1 Занятие 2 Анализ катионов I-IIX аналитических групп. Цель занятия: на основе знаний химико-аналитических свойств ка- тионов I-III аналитических групп, положений теории растворов электролитов, закона действующих масс уметь выполнять характерные аналитические реак- ции катионов I-III аналитических групп. СТРУКТУРА ЗАНЯТИЯ (225минут): L Введение 10 мин. 2 Входной тестовый контроль по теме «Сильные и слабые электро- литы в растворе. Качественные реакции на катионы I-III аналити - ческих групп». 50 мин. 3± Проведение качественных реакций на катионы ИII аналитических групп. 100 мин. £_ Защита результатов. Домашнее задание. 65 мин. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА: /. Ю.Я. Харитонов «Аналитическая химия», М.: Высшая школа, 2001 , ч . 1. 2. В.Д. Пономарев «Практикум по аналитической химии», М.: Выс- шая школа, 1983. 3. Методические разработки по теме. 4. Справочные таблицы.
12
Embed
Анализ катионов I-IIX аналитических групп.1 Занятие 2 Анализ катионов I-IIX аналитических групп. Цель занятия:
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
Занятие 2
Анализ катионов I-IIX аналитических групп.
Цель занятия: на основе знаний химико-аналитических свойств ка
тионов I-III аналитических групп, положений теории
растворов электролитов, закона действующих масс
уметь выполнять характерные аналитические реак
ции катионов I-III аналитических групп.
СТРУКТУРА ЗАН Я ТИ Я (225минут):
L Введение 10 мин.
2 Входной тестовый контроль по теме «Сильные и слабые электро
литы в растворе. Качественные реакции на катионы I-III аналити
ческих групп». 50 мин.
3± Проведение качественных реакций на катионы И II аналитических
групп. 100 мин.
£_ Защита результатов. Домашнее задание. 65 мин.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:
/. Ю.Я. Харитонов «Аналитическая химия», М.: Высшая школа, 2001 , ч .1.
2. В.Д. Пономарев «Практикум по аналитической химии», М.: Высшая школа, 1983.
3. Методические разработки по теме.4. Справочные таблицы.
2
ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ.
К занятию надо знать:1) Основные понятия качественного химического анализа.2) Классификацию катионов по кислотно-основному методу анализа.3) Общую характеристику I, II, III аналитических групп (состав, общие
свойства, действие группового реагента).4) Отношение солей аммония к нагреванию.5) Способы выражения КОНЦЕНТРАЦИИ растворов: массовая доля,
молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента.6) Основные понятия теории сильных электролитов: активность, коэф
фициент активности, pH растворов.
К занятию надо уметь:1) Составлять уравнения реакций диссоциации двойных и комплексных
солей в водных растворах.2) Называть комплексные соли по номенклатуре ИЮПАК.3) Выполнять аналитические реакции катионов полу микрометодом.4) Пользоваться микроскопом.5) Выполнять реакции окрашивания пламени летучими солями.
2. Сформулируйте принцип аналитической классификации ионов.3. Назовите групповые реагенты, принимаемые в кислотно-щелочной клас
сификации.4. Какие реагенты и реакции называются специфическими, селективными,
групповыми?5. Параметры, характеризующие чувствительность аналитической реакции.6. К каким группам Периодической системы относятся катионы I-III анали
тических групп?7. Дайте определение понятиям: ионная сила раствора, активность, коэффи
циент активности.8. Поведение слабых электролитов в растворе. Закон Оствальда.9. Назовите наиболее широко применяемые в медицине и фармации лекар
Катионы I аналитической группы не имеют общего группового реагента и во всех аналитических классификациях выделяются в отдельную группу. Они образуют осадки с крупными легко поляризующимися анионами. По этой способности их можно условно разделить на две подгруппы:
1- с радиусом <0,1 нм (Li", Na +)2- с радиусом >0,1 нм (К+, NH4")
Обе подгруппы значительно отличаются одна от другой и не имеют общих регентов.
Летучие соли щелочных металлов (кроме NH4+) окрашивают пламя горелки. Это объясняется их восстановлением в пламени до нейтральных атомов, малым потенциалом ионизации s-электронов. При обратном переходе электрон испускает квант света.
Пробы окрашивания пламени - один из наиболее используемых методов обнаружения соединений щелочных металлов.
Соли катионов I аналитической группы широко используются в медицине, входят в состав многих лекарственных препаратов:
При определении подлинности этих катионов используют аналитические реакции, многие из которых являются ФАРМАКОПЕЙНЫМИ. При выполнении аналитических реакций обращают внимание на:
а), наблюдаемый эффект - выпадение осадка, цвет, выделение газа, окрашивание раствора;б), условия проведение реакций - pH раствора, температура, концентрация;в), свойства выделяющихся осадков - растворимость их в растворах кислот, щелочей;г), мешающие катионы в условиях определения;д). чувствительность реакции.
I АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА: К+, Na +. NH/
Аналитические реакции катиона Na +
1. Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом(фармакопейная):Ионы натрия с Zn(U02)3(CH3C0 0 ) 8 в уксуснокислой среде дают желтый
кристаллический осадок, не растворимый в уксусной кислоте.
Методика: на предметное стекло капилляром помещают каплю раствора натрия хлорида и рядом каплю раствора цинкуранилацетата. Капли осторожно соединяют стеклянной палочкой. Через 30 минут наблюдают под микроскопом образование кристаллов правильной тетраэдрической и октаэдрической форм. Зарисовывают форму кристаллов.
Условия: pH 4-5, время, мешающие ионы К", NH4+.
2. Микрокристаллоскопическая реакция с KSb(OH)6:Реактив в нейтральной, слабокислой и слабощелочной среде с Na дает
белый мелкокристаллический осадок:Na++KSb(OH)6̂ NaSb(OH)6|+K +
Методика: 1 каплю соли натрия помещают на предметное стекло, добавляют 1 каплю раствора реактива. Через 2-3 минуты наблюдают под микроскопом образование кристаллов характерной формы. Зарисовывают форму кристаллов.
3. Окрашивание пламени летучими солями (фармакопейная).Методика: на кончике графитного стержня или нихромовой проволоки
вносят в пламя спиртовки несколько кристаллов натрия хлорида. Наблюдают окрашивание пламени в желтый цвет.
Аналитические реакции катиона К+
1. Реакция с натрия гексанитрокобальтатом (<фармакопейная):Натрия гексанитрокобальтат дает с катионами калия в уксуснокислой
среде (или нейтральной) желтый осадок комплексной соли:2KCl+Na3[Co(N02)6] ^ K 2Na[Co(N02)6]j+2NaCl
Методика: в пробирку помещают 1-2 капли раствора соли калия и прибавляют такой же объем Na3[Co(N02)6j|- Наблюдают выпадение желтого мелкокристаллического осадка.
Условия: свежеприготовленный раствор регента, pH 5-8, мешающие ионы N H f.
5
2. Реакция с гидротартратом натрия:KN03+N аНС4Н40б—► КНС4Н40 6[ +N aN 0 3
Методика: в пробирку помещают 3-4 капли раствора соли калия и столько же капель раствора натрия гидротартрата, охлаждают, потирают стеклянной палочкой внутреннюю стенку пробирки. Через несколько минут наблюдают образование белого кристаллического осадка.
Методика: в тигель или пробирку помещают 8-10 капель раствора соли аммония, прибавляют такой же объем раствора щелочи и слегка нагревают на водяной бане. Выделяющиеся пары аммиака изменяют окраску влажной розовой лакмусовой бумаги в синий цвет. Реакция специфична.
II АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА: Ag+, Hg72+. Pb2+:
Эти элементы находятся в разных группах Периодической системы Д.И. Менделеева. Они имеют либо законченные 18-электронные слои, либо оболочки, содержащие 18+2 электронов в двух наружных слоях. Это обуславливает их одинаковое отношение к галогенид -ионам.
Групповой реагент - 2 м НС1.Катионы Ag+, Hg22+, Pb2+ образуют с НС1 труднорастворимые в воде и
Pb(N03)2+2HCl—►PbCl2|+2H N 03 Hg2(N 0 3)2+2HCl—>Hg2Cl21+2HN 0 3
Растворимость хлоридов различна, например, растворимость РЬС12 при 20°С- 11,0 г/л; AgCl- 1,8x10 3 г/л; Hg2Cl2- 2,0 х10 4 г/л. При температуре воды 100°С растворимость хлорида свинца увеличивается в 3 раза, растворимость двух других хлоридов остается практически прежней. Это свойство
9_|_ _1_ 2 -г
используется для отделения катиона РЬ от катионов Ag" и Hg2" .Благодаря хорошей растворимости, хлорид свинца не полностью осаж
дается групповым реагентом и частично остается в растворе. Hg2Cl2 при взаимодействии с раствором аммиака образует хлорид димеркураммония.Он не устойчив и легко разлагается:
HgoCb+2NH4OH—̂[Hg2NH2]Cl+NH4Cl+2HoO1
[NH2Hg]Cl+Hg|-4epHbm2 [ jЭта реакция позволяет отделить Hg2 от Ag .Хлорид серебра хорошо растворим под действием NH4OH с образова
Соли, в состав которых входят катионы II аналитической группы, являются физиологически активными и входят в состав многих лекарственных препаратов:
Каломель - Hg2Cl2, ртути амидохлорид - HgNH2Cl применяют наружно в мазях.Серебра нитрат - AgN03 — входит в состав ляписа, применяемого как наружное антисептическое и прижигающее средство.Свиниа аиетат - РЬ(СН3СОО)2 - в виде 2%-го раствора «свинцовая вода», используют в качестве вяжущего средства при воспалительных заболеваниях кожи.
Действие группового реагента.В три пробирки помещают по 4 капли растворов солей: 1 - AgN03; 2 -
Pb(N03)2; 3 - Hg2(N03)2. В каждую из пробирок добавляют по 2 мл 2м НС1. Наблюдают образование осадков.
7
' Испытывают растворимость осадков в NH4OH и в горячей воде.
Аналитические реакции катиона A g .Соли серебра ЯДОВИТЫ! Работать осторожно!
1. Осаждение Ag+ растворимыми хлоридами (фармакопейная): Катионы серебра при взаимодействии с хлоридами образуют белый
творожистый осадок:Ag++HCl—>АёСЦ+Н+
белыйОсадок AgCl полностью растворим в концентрированном растворе ам
миака:AgCl+2NH3—>[Ag(N Н3 )2]С1
из которого при подкислении вновь выделяется осадок AgCl: [Ag(NH3)2]Cl+2HN03—»AgCl|+2NH4N 03
К осадку добавляют 5-10 капель концентрированного раствора аммиака. Наблюдают растворение осадка, вследствие образования растворимого комплексного соединения.
2. Реакция с хроматом калия:К2СЮ4 образует с катионами Ag+ осадок серебра хромата кирпично
красного цвета:K2Cr04+2AgN03-^Ag2Cr04J+2KN03
Методика: в пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата, добавляют 4 капли дистиллированной воды и 2 капли хромата калия. Наблюдают образование осадка. Обратите внимание на цвет осадка. Проверьте его растворимость в азотной кислоте и в NH4OH.
Условия: pH 6,5-7,5.
Аналитические реакции катиона Hgi2+.Соли ртути ЯДОВИТЫ! Работать осторожно!
1. Реакция образование каломели (фармакопейная):Растворимые хлориды с нитратом закиси ртути образуют белый осадок
каломели Hg2Cl2:Hg2(N03)2+2NaCl—>Hg2Cl2|+2NaN03
Характерна реакция каломели с раствором аммиака, сопровождающаяся потемнением осадка:
NH2Hg2Cl2+2NH3-+ H g _ ^ + Hgj + NH4C1
Cl черный
8
Эта реакция позволяет разделить хлориды ртути (I) и серебра.Методика: в пробирку помещают 5 капель раствора Hg2(N 03)2, добавля
ют равный объем раствора натрия хлорида. Наблюдают выпадение белого, преломляющего свет осадка каломели.
Осадок делят на две части: к одной добавляют концентрированную азотную кислоту - наблюдают растворение осадка. К другой части - добавляют раствор (концентрированный) аммиака- наблюдают потемнение осадка за счет выделения металлической ртути.
2. Восстановление ртути (I) металлической медью:Hg2(N 03)2+Cu—>Cu(N03)2+2Hgj
черныйСоли ртути (II) дают аналитический эффект.Методика: на очищенную медную пластинку (монету) наносят каплю
раствора ртути (I) нитрата. Через некоторое время появляется серое пятно амальгамы, которое после удаления раствора и потирания поверхности фильтровальной бумагой становится блестящим.
Аналитические реакции катиона РЬ2 .
1. Реакция с иодид- ионами {фармакопейная), - реакция «золотого дождя»:
Иодид-ион образует с катионами свинца кристаллический осадок РЫ2 желтого цвета, растворимый в избытке реактива с образованием комплекса:
Pb(N03)2+2KI-+PbI2|+2KN03 РЫ2 +2KI—>K2[PbI4]
Методика: в пробирку отбирают 2-5 капель раствора свинца нитрата, добавляют 3 капли раствора калия иодида. Выпадает осадок желтого цвета. Прибавляют несколько капель воды, уксусной кислоты и нагревают. Осадок растворяется. Пробирку быстро охлаждают под струей воды. Вновь выделяется осадок в виде блестящих золотистых кристаллов.
2. Реакция с хромат - или дихромат- ионами:Хромат или дихромат калия с РЬ2+ образуют желтый осадок РЬСЮ4, рас
творимый в гидроксидах щелочных металлов, не растворимый в уксусной кислоте:
Методика: в пробирку помещают 2 капли соли РЬ" , 2 капли CH3COONa (зачем?) и 3 капли К2Сг20 7. Выпадает желтый осадок, проверяют его растворимость с СН3СООН и NaOH.
III АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА Са2+, Ва2+. Sr2*.9
Эти элементы входят во 2-ую группу Периодической системы Д.И. Менделеева. Они имеют законченные 8-электронные внешние слои. Химическая активность их возрастает от Са —> Ва. В таком же направлении изменяются и другие свойства, например, растворимость солей, основные свойства гидроксидов.
Ион S 04~ с катионами Са , Ва , Sr образует осадки, а с катионами других аналитических групп (в пределах определенных концентраций) осадка не дает.
Групповым реагентом на катионы III аналитической группы является водный раствор (1 моль/л) серной кислоты или растворимых сульфатов, дающие с этими катионами осадки белого цвета, сульфаты мало растворимы в воде, разбавленных кислотах в щелочах. Их растворимость увеличивается в ряду BaS04—■» SrS04 —> CaS04, вследствие чего кальция сульфат не полностью осаждается групповым реагентом и частично остается в растворе. Для достижения полноты осаждения CaS04 в водный раствор добавляют этанол. При этом растворимость кальция сульфата уменьшается.
В отличие от сульфатов III группы карбонаты легко растворимы в уксусной кислоте, что используется в систематическом анализе.
Из солей, в состав которых входят катионы III аналитической группы, широкое применение нашли соли кальция: хлорид, сульфат, глюконат и др.
Кальция хлорид - обладает кровоостанавливающим и антиаллергиче-ским действием.
Калыгия сульфат - используют для получения гипса в травматологии.
Бария сульфат - широко применяется как рентгеноскопическое средство. Соли бария весьма токсичны и в медицине не применяются.
Действие группового реагента.
В три пробирки помещают по 5 капель растворов солей: 1 - ВаС12, 2 - SrCl2, 3 - СаС12. В каждую из пробирок добавляют по 3 капли серной кислоты (2 моль/л), нагревают на водяной бане. Наблюдают образование осадков. Напишите уравнения реакций.
Обратите внимание на скорость выпадения осадков при комнатной температуре. Проверьте растворимость осадков в соляной и азотной кислотах. После охлаждения, в пробирку, содержащую CaS04, добавьте 5 капель ацетона или этилового спирта и проверьте, увеличивается ли количество осадка. Дайте объяснение.
Аналитические реакции катиона Са2+.
1. Микрокристаллоскопическая реакция с серной кислотой:Катион кальция осаждается серной кислотой из концентрированных рас
творов в виде характерных кристаллов гипса: CaS04x2H20.Методика: 1 каплю раствора соли кальция помещают на предметное
стекло, прибавляют каплю раствора серной кислоты и слегка упаривают на водяной бане до начала кристаллизации, рассматривают под микроскопом игольчатые кристаллы в виде пучков или звездочек и зарисовывают.
Ca2++H2S04 pa36.-+CaS0 4x2H20 |белый
Кристаллы CaS04x2H20 растворяются в насыщенном растворе аммония сульфата:
CaS04+(NH4)2S04O (NH4)jCa(S04)2]2"Ь 2+Эта реакция позволяет отделить ионы Са“ от Ва" .
2. Реакция с оксалатом аммония {фармакопейная):С оксалатом аммония ион кальция образует белый кристаллический оса
док СаС20 4:Ca2++(NH4)2C20 4̂ C aC 20 4|+ 2 N H /
Оксалат кальция не растворим в уксусной кислоте. Катионы бария и стронция мешают протеканию реакции.
Методика: в пробирку помещают 3 капли раствора соли кальция, добавляют каплю раствора уксусной кислоты, после чего приливают 3 капли раствора аммония оксалата. Наблюдают выпадение белого кристаллического
та) осадок образуется только при нагревании, а на холоде- при длительном стоянии. Ионы бария мешают определению.
t°Sr(N03)2+CaS04x2H20-^SrS04J+Ca(N03)2+2H20
Методика: в пробирку помещают 4 капли раствора соли стронция, добавляют 5-6 капель «гипсовой воды», нагревают на водяной бане и оставляют стоять на 15 минут. Появляется белый осадок.
Методик:а: в пробирку помещают Z капли соли РЬ ,Z капли СН3С00Иа и 3 капли K^Cr^Oj. Выпад&ет желтый осадок, проверяют его растворимость с СН3СООН u IfaOH.
К О Н ТРО Л ЬН Ы Е ВОПРОСЫ :
1. Дайте общую характеристику I-III аналитических групп катионов.
2. Напишите уравнения реакций обнаружения Na+ с цинкуранилацета-
том и К+ с натрия гексанитрокобальтатом (III). объясните, почему
эти реакции нельзя проводить в сильнокислой и сильнощелочной
среде.
3. Какие катионы II группы образуют комплексные соединения? Напи