Групповые реакции катионов и анионов.

 

В основе деления катионов на группы лежат реакции с кислотами и основаниями. При последовательной обработке испытуемой смеси соля­ной кислотой; серной кислотой; избытком щелочи в присутствии пероксида водорода; раствором аммиака выделяют следующие группы:

1. Ионы, не образующие осадки ни с одним из перечисленных реак­тивов (Na⁺, K⁺, NH₄⁺).

2. Ионы, образующие нерастворимые хлориды (Рb²⁺, Аg⁺).

3. Ионы, образующие нерастворимые сульфаты (Рb²⁺, Са²⁺, Sr²⁺, Ва²⁺).

4. Ионы, образующие гидроксиды, растворимые в избытке щелочи (А1³⁺, Сr³⁺, Zn²⁺).

5. Ионы, образующие гидроксиды, нерастворимые ни в избытке ще­лочи, ни в аммиаке (Fe³⁺, Fе²⁺, Мn²⁺, Мg²⁺).

6. Ионы, образующие гидроксиды, растворимые в аммиаке (Со²⁺, Сu²⁺, Ni²⁺, Нg²⁺, Сd²⁺).

 

Анионы делят на группы двумя способами: а) с использованием ре­акций осаждения; б) с использованием окислительно-восстановительных реакций.

При протекании реакций осаждения выделяют:

1) Ионы, образующие осадки с нитратом серебра в присутствии NO₃^-, Cl^-, Вr^-, I^-, SCN^-, S^2-, S₂О ;

2) Ионы, образующие осадки с хлоридом бария в нейтральной среде: SO , SO , S₂O , PO , B₄O , CO ;

3) Ионы, не образующие осадки ни с одним из перечисленных реак­тивов: СН₃СОО^-, NО , NО .

 

Анионы некоторых кислот при обработке сильными кислотами вы­деляют газообразные продукты: NО (образует бурый газ NО₂), СО , S ^2-, SО , S₂О (одновременно выпадает в осадок сера).

По возможности протекания окислительно-восстановительных реак­ций выделяют:

1) Анионы-окислители, реагирующие в кислой среде с иодидом ка­лия с образованием йода (NO , NО );

2) Анионы-восстановители, реагирующие с перманганата калия в подкисленном растворе (SО , S^2-, S₂О , NО , SСN^-, Сl^-, Вr^-, I^-).

Серосодержащие ионы (SО , S^2-, S₂О ) являются более сильными восстановителями по сравнению с остальными, поэтому они способны вступать также в реакцию с йодом, (менее сильным окислителем, чем перманганат калия);

3) Анионы, не проявляющие окислительно-восстановительные свой­ства в водных растворах, т. е. не вступающие в реакции ни с перманганатом калия, ни с иодидом калия (СО , РО , SО , В₄О , СН₃СОО^-).

 

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

Оборудование и материалы: штатив с пробирками; стеклянные палочки; фильтровальная бумага; лакмусовая бумага синяя и красная; универсальный индикатор.

 

Реактивы: растворы сульфата натрия, сульфата калия, сульфата аммония, сульфата алюминия, хлорида бария, хлорида кальция, хлорида магния, хлорида цинка, хлорида хрома (III), хлорида кобальта (II), хлорида марганца (II), хлорида железа (III), нитрита натрия, тиосульфата натрия, оксалата аммония, бромида калия, иодида калия, нитрата натрия, ацетата кальция, дихромата калия, дихромата аммония, гексацианоферрата (III) калия, гексацианоферрата (IV) калия; нитрата свинца (II); сульфата меди (II) ; ацетата натрия, перманганата калия; карбоната калия; пероксида водорода; иодида калия; серной кислоты; азотной кислоты; гидроксида натрия; аммиака; нитрата серебра; гидроксида кальция; йода (1,3 г йода в 1 л воды); тиоцианата калия; хлорная вода.

 

Образец записи в лабораторный журнал

№ опыта	Определяемый ион	Реактив	Реакция	Наблюдения	Выводы

 

Порядок выполнения работы

Качественные реакции на анионы:

SO ; CO ; PO ; Cl^- ; J^- ; CH₃COO^- ; NO ; OH^- ; C₂О

 

Ход работы: к 2-3 каплям раствора, содержащий определяемый ион, прилейте несколько капель реактива на этот ион. Наблюдение запишите.

Реакция на SO ион

 

Катион Ва²⁺ с сульфат – ионом образует мелкокристаллический осадок белого цвета, который нерастворим в HNO₃:

 

Na₂SO₄ + BaCl₂ ® 2NaCl + BaSO₄↓

 

2Na⁺ + SO + Ba²⁺ + 2Cl^- ® 2Na⁺ + 2Cl^- + BaSO₄↓

 

SO + Ba²⁺ = BaSO₄↓

 

BaSO₄ + HNO₃ = реакция не идет

 

Реакция на CO ион

1. Кислоты, в том числе разбавленные, разлагают карбонаты с выделением двуокиси углерода:

 

Na₂CO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + H₂O +CO₂­

 

2Na⁺ + СO + 2H⁺ + 2NO = 2Na⁺ +2NO + H₂O + CO₂­

 

СO + 2H⁺ = H₂O + CO₂ ­

2. Ион Ва²⁺ с ионом СO образует белый осадок, растворимый в кислотах: (HCl, HNO₃):

 

Na₂CO₃ + BaCl₂ = 2NaCl + BaCO₃¯

 

2Na⁺ + СO + Ba²⁺ + 2Cl^- = 2Na⁺ + 2Cl^- +BaCO₃¯

 

СO + Ba²⁺ = BaCO₃¯

 

BaCO₃ +2HCl = BaCl₂ + H₂O +CO₂­

 

BaCO₃ + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ +H₂O +CO₂­

Реакция на PO ион

 

1. Ион Ва²⁺ осаждает фосфат-ион в виде белого осадка, растворимого в азотной кислоте:

 

2Na₃PO₄ + 3BaCl₂ = 6NaCl + Ba₃ (PO₄)₂↓

 

6Na⁺ + 2PO + 3Ba²⁺ + 6Cl^- = 6Na⁺ + 6Cl^- + Ba₃ (PO₄)₂↓

 

2PO + 3Ba²⁺ =Ba₃ (PO₄)₂↓

 

Ba₃ (PO₄)₂ + 6HNO₃ = 2H₃PO₄ + 3Ba (NO₃)₂

 

2. Магнезиальная смесь (водный раствор соли магния, содержащий NH₄Cl и NH₄OH), осаждает фосфат-ион в виде кристаллического осадка MgNH₄PO₄, который легко растворим в кислотах:

 

Na₂HPO₄ + NH₄OH + NH₄Cl + MgCl₂ = 2NaCl + H₂O + MgNH₄PO₄↓

 

HPO + NH₄OH + Mg²⁺ = MgNH₄PO₄↓ + H₂O

Реакция на Cl^- ион

 

1. Катион Ag⁺ с хлорид – ионом образует осадок белого цвета, растворимый в NH₄OH:

AgNO₃ + KCl = AgCl↓ + KNO₃

 

Ag⁺ + NO + K⁺ + Cl^- = K⁺ + NO + AgCl¯

 

Ag⁺ + Cl^- =AgCl¯

 

AgCl + 2NH₄OH = [Ag (NH₃)₂]Cl + 2H₂O

 

AgCl + 2NH₄OH = [Ag (NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H₂O

 

Если на полученную комплексную соль подействовать раствором азотной кислоты, то снова выпадает белый творожистый осадок:

 

[Ag (NH₃) ₂]Cl + 2HNO₃ = AgCl↓ + 2NH₄NO₃

 

[Ag (NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H⁺ =AgCl¯ + 2NH

 

2. Катион Pb²⁺ с хлорид-ионом образует осадок белого цвета:

 

Pb (NO₃)₂ + 2KCl = PbCl₂↓ + 2KNO₃

 

Pb²⁺ + 2NO + 2K⁺ + 2Cl^- = PbCl₂↓ +2K⁺ + 2NO

 

Pb²⁺ + 2Cl^- = PbCl₂↓

Реакция на CH₃COO^- ион

 

При нагревании раствора соли, содержащей ацетат-ион, с раствором кислоты, появляется характерный запах уксусной кислоты:

 

CH₃COOK + HNO₃ = CH₃COOH + KNO₃

 

CH₃COO^- + H⁺ = CH₃COOH

 

Реакция на NO ион

1. При добавлении дифениламина к раствору, содержащему NO ,образуется интенсивно синее окрашивание, которое постепенно изменяет свой цвет до коричневого.

 

2. J^- в кислой среде окисляется ионами NO с образованием элементарного йода (раствор приобретает желтоватую окраску):

 

2KNO₃ + 6KJ +4H₂SO₄ = 4K₂SO₄ + 3J₂ + 4H₂O + 2NO

 

2 NO + 4H⁺ + 3ē = NO + 2H₂O

3 2J^- - 2ē = J₂

2NO + 8H⁺ + 6J^- = 2NO + 4H₂O + 3J₂

 

Наличие свободного йода в растворе определяется по синему окрашиванию раствора при приливании 1 – 2 капли крахмала.

Реакция на J^- ион

 

J^- - анион йодистоводородной кислоты бесцветен.

 

1. Катион Pb²⁺ образует с иодид-ионом осадок желтого цвета:

 

Pb (NO₃)₂ + 2KJ = PbJ₂↓ + 2KNO₃

 

Pb²⁺ + 2NO + 2K⁺ + 2J^- = 2K⁺ + 2NO + PbJ₂↓

 

Pb²⁺ + 2J^- = PbJ₂↓

Осадок растворите в 5-6 каплях уксусной кислоты при нагревании. Пробирку осторожно охладить под струей холодной воды, хлорид свинца выпадает из раствора в виде золотистых хлопьев.

 

2. Перманганат MnO в кислой среде окисляет J^- до J₂:

 

10NaJ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5J₂ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

2 MnO + 8H⁺ +5ē = Mn²⁺ + 4H₂O

5 2J^- - 2ē = J₂

2MnO + 16H⁺ + 10J^- = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5J₂

При этом малиновая окраска исчезает и появляется желтовато-коричневая окраска, обусловленная образованием J₂, присутствие которого доказывают по реакции с раствором крахмала.

 

3. Катион Ag⁺ образует с иодид – ионом осадок желтого цвета, не растворимый в азотной кислоте:

 

AgNO₃ + KJ = AgJ↓ + KNO₃

 

Ag⁺ + NO + K⁺ + J^- = AgJ↓ + K⁺ + NO

 

Ag⁺ + J^- = AgJ↓

 

AgJ + HNO₃ = реакция не идет

 

Реакция на C₂O ион

 

1. Перманганат ион в кислой среде окисляет оксалат ион до двуокиси углерода:

 

5H₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 10CO₂ + 8H₂O

 

 

5 C₂O - 2ē = 2CO₂

2 MnO + 8H⁺ + 5ē = Mn²⁺ +4H₂O

5C₂O + 2MnO + 16H⁺ = 10CO₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

реакция идет очень медленно, рекомендуется нагревание.

 

2. Соли кальция образуют с оксалатами осадок белого цвета:

 

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂О₄ = CaC₂О₄↓ + 2NH₄Cl

 

Ca²⁺ + 2Cl^- + 2NH + C₂О = CaC₂О₄↓ + 2Cl^- + 2NH

 

Ca²⁺ + C₂О = CaC₂О₄↓

Реакция на H⁺ ион и OH^- ион

Реакцию среды определяют при помощи индикаторов-веществ, меняющих свой цвет в зависимости от относительной концентрации ионов водорода и ионов гидроксила. Наиболее известным индикатором, используемым для определения Н⁺ или ОН^-, является универсальная индикаторная бумага. К универсальной индикаторной бумаге прилагается цветная шкала, по которой, соотнося цвет индикатора, устанавливают рН раствора.

 

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы: