Курсовая работа: Качественное и количественное определение ионов хрома (III)
Кислотно - основная классификация катионов
Данная классификация катионов по группам основана на использовании в качестве групповых реагентов водных растворов кислот и оснований — хлороводородной кислоты НС1, серной кислоты Н2 SО4 , гидроксидов натрия NаОН или калия КОН (в присутствии пероксида водорода Н2 О2 ) и аммиака NН3 . Эта классификация менее совершенна, чем сероводородная, и разработана менее детально, однако при ее использовании не требуется получение и применение токсичного сероводорода.
Катионы, открываемые в рамках кислотно-основной классификации, подразделяют на шесть аналитических групп.
| Группа | Катионы | Название группы | Групповой реагент | Характеристика группы |
| I | Ag+ , Hg2 2+ , Pb2+ | Хлоридная | HCl | Образование малорастворимых хлоридов |
| II | Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ | Сульфатная | Н2 SО4 | Образование малорастворимых в воде сульфатов |
| III |
Al3+ , Cr3+ Zn2+ , Sn2+ , Sn4+ , As3+ , As5+ | Амфолитная | NаОН | Образование растворимых солей |
| IV | Mn2+ , Fe2+ , Fe3+ , Mg2+ , Bi3+ , Sb3+ , Sb5+ , | Гидроксидная | NаОН | Образование малорастворимых гидроксидов |
| V | Cu2+ , Cd2+ , Hg2+ , Co2+ , Ni2+ | Аммиакатная | NH4 OH | Образование растворимых комплексов - аммиакатов |
| VI | Na+ , K+ , NH4 + | Растворимая | Нет | Соединения растворимы в воде |
К первой аналитической группе относят катионы серебра, ртути(I) и свинца. Групповым реагентом на катионы первой аналитической группы является водный раствор хлороводородной кислоты (обычно с концентрацией 2 моль/л НС1). Групповой реагент осаждает из водных растворов катионы второй аналитической группы в виде осадков малорастворимых в воде хлоридов серебра АgС1, ртути(I) Нg2 С12 и свинца РЬ2 С12 . Произведения растворимости этих трех хлоридов при комнатной температуре равны соответственно 1,78∙1010 , 1,3∙10-18 и 1,6∙10-5 . Как видно из этих данных, произведение растворимости хлорида свинца не очень мало, т. е. хлорид свинца заметно растворим в воде, особенно — при нагревании. Растворимость хлорида свинца в воде составляет (г/100 г воды): 0,99 при 25 °С и 2,62 при 80 °С. При действии группового реагента катионы свинца осаждаются из водного раствора неполностью — частично они остаются в растворе.
Ко второй аналитической группе относят катионы кальция, стронция и бария. Групповым реагентом на катионы второй группы является водный раствор серной кислоты (обычно с концентрацией 1 моль/л Н2 SО4 ). При действии группового реагента катионы второй аналитической группы осаждаются в виде малорастворимых в воде сульфатов кальция СаSО4 , стронция SrSО4 и бария ВаSО4 .Произведение растворимости сульфата кальция не слишком мало; при действии группового реагента катионы кальция неполностью осаждаются из водного раствора в форме осадка сульфата кальция — часть ионов Са2+ остается в растворе. Для более полного осаждения катионов кальция в форме сульфата кальция при действии группового реагента к анализируемому раствору прибавляют этанол, в присутствии которого растворимость сульфата кальция уменьшается.
Сульфаты кальция, стронция и бария практически нерастворимы в разбавленных кислотах, щелочах. Сульфат бария заметно растворяется в концентрированной серной кислоте с образованием кислой соли Ва(НSО4 )2 . Сульфат кальция растворим в водном растворе сульфата аммония (NH4 )2 SО4 с образованием комплекса (NH4 )2 [Ca(SO4 )2 ], сульфаты стронция и бария — не растворяются.
Третья аналитическая группа включает катионы алюминия, хрома, цинка, мышьяка и олова. Групповым реагентом является водный раствор гидроксида натрия NaОН (или калия КОН) в присутствии пероксида водорода Н2 О2 (обычно — избыток 2 моль/л раствора NаОН в присутствии Н2 02 ); иногда — без пероксида водорода. При действии группового реагента катионы третьей аналитической группы осаждаются из водного раствора в виде амфотерных гидроксидов, растворимых в избытке щелочи с образованием гидроксокомплексов.
В присутствии пероксида водорода катионы Cr3+ , Аs3+ и Sn2+ окисляются соответственно до хроматинов СrО4 2- , арсенат-ионов АзО4 3- и гексагидроксостаннат(IV)-ионов [Sn(ОН)6 ]2- .
Осадки гидроксидов катионов третьей аналитической группы не растворяются в водном аммиаке, за исключением гидроксида цинка Zn(ОН)2 , который растворяется в водном растворе аммиака с образованием аммиачного комплекса [Zn(NН3 )4 ]2+ .
К четвёртой аналитической группе относятся катионы магния, марганца, железа, сурьмы, висмута(III). Групповым реагентом является водный раствор щелочи (обычно 2 моль/л раствор NaОН) или 25%-й водный раствор аммиака. При действии группового реагента катионы четвёртой аналитической группы осаждаются из водного раствора в виде гидроксидов. Гидроксиды катионов четвёртой аналитической группы не растворяются в избытке группового реагента, в отличие от катионов третьей аналитической группы.
На воздухе гидроксиды марганца(II) и железа(III) постепенно окисляются кислородом.
При действии группового реагента в присутствии пероксида водорода происходит окисление железа(II) до железа(III), марганца(II) — до марганца(IV), сурьмы(III) — до сурьмы(V).
К пятой аналитической группе относятся катионы меди(II), кадмия, ртути(II), кобальта(II) и никеля(II). Групповым реагентом является 25%-й водный раствор аммиака. При действии группового реагента на водные растворы, содержащие катионы пятой аналитической группы, вначале выделяются осадки различного состава, которые затем растворяются в избытке группового реагента (осадки соединений кобальта и ртути растворяются в избытке водного аммиака только в присутствии катионов аммония NH4 + ).
Катионы Сu2+ , Со2+ и Ni2+ осаждаются из растворов их хлоридов в виде основных хлоридов СuОНСl, СоОНСlNiOНСl, катионы кадмия — в форме гидроксида Сd(ОН)2 . Осадки основных солей меди(II), никеля(II) и гидроксида кадмия растворяются в избытке группового реагента с образованием соответствующих аммиачных комплексов.
Осадки, выпавшие из растворов солей кобальта(II) и ртути(II) при действии группового реагента, растворяются в избытке аммиака в присутствии солей аммония с образованием аммиачных комплексов. Аммиачный комплекс кобальта(II) грязно-жёлтого цвета на воздухе окисляется до аммиачного комплекса кобальта(III) вишнёво-красного цвета.
К шестой аналитической группе относят катионы натрия, калия и аммония. Групповой реагент отсутствует.
1.2.2 Классификация анионов
Аналитические классификации анионов основаны на их окислительно-восстановительных свойствах, способности образовывать с катионами малорастворимые соединения, а также на реакциях взаимодействия некоторых с кислотами, сопровождающихся выделением газообразных продуктов. В отличие от катионов, единой общепринятой классификации анионов, учитывающей все эти свойства, не существует.
Классификация анионов, основанная на реакциях осаждения
| Группа | Анионы | Групповой признак | Групповой реагент |
| I | SO4 2- , SO3 2- , S2 O3 2- , CO3 2- , C2 O4 2- , PO4 3- , SiO3 2- , Cr2 O7 2- , CrO4 2- , F- , B2 O7 2- , AsO3 3- , AsO4 3- | Соли бария и серебра не растворимы в воде, но растворимы в HCl и HNO3 (за исключением BaSO4 ) | BaCl2 в нейтральной или слабощелочной среде |
| II | S2- , Cl- , Br- , I- , SCN- , CN- , IO3 - , BrO3 - | Соли бария растворимы, а соли серебра не растворяются в воде и разбавленной HNO3 (кроме BrO3 - ) | AgNO3 в азотнокислой среде |
| III | NO3 - , NO2 - , CH3 COO- , MnO4 - | Соли бария и серебра растворимы в воде | Отсутствует |
Классификация анионов, основанная на их окислительно-восстановительных свойствах
| Группа | Анионы | Групповой признак | Групповой реагент |
| I | NO2 - ,Cr2 O7 2- ,AsO4 3- , BrO3 - | Окислители: выделение свободного йода | KI + H2 SO4 |
| NO3 - , Cr2 O7 2- ,NO2 - ,MnO4 - | Окислители: выделение MnCl6 2- бурого цвета | MnCl2 + HCl(к) | |
| II | SO3 2- , S2- , S2 O3 2- , NO2 - , C2 O4 2- , Cl- , Br- , I- , SCN- , CN- , AsO3 3- | Восстановители: обесцвечивание раствора перманганата калия с образованием Mn2+ | KMnO4 + H2 SO4 |
| SO3 2- , S2- , S2 O3 2- , AsO3 3- | Восстановители: восстановление I2 до I2- , исчезновение синей окраски иодкрахмального комплекса | I2 в KI, подкислён. H2 SO4 | |
| III | SO4 2- , CO3 2- , PO4 3- , SiO3 2- , B2 O7 2- , CH3 COO- | Индифферентные | Отсутствует |
Глава 2. Качественный анализ
2.1 Обнаружение катионов
Анализ смеси, состоящей из трёх неизвестных катионов, начали с проведения предварительных испытаний .
Изучили внешний вид исследуемой смеси. Она состояла из тёмно-зелёных, бесцветных и белых кристаллов. Тёмно-зелёные кристаллы указывают на возможное присутствие катионов хрома. Отсутствие розовых, синих и буро-жёлтых кристаллов говорит об отсутствии соответственно ионов Co2+ , Cu2+ и Fe3+ .
Измельчили смесь в фарфоровой ступке. Приготовили водную вытяжку: для этого часть исследуемой смеси растворили в воде при нагревании и тщательном перемешивании. При этом небольшое количество вещества осталось в осадке, что свидетельствует о наличии малорастворимого соединения. Также отсутствие в водной вытяжке студенистого осадка указывает на отсутствие в смеси легко гидролизующихся солей Sb3+ и Bi3+ .
Провели дробный анализ . Проверили наличие ионов Cr3+ : для этого к исследуемому раствору добавили 2М раствор NaOH и 3% Н2 О2 и нагрели. Изменение зелёной окраски раствора (цвет аквакомплексов [Cr(H2 O)6 ]3+ ) на жёлтую (цвет хромат-ионов CrO4 2- ) говорит о присутствии в исследуемой смеси ионов Cr3+ .
2[Cr(H2 O)6 ]3+ + 3Н2 О2 = 2CrO4 2- + 6SO4 2- + 14H+
Проверили наличие ионов Fe2+ : к исследуемому раствору прилили раствор красной кровяной соли K3 [Fe(CN)6 ]. Синий осадок не выпал, значит, отсутствуют ионы Fe2+ .
Проверили наличие ионов Ni2+ : к анализируемому раствору прилили NH4 OH (без избытка), амиловый спирт и диметилглиоксим (реактив Чугаева). Отсутствие малиновой окраски в слое органического растворителя говорит об отсутствии ионов Ni2+ .
Проверили содержание в исследуемом растворе ионов аммония NH4 + : к раствору прилили избыток щёлочи для растворения выпавших гидроокисей тяжёлых металлов и добавили избыток реактива Несслера (смесь раствора тетраиодомеркурата(II) калия K2 [HgI4 ] с 2н КОН). Образовался красно-бурый осадок иодида меркураммония: