Качественный неорганический анализ

Аналитический метод исследования элементного состава неорганических соединений.

Классический качественный неорганический анализ — метод аналитической химии , целью которого является определение элементного состава неорганических соединений . Он в основном ориентирован на обнаружение ионов в водном растворе , поэтому перед использованием стандартных методов может потребоваться довести до этого состояния материалы в других формах. Затем раствор обрабатывают различными реагентами для проверки реакций , характерных для определенных ионов, которые могут вызвать изменение цвета, выпадение осадка и другие видимые изменения. ^{[1] [2]}

Качественный неорганический анализ — это раздел или метод аналитической химии, целью которого является установление элементного состава неорганических соединений с помощью различных реагентов.

Внешний вид неорганических солей

Обнаружение катионов

По своим свойствам катионы обычно делят на шесть групп. ^[1] Каждая группа имеет общий реагент, который можно использовать для отделения их от раствора . Для получения значимых результатов разделение необходимо проводить в последовательности, указанной ниже, поскольку некоторые ионы более ранней группы могут также реагировать с реагентом более поздней группы, вызывая неопределенность относительно того, какие ионы присутствуют. Это происходит потому, что катионный анализ основан на произведениях растворимости ионов. Когда катион достигает оптимальной концентрации, необходимой для осаждения, он выпадает в осадок, что позволяет нам его обнаружить. Деление и точные детали разделения на группы незначительно различаются от одного источника к другому; Ниже приведена одна из часто используемых схем.

1-я аналитическая группа катионов

1 -ю аналитическую группу катионов составляют ионы, образующие нерастворимые хлориды . Таким образом, групповым реагентом для их разделения является соляная кислота , обычно используемая в концентрации 1–2 М. Концентрированную HCl использовать нельзя, поскольку она образует растворимый комплекс ([PbCl ₄ ] ^2- ) с Pb ²⁺ . Следовательно, ион Pb ²⁺ остался бы незамеченным.

Важнейшими катионами 1-й группы являются Ag + , Hg.²⁺
₂, и Pb ²⁺ . Хлориды этих элементов нельзя отличить друг от друга по цвету — все они представляют собой белые твердые соединения. PbCl ₂ растворим в горячей воде и поэтому легко дифференцируется. Аммиак используется в качестве реагента, чтобы отличить два других. При растворении AgCl в аммиаке (за счет образования комплексного иона [Ag(NH ₃ ) ₂ ] ⁺ ) Hg ₂ Cl ₂ дает черный осадок, состоящий из смеси хлорртутьамида и элементарной ртути. Кроме того, AgCl под действием света восстанавливается до серебра, что придает образцам фиолетовый цвет.

PbCl ₂ гораздо более растворим, чем хлориды двух других ионов, особенно в горячей воде. Следовательно, HCl в концентрациях, которые полностью осаждают Hg²⁺
₂и Ag ⁺ может быть недостаточно, чтобы сделать то же самое с Pb ²⁺ . Более высокие концентрации Cl ⁻ не могут быть использованы по указанным выше причинам. Таким образом, фильтрат, полученный после первой группы анализа Pb ²⁺ , содержит заметную концентрацию этого катиона, достаточную для того, чтобы дать тест второй группы, т.е. образование нерастворимого сульфида. По этой причине Pb ²⁺ обычно также включают во 2-ю аналитическую группу.

Эту группу можно определить, добавив соль в воду, а затем добавив разбавленную соляную кислоту. Образуется белый осадок, к которому затем добавляют аммиак. Если осадок нерастворим, то присутствует Pb ²⁺ ; если осадок растворим, то присутствует Ag ⁺ , а если белый осадок чернеет, то Hg²⁺
₂настоящее.

Подтверждающий тест на Pb ²⁺ :

Pb ²⁺ + 2 КИ → PbI ₂ + 2 К ⁺

Pb ²⁺ + K ₂ CrO ₄ → PbCrO ₄ + 2 K ⁺

Подтверждающий тест на Ag ⁺ :

Ag ⁺ + KI → AgI + K ⁺

2Ag ⁺ + K ₂ CrO ₄ → Ag ₂ CrO ₄ + 2 K ⁺

Подтверждающий тест на ртуть²⁺
₂:

ртуть²⁺
₂+ 2 КИ → Hg ₂ I ₂ + 2 К ⁺

2 рт.ст.²⁺
₂+ 2 NaOH → 2 Hg
₂О + 2 Na ⁺ + H ₂ O

2-я аналитическая группа катионов

2 -ю аналитическую группу катионов составляют ионы, образующие кислотонерастворимые сульфиды . К катионам 2-й группы относятся: Cd ²⁺ , Bi ³⁺ , Cu ²⁺ , As ³⁺ , As ⁵⁺ , Sb ³⁺ , Sb ⁵⁺ , Sn ²⁺ , Sn ⁴⁺ и Hg ²⁺ . Помимо первой группы сюда обычно включают и Pb ²⁺ . Хотя эти методы относятся к растворам, содержащим сульфид (S ^2- ), на самом деле эти растворы содержат только H ₂ S и бисульфид (HS ^- ). Сульфид (S ²⁻ ) не существует в воде в заметных концентрациях.

В качестве реагента может выступать любое вещество, дающее в таких растворах ионы S ^2- ; наиболее часто используются сероводород (0,2-0,3 М), тиоацетамид (0,3-0,6 М), прибавление сероводорода часто может оказаться трудоемким процессом, поэтому для этой цели также может служить сульфид натрия. Пробу с сульфид-ионом необходимо проводить в присутствии разбавленной HCl. Его цель состоит в том, чтобы поддерживать концентрацию сульфид-ионов на необходимом минимуме, чтобы обеспечить осаждение только катионов 2-й группы. Если не использовать разбавленную кислоту, может произойти раннее осаждение катионов 4-й группы (если они присутствуют в растворе), что приведет к получению ошибочных результатов. Кислоты помимо HCl используются редко. Серная кислота может приводить к осаждению катионов 5-й группы, тогда как азотная кислота окисляет сульфид-ион в реагенте, образуя коллоидную серу.

Осадки этих катионов почти неразличимы, за исключением CdS , который имеет желтый цвет. Все осадки, кроме HgS , растворимы в разбавленной азотной кислоте. HgS растворим только в царской водке , которую можно использовать для отделения ее от остального. Действие аммиака также полезно для дифференциации катионов. CuS растворяется в аммиаке, образуя раствор интенсивного синего цвета, тогда как CdS растворяется, образуя бесцветный раствор. Сульфиды As ³⁺ , As ⁵⁺ , Sb ³⁺ , Sb ⁵⁺ , Sn ²⁺ , Sn ⁴⁺ растворимы в желтом сульфиде аммония , где образуют полисульфидные комплексы.

Эту группу определяют путем добавления соли в воду, а затем добавления разбавленной соляной кислоты (чтобы сделать среду кислой), а затем газообразного сероводорода. Обычно это делают, пропуская над пробиркой сероводород для обнаружения катионов 1-й группы. Если образуется красновато-коричневый или черный осадок, то в нем присутствуют Bi ³⁺ , Cu ²⁺ , Hg ²⁺ или Pb ²⁺ . В противном случае, если образуется желтый осадок, значит, присутствует Cd ²⁺ или Sn ⁴⁺ ; или если образуется коричневый осадок, то обязательно должен присутствовать Sn ²⁺ ; или если образуется красно-оранжевый осадок, то присутствует Sb ^{3+ .}

Pb ²⁺ + K ₂ CrO ₄ → PbCrO ₄ + 2 K ⁺

Подтверждающий тест на медь:

2 Cu ²⁺ + K ₄ [Fe(CN) ₆ ] + CH ₃ COOH → Cu ₂ [Fe(CN) ₆ ] + 4 K ⁺

Cu ²⁺ + 2 NaOH → Cu(OH) ₂ + 2 Na ⁺

Cu(OH) ₂ → CuO + H ₂ O (эндотермический)

Подтверждающий тест на висмут:

Би ³⁺ + 3 КИ (избыток) → БиI ₃ + 3 К ⁺

БиI ₃ + КИ → K[BiI ₄ ]

Bi ³⁺ + H ₂ O (в избытке) → BiO⁺
+ 2 Ч ⁺

Подтверждающий тест на ртуть:

Hg ²⁺ + 2 KI (в избытке) → HgI ₂ + 2 K ⁺

HgI ₂ + 2 KI → K ₂ [HgI ₄ ] (растворяется красный осадок)

2 Hg ²⁺ + SnCl ₂ → 2 Hg + SnCl ₄ (белый осадок становится серым)

3-я аналитическая группа катионов

К 3-й аналитической группе катионов относятся ионы, образующие гидроксиды, нерастворимые даже в низких концентрациях.

Катионами 3-й группы являются, среди прочего: Fe ²⁺ , Fe ³⁺ , Al ³⁺ и Cr ³⁺ .

Группу определяют путем приготовления раствора соли в воде и добавления хлорида аммония и гидроксида аммония. Хлорид аммония добавляется для обеспечения низкой концентрации гидроксид-ионов.

Образование красновато-коричневого осадка указывает на Fe ³⁺ ; студенистый белый осадок указывает на Al ³⁺ ; а зеленый осадок указывает на Cr ³⁺ или Fe ²⁺ . Последние два отличаются добавлением к зеленому осадку избытка гидроксида натрия. Если осадок растворяется, указывается Cr ³⁺ ; в противном случае присутствует Fe ^{2+ .}

4-я аналитическая группа катионов

К 4-й аналитической группе катионов относятся ионы, выпадающие в осадок в виде сульфидов при pH 9. В качестве реагента используют сульфид аммония или Na ₂ S 0,1 M, добавляемый в раствор аммиака/хлорида аммония, используемый для обнаружения катионов 3-й группы. В его состав входят: Zn ²⁺ , Ni ²⁺ , Co ²⁺ и Mn ²⁺ . Цинк образует белый осадок, никель и кобальт — черный осадок, а марганец — осадок кирпичного/телесного цвета. Диметилглиоксим можно использовать для подтверждения присутствия никеля, тогда как тиоцианат аммония в эфире станет синим в присутствии кобальта. Эту группу иногда обозначают как IIIB, поскольку группы III и IV тестируются одновременно, причем единственным отличием является добавление сульфида.

4-я аналитическая группа катионов

К 4-й аналитической группе катионов относятся ионы, образующие сульфиды, нерастворимые в высоких концентрациях. В качестве реагентов используются H ₂ S в присутствии NH ₄ OH. NH ₄ OH используется для увеличения концентрации сульфид-иона, за счет общего ионного эффекта - гидроксид-ионы из NH ₄ OH соединяются с ионами H ^{+ из H} ₂ S, что смещает равновесие в пользу ионизированной формы:

ЧАС
₂С 2 Ч ${\displaystyle {\ce {<=>>}}}$⁺
+ С^2-

Нью-Хэмпшир
₄О, Нью-Хэмпшир ${\displaystyle {\ce {<=>>}}}$ ⁺
₄+ ОН⁻

ОН- + Н⁺
${\displaystyle {\ce {<=>>}}}$ ЧАС
₂О

Они содержат Zn ²⁺ , Mn ²⁺ , Ni ²⁺ и Co ^2+.

5-я аналитическая группа катионов

Ионы 5-й аналитической группы катионов образуют карбонаты , нерастворимые в воде. Обычно используется реагент (NH ₄ ) ₂ CO ₃ (около 0,2 М) с нейтральным или слабощелочным pH. Все катионы предыдущих групп предварительно отделяют, так как многие из них также образуют нерастворимые карбонаты.

Наиболее важными ионами пятой группы являются Ba ²⁺ , Ca ²⁺ и Sr ²⁺ . После разделения самый простой способ отличить эти ионы — проверить цвет пламени: барий дает желто-зеленое пламя, кальций — кирпично-красный, а стронций — малиново-красный.

6-я аналитическая группа катионов

Катионы, оставшиеся после тщательного разделения предыдущих групп, относят к шестой аналитической группе. Наиболее важными из них являются Mg ²⁺ , Li + , Na + и K + . Все ионы отличаются цветом пламени: литий дает красное пламя, натрий - ярко-желтое (даже в следовых количествах), калий - фиолетовое, а магний - бесцветное (хотя металлический магний горит ярким белым пламенем). Магний также можно отличить от других катионов этой группы путем добавления гидроксида натрия для повышения pH до 11 или выше, что избирательно осаждает Mg(OH) ₂ .

Обнаружение анионов

1-я аналитическая группа анионов

1 -я группа анионов состоит из CO²⁻
₃, ОХС⁻
₃, CH ₃ COO ⁻ , S 2− , SO²⁻
₃, С
₂О²⁻
₃и нет⁻
₂. Реагентом для анионов 1 группы является разбавленная соляная кислота (HCl) или разбавленная серная кислота (H ₂ SO ₄ ).

• Карбонаты дают быстрое вскипание при разбавленной H ₂ SO ₄ из-за выделения CO ₂ , бесцветного газа, который делает известковую воду молочно-белой из-за образования CaCO ₃ ( карбонатация ). Молочность исчезает при пропускании избытка газа через известковую воду за счет образования Ca(HCO ₃ ) ₂ .
• Ацетаты при обработке разбавленной H ₂ SO ₄ и нагревании дают уксусный запах CH ₃ COOH . Кроваво-красная окраска возникает при добавлении желтого FeCl ₃ из-за образования ацетата железа (III) .
• Сульфиды придают запах тухлых яиц H ₂ S при обработке разбавленной H ₂ SO ₄ . Наличие сульфида подтверждают добавлением бумаги из ацетата свинца(II) , которая чернеет из-за образования PbS. Сульфиды также превращают растворы красного нитропруссида натрия в пурпурный.
• Сульфиты при обработке разбавленной кислотой выделяют газ SO ₂ , имеющий запах горящей серы. Они превращают подкисленный K ₂ Cr ₂ O ₇ из оранжевого в зеленый.
• Тиосульфаты выделяют газ SO ₂ при обработке разбавленной кислотой. Кроме того, они образуют мутный осадок серы .
• Нитриты при обработке разбавленной H ₂ SO ₄ дают красновато-коричневые пары NO ₂ . Эти пары приводят к тому, что раствор йодида калия (KI) и крахмала становится синим.

2-я аналитическая группа анионов

Вторая группа анионов состоит из Cl − , Br − , I − , NO.⁻
₃и С
₂О²⁻
₄. Групповым реагентом для аниона 2-й группы является концентрированная серная кислота (H ₂ SO ₄ ).

После добавления кислоты хлориды, бромиды и иодиды образуют осадки с нитратом серебра . Осадки имеют белый, бледно-желтый и желтый цвет соответственно. Образующиеся галогениды серебра полностью растворимы, частично растворимы или вообще не растворимы в водном растворе аммиака соответственно.

Хлориды подтверждаются тестом на хромилхлорид . При нагревании соли с K ₂ Cr ₂ O ₇ и концентрированной H ₂ SO ₄ образуются красные пары хромилхлорида (CrO ₂ Cl ₂ ). Пропускание этого газа через раствор NaOH дает желтый раствор Na ₂ CrO ₄ . Подкисленный раствор Na ₂ CrO ₄ дает желтый осадок при добавлении (CH ₃ COO) ₂ Pb .

Бромиды и йодиды подтверждены испытанием слоя . Экстракт карбоната натрия готовят из раствора, содержащего бромид или йодид, а также CHCl ₃ или CS.2добавляется в раствор, который разделяется на два слоя: оранжевый цвет в CHCl
₃или CS
₂слой указывает на присутствие Br- ^, а фиолетовый цвет указывает на присутствие ^I- .

Нитраты дают коричневые пары с концентрированной H ₂ SO ₄ за счет образования NO ₂ . Это усиливается при добавлении медной стружки. Нитрат-ион подтверждают добавлением водного раствора соли к FeSO ₄ и медленным выливанием концентрированной H ₂ SO ₄ вдоль стенок пробирки, в результате чего вокруг стенок пробирки в месте соединения двух жидкостей образуется коричневое кольцо. вызвано образованием Fe(NO)²⁺
. ^[3]

При обработке концентрированной серной кислотой оксалаты выделяют бесцветные газы CO ₂ и CO. Эти газы горят голубоватым пламенем и окрашивают известковую воду в молочный цвет. Оксалаты также обесцвечивают KMnO ₄ и дают белый осадок с CaCl ₂ .

3-я аналитическая группа анионов

Третья группа анионов состоит из SO²⁻
₄, ПО³⁻
₄и БО³⁻
₃. Они не реагируют ни с концентрированной, ни с разбавленной H ₂ SO ₄ .

• Сульфаты дают белый осадок BaSO ₄ с BaCl ₂ , нерастворимый ни в каких кислотах и ​​основаниях.
• Фосфаты при добавлении HNO ₃ и молибдата аммония и нагревании раствора дают желтый кристаллический осадок.
• Бораты дают зеленое пламя, характерное для этилбората , при воспламенении концентрированной H ₂ SO ₄ и этанола.

Современные методы

Качественный неорганический анализ сейчас используется только как педагогический инструмент. Современные методы, такие как атомно-абсорбционная спектроскопия и ICP-MS, позволяют быстро обнаружить присутствие и концентрацию элементов, используя очень небольшое количество образца.

Тест на карбонат натрия

Тест с карбонатом натрия (не путать с тестом с экстрактом карбоната натрия) используется для различения некоторых распространенных ионов металлов, которые осаждаются в виде соответствующих им карбонатов. Тест позволяет отличить медь (Cu), железо (Fe) и кальций (Ca), цинк (Zn) или свинец (Pb). К соли металла добавляют раствор карбоната натрия. Синий осадок указывает на ион Cu ²⁺ . Грязно-зеленый осадок указывает на ион Fe ²⁺ . Желто-коричневый осадок указывает на ион Fe ³⁺ . Белый осадок указывает на ион Ca ²⁺ , Zn ²⁺ или Pb ²⁺ . Образующиеся соединения представляют собой соответственно основной карбонат меди , карбонат железа (II) , оксид железа (III) , карбонат кальция , карбонат цинка и карбонат свинца (II) . Этот тест используется для осаждения присутствующих ионов, поскольку почти все карбонаты нерастворимы. Хотя этот тест полезен для различения этих катионов, он не дает результатов, если присутствуют другие ионы, поскольку большинство карбонатов металлов нерастворимы и выпадают в осадок. Кроме того, ионы кальция, цинка и свинца образуют белые осадки с карбонатом, из-за чего их трудно различить. Вместо карбоната натрия можно добавить гидроксид натрия , это дает почти такие же цвета, за исключением того, что гидроксиды свинца и цинка растворимы в избытке щелочи и, следовательно, их можно отличить от кальция. Полную последовательность тестов, используемых для качественного катионного анализа, см. в разделе «Качественный неорганический анализ».

Смотрите также

• Испытание пламени
• Бисерный тест

Рекомендации

1. Кинг, Эдвард Дж.; Фаринхольт, Ларкин Х. (1959). Качественный анализ и электролитические растворы. Нью-Йорк: Харкорт, Брейс. OCLC  594863676.
2. Фогель, А.И.; Свела, Г. (1996). Качественный неорганический анализ Фогеля. Харлоу, Англия (1996 г.); Нью-Дели, Индия (2008 г.): Лонгман. ISBN 9788177582321. OCLC  792729931.{{cite book}}: CS1 maint: location (link)
3. К. Парамешвара Мурти (2008). Университетская химия, Том 1 . Нью Эйдж Интернэшнл. п. 133. ИСБН 978-81-224-0742-6.