786


Politechnika Warszawska

Wydział Budownictwa Mechaniki i Petrochemii w Płocku

Laboratorium Chemii Budowlanej

Instrukcja do ćwiczenia:

ANALIZA JAKOŚCIOWA SUBSTANCJI NIEORGANICZNYCH W ROZTWORACH WODNYCH

(dla studentów studiów dziennych)

Opracowała: dr inż. Maria Bukowska

Płock, luty 2009

Spis treści: str.

  1. Temat ćwiczenia ............................................................................................................... 3

  1. Cel ćwiczenia .................................................................................................................... 3

  1. Podstawy teoretyczne....................................................................................................... 3

  1. Metody analizy składu materiałów.......................................................................................... 3

  2. Reakcje charakterystyczne kationów....................................................................................... 6

  3. Reakcje charakterystyczne anionów...................................................................................... 11

IV. Wykonanie ćwiczenia....................................................................................................... 13

  1. Reakcje charakterystyczne kationów...................................................................................... 14

  2. Identyfikacja kationów........................................................................................................... 14

  3. Reakcje charakterystyczne anionów....................................................................................... 16

  4. Identyfikacja anionów............................................................................................................. 16

  5. Identyfikacja soli..................................................................................................................... 18

  1. Opis wykonania ćwiczenia............................................................................................... 19

Tablica KATIONY....................................................................................................................... 21

Tablica ANIONY.......................................................................................................................... 22

  1. TEMAT ĆWICZENIA

Analiza jakościowa substancji nieorganicznych w roztworach wodnych - Analiza jakościowa kationów, anionów i soli w roztworach wodnych

  1. CEL ĆWICZENIA

Zaznajomienie się z prostymi metodami chemicznymi i fizykochemicznymi identyfikacji związków nieorganicznych zawartych w materiałach budowlanych i w środowisku. Bardzo często wyniki analizy jakościowej nie wystarczają i wykorzystuje się także metody analizy ilościowej, dokładniej charakteryzujące materiał i środowisko.

  1. PODSTAWY TEORETYCZNE

Znajomość składu chemicznego materiałów daje informacje o tym jaki to jest materiał, jakie substancje były używane do jego produkcji lub jakie procesy korozyjne miały miejsce podczas użytkowania. Znajomość składu chemicznego środowiska daje informacje na temat możliwości agresywnego oddziaływania na materiał budowlany i metod ochrony antykorozyjnej, jakie należy zastosować.

W analizie bardzo często posługujemy się pojęciem jonu. Jony są to naładowane cząstki materii. Wyróżniamy:

Związki chemiczne w roztworach wodnych rozpadają się w wyniku procesu dysocjacji na jony:

Z jonami materii możemy mieć także do czynienia jeżeli atomy lub cząsteczki substancji pobudzone są energią doprowadzoną z zewnątrz w postaci ciepła lub promieniowania. Mówi się wówczas o jonizacji materii.

  1. Metody analizy składu materiałów

Analiza składu substancji dzieli się na dwa zasadnicze działy:

Analiza jakościowa jest dziedziną chemii doświadczalnej, która zajmuje się identyfikacją substancji, tzn. odpowiada na pytanie jakie jony, pierwiastki lub związki chemiczne ta subs- tancja zawiera w swoim składzie.

Analiza ilościowa jest również dziedziną chemii doświadczalnej, lecz jej wyniki dają odpowiedź na pytanie: jaka jest zawartość (stężenie) jonów, pierwiastków lub związków chemicznych w danej substancji?

Ponieważ niniejsza instrukcja dotyczy analizy jakościowej, tylko z tej dziedziny podane zostaną podstawowe informacje przydatne jednocześnie w praktyce budowlanej.

Analizę jakościową substancji dzielimy na dwa działy:

Metody analizy chemicznej

W metodach analizy chemicznej wykorzystuje się następujące zjawiska towarzyszące procesom wykrywania, identyfikacji:

Oznaczenia metodami analizy chemicznej prowadzone są zwykle w roztworach wodnych jednak można identyfikację przeprowadzać także w stanie stałym. Tak określa się obecność wapieni (CaCO3) zawartych w kruszywie lub identyfikuje się stopy metali. W pierwszym wypadku powierzchnię materiału polewa się roztworem dowolnego kwasu mineralnego i obserwuje charakterystyczne wydzielanie CO2, w drugim - po polaniu powierzchni metalu stężonym kwasem stosuje się dodatkowo specjalne odczynniki i obserwuje powstałą barwę. Tak przeprowadzana jest np. identyfikacja stopów złota metodą analizy kroplowej.

Reakcje wytrącania osadów

Przykładem reakcji wytrącania osadu jest reakcja identyfikacji jonu chlorkowego (Cl-) za pomocą związku srebra (AgNO3):

NaCl + AgNO3 0x01 graphic
AgCl + NaNO3

roztwory wodne łatwo rozp. związków trudno rozp. łatwo rozp.

chlorku sodu i azotanu srebra chlorek srebra azotanu sodu

O wytrąceniu osadu informuje strzałka skierowana w dół obok symbolu trudno rozpuszczalnego związku chemicznego. Ponieważ sole, jako doskonałe elektrolity, są w roztworach wodnych w pełni zdysocjowane można powyższą reakcję zapisać następująco:

Na+ + Cl- + Ag+ + NO3- 0x01 graphic
AgCl + Na+ + NO3-

Cl- + Ag+ 0x01 graphic
AgCl

Skreślenie jednakowych jonów po obu stronach strzałki jest możliwe, ponieważ właściwie reagują ze sobą jony chlorkowe i jony srebrowe; tzn, jakikolwiek łatwo rozpuszczalny związek zawierający jon chlorkowy będzie reagował z jakimkolwiek rozpuszczalnym związkiem zawierającym jon srebra z utworzeniem trudno rozpuszczalnego chlorku srebra. W praktyce obserwujemy przebieg tej reakcji jako utworzenie zmętnienia lub obfitego osadu (zależnie od stężenia jonów) po wymieszaniu dwóch klarownych roztworów w próbówce.

Reakcje wydzielania gazów

W tego typu reakcjach o obecności lub nieobecności jonów wnioskuje się, po dodaniu odpowiedniego odczynnika chemicznego, na podstawie zapachu gazu lub sposobu jego wydzielania. Przykładem takiej reakcji jest wydzielenie amoniaku, gazu o charakterystycznym zapachu, po dodaniu roztworu mocnej zasady do roztworu soli amonowych. Wydzielający się amoniak świadczy o obecności jonu amonowego.

NH4Cl + NaOH NH30x01 graphic
 + H2O + NaCl

chlorek amonu + wodorotlenek sodu amoniak + woda + chlorek sodu

Strzałka skierowana ku górze obok symbolu amoniaku mówi o tym, że wydzielił się gaz. Analogicznie jak i poprzednio, wyszczególniając tylko jony reagujące ze sobą, można zapisać tę reakcję skrótowo:

NH4+ + OH- NH30x01 graphic
 + H2O

jon amonu + jon wodorotlenowy amoniak + woda

W wypadku, gdy podczas analizy wydziela się dwutlenek węgla obserwowane jest charakterystyczne burzenie roztworu i słyszy się „syczenie”.

Reakcje wydzielania barwnych związków kompleksowych

W tego typu reakcjach wnioskuje się o obecności lub nieobecności jonów na podstawie intensywnej barwy wytworzonej po dodaniu odpowiedniego odczynnika chemicznego. Roztwór substancji reagujących pozostaje przezroczysty, lecz zwykle zmienia radykalnie swą barwą, rzadziej jest to bezbarwny związek chemiczny utworzony przez rozpuszczenie związku trudno rozpuszczalnego. Poniżej zapisano reakcję tworzenia związku kompleksowego, siarczanu(VI) tetraaminamiedzi(II), który powstaje po dodaniu do siarczanu(VI) miedzi(II) roztworu wodoro-tlenku amonu w nadmiarze:

CuSO4 + 4 NH4OH [Cu(NH3)4]SO4 + 4 H2O

szafirowa barwa roztworu

czytamy tę reakcję następująco:

cząsteczka siarczanu miedzi(II) + 4 cząsteczki wodorotlenku amonu dają cząsteczkę siarczanu(VI)tetraaminamiedzi(II) + 4 cząsteczki wody.

Metody analizy fizykochemicznej - instrumentalnej

Do identyfikacji substancji wykorzystuje się procesy fizyczne lub fizykochemiczne, którym one podlegają w czasie analizy. Badana substancja może być użyta w postaci roztworu lub w stanie stałym. Wykorzystywane są takie cechy charakterystyczne jak np.:

W metodach analizy fizykochemicznej zwykle wykorzystywany jest sprzęt lub aparatura badawcza (stąd druga nazwa - analiza instrumentalna). Obok informacji jakościowych uzyskuje się także informacje ilościowe.

Jednym z najprostszych sposobów identyfikacji niektórych kationów jest ogrzanie w płomieniu palnika na oczyszczonym druciku platynowym roztworu ich soli. Niektóre pierwiastki świecą określonym promieniowaniem widzialnym (wydzielanie się skwantowanej energii podczas powrotu elektronów na powłoki elektronowe w pobudzonych atomach). Na przykład sole sodu świecą charakterystycznym żółtym światłem po wprowadzeniu do ognia.

Pozostałe informacje na temat zastosowania analizy chemicznej w budownictwie zamieszczono na końcu instrukcji.

  1. Reakcje charakterystyczne kationów

Uwaga: w celu uproszczenia zapisu i nazw, dla kwasu siarkowego(VI) i jego soli - siarczanów(VI) zastosowano nazwę kwas siarkowy i siarczany.

Poniżej zostaną podane reakcje charakterystyczne lub specyficzne wybranych kationów, z którymi można się spotkać podczas przeprowadzania identyfikacji składników materiałów budowlanych lub składników środowiska. Część jonów wybrano ze względów dydaktycznych - dają wyraźne efekty reakcji z określonymi odczynnikami chemicznymi.

Pb2+ - kation ołowiu(II) - roztwór soli - bezbarwny

Pb(NO3)2 + 2 HCl 0x01 graphic
PbCl2 + 2 HNO3

Pb2+ + 2 Cl- 0x01 graphic
PbCl2

Osad PbCl2 rozpuszcza się w gorącej wodzie a przy niskim stężeniu jonów Pb2+może się wytrącać powoli - świadczy to o dość wysokiej rozpuszczalności związku czyli o wysokiej wartości jego iloczynu rozpuszczalności.

(RI) Pb(NO3)2 +2 NaOH 0x01 graphic
Pb(OH)2 + 2 NaNO3

Pb2+ + 2 OH- 0x01 graphic
Pb(OH)2

(RII) 0x01 graphic
Pb(OH)2 + 2 NaOH Na2PbO2 + 2 H2O

0x01 graphic
Pb(OH)2 + 2 OH- PbO22- + 2 H2O

W drugiej reakcji ujawniają się amfoteryczne właściwości wodorotlenku ołowiu(II), który reaguje z mocną zasadą jak kwas, dając sole - ołowiany(II). Rozpuszczalny związek (brak strzałki przy Na2PbO2 świadczy, że związek jest łatwo rozpuszczalny) to ołowian(II) sodu.

Pb(NO3)2 +2 KI 0x01 graphic
PbI2 + 2 KNO3

Pb2+ + 2 I- 0x01 graphic
PbI2

Jodek ołowiu(II) posiada mniejszy iloczyn rozpuszczalności niż PbCl2, dlatego można wytrącić go po wytrąceniu PbCl2. Po ogrzaniu zawiesiny zawierającej osad PbI2 następuje częściowe lub całkowite rozpuszczenie osadu, który po szybkim ochłodzeniu ponownie wytrąca się w postaci osadu opalizującego (grubsze kryształy).

Pb(NO3)2 + K2CrO4 0x01 graphic
PbCrO4 + 2 KNO3

Pb2+ + CrO42- 0x01 graphic
PbCrO4

Pb(NO3)2 + H2SO4 0x01 graphic
PbSO4 + 2 HNO3

Pb2+ + SO42- 0x01 graphic
PbSO4

Cu2+ - kation miedzi(II) - roztwór soli niebieski

CuSO4 +2 NaOH 0x01 graphic
Cu(OH)2 + Na2SO4

Cu2+ + 2 OH- 0x01 graphic
Cu(OH)2

CuSO4 + 4 NH4OH [Cu(NH3)4]SO4 + 4 H2O

szafirowa barwa roztworu

Cu2+ + 4 NH4OH [Cu(NH3)4]2+ + 4 H2O

jon tetraaminamiedzi(II) to jon kompleksowy o czym świadczy obecność nawiasu kwadratowe-go.

Fe3+ - kation żelaza(III) - roztwór soli żółty

FeCl3 +3 NaOH 0x01 graphic
Fe(OH)3 + 3 NaCl

Fe3+ + 3 OH- 0x01 graphic
Fe(OH)3

FeCl3 +3 KSCN Fe(SCN)3 + 3 KCl

krwisto-czerwona barwa roztworu

Fe3+ +3 SCN- Fe(SCN)3

Reakcja ta jest bardzo czuła i natężenie barwy kompleksu zależy od zawartości jonów żelaza(III).

Al3+ - kation glinu - roztwór soli bezbarwny

(RI) AlCl3 +3 NaOH 0x01 graphic
Al(OH)3 + 3 NaCl

Al3+ + 3 OH- 0x01 graphic
Al(OH)3

(RII) 0x01 graphic
Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2 H2O

0x01 graphic
Al(OH)3 + OH- AlO2- + 2 H2O

W drugiej reakcji ujawniają się amfoteryczne właściwości wodorotlenku glinu, który reaguje z mocną zasadą jak kwas dający sole - gliniany. Rozpuszczalny związek (brak strzałki przy symbolu NaAlO2 świadczy, że związek jest łatwo rozpuszczalny) to glinian sodu.

AlCl3 +3 NH4OH 0x01 graphic
Al(OH)3 + 3 NH4Cl

Al3+ + 3 OH- 0x01 graphic
Al(OH)3

Ca2+ - kation wapnia - roztwór soli bezbarwny

CaCl2 +2 NaOH 0x01 graphic
Ca(OH)2 + 2 NaCl

Ca2+ +2 OH- 0x01 graphic
Ca(OH)2

CaCl2 + (NH4)2CO3 0x01 graphic
CaCO3 + 2 NH4Cl

Ca2+ + CO32- 0x01 graphic
CaCO3

Ba2+ - kation baru - roztwór soli bezbarwny

BaCl2 +2 NaOH + CO2 0x01 graphic
BaCO3 + 2 NaCl + H2O

Ba2+ +2 OH- + CO2 0x01 graphic
BaCO3 + H2O

BaCl2 + (NH4)2CO3 0x01 graphic
BaCO3 + 2 NH4Cl

Ba2+ + CO32- 0x01 graphic
BaCO3

BaCl2 + H2SO4 0x01 graphic
BaSO4 + 2 HCl

Ba2+ + SO42- 0x01 graphic
BaSO4

BaCl2 + K2CrO4 0x01 graphic
BaCrO4 + 2 KCl

Ba2+ + CrO42- 0x01 graphic
BaCrO4

Mg2+ - kation magnezu - roztwór soli bezbarwny

MgCl2 +2 NaOH 0x01 graphic
Mg(OH)2 + 2 NaCl

Mg2+ +2 OH- 0x01 graphic
Mg(OH)2

Na+ - kation sodu - roztwór soli bezbarwny

Sole sodu należą do najlepiej rozpuszczalnych w wodzie związków chemicznych dlatego nie tworzą osadów z ogólnie dostępnymi odczynnikami chemicznymi.

K+ - kation potasu - roztwór soli bezbarwny

Sole potasu należą do najlepiej rozpuszczalnych w wodzie związków chemicznych dlatego nie tworzą osadów z ogólnie dostępnymi odczynnikami chemicznymi.

NH4+ - kation amonu - roztwór soli bezbarwny

Sole amonu należą do najlepiej rozpuszczalnych w wodzie związków chemicznych dlatego nie tworzą osadów z ogólnie dostępnymi odczynnikami chemicznymi.

NH4NO3 + NaOH 0x01 graphic
NH3 + NaNO3 + H2O

NH4+ + OH- 0x01 graphic
NH3 + H2O

Amoniak wydziela się w niezauważalny sposób (bez widocznego burzenia roztworu) dlatego wylot próbówki z zawartością roztworu soli amonowych lub roztworu badanego należy po dodaniu NaOH zatkać palcem a następnie, po silnym wytrząsaniu i otwarciu, szybko powąchać czy nie występuje charakterystyczny ostry zapach. Ręce należy bezzwłocznie opłukać wodą.

UWAGA:

ZBIORCZA TABELA Z REAKCJAMI CHARAKTERYSTYCZNYMI WSZYSTKICH OPISANYCH KATIONÓW ZNAJDUJE SIĘ NA KOŃCU INSTRUKCJI I BĘDZIE WYŁOŻONA W LABORATORIUM.

  1. Reakcje charakterystyczne anionów

Anionów, które występują w materiałach budowlanych lub środowisku jest bardzo dużo.

Ich analiza jest czasem bardzo utrudniona dlatego w niniejszym opracowaniu opisane będą 4 najważniejsze aniony a liczba odczynników chemicznych stosowanych w ich identyfikacji ograniczy się także do kilku.

W przeciwieństwie do kationów aniony nie wnoszą zabarwienia do roztworów. Reakcje charakterystyczne lub identyfikacja anionów związane są z wydzielaniem osadu, zwykle barwy białej, i wnioskowaniem na podstawie:

Zasadą identyfikacji anionów jest wypieranie anionów pochodzących od słabych kwasów za pomocą roztworów kwasów mocnych. Np. siarczki, węglany i krzemiany ulegają rozkładowi w środowisku mocnych kwasów: HCl, H2SO4, HNO3 z wydzieleniem H2S, CO2 i SiO2. Sole mocnych kwasów nie ulegają rozkładowi w środowisku ww. kwasów, tzn. nie obserwuje się reakcji po dodaniu roztworu mocnego kwasu do ich roztworów wodnych.

Cl- - anion chlorkowy - pochodzi od mocnego kwasu (HCl)

NaCl + AgNO3 0x01 graphic
AgCl + NaNO3

Cl- + Ag+ 0x01 graphic
AgCl

Wydzielony osad jest nierozpuszczalny w HNO3 jako sól mocnego kwasu, rozpuszcza się natomiast w roztworze NH4OH tworząc łatwo rozpuszczalny związek kompleksowy - chlorek diaminasrebra

0x01 graphic
AgCl + 2 NH4OH [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O

S2- - anion siarczkowy - pochodzi od słabego kwasu (H2S)

Sole te są na ogół nietrwałe i w miejscu ich przebywania wyczuwalny jest ich przykry zapach.

Na2S + 2 AgNO3 0x01 graphic
Ag2S + 2 NaNO3

S2- + 2 Ag+ 0x01 graphic
Ag2S

Wydzielony osad jest rozpuszczalny na gorąco w HNO3 jako sól słabego kwasu.

Na2S + 2 HCl 0x01 graphic
H2S + 2 NaCl

S2- + 2 H+ 0x01 graphic
H2S

Na2S + Pb(NO3)2 0x01 graphic
PbS + 2 NaNO3

S2- + Pb2+ 0x01 graphic
PbS

CO32- - anion węglanowy - pochodzi od słabego kwasu (H2CO3)

Na2CO3 + 2 AgNO3 0x01 graphic
Ag2CO3+ 2 NaNO3

CO3 2- + 2 Ag+ 0x01 graphic
Ag2CO3

osad jest rozpuszczalny w HNO3 z wydzieleniem CO2

0x01 graphic
Ag2 CO3 + 2 HNO3 0x01 graphic
CO2 + 2 AgNO3 + H2O

Na2CO3 + BaCl2 0x01 graphic
BaCO3+ 2 NaCl

CO3 2- + Ba2+ 0x01 graphic
BaCO3

0x01 graphic
BaCO3 + 2 HNO3 0x01 graphic
CO2 + Ba(NO3)2 + H2O

Na2CO3 + 2 HCl 0x01 graphic
CO2 + 2 NaCl + H2O

CO32- + 2 H+ 0x01 graphic
CO2 + H2O

Na2CO3 + Pb(NO3)2 0x01 graphic
PbCO3 + 2 NaNO3

CO32- + Pb2+ 0x01 graphic
PbCO3

SO42- - anion siarczanowy - pochodzi od mocnego kwasu (H2SO4)

nierozpuszczalnego w HNO3.

Na2SO4 + BaCl2 0x01 graphic
BaSO4 + 2 NaCl

SO42- + Ba2+ 0x01 graphic
BaSO4

Na2SO4 + Pb(NO3)2 0x01 graphic
PbSO4 + 2 NaNO3

SO42- + Pb2+ 0x01 graphic
PbSO4

SiO32- - anion krzemianowy - pochodzi od słabego kwasu (H2SiO3)

Na2SiO3 + 2 AgNO3 0x01 graphic
Ag2SiO3+ 2 NaNO3

SiO3 2- + 2 Ag+ 0x01 graphic
Ag2SiO3

osad rozpuszcza się w kwasie azotowym.

Na2SiO3 + BaCl2 0x01 graphic
BaSiO3+ 2 NaCl

SiO3 2- + Ba2+ 0x01 graphic
BaSiO3

Na2SiO3 + 2 HCl 0x01 graphic
SiO2 + 2 NaCl + H2O

SiO32- + 2 H+ 0x01 graphic
SiO2 + H2O

  1. WYKONANIE ĆWICZENIA

Każdy student otrzymuje statyw z zestawem próbówek do wykonywania analizy oraz trzy próbówki: dwie - zawierające pojedyncze jony (próbówki nr 1 i 2) i jedną - zawierającą mieszaninę jonów (próbówka nr 3). W przypadku analizy soli, wydawane są dwie próbówki zawierające zadanie.

Aby otrzymać poprawne wyniki analizy oraz ze względu na wysoki koszt odczynników chemicznych, przy wykonywaniu reakcji charakterystycznych i przy przeprowadzaniu identyfikacji jonów należy:

1. Reakcje charakterystyczne kationów

Reakcje charakterystyczne wszystkich kationów należy wykonać przed identyfikacją zawartości trzech podpisanych próbówek. W tym celu z buteleczek podpisanych symbolami kationów należy wlewać do czystych próbówek porcje kationów i dodawać stosowne odczynniki wymienione na stronach 6 - 11. W czasie wykonywania reakcji należy wykonywać krótkie notatki. Po wykonaniu reakcji charakterystycznych należy przystąpić do wykonania identyfikacji kationów.

Uwaga: reakcje charakterystyczne można wykonywać w zespołach 2-3 osobowych.

2. Identyfikacja kationów

W czasie wykonywania identyfikacji kationów studenci przeprowadzają analizę wybiórczo a nie systematycznie, dlatego wykonanie wszystkich reakcji należy poprzedzić wnikliwą analizą wyników wcześniej przeprowadzonych reakcji. Pomocne są w tym przypadku: zbiorcza tablica KATIONY zamieszczona na końcu instrukcji i wyłożona w laboratorium oraz prowadzenie notatek. Analiza jakościowa powinna być wykonana przy zachowaniu warunku optymalizacji eksperymentu, tzn. należy wykonać tylko niezbędną liczbę reakcji konieczną do udowodnienia obecności danego kationu lub mieszaniny kationów.

UWAGA: Podczas sprawdzania przez prowadzącego poprawności wykonania analizy, student zobowiązany jest posiadać notatki z numerem statywu, wykazem przeprowadzonych reakcji i ich wynikiem.

Identyfikacja pojedynczych kationów

Identyfikację rozpoczyna się od sprawdzenia barwy roztworu. Barwny roztwór daje podstawę do prognozowania obecności danego jonu barwnego i należy przeprowadzić wówczas tylko jedną reakcję potwierdzającą, że barwa roztworu związana jest z obecnością jonu a nie jest wywołana sztucznie, np. jakimś barwnikiem organicznym. Czyli:

Identyfikacja pojedynczych jonów w roztworach bezbarwnych jest bardziej złożona.

  1. Najpierw należy sprawdzić czy badanym jonem nie jest Pb2+ wykonując reakcję z roztworem HCl. Wytrącenie białego krystalicznego osadu jest dowodem na obecność jonu ołowiu(II). Można dodatkowo wykonać reakcję z odczynnikiem potwierdzającym obecność tego jonu, np. z KI lub K2CrO4.

  2. Jeżeli osad z roztworem HCl nie powstanie należy do nowej porcji badanego roztworu dodać powoli NaOH. Jeżeli osad wydzieli się to należy sprawdzić jego rozpuszczalność w nadmiarze NaOH.

2.1. Rozpuszczenie osadu świadczy o obecności jonu Al3+, co należy potwierdzić reakcją z alizaryną w środowisku NaOH (należy przygotować zasadowy roztwór alizaryny i dodać do niego porcję badanego roztworu).

2.2. Nierozpuszczenie osadu w nadmiarze NaOH świadczy o obecności jonów Ca2+, Ba2+ lub Mg2+. Aby ustalić, który z jonów jest obecny w roztworze należy wykonać kilka reakcji, ustalonych na podstawie tabeli KATIONY zależnie od wyników reakcji już przeprowadzonych, na przykład:

  1. Jeżeli osad z roztworem HCl i NaOH nie powstanie tzn., że poszukiwane jony to: NH4+, Na+ lub K+.

3.1. Aby sprawdzić, czy poszukiwanym jonem jest NH4+, bezpośrednio po dodaniu NaOH należy zawartość próbówki zatkać palcem, silnie wymieszać i powąchać po otwarciu (rękę niezwłocznie umyć). Brak zapachu amoniaku świadczy o braku tego jonu.

3.2. Aby sprawdzić, czy poszukiwanym jonem jest jon sodu lub potasu należy drucik platynowy oczyścić w płomieniu palnika oraz przy użyciu stężonego roztworu HCl a następnie zanurzyć go do próbówki z roztworem otrzymanym do badania i wprowadzić do płomienia palnika. Intensywnie żółta barwa płomienia świadczy o obecności jonu Na+ zaś delikatna barwa fioletowo-różowa o obecności jonu K+. Aby poprawnie wykryć obecność jonu K+ drucik platynowy powinien być bardzo dokładnie oczyszczony.

Identyfikacja mieszaniny dwóch kationów

Ze względu na wybiórczy charakter analizy mieszaniny kationów pewne mieszaniny nie będą wydawane. Będą wydawane mieszaniny 2 jonów. Jednym z jonów będzie jon barwny, drugim - jon K+, Na+ lub NH4+. Analiza mieszaniny sprowadzi się,więc do wykrycia jednego jonu wg zaleceń punktu Identyfikacji pojedynczych kationów i do ustalenia czy po dodaniu NaOH wydziela się zapach amoniaku lub czy widoczne jest barwne widmo sodu lub potasu w płomieniu palniku po wprowadzeniu na druciku platynowym roztworu badanego (wydanego do analizy).

3. Reakcje charakterystyczne anionów

Reakcje charakterystyczne wszystkich anionów należy wykonać przed identyfikacją zawartości trzech podpisanych próbówek. W tym celu z buteleczek podpisanych symbolami anionów należy wlewać do czystych próbówek porcje anionów i dodawać stosowne odczynniki wymienione na stronach 11-13. W czasie wykonywania reakcji należy wykonywać krótkie notatki. Po wykonaniu reakcji charakterystycznych należy przystąpić do identyfikacji anionów.

Uwaga: reakcje charakterystyczne można wykonywać w zespołach 2-3 osobowych.

4. Identyfikacja anionów

Do analizy wydawane są aniony, z których reakcjami charakterystycznymi student się zapoznał. W pierwszej i drugiej próbówce znajdują się pojedyncze aniony, w trzeciej próbówce znajduje się mieszanina dwóch anionów. Pomocne są w tym przypadku: zbiorcza tablica ANIONY zamieszczona na końcu instrukcji i wyłożona w laboratorium oraz prowadzenie notatek.

UWAGA: Podczas sprawdzania przez prowadzącego poprawności wykonania analizy, student zobowiązany jest posiadać notatki z numerem statywu, wykazem przeprowadzonych reakcji i ich wynikiem.

Identyfikacja pojedynczych anionów

  1. Zawsze analizę rozpoczyna się od zadania próbki badanego jonu roztworem AgNO3. Na podstawie barwy osadu wnioskuje się czy jest to jon krzemianowy (żółty), siarczkowy (czarny) czy chlorkowy lub węglanowy (biały) czy może to być jon siarczanowy (brak osadu).

  2. Na podstawie wyniku pierwszej reakcji i po przeanalizowaniu rubryk w tabeli ANIONY wykonuje się reakcje pozostałe.

    1. Jeżeli wydzieli się osad barwny to należy ewentualnie potwierdzić obecność jonów siarczkowego (HCl) i krzemianowego (dowolna reakcja).

    2. Jeżeli wytrącił się osad biały należy sprawdzić jego rozpuszczalność w HNO3 (badanie wykonuje się przez dodanie roztworu kwasu do zawiesiny zawierającej osad soli srebra(I)). Rozpuszczenie osadu z wydzieleniem CO2 wskazuje na obecność jonu węglanowego. Nierozpuszczenie osadu świadczy o obecności jonu Cl-.

    3. Jeżeli osad nie wydzieli się to istnieje podejrzenie obecności jonu SO42-. Aby potwierdzić jego obecność należy wykonać reakcję, w której powstanie osad (reakcja z BaCl2 lub z Pb(NO3)2).

Identyfikacja mieszaniny dwóch anionów

Ze względu na wybiórczy charakter analizy, w mieszaninie wydawane są tylko dwa aniony; niektórych mieszanin w ogóle się nie wydaje. Analizę mieszaniny zaleca się rozpocząć od reakcji z AgNO3.

  1. Wydzielenie białego osadu może świadczyć o obecności:

    1. Jonów Cl- i CO32-,

    2. Jonów CO32- i SO42-,

    3. Jonów Cl- i SO42-.

Dalszy tok postępowania w wypadku w/w mieszanin jest następujący:

Ad. 1.1. Należy sprawdzić rozpuszczalność osadu w HNO3. Jeżeli w trakcie reakcji, po dodaniu większej ilości HNO3 wydziela się burzliwie gaz (CO2) ale nie następuje zupełne roztworzenie osadu to jednym z poszukiwanych jonów jest jon węglanowy zaś drugim chlorkowy. Aby wynik analizy potwierdzić należy wykonać próbę z HCl. Wynik reakcji powinien być następujący: wydziela się CO2, nie wydziela się osad.

Ad. 1.2. Należy sprawdzić rozpuszczalność osadu w HNO3. Zupełne rozpuszczenie świadczy, że w roztworze znajduje się jon węglanowy. Do nowej porcji roztworu dodać BaCl2 i sprawdzić rozpuszczalność wytworzonego osadu w nadmiarze HNO3. W silnie kwaśnym środowisku powinien roztworzyć się osad węglanu baru a osad BaSO4 powinien pozostać. Wyniki analizy można potwierdzić za pomocą reakcji z HCl. Jon węglanowy reaguje z wydzieleniem CO2 a jon siarczanowy nie wytrąca osadu.

Ad. 1.3. Należy sprawdzić rozpuszczalność osadu w HNO3. Brak reakcji rozpuszczenia osadu świadczy o obecności chlorków. Do nowej porcji roztworu dodaje się BaCl2. Powstanie białego osadu nierozpuszczalnego w nadmiarze HNO3 świadczy o obecności jonu SO42-.

  1. Wydzielenie barwnego osadu świadczy o obecności w mieszaninie albo jonu siarczkowego (czarny osad) albo jonu krzemianowego (żółty osad). Możliwe są więc następujące mieszaniny zawierające dwa jony:

    1. S2- i SO42-

    2. SiO32- i SO42-

Innych mieszanin z jonami siarczkowymi i krzemianowymi nie należy się spodziewać ze względu na maskowanie białych osadów chlorku lub węglanu srebra(I) przez barwne osady.

Tak postępowania w wypadku wymienionych mieszanin jest następujący:

Ad.2.1. Należy wykonać reakcję z BaCl2. Wytrącenie białego osadu nierozpuszczalnego w nadmiarze HNO3 świadczy o obecności jonu siarczanowego.

Ad.2.2. j.w.

5. Identyfikacja soli

Sól nieorganiczna może być wydana:

  1. w postaci roztworu wodnego, b) w postaci krystalicznej.

Zwykle wydawane jest 2 do 3 soli prostych, czyli złożonych z jednego kationu i jednego anionu.

Ad. a) - sprawdzić barwę i pH roztworu soli, roztwór analizować na obecność kationu i na obec-

ność anionu oszczędnie nim gospodarując. Wyniki analizy zapisać w tablicy 6.

Ad. b) - opisać wygląd soli - jej barwę, wielkość kryształów (generalnie - sole grubokrystaliczne

są łatwo rozpuszczalne w wodzie, sole drobnokrystaliczne - o wielkości kryształów mniejszej niż ziarna mąki - są trudno rozpuszczalne w wodzie),

- wykonać próbę rozpuszczalności soli w wodzie (wsypać kilka kryształków soli do czystej próbówki i zalać małą ilością wody destylowanej, gdy kryształki rozpuszczą się sól jest łatwo rozpuszczalna),

- rozpuścić sól w wodzie destylowanej i zmierzyć pH roztworu za pomocą paska wskaźnikowego (nie należy rozcieńczać nadmiernie roztworu, wówczas wyniki przeprowadzanych reakcji będą lepiej widoczne),

- roztwór analizować na obecność kationu i na obecność anionu oszczędnie nim gospodarując. Wyniki analizy zapisać w tablicy 6.

Gdy sól jest trudno rozpuszczalna to należy rozpuścić ją bardzo powoli w kwasie azotowym(V) i obserwować czy nie wydzielił się dwutlenek węgla. Mogą mieć miejsce dwa przypadki:

  1. dwutlenek węgla wydzielił się burzliwie i nastąpiło całkowite rozpuszczenie soli. Świadczy to o obecności węglanu, którego w innej reakcji nie można już wykryć ponieważ uległ rozkładowi z wydzieleniem bezwodnika kwasowego. Nie należy także określać pH roztworu (na pewno będzie <7). W uzyskanym roztworze identyfikuje się kation a reakcję wydzielenia CO2 przy pomocy kwasu azotowego(V) zapisuje się jako reakcję identyfikacyjną anionu soli.

  2. dwutlenek węgla nie wydzielił się. Wówczas roztwór znad soli zlewa się (jeżeli sól nie uległa zupełnemu rozpuszczeniu) i identyfikuje go na obecność kationu i anionu. W roztworze obok anionu poszukiwanego znajduje się dodatkowo jon azotanowy i ten jon należy podać przy pisaniu reakcji identyfikacyjnej dla kationu. Anion wykrywa się za pomocą dowolnych reakcji zamieszczonych w tablicy ANIONY.

  1. OPIS WYKONANIA ĆWICZENIA

W sprawozdaniu należy opisać krótko sposób wykonywania ćwiczenia (przygotowanie szkła, wykonywanie reakcji). A następnie w tablicach opisać efekty przeprowadzonych reakcji.

  1. Reakcje charakterystyczne kationów i anionów

Reakcje charakterystyczne kationów i anionów należy opisać z wykorzystaniem tablicy 1.

Tablica 1. Opis reakcji charakterystycznych wybranego kationu i anionu

Lp.

Kation/

Anion

Barwa roztworu

Odczynnik

Wynik reakcji

Zapis reakcji

Ca2+

brak

1

NaOH

biały osad nierozpuszczalny w nadmiarze NaOH

Ca2+ + 2NaOH 0x01 graphic
Ca(OH)2 + 2Na+

2

(NH4)2CO3 w środ. NH4Cl i NH4OH

biały osad krystaliczny

Ca2+ + (NH4)2CO3 0x01 graphic
Ca CO3 + 2NH4+

S2-

brak

1

AgNO3

żółty osad

SiO32- + 2AgNO3

Ag2 SiO30x01 graphic
+ 2NO3-

2

BaCl2

biały osad rozpuszczalny w HNO3

SiO32- + BaCl2 BaSiO30x01 graphic
+ 2Cl-

2. Identyfikacja kationów i anionów oraz ich mieszanin

Opis identyfikacji kationów oraz ich mieszanin należy wykonać z użyciem tablic 2 i 3.

Tablica 2. Przykład opisu identyfikacji kationu Ba2+

Lp.

Odczynnik

Wynik reakcji

Zapis reakcji

Wniosek

Barwa roztworu - brak

nie zawiera jonów Cu2+ i Fe3+

1

HCl

brak osadu

-

brak Pb2+

2

NaOH

biały osad nierozpuszczalny w nadmiarze NaOH

Ba2+ + 2NaOH + CO2 0x01 graphic
Ca(OH)2 + 2Na+

obecny Ca2+ lub

Ba2+ lub Mg2+

3

H2SO4

biały drobnokrystaliczny osad

Ba2+ + H2SO4 0x01 graphic
Ba SO4 + 2H+

obecny jon Ba2+

Wniosek końcowy: w próbówce zawarte są kationy Ba2+

Tablica 3. Przykład opisu identyfikacji mieszaniny kationów Cu2+ i NH4+

Lp.

Odczynnik

Wynik reakcji

Zapis reakcji

Wniosek

Barwa roztworu - niebieska

prawdopodobnie zawiera jony Cu2+

1

NaOH

niebieski osad, zapach amoniaku

Cu2+ + 2NaOH 0x01 graphic
Cu(OH)2 + 2Na+

NH4+ + NaOH NH30x01 graphic
+ Na+ + H2O

obecne jony Cu2+ i NH4+

Wniosek końcowy: w mieszaninie zawarte są jony Cu2+ i NH4+

Tablica 4. Przykład opisu identyfikacji anionu SO42-

Lp.

Odczynnik

Wynik reakcji

Zapis reakcji

Wniosek

1

AgNO3

brak osadu

-

Prawdopodobnie zawiera jony SO42-

2

BaCl2

biały osad nierozpuszczalny w HNO3

SO42- + BaCl2 0x01 graphic
BaSO4+ 2Cl-

obecne jony SO42-

Wniosek końcowy: w próbówce obecne są jony SO42-

Tablica 5. Przykład opisu identyfikacji mieszaniny anionów Cl- i CO32-

Lp.

Odczynnik

Wynik reakcji

Zapis reakcji

Wniosek

1

AgNO3

biały osad ciemniejący

Cl- + AgNO3 AgCl0x01 graphic
+ NO3-

CO32- + 2AgNO3 Ag2CO30x01 graphic
+ NO3-

Obecne jony Cl-, CO32- lub ewentualnie SO42-

2

HNO3

osad częściowo rozpuszcza się w nadmiarze kwasu z wydzieleniem CO2

Ag2CO30x01 graphic
+ 2HNO3 2AgNO3 + CO2 + H2O

Obecne jony CO32- i Cl- lub ewentualnie SO42-

3

BaCl2

biały osad

CO32- + BaCl2 BaCO30x01 graphic
+ 2Cl-

Obecne jony CO32- i Cl- lub ewentualnie SO42-

4

HNO3

osad całkowicie rozpuszcza się w kwasie

BaCO30x01 graphic
+ 2HNO3 Ba(NO3)2 + CO2 + H2O

brak SO42-

Wniosek końcowy: w mieszaninie zawarte są jony Cl- i CO32-

  1. Identyfikacja soli

W tym przypadku należy opisać identyfikację soli za pomocą tablicy 6 oraz napisać reakcję dysocjacji i hydrolizy soli (jeżeli sól może ulegać hydrolizie). Poniżej podano przykład opisu identyfikacji PbCl2.

Tablica 6. Przykład opisu identyfikacji soli mocnego kwasu i słabej zasady - PbCl2

Lp.

Badania wstępne

Wyniki

Wniosek

1

Wygląd soli

biała, drobnokrystaliczna

nie zawiera jonów Cu2+ i Fe3+

2

Rozpuszczalność soli w wodzie

trudno rozpuszczalna

należy rozpuścić w HNO3

3

Efekt rozpuszczania soli w HNO3

nie wydziela się CO2

Nie zawiera jonów CO32-

4

pH roztworu wodnego soli

nie dotyczy

Identyfikacja kationu i anionu

Lp.

Odczynnik

Wynik reakcji

Zapis reakcji

Wniosek

Barwa roztworu - brak

nie zawiera jonów Cu2+ i Fe3+

1

HNO3

częściowe rozpuszczenie soli

PbCl2 + 2HNO3 Pb(NO3)2 + 2HCl

sól rozpuszcza się trudno

2

HCl

biały krystaliczny osad

Pb(NO3)2 + 2HCl PbCl20x01 graphic
+ 2HNO3

obecny jon Pb2+

3

KI

żółty osad

Pb(NO3)2 + 2KI PbI20x01 graphic
+ 2KNO3

obecny jon Pb2+

4

AgNO3

biały osad

HCl + AgNO3 AgCl0x01 graphic
+ HNO3

obecny Cl-

Wniosek końcowy: sól badana zawiera jony Pb2+ i Cl- jest to chlorek ołowiu(II) - PbCl2.

Reakcja dysocjacji: PbCl2 Pb2+ + 2Cl-;

Reakcja hydrolizy: PbCl2 + 2H2O Pb(OH)2 + 2H+ + 2Cl-

Jest to sól mocnego kwasu i słabej zasady, jej odczyn w środowisku wodnym jest kwaśny.


ANALIZA JAKOŚCIOWA KATIONÓW

(na przecięciu wierszy i kolumn wpisano rodzaj, barwę i właściwości osadu, barwę roztworu oraz rodzaj gazu)

ODCZYNNIK

KATION

Barwa

jonu

HCl

(kwas solny)

NaOH

(wodorotle-nek sodu)

(NH4)2CO3 (węglan amonu)

w środowisku

NH4Cl i NH4OH

H2SO4

(kwas siarkowy)

NH4OH

(wodorotlenek amonu)

KI

(jodek potasu)

K2CrO4

(chromian(VI) potasu)

NH4SCN

(rodanek amonu)

Alizaryna w środowisku NaOH

Barwa płomienia

Pb2+

(ołowiu II)

bezb.

PbCl2

biały kryst.

Pb(OH)2

osad biały, rozp. w nadmiarze

PbCO3

osad biały

PbSO4

osad biały

Pb(OH)2

osad biały

PbI2

osad żółty

PbCrO4

osad żółty

-

-

-

Cu2+

(miedzi II)

nieb.

-

Cu(OH)2

osad niebieski, galaretowaty

-

-

Cu[(NH3)4]SO4

szafirowy

roztwór

-

-

-

-

zielona

Fe3+

(żelaza III)

żółty

-

Fe(OH)3

osad żółty, galaretowaty

-

-

Fe(OH)3

osad żółty, galaret

-

-

Fe(SCN)3

krwisto czerwony roztwór

-

-

Al3+

(glinu)

bezb.

-

Al(OH)3

osad biały, rozp. w nadmiarze

-

-

Al(OH)3

osad biały

-

-

-

ceglaste

-

Ca2+

(wapnia)

bezb.

-

Ca(OH)2

osad biały, nrozp. w nadmiarze

CaCO3

osad biały, krystaliczny

-

-

-

-

-

-

0x08 graphic
0x08 graphic
ceglasto-czerwona

Ba2+

(baru)

bezb.

-

BaCO3

osad biały, nrozp. w nadmiarze

BaCO3

osad biały

BaSO4

osad biały

-

-

BaCrO4

osad żółty

-

-

żółto-zielona

Mg2+

(magnezu)

bezb.

-

Mg(OH)2

osad biały, nrozp. w nadmiarze

-

-

Mg(OH)2

osad biały

-

-

-

-

-

Na+(sodu)

bezb.

-

-

-

-

-

-

-

-

-

żółta

K+(potasu)

bezb.

-

-

-

-

-

-

-

-

-

fioletowo-różowa

NH4+

(amonu)

bezb.

-

NH3 zapach charakterystyczny gazu

-

-

-

-

-

-

-

Uwaga:

W czasie wykonywania prób charakterystycznych lub identyfikacji kationów należy posługiwać się reakcjami, w których otrzymuje się związek chemiczny - o ustalonym wzorze chemicznym

0x08 graphic

0x08 graphic
ANALIZA JAKOŚCIOWA ANIONÓW

(na przecięciu wierszy i kolumn wpisano rodzaj, barwę i właściwości osadu oraz rodzaj i właściwości wydzielonego gazu)

ODCZYNNIK

ANION

0x01 graphic
AgNO3

(azotan(V) srebra)

BaCl2

(chlorek baru)

HCl

(kwas solny)

Pb(NO3)2

(azotan(V) ołowiu II)

Cl-

(chlorkowy)

AgCl

-

-

PbCl2

osad biały serowaty nierozpuszczalny w HNO3, rozpuszczalny w NH4OH

-

-

0x08 graphic
osad biały krystaliczny, nierozpuszczalny w HNO3

S2-

(siarczkowy)

Ag2S

-

H2S

PbS

osad czarny rozpuszczalny w HNO3 na gorąco

-

gaz o charakterystycznym zapachu zgniłych jaj

0x08 graphic
0x08 graphic
osad jasny, po podgrzaniu czarny

CO32-

(węglanowy)

Ag2CO3

BaCO3

CO2

PbCO3

osad biały serowaty ciemniejący, rozpuszczalny w HNO3 z wydzieleniem CO2 oraz w NH4OH

osad biały, rozpuszczalny w HNO3 z wydzieleniem CO2

gaz bezwonny, wydziela się głośno w postaci charakterystycznych pęcherzyków

0x08 graphic
osad biały, rozpuszczalny w HNO3 z wydzieleniem CO2

SO42-

(siarczanowy)

-

BaSO4

-

PbSO4

-

osad biały, nierozpuszczalny w HNO3

-

osad biały, nierozpuszczalny w HNO3

SiO32-

(krzemianowy)

Ag2SiO3

BaSiO3

SiO2

osad biały rozpuszczalny

w HNO3

osad żółty, rozpuszczalny

w HNO3

osad biały rozpuszczalny w HNO3

po pewnym czasie może się otworzyć biały galaretowaty osad

Uwaga: W czasie wykonywania prób charakterystycznych lub identyfikacji anionów należy posługiwać się reakcjami, w których otrzymuje się ściśle zdefiniowany produkt, związek chemiczny o ustalonym wzorze chemicznym

22

20

20

20

20

22

21


Wyszukiwarka