Напишите уравнения качественной реакции на нитрат ион

Напишите уравнения качественной реакции на нитрат ион

I. Нитраты (селитры)

Азотная кислота – одноосновная, образует один ряд солей – нитраты состава:

Нитраты калия, натрия, кальция и аммония называют селитрами. Например, селитры:KNO₃ – нитрат калия (индийская селитра), NаNО₃ – нитрат натрия (чилийская селитра), Са(NО₃)₂ – нитрат кальция (норвежская селитра), NH₄NO₃ – нитрат аммония (аммиачная или аммонийная селитра, ее месторождений в природе нет). Германская промышленность считается первой в мире, получившей соль NH₄NO₃ из азота N₂ воздуха и водорода воды, пригодную для питания растений.

Рис.1. Аммиачная селитра Рис.2. Калиевая селитра Рис.3. Натриевая селитра

II. Физические свойства

Нитраты – вещества с преимущественно ионным типом кристаллических решёток. При обычных условиях это твёрдые кристаллические вещества, все нитраты хорошо растворимы в воде, сильные электролиты.

III. Получение нитратов

Нитраты образуются при взаимодействии:

1) Металл + Азотная кислота

2) Основный оксид + Азотная кислота

3) Основание + Азотная кислота

4) Аммиак + Азотная кислота

5) Соль слабой кислоты + Азотная кислота

В cоответствии с рядом кислот каждая предыдущая кислота может вытеснить из соли последующую:

6) Оксид азота (IV) + щёлочь

в присутствии кислорода —

IV. Химические свойства нитратов

I. Общие с другими солями

1) Взаимодействие с металлами

Металл, стоящий в ряду активности левее, вытесняет последующие из их солей:

2) Взаимодействие с кислотами

3) Взаимодействие со щелочами

4) Взаимодействие с cолями

II. Специфические

Все нитраты термически неустойчивы. При нагреванииразлагаются с образованием кислорода. Характер других продуктов реакции зависит от положения металла, образующего нитрат, в электрохимическом ряду напряжений:

1) Нитраты щелочных (исключение — нитрат лития) и щелочноземельных металлов разлагаются до нитритов:

2) Нитраты менее активных металлов от Mg до Cu включительно и нитрат лития разлагаются до оксидов:

3) Нитраты наименее активных металлов (правее меди) разлагаются до металлов:

4) Нитрат и нитрит аммония:

Нитрат аммония разлагается в зависимости от температуры так:

Качественная реакция на нитрат-ион NO₃ – – взаимодействие нитратов c металлической медью при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты или с раствором дифениламина в Н₂SO₄ (конц.).

Опыт: “Качественная реакция на ион NO₃ – “

Признаки реакции — в пробирке появляются бурые пары оксида азота(IV), что лучше наблюдать на белом экране, а на границе медь – реакционная смесь появляются зеленоватые кристаллы нитрата меди(II).

Протекают следующие уравнения реакций:

V. Применение нитратов

Почему азота в природе много (он входит в состав атмосферы), а растения часто дают плохой урожай из-за азотного голодания?

Растения не могут усваивать молекулярный азот N₂ из воздуха. Это проблема «связанного азота». При недостатке азота задерживается образование хлорофилла, поэтому растения имеют бледно-зеленую окраску, как следствие, задерживается рост и развитие растения. Азот – жизненно важный элемент. Без белка нет жизни, а без азота нет белка.

Как же усваивается атмосферный азот? Часть связанного азота поступает в почву во время гроз. Химия процесса такова:

Существуют растения способные повышать плодородие почвы, в чем же их особенность? Эти растения (люпин, люцерна, клевер, горох, вика) относятся к семейству бобовых (мотыльковые), на корнях которых развиваются клубеньковые бактерии, способные связывать атмосферный азот, переводя его в соединения, доступные для растений.

Растения, связывающие атмосферный азот

Снимая урожаи, человек ежегодно уносит вместе с ними огромные количества связанного азота. Эту убыль он покрывает внесением не только органических, но и минеральных удобрений (нитратных, аммиачных, аммонийных). Азотные удобрения вносят под все культуры. Азот усваивается растениями в виде катиона аммония NH₄ + и нитрат-аниона NO₃ – .

«Классификация азотных удобрений»

Одной из важных характеристик является содержание питательного элемента в удобрении. Расчет питательного элемента для азотных удобрений ведут по содержанию азота.

Влияние нитратов на окружающую среду и организм человека

Азот как основной питательный элемент влияет на рост вегетативных органов – зеленых стеблей и листьев. Азотные удобрения не рекомендуется вносить поздней осенью или ранней весной, т. к. талые воды смывают до половины удобрений. Важно соблюдать нормы и сроки внесения удобрений, вносить их не сразу, а в несколько приемов. Применять медленно действующие формы удобрений (гранулы, покрытые защитной пленкой), при посадке использовать сорта, склонные к низкому накоплению нитратов. Коэффициент использования азотных удобрений – 40–60%. Избыточное употребление азотных удобрений не только ведет к аккумуляции нитратов в растениях, но и приводит к загрязнению ими водоемов и грунтовых вод. Антропогенными источниками загрязнения водоемов нитратами являются также металлургия, химическая, в том числе целлюлозно-бумажная, и пищевая отрасли промышленности. Одним из признаков загрязнения водоемов является «цветение» воды, вызванное бурным размножением синезеленых водорослей. Особенно интенсивно оно происходит во время таяния снега, летних и осенних дождей. Предельно допустимая концентрация (ПДК) нитратов регламентируется ГОСТом. Для суммы нитрат-ионов в почве принято значение 130 мг/кг, в воде разных водоисточников – 45 мг/л. (ПДК (NO₃ – в почве) – 130 мг/кг, ПДК (NO₃ – в воде) – 45 мг/л.).

Для самих растений нитраты безвредны, а вот для человека и травоядных животных они опасны. Смертельная доза нитратов для человека – 8–15 г, допустимое суточное потребление – 5 мг/кг. Многие растения способны накапливать большие количества нитратов, например: капуста, кабачки, петрушка, укроп, свекла столовая, тыква и др.

Такие растения называют нитратонакопителями. В организм человека 70% нитратов поступает с овощами, 20% – с водой, 6% – с мясом и рыбой. Попадая в организм человека, часть нитратов всасывается в желудочно-кишечном тракте в неизмененном виде, другая часть, в зависимости от присутствия микроорганизмов, значения рН и других факторов, может превращаться в более ядовитые нитриты, аммиак, гидроксиламин NН₂ОН; в кишечнике из нитратов могут образоваться вторичные нитрозамины R₂N–N=О, обладающие высокой мутагенной и канцерогенной активностью. Признаки небольшого отравления – слабость, головокружение, тошнота, расстройство желудка и т. д. Снижается работоспособность, возможна потеря сознания.

В организме человека нитраты взаимодействуют с гемоглобином крови, превращая его в метгемоглобин, в котором железо окислено до Fe 3+ и не может служить переносчиком кислорода. Именно поэтому один из признаков острого отравления нитратами – синюшность кожных покровов. Выявлена прямая зависимость между случаями появления злокачественных опухолей и интенсивностью поступления в организм нитратов при избытке их в почве.

Опыт: “Исследование содержания нитратов в продуктах питания”
(качественная реакция на нитрат-ион NO₃ – )

Первая помощь при отравлении нитратами

Первая помощь при отравлении нитратами – это обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных – глауберовой соли Na₂SO₄•10H₂O и английской соли (горькая соль) MgSO₄•7H₂O, cвежий воздух.

Уменьшить вредное влияние нитратов на организм человека можно с помощью аскорбиновой кислоты (витамина С); если ее соотношение с нитратами составляет 2:1, то нитрозамины не образуются. Доказано, что прежде всего витамин С, а также витамины Е и А являются ингибиторами – веществами, предотвращающими и тормозящими процессы преобразования нитратов и нитритов в организме человека. Необходимо ввести в рацион питания побольше черной и красной смородины, других ягод и фруктов (кстати, в висячих плодах нитратов практически нет). И еще один естественный нейтрализатор нитратов в организме человека – это зеленый чай.

Причины накопления нитратов в овощах и способы выращивания экологически чистой продукции растениеводства

Наиболее интенсивно азот поглощается во время роста и развития стеблей и листьев. При созревании семян потребление азота из почвы практически прекращается. Плоды, достигшие полной зрелости, уже не содержат нитратов – происходит полное превращение соединений азота в белки. Но у многих овощей ценится именно незрелый плод (огурцы, кабачки). Удобрять такие культуры азотными удобрениями желательно не позднее чем за 2–3 недели до уборки урожая. Кроме того, полному превращению нитратов в белки препятствуют плохая освещенность, избыточная влажность и несбалансированность питательных элементов (недостаток фосфора и калия). Не следует увлекаться внесезонными тепличными овощами. Например, 2 кг тепличных огурцов, съеденных за один прием, могут вызвать опасное для жизни отравление нитратами. Надо также знать, преимущественно в каких частях растения накапливаются нитраты: у капусты – в кочерыжке, у моркови – в сердцевине, у кабачков, огурцов, арбузов, дыни, картофеле – в кожуре. У дыни и арбуза не следует есть незрелую мякоть, прилежащую к корке. Огурцы лучше почистить и срезать место прикрепления их к стеблю. У зеленных культур нитраты накапливаются в стеблях (петрушка, салат, укроп, сельдерей). Содержание нитратов в различных частях растений неравномерно: в черешках листьев, стебле, корне содержание их в 1,5–4,0 раза выше, чем в листьях. Всемирная организация здравоохранения считает допустимым содержание нитратов в диетических продуктах до 300 мг NO₃ – на 1 кг сырого вещества. (ПДК (NO₃ – в диетических продуктах) – 300 мг/кг.). Если самое высокое содержание нитратов отмечается в свекле, капусте, салате, зеленом луке, то самое низкое содержание нитратов – в репчатом луке, томатах, чесноке, перце, фасоли.

Чтобы вырастить экологически чистую продукцию, прежде всего необходимо грамотно вносить азотные удобрения в почву: в строго рассчитанных дозах и в оптимальные сроки. Выращивать овощи, особенно зеленные культуры, надо при хорошей освещенности, оптимальных показателях влажности почвы и температуры. И все же для уменьшения содержания нитратов овощные культуры лучше подкармливать органическими удобрениями. Несвоевременное внесение удобрений, особенно в избыточных дозах, в том числе и органического удобрения – навоза, приводит к тому, что поступившие в растение минеральные соединения азота не успевают полностью превратиться в белковые.

Нитраты в производстве взрывчатых веществ

Многие взрывчатые смеси содержат в своем составе окислитель (нитраты металлов или аммония и др.) и горючее (дизельное топливо, алюминий, древесную муку). Поэтому соли – нитрат калия, нитрат бария, нитрат стронция и другие – применяются в пиротехнике.

Азотное удобрение нитрат аммония вместе с алюминием и древесным углем входит в состав взрывчатой смеси – аммонала. Основная реакция, которая протекает при взрыве:

Высокая теплота сгорания алюминия повышает энергию взрыва. Применение нитрата аммония в составе аммонала основано на его свойстве разлагаться при детонации с образованием газообразных веществ:

В руках террористов взрывчатые вещества приносят мирным людям только страдания.

Шесть веков продолжалось господство черного пороха в военном деле. Теперь его применяют в качестве взрывчатого вещества в горном деле, в пиротехнике (ракеты, фейерверки), а также как охотничий порох. Черный или дымный порох – это смесь 75% нитрата калия, 15% древесного угля и 10% серы.

Нитрат серебра AgNO₃, который чернит ткань, бумагу, парты и руки (ляпис), применяют как противомикробное средство для лечения кожных язв, для прижигания бородавок и в качестве противовоспалительного средства при хроническом гастрите и язве желудка: пациентам назначают пить 0,05%-й раствор АgNO₃. Порошкообразные металлы Zn, Мg, Al, cмешанные с нитратом серебра, используют в петардах.

Основный нитрат висмута Вi(ОН)₂NО₃ назначают внутрь при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки в качестве вяжущего и антисептического средства. Наружно – в мазях, присыпках при воспалительных заболеваниях кожи.

Соль нитрит натрия NaNО₂ применяют в медицине как спазмолитическое средство.

Применение нитритов в пищевой отрасли промышленности

Нитриты применяют в колбасном производстве: 7 г на 100 кг фарша. Нитриты придают колбасе розовый цвет, без них она серая, как вареное мясо, и не имеет товарного вида. К тому же присутствие нитритов в колбасе необходимо еще и по другой причине: они предотвращают развитие микроорганизмов, выделяющих токсичные яды.

Урок №35. Соли азотной кислоты. Азотные удобрения

Нитраты (селитры)

Азотная кислота – одноосновная, образует один ряд солей – нитраты состава:

Me(NO 3 ) n

и

NH 4 NO 3

Нитраты калия, натрия, кальция и аммония называют селитрами . Например, селитры: KNO 3 – нитрат калия (индийская селитра) , NаNО 3 – нитрат натрия (чилийская селитра) , Са(NО 3 ) 2 – нитрат кальция (норвежская селитра) , NH 4 NO 3 – нитрат аммония (аммиачная или аммонийная селитра, ее месторождений в природе нет). Германская промышленность считается первой в мире, получившей соль NH 4 NO 3 из азота N 2 воздуха и водорода воды, пригодную для питания растений .

Физические свойства

Нитраты – вещества с преимущественно ионным типом кристаллических решёток. При обычных условиях это твёрдые кристаллические вещества, все нитраты хорошо растворимы в воде, сильные электролиты.

Получение нитратов

Нитраты образуются при взаимодействии:

1) Металл + Азотная кислота

Cu + 4HNO 3 (k) = Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 ↑ + 2H 2 O

2) Основный оксид + Азотная кислота

CuO + 2HNO 3 = Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O

3) Основание + Азотная кислота

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O

4) Аммиак + Азотная кислота

Вытеснительный ряд кислот

5) Соль слабой кислоты + Азотная кислота

В соответствие с рядом кислот каждая предыдущая кислота может вытеснить из соли последующую :

2HNO 3 + Na 2 CO 3 = 2NaNO 3 + H 2 O + CO 2 ­↑

6) Оксид азота (IV) + щёлочь

2NO 2 + NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O

в присутствии кислорода —

4NO 2 + O 2 + 4NaOH = 4NaNO 3 + 2H 2 O

Р яд активности металлов Бекетова Н.Н.

Химические свойства нитратов

I. Общие с другими солями

Металл, стоящий в ряду активности Бекетова Н.Н. левее, вытесняет последующие из их солей:

Cu(NO 3 ) 2 + Zn = Cu + Zn(NO 3 ) 2

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

Cu(NO 3 ) 2 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + 2NaNO 3

2AgNO 3 + BaCl 2 = Ba(NO 3 ) 2 + 2AgCl↓

II. Специфические

Все нитраты термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются с образованием кислорода. Характер других продуктов реакции зависит от положения металла, образующего нитрат, в электрохимическом ряду напряжений (см. схему «Термическое разложение нитратов»):

С хем а «Термическое разложение нитратов»

1) Нитраты щелочных (исключение — нитрат лития) и щелочноземельных металлов разлагаются до нитритов:

2NaNO 3 = T,°C = 2NaNO 2 + O 2 ­↑

2КNO 3 = T,°C = 2KNO 2 + O 2

2) Нитраты менее активных металлов от Mg до Cu включительно и нитрат лития разлагаются до оксидов:

2Mg(NO 3 ) 2 = T,°C = 2MgO + 4NO 2 ­↑ + O 2 ­↑

2Cu(NO 3 ) 2 = T,°C = 2CuO + 4NO 2 ­ ↑+ O 2 ­↑

3) Нитраты наименее неактивных металлов (правее меди) разлагаются до металлов:

Hg(NO 3 ) 2 = T,°C = Hg + 2NO 2 ­↑ + O 2 ­↑

2AgNO 3 = T,°C = 2Ag + 2NO 2 ­↑+ O 2 ­↑

4) Нитрат и нитрит аммония:

Нитрат аммония разлагается в зависимости от температуры так:

NH 4 NO 3 = 190-245°C = N 2 O↑+ 2H 2 O

2NH 4 NO 3 = 250-300°C = N 2 ↑ + 2NO + 4H 2 O

2NH 4 NO 3 = >300°C = 2N 2 ↑+ O 2 + 4H 2 O

NH 4 NO 2 = T,°C = N 2 ↑+ 2H 2 O

Качественная реакция на нитрат-ион NO 3 –

Взаимодействие нитратов c металлической медью при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты или с раствором дифениламина в Н 2 SO 4 (конц.).

В большую сухую пробирку поместить зачищенную медную пластинку, несколько кристалликов нитрата калия, прилить несколько капель концентрированной серной кислоты. Пробирку закрыть ватным тампоном, смоченным концентрированным раствором щелочи и нагреть.

Признаки реакции — в пробирке появляются бурые пары оксида азота (IV), что лучше наблюдать на белом экране, а на границе медь – реакционная смесь появляются зеленоватые кристаллы нитрата меди(II) .

Протекают следующие уравнения реакций:

Cu + 4HNO 3 ( конц.) = T,°C = Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Азотные удобрения

Азот один из основных элементов, необходимых для жизни, так как входит в состав всех аминокислот, а значит и белка. Вне белковых тел жизнь невозможна. Атмосферный азот растения усваивать непосредственно не умеют, зато они усваивают азот из почвы в двух формах: одна нитратная (в виде нитрат – ионов), другая – аммонийная (в виде ионов аммония). Причем наиболее предпочтительна аммонийная, потому что азот в этой форме сразу идет на построение аминокислот, образующих белок.

А вот нитратная форма должна сначала восстановиться до аммонийной и только потом будет усвоена растением. Без достаточного количества азота в почве растение не сможет набрать нужную вегетативную массу, а вот если его совсем не будет хватать, тогда нижние листья растений становятся бледно-зелеными, а потом уже все, начиная с верхушки, буреют и отпадают.

После уборки урожая азот в больших количествах уносится из почвы и вновь внести его в землю можно только с помощью минеральных удобрений. Недостаток азота в почве издавна восполняли органическими подкормками: перегноем и навозом. Производимые сейчас минеральные удобрения нельзя также вносить неконтролируемо, например, сульфат аммония после многократного внесения из-за гидролиза соли может привести к закислению почв, и его нужно нейтрализовать известью.

Все азотные удобрения хорошо растворимы в воде. Самое первое широко применяемое минеральное удобрение – это чилийская селитра (нитрат натрия), его впервые обнаружили и стали вывозить из Чили. Однако, запасы чилийской селитры стали быстро истощаться в связи с тем, что ее использовали и для производства пороха. Другим даже более ценным для растения стало удобрение – аммиачная селитра, его производство наладили после открытого немцем Фридрихом Габером способа связывания атмосферного азота в аммиак. Аммиачная селитра содержит азот сразу в двух формах: в нитратной и аммонийной. Получают ее так:

Неудобство в ее использовании состоит в том, что оно легко слеживается, поэтому его нужно гранулировать, а также оно хорошо растворимо в воде, поэтому может быть смыто с поля первым же ливнем, и кроме того, при определенных условиях (при повышении температуры около 200 о С) становится даже взрывоопасным.

Самое концентрированное и лекгоусваиваемое растениями азотное удобрение – это широко известная мочевина или карбамид – (NH 2 ) 2 CO, массовая доля азота в нем 46%. Технологический процесс его производства довольно сложен и идет под давлением 20000 КПа и температуре около 200 0 С и выражается уравнением:

2NH 3 + CO 2 = (NH 2 ) 2 CO + H 2 O

Химическая промышленность выпускает также и сульфат аммония, гораздо более бедный по содержанию азота в нем, но зато очень дешевый, ведь это удобрение получают как побочный продукт при очистке коксового газа от аммиака серной кислотой:

К его недостаткам можно отнести относительную бедность азотом и при многократном его использовании закисление почв.

Химический анализ (стр. 6 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6

3.3.1. Реакции нитрат-иона

1. Реакция с дифениламином (C6H5)2NH. Нитрат-ион в кислой среде окисляет дифениламин с образованием интенсивно окрашенного синего соединения:

Проведению реакции мешают ионы NO2-, CrO42- и другие ионы — окислители.

Методика проведения реакции. На предметное стекло помещают 1 каплю раствора, содержащего нитрат-ионы, и 2 капли раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте. Бесцветный раствор синеет.

. 2. Реакция восстановления алюминием и цинком. При восстановлении солей азотной кислоты алюминием или цинком в щелочной среде образуется аммиак, выделение которого можно открыть по посинению влажной лакмусовой бумаги.

3NO3- + 8Al + 5OH- + 18H2O = 8[Al(OH)4]2- + 3NH3 (г).

Методика проведения реакции. К 5 каплям раствора, содержащего нитрат-ионы, добавляют 5 капель 6 н. раствора NaOH и кусочек металлического цинка или алюминия. Пробирку нагревают на водяной бане. К отверстию пробирки подносят влажную лакмусовую бумагу и наблюдают ее посинение.

+++3. Реакция с сульфатом железа(II) FeSO4. При взаимодействии сульфата железа(II) в кислой среде с нитрат-ионами происходит восстановление азотной кислоты и ее солей до оксида азота NO, который образует с ионами Fe2+ комплексное соединение бурого цвета.

3Fe2+ + NO3- + 4H+ = 3Fe3+ + NO(г) + 2H2O,

Предел обнаружения — 2,5 мкг. Определению мешают ионы NO2-, I-, Br-, SCN-, IO3-, ClO3-, SO32-, S2O32-, S2-.

Методика проведения реакции 1. К 2 каплям раствора, содержащего нитрат-ионы, добавляют 5 капель насыщенного раствора FeSO4 и осторожно, по стенке пробирки, 5 капель концентрированной серной кислоты. Наблюдают образование бурого кольца.

Методика проведения реакции 2. На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего нитрат-ионы, кристаллик FeSO4 и осторожно каплю концентрированной серной кислоты. Вокруг кристаллика образуется бурое кольцо.

3.3.2. Реакции нитрит-иона

1. Реакция с кислотами. В присутствии кислот соли азотистой кислоты разлагаются с выделением диоксида и оксида азота. Обнаружить присутствие диоксида азота можно по выделению бурого газа, хорошо заметного на белом фоне.

2HNO2 = NO2 (г) + NO (г) + H2O.

Методика проведения реакции. К 4 каплям раствора, содержащего нитрит-ионы, прибавить 4 капли концентрированной серной кислоты.

2. Реакция с иодидом калия KI.

2 NO2- + 2 I — + 4 H+ = I2 + 2 NO (г) + 2 H2O.

Нитриты в кислой среде окисляют иодид ионы до свободного иода, появление которого обнаруживают по посинению раствора крахмала. Мешают определению окислители и сильные восстановители. Реакцию можно использовать после отделения анионов первой и второй аналитических групп анионов.

Методика проведения реакции. На фильтровальную бумагу наносят по одной капле растворов KI, крахмала, серной кислоты и 1 каплю исследуемого раствора. В присутствии нитрит-ионов бумага синеет.

+++3.3.3. Реакции ацетат-иона

1. Реакция с кислотами. При действии кислот на растворы солей уксусной кислоты образуется свободная уксусная кислота, обладающая характерным запахом.

CH3COO — + H+ = CH3COOH.

Методика проведения реакции. К 5 каплям раствора, содержащего ацетат-ионы, прибавить 6 капель 2 н. H2SO4. Смесь нагреть. Присутствие ацетат-ионов определяют по характерному запаху.

2. Реакция со спиртами. В сильнокислой среде из ацетатов образуется уксусная кислота, которая со спиртами вступает в реакцию этерификации и образует летучие эфиры, обладающие характерным запахом.

CH3COO — + H+ =CH3COOH,

CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O.

Определению мешают анионы Cl-, Br-, I-, SO32-, S2O32-, S2-, которые при взаимодействии с серной кислотой дают газообразные продукты, обладающие резким запахом. Поэтому определение ведут после отделения анионов первой и второй групп.

Методика проведения реакции. На водяной бане нагревают смесь из 5 капель раствора, содержащего ацетат-ионы, 5 капель H2SO4 и 5 капель этилового спирта.

+++3. Реакция с хлоридом железа(III) FeCl3. Хлорид железа(III) при взаимодействии с ацетат-ионами образует ацетат железа, который при нагревании гидролизуется, превращаясь в красно-бурый осадок основной соли:

Fe3+ + 3CH3COO — = Fe(CH3COO)3,

Fe(CH3COO)3 + 2H2O = Fe(CH3COO)(OH)2 (тв) + 2CH3COOH.

Методика проведения реакции. Смешивают 10 капель раствора, содержащего ацетат-ионы, с 4 каплями раствора FeCl3 и нагревают. Наблюдают образование красно-бурого осадка.

Некоторые реакции анионов третьей аналитической группы приведены в табл. 13.

Качественные реакции анионов третьей аналитической группы

[Fe(NO)]SO4 –бурое кольцо

[Fe(NO)]SO4 – бурое кольцо

Контрольные вопросы к разделу 3.1

1. Какое соединение является групповым реактивом на анионы первой аналитической группы?

2. Как взаимодействуют анионы первой аналитической группы с ионами серебра? Напишите уравнения реакций.

3. Как взаимодействуют анионы первой аналитической группы с окислителями?

4. В чем можно растворить образовавшиеся с групповым реактивом осадки? Напишите уравнения реакций.

5. Какими реакциями можно открыть хлорид-, бромид-, иодид-, и сульфид-ионы при совместном присутствии?

Контрольные вопросы к разделу 3.2

1. Какое соединение является групповым реактивом на анионы второй аналитической группы?

2. Как взаимодействуют анионы второй аналитической группы с ионами бария?

3. В чем состоит различие в свойствах солей серебра анионов первой и второй аналитических групп?

4. Что представляет собой магнезиальная смесь?

5. Какие анионы второй аналитической группы обладают свойствами восстановителей?

Контрольные вопросы к разделу 3.3

1. Существует ли групповой реактив на анионы третьей аналитической группы?

2. Как взаимодействуют анионы третьей аналитической группы с хлоридом бария? С нитратом серебра?

3. Какие анионы третьей аналитической группы являются окислителями? Восстановителями?

4. В каком порядке проводят анализ смеси анионов трех аналитических групп?

5. Об отсутствии каких анионов свидетельствует сильнокислая реакция анализируемого раствора?

6. Как проводят пробу на выделение газов? Какие анионы можно открыть этой пробой?

7. Как проводят пробу на анионы-окислители? Какие анионы можно открыть этой пробой?

8. Как проводят пробу на анионы-восстановители? Какие анионы можно открыть этой пробой?

4. Качественный анализ неизвестного вещества

4.1. Предварительные испытания

Вещество поступает на анализ в сухом виде или в растворе. Прежде чем приступить к систематическому или дробному анализу, проводят предварительные наблюдения и испытания (табл. 15). В частности, исследуют цвет вещества или раствора, растворимость в различных растворителях, поведение вещества при внесении в пламя горелки и при нагревании в пробирке, запах, форму кристаллов, однородность состава и др.

Прежде всего, следует внимательно рассмотреть небольшую пробу сухого вещества. Если проба состоит из однородных бесцветных или белых кристаллов, это может говорить об отсутствии в пробе окрашенных катионов и анионов; синие кристаллы указывают на возможное присутствие солей меди, розовые — солей кобальта, зеленые — железа (II) или солей никеля, желтые — хроматов, оранжевые — бихроматов. Вещество может представлять собой смесь кристаллов различных типов, поэтому внимательное рассмотрение смеси невооруженным глазом поможет сделать предварительные выводы о том, сколько веществ ориентировочно содержится в смеси. При этом нужно учитывать форму кристаллов и их цвет.

Далее проводят испытания в пламени газовой горелки. Для этого небольшую пробу помещают в петлю из платиновой проволоки и вносят в пламя. Поведение пробы и окраска пламени могут дать информацию о составе анализируемого вещества. Если оно содержит органические вещества, происходит обугливание. Соли аммония сразу улетучиваются из пламени.

Многие катионы окрашивают пламя в характерные цвета (табл. 14). Следует иметь в виду, что катион натрия интенсивно окраши­вает пламя в желтый цвет, что маскирует окраску, вызываемую другими катионами.

Затем испытывают вещество на растворимость. Растворимость веществ в воде определяют вначале «на холоду», затем при нагревании. Если вещество нерастворимо в воде, пробуют растворять его в разбавленных и концентрированных кислотах и щелочах. Из кислот целесообразно использовать серную кислоту.

Если при растворении в кислотах выделяются газы, определяют по запаху и свойствам характер выделяющегося газа, по которому можно сделать вывод о составе вещества.

Если вещество не растворяется в разбавленных кислотах, испытывают его растворимость в концентрированных кислотах и царской водке. Нерастворимость в кислотах и царской водке указывает на присутствие сульфатов Sr, Ba, Pb, галогенидов серебра, оксида алюминия, хрома кремния, силикатов. Эти вещества переводят в растворимое состояние сплавлением с щелочами, карбонатами или гидросульфатами щелочных металлов.

Предварительные испытания неизвестного вещества

Присутствие иона (элемента)

Окраска пламени горелки

Нерастворимы в кислотах и царской водке

AgCl, AgBr, AgI, BaSO4, SrSO4, PbSO4, Al2O3, SiO2

Растворимы в HCl

Отсутствуют Ag+, Hg22+

Растворимы в H2SO4

Отсутствуют Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+

Выделение газов при добавлении кислот

CO2 (помутнение известковой воды)

SO2 (запах горящей серы)

NO2 (красно-бурые пары)

H2S (запах тухлых яиц)

CH3COOH (запах уксуса)

Br2 (красно-бурые пары)

Br — (с окислителем)

HCl (помутнение раствора AgNO3, удушливый газ)

I2 (фиолетовые пары)

I — (с окислителем)

Если вещество растворимо в воде, ценные сведения о его составе может дать значение рН среды. Кислая реакция среды указывает на присутствие свободных кислот, солей сильных кислот и слабых оснований или кислых солей. Щелочная реакция среды говорит о присутствии щелочей, солей сильных оснований и слабых кислот или основных солей.

Иногда часть вещества растворима в воде, часть — в разбавленных кислотах, часть — в концентрированных кислотах или щелочах. В этом случае целесообразно провести дробное растворение (добавить к веществу воду, отделить водный раствор, добавить разбавленную кислоту, отделить жидкость и т. д.). Так можно получить ряд фракций — растворов, содержащих различные катионы и анионы. Установив подходящий растворитель, готовят растворы для анализа на катионы и анионы, нейтрализуют растворы и приступают к анализу.

Окончательное заключение о составе вещества можно сделать, только проведя качественные реакции на катионы и анионы. Определив катионы и анионы в анализируемой смеси, делают вывод о содержащихся в ней веществах.

При анализе неизвестного вещества часто не ограничива­ются приемами качественного химического анализа, а используют также ме­тоды инструментального физико-химического анализа.

4.2. Анализ индивидуальной соли

Задача может быть в виде раствора или в виде сухой соли.

Анализ раствора. Обратить внимание на окраску раствора, определить рН и сделать соответствующие выводы. Исследуемый раствор делят на 3 части. В первой из них с помощью групповых и специфических реактивов открывают катионы приемами систематического анализа смеси ка­тионов шести аналитических групп. Во второй части раствора открывают анионы с помощью групповых и специфических реактивов приемами систематического анали­за смеси анионов трех аналитических групп. Третья часть раствора остается для контрольных анализов.

4.2.1. Проба на катионы первой группы. К двум каплям задачи (рН=7) прилить две капли Na2CO3. Если нет осадка или мути — могут присутствовать только катионы первой группы. В этом случае по очереди открывают ионы NH4+, К+ и Na+ в исследуемом растворе.

4.2.2. Проба на катионы второй группы. К двум каплям задачи прибавить две капли НСl. Если образуется муть, осадок — есть катионы второй группы. Тогда последовательно открывают катионы Pb2+, Hg2+, Ag+.

4.2.3. Проба на катионы третьей группы. К двум каплям задачи прилить две капли H2SO4. Если через 5-10 минут образуется муть, осадок, то есть катионы третьей группы. Тогда открывают ионы Ва2+, Sr2+ и Са2+.

4.2.4. Проба на катионы четвертой группы. К двум каплям задачи прибавить по каплям NaOH до сильно щелочной среды рН>10. Если ранее образовавшийся осадок растворился, то есть катионы четвертой группы. Тогда последовательно открывают катионы четвертой группы, отбирая каждый раз по две капли исследуемого раствора.

4.2.5. Проба на катионы пятой группы. Если образовавшийся в п. 4.2.4 осадок не растворился, то есть катионы пятой группы. Тогда последовательно открывают катионы пятой группы, отбирая каждый раз по две капли исследуемого раствора.

4.2.6. Проба на катионы шестой группы. К двум каплям задачи прибавить по каплям концентрированный раствор аммиака до сильного запаха. Если ранее появившийся осадок растворяется, то присутствуют катионы шестой группы. Все катионы шестой группы, кроме ионов кадмия, можно открыть дробным методом. Предварительно обратить внимание на окраску раствора и определить рН.

Если все предыдущие пробы дали отрицательный результат, считают, что присутствуют катионы первой группы. По очереди открывают катионы первой группы, применяя специфические реактивы.

4.2.7. Обнаружение аниона соли. Открыв катион соли и учитывая растворимость солей в воде, кислотах, не трудно определить, к какой группе может относиться анион. Неплохо воспользоваться групповыми реактивами для обнаружения первой и второй групп анионов. Обнаружение анионов, как правило, ведут дробным методом. По очереди открывают анионы данной группы, используя специфические реакции.

Анализ сухой соли начинают с подбора растворителя: взять для пробы минимальное количество сухой соли (1-2 кристаллика) и растворителя — около 10 капель. Добившись растворения, готовят раствор (примерно 10 %) и анализируют, как указано в 4.2.1. ¸ 4.2.7.

4.3. Систематический анализ смеси катионов

4.3.1. Предварительные испытания. Открытие Fe3+ ионов производят, как описано ранее (см. п.2.5.2). Открытие Fe2+ ионов производят, как описано ранее (см. п.2.5.1). Открытие NH4+ ионов производят, как описано ранее (см. п.2.1.2).

4.3.2. Систематический ход анализа (один из вариантов).

1. Осаждение Pb2+ и отделение его от остальных катионов в виде хлорида. К 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют 2-3 капли 6 н. раствора HCl. Выпавший осадок PbCl2 (осадок 1) отделяют от раствора 1 центрифугированием. Осадок 1 растворяют в кипящей воде и подтверждают в полученном растворе наличие ионов Pb2+ реакцией с KI и K2CrO4.

2. Определение катионов Сa2+ в растворе 1 микрокристаллоскопической реакцией. Одну каплю раствора 1 помещают на предметное стекло, прибавляют одну каплю 2 н. H2SO4 и слегка упаривают до появления сухой каемки. В присутствии ионов Сa2+ образуются характерные кристаллы гипса CaSO4×H2O.

3. Отделение катионов Сa2+ от катионов IV и V групп. К раствору 1 добавляют 3-4 капли 6 н. раствора H2SO4, выпавший белый осадок, содержащий CaSO4 и PbSO4, отделяют от раствора (раствор 2) центрифугированием.

4. Отделение катионов IV и V групп от катионов VI группы. К раствору 2 добавляют 6 н. раствор NaOH до щелочной реакции и затем его избыток. Выпавший осадок (осадок 2), содержащий Fe(OH)3, Mn(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, отделяют центрифугированием от раствора 3, содержащего [Al(OH)4]-, [Zn(OH)4]-, Сa2+ (частично), Na+, K+.

4а. Обнаружение ионов Al3+. К раствору 3 добавляют постепенно сухой NH4Cl при перемешивании до появления запаха NH3 и нагревают на водяной бане. Появление белого осадка Al(OH)3 указывает на наличие ионов Al3+. Отделяют центрифугированием раствор 3а от осадка, осадок Al(OH)3 растворяют в 2 н. СН3СООН и подтверждают наличие ионов Al3+ реакцией с ализарином.

4б. Обнаружение ионов Zn2+. К раствору 3а, оставшемуся после отделения Al(OH)3, добавляют 5-6 капель 2 н. HCl, сухой СН3СООNa до рН 4-5 (раствор 3б). Каплю этого раствора помещают на предметное стекло, добавляют каплю (NH4)2[Hg(SCN)4], слегка упаривают до появления сухой каемки и наблюдают под микроскопом характерные кристаллы Zn[Hg(SCN)4].

5. Разделение катионов V и VI групп. Анализ осадка 2. Осадок, содержащий Fe(OH)3, Mn(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, обрабатывают 5-6 каплями концентрированного раствора NH3×Н2О, перемешивают, центрифугируют, отделяют раствор 4, содержащий [Cu(NH3)4]2+, [Ni(NH3)4]2+, [Co(NH3)4]2+, от осадка 3 Fe(OH)3, Mn(OH)2.

5а. Анализ осадка 3. Растворяют осадок 3 в 2-3 каплях 2 н. СН3СООН и проводят обнаружение ионов Fe3+ и Mn2+.

5б. Обнаружение ионов Mn2+. К 1-2 каплям (не более) исследуемого раствора добавляют 3-4 капли HNO3 (1:3), сухой порошок PbO2, нагревают на водяной бане. В присутствии Mn2+ раствор окрашивается в фиолетово-малиновый цвет.

6. Анализ раствора 4 (V группа). Аммиакат меди – синий, никеля – сине-голубой, кобальта – желтый.

6а. Обнаружение Сu2+. К 3-5 каплям раствора 4 добавляют небольшой избыток 1 н. HCl до кислой реакции, металлическое железо (железный гвоздь) и через 5-10 мин наблюдают восстановление ионов Сu2+ до свободного металла – образуется красно-бурая губчатая масса на поверхности металлического железа. Подтвердить наличие ионов Сu2+можно, осаждая в уксуснокислой среде Cu2[Fe(CN)6] красно-коричневого цвета. Ионы Со2+ и Ni2+ дают с К4[Fe(CN)6] осадки зеленого цвета.

6б. Обнаружение Ni2+. К 2-3 каплям раствора 4 добавляют 1-2 капли диметилглиоксима. В присутствии Ni2+ образуется ярко-розовый осадок. Если в растворе 4 присутствуют ионы Сu2+, то к 2-3 каплям раствора добавляют 2-3 капли 1 н. H2SO4 до слабокислой реакции, Н2С2Н4О6 для связывания ионов Сu2+, водный раствор NH3 – до появления запаха и 1-2 капли диметилглиоксима.

6в. Обнаружение Со2+. К 2-3 каплям раствора 4 добавляют 2 н. СН3СООН до слабокислой реакции, сухую соль NH4SCN, несколько капель пентилового спирта. В присутствии ионов Со2+ пентилового спирта окрашивается в синий цвет вследствие образования [Со(CN)6]2-.

7. Обнаружение катионов Na+ и К+ (I группа). Для обнаружения ионов Na+ и К+ необходимо удалить все мешающие катионы. Для этого к одной части (3-4 капли) исследуемого раствора добавляют раствор К2СО3 до щелочной реакции, к другой части – раствор Na2СО3 . Мешающие катионы осаждаются в виде карбонатов или гидроксидов. После центрифугирования осадки отбрасывают, а в растворе 1 определяют ион Na+ микрокристаллоскопической реакцей с уранилацетатом, в растворе 2 – ион К+ микрокристаллоскопической реакцей с Na2Pb[Cu(NO2)6].

1. Как подготовить к анализу пробу твердого вещества, если оно представляет собой:

а) смесь солей; б) металл или его сплав; в) минерал?

2. Какие предварительные испытания проводят при анализе неизвестного вещества?

3. Какую информацию о веществе может дать визуальное наблюдение?

4. Какую информацию о веществе может дать нагревание в пламени горелки?

5. Какую информацию о веществе может дать исследование его растворимости в воде, кислотах, щелочах?

6. Какую информацию о веществе могут дать газообразные продукты разложения его кислотой?

7. Как характеризует вещество величина рН его водного раствора?

8. Какие катионы и анионы следует обнаруживать реакциями: а) осаждения; б) гидролиза; в) окисления-восстановления; г) комплексообразования?

9. Перечислите катионы и анионы, аквакомплексы которых окрашены в характерные цвета.

10. Какие ионы можно обнаружить органическими реактивами?

11. Как используют таблицу растворимости солей при анализе раствора неизвестного вещества?

1. , Мартыненко по качественному полумикроанализу: учебное пособие для вузов. – М.: Дрофа, 2007.

2. , , Кочергина химия. Лабораторный практикум / Под ред. . – М.: Дрофа, 2006.

3. Харитонов химия. В 2 кн. Кн.1. Общие теоретические основы. Качественный анализ. – М.: Высшая школа, 2001.

4. У. Кунце, Г. Шведт. Основы качественного и количественного анализа. — М.: 1997

5. Пискарева химия. – М.: Высш. шк., 1994.

6. Лурье по аналитической химии. – М.: Химия, 1989.

7. Гурвич анализ. – М.: Высш. шк., 1985.

8. Алексеев качественного химического полумикроанализа. – М.: Химия, 1973.

1. Качественный анализ неорганических веществ…………………..

1.1. Методы и условия проведения качественного химического анализа …………………………………………………………………….

1.2. Качественные аналитические реакции и аналитические признаки……………………………………………………………………..

1.3. Реактивы, применяемые в качественном анализе………………..

1.4. Аналитическая классификация ионов в качественном анализе…

2. Кислотно-основная аналитическая классификация катионов…..

2.1. Первая аналитическая группа катионов…………………………..

2.1.1. Реакции катиона лития….……….

2.1.2. Реакции катиона аммония ……………………………….

2.1.3. Реакции катиона натрия……………………………….……..

2.1.4. Реакции катиона калия……………………………………….

2.2. Вторая аналитическая группа катионов. ………………………..

2.2.1. Реакции катиона серебра.

2.2.2. Реакции катиона диртути 2+…………………………………

2.2.3. Реакции катиона свинца (II)…………………………….

2.3. Третья аналитическая группа катионов….………………….

2.3.1. Реакции катиона бария………………………………………

2.3.2. Реакции катиона кальция……………………………………

2.3.3. Реакции катиона стронция…………………………………..

2.4. Четвёртая аналитическая группа катионов. ……………………

2.4.1. Реакции катиона алюминия…………………………………

2.4.2. Реакции катиона хрома(III)……..……………………….

2.4.3. Реакции катиона цинка………………………………………

2.4.4. Реакции катионов олова (II) и (IV)…………………………

2.5. Пятая аналитическая группа катионов…….

2.5.1. Реакции катиона железа (II)………………………….

2.5.2. Реакции катиона железа (III)…………………………….

2.5.3. Реакции катиона марганца (II)………………………………

2.5.4. Реакции катиона магния……………………………………..

2.5.5. Реакции катиона висмута (III)……………………………….

2.5.6. Реакции катиона сурьмы (III)………………………………..

2.5.7. Реакции катиона сурьмы (V)…………………………….

2.6. Шестая аналитическая группа катионов…………………………

2.6.1. Реакции катиона меди (II)……………………………….

2.6.2. Реакции катиона никеля (II)……. ………………………….

2.6.3. Реакции катиона кобальта (II)……………………………….

2.6.4. Реакции катиона кадмия…………………………………….

2.6.5. Реакции катиона ртути (II)…………………………………..