Analiza jakościowa 1.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
+
]
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
Plik z chomika:
cirelly
Inne pliki z tego folderu:
Tablica Mendelejewa.pdf
(10233 KB)
Tablica Mendelejewa 4.jpg
(670 KB)
Tablica Mendelejewa 2.pdf
(6352 KB)
Podstawowe techniki laboratoryjne.pdf
(4981 KB)
ABC chemii.pdf
(5217 KB)
Inne foldery tego chomika:
Arkusze Powtórzeniowe
Chemia nieorganiczna
Matura - Arkusze
Organiczna
PR
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin