Общая характеристика анионов третьей группы

К третьей группе анионов относятся нитрат-ион NO₃^-, нитрит-ион NO₂^-, ацетат-ион СН₃СОО^-. Катионы бария Ва⁺ и серебра Ag⁺с анионами этой группы осадков не образуют. Группового реагента на анионы третьей группы нет.

Частные реакции нитрат-иона NO₃^-

1. Дифениламин (С₆Н₅)₂NH с нитрат-ионом образует интенсивно-синее окрашивание.

Опыт. На чистое сухое часовое стекло поместите 4-5 капель раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Внесите туда же стеклянной палочкой каплю испытуемого раствора и перемешайте. В присутствии аниона NO₃^- появляется интенсивно-синяя окраска раствора вследствие окисления дифениламина. Аналогичное окрашивание дает и анион NO₂^-.

Условия проведения опыта

1. Окислители и иодид-ион I^-, который может окислятся серной кислотой до I₂, мешает проведению реакции.

2. Анионы- восстановители SO₃^2-, S^2- и др. также мешают открытию нитрат-иона NO₃^-.

3. Для выполнения реакции лучше брать разбавленные растворы испытуемых веществ.

2. Металлическая медь в концентрированной серной кислоте восстанавливает нитрат-ион до оксида азота:

2NO₃^- + 8H⁺ + 3Cu ® 3Cu²⁺ + 4H₂O + 2NO­

2NO + O₂(воздух) ® 2NO₂­

Опыт. К 2-3 каплям раствора нитрата калия прилейте несколько капель концентрированной серной кислоты, положите кусочек металлической меди и нагрейте. Выделяется оксид азота (белый экран).

Условия проведения опыта.

1. Медные стружки берутся обезжиренные и свободные от загрязнения.

2. При наличии нитрит-ионов их предварительно удаляют нагреванием с хлоридом аммония NH₄Cl, так как они мешают проведению реакции.

3. Сульфат железа (II) с нитрат-ионом NO₃^- образует в концентрированном растворе серной кислоты комплексную соль бурого цвета [Fe(NO)]SO₄.

Опыт. Поместите на часовом стекле каплю раствора нитрата, туда же внесите маленький кристаллик сульфата железа FeSO₄ и прибавьте каплю концентрированной серной кислоты. Вокруг кристалла появляется бурое кольцо вследствие образования комплексного соединения [Fe(NO)]SO₄.

6FeSO₄ + 2NaNO₃ + 4H₂SO₄ ® 3Fe₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 4H₂O + 2NO

2NO + 2FeSO₄ ® 2[Fe(NO)]SO₄

Анионы I^- и Br^- образуют сходные по окраске кольца. Анион NO₂^- дает эту реакцию с более разбавленными кислотами.

4. Металлический алюминий в сильнощелочной среде восстанавливает нитраты до аммиака:

8Al +3NO₃^- + 5OH^- + 2H₂O ® 3NH₃­ + 8AlO₂^-

Опыт. Поместите в пробирку 4 капли раствора нитрата калия и добавьте 6 капель 6н. раствора гидроксида натрия. Внесите в раствор кусочек алюминия. Отверстие пробирки закройте влажной красной лакмусовой бумажкой. Наблюдайте ее посинение.

Условия проведения опыта.

1. Восстановление ведут в умеренно щелочной среде во избежание слишком интенсивного протекания процесса.

2. Пробирку рекомендуется закрыть кусочком ваты (тампоном), для того чтобы задержать брызги раствора щелочи, которые захватываются выделяющимся газом.

3. Обнаружению аниона NO₃^- мешает ион NH₄⁺, который удаляют предварительным нагреванием со щелочью.

4. Присутствие аниона NO₂^- также мешает открытию аниона NO₃^-.

5. Микрокрисаллоскопическая реакция. На каплю раствора, содержащего нитрат-ион, подействуйте каплей 10% раствора нитрона C₂₀H₁₆N₄ в 5% уксусной кислоте. Выпадают характерные пучки игл нитратнитрона.

Условия проведения опыта.

1. Проведению реакции мешают нитрит и иодид-ионы, так как они образуют кристаллические осадки.

2. Для проведения реакции берут свежеприготовленный раствор нитрона.

Частные реакции нитрит-иона NO₂^-

Описанные реакции для аниона NO₃^- характерны также и для аниона NO₂^-.

Анион NO₂^- можно отличить от аниона NO₃^- следующими реакциями:

1. Кислоты разлагают все нитриты с выделением окислов азота:

2NaNO₂ + H₂SO₄ ® Na₂SO₄ + 2HNO₂

2HNO₂ ® NO₂­ + NO­ +H₂O

2. Иодид калия KI в присутствии разбавленной серной кислоты окисляется нитратами до свободного иода:

2I^- + 2NO₂^- + 4H⁺ ® I₂ + 2H₂O + 2NO­

Опыт. К 4-5 каплям подкисленного серной кислотой раствора нитритов прибавьте столько же раствора иодида калия. Выделяется свободный иод, который узнается по посинению крахмальной бумажки.

Условия проведения опытааналогичны условиям окисления иодид-иона.

3. Сульфаниловая кислота H₂N – C₆H₄ – SO₃H и a-нафтиламин

C₁₀H₇–NH₂ при взаимодействии с нитрит-ионами образует окрашенный в красный цвет азокраситель состава:

H₂N – C₁₀H₆ – N = N – C₆H₄ – SO₃H

Опыт. К капле нейтрального или уксуснокислого исследуемого раствора, находящегося на часовом стекле, прибавьте по одной капле раствора сульфаниловой кислоты и нафтиламина. В присутствии аниона NO₂^- появляется характерная красная окраска.

Условия проведения опыта.

1. Окислители, которые могут окислить нитрит-ион NO₂^-, мешают проведению опыта.

2. Pеакцию целесообразно проводить при малых концентрациях аниона NO₂^- в анализируемом растворе.

Удаление аниона NO₂^- можно осуществить путем нагревания раствора с твердым хлоридом аммония NH₄Cl или мочевиной:

NH₄⁺ + NO₂^- ® N₂­ +2H₂O

CO(NH₂)₂ + 2NO₂^- + 2H⁺ ® 2N₂­ + CO₂­ + 3H₂O

Опыт. К 4-5 каплям исследуемого раствора прибавьте 5-6 капель хлорида аммония и осторожно нагрейте. При этом образовавшийся нитрит аммония полностью разрушается с выделением свободного азота.

Опыт. В 4 каплях раствора, содержащего анион NO₂^-, растворите около 0,1 г мочевины, после чего в полученный раствор прибавьте 2-3 капли 2н pаствора серной кислоты. Дайте жидкости некоторое время постоять, после чего сделайте пробу на анион NO₂^- с иодидом калия в присутствии крахмала. Обнаружение аниона NO₃^- в присутствии аниона NO₂^- может быть достигнуто только после удаления анионов NO₂^- из раствора вышеописанными методами.

Реакции ацетат-ионов СН₃СОО^-

1. Серная кислота, взаимодействуя с ацетатами, вытесняет из них свободную уксусную кислоту, которая, улетучиваясь при нагревании, придает раствору специфический запах уксуса.

Опыт. В пробирку поместите 5-6 капель раствора ацетата натрия и добавьте 2 капли концентрированной серной кислоты. Осторожно нагрейте. Обнаружьте уксусную кислоту по запаху.

2. При взаимодействии спиртов с растворами ацетатов образуются эфиры, которые узнаются по запаху:

2CH₃COONa + H₂SO₄ ® Na₂SO₄ + 2CH₃COOH

CH₃COOH + C₅H₁₁OH ® CH₃COOC₅H₁₁ + H₂O

Опыт. К нескольким каплям раствора ацетата прибавьте 3-4 капли концентрированной серной кислоты и столько же амилового спирта C₅H₁₁OH, смесь нагрейте на водяной бане, после чего содержимое пробирки вылейте в стакан с холодной водой. Образуется амилацетат характерного запаха.

Условия проведения опыта.

1. Амиловый спирт не следует брать в избытке, так как, обладая резким запахом, он мешает обнаружить запах амилацетата “грушевой эссенции”

2. Нагревание смеси следует проводить 4-5 мин (до образования амилацетата).

3. Для ускорения реакции рекомендуется добавить кристаллик нитрата серебра, который играет роль катализатора.

4. Хлорид железа FeCl₃ при взаимодействии с растворами ацетатов образует комплекс красно-бурого цвета, который при разбавлении и нагревании легко подвергается гидролизу с образованием осадка основной соли ацетата железа (III):

[Fe₃(CH₃COO)₆O]OH

Опыт. К 6 каплям испытуемого раствора прибавьте столько же хлорида железа (III). При этом образуется красно-бурый осадок ацетата железа. При разбавлении раствора водой в 2-3 раза и нагревании выпадает осадок основной соли ацетата железа (III) [Fe₃(CH₃COO)₆O]OH. Открывать ацетат-ионы этой реакцией нельзя в присутствии анионов CO₃^2-, I^-, SO₃^2-, PO₄^3-, S^2-. Их необходимо осадить хлоридом бария и нитратом серебра. Реакция протекает при рН=5-8.

Контрольная задача

ТЕМА: Анализ смеси анионов второй и третьей групп

Ход анализа:

Обнаружение анионов второй группы.Предварительно определяют присутствие анионов второй группы. С этой целью к 2-3 каплям испытуемого раствора добавьте 3-4 капли 2 н. раствора азотной кислоты и 2-3 капли 2н pаствора нитрата серебра – группового реагента. Выпадение осадка указывает на наличие анионов второй аналитической группы. Если при этом осадок черного цвета, то это говорит о присутствии сульфид-иона S^2-. Добившись полного осаждения, отцентрифугируйте и промойте его дистиллированной водой.

Растворение хлорида серебра и обнаружение хлорид-иона Cl^-.

Полученный осадок, который может содержать AgCl, AgBr, AgI₂, Ag₂S, обработайте 1-2 мл 12 % раствора карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ или таким же количеством реактива Фаургольта. При этом хлорид серебра перейдет в раствор в виде комплексной соли диаминоаргентахлорида [Ag(NH₃)₂]Cl. Осадок отделите центрифугированием. Центрифугат разделите на две части. К первой части прибавьте несколько капель азотной кислоты, ко второй – иодида калия. Помутнение раствора в первой и более интенсивное выпадение осадка во второй части указывает на присутствие хлорид-иона.

Растворение бромида и иодида серебра и обнаружение бромид- и иодид-ионов.К осадку после отделения хлорид-иона добавьте 4-5 капель 2н pаствора серной кислоты и небольшое количество цинковой пыли. Содержание пробирки нагрейте на водяной бане до полного прекращения выделения газа. Осадок отцентрифугируйте (избыток цинка и свободное серебро). К центрифугату, содержащему бромид и иодид-ионы, добавьте несколько капель хлорной воды и бензола. Смесь встряхните. По изменению окраски раствора сделайте заключение о наличии бромид- и иодид-ионов.

Обнаружение анионов третьей группы.При наличии в испытуемом растворе сульфид-иона S^2- его необходимо предварительно удалить действием сульфата цинка ZnSO₄.

Обнаружение нитрит-иона NO₂^-.Возьмите 5-6 капель испытуемого раствора, добавьте 2-3 капли 2 н pаствора серной кислоты, 4-5 капель 10% раствора иодида калия и несколько капель крахмального клейстера. Полученную смесь перемешайте. В присутствии нитрит-иона появляется интенсивно-синее окрашивание раствора.

Обнаружение нитрат-иона NO₃^-в писутствии нитрит-иона NO₂^-.

При наличии нитрит-иона его необходимо предварительно удалить. Для этого в пробирку поместите 5-6 капель анализируемого раствора, добавьте несколько капель кристалликов хлорида аммония и нагрейте до прекращения выделения газа (N₂). Возьмите 2-3 капли раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте и поместите их на фарфоровую пластинку или предметное стекло. Туда же внесите на кончике стеклянной палочки небольшое количество анализируемого раствора и перемешайте. В присутствии нитрат-иона появляется интенсивно-синее окрашивание.

Обнаружение ацетат-иона СН₃СОО^-производится частными реакциями.

Лабораторная работа 13

ТЕМА: Анадиз смеси анионов всех аналитических групп

Для анализа возьмите около 30 капель (1,5мл) испытуемого раствора (в котором присутствуют только соли щелочных металлов). Остальную часть раствора сохраните до окончания исследования и сдачи результатов работы.

Предварительные испытания.

Проба на анионы первой группы.К 4-5 каплям нейтрального или слабощелочного раствора рН = 7-9 прибавьте столько же раствора хлорида бария. Образование осадка указывает на присутствие анионов первой группы. В таком случае проделайте частные реакции на каждый анион первой группы.

Проба на анионы второй группы.К 4—5 каплям исследуемого раствора прибавьте несколько капель азотной кислоты и 4—5 ка­пель раствора нитрата серебра. Если осадок образуется, значит, присутствуют анионы второй группы. В отдельной порции раствора откройте анионы второй группы.

Испытание реакции раствора на универсальную индикаторную бумагу.Если реакция показала кислую среду рН < 2, в растворе не могут присутствовать анионы СО₃ ^2-, SО₃^2-, NO₂^-.

Проба на анионы-окислители.К 5—6 каплям исследуемого раствора, подкисленного 2 н раствором серной кислоты, прибавьте 2—3 капли раствора иодида калия КI и несколько капель крахмаль­ного клейстера. При наличии аниона-окислителя NО₂^- раствор окрашивается в синий цвет.

Испытание на анионы-восстановители.К 5—6 каплям исследу­емого раствора прибавьте 2 капли 1 н раствора серной кислоты и 2—3 капли разбавленного раствора перманганата калия КМnО₄. Если при этом перманганат калия обесцвечивается, то в растворе могут присутствовать анионы-восстановители SО ₃^2-, NO₂^- , I^- , Вr^-, возможно, и С1^-.

Проба на выделение газов.К 3—4 каплям исследуемого раствора прилейте 3 капли 4 н раствора серной кислоты и слегка встряхните пробирку. Если выделение газа незаметно, то слегка нагрейте рас­твор. Выделение пузырьков газа указывает на возможное присут­ствие анионов СО₃^2-, SО₃^2-, S^-, NO₂^-. По свойствам газов СО₂, SO₂, H₂S, NО₂ (запах, цвет) установите их возможный состав. На основании предварительных испытаний сделайте вывод о том, какие анионы могут находиться в растворе. После этого приступите к их обнаружению.