Уравнение реакций на катионы и анионы

Качественные реакции на катионы и анионы

Здесь приведена достаточно полная информация о качественных реакциях на неорганические вещества, которая поможет обучающимся и студентам при выполнении исследователских работ, а также практических работ по аналитической химии.

Просмотр содержимого документа
«Качественные реакции на катионы и анионы»

Характерные реакции на ионы
КАТИОНЫ

Реактив, уравнение реакции, признаки присутствия данного катиона, открываемый минимум (чувствительность реакции)

В нейтральной или уксуснокислой среде:

1) Кобальтинитрит натрия Na₃[Co(NO₂)₆] образует желтый кристаллический осадок:

Микрокристаллоскопическая реакция с Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] – образуются черные кристаллы кубической формы (открываемый минимум — 0,15 мг К + ; предельное разбавление 1:7,5 . 10 4 ).

2) Окрашивает пламя в фиолетовый цвет.

1) Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈ – образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок, имеющий форму тетраэдров или октаэдров; открываемый минимум — 12,5 мг Na + ; предельное разбавление 1:5 . 10 3

2) Окрашивание пламени – желтое

1) При действии щелочей при нагревании выделяется аммиак, который обнаруживают по характерному запаху, по посинению влажной лакмусовой бумаги или по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли ртути (I).

2) Реактив Несслера K₂[HgI₄] в щелочной среде образует оранжево-коричневый осадок;

1) Магнезон–I (или Магнезон–II) в отсутствие NH₄ + дают синее окрашивание;

2) Оксихинолин (при рН = 10 – 12) дает зеленовато-желтый кристаллический осадок (чувствительность реакции — 0,1 мг иона магния)

3) Карбонаты щелочных металлов дают белый осадок карбоната магния, легко растворимый в кислотах: Mg 2+ + CO₃ 2- → MgCO₃

1) Окрашивает пламя в кирпично-красный цвет.

2) Щавелевокислый аммоний (оксалат аммония) в уксуснокислом растворе образует белый кристаллический осадок (в отсутствие Ва 2+ и Sr 2

3) Микрокристаллоскопическая реакция с H₂SO₄: характерная форма кристаллов в виде длинных игл или пластинок (чувствительность — 0,1 мг Са 2+ )

1) В уксуснокислой среде хромат калия К₂СrО₄ или К₂Cr₂O₇ + CH₃COONa дают ярко-желтый осадок хромата бария.

2) Серная кислота и ее соли образуют белый кристаллический осадок сульфата бария, нерастворимого в кислотах и щелочах:

Гипсовая вода (насыщенный раствор СаSO₄) с Ва 2+ на холоде вызывает медленное образование осадка (тогда как для ее взаимодействия с ионами Sr 2+ требуется нагревание).

3) Окрашивает пламя в желто-зеленый цвет.

1) Гидроксиды щелочных металлов образуют белый студенистый осадок Al(OH)₃, растворимый в кислотах с образованием соли соответствующей кислоты; он также растворим в растворах щелочей с образованием комплексных ионов [Al(OH)₄] — :

(Гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства)

В отличие от гидроксида цинка, Al(OH)₃ не растворяется в NH₄OH.

2) Прокаливание гидроксида алюминия с солью кобальта дает синее окрашивание («тенарову синь»- Со(AlO₂)₂).

3) Оксихинолин дает желтый осадок; Ализарин красный S, Хинализарин или Алюминон — красные осадки.

1) Окислители (например, перманганат калия, пероксид водорода, бромная вода) превращают зеленые или фиолетовые соединения хрома (III) в соединения хрома (VI)- хроматы СrO₄ 2 — (желтого цвета) в щелочной среде или дихроматы Cr₂O₇ 2- (оранжевого цвета) в кислой среде.

2) Гидроксиды щелочных металлов образуют серо-голубой осадок Сr(OH)₃, проявляющий амфотерные свойства — растворяется в растворах кислот и в избытке щелочей и NH₄OH.

1) Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль) образует темно-синий осадок берлинской лазури;

2) Гидроксиды щелочных металлов и NH₄OH образуют гидроксид железа (III) красно-бурого цвета, растворимый в кислотах и нерастворимый в избытке щелочей (отличие от гидроксидов алюминия и хрома).

3) Роданид калия или аммония вызывает кроваво-красное окрашивание раствора

1) Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль) образует темно-синий осадок турнбуллевой сини;

Недавно было установлено, что берлинская лазурь и турнбуллева синь – это одно и то же вещество, т.к. комплексы, образующиеся в данных реакциях находятся между собой в равновесии:

KFe III [Fe II (CN)₆] ↔ KFe II [Fe III (CN)₆]

1) Гидроксиды щелочных металлов образуют белый амфотерный осадок Zn(OH)₂, который растворим в NH₄OH c образованием комплексных соединений:

При прокаливании гидроксида цинка с соединениями кобальта образуется окрашенная в зеленый цвет масса – «риманова зелень», представляющая собой цинкат кобальта СоZnO₂.

2) H₂S при рН = 2,2 дает белый осадок ZnS

1) Гидроксид натрия образует бледно-зеленый студенистый осадок Ni(OH)₂; . Осадок растворим в кислотах и в NH₄OH и нерастворим в избытке щелочи.

2) Сероводород не осаждает NiS из сильнокислых растворов; черный осадок сульфида никеля образуется только при рН 4 – 5.

3) Диметилглиоксим (реактив Чугаева) образует красно-фиолетовый осадок;

1) Соляная кислота дает белый творожистый осадок, растворимый в аммиаке, при подкислении HNO₃ аммиачного раствора снова выпадает белый осадок;

2) Сероводород осаждает черный сульфид серебра;

1) Растворы солей Сu 2+ окрашены в голубой цвет; Cu 2+ окрашивает пламя в зеленый цвет.

2) Сероводород образует черный осадок сульфида меди CuS; Осадок нерастворим в соляной и серной кислотах, но растворяется в горячей концентрированной НNO_3.

3) Гидроксиды щелочных металлов осаждают голубой осадок Сu(OH)₂, который при нагревании дегидратируется и превращается в черный осадок оксида меди CuO:

Гидроксид меди растворяется в концентрированных растворах аммиака, образуя аммиакат меди интенсивно синего цвета (реактив Швейцера; растворяет целлюлозу):

Реактив, уравнение реакции, признаки присутствия данного аниона, открываемый минимум (чувствительность реакции)

1) AgNO₃ не образует осадка, т.к. фторид серебра растворим в воде (в отличие от других галогенидов серебра).

2) Хлорид кальция дает белый осадок фторида кальция.

1) В азотнокислой среде AgNO₃ дает белый осадок, растворимый в NH₄OH. Открываемый минимум — 1 мг Cl — , предельное разбавление 1:10 5 .

1) В азотнокислой среде AgNO₃ образует светло-желтый осадок. Чувствительность реакции — 20 мг Br — , предельное разбавление 1:2 . 10 5 .

2) Хлорная вода окисляет бромид-анион до свободного брома, который окрашивает органический растворитель в соломенно-желтый цвет. Фуксин, обесцвеченный гидросульфитом, окрашивается свободным бромом в синий цвет. Чувствительность реакции 50 мг Br — .

1) Нитрат серебра образует темно-желтый осадок AgI, нерастворимый в растворах HNO₃, и NH₄OH (в отличие от хлоридов и бромидов серебра, растворимых в аммиаке).

2) Хлорная вода окисляет йодид-анион до йода: 2I — + Cl₂ → I₂ + 2Cl —

3) Открываемый минимум — 40 мг I — ; предельное разбавление 1:2,5 . 10 4 Выделившийся йод можно открыть с помощью крахмала, который окрашивается йодом в синий цвет, или, взбалтывая раствор с органическим растворителем, который приобретает красновато-фиолетовую окраску. При прибавлении избытка хлорной воды окраска исчезает, т.к. свободный йод окисляется до бесцветной йодноватой кислоты:

Другие окислители (перманганат калия, дихромат калия и др.) в кислом растворе также окисляют йодид-анион до йода:

1) Хлористоводородная и др. кислоты при взаимодействии с сульфидами выделяют сероводород, который имеет запах тухлых яиц:

2) Сульфид-анион с катионами многих тяжелых металлов образует разноцветные осадки: ZnS (белый), CdS (желтый), CuS, PbS, NiS (черный), HgS (красный) и др.

3) Нитропруссид натрия в щелочном растворе дает красно-фиолетовое окрашивание.

1) Йодная вода или раствор перманганата калия обесцвечивается.

2) Разбавленные минеральные кислоты выделяют сернистый газ SO₂, который обесцвечивает раствор KMnO₄ или йода.

1) Хлорид бария дает белый осадок, нерастворимый в HNO₃:

1) Минеральные кислоты разлагают карбонаты (и гидрокарбонаты) с образованием углекислого газа СO₂, который с известковой водой образует белый осадок:

1) Минеральные кислоты выделяют гель кремниевой кислоты

1) При растирании в ступке уксуснокислой соли с гидросульфатом калия появляется характерный запах уксусной кислоты (сильная кислота вытесняет из соли слабую):

2) Хлорид железа (III) дает на холоде интенсивно-красное окрашивание (вследствие гидролиза до основной соли), при нагревании бурый осадок (образуется конечный продукт гидролиза — гидроксид железа (III)).

3) Этиловый спирт (в присутствии концентрированной Н₂SO₄) образует сложной эфир, имеющий специфический фруктовый запах.

4.1.4. Качественные реакции на неорганические вещества и ионы.

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 + H₂O

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:

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 (СО₂):

а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl

Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:

Качественные реакции на катионы

Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах:

1) Выпадение осадка голубого цвета:

2) Выпадение осадка черного цвета:

Выпадение осадка черного цвета:

Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO₃, но растворимого в аммиаке NH₃·H₂O:

2) Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K₃[Fe(CN)₆]

1) Выпадение белого осадка, зеленеющего на воздухе:

2) Выпадение синего осадка (турнбулева синь):

2) Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K₄[Fe(CN)₆]

3) Роданид-ион SCN −

1) Выпадение осадка бурого цвета:

2) Выпадение синего осадка (берлинская лазурь):

3) Появление интенсивно-красного (кроваво-красного) окрашивания:

Fe 3+ + 3SCN − = Fe(SCN)₃

Выпадение белого осадка гидроксида алюминия при приливании небольшого количества щелочи:

и его растворение при дальнейшем приливании:

Выделение газа с резким запахом:

Посинение влажной лакмусовой бумажки

Качественные реакции на анионы

Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах:

1) Образование раствора синего цвета, содержащего ионы Cu 2+ , выделение газа бурого цвета (NO₂)

2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H₂O)₅NO] 2+ . Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца»)

Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде:

Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl:

Выпадение черного осадка:

1) Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах:

2) Выделение бесцветного газа («вскипание»), вызывающее помутнение известковой воды:

Выпадение белого осадка и его растворение при дальнейшем пропускании CO₂:

Выделение газа SO₂ с характерным резким запахом (SO₂):

Выпадение белого осадка:

Выпадение белого творожистого осадка, не растворимого в HNO₃, но растворимого в NH₃·H₂O_(конц.):

Качественные реакции

О чем эта статья:

Что такое качественная реакция

Предположим, у нас есть две пробирки — с водой и с гидроксидом натрия (каустической содой). Можно ли отличить один раствор от другого? Можно, если подобрать правильный реагент, с которым один раствор будет реагировать, а другой нет, или на который эти вещества будут реагировать по-разному.

Для таких целей подойдут не все реагенты. Например, если смешать гидроксид натрия с соляной кислотой, реакция произойдет: NaOH + HCl = NaCl + H₂O. Но внешне она никак не проявится — два прозрачных раствора образуют такой же прозрачный третий. Такой реагент не подходит.

Если же смешать гидроксид натрия с хлоридом магния, результат химической реакции будет заметен невооруженным глазом. Характерным признаком станет образование белого осадка: 2NaOH + MgCl₂ = Mg(OH)₂ + 2NaCl. При смешивании хлорида магния с водой белый осадок не образуется. Значит, этот реагент позволяет отличить один раствор от другого.

Качественными называются реакции, позволяющие идентифицировать в исследуемом объекте определенные атомы, молекулы, функциональные группы и т. д. Идентификация происходит по внешним проявлениям, которые сопровождают реакцию: выделение газа, изменение цвета раствора, образование осадка, появление специфического запаха и др.

Качественные реакции — это простой и быстрый способ узнать качественный состав раствора или другого сложного вещества.

Качественный анализ

Определение состава того или иного вещества с помощью качественной реакции называют качественным анализом. В химии он часто используется перед количественным анализом, а также для того, чтобы понять, как можно разделить смесь.

Исследуемые объекты могут представлять собой твердые, жидкие или газообразные вещества, и в зависимости от этого качественный анализ проводится разными методами:

сухим способом — например, если внести пробу вещества в пламя горелки и отследить, как изменился цвет пламени;

мокрым способом — путем преобразования вещества в раствор.

Русский химик Ф. М. Флавицкий также предложил сухой метод растирания твердого исследуемого объекта с реактивом. Если реакция будет качественной, появятся характерные признаки: изменение цвета смеси, выделение газа и т. д.

Правила растворимости химических соединений

Сухим способом обычно проводят анализ в полевых условиях, а в лабораториях чаще использую растворы. Поэтому для изучения качественных реакций в химии (неорганической и органической) желательно знать правила растворимости сложных веществ. Наизусть учить, конечно, их не стоит — можно воспользоваться таблицей растворимости, которая приведена ниже.

Растворимы:

абсолютно все нитраты;

большинство солей аммония, натрия, калия (но есть исключения, например — гексанитритокобальтат (III) калия K₃[Co(NO₂)₆]);

соли йодидной, хлороводородной и бромоводородной кислоты (но галогениды свинца (II), ртути (I) и серебра обладают умеренной растворимостью);

почти все сульфаты, кроме BaSO₄, SrSO₄, PbSO₄ (при этом CaSO₄ и Ag₂SO₄ умеренно растворимы).

Нерастворимы:

любые сульфиды, кроме сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов, а также (NH₄)₂S;

любые гидроксиды, кроме гидроксидов щелочных металлов (умеренной растворимостью отличаются Sr(OH)₂, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂);

Качественные реакции органических веществ

В органической химии качественные реакции позволяют за считанные минуты определить класс соединения — узнать, относится ли исследуемый объект к спиртам, углеводам, альдегидам и т. д. По внешним эффектам судят о присутствии функциональных групп органических соединений в смеси или в растворе.

Белковые соединения при горении издают запах жженой шерсти. При добавлении концентрированной азотной кислоты они окрашивают раствор в ярко-желтый цвет, также характерно образование желтого осадка (ксантопротеиновая реакция). А если соединить в растворе белки со свежеосажденным гидроксидом меди (II), получится сине-фиолетовая смесь.

Глюкоза благодаря содержанию альдегидной группы в реакции с аммиачным раствором оксида серебра образует на стенках пробирки «серебряное зеркало». Вместе со свежеосажденным гидроксидом меди (II) она окрашивает раствор в синий цвет, а если данный раствор нагреть — происходит образование красно-оранжевого осадка.

СН₂ОН — (СНОН)₄ — СОН + Ag₂O = СН₂ОН — (СНОН)₄ — СООН + 2Ag↓ — реакция «серебряного зеркала».

HOСН₂ — (СНOH)₄ — СН = O + 2Cu(OH)₂ ⇒ HOСН₂ — (СНOH)₄ — СOOH + Cu₂O + 2H₂O — реакция глюкозы с гидроксидом меди (II).

Фенол с бромной водой образует белый осадок. Также он вступает в качественную реакцию с раствором соли трехвалентного железа — окрашивает его в фиолетовый цвет.

Углеводы с содержанием крахмала можно узнать по синему цвету раствора при добавлении йода. После нагревания такой раствор теряет цвет, но при охлаждении снова становится синим. Фруктозу можно идентифицировать по реакции с резорцином в растворе c соляной кислотой — смесь приобретает вишневый цвет (проба Селиванова).

Все качественные реакции с органическими соединениями в рамках статьи описать невозможно, но в таблице ниже указаны самые важные из них.