Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska I rok, Kierunek: Inżynieria Środowiska

Przedmiot: Chemia

Typ zajęć: Laboratorium

ĆWICZENIE 3

IDENTYFIKACJA WYBRANYCH KATIONÓW I ANIONÓW W ROZTWORACH

WPROWADZENIE

Zanieczyszczenia hydrosfery (wody powierzchniowe i podziemne)

Tabela I (wybrane kationy)

Kationy

Źródło zanieczyszczeń wód naturalnych

Pb2+

ścieki- przemysł hutniczy, wydobywczy, produkcja farb, akumulatorów, związki ołowiu z powietrza (spaliny z silników samochodowych) , korozja rur ołowianych ( woda wodociągowa)

Hg2+

ścieki – produkcja pestycydów, przemysł farmaceutyczny, petrochemiczny, celulozowy, spływy wód z pól uprawnych, produkty spalania paliw stałych .

Cu2+

ścieki – z hut metali kolorowych, zakładów chemicznych, produkcji stopów miedziowych, aparatury elektrotechnicznej,

korozja metalowych przedmiotów zawierających miedź (woda pitna) związki miedzi wymywane ze złóż mineralnych(wody podziemne)

Cd2+

ścieki – galwanizernie, przemysł metalurgiczny i chemiczny

Fe2+

ścieki przemysłowe powodujące zażelazienie wód, gleby zawierające związki Fe3+

żelaza, korozja rur i zbiorników żelaznych

Zn2+

korodowanie rur i zbiorników cynkowych, ścieki przemysłowe np. z wytwórni farb nieorganicznych, zakładów wzbogacania rud itp.

Cr3+

ścieki pochodzące z garbarni, galwanizerni, z zakładów przemysłu lotniczego i samochodowego

Ca2+

wymywanie gleby i złóż wapiennych (wody podziemne)

ścieki z zakładów przemysłu chemicznego, gdzie produktem ubocznym są sole wapnia, związki wapnia w wodzie wodociągowej (twardość wody)

Mg2+

wymywanie gleby i złóż minerałów magnezowych, ścieki przemysłowe, związki magnezu w wodzie wodociągowej (twardość wody)

K+

spływy wód z pól nawożonych solami potasowymi, ścieki przemysłowe NH +

4

spływy wód z pól nawożonych solami amonowymi, procesy biochemiczne rozkładu związków organicznych zawierających azot, ścieki przemysłowe

Tabela II (wybrane aniony)

Aniony

Źródła zanieczyszczeń wód naturalnych

Cl-

naturalne pokłady soli, gleba, wody kopalniane, ścieki przemysłowe i miejskie SO 2-4

pokłady zawierające gips, gleba, wody kopalniane ( złoża siarkowe), ścieki przemysłowe - produkcja kwasu siarkowego, nawozów fosforowych,

akumulatorów, farb i in.

Opracowanie: Dr Anna Kozłowska-Róg (WIMiC)

WGGiIŚ, I rok, Kierunek: Inżynieria Środowiska, Przedmiot: Chemia, Typ zajęć: Laboratorium ĆWICZENIE 3. Identyfikacja wybranych kationów i anionów w roztworach.

Aniony

Źródła zanieczyszczeń wód naturalnych

PO 3-

4

spływy wód z pól nawożonych nawozami fosforowymi, rozkład związków organicznych, ścieki przemysłowe i miejskie

NO -

2

azotany(V) ulegające reakcjom redukcji , biochemiczny rozkład organicznych związków azotowych

NO -

3

spływy wód z pól nawożonych nawozami azotowymi (saletry),

degradacja organicznych związków azotowych (białka, aminokwasy, mocznik), azotany(III) ulegające reakcjom utleniania

CrO 2-

4

ścieki z galwanizerni, garbarni, z zakładów przemysłu samochodowego i lotniczego, chromiany i dwuchromiany (farby malarskie)

HCO -

3

wymywanie gleby i złóż wapiennych (wodorowęglany)

Systematyczna analiza kationów opiera się na wytrącaniu osadów zawierających kationy zaliczane do jednej z grup analitycznych.

Do wytrącania kationów w postaci trudno rozpuszczalnych soli służą tzw. odczynniki grupowe.

Podział kationów na grupy analityczne (wg Freseniusa)

Grupa

Odczynnik grupowy

I

3M HCl

II

H2S (AKT)

Środowisko kwaśne (HCl)

III

H2S (AKT)

NH3∙H2O i NH4Cl

IV

(NH4)2CO3

NH3∙H2O i NH4Cl

V

Brak

AKT – skrót nazwy amidu kwasu tiooctowego, związku, który w podwyższonej temperaturze hydrolizuje, a jednym z produktów tej reakcji jest H2S. Gazowego H2S nie stosuje się w laboratoriach ze względów bezpieczeństwa.

Zagadnienia dotyczące ćwiczenia są omówione w skrypcie: Wybrane zagadnienia z chemii analitycznej. Analiza jakościowa. A. Kozłowska-Róg (red)., Skrypt Uczelniany AGH Nr 1624, 2001

Opracowanie: Dr Anna Kozłowska-Róg (WIMiC)

WGGiIŚ, I rok, Kierunek: Inżynieria Środowiska, Przedmiot: Chemia, Typ zajęć: Laboratorium ĆWICZENIE 3. Identyfikacja wybranych kationów i anionów w roztworach.

WYKONANIE ĆWICZENIA

Zadanie 1. Reakcje kationów z odczynnikami grupowymi

Przygotuj cztery probówki zawierające po około 1 cm3 roztworu soli Pb2+.

Do kolejnych probówek roztworu tej soli dodaj po 5 kropli roztworów: 1 probówka 3 M HCl (odczynnik I grupy )

2 probówka 1M HCl + AKT (odczynnik II grupy)

3 probówka NH3aq + NH4Cl + AKT (odczynnik III grupy)

4 probówka NH3aq + NH4Cl + (NH4)2CO3 (odczynnik IV grupy)

Uwaga! Probówki 2 i 3 po dodaniu odczynników należy ogrzać w łaźni wodnej.

Dla pozostałych kationów (patrz tabela 1) przeprowadź identyczne reakcje chemiczne.

Na podstawie obserwacji zachodzących reakcji wypełnij tabele 1 i 2

Tabela 1

Nr

Kationy Obserwacje (osad, brak osadu, kolor osadu) HCl

HCl + AKT

bufor amonowy

bufor amonowy

+ AKT

+ (NH4)2CO3

1.

Pb2+

2.

Hg2+

3.

Fe3+

4.

Ca2+

5.

NH +

4

6.

Mg2+

Uwaga - grupa V nie ma odczynnika grupowego.

Tabela 2

Nr grupy

Kationy (z tabeli 1)

I

II

III

IV

V

Zadanie 2. Reakcje charakterystyczne kationów.

Do probówki wlej około 1 cm3 roztworu soli zawierającej dany kation i dodaj po 5 kropel odpowiedniego odczynnika zgodnie z tabelą 3. Uzgodnij równania reakcji.

Opracowanie: Dr Anna Kozłowska-Róg (WIMiC)

WGGiIŚ, I rok, Kierunek: Inżynieria Środowiska, Przedmiot: Chemia, Typ zajęć: Laboratorium ĆWICZENIE 3. Identyfikacja wybranych kationów i anionów w roztworach.

Tabela 3

Nr

Kationy

Obserwacje

Równanie reakcji

1

Pb2+ + KI

2

Hg2+ + NaOH

3

Fe3+ + (NH4)SCN

4

Ca2+ + (NH4)2C2O4

NH +

4 + NaOH

5

(ogrzanie)

6

Mg2+ + NaOH

Zadanie 3. Reakcje anionów z azotanem(V) srebra i azotanem(V) baru.

Do dwóch probówek wlej po ok. 1 cm3 roztworu soli zawierającej dany anion.

Do pierwszej probówki dodaj kilka kropel azotanu(V) srebra, do drugiej kilka kropel azotanu(V) baru. Identyczne reakcje przeprowadź dla pozostałych anionów (patrz tabela 4).

Na podstawie obserwacji zachodzących reakcji wypełnij poniższą tabelę.

Tabela 4

Nr

Aniony

Obserwacje (osad ,brak osadu, kolor osadu)

AgNO3

Ba(NO3)2

1.

Cl-

2.

SO 2-

4

3.

CO 2-

3

4

NO -3

Zadanie 4. Reakcje charakterystyczne anionów.

Do probówki wlej około 1 cm3 roztworu soli zawierające dany anion i dodaj po 5 kropel odpowiedniego odczynnika zgodnie z tabelą 5. Uzgodnij równania reakcji.

Tabela 5.

Nr

Aniony

Obserwacje

Równanie reakcji

1

Cl- + KMnO4 +H2SO4

(ogrzanie probówki)

2

SO 2-

4 + Pb(NO3)2

3

CO 2-

3 + HNO3

4

NO -3 + FeSO4

H2SO4 (stężony)

Opracowanie: Dr Anna Kozłowska-Róg (WIMiC)