Качественные реакции на соли. Качественные реакции на катионы
NH ; Na + ; K + ; Mg 2+ ; Ba 2+ ; Ca 2+ ; Fe 2+ ; Fe 3+ ; Mn 2+ ; Co 2+ ; Ni 2+ ; Zn 2+ ;
Al 3+ ; Cr 3+ ; Ag + ; Pb 2+ ; Cu 2+ ; Cd 2+ .
Реакция на ион Na +
Ионы натрия образуют с дигидроантимонатом калия в нейтральной или слабощелочной среде белый кристаллический осадок дигидроантимоната натрия:
2NaCl + K 2 H 2 SbO 4 = Na 2 H 2 SbO 4 ↓ + 2KCl
2Na + + H 2 SbO = Na 2 H 2 SbO 4 ↓
Потирание изнутри стенок пробирки стеклянной палочкой и охлаждение пробирки под холодной струей воды ускоряет осаждение.
Реакция на ион K +
1. Гидротартрат натрия образует с раствором солей калия белый кристаллический осадок гидротартрата калия:
KCl + NaHC 4 H 4 O 6 = KHC 4 H 4 O 6 ↓ +NaCl
K + +HC 4 H 4 O 6 - = KHC 4 H 4 O 6 ↓
Осадок выпадает при потирании стеклянной палочкой внутренней стенки пробирки и охлаждение пробирки под струей холодной воды.
2. Кобальтинитрит натрия образует с растворами солей калия желтый осадок - кобальтинитрит калия:
2KCl + Na 3 = K 2 Na↓ + 2 NaCl
2K + + Na + + 3- = K 2 Na↓
Реакция на ион NH
1. Едкие щелочи KOH и NaOH при нагревании вытесняют из растворов солей аммония аммиак:
NH 4 Cl +KOH = KCl + NH 3 + H 2 O
NH + OH - = NH 3 + H 2 O
Выделяющийся аммиак можно обнаружить по запаху или по влажной индикаторной ленте (щелочная реакция).
2. Реактив Неслера (щелочной раствор комплексной соли K 2 ) образует с раствором соли аммония осадок оранжево-бурого цвета:
NH 4 Cl + 2K 2 +2KOH = J↓ +5KJ +KCl 2H 2 O
NH + 2 2- + 2OH - = NH 2 Hg 2 J 3 ¯+ 5J - + 2H 2 O
В присутствии очень малых количеств раствор окрашивается или в желтый или в бурый цвет.
Реакция на ион Mg 2+
Гидрофосфат натрия образует с солями магния в присутствие NH 4 OH и NH 4 Cl белый кристаллический осадок.
Поместите в пробирку по 2-3 капли растворов MgCl 2 и NH 4 Cl, прибавьте к полученной смеси 2-3 капли раствора Na 2 HPO 4 . Тщательно перемешайте содержимое пробирки стеклянной палочкой и затем добавьте к раствору NH 4 OH:
MgCl 2 + NH 4 Cl + NH 4 OH + Na 2 HPO 4 = MgNH 4 PO 4 ↓ + 2NaCl + NH 4 Cl + H 2 O
Mg 2+ + HPO +NH 4 OH = MgNH 4 PO 4 ↓ + H 2 O
Реакция на ион Ba 2+
1. Дихромат–ион образует с ионами бария осадок желтого цвета (хромат бария):
2BaCl 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 O = 2BaCrO 4 ↓ + 2KCl + 2HCl
2Ba 2+ + Cr 2 O + H 2 O = 2BaCrO 4 ↓+ 2H + .
2. Сульфат – ион образует с ионами бария осадок белого цвета (сульфат бария), не растворимый в кислотах:
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Ba 2+ + SO = BaSO 4 ↓
3. Оксалат – ион образует с ионами бария осадок белого цвета (оксалат бария):
BaCl 2 + (NH 4)C 2 O 4 = NH 4 Cl + BaC 2 O 4 ↓
Ba 2+ + C 2 O = BaC 2 O 4 ↓
Реакция на ион Ca 2+
Оксалат-ион образует с ионами кальция белый кристаллический осадок:
CaCl 2 + (NH 4) 2 C 2 O 4 = CaC 2 O 4 ↓ + 2NH 4 Cl
Ca 2+ + C 2 O = CaC 2 O 4 ¯
Проведению реакции могут мешать ионы бария.
Реакция на ион Fe 2+
Растворы двухвалентного железа окрашены в бледно-зеленный цвет.
Гексацианоферрат (III) калия с двухвалентным железом образует синий осадок, называемый турнбулевой синью:
3FeCl 2 + 2K 3 = Fe 3 2 ↓ + 6KCl
3Fe 2+ + 2 3- = Fe 3 2 ↓
Реакция на ион Fe 3+
Растворы трехвалентного железа имеют желтую или красно-бурую окраску.
1. Ионы трехвалентного железа с роданид-ионом образуют соединение, окрашивающее раствор в кроваво-красный цвет:
FeCl 3 + 3NH 4 CNS = Fe (CNS) 3 + 3NH 4 Cl
Fe 3+ + 3CNS - = Fe (CNS) 3
Fe 3+ + 6CNS - = 3-
2. Гексацианоферрат (II) калия с трехвалентным железом образует темно-синий осадок, называемый берлинской лазурью:
4FeCl 3 + 3K 4 = Fe 4 3 ↓ + 12KCl
4Fe 3+ + 3 4- = Fe 4 3 ↓
3. Ионы трехвалентного железа со фторидом натрия в растворе образуют бесцветное комплексное соединение:
FeCl 3 + 6NaF =Na 3 + 3NaCl
Fe 3+ + 6NaF = 3- + 6Na +
Реакция на ион Mn 2+
Концентрированные растворы солей марганца имеют бледно-розовый цвет, разбавленные растворы – бесцветны.
Ионы двухвалентного марганца в кислой среде окисляются (в данном случае висмутатом натрия) до перманганат–ионов красно-фиолетового цвета:
2Mn(NO 3) 2 + 5NaBiO 3 + 14HNO 3 = 2NaMnO 4 + 5Bi(NO 3) 3 + 3NaNO 3 +7H 2 O
2Mn 2+ +5BiO + 14H + = 2MnO + 5Bi 3+ +7H 2 O
Реакция на ион Cr 3+
Растворы солей хрома имеют зеленую или фиолетовую окраску.
Ионы трехвалентного хрома окисляются перекисью водорода в щелочной среде до хромат – ионов.
Поместить в пробирку 2-3 капли соли хрома (III), прилить раствор щелочи до растворения осадка. К полученному раствору хромита (изумрудно – зеленого цвета) прилить 2-3 капли перекиси водорода и осторожно нагреть пробирку. Зеленая окраска раствора перейдет в желтую:
CrCl 3 + 4NaOH = NaCrO 2 + 3NaCl + 2H 2 O
Cr 3+ + 4OH - = CrO +2H 2 O
2NaCrO 2 + 3H 2 O 2 + 2NaOH = 2Na 2 CrO 4 + 4H 2 O
2CrO + 3H 2 O 2 + 2OH - = 2CrO + 4H 2 O
Реакция на ион Co 2+
Разбавленные растворы солей кобальта имеют розовую окраску. Роданид-ион с ионами кобальта образуют комплексную соль синего цвета.
Поместите в пробирку 2-3 капли раствора кобальта (II), насыпьте немного сухой соли роданида аммония и прилейте 5-6 капель амилового или изоамилового спирта. Смесь перемешайте. Наблюдайте расслоение жидкостей и окрашивание верхнего слоя в голубой или синий цвет.
CoCl 2 + 4NH 4 CNS = (NH 4) 2 + 2NH 4 Cl
Co 2+ + 4CNS - = 2-
Этой реакции мешают ионы железы (III), которые образуют с роданидом соединение кроваво – красного цвета. Поэтому ионы железа (III) предварительно связывают в бесцветный комплекс фторидом натрия или фторидом аммония.
Реакция на ион Ni 2+
Растворы солей никеля имеют зеленую окраску.
Ионы никеля в аммиачной среде образуют с диметилглиоксимом осадок комплексной соли ало-красного цвета.
Этой реакции мешают ионы трехвалентного и двухвалентного железа:
Реакция на ион Zn 2+
Растворы солей цинка бесцветны.
С гексацианоферратом (II) калия ионы цинка образуют аморфный осадок салатного цвета:
3ZnCl 2 +2K 4 2 = K 2 Zn 3 2 ↓ + 6KCl
2K + + 3Zn 2+ + 2 4- = K 2 Zn 3 2 ↓
Реакция на ион Al 3+
Растворы солей алюминия бесцветны.
При осторожном добавлении щелочей (по каплям) образуется осадок белого цвета в виде белых студенистых хлопьев, часто всплывающих на поверхность раствора:
AlCl 3 + 3NaOH = Al (OH) 3 ↓ + 3NaCl
Al 3+ + 3OH - = Al(OH) 3 ↓
Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами: при действии на Al (OH) 3 раствором кислоты или щелочи происходит растворение осадка:
Al(OH) 3 + 3HCl = AlCl 3 + 3H 2 O
Al(OH) 3 + 3H + = Al 3+ + 3H 2 O
Al(OH) 3 + 3NaOH = Na 3
Al(OH) 3 + 3OH - = 3-
Реакция на ион Ag +
1. Хлорид – ион осаждает ионы серебра из раствора в виде белого творожистого осадка:
AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3
Ag + + Cl - = AgCl↓
Хлорид серебра нерастворим в азотной кислоте, но растворим в гидроксиде аммония:
AgCl + 2NH 4 OH = Cl + 2H 2 O
Если на полученный раствор Cl подействовать раствором азотной кислоты, то AgCl снова выпадает в виде творожистого белого осадка:
Cl + 2HNO 3 = AgCl↓ + 2NH 4 NO 3
2. Иодид – ион с ионами серебра образует осадок желтого цвета:
AgNO 3 + KJ = AgJ↓ + KNO 3
Ag + + J - = AgJ↓
Реакция на ион Pb 2+
1. Хлорид – ион осаждает ионы свинца в виде белого творожистого осадка:
Pb(NO 3) 2 + 2HCl = PbCl 2 ↓ + 2HNO 3
Pb 2+ + 2Cl - = PbCl 2 ↓
Хлорид свинца нерастворим в гидроксиде аммония:
PbCl 2 + NH 4 OH = реакция не идет.
2. Иодид – ион осаждает ионы свинца в виде осадка желтого цвета:
Pb (NO 3) 2 + 2KJ = PbJ 2 ↓ + 2KNO 3
Pb 2+ + 2J - = PbJ 2 ↓
Часть осадка растворите в 5-6 каплях уксусной кислоты при нагревании, а затем осторожно охладите под струей холодной воды. Хлорид свинца из раствора выпадает в виде золотистых хлопьев.
Реакция на ион Cu 2+
1. Гидроксид аммония, добавленный в избытке к солям меди, образует растворимое комплексное соединение василькового цвета:
CuSO 4 + 4NH 4 OH = SO 4 + 4H 2 O
Cu 2+ + 4NH 4 OH = 2+ + 4H 2 O
2. Гексацианоферрат калия осаждает ион меди (II) из раствора в виде осадка красно-коричневого цвета:
2CuSO 4 + K 4 = Cu 2 ↓ + 2K 2 SO 4
2Cu 2+ + 4- = Cu 2 ↓
Реакция на ион Cd 2 +
Сульфид – ион в слабокислой среде осаждает ионы кадмия из раствора в виде осадка желтого цвета:
CdCl 2 + Na 2 S = CdS↓ + 2NaCl
Cd 2+ + S 2- = CdS↓
Контрольные вопросы
1. Приведите примеры катионов и анионов, которые могут быть обнаружены с помощью окислительно-восстановительных реакций.
2. Какие ионы образуют окрашенные комплексные соединения: Cu 2+ ; Cu + ; Fe 2+ ; Fe 3+ ; Co 3+ ; Zn 2+ ; Ag + ?
3. Присутствие каких ионов может быть обнаружено по образованию летучих веществ: SO ; SO ; CO ; PO ; Na + ; NH ?
4. Как доказать наличие ионов Сu 2+ и Ag + в одном растворе?
Лабораторная работа № 3 (4 ч.)
Тема: Карбонаты. Жесткость воды (постоянная и временная).
Цель: ознакомиться со способами устранения временной и постоянной жесткости воды.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Присутствие в воде ионов Са 2+ и Мg 2+ обуславливает так называемую жёсткость воды. Жёсткая вода вызывает повышенный расход мыла, поскольку при взаимодействии солей кальция и магния с мылом образуются нерастворимые осадки:
2С 17 Нз 5 СООNа+ Са(НСО 3) 2 = 2NаНСОз + (С 17 Н 35 СОО) 2 Са¯
На стенках паровых котлов жёсткая вода образует накипь, обладающую плохой теплопроводностью. Кроме того, накипь способствует коррозии стенок котлов. В жёсткой воде плохо разваривается мясо, овощи, плохо заваривается чай. Очень жёсткая вода не пригодна для питья. Условная классификация воды по уровню жёсткости приведена в табл. 3.
Лишь небольшая часть неорганических соединений может быть обнаружена с помощью специфических реагентов и реакций. Значительно чаще в аналитической практике проводят выявление определенных элементов в виде катионов или анионов.
Многие качественные реакции известны вам из школьного курса химии, с некоторыми вы, возможно, познакомитесь вновь.
Аммиак NH 3 – бесцветный газ, при комнатной температуре под избыточным давлением сжижается; жидкий аммиак – бесцветный, твердый аммиак – белый.
Определяется аммиак по характерному запаху. Бумажка, смоченная раствором нитрата ртути (I) Hg 2 (NO 3) 2 , при действии аммиака чернеет вследствие образования металлической ртути:
4NH 3 + H 2 O + 2Hg 2 (NO 3) 2 = (Hg 2 N)NO 3 ·H 2 O↓ + 2Hg↓ + 3NH 4 NO 3
Арсин AsH 3 – бесцветный газ, иногда имеет чесночный запах, обусловленный продуктами окисления арсина на воздухе. При пропускании арсина через нагретую до 300-350°С стеклянную трубку, наполненную водородом, на ее стенках осаждается мышьяк в виде черно-бурого зеркала, которое легко растворяется в щелочном растворе гипохлорита натрия:
2AsH 3 = 2As + 3H 2 ,
2As + 6NaOH + 5NaClO = 2Na 3 AsO 4 + 5NaCl + 3H 2 O.
Бром Br 2 – темно-красная тяжелая жидкость, легко превращается в красно-коричневый газ. Бром определяют цветными реакциями с органическими веществами. Бром окрашивает слой органического растворителя (например, тетрахлорметана или бензола) в желтый цвет, фуксин – в красно-фиолетовый.
Кроме того, бром определяется по реакции с флюоресцеином
В результате замещения атомов водорода в флюоресцеине атомами брома получаются красители, один из которых носит название эозин .
Эозин или тетрабромфлюоресцеин C 20 H 8 Br 4 O 5 – кристаллизуется из спиртового раствора с одной молекулой кристаллизационного спирта. При 100°С возгоняется. Калийная соль тетрабромфлюоресцеина растворяется в концентрированном спиртовом растворе гидроксида калия и дает раствор синего цвета. При кипячении эозина с серной кислотой получают димерное соединение С 40 Н 13 Вr 7 О 10 , которое из ацетона кристаллизуется в иглах сине-стального цвета и имеет характер кислоты. Четырехбромистое производное так же, как низшие степени бромирования флюоресцеина, представляют красные краски с желтым (при меньшем количестве брома) или синим оттенком. Калийные и натриевые соли тетрабромфлюоресцеина и низших степеней бромирования флюоресцеина в торговле встречаются под названием «растворимых в воде эозинов». Эозин служит для окрашивания без протрав шелка и шерсти (в слабо кислой среде), также употребляется в фотографии для получения специфических бумаг, поглощающих зеленые и фиолетовые лучи.
Вода H 2 O – бесцветная жидкость, в толстом слое – голубовато-зеленая, летучая; твердая вода (лед) легко возгоняется. Вода обнаруживают по образованию окрашенных кристаллогидратов со многими веществами, например:
CuSO 4 + 5H 2 O = SO 4 ·H 2 O (кристаллогидрат голубого цвета).
Количественно вода определяется по методу К. Фишера. Со времени открытия в 1935 году метод титрования по Карлу Фишеру получил распространение по всему миру. По этому методу содержание воды в газах, жидкостях и твердых веществах может быть определено легко и с высокой степенью точности, вне зависимости от типа образца, его агрегатного состояния, или присутствия летучих компонентов. Титрование по Карлу Фишеру имеет широкий спектр применения и используется в различных областях, например, при определении воды в пищевых, химических, фармацевтических продуктах, косметике и минеральных маслах.
Реактивом метода Фишера является раствор йода и оксида серы (IV) в пиридине (Py) и метаноле. Пиридин необходим для связывания кислых продуктов реакции и создания оптимального рН в интервале 5-8.
В основе титрования лежат следующие реакции:
PySO 4 + CH 3 OH = PyH + ·CH 3 SO
PyH + ·CH 3 SO + PyI 2 + H 2 O + Py = 2(PyH + ·I –) + PyH + ·CH 3 SO .
Наличие воды определяется по исчезновению желтой окраски йода.
Йод I 2 –фиолетово-черное с металлическим блеском, летучее вещество. Определяется цветными реакциями:
– с крахмалом образует соединение включения, окрашенное в фиолетовый цвет;
– слой органического растворителя (хлороформа или тетрахлорметана) окрашивается в розово-фиолетовый цвет.
Качественной реакцией на йод считается взаимодействие с тиосульфатом натрия, сопровождающееся обесцвечиванием раствора йода:
I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6 .
Кислород О 2 – бесцветный газ, в жидком состоянии – светло-голубой, в твердом – синий. Для доказательства присутствия кислорода используют его способность поддерживать горение, а также многочисленные окислительные реакции. Например, окисление бесцветного аммиачного комплекса меди (I) до ярко-окрашенного соединения меди (II).
Озон О 3 – светло-синий газ с запахом свежести, в жидком состоянии – темно-голубой, в твердом – темно-фиолетовый (до черного). Если в воздух, содержащий озон, внести бумажку, смоченную растворами иодида калия и крахмала, то бумажка синеет:
O 3 + 2KI + H 2 O = I 2 + 2KOH + O 2 .
Такой способ обнаружения озона называется йодометрией.
Оксид углерода (IV), углекислый газ СО 2 – бесцветный газ, при сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояние. Твердый СО 2 («сухой лед») при комнатной температуре возгоняется. Углекислый газ в процессах, где он образуется, доказывают помутнением известковой или баритовой воды (насыщенные растворы Са(ОН) 2 или Ва(ОН) 2 соответственно):
Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3 ↓ + Н 2 О, Ва(ОН) 2 + СО 2 = ВаСО 3 ↓ + Н 2 О.
Большинство веществ в атмосфере углекислого газа не горит, однако возможна следующая реакция:
CO 2 + 2Mg = 2MgO + C,
т. е. оксид углерода (IV) поддерживает горение магния, в результате реакции образуется белый «пепел» оксида магния и черная сажа.
Пероксид водорода Н 2 О 2 – бесцветная вязкая жидкость, в толстом слое – светло-голубая. Разлагается на свету с выделением кислорода. Обнаруживают пероксид водорода следующими реакциями:
– появление желтой окраски при взаимодействии с раствором иодида калия:
Н 2 О 2 + 2KI = 2KОН + I 2 ,
– выделение темного осадка серебра из аммиачного раствора оксида серебра:
H 2 O 2 + Ag 2 O = 2Ag + O 2 + H 2 O;
– изменение цвета при взаимодействии с осадком сульфида свинца с черного на белый:
4H 2 O 2 + PbS = PbSO 4 + 4H 2 O.
Ртуть Hg – серебристо-белый металл, жидкий при комнатной температуре; в твердом состоянии ковкий. Легко испаряется. Пары ртути (более опасные для человека, чем сам металл) определяются с использованием химических индикаторов (KI, I 2 , CuI, SeS, Se, AuBr 3 , AuCl 3 и другие), например:
3Hg + 2I 2 = HgI 2 + Hg 2 I 2 ↓,
Сероводород H 2 S – бесцветный газ, имеющий запах тухлых яиц. Обнаруживают сероводород следующими реакциями:
– почернение бумажки, смоченной раствором соли свинца:
H 2 S + Pb(NO 3) 2 = PbS↓ + 2HNO 3 ;
– при пропускании сероводорода через раствор йода (йодную воду) происходит обесцвечивание раствора и образование слабой мути:
H 2 S + I 2 = 2HI + S↓.
Фосфин РН 3 – бесцветный газ с резким запахом гнилой рыбы. В смеси с кислородом легко взрывается.
Хлор Cl 2 – желто-зеленый газ с резким запахом. Обнаруживают хлор по желтому окрашиванию флюоресцеина в щелочной среде, а также по йод-крахмальной реакции:
Cl 2 + 2KI = 2KCl + I 2 ,
т. е., в атмосфере хлора бумажка, смоченная растворами иодида калия и крахмала, синеет.
- 1. Качественные реакции неорганической химии. Всем химикам, как опытным, так и начинающим, хоть раз, но доводилось слышать этот термин. В химии качественные реакции очень важны, с ними тесно связан один из разделов химии - аналитическая химия. Итак, в этой статье я изложу качественные реакции, как школьного курса, так и немного «нестандартные». Ну что ж, начнем! Качественные реакции определяют катионы, анионы, порой и целые соединения. 1. Качественные реакции на катионы. 1.1.1 Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li+ , Na+ , K+ , Rb+ , Cs+). Катионы щелочных металлов возможно провести только с сухими солями, т.к. практически все соли щелочных металлов растворимы. Обнаружить их можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет: Li+ - темно-розовый. Na+ - желтый. K+ - фиолетовый. Rb+ - красный. Cs+ - голубой. Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития: 3Li+ + PO43- = Li3PO4↓ Li3PO4 + 3HNO3 = 3LiNO3 + H3PO4 Катион K+ можно вывести гидротартрат-анионом HC4H4O6 - - анионом винной кислоты: K+ + HC4H4O6 - = KHC4H4O6↓ Катионы K+ и Rb+ можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H2 или ее солей - гексафторсиликатов: 2Me+ + 2- = Me2↓ (Me = K, Rb) Они же и Cs+ осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов: Me+ + ClO4 - = MeClO4↓ (Me = K, Rb, Cs). 1.1.2 Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca2+ , Sr2+ , Ba2+ , Ra2+). Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий и радий. Бериллий и магний нельзя отнести к этой группе, как это любят делать на просторах Интернета. Окраска пламени: Ca2+ - кирпично-красный. Sr2+ - карминово-красный. Ba2+ - желтовато-зеленый. Ra2+ - темно-красный. Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca2+ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO3 2- : Ca2+ + CO3 2- = CaCO3↓ Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа: 2H+ + CO3 2- = H2O + CO2 Катионы Ba2+ , Sr2+ и Ra2+ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах: Sr2+ + SO4 2- = SrSO4↓ Ba2+ + SO4 2- = BaSO4↓ Ra2+ + SO4 2- = RaSO4↓ 1.1.3. Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb2+ , серебра (I) Ag+ , ртути (I) Hg2 + , ртути (II) Hg2+ . Рассмотрим их на примере свинца и серебра. Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.
- 2. Качественная реакция на катион свинца - образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко желтого цвета): Pb2+ + 2I- = PbI2↓ Качественная реакция на катион серебра - образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра: Ag+ + Cl- = AgCl↓ Ag+ + Br- = AgBr↓ Ag+ + I- = AgI↓ Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид даже имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение: AgHal + 2Na2S2O3 = Na3 + NaHal, (Hal = Cl, Br, I). То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы: AgCl + 2NH3 = Cl Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра - образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи: 2Ag+ + 2OH- = Ag2O↓ + H2O Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду. 1.1.4. Качественная реакция на катионы алюминия Al3+ , хрома (III) Cr3+ , цинка Zn2+ , олова (II) Sn2+ . Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент - щелочь. Al3+ + 3OH- = Al(OH)3↓ + 3OH- = 3- Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓ + 3OH- = 3- Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2↓ + 2OH- = 2- Sn2+ + 2OH- = Sn(OH)2↓ + 2OH- = 2- Не стоит забывать, что основания катионов Al3+ , Cr3+ и Sn2+ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn2+ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH)2, а при избытке аммиак способствует растворению осадка: Zn(OH)2 + 4NH3 = (OH)2 Раствор, содержащий 3- , при добавлении хлорной или бромной воды в щелочной среде становится желтым из-за образования хромат-аниона CrO4 2- : 23- + 3Br2 + 4OH- = 2CrO4 2- + 6Br- + 8H2O 1.1.5. Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe2+ , Fe3+ . Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe2+ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH)2 - осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH)2 получают в атмосфере инертых газов либо азота N2. Катиону Fe3+ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH)3 неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH)3. Качественная реакция на Fe2+ : Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ Fe(OH)2 будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III): 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 Качественная реакция на Fe3+ : Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓ Еще одной качественной реакцией на Fe3+ является взаимодействие с роданид-анионом SCN- , при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN)3, окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»): Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
- 3. 6NaF + Fe(SCN)3 = Na3 + 3NaSCN Раствор становится бесцветным. Очень чувствительная реакция на Fe3+ , помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона. 1.1.6. Качественная реакция на катион марганца (II) Mn2+ . Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца: 2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O 1.1.7. Качественная реакция на катионы меди (II) Cu2+ , кобальта (II) Co2+ и никеля (II) Ni2+ . Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей - аммиакатов: Cu2+ + 4NH3 = 2+ Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко- синий цвет. 1.1.8. Качественные реакции на катион аммония NH4 + . Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении: NH4 + + OH- =t= NH3 + H2O При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет. 1.1.9. Качественная реакция на катион церия (III) Ce3+ . Взаимодействие солей церия (III) с щелочным раствором пероксида водорода: Ce3+ + 3OH- = Ce(OH)3↓ 2Ce(OH)3 + 3H2O2 = 2Ce(OH)3(OOH)↓ + 2H2O Пероксогидроксид церия (IV) имеет красно-бурый цвет. 1.2.1. Качественная реакция на катион висмута (III) Bi3+ . Образование ярко-желтого раствора тетраиодовисмутата (III) калия K при действии на раствор, содержащий Bi3+ , избытком KI: Bi(NO3)3 + 4KI = K + 3KNO3 Связано это с тем, что сначала образуется нерастворимый BiI3, который затем связывается с помощью I- в комплекс. На этом я закончу описание выявления катионов. Теперь рассмотрим качественные реакции на некоторые анионы. 2. Качественные реакции на анионы. 2.1.1. Качественные реакции на сульфид-анион S2- . Из сульфидов растворимы сульфиды только щелочных металлов и аммония. Нерастворимые сульфиды имеют специфическую окраску, по которым можно определить тот или иной сульфид. Окраска: MnS - телесный (розовый). ZnS - белый. PbS - черный. Ag2S - черный. CdS - лимонно-желтый. SnS - шоколадный. HgS (метакиноварь) - черный. HgS (киноварь) - красный. Sb2S3 - оранжевый. Bi2S3 - черный. Некоторые сульфиды при взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют токсичный газ сероводород H2S с неприятным запахом (тухлых яиц): Na2S + 2HBr = 2NaBr + H2S S2- + 2H+ = H2S А некоторые устойчивы к разбавленным растворам HCl, HBr, HI, H2SO4, HCOOH, CH3COOH - к примеру CuS, Cu2S, Ag2S, HgS, PbS, CdS, Sb2S3, SnS и некоторые другие. Но они переводятся в раствор конц. азотной кислотой при кипячении (Sb2S3 и HgS растворяются тяжелее всего, причем последний гораздо
- 4. быстрее растворится в царской водке): CuS + 8HNO3 =t= CuSO4 + 8NO2 + 4H2O Также сульфид-анион можно выявить, приливая раствор сульфида к бромной воде: S2- + Br2 = S↓ + 2Br- Образующаяся сера выпадает в осадок. 2.1.2. Качественная реакция на сульфат-анион SO4 2- . Сульфат-анион обычно осаждают катионом свинца, либо бария: Pb2+ + SO4 2- = PbSO4↓ Осадок сульфата свинца белого цвета. 2.1.3. Качественная реакция на силикат-анион SiO3 2- . Силикат-анион легко осаждается из раствора в виде стекловидной массы при добавлении сильных кислот: SiO3 2- + 2H+ = H2SiO3↓ (SiO2 * nH2O) 2.1.4. Качественные реакции на хлорид-анион Cl- , бромид-анион Br- , иодид-анион I- смотрите в пункте «качественные реакции на катион серебра Ag+ «. 2.1.5. Качественная реакция на сульфит-анион SO3 2- . При добавлении к раствору сильных кислот образуется диоксид серы SO2 - газ с резким запахом (запах зажженной спички): SO3 2- + 2H+ = SO2 + H2O 2.1.6. Качественная реакция на карбонат-анион CO3 2- . При добавлении к раствору карбоната сильных кислот образуется углекислый газ CO2, гасящий горящую лучинку: CO3 2- + 2H+ = CO2 + H2O 2.1.7. Качественная реакция на тиосульфат-анион S2O3 2- . При добавлении раствора серной или соляной кислоты к раствору тиосульфата образуется диоксид серы SO2 и выпадает в осадок элементарная сера S: S2O3 2- + 2H+ = S↓ + SO2 + H2O 2.1.8. Качественная реакция на хромат-анион CrO4 2- . При добавлении к раствору хромата раствора солей бария выпадает желтый осадок хромата бария BaCrO4, разлагающегося в сильнокислой среде: Ba2+ + CrO4 2- = BaCrO4↓ Растворы хроматов окрашены в желтый цвет. При подкислении раствора цвет изменится на оранжевый, отвечающий дихромат-аниону Cr2O7 2- : 2CrO4 2- + 2H+ = Cr2O7 2- + H2O Кроме того хроматы являются окислителями в щелочной и нейтральной средах (окислительные способности хуже, чем у дихроматов): S2- + CrO4 2- + H2O = S + Cr(OH)3 + OH- 2.1.9. Качественная реакция на дихромат-анион Cr2O7 2- . При добавлении к раствору дихромата раствора соли серебра образуется осадок оранжевого цвета Ag2Cr2O7: 2Ag+ + Cr2O7 2- = Ag2Cr2O7↓ Растворы дихроматов окрашены в оранжевый цвет. При подщелачивании раствора окраска изменяется на желтую, отвечающую хромат-аниону CrO4 2- : Cr2O7 2- + 2OH- = 2CrO4 2- + H2O Кроме того, дихроматы - сильные окислители в кислой среде. При внесении в подкисленный раствор дихромата какого-либо восстановителя окраска раствора изменится с оранжевого на зеленый, отвечающей катиону хрома (III) Сr3+ (в качестве восстановителя бромид-анион): 6Br- + Cr2O7 2- + 14H+ = 3Br2 + 2Cr3+ + 7H2O Эффектная качественная реакция на шестивалентный хром - темно-синее окрашивание раствора при добавлении конц. перекиси водорода в эфире. Образуется пероксид хрома состава CrO5. 2.2.0. Качественная реакция на перманганат-анион MnO4 - . Перманганат-анион «выдает» темно- фиолетовая окраска раствора. Кроме того, перманганаты - сильнейшие окислители, в кислой среде восстанавливаются до Mn2+ (фиолетовая окраска исчезает), в нейтральной - до Mn+4 (окраска исчезает, выпадает бурый осадок диоксида марганца MnO2) и в щелочной - до MnO4 2- (окраска раствора изменяется на темно-зеленый): 5SO3 2- + 2MnO4 - + 6H+ = 5SO4 2- + 2Mn2+ + 3H2O 3SO3 2- + 2MnO4 - + H2O = 3SO4 2- + 2MnO2↓ + 2OH- SO3 2- + 2MnO4 - + 2OH- = SO4 2- + 2MnO4 2- + H2O
- 5. 2.2.1. Качественная реакция на манганат-анион MnO4 2- . При подкислении раствора манганата темно- зеленая окраска изменяется на темно-фиолетовую, отвечающую перманганат-аниону MnO4 - : 3K2MnO4(р.) + 4HCl(разб.) = MnO2↓ + 2KMnO4 + 4KCl + 2H2O 2.2.2. Качественная реакция на фосфат-анион PO4 3- . При добавлении к раствору фосфата раствора соли серебра выпадает желтоватый осадок фосфата серебра (I) Ag3PO4: 3Ag+ + PO4 3- = Ag3PO4↓ Аналогична реакция и к дигидрофосфат-аниону H2PO4 - . 2.2.3. Качественная реакция на феррат-анион FeO4 2- . Осаждение из раствора феррата бария красного цвета (реакция проводится в среде щелочи): Ba2+ + FeO4 2- =OH- = BaFeO4↓ Ферраты - сильнейшие окислители (сильнее перманганатов). Устойчивы в щелочной среде, неустойчивы в кислой: 4FeO4 2- + 20H+ = 4Fe3+ + 3O2 + 10H2O 2.2.4. Качественная реакция на нитрат-анион NO3 - . Нитраты в растворе не проявляют окислительных способностей. Но при подкислении раствора способны окислить, к примеру, медь (раствор подкисляют обычно разб. H2SO4): 3Cu + 2NO3 - + 8H+ = 3Cu2+ + 2NO + 4H2O 2.2.5. Качественная реакция на гексацианноферрат (II) и (III) ионы 4- и 3- . При приливании растворов, содержащих Fe2+ , образуется осадок темно-синего цвета (турнбулева синь, берлинская лазурь): K3 + FeCl2 = KFe + 2KCl (при этом осадок состоит из смеси KFe(II), KFe(III), Fe32, Fe43). 2.2.6. Качественная реакция на арсенат-анион AsO4 3- . Образование нерастворимого в воде арсената серебра (I) Ag3AsO4, имеющего цвет «кофе с молоком»: 3Ag+ + AsO4 3- = Ag3AsO4↓ Вот основные качественные реакции на анионы. Далее мы рассмотрим качественные реакции на простые и сложные вещества. 3. Качественные реакции на простые и сложные вещества. Некоторые простые и сложные вещества, как и ионы, обнаруживаются качественными реакциями. Ниже я опишу качественные реакции на некоторые вещества. 3.1.1. Качественная реакция на водород H2. Лающий хлопок при поднесении горящей лучинки к источнику водорода. 3.1.2. Качественная реакция на азот N2. Тушение горящей лучинки в атмосфере азота. При пропускании в раствор Ca(OH)2 осадок не выпадает. 3.1.3. Качественная реакция на кислород O2. Яркое загорание тлеющей лучинки в атмосфере кислорода. 3.1.4. Качественная реакция на озон O3. Взаимодействие озона с раствором иодидов с выпадением кристаллического иода I2 в осадок: 2KI + O3 + H2O = 2KOH + I2↓ + O2 В отличии от озона кислород в данную реакцию не вступает. Полагается 3.1.5. Качественная реакция на хлор Cl2. Хлор – газ желто-зеленого цвета с очень неприятным запахом.При взаимодействии недостатка хлора с растворами иодидов в осадок выпадает элементарный иод I2: 2KI + Cl2 = 2KCl + I2↓ Избыток хлора приведет к окислению образовавшегося иода: I2 + 5Cl2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl 3.1.6. Качественные реакции на аммиак NH3. Примечание: данные реакции не дают в школьном курсе. Однако, это самые надежные качественные реакции на аммиак. Почернение бумажки, смоченной в растворе соли ртути (I) Hg2 + : Hg2Cl2 + 2NH3 = Hg(NH2)Cl + Hg + NH4Cl Бумажка чернеет из-за выделения мелкодисперсной ртути.
- 6. Взаимодействие аммиака с щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия K2 (реактив Несслера): 2K2 + NH3 + 3KOH = I · H2O↓ + 7KI + 2H2O Комплекс I · H2O бурого цвета (цвет ржавчины) выпадает в осадок. Две последние реакции являются самыми надежными на аммиак. Реакция аммиака с хлороводородом («дым» без огня): NH3 + HCl = NH4Cl 3.1.7. Качественная реакция на фосген (хлорокись углерода, карбонил хлорид) COCl2. Испускание белого «дыма» от бумажки, смоченной в растворе аммиака: COCl2 + 4NH3 = (NH2)2CO + 2NH4Cl 3.1.8. Качественная реакция на угарный газ (моноксид углерода) CO. Помутнение раствора при пропускании угарного газа в раствор хлорида палладия (II): PdCl2 + CO + H2O = CO2 + 2HCl + Pd↓ 3.1.9. Качественная реакция на углекислый газ (диоксид углерода) CO2. Тушение тлеющей лучинки в атмосфере углекислого газа. Пропускание углекислого газа в раствор гашеной извести Ca(OH)2: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O Дальнейшее пропускание приведет к растворению осадка: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 3.2.1. Качественная реакция на оксид азота (II) NO. Оксид азота (II) очень чувствителен к кислороду воздуха, потому на воздухе буреет, окисляясь до оксида азота (IV) NO2: 2NO + O2 = 2NO2
