Ход определения состава неизвестного образца

1.3 Ход определения состава неизвестного образца

Для анализа выдано вещество представляющее собой смесь двух солей (пробирка №13). В состав солей по условию могут входить только следующие ионы:

Катионы:

1. К ⁺ ,Na⁺,NH₄⁺

2. Ag⁺,Pb²⁺

3.Ba²⁺,Ca²⁺

4. Zn²⁺,Al³⁺,Cr³⁺

5.Mg²⁺,Fe²⁺ ,Fe³⁺

6. Cu²⁺,Co²⁺,Ni²⁺

Анионы:

1. SO₄^2-, SO₃^2-,СO₃^2-, РO₄^2-

2. Сl^-,I^-

3. NO₃^-, NO₂^-,CH₃COO^-

Анализ вещества проводится в соответствии со схемой, описанной в пункте 1.2.

Предварительные испытания

Выданное вещество представляет собой мелкозернистую смесь бесцветных кристаллов и крупинок. По окраске вещества можно предположить, что в нем отсутствуют катионы Fe³⁺,Cr²⁺, Cu²⁺,Co²⁺,Ni²⁺.

Окрашивание пламени

Нихромовую проволоку смоченную в разбавленной соляной кислоте прокаливаем в пламени горелки, затем охлаждаем до комнатной температуры. На подготовленную подобным образом проволоку помещаем несколько кристалликов анализируемого вещества. Пламя горелки окрашивается в бледно-голубой цвет, что свидетельствует о возможном наличии в анализируемом веществе катиона Pb²⁺ и отсутствии катионов К ⁺, Ba²⁺,Ca²⁺, Cu²⁺

Испытание на продукты термического разложения

Небольшую порцию анализируемого вещества помещаем на дно тугоплавкой пробирки и нагреваем в пламени горелки. Наблюдаем выделение желтых паров, на основании этого можно сделать предположение о возможном наличии в анализируемом образце нитратов. Уравнения(1,2) образования этих веществ приведены ниже:

Разложение нитратов:

а) от щелочно-земельных до меди (включительно) Me(NO₃)₂ → 2MeO + +2NO₂ + O₂ (1)

б) нитратов серебра, ртути и др. 2MeNO₃ →2Me + 2NO₂ + O₂ (2)

Отсутствие темного налета на стенках холодной части пробирки также указывает на отсутствие йодидов в присутствии окислителей.

Вывод: в анализируемом веществе, возможно, присутствуют нитраты и отсутствуют йодсодержащие ионы.

Действие разбавленной серной кислоты

К небольшому количеству выданного вещества добавляем несколько капель разбавленной H₂SO₄ и нагреваем в пламени горелки. Выделяется газ с характерным запахом уксуса.

Химизм процесса приведен ниже (уравнение (3)):

CH₃COO^- + H⁺ → CH₃COOH↑ (3)

Следовательно, в анализируемом веществе, возможно, присутствует анион CH₃COO^-.

Действие концентрированной серной кислоты

К небольшой массе анализируемого образца медленно добавляем концентрированную серную кислоту. Выделяются бесцветные пары с характерным запахом уксусной кислоты, что еще раз подтверждает наличие в анализируемом образце аниона CH₃COO^-.

Выделения паров с характерным запахом хлора и фиолетовых паров йода в соответствии с уравнениями (4-6):

Cl^- + H⁺ → HCl↑ (4)

2Cl^- + SO₄^2- + 2H⁺ → Cl₂↑ + SO₃^2- + H₂O (5)

2J^- + H₂SO₄ → J₂ + SO₃^2- + H₂O (6)

не наблюдаем, следовательно, в анализируемом веществе, возможно, отсутствуют анионы Cl^-,I^-.

Проба на присутствие окислителей

Берем смесь Н₂SO₄ с KI , добавляем несколько кристаллов анализируемого вещества. Выделения свободного йода, который вызывает окрашивание раствора в бурый цвет в соответствии с уравнениями (7-9)не происходит, на основании чего можно сделать предположение об отсутствии в данном веществе анионов NO₂^- , Fe³⁺, Cu²⁺

Химизм процесса:

2J^- + 2NO₂^- + 4H⁺ → J₂ + 2NO + 2H₂O (7)

2J^- + 2Fe³⁺ → J₂ + 2Fe²⁺ (8)

4J^- + 2Cu²⁺ → J₂ + 2CuJ↓ (9)

Проба на присутствие восстановителей

К небольшой порции анализируемого вещества добавляем смесь разбавленных растворов KMnO₄+H₂SO₄. Обесцвечивание раствора в соответствии с ниже приведенным уравнениями (10-14) не наблюдаем ,что свидетельствует о возможном отсутствии в анализируемом образце NO₂^-, SO₃^2- , J^-, Cl^-, Fe²⁺

2J^- + 2NO₂^- + 4H⁺ → J₂ + 2NO + 2H₂O (10)

5SO₃^2- + 2MnO₄^- + 6H⁺ → 5SO₄^2- + 2Mn²⁺ + 3H₂O (11)

16H⁺ + 10J^- + 2MnO₄^- → 5J₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O (12)

16H⁺ + 10Cl^- + 2MnO₄^- → 5Cl₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O (13)

5Fe^{2+ +} MnO₄^- + 8H⁺ → 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O (14)

Растворение в воде

Анализируемое вещество полностью растворяется в воде. На основании этого можно сделать предположение об одновременном нахождении в растворе ионов Ag, Pb²⁺,CH₃COO^-,NO₃^- (поскольку только с этими анионами, открытый в предварительных испытания катион свинца, полностью растворяется в воде).

Проба на присутствие NH₄

В анализируемую смесь добавляем несколько капель едкого натра и нагреваем в пламени газовой горелки, запаха аммиака не чувствуется следовательно анион NH₄⁺ отсутствует.

Проба на Fe²⁺

В пробирку с анализируемым веществом вносим несколько капель раствора HCl и раствор красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆] синего окрашивания раствора в соответствии с нижеприведенным уравнением (15) не наблюдаем, следовательно, катион Fe²⁺ отсутствует.

[Fe(CN)₆]^3-+ Fe²⁺→Fe₃[Fe(CN)₆]₂ (15)

Проба на Fe³⁺

В пробирку с раствором анализируемого вещества прибавляем несколько капель воды и несколько капель концентрированного раствора роданида аммония. Кроваво-красного окрашивания в соответствии с уравнением (16) не наблюдаем, следовательно, катион Fe³⁺ отсутствует.

Fe³⁺+3CNS^-→Fe(CNS)₃ (16)

Вывод : по результатам предварительным испытаний можем сделать предположение о присутствии в анализируемой смеси следующих ионов: Pb²⁺,CH₃COO^-,NO₃^-

Систематический анализ

Проба на катионы

Проба на катионы второй аналитической группы

К анализируемому образцу добавляем, несколько капель соляной кислоты HCl наблюдаем, выпадение осадка в соответствии с уравнениями(17,18), что подтверждает возможное присутствие в данном веществе катионов Pb²⁺,Ag⁺

Химизм процесса:

Pb²⁺+2HCl→PbCl₂↓ (17)

Ag⁺+HCl→AgCl↓ (18)

Проверим образовавшийся осадок на растворение в горячей воде. Добавим к полученному осадку немного горячей воды. Осадок растворяется, следовательно, катион Ag²⁺ отсутствует.

Для того, чтобы точно удостовериться в присутствии в анализируемом образце катиона Pb²⁺ проведем следующий опыт. К нескольким каплям раствора анализируемого вещества добавим такое же количество KI. Выпадает желтый осадок (уравнение (19)).

Pb²⁺+2KI→PbI₂↓ +2K⁺ (19)

В пробирку прибавляем несколько капель воды и 2М раствора СН₃СООН, нагреваем, при этом осадок растворяется. Погружаем пробирку в холодную воду. Выпадают блестящие золотистые кристаллы в соответствии с уравнением (20).

PbI₂ ↓ + CH₃COOH→ [PbCH₃COO]I+HI. (20)

Таким образом доказали наличие в анализируемом веществе катиона свинца, что согласуется с предварительными испытаниями (проба на окрашивание пламени).

 Поскольку катион свинца мешает открытию катионов третьей и первой аналитических групп, необходимо его отделить. Для этого к раствору анализируемого вещества добавим несколько капель 10н HCl, перемешиваем стеклянной палочкой и фильтруем. Промоем осадок водой подкисленной 2н. раствором соляной кислоты (для понижения растворимости хлорида свинца). Фильтрат №1 возможно содержит следующие катионы Ca²⁺,Ba²⁺,K⁺,Na⁺ ,а также небольшое количество уже открытого катиона Pb²⁺.Затем к фильтрату добавляем несколько капель раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO_{4 ,} нагреваем на кипящей водяной бане несколько минут, даем, немного постоять, и снова фильтруем. Фильтрат№2 возможно содержит катионы К⁺, Na⁺ , Ca ²⁺ .Осадок, содержащий Pb²⁺ и возможно содержащий катионы Ba²⁺ , Ca²⁺обрабатываем, горячим 30% раствором CH₃COONH₄ до полного удаления PbSO₄, фильтруем, осадок промываем дистиллированной водой и переносим в фарфоровую чашку, добавляем несколько миллилитров раствора карбоната калия K₂CO₃ кипятим несколько минут, нагревая на асбестовой сетке в пламени газовой горелки. После охлаждения в фарфоровую чашку добавляем несколько миллилитров воды, перемешиваем, даем отстояться и прозрачный слой жидкости сливаем. Затем снова добавим карбонат калия K₂CO₃, опять нагреваем несколько минут, и фильтруем. Осадок промываем теплой водой до полного удаления анионов SO₄^2- . Осадок растворяем в пробирке в небольшой порции уксусной кислоты и промываем небольшим количеством дистиллированной воды. Далее проведем анализ на присутствие катиона Ва²⁺, для этого к полученному раствору прибавим несколько капель раствора хромата калия K₂CrO₄ осадка не образуется следовательно катион Ва²⁺ отсутствует. Проверим полученный раствор на наличие катиона Ca²⁺ , добавим карбонат натрия, перемешаем стеклянной палочкой, образования осадка не наблюдаем, следовательно, катион Ca²⁺ отсутствует. Проверим фильтрат№2 на наличие катиона К⁺ для этого к фильтрату добавим раствор Na₃[Co(No₂ )₆ ] и немного уксусной кислоты, желтого осадка комплексной соли кобальта не образуется следовательно катион К⁺ отсутствует. Проверим фильтрат № 2 на присутствие катиона Na⁺, добавим несколько капель раствора KH₂SbO₄ ,белого кристаллического осадка не образуется, следовательно катион Na⁺ отсутствует[3]. Для открытия катионов четвертой, пятой и шестой аналитических групп, к фильтрату, оставленному после отделения свинца добавим гидроокись натрия образования осадка не наблюдаем следовательно в анализируемой смеси отсутствуют катионы : Cu²⁺,Zn²⁺ ,Al³⁺,

Mg²⁺,Cr³⁺,Ni²⁺,Co²⁺

Проба на анионы

Присутствие катиона Pb²⁺ исключает наличие в анализируемом веществе анионов первой и второй аналитических групп, в противном случае при растворении в воде наблюдалось бы выпадение осадка.

Несмотря на то, что в предварительных испытаниях мы не делали предположение о присутствии аниона NO₂^-, проверим анализируемую смесь на присутствие данного аниона. Добавим к раствору анализируемой смеси несколько капель раствора Грисса-Илосвая, красного окрашивания раствора не наблюдаем, следовательно анион NO₂^-действительно в данной смеси отсутствует.

Качественные реакции на анионы третьей аналитической группы

Подтвердим присутствие в анализируемом веществе аниона NO^3-. Проведем следующую реакцию: к нескольким каплям раствора неизвестного вещества прибавим 2-3 капли дефениламина и 5 капель концентрированной серной кислоты. Наблюдается темно-синяя окраска образующегося дифенилбензидина (уравнение (21)):

 

2(C6H5)2NH C6H5-N –C6H4-C6H4-NH-

C6H5 C6H5-N= C6H4= C6H4=N- C6H5 (21)

По условию задачи в выданной смеси могут присутствовать два аниона. По результатам предварительных испытаний присутствие анионов NO₂ ^–, SO₄^2-, CO₃^2-, SO₃^2-, PO₄^3-,Cl^-, I^- - исключили, следовательно, в анализируемой смеси присутствует анион CH₃COO^-, наличие которого подтверждает выделение паров уксуса при действии разбавленной серной кислоты (предварительные испытания уравнение (3)).

На основе вышеперечисленных опытов можно сделать вывод о присутствии в анализируемой смеси катиона Pb²⁺ и анионов CH₃COO^-,NO₃^- .

Проанализировав, экспериментальные данные и предварительные наблюдения, приходим к выводу, что данная смесь состоит из двух солей Pb(NO₃)₂ и (CH₃COO)₂Pb.

Проанализируем физические свойства этих соединений .

Ацетат свинца(II) Рb(ОСОСН₃)₂- бесцветные кристаллы; т. пл. 280 °С; — 960,90 кДж/моль; при плавлении частично испаряется, при более высоких температурах разлагается до Рb, СО₂, Н ₂О и ацетона. Растворимость в воде (г в 100 г): 29,3 (10 °С), 55,2 (25 °С) и 221,0 (50 °С);

 Нитрат свинца Pb(NO₃)₂, бесцветные кристаллы. При нагревании выше 200°С начинает разлагаться без плавления с выделением NО₂ и О₂ и последовательным образованием оксонитратов Pb(NO₃)₂ · 2РbО, Pb(NO₃)₂, 5РbО и оксида РbО при 500-550 °С. Растворимость в воде (г в 100 г):45,5 (10°С), 58,5 (25°С), 91,6 (60°С) и 116,4 (80°С)[8].

Действительно, выданное вещество, предположительно состоящее из солей Pb(NO₃)₂ и (CH₃COO)₂Pb представляет собой смесь бесцветных кристаллов, что согласуется с вышеприведенными справочными данными. Пламя горелки (при проведении пробы на окрашивание племени) окрашивается в бледно-голубой цвет, что свидетельствует о наличии в выданном образце свинца. При прокаливании анализируемое вещество разлагается с выделением желтых паров, соответствующих уравнению(22), это подтверждает наличие в данной смеси нитрата свинца.

Pb(NO₃)₂ → 2PbO + 2NO₂ + O₂ (22)

При действии разбавленной серной кислоты на сухой образец наблюдали выделение паров с характерным запахом уксуса, следовательно, в данной смеси присутствует ацетат свинца. Таким образом, сопоставив справочные данные [8], результаты предварительных наблюдений и экспериментальные данные приходим к выводу, что сделанное ранее предположение о составе смеси подтверждается.