Качественный анализ анионов
Групповые реакции анионов
Чтобы распознать анион в растворе, сначала выясняют, образует ли он осадок с общим для нескольких анионов реагентом. Такие пробы называют групповыми реакциями. Затем проводят частную реакцию, которая помогает установить, какой именно анион присутствует. Для первоначального разделения анионов на группы используют \(\ce{BaCl2}\) и \(\ce{AgNO3}\).
| Группа | Реагент | Анионы | Результат пробы |
|---|---|---|---|
| I | \(\ce{BaCl2}\) в нейтральном растворе | \(\ce{SO4^2-}\), \(\ce{SO3^2-}\), \(\ce{CO3^2-}\), \(\ce{PO4^3-}\), \(\ce{SiO3^2-}\) | Осадок \(\ce{BaSO4}\) сохраняется в HCl. Осадок силиката превращается в студенистую кремниевую кислоту, остальные осадки растворяются. |
| II | \(\ce{AgNO3}\) (\(\ce{HNO3}\)) | \(\ce{Cl-}\), \(\ce{Br-}\), \(\ce{I-}\), \(\ce{S^2-}\) | Образуются соответственно белый, светло-жёлтый, жёлтый и чёрный осадки. |
| III | Общего осадителя для этой группы нет. | \(\ce{NO3-}\), \(\ce{NO2-}\), \(\ce{CH3COO-}\) | С \(\ce{BaCl2}\) осадки не образуются. С \(\ce{AgNO3}\) нитрит и ацетат могут осаждаться из концентрированных растворов. |
Карбонат и сульфит нельзя распознавать только по помутнению известковой воды. При действии кислоты карбонат выделяет \(\ce{CO2}\), но выделяющийся из сульфита \(\ce{SO2}\) тоже вызывает помутнение. Сульфит распознают по резкому запаху газа и по тому, что \(\ce{SO2}\) обесцвечивает раствор перманганата и иодную воду. Если карбонат нужно обнаружить в присутствии сульфита, выделяющиеся газы сначала пропускают через подкисленный раствор \(\ce{KMnO4}\) или \(\ce{K2Cr2O7}\): при этом \(\ce{SO2}\) окисляется и удаляется из смеси газов. После этого оставшийся газ проверяют известковой водой.
Сульфид при действии кислоты выделяет сероводород, от которого бумага, смоченная раствором ацетата свинца, чернеет. Сходную по выделению газа пробу даёт тиосульфат, однако одновременно с газом появляется муть серы.
scienceГазы, выделяющиеся при действии кислоты на соли
- \(\ce{Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + CO2 ^ + H2O}\); \(\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 v + H2O}\) — при действии кислоты на карбонат выделяется газ, который вызывает помутнение известковой воды.
- \(\ce{Na2SO3 + 2HCl -> 2NaCl + SO2 ^ + H2O}\); \(\ce{5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O -> K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4}\) — при действии кислоты на сульфит выделяется газ, который окисляется перманганатом.
- \(\ce{Na2S + 2HCl -> 2NaCl + H2S ^}\); \(\ce{H2S + Pb(CH3COO)2 -> PbS v + 2CH3COOH}\) — выделившийся сероводород образует чёрный осадок с ацетатом свинца.
- \(\ce{Na2S2O3 + 2HCl -> 2NaCl + S v + SO2 ^ + H2O}\) — при действии кислоты на тиосульфат выделяется газ и образуется муть серы.
Галогениды, фосфат, силикат
Анионы хлора, брома и иода называют галогенидами. С нитратом серебра они образуют AgCl — белый осадок, AgBr — светло-жёлтый и AgI — жёлтый. Эти осадки различают по растворимости в аммиаке (урок 202). Пробу проводят в среде азотной кислоты, чтобы осадок фосфата серебра не мешал определению галогенидов.
Для различения бромида и иодида используют хлорную воду и органический растворитель — гексан или \(\ce{CCl4}\). Если присутствуют оба аниона, при постепенном добавлении хлорной воды сначала выделяется иод и органический слой становится фиолетовым. При дальнейшем добавлении хлора иод окисляется до бесцветной иодноватой кислоты, а выделяющийся бром окрашивает органический слой в оранжевый цвет.
Фосфат обнаруживают молибдатом аммония: при нагревании в азотной кислоте образуется жёлтый осадок \(\ce{(NH4)3[PMo12O40]}\) (урок 185). С нитратом серебра фосфат образует жёлтый \(\ce{Ag3PO4}\), который растворяется в азотной кислоте, в отличие от AgI. Определению фосфата могут мешать арсенат и силикат.
Силикат при действии кислоты образует студенистый осадок кремниевой кислоты. Такой осадок появляется и при добавлении хлорида аммония к раствору силиката.
scienceРеакции галогенидов, фосфата и силиката
- \(\ce{2KI + Cl2 -> 2KCl + I2}\); \(\ce{I2 + 5Cl2 + 6H2O -> 2HIO3 + 10HCl}\); \(\ce{2KBr + Cl2 -> 2KCl + Br2}\) — хлор сначала выделяет иод из иодида, затем окисляет иод; бромид также окисляется хлором.
- \(\ce{Na3PO4 + 3AgNO3 -> Ag3PO4 v + 3NaNO3}\) — при добавлении нитрата серебра к раствору фосфата образуется жёлтый осадок.
- \(\ce{Na2SiO3 + 2HCl -> H2SiO3 v + 2NaCl}\) — при действии кислоты на силикат образуется осадок кремниевой кислоты.
Нитрит, нитрат, ацетат
Нитрит может выступать и окислителем, и восстановителем. В кислой среде он окисляет иодид калия: выделившийся иод вызывает посинение крахмала. При этом нитрит обесцвечивает и раствор перманганата, поскольку в этой реакции сам окисляется. Наиболее чувствительна проба с реактивом Грисса — смесью сульфаниловой кислоты и α-нафтиламина. Появление розово-красного азокрасителя указывает на нитрит.
Нитрат можно обнаружить реакцией бурого кольца. К раствору с \(\ce{FeSO4}\) осторожно, по стенке сосуда, приливают концентрированную серную кислоту. В ходе реакции образуется оксид азота, который связывается с соединением железа(II); на границе слоёв появляется бурое кольцо \(\ce{[Fe(H2O)5NO]^2+}\). Нитрит мешает этой пробе, поскольку образует такое же кольцо даже с разбавленной кислотой. Поэтому перед определением нитрата нитрит удаляют мочевиной или сульфаминовой кислотой. Его также можно удалить нагреванием с хлоридом аммония.
Другой способ определения нитрата основан на его восстановлении до аммиака в щелочной среде сплавом Деварда (Cu–Al–Zn). В уравнении этой реакции восстановителем служит алюминий, входящий в состав сплава.
Ацетат при добавлении серной кислоты распознают по запаху уксуса. С \(\ce{FeCl3}\) он образует красно-бурый раствор, из которого при кипячении выпадает осадок основного ацетата.
scienceРеакции азотсодержащих анионов
- \(\ce{2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 -> 2NO ^ + I2 + K2SO4 + Na2SO4 + 2H2O}\) — в кислой среде нитрит окисляет иодид до иода.
- \(\ce{6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 -> 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O}\); \(\ce{FeSO4 + NO -> [Fe(NO)]SO4}\) — при восстановлении нитрата образуется оксид азота, который затем связывается с соединением железа(II) и вызывает появление бурого кольца.
- \(\ce{3NaNO3 + 8Al + 5NaOH + 18H2O -> 8Na[Al(OH)4] + 3NH3 ^}\) — алюминий из сплава Деварда восстанавливает нитрат до аммиака в щелочной среде.
- \(\ce{NaNO2 + NH4Cl ->[t] NaCl + N2 ^ + 2H2O}\); \(\ce{2HNO2 + (NH2)2CO -> 2N2 ^ + CO2 ^ + 3H2O}\) — нитрит удаляют нагреванием с хлоридом аммония или реакцией с мочевиной.
push_pinГлавное
При первоначальном разделении анионов \(\ce{BaCl2}\) в нейтральной среде осаждает \(\ce{SO4^2-}\), \(\ce{SO3^2-}\), \(\ce{CO3^2-}\), \(\ce{PO4^3-}\) и \(\ce{SiO3^2-}\). В HCl осадок \(\ce{BaSO4}\) сохраняется, а силикат образует студенистую кремниевую кислоту. С \(\ce{AgNO3}\) в азотной кислоте осадки образуют \(\ce{Cl-}\), \(\ce{Br-}\), \(\ce{I-}\) и \(\ce{S^2-}\). \(\ce{NO3-}\), \(\ce{NO2-}\) и \(\ce{CH3COO-}\) не дают группового осадка с \(\ce{BaCl2}\). Частные реакции позволяют различить анионы внутри групп: \(\ce{CO2}\) мутит известковую воду, \(\ce{SO2}\) обесцвечивает \(\ce{KMnO4}\) и иодную воду, а сульфид чернит бумагу с ацетатом свинца. Иод и бром при пробе с хлорной водой окрашивают органический слой соответственно в фиолетовый и оранжевый цвета; фосфат образует жёлтый осадок с молибдатом аммония; нитрит обнаруживают по выделению иода из KI или реактивом Грисса. Нитрат определяют по бурому кольцу после удаления нитрита либо по восстановлению до \(\ce{NH3}\) сплавом Деварда.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.