5. Laboratóriumi gyakorlat 1. Egy ismeretlen só azonosítása (az anion és kation meghatározása). Meghatározandó egy ionos szervetlen anyag. Lehetséges ionok: Sn 2+, Sn 4+, Pb 2+, Bi 3+, Mn 2+, Cr 3+, Cd 2+, Hg 2+, Hg 2 2+, Cu 2+, Ag + CO 3 2-, SO 4 2-, Cl -, NO 3 -. Feladat végrehajtása: 1. szemrevételezés szín, szag, kristályos, porszerű 2. elővizsgálat lángfestés, lumineszcencia próba 3. oldatkészítés vízoldható? hidrolizál? oldódik híg salétromsavban gázfejlődés? 4. kation meghatározása 5. anion meghatározása Jegyezze fel az ismeretlen azonosítószámát a jegyzőkönyvben! A jegyzőkönyv tartalmazza: - az összes elvégzett kísérletet, -a megfigyeléseket és, -ha volt reakció, akkor a reakcióegyenletet! Minden kísérletet az ismeretlen vegyület oldatának új részletével végezzen! A kation azonosítása az oldatban (1) Adjon az oldathoz híg sósavat feleslegben. Ha nincs változás, folytassa a (2) pontnál. A leváló fehér csapadék a következő ion kloridja lehet: Pb 2+, Hg 2 2+, Ag +. Adjon a csapadékhoz NH 3 oldatot feleslegben. Ha a csapadék: nem változik: Pb 2+ -ion megfeketedik: Hg 2 2+ -ion oldódik: Ag + -ion volt az oldatban. További elvégzendő reakciók: +KI vagy +NaOH, stb. (2) Savanyítsa meg az oldatot és adjon hozzá kénhidrogénnel telített vizet. Ha nincs változás, folytassa a (3) pontnál. Ha csapadék keletkezik, a következő ionok egyike volt az oldatban: Bi 3+, Sn 2+, Sn 4+. Hg 2+, Cu 2+, Cd 2+ A csapadék színe: barna: Sn 2+ -ion sárga: Sn4+, Cd 2+ -ion fekete: Bi 3+, Hg 2+, Cu 2+ -ion Vegyen friss mintát az eredeti oldatból és adjon hozzá híg NaOH oldatot. kék csapadék: Cu 2+ -ion sárga csapadék Hg 2+ -ion
fehér csapadék és nem oldódik NaOH feleslegben: Cd 2+, Bi 3+ -ion fehér csapadék csapadék és feloldódik NaOH feleslegben: Sn 2+, Sn 4+ -ion. További elvégzendő reakciók: +KI, lumineszcencia próba, stb. (3) (Semlegesítse az eredeti oldatot NH 3 oldattal, ha kell), majd adjon hozzá ammóniumszulfid oldatot, (NH 4 ) 2 S feleslegben. Ha nincs változás, folytassa a (4) pontnál. Ha csapadék keletkezik, vizsgálja meg a színét! (Mn 2+, Cr 3+ ) - Zöld csapadék Cr 3+ ionokra utal. Adjon friss mintához NaOH oldatot: zöld csapadék, ami feloldódik a reagens feleslegében: Cr 3+ -ion. - Rózsaszín (hússzínű) csapadék Mn 2+ ionokra utal. Friss mintához adjon NaOH oldatot: piszkosfehér csapadék, ami állás közben megbarnul: Mn 2+ -ion. További elvégzendő reakciók: lúgos közegben oxidáció. Az anion azonosítása az oldatban A 4. laboron alkalmazott módon 2 1. CO 3 salétromsav hozzáadása (sorrend!!!!!!!!!) Elroncsolta oldás során, vagy sem? 2 2. SO 4 bárium(ii)-ionokkal 3. Cl ezüst(i)-ionokkal 4. NO 3 barna gyűrű tesz Reakciók a p és s mező elemeivel Bemutató kísérletek A jegyzőkönyv tartalmazza a készülékrajzot, a megfigyeléseket és a reakcióegyenletet! 2. Alumínium és jód reakciója 2 Al + 3 I 2 = 2 AlI 3 3. Nátrium reakciója vízzel 2 Na + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2
Elvégzendő kísérletek A jegyzőkönyv tartalmazza a készülékrajzot, a megfigyeléseket és a reakcióegyenletet! 4. Lángfestés Számos fémsó, pl. alkálifém, alkáliföldfém (triád), réz, tallium, elpárologtatható és elbontható a nem világító Bunsen égő lángjával és ezek a sók a fémre jellemző színűre festik a lángot. Ez felhasználható a fém illetve fémion azonosítására. A fizikai-kémiai folyamat, mely a jellegzetes színt szolgáltatja a követ-kezőképpen foglalható össze: 1. a só elpárolog 2. a molekula elbomlik összetevőire pl. NaCl Na + Cl 3. a fématom vegyértékelektronjának gerjesztődése termikus ütközések folytán: Na Na* 4. a gerjesztett állapot megszűnése fotonemisszióval: Na* Na + h Ha a kibocsátott fotonok a látható tartományba esnek, a lángot a fotonoknak megfelelő színűre festik. A kloridok az alkálifémek legillékonyabb vegyületei közé tartoznak, továbbá homolitikusan elbomlanak a Bunsen égő lángjában, ezért a legjobb módszer a lángfestés elvégzésére az, ha a vizsgált anyagot kevés 18%-os sósavval összekeverjük, és így in situ állítjuk elő a kloridokat a lángfestés elvégzése előtt. A lángfestés végrehajtása: a szilárd anyagból késhegynyit, vagy oldatából kb. fél tégelynyit kis porcelán-tégelybe tesszük, 18%-os oldattal a tégelyt feltöltjük, majd cink darabkákat adunk hozzá. A cink és a sósav reakciója során keletkező hidrogén gáz az oldat apró cseppjeit magával ragadja és a lángba viszi, ahol elpárolognak. A következő szín észlelhető: lítium. nátrium. kálium. kalcium. stroncium. bárium.. 5 Hidrogén-peroxid katalitikus bontása nikkel(ii)-hidroxiddal A H 2 O 2 nem stabil vegyület, állás közben is lassan bomlik: 2 H 2 O 2 =2 H 2 O + O 2 Bomlását többféle vegyület katalizálja. A Ni(OH) 2 a következő reakciók szerint: 2 Ni(OH) 2 +H 2 O 2 =2 Ni(OH) 3 (1) 2 Ni(OH) 3 + H 2 O 2 =2 Ni(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 (2) 2 H 2 O 2 =2 H 2 O + O 2 Készítsen Ni(OH) 2 csapadékot kémcsőben NiSO 4 és NaOH oldatok elegyítésével, majd adjon hozzá 3%-os H 2 O 2 oldatot! Mit tapasztal? Milyen színű a csapadék a H 2 O 2 bomlása közben? Készítsen Ni(OH) 3 csapadékot Ni(OH) 2 és NaOCl-oldat reakciójával! Milyen színű a Ni(OH) 3 és a Ni(OH) 2 csapadék? Ez alapján mire következet, az (1) vagy a (2) reakció a nagyobb sebességű? Értelmezés:...
7. Minőségi kémiai analízis: kationok azonosítása csoportreakciók alapján (Fresenius rendszer) A laborgyakorlaton a II.-V. kationosztályok reakcióit vizsgáljuk. III. kationosztály: Savas kémhatású közegben szulfid ionokkal csapadék nem képződik (kénhidrogénes vízzel), de semleges közegben ammónium szulfiddal reagáltatva csapadékot képeznek. Cr 3+ Mn 2+ Fe 2+ Fe 3+ Co 2+ Ni 2+ Zn 2+ Al 3+ IV. kationosztály: Szulfid ionokkal sem savas sem semleges közegben nem ad csapadékot, de ammónium karbonáttal karbonát csapadékjuk leválasztható. Ca 2+ Sr 2+ Ba 2+ V. kationosztály: A fenti reagensek egyikével sem adnak csapadékot. Mg 2+ NH 4 + Li + Na + K + III. kationosztály +(NH 4 ) 2 S +NaOH + NH 3 Egyéb jellemző reakciók Cr 3+ zöld cs. Cr(OH) 3 zöld cs. Cr(OH) 3 -felesleg:o [Cr(OH) 4 ] Mn 2+ Fe 2+ rózsaszín cs. MnS fekete cs. FeS (savban oldható) -oxidálódik: barna cs. Fe 2 O(SO 4 ) 2 piszkosfehér cs Mn(OH) 2 -oxidálódik: barna cs - MnO(OH) 2 zöld cs. Fe(OH) 2 -oxidálódik: rozsdabarna cs. Fe(OH) - 3 Fe 3+ fekete cs. FeS + S rozsdabarna cs - Fe(OH) 3 Co 2+ fekete cs. CoS -kék cs: Co(OH)NO 3 -rózsaszín cs: Co(OH) 2 -oxidálható Ni 2+ fekete cs. NiS élénkzöld cs: Ni(OH) 2 -oxidálható szürkészöld cs. Cr(OH) 3 -felesleg, részben o. [Cr(NH 3 ) 6 ] 3+ piszkosfehér cs Mn(OH) 2 -oxidálódik zöld cs. Fe(OH) 2 -oxidálódik - rozsdabarna cs Fe(OH) 3 kék cs: Co(OH)NO 3 -felesleg, kék o. [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ élénk zöld cs: Ni(OH) 2 -felesleg, kék o. [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ Zn 2+ fehér cs. ZnS fehér cs. Zn(OH) 2 -felesleg:o [Zn(OH) 4 ] 2 fehér cs. Zn(OH) 2 -felesleg: o. [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ Al 3+ fehér cs. Al(OH) 3 fehér cs. Al(OH) 3 -felesleg:o [Al(OH) 4 ] fehér cs. Al(OH) 3 +NaOH+H 2 O 2 : sárga oldat CrO 4 2- oxidálódik, barna cs. MnO(OH) 2 -oxidálódik: az oldat megsárgul Fe 3+ + NH 4 SCN: mélyvörös oldat Fe(SCN) 3 +NaOCl: Co(OH) 2 oxidálható, fekete cs. Co(OH) 3 +szilárd NH 4 SCN: kék oldat [Co(SCN) 4 ] 2 +NaOCl: Ni(OH) 2 oxidálható, fekete cs. Ni(OH) 3 IV. kationosztály +(NH 4 ) 2 CO 3 +NaOH vagy Híg kénsav/ telített CaSO 4 / Egyéb jellemző reakciók Ca 2+ fehér cs. CaCO 3 NH 3 fehér cs Ca(OH) 2 -(felesleg: nem o.) telített SrSO 4 -híg kénsav: fehér cs. CaSO 4 lángfestés: téglavörös Sr 2+ fehér cs. SrCO 3 fehér cs. Sr(OH) 2 -(felesleg: nem o.) -híg kénsav: fehér cs. SrSO 4 -telített. CaSO 4 oldat: lángfestés:kárminvörös +K 2 CrO 4 : sárga cs. SrCrO 4 Ba 2+ fehér cs. BaCO 3 fehér cs. Ba(OH) 2 -(felesleg: nem o.) fehér cs. SrSO 4 -híg kénsav: fehér cs. BaSO 4 -telített. CaSO 4 oldat: fehér cs. BaSO 4 -telített. SrSO 4 oldat: fehér cs. BaSO 4 lángfestés: fakózöld +K 2 CrO 4 : sárga cs. BaCrO 4
V. kationosztály +(NH 4 ) 2 CO 3 +Na 2 CO 3 Lángfestés Egyéb jellemző reakciók Mg 2+ - fehér cs. - + NaOH: fehér cs. Mg(OH) 2 MgCO 3 Mg(OH) 2 + NH 4 - - - + NaOH: NH 3 felszabadul Li + - - bíborvörös +Na 3 PO 4 : fehér cs. Li 3 PO 4 Na + - - sárga K + - - fakóibolya Végezze el az alábbi reakciókat! III. kationosztály: Savas kémhatású közegben szulfid ionokkal csapadék nem képződik (kénhidrogénes vízzel), de semleges közegben ammonium szulfiddal reagáltatva csapadékot képeznek. A vas(ii)-ionok reakciói, Fe 2+ 1. +Ammónium-szulfid oldat: semleges közegből vas(ii)-szulfid, FeS csapadék válik le: A FeS könnyen oldódik savakban, kénhidrogén fejlődése közben. Fe 2+ + S 2 FeS A nedves FeS csapadék levegőn oxidáció következtében bázikus vas(iii)-szulfáttá alakul: 4 FeS + 9 O 2 2 Fe 2 O(SO 4 ) 2 2. +Nátrium-hidroxid oldat (vagy: +ammónia oldat): a levegő teljes kizárása mellett fehér vas(ii)- hidroxid csapadék keletkezik. A csapadék nem oldódik a reagens feleslegében. Közönséges körülmények között egy piszkos-zöld csapadékként válik le. Levegőn a vas(ii)-hidroxid gyorsan oxidálódik vas(iii)-hidroxiddá, miközben a színe jellegzetesen változik. Fe 2+ + 2 OH Fe(OH) 2 4 Fe(OH) 2 + 2 H 2 O + O 2 4 Fe(OH) 3 A vas(iii) ionok reakciói, Fe 3+ 1. +Ammónium-szulfid oldat: semleges, vagy gyengén lúgos közegben csapadék keletkezik, amely a vas(ii)-szulfid és kén keveréke: 2 Fe 3+ + 3 S 2 2 FeS + S A vas(ii)-szulfid csapadék sósavban feloldódik és a fehér kén láthatóvá válik: FeS + 2 H + Fe 2+ + H 2 S 2. +Nátrium-hidroxid oldat (vagy: +ammónia oldat): vas(iii)-hidroxid csapadék keletkezik. A csapadék nem oldódik a reagens feleslegében, de könnyen oldódik savakban. Fe 3+ + 3 OH Fe(OH) 3
3. +Ammónium-tiocianát oldat: jellegzetes elszíneződés észlelhető (A Fe(SCN) 3 molekulán kívül a komplex ionok egész sora keletkezik, a Fe(SCN) 2+ komplex kationtól kezdve egészen a Fe(SCN) 6 3 komplex anionig.): Fe 3+ + 3 SCN Fe(SCN) 3 A Fe 3+ ionok fluorid- és foszfát-ionokkal még stabilabb, színtelen komplexeket képeznek ([FeF 6 ] 3 ill. [Fe(PO 4 ) 3 ] 6 ). A kobalt(ii)-ionok reakciói, Co 2+ 1. +Ammónium-szulfid oldat: kobalt(ii)-szulfid csapadék válik ki. (A csapadék nem oldódik sósavban vagy ecetsavban.) Co 2+ + S 2 CoS 2. +Nátrium-hidroxid oldat: hideg oldatból kék színű bázisos kobalt(ii)-nitrát (vagy kobalt(ii)-klorid) csapadék válik ki: Co 2+ + OH + NO 3 Co(OH)NO3 A csapadékos oldatot a kémszer feleslegével melegítve (vagy a kémszer feleslegével állás közben) a bázisos só átalakul rózsaszín kobalt(ii)-hidroxid csapadékká: Co(OH)NO 3 + OH Co(OH) 2 + NO 3 A csapadék levegőn lassan, nátrium-hipoklorit hatására azonnal kobalt(iii)-hidroxiddá alakul: 2 Co(OH) 2 + NaOCl + H 2 O 2 Co(OH) 3 + NaCl 3. +Ammónia oldat: ammóniumsók távollétében kevés ammóniával bázisos só válik ki: Co 2+ + NH 3 + H 2 O + NO 3 Co(OH)NO3 + NH 4 + A reagens feleslege feloldja a csapadékot, kobalt(ii)-hexaammin komplex ionok keletkeznek: Co(OH)NO 3 + 6 NH 3 [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ + NO 3 + OH 4. +Ammónium-tiocianát: ha kevés szilárd ammónium-tiocianátot adunk kobalt(ii) ionok semleges, vagy savas oldatához, az oldat színe megváltozik tetratiocianato-kobaltát(ii)-ionok keletkezése miatt: Co 2+ + 4 SCN [Co(SCN) 4 ] 2
A nikkel(ii)-ionok reakciói, Ni 2+ 1. +Ammónium-szulfid oldat: semleges vagy gyengén lúgos oldatból nikkel-szulfid csapadék válik le. (A csapadék nem oldódik sósavban és ecetsavban): Ni 2+ + S 2 NiS 2. +Nátrium-hidroxid oldat: nikkel(ii)-hidroxid csapadék keletkezik, a csapadék a reagens feleslegében nem oldódik és levegőn nem változik. Ni 2+ + 2 OH Ni(OH) 2 A nikkel(ii)-hidroxid csapadék nátrium-hipoklorit oldattal oxidálható nikkel(iii)-hidroxiddá: 3. +Ammónia oldat: kevés reagenssel nikkel(ii)-hidroxid csapadék keletkezik. Ni 2+ + 2 NH 3 + 2 H 2 O Ni(OH) 2 + 2 NH 4 + A csapadék a reagens feleslegében nikkel(ii)-hexaammin ionok képződése közben intenzív színváltozás közben oldódik (Ammóniumsók jelenlétében csapadék nem keletkezik, hanem azonnal a komplex alakul ki.) Ni(OH) 2 + 6 NH 3 [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ + 2 OH A cink(ii)-ionok reakciói, Zn 2+ 1. +Ammónium-szulfid: semleges vagy lúgos oldatból cink-szulfid csapadék válik ki: Zn 2+ + S 2 ZnS 2. +Nátrium-hidroxid: kocsonyás cink(ii)-hidroxid csapadék keletkezik: Zn 2+ + 2 OH Zn(OH) 2 A csapadék oldódik a reagens feleslegében: Zn(OH) 2 + 2 OH [Zn(OH) 4 ] 2 3. +Ammónia oldat: cink-hidroxid csapadék keletkezik: Zn 2+ + 2 NH 3 + 2 H 2 O Zn(OH) 2 + 2 NH 4 + A csapadék könnyen oldódik a reagens feleslegében cink(ii)-tetraammin-ionok keletkezése közben: Zn(OH) 2 + 4 NH 3 [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ + 2 OH
Alumínium(III) ionok, Al3+ 1. +Ammónium-szulfid: semleges vagy lúgos oldatból alumínium-hidroxid csapadék válik ki: Al 3+ + 3 HS Al(OH) 3 +3 H 2 S 2. +Nátrium-hidroxid oldat: alumínium-hidroxid csapadék válik le. Al 3+ + 3 OH Al(OH) 3 A csapadék feloldódik a reagens feleslegében tetrahidroxo-aluminát ionok keletkezése közben. (A reakció reverzibilis és ha az OH ion koncentráció csökken, a reakció jobbról balra megy.) Al(OH) 3 + OH Al(OH) 4 3. +Ammónia oldat: kocsonyás alumínium-hidroxid csapadék keletkezik. A csapadék nem oldható fel a reagens feleslegében. Al 3+ + 3 NH 3 + 3 H 2 O Al(OH) 3 + 3 NH 4 + IV. kationosztály: Nem képződik csapadék sem kénhidrogénes vízzel, sem semleges közegben ammónium szulfiddal reagáltatva, de ammónium karbonáttal reagáltatva csapadékot képeznek. Kalcium ionok, Ca 2+ 1. +Ammónium-karbonát oldat: semleges, vagy NH 3 oldattal gyengén meglúgosított oldatból kalciumkarbonát csapadék keletkezik: Ca 2+ + CO 3 2 CaCO3 2. +Híg kénsav: kalcium-szulfát csapadék, oldhatósági szorzat: L(25 C)= 7,10x10 5 : Ca 2+ + SO 4 2 CaSO4 3. Lángfestés: sárgás-vörös, vagy téglavörös színűre festi a Bunsen égő lángját. Stroncium ionok, Sr 2+ 1. +Ammónium-karbonát oldat: semleges, vagy gyengén lúgos oldatból stroncium-karbonát csapadék válik le: Sr 2+ 2 + CO 3 SrCO3 2. +Híg kénsav: hidegen lassan stroncium-szulfát csapadék válik le: Sr 2+ + SO 4 2 SrSO4
3. +Telített kalcium-szulfát oldat: lassan, stroncium-szulfát csapadék keletkezik: Sr 2+ + SO 4 2 SrSO4 4. Lángfestés: kármin-vörös színű a Bunsen égő lángja. Bárium ionok, Ba 2+ 1. +Ammónium-karbonát oldat: semleges, vagy gyengén lúgos közegből bárium-karbonát csapadék válik le: Ba 2+ 2 + CO 3 BaCO3 2. +Híg kénsav: porszerű bárium-szulfát csapadék keletkezik.a csapadék a legoldhatatlanabb szulfátcsapadék. Ba 2+ + SO 4 2 BaSO4 3. +Telített kalcium-szulfát oldat: azonnal bárium-szulfát csapadék keletkezik. Ba 2+ + SO 4 2 BaSO4 4. +Telített stroncium-szulfát oldat: lassan bárium-szulfát csapadék keletkezik. Ba 2+ + SO 4 2 BaSO4 5. Lángfestés: sárgás- vagy halvány-zöld színű a Bunsen égő lángja.
V. kationosztály: Nem képződik csapadék sem kénhidrogénes vízzel, sem ammonium-szulfiddal, sem ammonium-karbonáttal reagáltatva. Ammónium ionok, NH4 + 1. + Nátrium-hidroxid oldat: ammónia gáz fejlődik. Egy óraüvegen kevés ammónium ionokat tartalmazó oldatot és kevés NaOH oldatot keverjünk össze, majd borítsunk fölé egy másik óraüveget, aminek belső oldalára előzőleg néhány csepp vízzel indikátorpapírt ragasztottunk. Figyeljük meg az indikátorpapír színváltozását! NH 4 + + OH NH 3 + H 2 O NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH (lúgos kémhatás) 2. Lángfestés: színtelen! Magnézium ionok, Mg 2+ 1. +Nátrium-hidroxid oldat: magnézium-hidroxid csapadék: Mg 2+ + 2 OH Mg(OH) 2 2. Lángfestés: színtelen! Lítium ionok, Li + 1. +Nátrium-foszfát oldat: lítium-foszfát csapadék válik ki az oldatból. 3 Li + + PO 4 3 Li3 PO 4 2. Lángfestés: bíborvörös. Nátrium ionok, Na + 1. Lángfestés: intenzív sárga szín észlelhető. Kálium ionok, K + 1. Lángfestés: fakó ibolya. Források: Dr. Lengyel Béla: Általános és szervetlen kémiai praktikum Tankönyvkiadó (7.2.3) Az (1,4,7) feladatok anyagát összeállította: dr. Pasinszki Tibor egyetemi tanár Barcza Lajos, Buvári Ágnes: A minőségi kémiai analízis, Medicina