Предварительные испытания
Предварительные испытания позволяют:
ü получить некоторые ориентировочные сведения, полезные при выборе наиболее рационального способа переведения образца в раствор или облегчающие выполнение анализа;
ü установить присутствие некоторых ионов, обнаружение которых затруднено при систематическом ходе анализа или они изменяются в ходе анализа. Так, некоторые ионы не осаждаются полностью ни в одной группе, другие увлекаются в осадок в процессе осаждения отдельных катионов и анионов, некоторые изменяются за счёт изменения степени окисления, разрушаются при подкислении, нагревании и т. п., наконец ряд ионов приходится вводить в анализируемую смесь при систематическом анализе. Поэтому их обнаруживают дробным методом в отдельных пробах исходного раствора.
Если анализируемый образец представляет собой раствор, то часть его надо выпарить досуха и полученный сухой остаток использовать для предварительных испытаний.
Предварительные испытания включают в себя следующие основные операции:
ü оценка внешнего вида неизвестного вещества, его агрегатного состояния, цвета, запаха. Например, если образец неокрашен, то можно сразу предположить, что в его состав не входят интенсивно окрашенные ионы (Cr3+, Co2+, Ni2+, CrO42–, MnO4– и др.);
ü окрашивание пламени газовой горелки;
ü нагревание в фарфоровой чашке или в калильной трубке. Например, появление воды указывает на присутствие кристаллогидратов, гидроксидов, основных или кислых солей, органических веществ. Кроме того, обращают внимание на появление белого или цветного налёта (возгонка), изменение окраски, выделение летучих продуктов разложения. Так, белый возгон указывает на возможное присутствие солей аммония, хроматы при нагревании из жёлтых становятся красными и т. д.;
ü получение окрашенных перлов. При нагревании образца с тетраборатом натрия Na2B4O7 или гидрофосфатом натрия-аммония NaNH4HPO4 в ушке нихромовой проволоки образуется характерно окрашенная стеклообразная бусинка – перл. Например, в окислительном пламени ионы Cr3+ дают изумрудно-зелёные перлы, а ионы Fe2+ и Fe3+ – жёлтые;
ü воздействие серной кислотой (проба на выделение газов и паров). Сначала на образец действуют разбавленной H2SO4, в результате чего из солей слабых кислот могут выделиться CO2, SO2, NO2, H2S, HCN. Затем на остаток действуют концентрированной H2SO4 При этом за счёт протекания реакций окисления-восстановления могут дополнительно выделиться и другие газы, например, Cl2 из хлоридов, СО из оксалатов, О2 из пероксидов, оксидов, гидроксидов и т. д.
ü обнаружение окислителей и восстановителей. Окислители обнаруживают действием смеси KI + H2SO4, восстановители – действием смесей KMnO4 + H2SO4, I2 + H2SO4, Fe3+ + K3[Fe(CN)6].
В зависимости от агрегатного состояния анализируемого вещества дополнительно к указанным выше проводят следующие предварительные испытания:
ü определение рН раствора (если для анализа взят раствор). По значению рН делают соответствующие выводы. Например, в сильнокислой среде не могут присутствовать карбонаты, нитриты и др.;
ü воздействие растворителями (если для анализа взято твёрдое вещество).
Следует иметь в виду, что все описанные предварительные испытания обычно удаются отчётливо только при исследовании индивидуальных веществ. При анализе смесей эффекты от одних компонентов могут маскировать эффекты от других. Поэтому при истолковании результатов испытаний нужно быть очень осторожным. Каждый вывод необходимо подтвердить другими реакциями соответствующих ионов!
Растворение твёрдых веществ
Поскольку анализ чаще всего ведут «мокрым путём», то анализируемый образец надо прежде всего растворить. Для перевода твёрдого вещества в раствор применяют строго последовательное растворение его отдельных частей при комнатной температуре и нагревании в следующих растворах:
1) в H2O;
2) в CH3COOH;
3) в разбавленной HCl (2 М);
4) в концентрированной HCl;
5) в разбавленной HCl + H2O2;
6) в разбавленной HNO3, если остаток от 4 тёмного цвета;
7) в царской водке HNO3 + 3HCl, если остаток от 6 чёрного или красного цвета;
8) в концентрированном NaOH (30%-ый раствор);
9) в концентрированном NH4OH (25%-ый раствор);
10) в насыщенном растворе Na2CO3 при нагревании – содовая вытяжка;
11) сплавление с кислыми плавнями (K2S2O7 или KHSO4);
12) сплавление со щелочными плавнями (Na2CO3,
NaHCO3 + NaNO3, Na2CO3 + H2O2).
После предварительных испытаний и подготовки вещества приступают к систематическому анализу.
Анализ катионов
Анализ начинают с обнаружения катионов. Это наиболее целесообразно, поскольку наличие некоторых катионов свидетельствует об отсутствии ряда анионов.
Независимо от того, какой метод анализа выбран, сначала открывают ионы NH4+, Fe2+, Fe3+. Затем проводят систематический анализ катионов, как описано на с. 35 для сульфидной классификации, или согласно любой другой классификации катионов. При этом учитывают данные предварительных наблюдений и испытаний.
Анализ анионов
Обычно систематический анализ анионов не проводят, а используют дробный метод их обнаружения с учётом сведений предварительных испытаний и данных, полученных при открытии катионов.
Присутствие или отсутствие некоторых анионов устанавливают попутно с открытием катионов. Например, ион РО43– открывают перед осаждением катионов III группы сульфидом аммония. Присутствие анионов CО32–, NО2–, S2–, SО32–, S2О32– обычно устанавливают одновременно с открытием катионов по выделению газов при подкислении в предварительных испытаниях.
Об отсутствии или присутствии тех или иных анионов в анализируемом образце можно судить по растворимости солей открытых уже катионов (см. приложение 2).
Если в растворе присутствуют катионы тяжёлых металлов (в данном случае катионы II–V групп вместе с Mg2+), их необходимо удалить, чтобы они не мешали открытию анионов. Это достигается кипячением анализируемого вещества с раствором Na2CO3. При этом мешающие катионы остаются в осадке в виде карбонатов или гидроксидов:
Ba(NO3)2 + Na2CO3 = BaCO3↓ + 2NaNO3;
2AlCl3 + 3Na2CO3 +3H2O = Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2.
Полученный раствор – «содовую вытяжку» – используют для открытия анионов (CО32– обнаруживают предварительно).
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Предмет, методы и задачи аналитической химии . . . . . . . . . | |
| Общие вопросы качественного анализа. . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Аналитическая химическая реакция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Условия проведения аналитических химических реакций . . | |
| Использование реакций осаждения в качественном анализе | |
| Использование кислотно-основных реакций в качественном анализе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Использование окислительно-восстановительных реакций в качественном анализе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Использование реакций комплексообразования в качественном анализе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Коллоидообразование и его роль в качественном анализе . . | |
| Органические аналитические реагенты и их применение в качественном анализе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Систематический и дробный качественный анализ . . . . . . . . | |
| Аналитические классификации катионов . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Аналитические классификации анионов . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Аналитические группы ионов и Периодический закон Д. И. Менделеева . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Классификация методов анализа в зависимости от величины пробы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Техника эксперимента в качественном анализе . . . . . . . . . . . | |
| Методы разделения и обнаружения ионов, имеющих наибольшее значение в химической технологии . . . . . . . . . . | |
| Катионы I аналитической группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Na+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов K+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов NH4+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Mg2+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Методы разложения и удаления солей аммония . . . . . . . . . . | |
| Систематический ход анализа катионов I группы . . . . . . . . . | |
| Катионы II аналитической группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Ca2+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Ba2+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Оптимальные условия осаждения катионов II группы . . . . . | |
| Систематический ход анализа катионов I–II групп . . . . . . . . | |
| Катионы III аналитической группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Al3+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Сr3+. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Fe3+. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Fe2+. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Mn2+. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Zn2+. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Теоретические основы осаждения сульфидов. . . . . . . . . . . . . | |
| Оптимальные условия осаждения катионов III группы. . . . . | |
| Систематический ход анализа катионов III группы. . . . . . . . | |
| Систематический ход анализа катионов I–III групп. . . . . . . . | |
| Систематический ход анализа катионов I–III групп в присутствии фосфат-ионов PO43–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Анионы I группы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Общая характеристика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов CO32–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов SO42–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов PO43–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Анионы II группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Общая характеристика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Cl–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов Br–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов I–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Анионы III группы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Общая характеристика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов NO2–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Характерные реакции ионов NO3–. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Анализ неизвестного вещества. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Подготовка вещества к анализу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Предварительные испытания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Растворение твёрдых веществ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Анализ катионов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Анализ анионов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Приложение 1. Продукты некоторых аналитических реакций катионов III группы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
| Приложение 2. Растворимость солей и оснований в воде. . . . . |
Учебное издание
Радион Елена Вадимовна
Коваленко Наталья Александровна
Химические методы