Главная / Химия / Инструкция к проведению лабораторной работы на тему: "Первая аналитическая группа катионов (растворимая)"

Инструкция к проведению лабораторной работы на тему: "Первая аналитическая группа катионов (растворимая)"

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Тема: ПЕРВАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ (растворимая)

Цель: изучить качественные реакции на катионы первой аналитической группы. Научиться проводить качественный анализ соединений, содержащих катионы первой аналитической группы.


В состав первой аналитической группы входят катионы s-элемен­тов главной подгруппы I группы ПСЭ (Li+, Na+, K+), а также ион аммо­ния NH4+.

Электронные формулы ионов, их радиусы, значения энергии ионизации и стандартных электродных потенциалов представлены в таблице:

Ионы

Электронная формула

Радиус

иона, нм

Энергия
ионизации

М= М+ + е, кДж/моль

Стандартный
электродный
потенциал
ЕМ+/М, В

Li+

1s22s0

0,078

513,3

– 3,05

Na+

2s22p63s0

0,098

496

– 2,71

K+

3s23p64s0

0,133

419

– 2,92

NH4+

sp3- гибрид.

0,143

––


Катионы данной аналитической группы обладают малым постоянным зарядом (1+), сравнительно большим радиусом (0,098-0,143 нм), невысоким ионизационным потенциалом и наименьшей среди катионов поляризующей способностью, вследствие чего эти близкие по химическим свойствам катионы образуют неокрашенные и хорошо растворимые в воде соединения. Все катионы I аналитической группы не имеют общего группового реагента, что отличает I группу катионов от всех остальных групп.

Малорастворимы лишь некоторые соединения катионов данной группы с легкополяризующимися крупными анионами: перхлоратом, гексанитрокобальтатом (III), гексагидроксостибатом (III) и др.

Соли натрия и калия, образованные сильными кислотами, не гидролизуются, а водные растворы солей, образованных слабыми кислотами, имеют щелочную реакцию среды.

Малый заряд и слабая поляризующая способность катионов первой группы обуславливают отсутствие способности выступать в роли комплексообразователя в координационных соединениях. Катионы в растворах, обладая единственной устойчивой степенью окисления, не вступают в окислительно-восстановительные реакции.

Катионы I группы бесцветны, поэтому их соли образуют бесцветные растворы. Окраску соединений калия, натрия и аммония обуславливают соответствующие анионы: хроматы – жёлтую, дихроматы –оранжевую, манганаты – зеленую и т.д.

Летучие соли щелочных металлов окрашивают пламя горелки. Это объясняется их восстановлением в пламени до нейтральных атомов, малым потенциалом ионизации s1-электрона и его способностью легко возбуждаться и переходить на возбужденные уровни. При обратном переходе электрон испускает квант света определенной длины волны.

Пламя окрашивается в характерный цвет: в случае Na+ – в желтый, К+фиолетовый, Li+карминово-красный. Проба окрашивания пламени является одним из наиболее употребительных методов обнаружения соединений щелочных металлов.

Образованный за счет донорно-акцепторной связи ион аммония обладает рядом отличительных свойств:

  • Неустойчив в щелочной среде NH4+ + OH= NH3 ↑+ H2O

  • Под действием сильных окислителей (хлора, белильной извести) окисляется до молекулярного азота

  • Соли аммония подвержены термическому разложению с образованием аммиака или оксидов азота, в зависимости от характера аниона.

Данные особенности используются для обнаружения и удаления иона аммония из смеси с другими катионами.

Катионы I аналитической группы входят в состав многих лекарственных препаратов.


Ион Na+ является важнейшим внеклеточным ионом; натрия хлорид – основа кровезаместительных препаратов, в виде солей натрия применяются антикоагулянт крови гепарин (Гепарин-Рихтер, Лиотон), альгинат (Натальсид), дезоксирибонуклеат (Деринат), фторид (Оссин), цитрат (Продоксолол), фозиноприл (Моноприл) – препарат, нормализующий содержание натрия и воды в организме и т. д. Натрия гидроксид в качестве регулятора кислотности содержится в инъекционных препаратах, например препарат Церневит. Фармакопейными препаратами натрия являются антацид
NaHCO3, антисептик бура Na2B4O7×10H2O, слабительное Na2SO4×10H2O и десенсибилизирующее средство Na2S2O3×5H2O.

Ион К+, являющийся важнейшим внутриклеточным ионом, применяется в виде калия хлорида (Калий-нормин) для регуляции водно-электролитного баланса, в виде иодида (Биск, Йодид 100, Йодтирокс) для улучшения обмена веществ, повышения иммунного статуса организма. Препараты Панангин, Перфектил содержат лекарственные вещества в виде калиевых солей. Содержащий соли натрия и калия Регидрон восстанавливает водно-электролитный баланс.

Ион Li+ – антагонист натрия, в виде лития карбоната (Контемнол) блокирует транспорт ионов натрия в нервных и мышечных клетках, обладает антипсихотическим и седативным действием.

Ионы аммония входят в состав гомеопатических препаратов Гинекохель (NH4Br), Спаскупрель (NH4Br), Дискус композитум (NH4Сl) и др.           































Аналитические реакции обнаружения катиона Na+

 1. Реакция с гексагидроксоантимонат(V) – ом калия K[Sb(OH)6].

            Гексагидроксоантимонат (V) калия K[Sb(OH)6] в нейтральной или слабощелочной среде образует с солями натрия белый кристаллический осадок:

Na+ + [Sb(OH)6]  →  Na[Sb(OH)6]


B кислой среде K[Sb(OH)6] превращается в ортосурьмяную кислоту H3SbO4, которая разлагается с выделением аморфного белого осадка метасурьмяной кислоты HSbO4.

В щелочной среде осадок Na[Sb(OH)6] растворяется с образованием средней соли Na3SbO4.

            Реакция малочувствительная, открываемый минимум – 0,8 мкг. Для проведения реакции необходима достаточно большая концентрация ионов натрия. Реакцию следует проводить на холоду, поскольку растворимость Na[Sb(OH)6] сильно возрастает с повышением температуры.

            Проведению реакции мешают ионы Mg2+, образующие с реагентом белый кристаллический осадок Mg[Sb(OH)6]2, и ионы NH4+ в больших количествах вызывают выпадение белого аморфного осадка HSbO3.

Выполнение реакции: к 3-4 каплям раствора соли натрия прибавить 3-4 капли раствора K[Sb(OH)6] и потереть стенки пробирки стеклянной палочкой.

           

2. Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом Zn[(UO2)3(CH3COO)8]

(фармакопейная)

            Цинкуранилацетат образует с нейтральными или уксуснокислыми растворами солей натрия зеленовато-желтые кристаллы — натрий-цинкуранилацетата:

Zn[(UO2)3(CH3COO)8] + CH3COOH + Na+ + 9H2O →NaZn [(UO2)3(CH3COO)9]•9 H2O + H+

           

Осадок растворим в избытке воды, щелочах и сильных кислотах.

            В присутствии больших количеств ионов К+ могут образоваться игольчатые кристаллы KCH3COO•(UO2)3(CH3COO)2, поэтому, если концентрация ионов калия в анализируемом растворе велика, веред испытанием раствор следует разбавить в 2-3 раза.

            Проведению реакции мешают ионы NH4+, Mg2+, но они осаждаются реагентом при более высоких концентрациях, поэтому Na+ можно обнаружить в присутствии этих катионов, разбавив раствор водой.

            Реакцию можно проводить пробирочным и микрокристаллоскопическим методами.

           

Выполнение микрокристаллоскопической реакции

 hello_html_241b5a14.jpg

            На предметное стекло помещают каплю разбавленного раствора соли натрия и осторожно нагревают до появления белой каемки на капле раствора. После охлаждения рядом на стекло наносят каплю реагента — цинкуранилацетата. Стеклянной палочкой приводят в соприкосновение растворы. Через несколько минут наблюдают под микроскопом появление кристаллов в форме тетраэдров и октаэдров (рис. 1).


Рис. 1. Кристаллы NaZn[(UO2)3(CH3COO)9]  под микроскопом


3. Реакция окрашивания пламени (фармакопейная).

Соли натрия, внесённые в бесцветное пламя газовой горелки или спиртовки, окрашивают её в ярко – желтый цвет. Реакция очень чувствительна.

Выполнение реакции. Тщательно очищают платиновую или нихромовую проволоку внесением в раствор соляной кислоты и прокаливанием (до полного исчезновения окраски пламени). Раскаленной проволочкой прикасаются к кристаллам соли натрия и вносят её вместе с прилипшими крупинками соли в бесцветное пламя газовой горелки или спиртовки.

Аналитические реакции обнаружения катиона K+

 

1. Реакция с гидротартратом натрия NaHC4H4O6 (фармакопейная)

Гидротартрат натрия NaHC4H4O6 (или винная кислота) в присутствии ацетата натрия образует белый кристаллический осадок гидротартрата калия. Реакцию проводят в нейтральной среде:

K+ + HC4H4O6-KHC4H4O6


Осадок растворим в сильных кислотах (с образованием винной кислоты) и в щелочах (с образованием средних солей), в горячей воде. Реакции мешают ионы NH4+ и катионы s2-элементов. Чувствительность реакции – 50мкг.

Выполнение реакции:  В четыре пробирки поместите по 2 капли раствора соли калия и по 2 капли реагента  — гидротартрата натрия. К полученным осадкам гидротартрата калия добавьте: а) CH3COOH; б) соляную кислоту (HNO3, H2SO4) — 2 кап.; в) NaOH или KOH; г) несколько капель горячей воды. Наблюдайте растворение осадка во всех пробирках, кроме первой.

 

2. Реакция с гексанитрокобальтат (III) –ом натрия  Na3[Co(NO2)6] (фармакопейная)

            Гексанитрокобальтат (III) натрия Na3[Co(NO2)3] в нейтральной и кислой среде  (pH = 4–7) с растворами солей калия образует кристаллический желтый осадок K2Na[Co(NO2)6]:

            2 K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3–→K2Na[Co(NO2)6]


Осадок заметно растворим в воде (S = 1,5•10-3 моль/л) и склонен к образованию пересыщенных растворов. Поэтому для полноты осаждения необходим значительный избыток реагента и энергичное перемешивание раствора для ускорения образования осадка. Осадок нерастворим в уксусной кислоте, горячей воде. Осадок K2Na[Co(NO2)6] растворяется в сильных кислотах (образование нестойкой Н3[Co(NO2)6]; в щелочах разлагается с выделением Co(OH)3 бурого цвета:

[Co(NO2)6]3– + 3ОН → Co(OH)3 + 6NO2

Рассматриваемая реакция более чувствительна, чем с NaHC4H4O6 (предельное разбавление – 1:13000).

Ион аммония мешает обнаружению иона калия, т.к. образует с Na3[Co(NO2)6] желтый кристаллический осадок (NH4)2Na[Co(NO2)6].

В растворенном состоянии реагент Na3[Co(NO2)6] быстро разлагается, поэтому его готовят непосредственно перед выполнением реакции, сохраняя раствор не более одного дня.

 Выполнение реакции.  В пробирку к 2-3 каплям раствора соли калия добавляют равный  объем свежеприготовленного раствора и взбалтывают стеклянной палочкой до появления желтого кристаллического осадка. Полученный осадок переносят в 4 пробирки и испытывают действием на него уксусной кислоты, сильной кислоты, щелочи, горячей воды.

 

3. Реактив – гексанитрокупрат(II) натрия-свинца Na2Pb[Cu(NO2)6]

Гексанитрокупрат(II) натрия-свинца Na2Pb[Cu(NO2)6] осаждает в нейтральной среде черный осадок гексанитрокупрата(II) калия-свинца:

2K+ + Pb[Cu(NO2)6]2- → K2Pb[Cu(NO2)6]

Кристаллы осадка имеют кубическую форму (рис.2). Проведению реакции мешают NH4+.

hello_html_306d73c8.jpg

Рис.2. Кристаллы K2Pb[Cu(NO2)6]







Микрокристаллоскопическая реакция осаждения нитрита калия – меди – свинца

К 3 каплям раствора соли калия на предметном стекле добавляют 1 каплю раствора нитрата (или ацетата) меди (II), 1 каплю раствора нитрата свинца (или стронция) и выпаривают досуха. После охлаждения к осадку добавляют 1 каплю 2 моль/л раствора уксусной кислоты и небольшой кристаллик нитрита натрия – образуются характерные кубические кристаллы нитрита калия – меди – свинца (стронция) черного (зеленого) цвета:


2K+ + Cu2+ + Pb2+ + 6NO2 = K2CuPb(NO2)6


В аналогичных условиях реакцию осаждения тройной соли нитрита аммония – меди – свинца дают ионы аммония.


4. Реакция окрашивания пламени (фармакопейная).

Соли калия, внесённые в бесцветное пламя газовой горелки или спиртовки, окрашивают её в бледно – фиолетовый цвет. Реакция очень чувствительна.

Выполнение реакции. Тщательно очищают платиновую или нихромовую проволоку внесением в раствор соляной кислоты и прокаливанием (до полного исчезновения окраски пламени). Раскаленной проволочкой прикасаются к кристаллам соли калия и вносят её вместе с прилипшими крупинками соли в бесцветное пламя газовой горелки или спиртовки. Реакции мешают соли натрия, которые окрашивают пламя в жёлтый цвет и маскируют фиолетовую окраску. В присутствии солей натрия окраску пламени рассматривают через синее стекло или через плоский флакон с раствором индиго.





























Реакции ионов аммония NH4+

1. Реактив – гидроксиды щелочных металлов (специфическая)

 hello_html_m241de2f1.jpgГидроксиды щелочных металлов выделяют из растворов солей аммония газообразный аммиак, особенно при нагревании:

                        NH4+ + OH → NH3­↑+ H2O

 Выделение аммиака обнаруживают по покраснению бесцветной фенолфталеиновой или посинению красной лакмусовой бумажки, смоченной водой:

Н2О + NH3 ↔ NH3H2O   ↔    NH4+ + ОН



            Используют также фильтровальную бумагу, смоченную раствором Hg2(NO3)2, которая чернеет при действии газообразного аммиака вследствие выделения    металлической          ртути:

            2Hg2(NO3)2 + 4NH3 + H2O ↔ [HgO•HgNH2](NO3) + 2Hg + 3NH4NO3

Реакция с гидроксидами чувствительна (0,01мкг) и специфична — позволяет обнаружить NH4+ в присутствии всех катионов.

Выполнение реакции: Реакцию проводят в чашке Петри — «газовой камере». На нижнюю чашку помещают капли соли аммония и 3-4 капли 2 н. раствора NaOH. Чашечку быстро накрывают верхней  крышкой большего размера, на которую предварительно нанесена смоченная водой бесцветная фенолфталеиновая или красная лакмусовая бумажка или полоска фильтровальной бумаги, смоченная раствором Hg2(NO3)2.  Наблюдают изменение окраски индикаторов и почернение бумаги, смоченной солью одновалентной ртути.

 

2. Реактив Несслера (фармакопейная)

Реактив Несслерараствор тетраиодомеркурата(II) калия K2[HgI4] с гидроксидом калияобразует с солями аммония желто-бурый осадок, в присутствии следов аммония – желтое окрашивание, вызываемое иодидом дииододимеркурат(II) аммония [NH2Hg2I2]I:

hello_html_4f12bd8e.gif

Реакция чувствительна (0,25мкг), поэтому ее используют для проверки следов аммония из реакционной смеси. Катионы s-элементов не мешают обнаружению NH4+.

Выполнение реакции. Реакцию можно проводить в пробирке и в «газовой камере». В пробирку к 2 каплям раствора соли аммония вносят 2 капли реактива Несслера и наблюдают образование желто-бурого осадка. Обнаружение можно проводить в чашке Петри, как это делается при обнаружении иона аммония со щелочами. Вместо индикаторной бумаги пользуются реактивом Несслера.


3. Реактив – гидротартрат натрия NaHC4H4O6

            Гидротартрат натрия NaHC4H4O6 образует с ионами аммония белый кристаллический осадок NH4НС4Н4О6.

 

4. Реактив – гексанитрокобальтат(III) натрия Na3[Co(NO2)6

            Гексанитрокобальтат(III) натрия Na3[Co(NO2)6]  в нейтральной среде  выделяет из растворов солей аммония желтый кристаллический осадок  (NH4)3[Co(NO2)6].

            Реакции ионов NH4+ с NaHC4H4O6 и Na3[Co(NO2)6] дают сходный аналитический эффект с реакциями обнаружения иона К+, мешая обнаружению калия указанными реактивами. Поэтому перед определением ионов калия ионы NH4+ удаляют из раствора.

Отделение ионов аммония

1. Отличительной особенностью солей аммония является их свойство при прокаливании разлагаться или улетучиваться с образованием газообразных продуктов, вследствие чего достигается удаление ионов аммония:

NH4Cl   NH3­ +HCl­

NH4NO3N2O + 2H2O

Выполнение реакции.

В фарфоровой чашке досуха выпаривают 2 мл раствора соли аммония и прокаливают до удаления солей аммония. К сухому остатку приливают 1-2 мл горячей воды и фильтруют. В растворе проверяют отсутствие ионов NH4+ реактивом Несслера.


2. При действии водного раствора формальдегида (СН2О) на ионы аммония в щелочной среде (рН~9) образуется гексаметилентетрамин (уротропин) (СН2)6N:

            4NH4+ + 6(СН2О) + 4ОН →(CH2)6N4 +10Н2О

Реакция не сопровождается внешним эффектом.

 

Выполнение реакции.

К 1 мл раствора соли аммония прибавляют равный объем 40% раствора формальдегида и каплю фенолфталеина. Затем по каплям прибавляют 2н раствор Na2CO3 (pH=8–9) до появления красной окраски. После завершения реакции  раствор подкисляют  2н раствором уксусной кислоты (рН=4–5) до исчезновения красной окраски и проверяют  отсутствие ионов  NH4+ реактивом Несслера.































Анализ смеси катионов I аналитической группы.

Предварительные испытания.

а) Определение рН анализируемого раствора. Анализ раствора, содержащего смесь катионов I аналитической группы, начинают с определения рН (с помощью универсальной индикаторной бумаги). Слабокислая среда раствора указывает на присутствие аммониевых солей сильных кислот, а щелочная среда позволяет предположить наличие в растворе калиевых или натриевых солей слабых кислот.

б) Обнаружение иона аммония. Берут в пробирке 5 – 7 капель исследуемого раствора, добавляют раствор NaOH или КОН и нагревают на водяной бане. Если в растворе есть соли аммония, то будет выделяться аммиак, который можно распознать по характерному запаху или одним из выше описанных способов. Параллельно можно проводить качественную реакцию обнаружения иона аммония с реактивом Несслера. Образование красно – бурого осадка подтверждает присутствие в анализируемом растворе иона аммония.


Систематический анализ.

В случае, если в анализируемом растворе обнаружен катион аммония, то сначала его надо удалить, а потом переходить к обнаружению катионов калия и натрия. а) Удаление иона аммония. 10 – 15 капель анализируемого раствора помещаем в фарфоровую чашку, нагревают досуха и прокаливают до прекращения выделения белого дыма. После проверки полноты удаления солей аммония, сухой остаток растворяют в минимальном количестве воды и полученный раствор испытывают на присутствие ионов калия и натрия. б) Обнаружение иона калия. К 2 – 3 каплям раствора, полученного после удаления иона аммония, добавляют 3 – 4 капли раствора гексанитрокобальтата (III) натрия (рН = 4 – 7). Образование жёлтого кристаллического осадка свидетельствует о наличии в растворе иона калия. Катион калия можно обнаружить и реакцией с гидротартратом натрия или гексанитрокупрат(II)-ом натрия и свинца.

в) Обнаружение иона натрия. В отдельной порции раствора, полученного после удаления ионов аммония, обнаруживают ион натрия реакцией с K[Sb(OH)6] или с помощью микрокристаллоскопической реакции с цинкуранилацетатом.

Для подтверждения полученных результатов анализа дополнительно выполняют реакции окрашивания пламени катионами натрия, калия.




















hello_html_142ae3fc.pnghello_html_2071c413.pnghello_html_fa36dd0.png

10


Инструкция к проведению лабораторной работы на тему: "Первая аналитическая группа катионов (растворимая)"
  • Химия
Описание:

Данная работа является инструкцией для выполнения самостоятельной аудиторной работы под контролем преподавателя по дисциплине: "Аналитическая химия".

Инструкция разработана для студентов специальности "Фармация" системы среднего профессионального образования.

В работе представлена характеристика первой группы катионов по кислотно - основной классификации, пояснение почему в первую группу входят катионы натрия, калия, лития и аммония.

Данная группа называется растворимой так как отсутствует групповой реагент, катионы данной группы практически со всеми кислотами образуют растворимые в воде соединения.

Автор Наумова Ольга Олеговна
Дата добавления 22.12.2014
Раздел Химия
Подраздел
Просмотров 1363
Номер материала 10591
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓