Мирошниченко Ю.Ю., Юрмазова Т.А. Химические загрязнения в биосфере и их определение
Подождите немного. Документ загружается.
Таблица 2.2 – Классификация анионов по кислотно-основному
методу
группа анионы Групповой
реагент
Образующиеся
продукты
Характеристика
группы
I SO
3
2-
,
SO
4
2-
,
CO
3
2-
,
PO
4
3-
,
SiO
3
2-
BaCl
2
в
нейтральной
или
слабощелочной
среде
BaSO
3
, BaSO
4
,
BaCO
3
,
BaSiO
3
,
Ba
3
(PO
4
)
2
осадки белого
цвета
Соли Ba
2+
трудно
растворимы в воде
II Cl
-
, I
-
,
Br
-
, S
2-
AgNO
3
, HNO
3
AgCl – белый,
AgBr – желто-
зеленый,
Ag
2
S – черный
Соли Ag
+
труднорастворимы
в воде и в HNO
3
III NO
2
-
,
NO
3
-
дифениламин Синее
окрашивание
раствора
Все соли
растворимы в воде
Определив группу катионов и анионов по кислотно-основному
методу, устанавливают с помощью характерных реакций структуру
ионов находящихся в растворе.
Характерные (специфические) реакции – реакции свойственные
только данному веществу (иону). Характерной реакцией на ионы Pb
2+
может быть взаимодействие соли свинца с иодидом калия или натрия.
Pb
2+
+ I
-
= PbI
2
↓
желтый осадок,
(растворимый в горячей воде и избытке раствора KI (или NaI)).
Если в растворе, кроме ионов свинца, присутствуют другие ионы,
например серебра, который с иодид-ионом дает также желтый осадок
AgI., в этом случае следует помнить, что для одного иона может быть
несколько характерных реакций.
Например,
2Ag
+
+ KOH → Ag
2
O↓ + H
2
O +2K
+
серо-коричневый, нерастворимый в избытке щелочи
Pb
2+
+ KOH → Pb(OH)
2
↓ + 2K
+
недостаток белый
Pb(OH)
2
↓ + KOH → K
2
[Pb(OH)
4
]
избыток прозрачный раствор
31
В таблицах 2.3-2.9 записаны характерные реакции на катионы и
анионы, с помощью которых можно определить нахождение ионов в
растворе.
Таблица 2.3 – Катионы первой группы
Катион Характерные реакции
Ag
+
1.AgCl + 2NH
4
OH → [Ag(NH
3
)
2
]Cl + 2H
2
O
избыток бесцветный раствор
2.Ag
+
+ KOH → Ag
2
O↓ + H
2
O + K
+
серокоричневый
3.Ag
+
+ CrO
4
2-
→ AgCrO
4
↓
кирпично-красный
Pb
2+
1.Pb
2+
+ KI = PbI
2
↓ + K
+
желтый осадок
2.Pb
2+
+ KOH → Pb(OH)
2
↓ + 2 K
+
недостаток белый
3.Pb(OH)
2
↓ + KOH → K
2
[Pb(OH)
4
]
избыток раствор прозрачный
Hg
2
2+
Hg
2
2+
+ 2 Cl
-
→ Hg
2
Cl
2
↓
белый кристаллический
Таблица 2.4 – Катионы второй группы
Катион Характерные реакции
Ba
2+
Ba
2+
+ CrO
4
2-
→ BaCrO
4
↓
желтый (реакция в присутствии CH
3
COOH)
Ca
2+
Ca
2+
+ C
2
O
4
2-
→ CaC
2
O
4
↓
белый осадок
Sr
2+
Sr
2+
+ CaSO
4
→ SrSO
4
↓ «гипсовая вода»
белый осадок выпадает через 10-15 минут
Таблица 2.5 – Катионы третьей группы
Катион Характерные реакции
Al
3+
1.Al
3+
+ ализарин → осадок красного цвета
(добавить водный раствор аммиака)
2.Al
3+
+ NaOH + NH
4
Cl → Al(OH)
3
↓ + NaCl + NH
3
↑
избыток насыщенный р-р белый запах
Cr
3+
1.CrCl
3
+ 3NaOH → Cr(OH)
3
↓ + 3NaCl
сине-зеленый
2.Cr(OH)
3
+ Br
2
водн
.
+ NaOH → Na
2
CrO
4
+ NaBr +H
2
O
желтый раствор
Zn
2+
1.Zn
2+
+ NaOH + NH
4
Cl → [Zn(NH
3
)
6
]Cl
2
+ NaCl + H
2
O
избыток насыщенный р-р
32
(в отличие от Al
3+
нет запаха аммиака)
2.3Zn
2+
+ 2K
4
[Fe(CN)
6
] → K
2
Zn
3
[Fe(CN)
6
]
2
↓ + 6K
+
белый
Sn
2+
Sn
2+
+ Bi(NO
3
)
3
+ NaOH → Na
2
SnO
3
+ Bi ↓+ NaNO
3
+ H
2
O
черный
Таблица 2.6 – Катионы четвертой группы
Катион Характерные реакции
Fe
2+
1.Fe
2+
+ 2NaOH → Fe(OH)
2
↓ + 2Na
+
зеленый,
быстро окисляется на воздухе до Fe(OH)
3
– коричневый
4Fe(OH)
2
+ О
2
+ 2H
2
O → 4Fe(OH)
3
Fe
3+
1.Fe
3+
+ 3NaOH → Fe(OH)
3
↓ + 3NaCl
коричневый
2.4Fe
3+
+ K
4
[Fe(CN)
6
] → Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
↓ + 4K
+
синий
3.Fe
3+
+ 3NH
4
CNS → Fe(CNS)
3
+ 3NH
4
+
Mg
2+
1.Mg
2+
+ 2NaOH → Mg(OH)
2
↓ + 2Na
+
белый
2.Mg
2+
+ NH
4
OH + Na
2
HPO
4
→ MgNH
4
PO
4
∙5H
2
O↓+ 2Na
+
белый
Bi
3+
1.Bi
3+
+ 3NaOH → Bi(OH)
3
↓ + 3Na
+
коричневый
2.Bi
3+
+ NaOH + SnCl
2
→ Na
2
SnO
3
+Bi↓+ NaCl +H
2
O
избыток черный
Sb
3+
1.Sb
3+
+ 3NaOH → Sb(OH)
3
↓ + 3Na
+
недостаток белый
Sb(OH)
3
↓+ 3NaOH→ Na
3
[Sb(OH)
6
]
избыток бесцветный р-р
2.Sb
3+
+ Na
2
S
2
O
3
+H
2
O → Sb
2
S
3
↓ +H
2
SO
4
+2Na
+
Оранжевый
Mn
2+
Mn
2+
+ 2NaOH → Mn(OH)
2
↓ + 2Na
+
белый,
быстро окисляется кислородом воздуха в Mn(OH)
4
– коричневый
Mn(OH)
2
↓ + О
2
+ H
2
O → Mn(OH)
4
Таблица 2.7 – Катионы пятой группы
Катион Характерные реакции
Co
2+
1.Co
2+
+ NaOH → [Co(OH)]
+
+ Na
+
недостаток синий
2.[Co(OH)]
+
+ NaOH → Co(OH)
2
↓ + Na
+
избыток розовый
33
3.Co
2+
+ 4NH
4
CNS → (NH
4
)
2
[Co(CNS)
4
] + 2NH
4
+
сине-голубой
Ni
2+
1.Ni
2+
+ 2NaOH → Ni(OH)
2
↓ + 2Na
+
зеленый
2.Ni
2+
+ Br
2
водн. + NaOH → Ni(OH)
3
↓ + NaBr
черный
3.Ni
2+
+ NH
4
OH + C
4
H
8
N
2
O
2
+ H
2
O → Ni[C
4
H
7
N
2
O
2
] + NH
4
+
диметилглиоксим алого цвета
Cu
2+
1.Cu
2+
+ 2NaOH → Cu(OH)
2
↓+ 2Na
+
голубого цвета
2.Cu(OH)
2
↓ → CuO↓ + H
2
O
Черный
Cd
2+
1.Cd
2+
+ 2NaOH → Cd(OH)
2
↓ + 2Na
+
белый
2.Cd
2+
+ H
2
Sводн. → CdS↓ + 2H
+
лимонно-желтый
Hg
2+
1.Hg
2+
+ 2NaOH → Hg(OH)
2
↓+ 2Na
+
Hg(OH)
2
→ HgO + H
2
O
оранжево-желтый
2.Hg
2+
+ KI → HgI
2
↓ + 2K
+
недостаток оранжевый
Таблица 2.8 – Катионы шестой группы
Катион Характерные реакции
Na
+
1.Na
+
+ KH
2
SbO
4
→ NaH
2
SbO
4
↓ + K
+
белый мелкокристаллический осадок
(выпадает при упаривании и перемешивании раствора)
K
+
1.K
+
+ NaHC
4
H
4
O
6
→ KHC
4
H
4
O
6
↓ + Na
+
белый осадок,
(выпадение ускоряют натиранием стеклянной палочкой о стенки
пробирки)
2.K
+
+ Na
3
[Co(NO
2
)
6
] → K
3
[Co(NO
2
)
6
]↓ + 3Na
+
желтый
(выпадение осадка ускоряют аналогично)
NH
4
+
1.Реакция идет при нагревании
NH
4
+
+ NaOH → NH
3
↑ + H
2
O + Na
+
запах,
(или по изменению влажной лакмусовой бумажки, окраска – синяя)
2.NH
4
+
+ K
2
[HgI
4
] + 4OH
-
→ [ NH
4
Hg
2
O]I + I
-
+ H
2
O
реактив Несслера оранжевый р-р
34
Катионы щелочных металлов очень трудно определить, поэтому
применяют дополнительные методы исследования по реакции
окрашивания пламени, таблица 2.10.
Таблица 2.9 – Качественные реакции на анионы
Анион Характерные реакции
CO
3
2-
1.CO
3
2-
+ 2HCl → CO
2
+ H
2
O +2Cl
-
2.Ca(OH)
2
+ CO
2
→ CaCO
3
↓ + H
2
O
помутнение раствора
SiO
3
2-
SiO
3
2-
+ NH
4
OH → H
2
SiO
3
↓+ NH
4
+
бесцветный, гелеобразный
Cl
-
1.Cl
-
+ AgNO
3
→ AgCl↓ + NO
3
-
белый
2.AgCl + 2NH
4
OH → [Ag(NH
3
)
2
]Cl + 2H
2
O
избыток
(осадок AgCl растворяется в избытке NH
4
OH)
Br
-
1.Br
-
+ AgNO
3
→ AgBr↓ + NO
3
-
светло-желтый
2.AgBr + 2NH
4
OH → [Ag(NH
3
)
2
]Br + 2 H
2
O
избыток
(осадок AgBr растворяется в избытке NH
4
OH)
I
-
2I
-
+ Pb(NO
3
)
2
→ PbI
2
↓ + 2NO
3
-
ярко-желтый
SO
4
2-
SO
4
2-
+ BaCl
2
→ BaSO
4
↓ + 2Cl
-
Белый
SO
3
2-
SO
3
2-
+ I
2
водн. + H
2
SO
4
→ HI + SO
4
2-
(наблюдаем обесцвечивание раствора)
S
2-
S
2-
+ AgNO
3
→ Ag
2
S↓ + 2NO
3
-
Черный
CH
3
COO
-
1.CH
3
COO
-
+ FeCl
3
→ Fe(CH
3
COO)
3
+ Cl
-
красно-бурый раствор,
(Fe(CH
3
COO)
3
гидролизуется, образуя осадок красно-бурого цвета)
2.CH
3
COO
-
+ H
2
SO
4
→ CH
3
COOH + SO
4
2-
запах уксусной кислоты
CNS
-
3CNS
-
+ FeCl
3
→ Fe(CNS)
3
+ 3Cl
-
ярко-красный раствор
NO
2
-
1.6KNO
2
+ Co
2+
→ K
3
[Co(NO
2
)
6
]↓ + 3K
+
2.NO
2
-
+ (C
6
H
5
)
2
NH + H
+
→ (C
2
H
5
)
2
N-N=O + H
2
O
дифениламин ярко-синий р-р
реакция протекает в присутствии концентрированной H
2
SO
4
3.NO
2
-
+ KMnO
4
+ H
2
SO
4
→ NO
3
-
+ K
2
SO
4
+ MnSO
4
+ H
2
O
фиолетовый бесцветный
NO
3
-
1.NO
3
-
+ (C
6
H
5
)
2
NH. + 3H
+
→ (C
2
H
5
)
2
N-N=O + 2H
2
O
35
дифениламин ярко-синий р-р
реакция протекает в присутствии концентрированной H
2
SO
4
2. Нитраты являются сильными окислителями, поэтому не
обесцвечивают раствор KMnO
4
.
Дополнительные методы исследования
Опыт выполняется в вытяжном шкафу!
Реакция окрашивание пламени применяется для обнаружения
многих катионов. Для этого используют стеклянную палочку с
фитилем, фитиль смачивают раствором спирта, а затем анализируемым
раствором, содержащим катионы определяемого металла. Фитиль
вносят в пламя спиртовки – цвет пламени изменяется, горящий фитиль
тушат в стакане с водой. Катион металла находящийся в анализируемом
растворе определяют по цвету пламени, таблица 2.10.
Таблица 2.10 – Качественное определение катионов
по окраски пламени
катион Окраска пламени катион Окраска пламени
K
+
фиолетовый Sr
2+
красный
Na
+
желтый Cu
2+
сине-зеленый
Ca
2+
кирпично-красный Pb
2+
Sb
3+
голубой
Ba
2+
желтовато-зеленый
Экспериментальная часть
Цель работы: провести качественные реакции на отдельные
катионы и анионы. Определить состав модельного раствора.
Опыт 1. Характерные реакции на отдельные
катионы и анионы
В отдельных пробирках проделайте качественные реакции с
использованием растворов солей, из лабораторного штатива. Все
проделанные опыты запишите в лабораторный журнал, указывая
особенности осадков (цвет, скорость выпадения, вид: аморфный,
гелеобразный, кристаллический и т.д.)
Например:
CrCl
3
+ 3NaOH → Cr(OH)
3
↓ + 3NaCl
сине-зеленый
Cr(OH)
3
+ Br
2
водн
.
+ NaOH → Na
2
CrO
4
+ NaBr +H
2
O
Осадок исчезает, раствор окрашивается в желтый цвет, образованием
аниона CrO
4
2-
).
Или
3CH
3
COONa + FeCl
3
→ Fe(CH
3
COO)
3
+ 3NaCl
36
1
2
3
5
4
красно-бурый раствор,
Ацетат железа (III) гидрализуются, образуя того же цвета осадок.
Реакция характерна для ацетат-иона CH
3
COO
-
.
Опыт 2. Качественное определение легко и среднерастворимых
форм химических элементов в почве городских улиц
В почве присутствуют легко и среднерастворимые соединения:
карбонаты, хлориды (NaCl, MgCl
2
, CaCl
2
), сульфаты, нираты.
Модельный раствор 20 мл делят на 4 равные части и определяют
присутствие в растворе ионов: хлора, сульфат-ионов, кальция, нитратов.
В лабораторной работе мы используем заранее приготовленный
модельный раствор. Чтобы провести качественное определение
химических элементов в почве городских улиц необходимо приготовить
почвенную вытяжку.
Методика приготовления почвенной вытяжки:
25г почвы (растертой и просеянной), вносят в коническую колбу на
100 мл и заливают 50 мл дистиллированной воды, взбалтывают 15 мин,
затем отстаивают 5 мин и отфильтровывают через воронку со
складчатым фильтром, сливая раствор по стеклянной палочке. наливая
каждый раз немного более чем половины фильтра (рисунок 1).
1 – штатив, 2 – стакан с фильтруемой водой,
3 – воронка с фильтром, 4 – стеклянная палочка,
5 – стакан
Рис. 1. Установка для обычного фильтрования
а) Определение хлорид ионов
Отбирают 5 модельного раствора, подкисляют азотной кислотой
(1-2 капли) для разрушения бикарбонатов, прибавляют несколько
капель нитрата серебра, перемешивают. По характеру осадка AgCl
судят о присутствии хлорид ионов и о его содержании.
Cl
-
+ AgNO
3
→ AgCl↓ + NO
3
-
37
Характеристика осадка [2]
Осадок Содержание Cl
-
мг на 100 мл вытяжки г на 100 г почвы, %
Большой
хлопьевидный
>10 0,1
Сильная муть 5-10 0,01
Опалесценция 1-0,1 0,001
б) Определение сульфат-иона
К 2 мл модельного раствора добавляют несколько капель
концентрированной соляной кислоты и 1-2 мл раствора хлористого
бария. Раствор в пробирке нагревают до кипения. При наличии
сульфатов происходит реакция:
Na
2
SO
4
+ BaCl
2
= BaSO
4
↓ + 2NaCl
белый мелкокристаллический
осадок
Характеристика осадка [2]
Осадок Содержание SO
4
2-
мг на 100 мл вытяжки г на 100 г почвы, %
Большой
быстрооседающий на
дно
50 0,1
Муть, появляющаяся
сразу
10-1 0,01
Медленно
появляющаяся слабая
муть
1-0,5 0,001
в) Определение кальция
3 мл модельного раствора подкисляют 1-2 капли 10% соляной
кислотой и добавляют 2 мл 4% раствора оксалата аммония.
CaCl
2
+ (NH
4
)
2
C
2
O
4
= CaC
2
O
4
+ 2NH
4
Cl
Характеристика осадка[2]
Осадок Содержание Сa
2+
мг на 100 мл вытяжки г на 100 г почвы, %
Большой выпадающий
сразу
50 0,1
Муть, выделяющаяся
при перемешивании
10-1 0,01
Слабая муть,
выделяющаяся при
стоянии
1-0,1 0,001
38
г) Определение нитратов
В пробирку прибавляют 2 мл модельного раствора и по каплям
добавляют раствор дифениламина в серной кислоте. При наличии
нитратов раствор окрашивается в синий цвет.
NO
3
-
+ (C
6
H
5
)
2
NH + 3H
+
→ (C
2
H
5
)
2
N-N=O + 2H
2
O
дифениламин ярко-синий р-р
Лабораторная работа 2
КАЧЕСТВЕННЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Теоретическое введение
Органическая химия – химия углерода, она насчитывает большое
разнообразие органических соединений, которые находят широкое
применение в быту и производственной деятельности человека.
Органические соединения служат животным и людям пищей и издавна
используются как сырье при производстве тканей. В современном мире
очень важную роль играют синтетические высокомолекулярные
соединения, которые используют как конструкционные материалы,
покрытия, волокна и т.д. Органические соединения это лекарственные
препараты, моющие средства, пестициды и т.д. Сырьем для
производства органических соединений служит нефть и природный газ.
В таблице 2.11 показано применение и отрицательное влияние
основных классов органических соединений на организм человека и
окружающую среду.
Таблица 2.11 – Применение и влияние основных классов органических
соединений на организм человека и окружающую среду
Класс
органических
веществ
Функциональная группа Первый
представитель
класса
Название по
ИЮПАК
Алканы
(предельные
углеводороды)
C
H
H
H
H
СН
4
метан
Применение некоторых представителей:
Алканы являются топливом (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, соляровое
масло, смазочные масла, твердые парафины). Являются исходным сырьем для
химической промышленности, используют в качестве растворителей. Предельные
39
углеводороды находят применение в медицине для местной анастезии. Циклоалканы
– для общего наркоза. Из вазелинового масла готовят лекарственные мази.
Их отрицательное влияние:
1. Нефть, попадая по различным причинам в водоемы, остается на ее поверхности и,
препятствуя растворению воздуха в водоемах, это приводит к нарушению
экологического баланса.
2.Тетраэтилсвинц антидетанационная добавка к низкосортным бензинам.
Выхлопные газы засоряют свинцом и его оксидами окружающую среду.
Алкены,
Алкины
(непредельные
углеводороды)
-C=C-
-С≡С-
H
2
C=CH
2
Н-С≡С-Н
этен
этин
Ароматические
углеводороды
бензол
Применение некоторых представителей:
1.Алкены являются исходными веществами для получения полимеров (полиэтилен,
полипропилен, поливинилхлорид ит.д.), а также производства синтетического
каучука.
2. К непредельным углеводородам относят терпены ими богаты смола хвойных
деревьев, каучуконосов, также в эфирных маслах хмеля, цитрусовых плодах, мяте. В
медицине используют скипидар, ментол, цитраль, камфора, непредельные связи
входят в состав витамина А и.д.р.
3. Бензол и его гомологи являются исходным сырьем в синтезе лекарственных
средств, взрывчатых веществ, красителей, синтетических волокон.
Их отрицательное влияние:
При разложении (утилизации) полимерных материалов влияет образуются
токсичные вещества.
Спирты
Фенолы
R-OH
OH
CH
3
-OH
OH
Метанол
фенол
Применение некоторых представителей:
Глицирин применяют в качестве смягчителя в текстильной промышленности и как
составная часть косметических препаратов.
Этиленгликоль используют в технике для приготовления антифризов, для синтеза
полимерных соединений – лавсана.
Производные фенола применяют для производства лаков, красителей, при
производстве фенолформальдегидных смол, в фармацевтической промышленности и
как антисептик (карболовая кислота).
Гидрохинон (1,4-диоксибензол) – проявитель в фотографии.
Их отрицательное влияние:
Некоторые представители являются ядовитыми веществами (метанол,
этиленгликоль, фенол).
40