Аналитические реакции анионов I группы

9.1.1 Аналитические реакции аниона сульфата SO₄²⁻

Сульфат-анион является анионом сильной двухосновной кислоты H₂SO₄ (pK = 1,94). В водных растворах данный анион бесцветен, практически не подвергается гидролизу, обладает окислительными свойствами, которые в разбавленных растворах не проявляется.

1.Реакция с катионами бария Ba²⁺. Анионы сульфата при взаимодействии с катионами Ba²⁺ образует белый мелкокристаллический осадок BaSO₄:

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓. (9.1)

белый ос.

Осадок не растворяется в минеральных кислотах, за исключением концентрированной серной кислоты:

BaSO₄↓ + H₂SO₄ → Ba(HSO₄)₂. (9.2)

Если в растворе присутствует перманганат калия KMnO₄, то осадок сульфата бария окрашивается в фиолетово-красный цвет за счет адсорбции анионов MnO₄⁻ на осадке.

2.Реакция с катионами свинца Pb²⁺. Сульфат-ион образует с катионами свинца белый кристаллический осадок PbSO₄:

Pb²⁺ + SO₄²⁻ → PbSO₄↓. (9.3)

белый ос.

Осадок частично растворяется в минеральных кислотах; щелочах и в водных растворах ацетатов (CH₃COONH₄ или CH₃COONa) с образованием комплексных соединений. Растворение осадка в щелочах:

PbSO₄↓ + 4 NaOH → Na₂[Pb(OH)₄] + Na₂SO₄. (9.4)

3.Реакция с карбонатом бария.

К исследуемому раствору (рН 7) добавляют несколько капель суспензии BaCO₃. Смесь выпаривают на водяной бане, сухой остаток обрабатывают раствором фенолфталеина. Если в растворе присутствовали ионы SO₄²⁻, то фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет вследствие протекания реакций:

BaCO₃↓ + SO₄²⁻ ↔ BaSO₄↓ + CO₃²⁻;

CO₃²⁻ + H₂O ↔ HCO₃⁻ + OH⁻;

HCO₃⁻ + + H₂O ↔ H₂CO₃ + OH⁻. (9.5)

9.1.2 Аналитические реакции аниона сульфита SO₃²⁻

Сульфит- (SO₃²⁻) и гидросульфит (HSO₃⁻) -ионы являются анионами двухосновной нестойкой в водных растворах сернистой кислоты (рК₁ = 1,85; рК₂ = 7,2). В водных растворах анионы сульфита не окрашены, подвергаются гидролизу, являются сильными восстановителями. Средние сульфиты натрия и калия хорошо растворимы, сульфиты других металлов малорастворимые.

1.Сульфит-ионы при взаимодействии с катионами бария образуют белый кристаллический осадок BaSO₃:

Ba²⁺ + SO₃²⁻ → BaSO₃↓. (9.6)

белый ос.

Осадок растворяется в разбавленных кислотах: HCl и HNO₃ c выделением оксида серы (IV):

BaSO₃↓ + 2 HCl → SO₂↑ + BaCl₂ + H₂O. (9.7)

2.Реакция разложения сульфитов сильными кислотами. Все сульфиты разлагаются под действием сильных кислот с выделением газообразного оксида серы (IV):

SO₃²⁻ + 2 Н⁺ → SO₂↑ + H₂O. (9.8)

Выделяющийся газ (SO₂) обнаруживают по характерному запаху и по обесцвечиванию водного раствора йода или перманганата калия:

SO₂ + I₂ + 2 H₂O → H₂SO₄ + 2 HI; (9.9)

5 SO₂ + 2 KMnO₄ + 2 H₂O → K₂SO₄ + 2 MnSO₄ + 2 H₂SO₄. (9.10)

3.Реакция с нитратом серебра. Анионы сульфита образуют с раствором нитрата серебра AgNO₃ белый осадок сульфита серебра Ag₂SO₃, растворимый в избытке реактива:

2 Ag⁺ + SO₃²⁻ → Ag₂SO₃↓; (9.11)

белый ос.

Ag₂SO₃↓ + 3 SO₃²⁻ → 2 [Ag(SO₃)₂]³⁻. (9.12)

При кипячении смеси белый осадок Ag₂SO₃ темнеет вследствие образования оксида серебра:

tº

Ag₂SO₃↓ —→ Ag₂O + SO₂↑. (9.13)

коричн.ос.

4.Реакция с перманганатом калия. Анион сульфита при взаимодействии с раствором перманганата калия KMnO₄ в кислой среде окисляется до аниона сульфата:

5 SO₃²⁻ + 2 MnO₄⁻ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 SO₄²⁻ + 3 H₂O. (9.14)

При этом фиолетовый раствор перманганата калия обесцвечивается.

В нейтральной среде сульфит-ион окисляется перманганатом калия до аниона сульфата, но при этом выпадает коричневый осадок MnO(OH)₂:

3 SO₃²⁻ + 2 MnO₄⁻ + 3 H₂O → 2 MnO(OH)₂↓ + 3 SO₄²⁻ + OH⁻. (9.15)

коричнев. ос.

5.Реакция с раствором йода. Анионы сульфита в нейтральных или слабокислых растворах окисляются йодом до анионов сульфата. Желтый раствор йода при этом обесцвечивается:

SO₃²⁻ + I₂ + H₂O → SO₄²⁻ + 2 I⁻ + 2 H⁺. (9.16)

Аналогично протекает реакция взаимодействия аниона сульфита с бромной водой (происходит обесцвечивание бромной воды).

9.1.3 Аналитические реакции аниона карбоната СO₃²⁻

Карбонаты являются солями нестабильной угольной кислоты Н₂СО₃ (рК₁ = 6,35; рК₂ = 10,32). Угольная кислота в водных растворах неустойчива и разлагается с выделением углекислого газа. Угольная кислота образует два ряда солей: средние (карбонаты) и кислые (гидрокарбонаты). Анионы карбоната в водных растворах не имеют цвета, не обладают окислительно-восстановительными свойствами, подвергаются гидролизу.

1.Реакция с хлоридом бария BaCl₂. Анион карбоната при взаимодействии с катионами Ba²⁺ образует белый мелкокристаллический осадок ВаСО₃:

Ba²⁺ + CO₃²⁻ → BaCO₃↓. (9.17)

белый ос.

Осадок растворяется в кислотах: HCl, HNO₃, CH₃COOH.

2.Реакция с минеральными кислотами. Анионы карбоната при взаимодействии с сильными кислотами образуют нестойкую угольную кислоту, разлагающуюся с выделением углекислого газа. Выделение пузырьков газа – аналитический признак данной реакции:

CO₃²⁻ + 2 H₃O⁺ → H₂CO₃ + 2 H⁺; H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O. (9.18)

3.Другие реакции аниона карбоната. Данные анионы при взаимодействии с хлоридом железа (III) образуют бурый осадок основного карбоната железа FeOHCO₃; с нитратом серебра – желтый осадок карбоната серебра Ag₂CO₃, растворимый в азотной кислоте и разлагающийся при нагревании:

tº

Ag₂CO₃↓ → Ag₂O↓ + CO₂↑. (9.19)

черный ос.

9.1.4 Аналитические реакции аниона фосфата PO₄³⁻

Анион фосфата PO₄³⁻ - анион ортофосфорной кислоты, которая при диссоциации по первой ступени является кислотой средней силы (рК₁ = 2,15), при диссоциации по второй и третьей ступеням – слабой кислотой (рК₂ = 7,21; рК₃ = 12,3). Анионы ортофосфорной кислоты в растворе бесцветны, подвергаются гидролизу, не проявляют окислительно-восстановительных свойств. Ортофосфаты аммония и щелочных металлов растворимы в воде, ортофосфаты других металлов, как правило, малорастворимые.

1.Реакция с хлоридом бария. Анион PO₄³⁻ образует при взаимодействии с катионами Ва²⁺ осадок белого цвета:

2 PO₄³⁻ + 3 Ва²⁺ → Ba₃(PO₄)₂↓. (9.20)

белый ос.

Осадок растворяется в кислотах: HCl, HNO₃, CH₃COOH.

2.Реакция с нитратом серебра. Анионы фосфата и гидрофосфата образуют с катионами серебра в нейтральной среде желтый осадок фосфата серебра:

PO₄³⁻ + 3 Ag⁺ → Ag₃PO₄↓; (9.21)

желтый ос.

HPO₄²⁻ + 3 Ag⁺ → Ag₃PO₄↓ + H⁺. (9.22)

желтый ос.

Осадок фосфата серебра растворяется в азотной кислоте и избытке раствора аммиака.

3.Реакция с магнезиальной смесью (MgCl₂ + NH₄Cl + NH₄OH). Анион фосфата при взаимодействии с данной смесью образует белый мелкокристаллический осадок двойного фосфата NH₄MgPO₄:

Mg²⁺ + PO₄³⁻ + NH₄⁺ → NH₄MgPO₄↓. (9.23)

белый осадок

Осадок двойной соли растворим в кислотах.

4.Реакция с молибдатом аммония. Анионы фосфата взаимодействуют с молибдатом аммония (NH₄)₂MoO₄ при нагревании. В результате реакции образуется желтый кристаллический осадок комплексной аммонийной соли фосфоромолибденовой кислоты: (NH₄)₃[PO₄(MoO₃)₁₂] или (NH₄)₃[PMo₁₂O₄₀]:

tº

PO₄³⁻ + 3 NH₄⁺ + 12 MoO₄²⁻ + 24 H⁺ —→ (NH₄)₃[PO₄(MoO₃)₁₂]↓ +

желтый осадок

+ 12 H₂O. (9.24)

Иногда данную реакцию описывают с помощью уравнения:

tº

PO₄³⁻ + 3 NH₄⁺ + 12 MoO₄²⁻ + 24 H⁺ —→ (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆]↓ +

желтый осадок

+ 10 H₂O. (9.25)

Осадок фосфоромолибдата аммония растворим в азотной кислоте; в растворах щелочей и аммиака; в избытке анионов фосфата с образованием желтого раствора (поэтому реакцию проводят с использованием избыточного количества реактива).

Испытывают растворимость осадка фосфоромолибдата аммония в кислотах и аммиаке.

5.Взаимодействие с солями железа (III). Растворы солей железа (III) образуют с анионами фосфата светло-желтый осадок фосфата железа (III):

Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄↓. (9.26)

желтый ос.

Осадок не растворяется в уксусной кислоте.

Продукты основных аналитических реакций анионов первой группы представлены в таблице 9.3.

Таблица 9.3

Продукты некоторых аналитических реакций анионов I группы

Дата добавления: 2014-11-14; просмотров: 792; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!