Работа 1. Реакции катионов первой аналитической группы

Цель: изучить характерные качественные реакции наиболее распространенных катионов I группы, схему анализа катионов I группы.

Задачи: провести реакции обнаружения катионов калия, натрия, лития и катиона аммония, отметить их особенности, оформить лабораторную работу, ответить на теоретические вопросы, сделать выводы.

Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, пипетки на 1 мл, спиртовка, держатели для пробирок, спички, кобальтовое стекло, предметные стекла, микроскоп, платиновая, нихромовая или алюминиевая проволока, стеклянная палочка, индикаторная бумага или фильтровальная бумага, тигель (фарфоровая чашка).

Реактивы:

1.	соли калия, натрия, аммония и лития	2.	гексанитрокобальтат (III) натрия - Na3[Co(NO2)6]
3.	гидротартрат натрия – NaHC4H4O6	4.	нитрат ртути (II) или фенолфталеин (при необходимости)
5.	гидроксид натрия – NaOH	6.	соляная кислота – HCl
7.	гексагидроксиантимонат калия (V) – K[Sb(OH)6]	8.	гексанитрокупрат натрия и свинца – Na2Pb[Cu(NO2)6]
9.	сульфат аммония – (NH4)SO4	10.	хлорид аммония – NH4Cl
11.	гидроксид аммония – NH4ОН	12.	гидроксид калия – KOH
13.	уранилацетат – UO2(CH3COO)2, уранилацетат магния	14.	реактив Несслера – K2[HgJ4] – щелочной р-р комплексной соли ртути
15.	фторид аммония – NH4F	16.	уксусная кислота – CH3COOH

 

1.1. Реакции катиона калия К ⁺

Опыт 1.1.1 Действие гексанитрокобальтата (III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆]

Данный реактив осаждает из нейтрального или слабощелочного раствора желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) калия – натрия:

                 Na₃ [Co (NO₂)₆] + 2KCl ® K₂Na [Co(NO₂)₆]↓ + 2NaCl

Этой реакции мешает:

а) сильнокислая среда, в которой образуется нестойкая кислота H₃[Co(NO₂)₆]_, разлагающаяся с выделением оксида азота, однако, в уксусной кислоте ни сам реактив, ни осадок не разрушаются;

б) присутствие щелочей, которые разлагают реактив:

K₂Na[Co(NO₂)₆ ↓ + 3NaOH = Co(OH)₃↓ + 2KNO₂ + 4NaNO₂

в) присутствие иона аммония, который образует с этим реактивом аналогичный осадок.

Таким образом, реакцию следует проводить в слабокислой среде при рН 3…5, в отсутствие ионов аммония, сильных окислителей и восстановителей.

Для выполнения реакции необходим свежеприготовленный раствор гексанитрокобальтата (III) натрия. Так как при хранении реактив разлагается с выделением ионов Со²⁺, имеющих розовую окраску. Порозовевший раствор реактива не пригоден к использованию.

Эта реакция очень чувствительна. Реакцию используют для осаждения иона K⁺ из сыворотки при перманганатометрическом определении калия в крови.

Реакция является фармакопейной.

Выполнение опыта:

К небольшому количеству 1-2 мл раствора соли калия прилить немного раствора гексанитрокобальтата (III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆], встряхнуть и оставить на некоторое время. Наблюдать образование осадка. Рассмотреть каплю осадка в микроскоп, зарисовать форму кристаллов в тетрадь.

Изучить отношение осадка к кислотам, щелочам (Внимание! Концентрированные растворы кислот и щелочей находятся под тягой в вытяжном шкафу). Для этого разделить содержимое пробирки с осадком на две части. В первую пробирку прилить избыток раствора соляной кислоты, перемешать и наблюдать растворение значительной части раствора. Во вторую – добавить 2-3 капли раствора гидроксида натрия, наблюдать образование аморфного осадка гидроксида кобальта (III) желто-зеленоватого цвета.

Записать в тетрадь приведенное выше уравнение реакции и составить полное и сокращенное молекулярно-ионные уравнения.

Опыт 1.1.2. Действие гидротартрата натрия NaHC₄H₄O₆

Гидротартрат натрия NaHC₄H₄O₆, или винная кис­лота, в присутствии ацетата натрия при достаточной кон­центрации ионов калия К⁺ в растворе дает белый кристал­лический осадок гидротартрата калия:

КСl + NaHC₄H₄O₆ = KHC₄H₄O₆↓ + NaCl

К⁺ + HС₄Н₄О^-₆ = КНС₄Н₄О₆↓

Осадок растворяется в сильных кислотах и щелочах, поэтому реакцию проводят в нейтральной или слабокис­лой средах:

КНС₄Н₄О₆ + Н⁺ → Н₂С₄Н₄О₆ + К⁺

КНС₄Н₄О₆ + ОН^- → С₄Н₄О^2-₆ + К⁺ + Н₂О.

Реакцию следует проводить при охлаждении под стру­ей водопроводной воды, так как растворимость осадка гидротартрата калия КНС₄Н₄О₆ повышается при увеличе­нии температуры. Для ускорения выпадения осадка стенки пробирки по­тирают стеклянной палочкой для образования центров кристаллизации.

Реакция протекает при больших концентрациях ионов калия К⁺ и является малочувствительной. Реакцию проводят при рН 5…7 и, как уже упоминалось выше, в холодном растворе. Ионы аммония NH⁺₄ мешают определению ионов калия К⁺ из-за того, что также дают белый кристаллический осадок с этими реаген­тами и поэтому соли аммония предварительно разлагают при нагревании.

Реакция является фармакопейной.

Выполнение опыта:

К небольшому количеству раствора соли калия прилить такое же количество раствора  гидротартрата натрия NaHC₄H₄O₆ , затем потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки, охладив пробирку, при необходимости, под струей холодной воды из под крана. Наблюдать образование объёмистого мелкокристаллического осадка белого цвета. Каплю осадка перенести на предметное стекло и рассмотреть под микроскопом.

Изучить отношение осадка к сильным кислотам и щелочам, температуре. Для этого необходимо разделить содержимое пробирки на три части. В первую пробирку добавить несколько капель соляной кислоты, во вторую – гидроксид натрия. Наблюдать растворение осадков. Третью пробирку поместить в стакан с горячей водой, перемешать содержимое пробирки стеклянной палочкой. После охладить при комнатной температуре. Наблюдать исчезновение и появление осадка вновь.

Записать в тетрадь уравнения реакций, составить полное и сокращенное молекулярно-ионные уравнения.

Опыт 1.1.3. Микрокристаллоскопическая реакция с гексанитрокупратом натрия и свинца  Na₂Pb[Cu(NO₂)₆]

 

При взаимодействии солей калия с гексанитрокупратом натрия и свинца  Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] образуется микрокристаллический осадок комплексной соли гексанитрокупрата калия и свинца:

КСl + Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] = K₂Pb[Cu(NO₂)₆]↓ + NaCl;

Выполнение опыта:

Выпарить до суха на предметном стекле каплю раствора соли калия (на водяной бане), смочить сухой остаток каплей реактива Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] (тройным нитритом натрия, свинца и меди).

Наблюдать под микроскопом образующиеся характерные чёрные кубические кристаллы K₂Pb[Cu(NO₂)₆].

Зарисовать в тетрадь кристаллы, записать уравнение реакции в молекулярном и молекулярно-ионном виде.

Опыт 1.1.4. Реакция окрашивания пламени солями калия (фармакопейный тест)

Соли калия или их растворы, внесенные на платиновой, нихромовой или алюминевой проволоке в бесцветное пламя горелки, окрашивают его в фиолетовый цвет. Присутствие даже ничтожных следов натрия, окрашивающего пламя в желтый цвет, что мешает увидеть окраску. Поэтому пламя рассматривают через синее кобальтовое стекло.

Выполнение опыта:

Взять проволоку, убедиться, что она чистая, для чего внести ее в пламя спиртовки. Если пламя не окрашивается, можно проводить реакцию на обнаружение иона калия. Если окрашивается, то проволоку следует очистить, обработав концентрированной соляной кислотой и прокалив в пламени спиртовки до исчезновения окрашивания пламени.

 Обмакнуть очищенную проволоку в пробирку с раствором соли калия и внести ее в пламя спиртовки. Пламя окрасится в характерный бледно-фиолетовый цвет. Рассмотреть пламя через синее кобальтовое стекло, поглощающее желтое окрашивание солей натрия.

Записать наблюдения в тетрадь.

 

1.2. Реакции катиона натрия Na⁺

Опыт 1.2.1. Реакция с гексагидроксиантимонатом (V) калия K[Sb(OH) ₆ ]

Соли натрия образуют с гексагидроксиантимонатом (V) калия K[Sb(OH)₆] кристаллический осадок натриевой соли. Его следует отличать от аморфного осадка метасурьмяной кислоты HSbO₃ , которая может выпасть в осадок при pH < 7. Реакция является малочувствительной. Ей мешают ионы аммония и ионы других аналитических групп.

NaСl + K[Sb(OH)₆] = Na[Sb(OH)₆] ↓ + KCl;

Для реакции с антимонатом калия разбавленные исследуемые растворы нужно предварительно концентрировать выпариванием и употреблять насыщенный раствор реактива K[Sb(OH)₆].

Выполнение опыта:

    К 1-2 мл раствора соли натрия прилить такое же количество раствора  гексагидроксостибиата (V) калия, затем потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки, наблюдать образование осадка.

    Составить молекулярно-ионные уравнения реакций в полной и сокращенной форме.

Опыт 1.2.2. Реакция с уранилацетатом UO ₂ (CH ₃ COO) ₂

В присутствии ионов натрия с уранилацетатом в нейтральной среде образуется лимонно-желтый крупнокристаллический осадок:

CH₃COONa + UO₂(CH₃COO)₂ = NaUO₂(CH₃COO)₃↓

Реакция является специфичной. Соединение легко образует перенасыщенные растворы, в связи с этим осадок образуется только через несколько минут. Если же реакцию проводят в присутствии ионов других аналитических групп (Zn²⁺ и Mg²⁺), то она идет быстро с образованием желтых осадков тройных солей NaZn(UO₂ ) ₃(CH₃COO)₉x9H₂O или NaMg(UO₂ ) ₃(CH₃COO)₉x9H₂O. При наблюдении в микроскоп видны тетраэдры и октаэдры правильной формы. Полученные осадки обладают сильной люминесценцией в ультрафиолетовом свете.

Выполнение опыта:

Добавить 1 мл раствора реактива уранилацетата к исследуемому раствору соли натрия. Через некоторое время наблюдать образование желтого осадка.

Реакцию можно провести и другим способом: в чистой центрифужной пробирке к 1 капле прозрачного р-ра прибавляют 3 капли уранилацетата магния. Хорошо взболтать и оставить на 10 минут. Провести наблюдение. Записать уравнение реакции.

Опыт 1.2.3. Реакция окрашивания пламени солями натрия (фармакопейный тест)

Летучие соли натрия окрашивают пламя в ярко-желтый цвет. Реакция очень чувствительна и характерна для натрия.

Выполнение опыта:

Взять проволоку, убедиться, что она чистая, для чего внести ее в пламя спиртовки. Если пламя не окрашивается, можно проводить реакцию на обнаружение иона натрия. Если окрашивается, то проволоку следует очистить, обработав концентрированной соляной кислотой и прокалив в пламени спиртовки до исчезновения окрашивания пламени.

 Обмакнуть очищенную проволоку в пробирку с раствором соли натрия и внести ее в пламя спиртовки. Пламя окрасится в характерный желтый цвет. Записать наблюдения в тетрадь.

1.3. Рекция катиона аммония NH ₄ ⁺  

Опыт 1.3.1. Действие щелочей

При взаимодействии хлорида аммония и гидрооксида натрия выделяется аммиак. Аммиак, растворяясь в воде, образует основание гидроксид аммония NH₄OH:

NH₄Cl + NaOH = NaCl + H₂O + NH₃↑

NH₄⁺ + OH^- = H₂O + NH₃↑

Реакция фармакопейная.

Выполнение опыта:

К небольшому количеству раствора соли аммония, например NH₄Cl, прилить немного щелочи (NaОН или КОН) и нагреть. Реакция специфична.

Выделение аммиака NH₃ можно обнаружить по запаху. Но лучше воспользоваться индикаторной бумагой. Для этого необходимо подержать в парах над нагреваемой пробиркой влажную лакмусовую или фенолфталеиновую бумажку, не касаясь внутренней поверхности ее стенок, - бумажка посинеет, а в случае с фенолфталеином станет малиновой. Вместо индикаторной бумаги можно применить фильтровальную бумагу, смоченную раствором нитрата ртути (II) Hg(NO₃)₂. Под действием аммиака бумага почернеет из-за выделившейся на ее поверхности металлической ртути.

 Составить молекулярное и сокращенное молекулярно-ионное уравнения реакции получения NH₄OH и уравнение реакции его разложения при нагревании.

Опыт 1.3.2. Действие реактива Несслера (К₂ [HgJ₄]+KOH)

При действии реактива Несслера на соль аммония образуется красно-бурый осадок комплексной соли иодида оксодимеркураммония. Реакция очень чувствительна и показывает присутствие даже случайных примесей NH₄⁺. Кроме того, это специфическая реакция:

                                                     Hg

                                                    / \

NH₄Cl + 2K₂[HgJ₄] + 4KOH ® [O NH₂]J↓ + KCl + 7 KJ + 3H₂O

                                                    \ /

                                                      Hg

Реакция фармакопейная.

Выполнение опыта:

К 1-2 мл раствора соли аммония прилить 2-3мл реактива Несслера и наблюдать образование красно-бурого осадка.

Записать уравнение в тетрадь, составить молекулярно-ионные уравнения реакции.

1.4. Реакции катиона лития Li⁺

Опыт 1.4.1.  Реакция окрашивания пламени солями лития

Летучие соединения лития окрашивают бесцветное пламя горелки (спиртовки) в карминово-красный цвет. Реакция весьма чувствительна. Определению мешают ионы натрия. Желтую окраску ионов Na⁺ маскируют, используя индиговую призму или кобальтовое стекло, не пропускающее желтых лучей.

Выполнение опыта:

Взять проволоку, убедиться, что она чистая, для чего внести ее в пламя спиртовки. Если пламя не окрашивается, можно проводить реакцию на обнаружение иона лития. Если окрашивается, то проволоку следует очистить, обработав концентрированной соляной кислотой и прокалив в пламени спиртовки до исчезновения окрашивания пламени.

 Обмакнуть очищенную проволоку в пробирку с раствором соли лития и внести ее в пламя спиртовки. Пламя окрасится в характерный карминово-красный цвет. Рассмотреть пламя через синее кобальтовое стекло, поглощающее желтое окрашивание солей натрия.

Записать наблюдения в тетрадь.

Опыт 1.4.2. Реакция с фторидом аммония или калия

  При нагревании смеси солей лития с фторидом калия или аммония выделяется белый аморфный осадок фторида лития, растворимый в уксусной кислоте:

Li⁺ + F^– = LiF↓.

Определению мешают ионы Mg²⁺, которые можно замаскировать, проводя реакцию в присутствии аммиака при рН 9-10.

Выполнение опыта:

В пробирку внести 3-4 капли раствора соли лития, 1- 2 капли концентрированного аммиака и 4-5 капель раствора фторида аммония NH₄F. Смесь нагреть. Наблюдать медленно выпадающий аморфный осадок фторида лития.

Изучить растворимость осадка в уксусной кислоте. Для этого добавить в пробирку с осадком раствор уксусной кислоты.

Записать наблюдения и уравнения реакций в тетрадь.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируют методы качественного анализа?

2. Назовите требования, предъявляемые к аналитическим реакциям?

3. Перечислите виды аналитических реакций?

4. С помощью каких методов проводят анализ смеси ионов?

5. На чем основана кислотно-основная классификация катионов?

6. На какие группы делит катионы кислотно-основная классификация?

7. На чем основана сульфидная классификация катионов?

8. На какие группы делит катионы сульфидная классификация?

9. Дайте характеристику первой группы катионов.

10. Есть ли групповой реагент у катионов данной группы?

11. Используя какой реактив(ы)  можно обнаружить катион калия К⁺?

12. В какой цвет окрашивают пламя соли натрия?

13. С помощью каких реакций обнаруживают ион аммония NH₄⁺?

14. В какой цвет окрашивают пламя соли лития?

15. С помощью каких реакций обнаруживают ион аммония Li⁺?

16. Что означает выражение «реакция является фармакопейной»?

Глава 2

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: