1
Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska
Katedra Systemów Inżynierii Środowiska
LABORATORIUM ANALIZY
JAKOŚCIOWEJ
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