Качественное определение ионов неорганических веществ. Применение методов ионометрии в анализе Качественное определение ионов таблица
Вода относится к тем веществам, без которых существование жизни, в частности человека, на Земле невозможно. Качество употребляемой человеком воды непосредственно сказывается на его здоровье и, как следствие, на продолжительности жизни. Так, использование в быту воды без должной очистки может стать причиной возникновения эпидемий холеры и ряда других не менее опасных заболеваний.
Недопустимо
присутствие в воде солей тяжелых
металлов, так как все они в той или иной
мере токсичны и могут накапливаться в
человеческом организме. С этой точки
зрения особую опасность представляют
ртуть, свинец, кадмий, медь и хром.
Содержание железа в воде обычно достаточно
велико, поэтому, хотя оно и не относится
к тяжелым металлам, его тоже включают
в список элементов, подлежащих контролю.
При этом в воде могут находиться как
окрашенные ионы (
и др.), присутствие которых сравнительно
легко обнаруживается по характерной
окраске воды, так и бесцветные (
),
присутствие которых устанавливается
только при помощи специальных химических
реакций.
Бесцветные ионы Цинк
Цинк относится к элементам с сравнительно низкой токсичностью, однако его избыток может привести к острым кишечным заболеваниям и рвоте. Источниками поступления цинка в природную воду являются отходы металлургической промышленности, продукты коррозии сплавов и цинковых покрытий, рудные воды.
Предельно допустимая концентрация цинка в природной воде составляет 5 мг/л.
Опыт 1. Определение цинка
а) Определение сульфидом натрия.
При добавлении к
раствору, содержащему катионы
,
сульфида натрия образуется белый осадок
сульфида цинка
.
Это единственный из известных катионов металлов, образующий сульфид белого цвета.
Добавьте к нескольким каплям исследуемого раствора 2 - 3 капли раствора сульфида натрия. Запишите результаты опыта (опыт проводить под тягой!).
б) Определение щелочами.
При действии
сильных гидроксидов (щелочей)
или
на раствор, содержащий катионы цинка,
образуется белый осадок гидроксида
цинка
,
растворимый благодаря своим амфотерным
свойствам и в кислотах, и в щелочах:
В отличие от
алюминатов, при действии на раствор,
содержащий
,
хлорида аммония образование осадка
гидроксида цинка не происходит, потому
что последний растворим в солях аммония.
Налейте в пробирку раствор, содержащий катионы цинка, несколько капель 2 н раствора щелочи до появления белого осадка, а затем избыток щелочи до его растворения. Запишите результаты опыта.
в) Определение
гексацианоферратом (II) калия
.
Указанный реактив образует с катионами цинка белый осадок двойной соли
растворимый в щелочах.
Добавьте к раствору
соли цинка 2 - 3 капли раствора
.
Запишите результаты опыта.
Кадмий относится к наиболее токсичным элементам. Он накапливается в организме и очень медленно выводится из него. Период, за который концентрация адсорбированного организмом кадмия уменьшится вдвое, превышает 10 лет.
Накопление в организме кадмия приводит к образованию камней в почках, гипертонии, уменьшению гемоглобина в крови, разрушению нервной системы.
Основными источниками поступления кадмия в окружающую среду являются кадмиевые покрытия, аккумуляторы, сигаретный дым. Достаточно сказать, что кровь курильщиков содержит приблизительно в 7 раз больше кадмия, чем кровь некурящих.
Предельно допустимая концентрация кадмия в природной воде составляет 0,001 мг/л.
Представим себе такую ситуацию:
Вы работаете в лаборатории и решили провести какой-либо эксперимент. Для этого вы открыли шкаф с реактивами и неожиданно увидели на одной из полок следующую картину. У двух баночек с реактивами отклеились этикетки, которые благополучно остались лежать неподалеку. При этом установить точно какой банке соответствует какая этикетка уже невозможно, а внешние признаки веществ, по которым их можно было бы различить, одинаковы.
В таком случае проблема может быть решена с использованием, так называемых, качественных реакций .
Качественными реакциями называют такие реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, а также узнать качественный состав неизвестных веществ.
Например, известно, что катионы некоторых металлов при внесении их солей в пламя горелки окрашивают его в определенный цвет:
Данный метод может сработать только в том случае, если различаемые вещества по разному меняют цвет пламени, или же одно из них не меняет цвет вовсе.
Но, допустим, как назло, вам определяемые вещества цвет пламени не окрашивают, или окрашивают его в один и тот же цвет.
В этих случаях придется отличать вещества с применением других реагентов.
В каком случае мы можем отличить одно вещество от другого с помощью какого-либо реагента?
Возможны два варианта:
- Одно вещество реагирует с добавленным реагентом, а второе нет. При этом обязательно, должно быть ясно видно, что реакция одного из исходных веществ с добавленным реагентом действительно прошла, то есть наблюдается какой-либо ее внешний признак — выпадал осадок, выделился газ, произошло изменение цвета и т.п.
Например, нельзя отличить воду от раствора гидроксида натрия с помощью соляной кислоты, не смотря на то, что щелочи с кислотами прекрасно реагируют:
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
Связано это с отсутствием каких-либо внешних признаков реакции. Прозрачный бесцветный раствор соляной кислоты при смешении с бесцветным раствором гидроксида образует такой же прозрачный раствор:
Но зато, можно воду от водного раствора щелочи можно различить, например, с помощью раствора хлорида магния – в данной реакции выпадает белый осадок:
2NaOH + MgCl 2 = Mg(OH) 2 ↓+ 2NaCl
2) также вещества можно отличить друг от друга, если они оба реагируют с добавляемым реагентом, но делают это по-разному.
Например, различить раствор карбоната натрия от раствора нитрата серебра можно с помощью раствора соляной кислоты.
с карбонатом натрия соляная кислота реагирует с выделением бесцветного газа без запаха — углекислого газа (СО 2):
2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2
а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl
HCl + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl↓
Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:
Качественные реакции на катионы
| Катион | Реактив | Признак реакции |
| Ba 2+ | SO 4 2- |
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ |
| Cu 2+ |
1) Выпадение осадка голубого цвета:
Cu 2+ + 2OH − = Cu(OH) 2 ↓ 2) Выпадение осадка черного цвета: Cu 2+ + S 2- = CuS↓ |
|
| Pb 2+ | S 2- |
Выпадение осадка черного цвета:
Pb 2+ + S 2- = PbS↓ |
| Ag + | Cl − |
Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO 3 , но растворимого в аммиаке NH 3 ·H 2 O: Ag + + Cl − → AgCl↓ |
| Fe 2+ |
2) Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K 3 |
1) Выпадение белого осадка, зеленеющего на воздухе: Fe 2+ + 2OH − = Fe(OH) 2 ↓ 2) Выпадение синего осадка (турнбулева синь): K + + Fe 2+ + 3- = KFe↓ |
| Fe 3+ |
2) Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K 4 3) Роданид-ион SCN − |
1) Выпадение осадка бурого цвета: Fe 3+ + 3OH − = Fe(OH) 3 ↓ 2) Выпадение синего осадка (берлинская лазурь): K + + Fe 3+ + 4- = KFe↓ 3) Появление интенсивно-красного (кроваво-красного) окрашивания: Fe 3+ + 3SCN − = Fe(SCN) 3 |
| Al 3+ | Щелочь (амфотерные свойства гидроксида) |
Выпадение белого осадка гидроксида алюминия при приливании небольшого количества щелочи: OH − + Al 3+ = Al(OH) 3 и его растворение при дальнейшем приливании: Al(OH) 3 + NaOH = Na |
| NH 4 + | OH − , нагрев | Выделение газа с резким запахом:
NH 4 + + OH − = NH 3 + H 2 O Посинение влажной лакмусовой бумажки |
| H + (кислая среда) |
Индикаторы: − лакмус − метиловый оранжевый |
Красное окрашивание |
Качественные реакции на анионы
| Анион | Воздействие или реактив | Признак реакции. Уравнение реакции |
| SO 4 2- | Ba 2+ |
Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах: Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ |
| NO 3 − |
1) Добавить H 2 SO 4 (конц.) и Cu, нагреть 2) Смесь H 2 SO 4 + FeSO 4 |
1) Образование раствора синего цвета, содержащего ионы Cu 2+ , выделение газа бурого цвета (NO 2) 2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) 2+ . Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца») |
| PO 4 3- | Ag + |
Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде: 3Ag + + PO 4 3- = Ag 3 PO 4 ↓ |
| CrO 4 2- | Ba 2+ |
Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl: Ba 2+ + CrO 4 2- = BaCrO 4 ↓ |
| S 2- | Pb 2+ |
Выпадение черного осадка: Pb 2+ + S 2- = PbS↓ |
| CO 3 2- |
1) Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах: Ca 2+ + CO 3 2- = CaCO 3 ↓ 2) Выделение бесцветного газа («вскипание»), вызывающее помутнение известковой воды: CO 3 2- + 2H + = CO 2 + H 2 O |
|
| CO 2 | Известковая вода Ca(OH) 2 |
Выпадение белого осадка и его растворение при дальнейшем пропускании CO 2: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 |
| SO 3 2- | H + |
Выделение газа SO 2 с характерным резким запахом (SO 2): 2H + + SO 3 2- = H 2 O + SO 2 |
| F − | Ca 2+ |
Выпадение белого осадка: Ca 2+ + 2F − = CaF 2 ↓ |
| Cl − | Ag + |
Выпадение белого творожистого осадка, не растворимого в HNO 3 , но растворимого в NH 3 ·H 2 O (конц.) : Ag + + Cl − = AgCl↓ AgCl + 2(NH 3 ·H 2 O) = } |
