Kvalitativní analytická chemie

Transkript

1 Kvalitativní analytická chemie Úvod: Při kvalitativní analýze zjišťujeme složení neznámého vzorku. Obvykle určujeme samostatně kation i anion. Podle charakteru reakcí s určitými činidly jsou kationty i anionty rozděleny do několika skupin. Kromě samotných skupinových či selektivních reakcí jsou důležité i takové vlastnosti jako je barva původního vzorku, jeho rozpustnost či jeho acidobazické a redoxní vlastnosti, možnost vytěsnění kyselinou atp. Pokud rozdělíme kationty i anionty do skupin, musíme ještě rozhodnout, o který se konkrétně jedná z toho důvodu si všímáme barvy původního vzorku i barvy sraženiny a dále rozhodujeme pomocí selektivních důkazů. Pro kationy i aniony platí, že při rozdělování do tříd, činidla postupně ve správném pořadí stále přidáváme ke vzorku. Pro selektivní reakce však musíme použít čistý vzorek! Dbejte na čistotu používaných pomůcek!! Úkol: 1. Na základě znalostí reakcí kationtů a aniontů proveďte kvalitativní analýzu různých vzorků. Pro další selektivní reakce použijte publikace 2. Napište iontové rovnice všech selektivních reakcí, které vedly k důkazu iontů v neznámém vzorku a zaznamenejte barvu vzniklých produktů. Kationty jsou rozděleny do pěti skupin. Do první skupiny patří kationty, které při reakci s kyselinou chlorovodíkovou tvoří sraženiny, do druhé skupiny patří kationty, které vytvoří sraženinu, když ke vzorku s kyselinou přidáme ještě sulfan. Do třetí skupiny patří kationty, které vytvoří sraženinu až když k vzorku přidáme ještě amoniak. Do čtvrté skupiny potom patří kationty, které tvoří sraženiny s uhličitanovými anionty. Pátá skupina jsou kationty, které sraženiny netvoří a dokazují se plamenovou zkouškou. V tabulce jsou uvedeny barvy sraženin nejběžnějších kationtů. Skupinové reakce kationtů: I. II.a II.b III. IV. V. AgClbílá. PbCl 2 bílá CuSčerná Bi 2 S 3 hnědá CdSžlutá As 2 S 3 žlutá As 2 S 5 žlutá Sb 2 S 3 oranž. Sb 2 S 5 oranž. SnShnědá FeSčerná Fe 2 S 3 černá NiSčerná MnSbéžová ZnSbílá CoSčerná Cr(OH) 3 šedozelená Al(OH) 3 bílá BaCO 3 bílá CaCO 3 bílá SrCO 3 bílá Na + K + NH 4 + Li + Mg 2+ HCl H 2 S (NH 4 ) 2 S (NH 4 ) 2 CO 3 Bez sk. čin. Některé významné selektivní důkazy kationtů: kation selektivní činidlo reakce Ag + chroman draselný červenohnědá sraženina rozp. V HNO 3 Pb 2+ chroman draselný žlutá sraženina Cu 2+ hexakyanoželeznatan draselný hnědočervená sraženina Fe 3+ hexakyanoželeznatan draselný sv. modrá srov., která se oxiduje na berlínskou modř tmavě modrá sraženina berlínské modři Fe 3+ hexakyanoželezitan draselný tmavě modrá sraženina thurnbullovi modři zelená sraženina Fe 3+ rhodanid amonný krvavě červený roztok Ca 2+ kyselina šťavelová bílá sraženina

2 Reakce jednotlivých kationtů Přehled důležitých reakcí jednotlivých kationtů (vznikající sraženina, jejichž barva je uvedena v závorce): Ag + Ag + + Cl > AgCl (bílá sraženina, fotoredukce > tmavne, rozpouští se v amoniaku) Ag + + 2NH 3 > červenohnědý Ag 2 O, rozpustný v nadbytku na bezbarvý [Ag (NH 3 ) 2 Cl] Ag + + Br > AgBr nažloutlý, rozpustný v NH 3 Ag + + I > AgI žlutý, v NH 3 nerozpustný zbělá) Ag + + OH > AgOH > Ag 2 O(hnědý, rozpustný v koncentrovaném amoniaku a kyselině dusičné) Ag CO 3 > Ag 2 CO 3 (nažloutlý, varem na hnědý Ag 2 O) Ag CrO 4 > Ag 2 CrO 4 (červenohnědý) Ag + + S 2 > AgS (černý) Ag + + [Fe(CN) 6 ] 3 > Ag 3 [Fe(OH) 6 ] (červenohnědý) Pb 2+ : Pb Cl > PbCl 2 (bílá sraž. ve studené vodě nerozpustná, ve vroucí vodě rozpustná, rozpustná v alkalických hydroxidech na PbO 2 2 ) Pb 2+ + S 2 > PbS ( hnědý až černý ) Pb 2+ + SO 4 2 > PbSO 4 ( bílý nerozp. ) Pb I > PbI 2 ( žlutá sraženina, v nadbytku rozpustná na > K 2 [PbI 4 ]) Pb 2+ + OH (NH 3 ) > Pb(OH) 2 (bílá sraženina, v nadbytku hydroxidu rozpustná na [Pb(OH) 3 ] ) Pb 2+ + CrO 4 2 > PbCrO 4 ( žlutá nerozp. ) Pb 2+ + CO 3 2 > PbCO 3 ( bílá sraženina ) Cu 2+ Cu 2+ roztok je světle modrý [ Cu(H 2 O) 4 ] 2+ Cu 2+ + S 2 > CuS ( hnědočervený ) Cu 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4 > Cu 2 [Fe(CN) 6 ] (červenohnědý ) ( ferokyanid měďnatý) tzv. " Hatchetova hněď " Cu OH > Cu(OH) 2 ( modrá sraženina rozp. v amoniaku ) Cu(OH) 2 t> CuO ( hnědočerný ) Cu 2+ + NH 3 > nejprve světle modrý hydroxid Cu(OH) 2, pak se rozpouští na tmavě modrý [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ Cu 2+ + CO 3 2 > CuCO 3 (světle modrý, nerozp.). Ve skutečnosti vzniká směs zásaditých uhličitanů. Varem z ní černý CuO. Cu 2+ + I > Cu 2 I 2 (bílá srov.) + I 2 ( hnědý) Cu 2+ + CrO 4 2 > CuCrO 4 (hnědožlutá sraženina vznikající jen v neutrálním prostředí, snadno rozpustná v zředěných kyselinách a amoniaku) Cd 2+ Cd 2+ + S 2 > CdS (žlutý. nerozpustný v sulfidech) Cd 2+ + OH (také s NH 3 ) > Cd(OH) 2 bílá sraženina (rozp v NH 3 na [Cd(NH 3 ) 4 ](OH) 2 ), (zahřátím > CdO hnědý) Cd 2+ + CO 3 2 > bílý uhličitan Cd 2+ + CrO 4 2 > CdCrO 4 (nažloutlá sraženina, rozpustná v kyselinách a amoniaku) Cr 3+ roztok je nazelenalý až nafialovělý Cr 3+ + OH (také NH 3 )> Cr(OH) 3 (šedozelený ), rozpustný v kyselinách Cr(OH) 3 + H 3 O + > chromitá sůl i v hydroxidech Cr(OH) 3 + OH > [Cr(OH) 6 ] 3 Cr 3+ + CO 3 2 > špinavě zelená sraženina zásaditého hydroxidu Fe 3+ žlutohnědé roztoky, reagují kysele, hydrolyzují Fe 3+ + [Fe(CN) 6 ] 4 > Fe 4 [Fe(CN) 6 ] (berlínská modř) Fe SCN > Fe(SCN) 3 (krvavě červený) Fe SCN > [Fe(SCN) 6 ] 3 (krvavě červený) Fe 3+ +S 2 > Fe 2 S 3 (černý) (Pokud použijeme H 2 S redukce Fe 3+ na > vyredukuje se koloidní S bíložlutá) Fe 3+ + OH (také s NH 3 ) > Fe(OH) 3 (rezavá, vločkovitá sraženina, není rozpustná v nadbytku OH ) Fe 3+ + fenol > červenofialové zbarvení Fe 3+ +I > +I 2 (hnědý zakalený roztok) Fe 3+ + CO 2 3 > hnědočervená sraženina zásaditého uhličitanu, varem na hydroxid železitý

3 Co 2+ roztok je růžový, pevné soli jsou modré Co 2+ + OH > nejprve modrá sraženina zásadité soli a hydroxidu, dalším přidáním OH pak na Co(OH) 2 (slabě růžový gel ) (sraženina hydroxidu se na vzduchu rychle oxiduje na Co(OH) 3 tj hnědne) Co 2+ + NH 3 > modré zásadité sole, dalším přidáním OH pak na [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ (hnědozelený až hnědý roztok) (platí pokud roztok neobsahuje amonnou sůl) Co 2+ + S 2 > CoS (černohnědý) Co 2+ + CO 3 2 > růžovofialový zásaditý uhličitan Co 2+ + dimethylglyoxim > tmavěhnědý roztok Co 2+ + CrO 4 2 > červenohnědá sraženina zásaditého chromanu CoCrO 4 Co(OH) 2 (snadno rozpustná v amoniaku) Ni 2+ roztoky jsou zelené, kyselé (hydrolýza) Ni 2+ + OH > Ni(OH) 2 (světlezelená objemná sraženina) Ni 2+ + NH 3 > nejprve světlezelená sraženina, která je směsí zásaditých solí a hydroxidů. V nadbytku snadno rozpustná na modrofialový roztok [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ Ni 2+ + S 2 > NiS (černý) Ni 2+ + dimethylglyoxim > dimethylglyoximát nikelnatý ( červená sraženina) Ni 2+ + CrO 4 2 > za tepla hnědá sraženina zásaditých solí, snadno rozpustná v zředěných kyselinách a amoniaku. Ni 2+ + CO 3 2 > NiCO 3 světlezelená sraženina Mn 2+ roztoky bezbarvé, slabě kyselé (hydrolýza), krystalické soli růžové Mn 2+ +2OH > Mn(OH) 2 (bílý, ale rychle se oxiduje na hnědý MnO(0H)) Mn 2+ + S 2 > MnS (pleťový, nerozpustný Mn 2+ + CO 3 2 > MnCO 3 bílá, hnědnoucí sraženina Mn 2+ + NH 3 > neúplně, částečně bílá sraženina Mn(OH) 2, na vzduchu hnědne Ca 2+ [Fe(CN) 6 ] 4 +2Ca 2+ > Ca 2 [Fe(CN) 6 ] (bílá sraženina) Ca 2+ + SO 4 2 > CaSO 4 (bílý) (při malé koncentraci Ca 2+ reakce neběží, kyselina musí být koncentrovaná) Ca 2+ + OH > Ca(OH) 2 bílá sraženina vznikající jen z koncentrovaných roztoků (v běžné praxi sraženina nevzniká). Sraženina vzniká se starším hydroxidem vlivem toho, že starší hydroxid obsahuje uhličitanové ionty. Ca 2+ + CO 3 2 > CaCO 3 (bílý) Ca F > CaF 2 (bílý, nerozpustný) Ba 2+ Ba 2+ + SO 4 2 > BaSO 4 (bílý, nerozpustný) Ba 2+ + OH > Ba(OH) 2 bílá sraženina vznikající jen z koncentrovaných roztoků (v běžné praxi sraženina nevzniká). Sraženina vzniká se starším hydroxidem vlivem toho, že starší hydroxid obsahuje uhličitanové ionty. Ba 2+ + CrO 4 2 > BaCrO 4 (žlutý) Ba 2+ +(COO) 2 2 > Ba(COO) 2 (bílý) (běží špatně) Ba 2+ + CO 3 2 > BaCO 3 (bílý) Bi 3+ Bi 3+ + S 2+ > Bi 2 S 3 (černý, nerozpustný) roztok Bi je silně hydrolyzován > vzniká zákal ( Bi(OH) 2,, BiO(OH) ) Bi I > BiI 3 (hnědá sraženina) > BiIO(jodid oxid bismutitý, červený ) + HI Sn 2+ rozpustné, roztoky kyselé, silné redukční vlastnosti Sn 2+ + nerozpustný molybdenan > molybdenová modř Sn 2+ + OH > Sn(OH) 2 (bílý), Sn(OH) 2 t > SnO (černý) + H 2 O, SnO t > SnO 2 (bílý), Sn(OH) 2 + 2OH (ph = 13) > [Sn(OH) 4 ] 2 (bezbarvý) Sn 2+ + S 2 (vysoká koncentrace) > SnS (hnědý) As 3+ 2As 3+ +3S 2 > As 2 S 3 (žlutý) (kyselé prostředí) (nerozpustný v HCl) As 2 S 3 + Na 2 S > AsS 3 3 (thioarseničnan) > AsS 4 3 (thioarsenitan)

4 As 5+ 2As S 2 > As 2 S 3 + S (směs je žlutá) (kyselé prostředí) Marshova zkouška: As 5+ + HCl + Zn > AsH , 2AsH 3 t > 2As ("zrcátko") + 3H 2 Sb 3+ : typickou vlastností Sb solí je hydrolýza > mléčné zakalení Sb H 2 O > SbO + (antimonyl barví bíle) + 2H 3 O + 2Sb 3+ +3S 2 > Sb 2 S 3 (oranžový, rozpustný v HCl) Sb 2 S 3 + S 2 > SbS 3 3 > SbS 4 3 Al 3+ dokazuje se špatně, protože netvoří barevné sloučeniny, reaguje kysele Al 3+ +OH > Al(OH) 3 (bílá gelovitá sraženina, amfoterní), Al(OH) 3 + H 3 O + > hlinité soli, Al(OH) 3 + OH > [Al(OH)] 4, Al(OH) 3 + OH > [Al(OH)] 6 3 důkaz alizarinem (barvivo):k roztoku přidáme kapku alizarinu (červený, alkohol. roztok) > srážíme hydroxid (přidáváme OH )> Al(OH) 3 se červeně vybarví Al 3+ + PO 4 3 > AlPO 4 (bílá sraženina) Zn 2+ Zn 2+ + OH > Zn(OH) 2 (bílá sraženina), Zn(OH) 2 + NH 3 > [Zn(NH 3 ) 4 ](OH) 2 Zn 2+ + OH (nadbytek) > [Zn(OH) 4 ] 2 Zn 2+ + S 2 > ZnS (bílý) Zn 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4 > Zn 2 [Fe(CN) 6 ] (bílý) roztoky jsou světle zelené, nejsou stabilní, žloutnou, hnědnou (Fe 3+ ) + [Fe(CN) 6 ] 3 > Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 (modrý, Turnbullova modř) +OH > Fe(OH) 2 (bílá nebo světle zelená gelovitá sraženina), Fe(OH) 2 oxidace> Fe(OH) 3 (hnědý až rezavý) + S 2 > FeS (černý) Mg 2+ netvoří barevné sloučeniny, nebarví plamen Mg OH > Mg(OH) 2 (bělavá gelovitá sraženina) (Ani v nadbytku OH se nerozpustí) Mg 2+ + magnezon (org. činidlo) + NaOH > Mg(OH) 2 (modrý) Sr 2+ plamen barví šarlatově červeně Sr 2+ +(COO) 2 2 > Sr(COO) 2 (nelze použít kyselinu šťavelovou, šťavelan by se rozpustil) Sr 2+ + SO 2 4 t> SrSO 4 (bílý) (jako SO 2 4 můžeme použít sádrovou vodu) (běží velmi pomalu zahřejeme) Sr 2+ +CrO 2 4 > SrCO 4 (žlutý) (v kyselém prostředí neběží > vzniká dichroman, který s Sr 2+ nereaguje) Na + plamen barví žlutě, srážecí reakce jsou málo běžné Na + + Zn(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 8 > NaZn(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 9.9H 2 O (žlutá sraž.) (octan uranylozinečnatý) (nonahydrát octanu uranylozinečnatosodného) K + plamen barví fialově 3K + + [Co(NO 2 ) 6 ] 3 > K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] (žlutá sraženina) Li + plamen barví karmínově červeně 3Li + + PO 4 3 > Li 3 PO 4 (bílý, špatně rozpustný)

5 Anionty jsou rozděleny do tří skupin. Anionty z první skupiny tvoří sraženiny s kationty barnatými, anionty z druhé skupiny vytvoří sraženinu až s kationty stříbrnými a anionty třetí skupiny sraženinu netvoří. Pozor v případě, že se jako činidlo používá BaCl 2, je třeba důkaz pro druhou třídu provádět s novým vzorkem (došlo by k reakci s Cl ) Skupinové reakce aniontů: I. II. III. BaSO 4 bílá BaSO 3 bílá AgCl bílá AgBr nažloutlá NO 2 NO 3 BaCO 3 bílá Ba 3 (PO 4 ) 2 bílá BaSiO 3 bílá BaCrO 4 žlutá BaCr 2 O 7 oranžová AgI žlutá Ag 2 S černá Ag 4 [Fe(CN) 6 ] bílá Ag 3 [Fe(CN) 6 ] červenohnědá AgSCN bílá Ba(NO 3 ) 2 nebo BaCl 2 AgNO 3 Bez skupinového činidla Některé selektivní důkazy aniontů: anion selektivní činidlo reakce 2 SO 4 chlorid barnatý bílá sraženina nerozpustná ve zředěné HCl octan olovnatý bílá sraženina 2 SO 3 chlorid barnatý bílá sraženina rozpustná ve zředěné HCl 2 CO 3 roztok anorg. kyseliny rozkládají se za vzniku CO 2 3 PO 4 chlorid barnatý bílá sraženina dusičnan stříbrný žlutá sraženina S 2 roztoky kyselin uvolňují nepříjemně páchnoucí sulfan Cl dusičnan stříbrný bílá sraženina, na vzduchu fialoví až černá NO 3 konc. kyselina sírová za horka uvolňuje červenohnědé dýmy NO 2 K rozlišení anionů první třídy může pomoci porovnávání jejich rozpustnosti v různých prostředích: nerozpustné v H 2 O, zřeď. CH 3 COOH a zřeď. HCl: BaSO 4 nerozpustné v H 2 O a zřeď. CH 3 COOH, ale rozpustné ve zřeď. HCl: BaSO 3 ; BaCrO 4 ; Ba 3 (PO 4 ) nerozpustné v H 2 O, ale rozpustné ve zřeď. CH 3 COOH: BaCO 3 ; BaSiO 3 Další reakce jsou uvedeny v publikacích