Nemfémes elemek és fontosabb ionjaik A laborgyakorlatok anyagát összeállította: dr. Pasinszki Tibor egyetemi tanár

Átírás

1 Nemfémes elemek és fontosabb ionjaik A laborgyakorlatok anyagát összeállította: dr. Pasinszki Tibor egyetemi tanár Végezze el a következő kísérleteket és jegyezze fel észleléseit! 1. Hidrogéngáz fejlesztése Kipp-készülékben és a hidrogéngáz meggyújtása platinakatalizátorral A jegyzőkönyv tartalmazza a készülékrajzot és a megfigyeléseket! Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 2. Klórgáz előállítása gázfejlesztő lombikban és klórosvíz előállítása A jegyzőkönyv tartalmazza a készülékrajzot és a megfigyeléseket! 2 KMnO HCl 2 MnCl KCl + 5 Cl H 2 O 1

2 3. A hidrogén-peroxid oxidáló hatásának vizsgálata Vizsgálja meg a H 2 O 2 redox tulajdonságait a következő két reakció alapján: 1. Kálium-jodid és keményítő oldat. Ha hidrogén-peroxid oldatot megsavanyítunk híg kénsavval, majd kálium-jodidot és keményítő oldatot adunk hozzá, jód keletkezik, és az oldat lassan mélyebb és mélyebb kék színű lesz: H 2 O H I I H 2 O 2. Kálium-permanganát oldat: elszíntelenedik savas közegben és oxigén gáz fejlődik: 2 MnO H 2 O H + 2 Mn O H 2 O 4. Szilikátnövények előállítása A kristályok és a vízüveg határfelületén csapadékhártya képződik, amely féligáteresztő hártyaként viselkedik. 2

3 Vizsgálja meg az alábbi anionok néhány jellemző reakcióját! I. csoport II. csoport III. csoport IV. csoport reagál HCl -el gázfejlődés, vagy csapadékképződés Ba 2+ ph= 7 AgNO 3 + HNO nem reagál KI vagy I 2 oldattal csapadék Ag + ionokkal CO 3 SiO 3 csapadék Ba 2+ ionokkal CO 3 SiO 3 SO 4 PO 4 3- F - BO 3 3- Cl - Br - I - NO 3 - elszínteleníti az I 2 oldatot S SO 3 S 2 O 3 SO 3 S 2 O 3 I 2 -t szabadít fel KI oldatból (NO 2 - ) NO 2 - Elvégzendő feladatok: A borátok reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,1 M koncentrációjú nátrium-tetraborát oldatot (nátrium-piroborát, vagy bórax) Na 2 B 4 O 7.10H 2 O = Na(H 2 O) 4 2 B 4 O 5 (OH) Bárium-klorid oldat: töményebb oldatokból bárium-metaborát csapadék válik ki: B 4 O Ba 2+ + H 2 O 2 Ba(BO 2 ) H + Mi történik, ha a csapadékhoz híg savat ad, vagy a reagenst feleslegben? 3

4 2. Ezüst-nitrát oldat: töményebb oldatokból ezüst-metaborát válik ki: B 4 O Ag + + H 2 O 4 AgBO H + Mi történik, ha a csapadékot vízzel forralja? Mi történik, ha a csapadékhoz ecetsavat, vagy ammóniaoldatot ad? 2 AgBO H 2 O Ag 2 O + 2 H 3 BO 3 AgBO 2 + H + + H 2 O Ag + + H 3 BO 3 AgBO NH H 2 O Ag(NH 3 ) B(OH) 4 3. Koncentrált kénsav és alkohol Ha bóraxot összekeverünk 1 ml koncentrált kénsavval és 5 ml metanollal (vagy etanollal) egy porcelán tálban és az alkoholt meggyújtjuk, az alkohol a metilborát, B(OCH 3 ) 3 képződése következtében zöld színű lánggal fog égni: B 4 O H 2 SO H 2 O 4 H 3 BO 3 + SO 4 2 H 3 BO CH 3 OH B(OCH 3 ) H 2 O A szén és a szilícium legfontosabb ionjai C Si CO 3 2 SiO 3 2 * HCO 3 * Vizes oldatban nem létezik ebben a formában, hanem poliionként. 4

5 Karbonátok, CO3 2 A karbonátionok reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,5 M nátriumkarbonát, Na 2 CO 3.10H 2 O oldatot. 1. Híg sósav: figyelje meg, hogy mi történik, ha a karbonáthoz sósavat ad! CO H + CO 2 + H 2 O Megfigyelések:... a keletkező gázt úgy azonosíthatjuk, hogy telített kalcium-hidroxid, vagy bárium-hidroxid oldatba vezetve fehér csapadékot választ le, vagy az oldatot megzavarosítja. CO 2 + Ca OH CaCO 3 + H 2 O CO 2 + Ba OH BaCO 3 + H 2 O Bármely sav, mely erősebb a szénsavnál, a karbonátot elbontja, különösen melegítésre. A karbonátot még az ecetsav is bontja, de a gyenge bórsav, vagy ciánsav nem. 2. Bárium-klorid (vagy kalcium-klorid) oldat: bárium- (vagy kalcium) karbonát csapadék keletkezik, oldhatósági szorzat: L(BaCO 3, 25 C)= 2,58x10 9 ; L(CaCO 3, 25 C)= 4,96x10 9 : CO 3 + Ca 2+ CaCO 3 CO 3 + Ba 2+ BaCO 3 Csak a normál karbonátok adnak csapadékot, a hidrogénkarbonátok nem. Mi történne, ha az oldatba széndioxid gázt vezetne? CaCO 3 + H + Ca 2+ + HCO 3-5

6 3. Ezüst-nitrát oldat: ezüst-karbonát csapadék válik ki, oldatósági szorzat: L(Ag 2 CO 3, 25 C)= 8,45x10 12 : CO Ag + Ag 2 CO 3 Mi történik, ha a csapadékos oldatot forralja? Ag 2 CO 3 Ag 2 O + CO 2 Hidrogén-karbonátok, HCO3 A hidrogén-karbonát ionok jellemző reakcióinak tanulmányozásához használjon frissen elkészített 0,5 M NaHCO 3 oldatot. 1. Forralás. Ha oldatukat forraljuk, a hidrogén-karbonátok elbomlanak: 2 HCO 3 CO H 2 O + CO 2 A keletkező széndioxid azonosítható pl. bárium-hidroxid oldattal. 2. Magnézium-szulfát. Mi történik, ha magnézium-szulfátot adunk hideg hidrogénkarbonát oldathoz? Mi történik, ha az oldatot forralja? Mg HCO 3 MgCO 3 + H 2 O + CO 2 Szilikátok, SiO3 2 A kovasavak a következő általános képlettel jellemezhetők: xsio 2.yH 2 O. A különböző kovasavak, az ortokovasav, H 4 SiO 4 (SiO 2.2H 2 O), metakovasav, H 2 SiO 3 (SiO 2.H 2 O) és dikovasav, H 2 Si 2 O 5 (2SiO 2.H 2 O) sói ismertek. A metakovasav sóit egyszerűen szilikátoknak nevezzük. A szilikát ionok reakcióinak vizsgálatához használjon 1 M nátrium-szilikát, Na 2 SiO 3 oldatot. 1. Híg sósav. Ha szilikát oldathoz híg sósavat adunk kocsonyás metakovasav válik ki. A kicsapódás gyorsabb, ha az oldatot melegítjük. SiO H + H2 SiO 3 6

7 2. Ezüst-nitrát oldat: ezüst-szilikát csapadék keletkezik: SiO Ag + Ag 2 SiO 3 Mi történik, ha a csapadékhoz híg savat ad? Ag 2 SiO H + H 2 SiO Ag + 3. Bárium-klorid oldat: bárium-szilikát keletkezik, ami oldódik híg salétromsavban: SiO 3 + Ba 2+ BaSiO 3 Az N és P legfontosabb anionjai és kationjai: N P NH 4 + ammónium NO 2 + nitrónium H 2 PO 2 - NO 2 - nitrit hipofoszfit NO 3 - nitrát HPO 3 foszfit PO 4 3- foszfát Az NH 4 +, NO2 -, NO3 -, PO4 3- ionok néhány jellemző reakciója Ammónium ion, NH 4 + Az ammóniumionok reakcióinak vizsgálatához használjon 0,5 M ammóniumklorid oldatot. 1. Nátrium-hidroxid oldat: melegítésre ammónia gáz fejlődik. NH OH NH 3 + H 2 O Az ammónia gáz a következőképpen azonosítható: a.) a nedves ph papírt megkékíti; b.) a higany(i)-nitrát oldattal megnedvesített szűrőpapírt megfeketíti: NH 3 + H 2 O NH OH (lúgos kémhatás) 2 NH 3 + Hg NO 3 Hg(NH 2 )NO 3 + Hg + NH + 4 7

8 2. Nessler reagens ( kálium-tetrajodo-merkurát(ii) lúgos oldata): A csapadék bázikus higany(ii)-amido-jodid: NH HgI OH HgO.Hg(NH 2 )I + 7 I + 3 H 2 O Nitrit, NO 2 Használjon 0,1 M KNO 2 oldatot a nitritionok reakcióinak vizsgálatához. 1. Sósav: Ha óvatosan, hidegen sósavat adunk szilárd nitrithez, világoskék folyadék keletkezik (a szabad salétromossav HNO 2, vagy anhidridje N 2 O 3 miatt) és barna színű nitrogén-oxidok fejlődnek. A barna színű nitrogén-dioxid főleg a nitrogénmonoxid és a levegő oxigénjének reakciójával keletkezik. Hasonló reakció észlelhető, ha sósavat tömény nitrit oldatba öntünk. Híg nitrit oldat esetén a gázfejlődés gyenge, gyakran nem észlelhető. NO 2 + H + HNO 2 3 HNO 2 HNO NO + H 2 O 2 NO + O 2 2 NO 2 2. Kálium-jodid oldat: ha nitrit oldatot adunk kálium-jodid oldathoz és megsavanyítjuk ecetsavval vagy híg kénsavval, elemi jód keletkezik, ami azonosítható kloroformos kirázással vagy a keményítő oldat megkékülésével. 2 NO I + 4 H + I NO + 2 H 2 O 3. FeSO 4 oldat: feleslege már ecetsavval megsavanyított oldatban is sötétbarna színeződést okoz a nitrozo-vas(ii) ionok keletkezése következtében: NO Fe H + Fe(NO) 2+ + Fe 3+ + H2 O 8

9 Nitrátok, NO 3 Használjon 0,1 M nátrium- vagy kálium-nitrát oldatot a nitrátionok reakcióinak vizsgálatához. 1. Vas(II)-szulfát oldat és tömény kénsav (barna gyűrű teszt): Ezt a vizsgálatot a következő két módon hajthatjuk végre: a.) Adjon 2 ml nitrát oldathoz 3 ml frissen készített telített vas(ii)-szulfát oldatot, majd folyasson a kémcső oldalán lassan 3-5 ml tömény kénsavat az oldathoz úgy, hogy a sav külön réteget képezzen az oldat alatt. A két réteg találkozásánál barna gyűrű keletkezik. vagy b.) Adjon 4 ml tömény kénsavat lassan 2 ml nitrát tartalmú oldathoz, keverje össze az oldatot és hűtse le hideg csapvíz alatt. Folyasson a kémcső oldalán lassan telített vas(ii)-szulfát oldatot a kénsavas oldathoz úgy, hogy réteget képezzen a kénsavas oldat felett. Tegye félre állni az oldatot 3 percre. Barna gyűrű keletkezik a két folyadékréteg találkozásánál. A barna gyűrű az [Fe(NO)] 2+ keletkezése következtében áll elő. Rázásra és melegítésre a barna gyűrű eltűnik, nitrogén-monoxid fejlődik és az oldat megsárgul a vas(iii) ionok keletkezése következtében. 2 NO H2 SO Fe 2+ 6 Fe NO + 4 SO H2 O Fe 2+ + NO [Fe(NO)] 2+ Ortofoszfátok, PO4 3- Az ortofoszforsav (gyakran egyszerűen csak foszforsavnak nevezik) hárombázisú sav, ezért háromféle só vezethető le belőle: primér ortofoszfátok, pl. NaH 2 PO 4 ; szekunder ortofoszfátok, pl. Na 2 HPO 4 : tercier ortofoszfátok, pl. Na 3 PO 4. Az úgynevezett "nátrium-foszfát" tulajdonképpen a dinátrium-hidrogén-foszfátnak, Na 2 HPO 4 12H 2 O a hétköznapi elnevezése. A foszfát ionok reakcióinak vizsgálatához használjon 0,1 M dinátriumhidrogén-foszfát, Na 2 HPO 4 12H 2 O oldatot. 9

10 1. Ezüst-nitrát oldat: semleges oldatból tercier ezüst-ortofoszfát csapadék keletkezik, oldhatósági szorzat: L(Ag 3 PO 4, 25C)= 8, : HPO Ag + Ag 3 PO 4 + H + Mi történik, ha az oldathoz híg salétromsavat adunk? Ag 3 PO H + H 2 PO Ag + 2. Bárium-klorid oldat: semleges oldatból amorf szekunder bárium-foszfát válik ki. HPO 4 + Ba 2+ BaHPO 4 Mi történik, ha az oldathoz savat adunk? Mi történik, ha lúgot adunk? 2 HPO Ba NH 3 Ba 3 (PO 4 ) NH Ammónium-molibdát reagens: sárga, kristályos ammónium-foszformolibdát, (NH 4 ) 3 P(Mo 3 O 10 ) 4 ] csapadék keletkezik, ha tömény salétromsavat és a reagenst nagy feleslegben foszfátion tartalmú oldathoz adjuk. A reakciót célszerű a következőképpen végrehajtani: adjon lassan tömény salétromsavat 10%-os (NH 4 ) 2 MoO 4 oldathoz addíg, míg a kezdetben leváló csapadék teljesen feloldódik. Ezután adja ezt az oldatot nagy feleslegben kevés foszfátion tartalmú oldathoz, vagy adjon ehhez az oldathoz kevés foszfátion tartalmú oldatot. HPO MoO NH H + (NH 4 ) 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] + 12 H 2 O 10

11 Az O és S fontosabb anionjai és oxoanionjai: O S O oxid O 2 peroxid S szulfid SO 3 szulfit SO 4 szulfát S 2 O 3 tioszulfát A szulfid, szulfit, szulfát és tioszulfát anionok jellemző reakciói Szulfidok, S A szulfidionokkal végzett kísérleteket vegyifülkében végezzük! A szulfidionok reakcióinak vizsgálatához használjon 2M nátrium-szulfid oldatot. 1. Sósav: kénhidrogén gáz fejlődik. S H + H 2 S A gáz úgy azonosítható, hogy a kémcső szájához tartott ólom-acetátos szűrőpapír megfeketedik. H 2 S + Pb 2+ PbS + 2 H + 2. Ezüst-nitrát oldat: ezüst-szulfid csapadék keletkezik, oldhatósági szorzat: L(Ag 2 S, 25C)= 1,09x10 49 : S Ag + Ag 2 S 3. Ólom-acetát oldat: ólom-szulfid csapadék válik ki az oldatból, oldhatósági szorzat: L(PbS, 25C)= 9,04x10 29 : S 2 + Pb 2+ PbS 4. Kálium-jodidos jódoldat: szulfidok megsavanyított oldatában elszíntelenedik, miközben finom eloszlású elemi kén válik ki az oldatból: H 2 S + I 2 2 HI + S 11

12 Szulfitok, SO 3 Használjon 0,5 M nátrium-szulfit, Na 2 SO 3 oldatot a szulfitionok jellemző reakcióinak tanulmányozására. (A szulfitionok a levegő oxigénje hatására könnyen oxidálódnak, szulfátionok (SO 4 ) képződése közben, ezért friss oldattal dolgozzunk.) 1. Sósav (vagy híg kénsav): a szulfit kéndioxid gáz fejlődése közben elbomlik. A bomlás melegítésre gyorsabb. SO H + SO 2 + H 2 O A fejlődő gázt a következőképp azonosíthatjuk: a kémcső szájához tartott káliumjodáttal és keményítőoldattal megnedvesített szűrőpapírt megkékíti, jód keletkezése következtében: 5 SO IO H 2 O I SO H + 2. Bárium-klorid (vagy stroncium-klorid) oldat: semleges oldatból bárium-(vagy stroncium-) szulfit csapadék keletkezik: SO Ba 2+ BaSO 3 Mi történik, ha a csapadékhoz híg sósavat adunk? (Megjegyzés: a kémcsőben maradt kevés csapadék BaSO 4 ) BaSO H + Ba 2+ + SO 2 + H 2 O 3. Ezüst-nitrát oldat: adagolja lassan a reagenst és figyelje meg, hogy mi történik! SO Ag + AgSO 3 ha több reagenst adunk, kristályos ezüst-szulfit csapadék válik ki, oldhatósági szorzat: L(Ag 2 SO 3, 25C)= 1,49x10 14 : AgSO 3 + Ag + Ag 2 SO 3 A csapadék feloldódik, ha szulfitionokat adunk hozzá feleslegben: Ag 2 SO 3 + SO AgSO 3 12

13 4. Kálium-jodidos jód oldat: az oldat elszíntelenedik, mivel a szulfit a jódot színtelen jodiddá redukálja: SO I2 + H 2 O SO H I A reakció jobban észlelhető, ha a kálium-jodidos jódoldatba keményítőoldatot cseppentünk. Tioszulfátok, S 2 O 3 A tioszulfátionok jellemző reakcióinak vizsgálatához használjon 0,5 M nátrium-tioszulfát oldatot. 1. Sósav: nem észlelhető azonnal változás hideg tioszulfátion tartalmú oldatban, de néhány másodperc múlva az oldat megzavarosodik, kén válik ki és kéndioxid gáz fejlődik. A reakció gyorsabb, ha az oldatot melegítjük. A kéndioxid kimutatható, mert a kálium-jodáttal és keményítőoldattal megnedvesített szűrőpapírt megkékíti: S 2 O H + S + SO 2 + H 2 O 2. Bárium-klorid oldat: töményebb oldatból bárium-tioszulfát csapadék válik ki: S 2 O Ba 2+ BaS 2 O 3 3. Ezüst-nitrát oldat: a reagens feleslegében ezüst-tioszulfát csapadék válik ki: S 2 O Ag + Ag 2 S 2 O 3 A csapadék nem stabil, állás közben megfeketedik, miközben ezüst-szulfid keletkezik (A bomlás gyorsítható a csapadékos oldat melegítésével.): Ag 2 S 2 O 3 + H 2 O Ag 2 S + 2 H + + SO 4 2 Ha a reagenst lassan adjuk az oldathoz, először nem észlelünk változást, mert vízben oldódó ditioszulfáto-argentát(i) komplex keletkezik. 2 S 2 O Ag + [Ag(S 2 O 3 ) 2 ] 3-13

14 4. Kálium-jodidos jód oldat: jodid- és tetrationát- ionok keletkeznek: I S 2 O I + S 4 O 6 2 Szulfátok, SO 4 A szulfátionok jellemző reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,1 M nátrium-szulfát oldatot. 1. Bárium-klorid oldat: bárium-szulfát csapadék keletkezik, oldatósági szorzat L(BaSO 4, 25C)= 1,07x SO Ba 2+ BaSO 4 Mi történik, ha a csapadékhoz sósavat, vagy salétromsavat ad? 2. Ezüst-nitrát oldat: híg oldatokból nem válik ki csapadék, de tömény oldatokból kristályos ezüst-szulfát csapadék keletkezik. Oldhatósági szorzat: L(Ag 2 SO 4, 25C)= 1,20x10 5. SO Ag + Ag 2 SO 4 A halogének fő anionjai és oxoanionjai F Cl Br I F fluorid Cl klorid ClO hipoklorit ClO 2 klorit ClO 3 klorát ClO 4 perklorát Br bromid BrO 3 bromát I jodid IO 3 jodát 14

15 Fluoridok, F - A fluoridionok jellemző reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,1 M nátrium-fluorid (NaF) oldatot. 1. Kalcium-klorid oldat: semleges, vagy gyengén ammóniás oldatból kalciumfluorid csapadék válik ki; oldhatósági szorzat: L(CaF 2, 25 C)= 1,46x10 10 : 2 F + Ca 2+ CaF 2 2. Bárium-klorid oldat: bárium-fluorid csapadék keletkezik, oldhatósági szorzat: L(BaF 2, 25 C)= 1, : 2 F + Ba 2+ BaF 2 Kloridok, Cl A kloridionok jellemző reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,1 M nátrium-klorid (NaCl) oldatot. 1. Ezüst-nitrát oldat: túrós ezüst-klorid csapadék keletkezik. Oldhatósági szorzat: L(AgCl, 25 C)= 1, : Cl + Ag+ AgCl Mi történik, ha a csapadékhoz ammóniaoldatot ad? AgCl + 2 NH 3 Ag(NH 3 ) Cl 2. Ólom-acetát oldat: töményebb, hideg oldatból ólom-klorid csapadék válik ki. Oldhatósági szorzat: L(PbCl 2, 25 C)= 1,17x10 5 : Pb Cl PbCl 2 15

16 Bromidok, Br- A bromidionok jellemző reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,1 M nátrium-bromid (NaBr) oldatot. 1. Ezüst-nitrát oldat: ezüst-bromid csapadék keletkezik. Oldhatósági szorzat: L(AgBr, 25 C)= 5,35x10 13 : Br + Ag + AgBr 2. Ólom-acetát oldat: kristályos ólom-bromid csapadék keletkezik. Oldhatósági szorzat: L(PbBr 2, 25 C)= 6,60x10 6 : 2 Br + Pb 2+ PbBr 2 Forralja fel a csapadékos oldatot, majd hűtse le. Mi történik? 3. Klóros-víz: ha a reagenst cseppenként hozzáadjuk a bromidion tartalmú oldathoz, bróm keletkezik, amely az oldatot narancsos-vörösre színezi; ha kloroformot adunk hozzá és összerázzuk, a bróm átmegy a szerves fázisba és rövid állás után alul vöröses-barna szerves és felül színtelen vizes fázis keletkezik. 2 Br + Cl 2 Br Cl Feleslegben vett klóros vízzel a bróm átalakul sárga bróm-monokloriddá (vagy részben színtelen hipobrómossavvá) és halványsárga oldat keletkezik. Br 2 + Cl 2 2 BrCl 16

17 Jodidok, I A jodidionok jellemző reakcióinak tanulmányozásához használjon 0,1 M kálium-jodid (KI) oldatot. 1. Ezüst-nitrát oldat: túrós ezüst-jodid csapadék keletkezik, oldhatósági szorzat: L(AgI, 25C)= 8,51x10 17 : I + Ag + AgI 2. Ólom-acetát oldat: ólom-jodid csapadék keletkezik, oldhatósági szorzat: L(PbI 2, 25C)= 8,49 10 : 2 I + Pb 2+ PbI 2 Oldható nagyobb mennyiségű forró vízben színtelen oldat keletkezése közben, amelyből csillogó, lemezek formájában kiválik, ha az oldat lehűl (aranyeső próba) 3. Klórosvíz: ha ezt a reagenst cseppenként adjuk a jodid oldathoz, jód keletkezik, ami az oldatot barnára színezi. A jód kiextrahálható kloroformmal (vagy széntetrakloriddal) és a szerves fázist ibolyára színezi. 2 I + Cl 2 I Cl Klórosvíz feleslegének hozzáadására a jód színtelen jodáttá oxidálódik. I Cl H 2 O 2 IO Cl + 12 H + 4. Nátrium-nitrit oldat: jód keletkezik, ha a reagenst jodidion tartalmú oldathoz adjuk, majd az oldatot megsavanyítjuk híg sósavval vagy kénsavval. A jód azonosítható kloroformos kirázással vagy keményítőoldattal. 2 I + 2 NO H + I NO + 2 H 2 O 17