymanych od asystenta (każda zawiera roztwór jednej

soli) należy zidentyfikować znajdujące się w nich kationy. Identyfikację należy
przeprowadzić wg opisanych zasad. Do probówek wlewać po kilka kropli badanego roztworu
i kroplami dodawać roztwory poszczególnych odczynników. Wyniki analizy przedstawić wg
podanego wyżej schematu ( tak jak w ćwiczeniu 2).

25

Ć

WICZENIE NR

4:

Identyfikacja kationów IV i V grupy analitycznej: Ca

2+

, Mg

2+

, K

+

, NH

4

+

.

1. R

EAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANEGO KATIONU

IV

GRUPY

Odczynnikiem grupowym IV grupy analitycznej kationów jest węglan amonu
(NH

4

)

2

CO

3

w obecności buforu amonowego (NH

3

∙H

2

O + NH

4

Cl).

Do tej grupy zaliczmy jony wapnia Ca

2+

, strontu Sr

2+

i baru Ba

2+

.

Węglan amonu, jako sól w roztworach wodnych jest całkowicie zdysocjowana:

(NH

4

)

2

CO

3

→ 2NH

4

+

+ CO

3

2-

Jako sól słabej zasady i słabego kwasu ulega on także w roztworach wodnych hydrolizie:

(NH

4

)

2

CO

3

+ H

2

O

↔ NH

4

HCO

3

+ NH

3

·H

2

O

Powstający w tej reakcji kwaśny węglan amonu dysocjuje dalej:

NH

4

HCO

3

↔ NH

4

+

+ HCO

3

-

W roztworze wodnym węglanu amonu obok jonów CO

3

2-

są więc jony HCO

3

-

, które z

kationami IV grupy dają łatwo rozpuszczalne kwaśne węglany. Utrudnia to całkowite
wytrącenie i oddzielenie kationów IV grupy. W celu przeciwdziałania powstawaniu kwaśnych
węglanów dodaje się do roztworu węglanu amonu roztwór amoniaku. Cofa on reakcję
hydrolizy węglanu amonu zgodnie z reakcją

NH

4

HCO

3

+ NH

4

OH

(NH

4

)

2

CO

3

+ H

2

O

Roztwór amoniaku, w obecności węglanu amonu może powodować wytrącanie jonu magnezu
z grupy V w postaci Mg

2

(OH)

2

CO

3

. Z tego względu konieczny jest dodatek NH

4

Cl. Osad

Mg

2

(OH)

2

CO

3

jest rozpuszczalny w roztworze soli amonowych.

Reakcje jonu wapnia Ca

2+

1. Roztwór węglanu amonu (NH

4

)

2

CO

3

wytrąca osad węglanu wapnia

Ca

2+

+ CO

3

2-

CaCO

3

biały

Węglan wapnia rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach z wydzieleniem dwutlenku węgla

CaCO

3

+ 2 H

+

Ca

2+

+ H

2

O + CO

2

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople 2M. roztworu (NH

4

)

2

CO

3

. Osad rozpuszcza się w

4-5 kroplach 2 M. HCl.

2. Roztwór wodorotlenku NaOH i KOH wytrąca osad wodorotlenku ze stężonych

roztworów soli wapnia

Ca

2+

+ 2 OH

-

Ca(OH)

2

biały

Osad ten jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie ok. 1.2 g/dm

3

w temperaturze pokojowej.

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodaj 1-2 krople 3M. roztworu NaOH.

26

3. Roztwór szczawianu amonowego (NH

4

)

2

C

2

O

4

wytrąca osad szczawianu wapnia

Ca

2+

+ C

2

O

4

2-

Ca C

2

O

4

biały

Szczawian wapnia rozpuszcza się w mocnych kwasach mineralnych, nie rozpuszcza się w
kwasie octowym CH

3

COOH.

Wykonanie: Do 1 kropli badanego roztworu dodać 1 kroplę roztworu (NH

4

)

2

C

2

O

4

. Wytrąca się osad, który

rozpuszcza się w 5-6 kroplach 6 M HNO

3

.

4. Roztwór wodorofosforanu(V) sodu Na

2

HPO

4

w obecności NH

3

·H

2

O wytrąca biały

osad fosforanu(V) wapnia

3 Ca

2+

+ HPO

4

2-

+ 2 NH

3

·H

2

O

Ca

3

(PO

4

)

2

+ 2 H

2

O + 2 NH

4

+

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodać 3-4 krople roztworu NH

4

Cl i 4 krople roztworu

Na

2

HPO

4

.

5. Roztwór chromianu(VI) potasu K

2

CrO

4

nie wytrąca osadu.

6. Roztwór dichromianu(VI) potasu K

2

Cr

2

O

7

nie wytrąca osadu.

7. Zabarwienie płomienia - sole wapnia zabarwiają płomień palnika gazowego na kolor

ceglasto-czerwony.

Wykonanie: Wprowadź badany roztwór na druciku platynowym do płomienia palnika gazowego. Pojawiające

się ceglastoczerwone zabarwienie świadczy o obecności jonów wapnia.

2.

R

EAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE WYBRANYCH KATIONÓW

V

GRUPY

Kationy V grupy analitycznej nie posiadają odczynnika grupowego.
Do tej grupy należą jony: sodu Na

+

, potasu K

+

, amonu NH

4

+

i magnezu Mg

2+

Reakcje jonu amonowego NH

4

+

1. Roztwór wodorotlenku NaOH lub KOH wypiera z soli amonowych przy podgrzaniu

lotny NH

3

.

NH

4

Cl + NaOH → NH

3

↑ + NaCl + H

2

O

Wydzielający się amoniak można poznać po zapachu lub zmianie zabarwienia wilgotnego,
różowego papierka lakmusowego, umieszczonego u wylotu probówki z mieszaniną reagującą,
na kolor niebieski.

Wykonanie: Do 4-6 kropli badanego roztworu dodaj 4-6 kropli 6 M KOH i umieść w probówce uniwersalny
papierek wskaźnikowy zawieszony na jej krawędzi. Podczas ogrzewania probówki w łaźni wodnej papierek
zmienia zabarwienie na zielone tzn. wskazuje na środowisko alkaliczne.

2. Roztwór heksaazotynokobaltanu(III) sodowego Na

3

[Co(NO

2

)

6

] wytrąca osad heksa-

azotynokobaltanu(III) sodowo-amonowego

2 NH

4

+

+ Na

+

+ [Co(NO

2

)

6

]

3-

(NH

4

)

2

Na[Co(NO

2

)

6

]↓

żółty

Wykonanie: Do 1 - 2 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplę roztworu Na

3

[Co(NO

2

)

6

].

27

28

3. Odczynnik Nesslera - alkaliczny roztwór jodortęcianu(II) potasu K

2

[HgJ

4

] wytrąca osad

jodku tlenoaminortęci(II)

W przypadku bardzo małej liczby jonów NH

4

+

osad nie wydziela się, a jedynie występuje

żółte, pomarańczowe lub brązowe zabarwienie roztworu w zależności od ich stężenia.

NH

4

Cl + 2 K

2

[HgI

4

] + 4 KOH

O

Hg

NH

2

I

Hg

żółtobrunatny

+ 7 KI + KCl + 3 H

2

O

Wykonanie: 1-2 krople badanego roztworu wkroplić do probówki i rozcieńczyć 8-10 kroplami wody
destylowanej. Dodać 1-2 krople odczynnika Nesslera.

Reakcje jonu potasu K

+

1. Roztwór NaOH lub KOH nie wytrąca osadu.

2. Roztwór heksaazotynokobaltanu(III) sodu Na

3

[Co(NO

2

)

6

] wytrąca z roztworów

zakwaszonych kwasem octowym osad heksaazotynokobaltanu(III) sodowo-potasowego

2 K

+

+ Na

+

+ [Co(NO

2

)

6

]

3-

K

2

Na[Co(NO

2

)

6

]

żółty

Jest to najbardziej czuła reakcja na jon K

+

, prowadzona na „mokro”. Stosuje się ją do

oznaczania potasu w wodzie.

Wykonanie: Do 1-2 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplę roztworu Na

3

[Co(NO

2

)

6

]. Wstrząśnij i odstaw

probówkę.

3. Zabarwienie płomienia - sole potasu zabarwiają płomień palnika gazowego na kolor
jasno fioletowy. Ta barwa może być tłumiona żółtą barwą jonów sodowych, które dają żółtą
barwę płomienia nawet w śladowych ilościach

Wykonanie: Wprowadź badany roztwór na druciku platynowym do płomienia palnika gazowego. Pojawi się

jasno fioletowe zabarwienie.

Reakcje jonu magnezu Mg

2+

l. Roztwory NaOH lub KOH wytrącają osad wodorotlenku magnezu

Mg

2+

+ 2 OH

-

Mg(OH)

2

galaretowaty, biały

Wodorotlenek magnezu łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach i w solach
amonowych

Mg(OH)

2

+ 2 H

+

Mg

2+

+ 2 H

2

O

Mg(OH)

2

+ 2 NH

4

+

Mg

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli badanego roztworu dodaj 2 3 krople 3 M. NaOH.

2. Roztwór wodny amoniaku NH

3

∙H

2

O wytrąca z obojętnych roztworów, niezawierających

soli amonowych, osad wodorotlenku magnezu. Wytrącenie jest niecałkowite (powstaje
nikły osad, zmętnienie).

29

Mg

2+

+ 2 NH

3

·H

2

O

Mg(OH)

2

+ 2 NH

4

+

galaretowaty, biały

Uwaga:

W obecności nadmiaru soli amonowych osad wodorotlenku magnezu może się w ogóle nie wytrącić,

gdyż zwiększenie stężenia kationów NH

4

+

powoduje zmniejszenie stężenia anionów OH

-

tak dalece, że może nie

zostać przekroczony iloczyn rozpuszczalności wodorotlenku magnezu.

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople 2 M. NH

4

OH.

3. Roztwór Na

2

HPO

4

w obecności NH

3

·H

2

O i NH

4

Cl wytrąca osad soli podwójnej fosforanu

amonowo-magnezowego

Mg

2+

+ HPO

4

2-

+ NH

3

·H

2

O

Mg NH

4

PO

4

+ H

2

O

biały

Roztwory fosforanu amonowomagnezowego są podatne na osiąganie stanu przesycenia,
dlatego też w czasie przeprowadzania reakcji należy bagietką pocierać ścianki probówki.
MgNH

4

PO

4

dobrze rozpuszcza się w kwasach.

Mg NH

4

PO

4

+ H

+

Mg

2+

+ HPO

4

2-

+ NH

4

+

Wykonanie: Do 2 - 3 kropli badanego roztworu dodaj 3 krople 0.5 M NH

4

Cl i 3-4 krople roztworu Na

2

HPO

4

.

C

ZĘŚĆ PRAKTYCZNA ANALIZY

Identyfikacja kationów IV i V grupy w roztworach pojedynczych soli
Przebieg i postępowanie analogiczne jak w przypadku ćwiczenia 2 i 3

30

Ć

WICZENIE

NR

5

Identyfikacja wybranych anionów: chlorków, azotanów(V), siarczanów(VI)
i fosforanów(V).

Na podstawie systematyki Bunsena najczęściej występujące aniony podzielono na 7 grup
analitycznych. Podział ten uwarunkowany jest różnicami w zachowaniu się poszczególnych
anionów względem azotanu(V) srebra i chlorku baru oraz różną rozpuszczalnością
powstających w tych reakcjach osadów w rozcieńczonym kwasie azotowym(V) (tabela).

Program przewiduje opanowanie umiejętności identyfikowania anionów: Cl

-

, NO

3

-

i

SO

4

2-

, PO

4

3

-

.

Podział anionów na grupy analityczne wg Bunsena

Grupa

analityczna

Aniony

0.1M AgNO

3

0.25M BaCl

2

I

Chlorkowy Cl

-

Bromkowy Br

-

Jodkowy I

-

Cyjankowy CN

-

Tiocyjanianowy SCN

-

Chlorowy(I) ClO

-

Heksacyjanożelazianowy(III) [Fe(CN)

6

]

3-

Heksacyjanożelazianowy(II) [Fe(CN)

6

]

4-

Biały lub żółty osad

nierozpuszczalny

w 2M HNO

3

Brak osadu

II

Siarczkowy S

2-

Azotanowy (IV)NO

2

-

Octanowy CH

3

COO

-

Czarny lub biały osad

rozpuszczalny w 2M

HNO

3

(Ag

2

S na

gorąco)

Brak osadu

III

Siarczanowy(IV) SO

3

2-

Węglanowy CO

3

2-

Szczawianowy C

2

O

4

2-

Boranowy BO

2

-

Winianowy C

4

H

4

O

6

2-

Wodorofosforanowy(III) HPO

3

2-

Manganowy(VI) MnO

4

2-

Biały osad

rozpuszczalny w

2M HNO

3

Biały osad

rozpuszczalny

w 2M HNO

3

IV

Ditionianowy (tiosiarczanowy) S

2

O

3

2-

Chromianowy(VI) CrO

4

2-

Fosforanowy(V) PO

4

3-

Arsenianowy(V) AsO

4

3-

Arsenianowy(III) AsO

3

3-

Wanadynowy(V) V

2

O

7

4-

Barwny osad

rozpuszczalny w

2M HNO

3

Biały osad

rozpuszczalny

w 2M HNO

3

V

Azotanowy(V) NO

3

-

Chlorowy(V) ClO

3

-

Chlorowy(VII) ClO

4

-

Manganowy(VII) MnO

4

-

Manganowy(VI) MnO

4

2-

Brak osadu

Brak osadu

VI

Fluorkowy F

-

Siarczanowy(VI) SO

4

2-

Heksafluorokrzemianowy SiF

6

2-

Brak osadu

Biały osad

nierozpuszczalny

w 2 M HNO

3

VII

Krzemianowy SiO

3

2-

,

Wolframianowi WO

4

2-

Żółty osad

rozpuszczalny

w 2M HNO

3

Biały osad

rozpuszczalny

w 2M HNO

3

31

Reakcje jonu chlorkowego Cl

-

1. Roztwór azotanu(V) srebra AgNO

3

wytrąca biały serowaty osad chlorku srebra

Ag

+

+ CI

-

AgCl

biały

Osad ten ciemnieje na świetle dziennym (rozkład na srebro i chlor). Chlorek srebra jest
nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach mineralnych, rozpuszczalny w NH

3

·H

2

O.

AgCl + 2 NH

3

·H

2

O

[Ag(NH

3

)

2

]Cl + 2 H

2

O

chlorek diaminosrebra

Po zakwaszeniu otrzymanego roztworu wytrąca się ponownie osad AgCl

[Ag(NH

3

)

2

]Cl+ 2 HNO

3

AgCl + 2 NH

4

NO

3

Wykonanie: Do 2-3 kropli badanego roztworu dodaj 2-3 krople 0.1 M. roztworu AgNO

3

.

2. Roztwór BaCl

2

nie wytrąca osadu.

3. Roztwór azotanu(V) ołowiu(II) Pb(NO

3

)

2

wytrąca z niezbyt rozcieńczonych roztworów

chlorków krystaliczny osad chlorku ołowiu(II)

Pb

2+

+ 2 Cl

-

PbCl

2

biały

Chlorek ołowiu(II) jest rozpuszczalny w gorącej wodzie.

Wykonanie: Próbę należy wykonać w suchej probówce. Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople
roztworu

Pb(NO

3

)

2

.

4. Roztwór manganianu(VII) (nadmanganianu) potasu KMnO

4

zostaje w środowisku

kwaśnym na gorąco odbarwiony przez jony chlorku (słaby reduktor)

2 MnO

4

-

+ 10 Cl

-

+16 H

+

5 Cl

2

+ 2 Mn

2+

+ 8 H

2

O

Wykonanie: Do 4 kropli badanego roztworu dodaj kroplę stężonego KMnO

4

i 1kroplę stęż. H

2

SO

4

. Mieszaninę

należy ogrzać ok. 10-15 min. (pod wyciągiem!).

Reakcje jonu azotanowego(V) NO

3

-

1. Roztwór azotanu(V) srebraAgNO

3

nie wytrąca osadu.

2. Roztwór chlorku baru BaCl

2

nie wytrąca osadu.

3. Roztwór siarczanu(VI) żelaza(II) FeSO

4

daje z azotanami(V), tzw. „reakcję

obrączkową”.

Reakcja polega ona na utlenieniu FeSO

4

do Fe

2

(SO

4

)

3

i na redukcji azotanów (V) do tlenku

azotu NO. Powstający tlenek tworzy z nadmiarem FeSO

4

siarczan nitrozowy żelaza(II) o

brunatnym zabarwieniu:

2 NaNO

3

+ 8 FeSO

4

+ 4 H

2

SO

4

→ 2 Fe(NO)SO

4

+ Na

2

SO

4

+ 3 Fe

2

(SO

4

)

3

+ 4 H

2

O

Wykonanie: Do probówki wprowadzić 2 krople roztworu zawierającego jony azotanowe i 4 krople stęż. H

2

SO

4

.

Następnie probówkę oziębić zimną wodą i ostrożnie dodać po ściance 4 krople nasyconego roztworu FeSO

4

. Na

granice zetknięcia obu roztworów powstaje brązowa obrączka. Stosowane roztwory muszą być zimne, gdyż
siarczan nitrozowy żelaza (II) w wyższej temperaturze ulega rozkładowi wg reakcji:

Fe(NO)SO

4

→ FeSO

4

+ NO

32

4. Reakcja z Cu i kwasem siarkowym

Miedź redukuje rozcieńczony kwas azotowy do tlenku azotu NO

3 Cu + 8 H

+

+ 2 NO

3

-

3 Cu

2+

+ 2 NO + 4 H

2

O

2NO + O

2

2NO

2

(tlen z powietrza)

Do roztworu azotanu dodajemy trochę stężonego kwasu H

2

SO

4

i metaliczną miedź.

Zawartość probówki ogrzewamy (pod wyciągiem). Wydziela się brunatny gaz, najlepiej
widoczny na tle białej kartki.

Wykonanie: Do 3 kropli badanego roztworu dodaj 3-4 wiórki Cu i 5 kropli stężonego H

2

SO

4

. Wstrząsaj lekko

probówką.

5. Difenyloamina (C

6

H

5

)

2

NH daje z jonami NO

3

-

w stężonym H

2

SO

4

niebieskie zabarwienie,

które powstaje na skutek utlenienia odczynnika przez powstający kwas azotowy.

Wykonanie: Do probówki wkroplić 2-3 krople roztworu difenyloaminy i 1 kroplę badanego roztworu. W
obecności jonów NO

3

-

pojawi się ciemnoniebieskie zabarwienie.

Uwaga: Reakcja jest bardzo czuła, ale niespecyficzna. Taki sam efekt daje użycie innych utleniaczy np.: ClO

3

-

,

AsO

4

-

, NO

2

-

.

Reakcje jonu siarczanowego (VI) SO

4

2-

1. Roztwór azotanu(V) srebra AgNO

3

wytrąca osad tylko ze stężonych roztworów

siarczanów(VI)

2 Ag

+

+ SO

4

2-

Ag

2

SO

4

biały

2. Roztwór chlorku baru BaCl

2

wytrąca krystaliczny osad siarczanu(VI) baru,

nierozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach mineralnych, rozpuszczalny w stężonym kwasie
siarkowym(VI) na gorąco

Ba

2+

+ SO

4

2-

BaSO

4

biały

BaSO

4

+ H

2

SO

4

Ba(HSO

4

)

2

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople roztworu BaCl

2

.

3. Roztwór azotanu(V) ołowiu(II) Pb(NO

3

)

2

wytrąca osad siarczanu(VI) ołowiu(II),

rozpuszczalny w stężonych ługach i w stężonym kwasie siarkowym(VI)

Pb

2+

+ SO

4

2-

PbSO

4

biały

PbSO

4

+ 4 OH

-

PbO

2

2-

+ SO

4

2-

+ 2 H

2

O

PbSO

4

+ H

2

SO

4

Pb

2+

+ 2 HSO

4

-

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 2 krople roztworu Pb(NO

3

)

2

33

Reakcje jonu fosforanowego (V) PO

4

3-

Jon fosforanowy PO

4

3-

jest anionem kwasu ortofosforowego H

3

PO

4

. Jest to kwas średniej

mocy i jako kwas trójzasadowy tworzy trzy rodzaje soli:

fosforany trójmetaliczne (obojętne): np. Na

3

PO

4

, Ca

3

(PO

4

)

2

fosforany dwumetaliczne (kwaśne, wodorofosforan): np. Na

2

HPO

4

, CaHPO

4

fosforany jednometaliczne (kwaśne, diwodorofosforan): np. NaH

2

PO

4

, Ca(H

2

PO

4

)

2

1. Roztwór chlorku baru BaCl

2

wytrąca z roztworu Na

2

HPO

4

biały osad BaHPO

4

,

rozpuszczalny w kwasach (z wyjątkiem H

2

SO

4

):

Ba

2+

+ HPO

4

2-

BaHPO

4

Jeśli te reakcję wykonujemy w obecności mocnych zasad lub NH

4

OH, jon HPO

4

2-

przechodzi

w jon PO

4

3-

:

HPO

4

2-

+ OH

-

PO

4

3-

+ H

2

O

W tym przypadku strąca się osad Ba

3

(PO

4

)

2

:

3 Ba

2+

+ 2 PO

4

3-

Ba

3

(PO

4

)

2

Osad ten rozpuszcza się w kwasach tak samo jak BaHPO

4

.

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 1 kroplę 2 M NH

4

OH i 2 krople roztworu BaCl

2

i wstrząśnij

probówką. Wytrąca się biały osad rozpuszczalny w 6 M HNO

3

.

2. Mieszanina magnezowa (MgCl

2

+NH

4

Cl + NH

3

·H

2

O) wytrąca biały, krystaliczny osad

MgNH

4

PO

4

:

HPO

4

2-

+ NH

3

·H

2

O + Mg

2+

MgNH

4

PO

4

+ H

2

O

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 10 kropli mieszaniny magnezowej. Wytrąca się biały osad.

3. Roztwór molibdenianu amonu (NH

4

)

2

MoO

4

w HNO

3

(1:1) wytrąca z roztworów

fosforanów charakterystyczny, żółty krystaliczny osad fosforomolibdenianu amonu o wzorze
(NH

4

)

3

H

4

[P(Mo

2

O

7

)

6

].

Osad ten rozpuszcza się w nadmiarze fosforanów tworząc aniony zespolone i dlatego
odczynnik musi być użyty w dużym nadmiarze.

PO

4

3-

+ 3 NH

4

+

+ 12 MoO

4

2-

+ 24 H

+

→ (NH

4

)

3

H

4

[P(Mo

2

O

7

)

6

]↓ + 10 H

2

O

Wykonanie: Do 2 kropli badanego roztworu dodaj 10-15 kropli (!) roztworu molibdenianu amonu. Powstaje
żółte zabarwienie roztworu. Probówkę wstrząśnij energicznie i odstaw na chwilę. Wytrąca się żółty krystaliczny
osad.

C

ZĘŚĆ PRAKTYCZNA ANALIZY

Ćwiczenie 5 polega na identyfikacji wybranych czterech anionów.

Część I: Należy zapoznać się ze wszystkimi reakcjami oznaczanych anionów

wykonując samodzielnie reakcje charakterystyczne. Potrzebne roztwory znajdują się na sali
na półkach nad stołami laboratoryjnymi, w koszyczkach na stołach oraz pod wyciągiem. Po
zapoznaniu się z reakcjami należy zgłosić się do asystenta po zadanie.

Część II: W 3 probówkach otrzymanych od asystenta (każda zawiera roztwór jednej

soli) należy zidentyfikować znajdujące się w nich aniony. Identyfikację należy przeprowadzić
wg opisanych zasad. Do probówek wlewać po kilka kropli badanego roztworu i kroplami

34

dodawać roztwory poszczególnych odczynników. Wyniki analizy przedstawić wg podanego
schematu

Nr

probówki

Przebieg analizy

Obserwacje

Wnioski

Wynik

1

Próbka + AgNO

3

Osad + HNO

3

Osad + NH

3

·H

2

O

Próbka + BaCl

2

Próbka + Pb(NO

3

)

2

Osad + gorąca H

2

O

Próbka + KMnO

4

, kwaśne

środowisko

Biały osad

Nie rozpuszcza się

Rozpuszcza się

Brak osadu

Biały osad

Rozpuszcza się

Odbarwienie roztworu

I grupa

Cl

-

Cl

-

Reakcje w toku
Ag

+

+ Cl

-

→ AgCl↓

AgCl + 2NH

3

·H

2

O → [Ag(NH

3

)

2

]Cl + 2H

2

O

Pb

2+

+ 2Cl

-

→ PbCl

2

↓

2MnO

4

-

+ 10Cl

-

+ 16H

+

→ 5Cl

2

+ 2Mn

2+

+ 8H

2

O

Cl

-

2

itd