ANALIZA JAKOŚCIOWA POJEDYŃCZEJ SUBSTANCJI, KATIONÓW grI i II.pdf

(140 KB) Pobierz
ANALIZA JAKOŒCIOWA
ANALIZA JAKOŚCIOWA
Opracowanie: Krystyna Moskwa, Emil Zieliński
Analiza roztworu pojedynczej substancji.
Przystępując do badania roztworu należy zwrócić uwagę na jego barwę i zapach. Szereg kationów i
anionów ma określone zabarwienie, które przy roztworach pojedynczych substancji może wskazać na
skład jakościowy roztworu.
Barwy pospolitych jonów są następujące:
Cu 2+ niebieska
Fe 2+ jasnozielona
Mn 2+ jasnoróżowa
Fe 3+ żółtobrunatna
Co 2+ czerwona CrO 4 2- żółta
Ni 2+ zielona Cr 2 O 7 2- pomarańczowa
Cr 3+ zielona lub fioletowa MnO 4 - fioletowa
Jeżeli wiadomo, że w roztworze znajduje się tylko pojedynczy anion i kation, to zawsze należy
przeprowadzić najpierw badania na kationy. Wykrycie kationu pozwala na łatwiejszą identyfikację
anionów, gdyż obecność pewnych kationów wyklucza obecność niektórych anionów w roztworze.
Badaną próbkę dzieli się na trzy części. Jedna część służy do badania na kationy, druga na aniony, a
trzecia część pozostaje w rezerwie.
Ustalenie przynależności grupowej.
Kationy można podzielić na grupy analityczne ze względu na wytrącanie się osadów z odczynnikami
grupowymi. Przy omawianiu przynależności kationów do poszczególnych grup uwzględniono tylko te,
które częściej spotyka się w praktyce hutniczej.
Grupa I. Odczynnik grupowy: 2n HCl . Należą tu kationy: Ag + , Hg 2 2+ , i Pb 2+ , które z kwasem solnym
dają białe chlorki AgCl, Hg 2 Cl 2 i PbCl 2 . Jeżeli z odczynnikiem grupy I nie otrzymamy osadu, to dodaje
się bezpośrednio odczynnik grupy II.
Grupa II. Odczynnik grupowy : roztwór wodny H 2 S (obecnie stosowany jest tioacetamid AKT) w
obecności 2n HCl. Należą tu kationy: Pb 2+ , Cu 2+ , Hg 2+ , Bi 3+ , Cd 2+ , Sn 2+ , Sn 4+ , Sb 3+ , As 5+ , które w
razie obecności w roztworze dają osady o następujących barwach:
PbS czarny
Sb 2 S 3 pomarańczowy
CuS czarny
As 2 S 5 żółty
HgS czarny
SnS brunatny
Bi 2 S 3 brunatny
SnS 2 żółty
Grupa III. Odczynnik grupowy: (NH 4 ) 2 S (obecnie stosowany jest tioacetamid AKT) w obecności
NH 4 OH i NH 4 Cl. Przy badaniu pojedynczych roztworów należy odczynniki te dodawać do nowej porcji
próbki. Należą tu kationy: Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Cr 3+ i Al 3+ , które w razie obecności dają
następujące osady :
NiS czarny
MnS cielisty
CoS czarny
ZnS biały
FeS czarny
Cr(OH) 3 zielony
Fe 2 S 3 czarny
Al(OH) 3 biały
Grupa IV. Odczynnik grupowy : (NH 4 ) 2 CO 3 w obecności NH 4 OH i NH 4 Cl. Jeżeli odczynniki grupy III
nie wytrącają osadu to do nowej próbki dodaje się NH 4 OH, NH 4 Cl i (NH 4 ) 2 CO 3 . Mogą się wytrącić białe
węglany wapnia, strontu lub baru ( CaCO 3 , SrCO 3 , BaCO 3 ).
Grupa V. Jeżeli żaden z poprzednio użytych odczynników grupowych nie spowodował wytrącenia
osadu, to próbka może zawierać jony Mg 2+ , NH 4 + , Na + , K + Grupa V nie posiada odczynnika grupowego.
CdS żółty
I grupa analityczna kationów
1. Reakcje kationu Ag +
1 . Kwas solny wytrąca z roztworów soli srebra biały serowaty osad chlorku srebra :
Ag + + Cl - = AgCl
+ HNO 3
Chlorek srebra rozpuszcza się w roztworze NH 4 OH dzięki tworzeniu się jonów zespolonych:
AgCl + 2NH 4 OH = [ Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + 2H 2 O
Z tego roztworu kwasy strącają z powrotem chlorek srebra :
np AgNO 3 + HCl = AgCl
[Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + 2H + = Ag + + 2NH 4 + + Cl -
Ag + + Cl - = AgCl
Chlorek i pozostałe halogenki srebra są światłoczułe i stosowane w fotografii.
2 . Siarkowodór (obecnie stosujemy tiocetamid AKT) wytrąca z roztworów soli srebra czarny osad siarczku
srebra, który jest najtrudniej rozpuszczalną solą srebra:
2Ag + + S 2- = Ag 2 S
np 2AgNO 3 + H 2 S = Ag 2 S + 2HNO 3
3 . Wodorotlenek sodu wytrąca z roztworów soli srebra brunatny osad tlenku srebra :
+ 2NaNO 3 + H 2 O
Osad ten roztwarza się w amoniaku, dając wodorotlenek dwuaminosrebra :
Ag 2 O + 4NH 3 + H 2 O = 2[Ag(NH 3 ) 2 ]OH
4 . Dwuchromian(VI) potasu wytrąca z roztworów srebra brunatno-czerwony osad dwuchromianu(VI)
srebra : 2AgNO 3 + K 2 Cr 2 O 7 = Ag 2 Cr 2 O 7
+ 2KNO 3
lub jonowo:
2Ag + + Cr 2 O 7 2- = Ag 2 Cr 2 O 7
5. Jodek potasu wytrąca z roztworów soli srebra żółtawy osad jodku srebra, nierozpuszczalny w kwasie
azotowym(V), ani też w amoniaku:
Ag + + I - = AgI
+ KNO 3
Osad jest białawy, a przechodzi w żółtawy po dodaniu większej ilości wody. Ze wszystkich halogenków
srebra tylko jodek srebra jest nierozpuszczalny w amoniaku.
np AgNO 3 + KI = AgI
6. Chlorek i bromek srebra rozpuszczają się w tiosiarczanie sodu, według reakcji:
AgCl +2Na 2 S 2 O 3 = NaCl + Na 3 [Ag(S 2 O 3 ) 2 ]
Reakcja ta ma duże znaczenie w fotografii, gdzie tiosiarczan sodu stosuje się do utrwalania obrazów
na filmach i kliszach fotograficznych.
7. Sześciocyjanożelazian(II) potasu wytrąca z roztworów soli srebra kremowo biały osad
sześciocyjanożelazianu(II) srebra:
+ 4KNO 3
Osad ten pod wpływem działania amoniaku rozkłada się i ciemnieje.
2. Reakcje kationu Hg 2 2+
W związkach zawierających rtęć na stopniu utlenienia +1 występuje zawsze dwuwartościowa
grupa -Hg-Hg-, a w roztworach wodnych znajduje się jon Hg 2 2+ . Dlatego wzory soli rtęciawych pisze się
np. Hg 2 Cl 2 lub Hg 2 (NO 3 ) 2 .
+ 2HNO 3
Osad ten pod wpływem amoniaku czernieje z powodu wydzielania się rozdrobnionej rtęci (czarnej) i
amidochlorku rtęci (biały):
Hg 2 Cl 2 + 2NH 3 = Hg + HgNH 2 Cl + NH 4 Cl
Reakcja ta Hg 2 2+
np Hg 2 (NO 3 ) 2 + 2HCl = Hg 2 Cl 2
Hg 2+ + Hg o nazywa się dysproporcjonowaniem i zachodzi praktycznie momentalnie.
2. Siarkowodór (AKT) wytrąca z roztworów soli rtęci(I) czarną mieszaninę siarczku rtęci(II) i metalicznej
rtęci:
+ HgS
+ 2HNO 3
2 AgNO 3 + 2 NaOH = Ag 2 O
4AgNO 3 + K 4 [Fe(CN) 6 ] = Ag 4 [Fe(CN) 6 ]
Hg 2 2+ + 2Cl - = Hg 2 Cl 2
1. Kwas solny wytrąca z roztworów soli rtęci(I) biały osad chlorku rtęci(I), tzw. kalomelu:
Hg 2 (NO 3 ) 2 + H 2 S = Hg
3. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca z roztworów soli rtęci(I) czarny osad subtelnie rozdrobnionej
rtęci metalicznej i tlenku rtęci(II) - HgO:
Hg 2 (NO 3 ) 2 + 2 KOH = Hg
+ HgO
+ H 2 O + 2KNO 3
4. Jodek potasu wytrąca z roztworów soli rtęci zielony osad jodku rtęci(I):
(Często sole rtęci(I) są nieco utlenione, co powoduje mieszane zielono-żółtawe zabarwienie). Osad ten
rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika wskutek powstania zespolonego anionu cterojodortęcianowego.
Wydziela się równocześnie rtęć wolna:
Hg 2 I 2 + 2 KI = K 2 HgI 4 + Hg
5. Chromian(VI) potasu strąca z roztworów soli rtęci(I) brudno czerwony osad chromianu(VI) rtęci(I):
Hg 2 (NO 3 ) 2 + K 2 CrO 4 = Hg 2 CrO 4
+ 2KNO 3 lub jonowo: Hg 2 2+ + CrO 4 2- = Hg 2 CrO 4
6. Sześciocyjanożelazian(II) potasu wytrąca z roztworów soli rtęci(I) biały ciemniejący po pewnym czasie
osad sześciocyjanożelazianu(II) rtęci(I):
+ 4KNO 3
lub jonowo: 2Hg 2 2+ + Fe(CN) 6 4- = Hg 4 [Fe(CN) 6 ]
3. Reakcje kationu Pb 2+
1 . Kwas solny wytrąca z roztworów soli ołowiu(II) biały osad chlorku ołowiu(II):
Pb 2+ + 2Cl - = PbCl 2
+ 2HNO 3
Iloczyn rozpuszczalności chlorku ołowiu(II) szybko wzrasta wraz z temperaturą, co powoduje
rozpuszczanie się chlorku ołowiu(II) w większej ilości wody po ogrzaniu. Oziębienie roztworu powoduje
wydzielenie się chlorku ołowiawiu(II) w postaci długich igieł.
np Pb(NO 3 ) 2 + 2HCl = PbCl 2
2 . Kwas siarkowodorowy (tioacetamid) wytrąca z roztworów soli obojętnych lub słabo zakwaszonych
czarny osad siarczku ołowiawego, którego iloczyn rozpuszczalności jest znacznie mniejszy od iloczynu
rozpuszczalności PbCl 2 , co powoduje przesunięcie ołowiu do II grupy analitycznej:
+ 2HNO 3
PbS roztwarz się w rozcieńczonym kwasie azotowym(V) z wydzieleniem wolnej siarki:
np Pb(NO 3 ) 2 + H 2 S = PbS
3 PbS + 8HNO 3 = 3Pb(NO 3 ) 2 + 3S o
+ 2NO + 4H 2 O
3 . Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca biały osad wodorotlenku ołowiu(II), który posiada własności
amfoteryczne i roztwarza się w nadmiarze wodorotlenku, jak również kwasie:
Pb(NO 3 ) 2 + 2NaOH = Pb(OH) 2 + 2NaNO 3 lub jonowo: Pb 2+ + 2 OH - = Pb(OH) 2
Dla wodorotlenków amfoterycznych można napisać następującą równowagę jonową:
Pb 2+ + 2 OH -
Pb(OH) 2
2H + + PbO 2 2-
reakcja z zasadą:
Pb(OH) 2 + NaOH = Na[Pb(OH) 3 ] lub H 2 PbO 2 + 2NaOH = Na 2 PbO 2 + 2H 2 O
reakcja z kwasem:
Pb(OH) 2 + 2HNO 3 = Pb(NO 3 ) 2 + 2H 2 O
4. Kwas siarkowy(VI) wytrąca z roztworów soli ołowiu(II) biały osad siarczanu(IV) ołowiu(II):
Pb(NO 3 ) 2 + H 2 SO 4 = PbSO 4
lub jonowo: Pb 2+ + SO 4 2- = PbSO 4
5. Chromian(VI) potasu wytrąca z roztworów soli ołowiu(II) żółty osad chromianu(VI) ołowiu:
Pb(NO 3 ) 2 + K 2 CrO 4 = PbCrO 4
+ 2KNO 3
lub jonowo: Pb 2+ + CrO 4 2- = PbCrO 4
Osad ten roztwarza się w kwasie azotowym i wodorotlenku sodowym.
6. Jodek potasu wytrąca z roztworów soli ołowiu(II) żółty krystaliczny osad jodku ołowiu(II):
Pb(NO 3 ) 2 + 2KI = PbI 2
+ 2KNO 3 lub jonowo: Pb 2+ + 2I - = PbI 2
Hg 2 2+ + 2I - = Hg 2 I 2
2Hg 2 (NO 3 ) 2 + K 4 [Fe(CN) 6 ] = Hg 4 [Fe(CN) 6 ]
Pb 2+ + S 2- = PbS
7. Sześciocyjanożelazian(II) potasu wytrąca z roztworów soli ołowiu(II) kremowo biały osad
sześciocyjanożelazianu(II) ołowiu(II):
lub jonowo: 2Pb 2+ + Fe(CN) 6 4- = Pb 2 [Fe(CN) 6 ]
+ 4 KNO 3
II grupa analityczna kationów
Odczynnik grupowy : H 2 S w obecności HCl, pH < 0,5
Obecnie nie stosuje się siarkowodoru w postaci gazowej, lecz wytwarza się go przez rozkład
hydrolityczny z tioacetamidu CH 3 CSNH 2 (AKT) w temperaturze ok. 90 o C na łażni wodnej.
CH 3 CSNH 2 + 2H 2 O = CH 3 COO - + NH 4 + + H 2 S
Szybkość hydrolizy tioacetamidu zwiększa się z podwyższeniem temperatury i stężenia jonów H + lub
OH - . Hydroliza w środowisku zasadowym jest znacznie szybsza niż w kwaśnym. Wykorzystując te
własności można rozdzielić kationy II i III gr. w zależnosci od pH roztworu, podobnie jak przy stosowaniu
siarkowodoru i siarczku amonu.
Otrzymany H 2 S rozpuszcza się w wodzie. Powstały kwas siarkowodorowy dysocjuje wg równania:
2 S
H + + HS -
K 1 = 5,7
10 -8
10 -15
Z porównania stałych dysocjacji K 1 i K 2 wynika, że stężenie jonów S 2- jest bardzo małe, co można obliczyć
[ ]
H + + S 2-
K 2 = 1,2
[ ]
[ ]
2
1210
15
HS
Przy założeniu, że wartości [H + ] i [HS - ] są w przybliżeniu równe, skracając te wielkości w liczniku i
mianowniku ułamka po lewej stronie równania otrzymujemy [S 2- ] = 1,2
10 -15 . Jeśli założymy, że stężenie
analizowanego roztworu wynosi 10 -1 (0,1 mol/dm 3 ) to iloczyny jonowe wszystkich rozważanych przez nas
siarczków będą wynosiły:
10 -16
Do wytrącenia osadu siarczku konieczne jest, aby iloczyn jonowy był większy od iloczynu
rozpuszczalności danego siarczku. Iloczyny rozpuszczalności siarczków kationów II grupy wahają się w
granicach od ok. 10 -53 do ok.10 -29 , a więc z łatwością zostaną przekroczone.
Po dodaniu HCl do roztworu H 2 S (a więc jonów H + ) dysocjacja kwasu siarkowodorowego cofa się
zgodnie z regułą przekory. Maleje stężenie jonów S 2- , ale iloczyny rozpuszczalności siarczków kationów II
grupy zostaną przekroczone i siarczki te strącą się. Nie strącą się natomiast siarczki kationów III grupy,
które maja znacznie większe iloczyny rozpuszczalności i małe stężenie jonów S 2- nie wystarcza do ich
przekroczenia. W ten sposób można rozdzielić kationy II i III grupy.
Stopień kwasowości roztworu odgrywa ważną rolę przy strącaniu siarczków kationów grupy IIb.
Siarczki arsenu, antymonu i cyny stracaja się tylko z silnie zakwaszonego środowiska, gdyż wtedy
stężenia jonów As 3+ , As 5+ , Sb 3+ , Sn 2+ , Sn 4+ sa na tyle wysokie, że mogą zostać przekroczone iloczyny
rozpuszczalności siarczków tych kationów. W środowisku kwaśnym aniony np. AsO 3 3-
10 -15 = 1,2
[S 2- ] = 10 -1
1,2
lub AsO 4 3-
przechodzą w kationy A 3+ i As 5+ .
Siarczki arsenu, antymonu i cyny (gr IIb) rozpuszczają się w wielosiarczku amonu, jak równiez w
siarczkach alkalicznych tworząc siarkosole. Mają one budowę podobną do soli tlenowych. Różnią się
tym, że zamiast tlenu w cząsteczce zawierają pokrewny mu pierwiastek - siarkę.
siarkosole
sole tlenowe
kwasy tlenowe
(NH 4 ) 3 AsS 3
(NH 4 ) 3 AsO 3
H 3 AsO 3
Na 3 AsS 4
Na 3 AsO 4
3 AsO 4
(NH 4 ) 3 SbS 4
(NH 4 ) 3 SbO 4
H 3 SbO 4
K 2 SnS 3
2 SnO 3
H 2 SnO 3
Kationy grupy IIa nie tworzą siarkosoli.
Własności wodorotlenków i tlenków kationów II gr analitycznej są także różne. Wodorotlenki kationów
grupy IIb są amfoteryczne, przy czym wyższe wartościowości wykazują silniejszy charakter kwasowy.
Wodorotlenki bizmutu(III), kadmu i miedzi(II) są słabymi zasadami, a wodorotlenek rtęci(II) rozkłada się
2Pb(NO 3 ) 2 + K 4 [Fe(CN) 6 ] = Pb 2 [Fe(CN) 6 ]
HS -
HS
,.
[Me + ]
91493095.001.png 91493095.002.png
natychmiast na tlenek rtęci i wodę. Jony miedzi(II) i kadmu mogą tworzyć z amoniakiem jony zespolone
(kompleksowe), dzięki czemu wodorotlenki miedzi(II) i kadmu rozpuszczają się w amoniaku tworząc jon
czteroaminomiedzi(II) [Cu(NH 3 ) 4 2+ i czteroaminokadmu [Cu(NH 3 ) 4 2+ .
Postępowanie przy pojedynczym kationie:
Około 1cm 3 próbki zakwaszamy 0,5 cm 3 2 molowego HCl. Jeśli nie wytracił sie osad w I gr można
wykorzystać ten roztwór do badania na obecność kationow II gr. Ogrzać na łażni wodnej do ok. 90 o C i
dodać 1 cm 3 tioacetamidu. Ogrzewać dalej przez ok. 5 minut. Wytracony osad świadczy o obecności
kationów II grupy analitycznej.
1. Reakcje kationu Hg 2+ .
1. Kwas solny nie wytrąca osadu z roztworów soli rtęci(II) .
2. Siarkowodór (AKT) wytrąca z roztworów soli rtęci(II) czarny osad:
W niedomiarze H 2 S osad może być początkowo żółty. HgS rozpuszcza się w wodzie królewskiej (HNO 3
stęż. + 3HCl stęż.)
lub jonowo: Hg 2+ + S 2- = HgS
3. Wodorotlenek sodu lub potasu wytrąca z roztworów soli rtęci(II) żółty osad tlenku rtęci(II):
HgCl 2 + 2NaOH = HgO
+ 2NaCl +H 2 O
lub jonowo: Hg 2+ + 2OH - = HgO
+ H 2 O
4. Jodek potasu wytrąca z roztworów soli rtęci(II) ceglastoczerwony osad jodku rtęci(II):
Jodek rtęci(II) rozpuszcza się w nadmiarze jodku potasu wskutek tworzenia się zespolonego anionu
czterojodortęciowego(II):
HgI 2 + 2KI = K 2 [HgI 4 ]
Roztwór alkaliczny K 2 [HgI 4 ] służy do wykrywania jonów amonowych (tzw. odczynnik Nesslera).
+ 2KCl
lub jonowo: Hg 2+ + 2I - = HgI 2
5. Chlorek cyny(II) wytrąca z roztworów soli rtęci(II) biały osad chlorku rtęci(II), a sam utlenia się do soli
cyny(IV). Przy ogrzewaniu tego osadu z nadmiarem SnCl 2 otrzymać można czarną metaliczną rtęć:
+ Sn 4+
2HgCl 2 + SnCl 2 = Hg 2 Cl 2
+ SnCl 4
Hg 2 Cl 2 + SnCl 2 = 2Hg
+ SnCl 4
6. Reakcję specyficzną podano przy jonie Hg 2 2+ .
2. Reakcje kationu Bi 3+ .
1. Kwas solny nie wytrąca osadu z roztworów soli bizmutu(III).
2. Siarkowodór (AKT) wytrąca z roztworów soli bizmutu(III) czarnobrunatny osad siarczku bizmutu(III).:
2Bi(NO 3 ) 3 + 3H 2 S = Bi 2 S 3
+6HNO 3
lub jonowo: 2Bi 3+ + 3S 2- = Bi 2 S 3
3 . Wodorotlenki alkaliczne wytrącają z roztworów soli bizmutu(III) biały osad wodorotlenku bizmutu(III):
Wodorotlenek bizmutu podczas ogrzewania zmienia barwę na żółtawą, gdyż traci wodę i przechodzi w
wodorotlenek bizmutylu BiO(OH):
+ 3NaCl lub jonowo: Bi 3+ + 3OH - = Bi(OH) 3
+ H 2 O
Grupa -Bi=O nosi nazwę grupy bizmutylowej.
BiO(OH)
4. Cynian(II) sodu lub potasu reaguje z solami bizmutu(III) redukując jony Bi 3+ do bizmutu metalicznego
strącającego się w postaci czarnego osadu. Cynian(II) sodu przygotowuje się tuż przed użyciem działając
nadmiarem NaOH na chlorek cyny(II) tak, aby powstający początkowo osad Sn(OH) 2 roztworzył się w
nadmiarze NaOH:
SnCl 2 + 2NaOH = Sn(OH) 2
+ 2NaCl
HgCl 2 + H 2 S = HgS
HgCl 2 +2KI = HgI 2
2Hg 2+ + SnCl 2 = Hg 2 Cl 2
BiCl 3 + 3NaOH = Bi(OH) 3
Bi(OH) 3
Zgłoś jeśli naruszono regulamin