Качественное определение ионов таблица. Качественное определение ионов неорганических веществ

Методы качественного анализа базируются на ионных реакциях, которые позволяют идентифицировать элементы в форме тех или иных ионов. В ходе реакций образуются труднорастворимые соединения, окрашенные комплексные соединения, происходит окисление или восстановление с изменением цвета раствора.

Для идентификации с помощью образования труднорастворимых соединений используют как групповые, так и индивидуальные осадители. Групповыми осадителями для ионов Ag + , Pb 2+ , Hg 2+ служит NaCl; для катионов Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ - (NH 4) 2 CO 3 , для ионов Al 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Zn 2+ - (NH 4) 2 S.

Имеется много органических и неорганических реагентов, образующих осадки или окрашенные комплексные соединения с катионами (таблица):

Летучие соединения металлов окрашивают пламя горелки в тот или иной цвет. Поэтому, если внести изучаемое вещество на платиновой или нихромовой проволоке в бесцветное пламя горелки, то происходит окрашивание пламени в присутствии в веществе тех или иных элементов, например, в цвета: ярко-желтый (натрий), фиолетовый (калий), кирпично-красный (кальций), карминово-красный (стронций), желто-зеленый (медь, бор), бледно-голубой (свинец, мышьяк).

Анионы обычно классифицируют по растворимости солей, либо по окислительно-восстановительным свойствам. Так многие анионы (SO 4 2 - , SO 3 2 - , CO 3 2 - , SiO 3 2 - , F - , PO 4 3 - , CrO 4 2 - и др.) имеют групповой реагент BaCl 2 в нейтральной или слабокислой среде, так как соли бария и этих анионов мало растворимы в воде. Групповым реагентом в растворе HNO 3 на ионы Cl - , Br - , I - , SCN - S 2 - , ClO - , 4 - и др. служит AgNO 3 . Как и для катионов, имеются реагенты на те или иные анионы (таблица):

Классификация анионов по окислительно-восстановительным свойствам приведена в таблице:

Химическая идентификация вещества базируется в основном на реакциях осаждения, комплексообразования, окисления и восстановления, нейтрализации, при которых происходит выпадение окрашенного осадка, изменение цвета раствора или выделение газообразных веществ.

Вода относится к тем веществам, без которых существование жизни, в частности человека, на Земле невозможно. Качество употребляемой человеком воды непосредственно сказывается на его здоровье и, как следствие, на продолжительности жизни. Так, использование в быту воды без должной очистки может стать причиной возникновения эпидемий холеры и ряда других не менее опасных заболеваний.

Недопустимо присутствие в воде солей тяжелых металлов, так как все они в той или иной мере токсичны и могут накапливаться в человеческом организме. С этой точки зрения особую опасность представляют ртуть, свинец, кадмий, медь и хром. Содержание железа в воде обычно достаточно велико, поэтому, хотя оно и не относится к тяжелым металлам, его тоже включают в список элементов, подлежащих контролю. При этом в воде могут находиться как окрашенные ионы (






и др.), присутствие которых сравнительно легко обнаруживается по характерной окраске воды, так и бесцветные (





), присутствие которых устанавливается только при помощи специальных химических реакций.

Бесцветные ионы Цинк

Цинк относится к элементам с сравнительно низкой токсичностью, однако его избыток может привести к острым кишечным заболеваниям и рвоте. Источниками поступления цинка в природную воду являются отходы металлургической промышленности, продукты коррозии сплавов и цинковых покрытий, рудные воды.

Предельно допустимая концентрация цинка в природной воде составляет 5 мг/л.

Опыт 1. Определение цинка

а) Определение сульфидом натрия.

При добавлении к раствору, содержащему катионы
, сульфида натрия образуется белый осадок сульфида цинка

.

Это единственный из известных катионов металлов, образующий сульфид белого цвета.

Добавьте к нескольким каплям исследуемого раствора 2 - 3 капли раствора сульфида натрия. Запишите результаты опыта (опыт проводить под тягой!).

б) Определение щелочами.

При действии сильных гидроксидов (щелочей)
или
на раствор, содержащий катионы цинка, образуется белый осадок гидроксида цинка
, растворимый благодаря своим амфотерным свойствам и в кислотах, и в щелочах:

В отличие от алюминатов, при действии на раствор, содержащий
, хлорида аммония образование осадка гидроксида цинка не происходит, потому что последний растворим в солях аммония.

Налейте в пробирку раствор, содержащий катионы цинка, несколько капель 2 н раствора щелочи до появления белого осадка, а затем избыток щелочи до его растворения. Запишите результаты опыта.

в) Определение гексацианоферратом (II) калия
.

Указанный реактив образует с катионами цинка белый осадок двойной соли

растворимый в щелочах.

Добавьте к раствору соли цинка 2 - 3 капли раствора
. Запишите результаты опыта.

Кадмий относится к наиболее токсичным элементам. Он накапливается в организме и очень медленно выводится из него. Период, за который концентрация адсорбированного организмом кадмия уменьшится вдвое, превышает 10 лет.

Накопление в организме кадмия приводит к образованию камней в почках, гипертонии, уменьшению гемоглобина в крови, разрушению нервной системы.

Основными источниками поступления кадмия в окружающую среду являются кадмиевые покрытия, аккумуляторы, сигаретный дым. Достаточно сказать, что кровь курильщиков содержит приблизительно в 7 раз больше кадмия, чем кровь некурящих.

Предельно допустимая концентрация кадмия в природной воде составляет 0,001 мг/л.

Частица, в которой содержится разное число протонов и электронов, называется ионом. Если количество протонов больше, ион приобретает положительный заряд и становится катионом. Ионы с отрицательным зарядом (преобладают электроны) называются анионами.

Общее описание

Впервые в химии понятие «ион» появилось в 1834 году благодаря экспериментам Майкла Фарадея. Учёный изучал электропроводность водных растворов кислот, солей, щелочей. Он предположил, что возможность проводить электричество обусловлена движением в растворе заряженных частиц - ионов.

Молекулы способны распадаться на ионы - атомы с недостатком или избытком электроном. Процесс распада называется электролитической диссоциацией, а образованный раствор или расплав - электролитом. Если опустить в раствор электролита электрод, катионы начнут двигаться к катоду - отрицательному полюсу, анионы - к аноду - положительному полюсу. Этим объясняется электропроводность электролитов.

Рис. 1. Движение ионов под действием электрода.

В растворах или в расплавах ионы образуются под действием молекул воды или высокой температуры.

Строение

Ионы состоят из ядра и электронов, движущихся вокруг. Ядро образуют положительно заряженные частицы (протоны) и нейтральные частицы (нейтроны). Количество протонов совпадает с порядковым номером элемента. Количество нейтронов равно значению разницы между относительной атомной массой и количеством протонов.

Электроны располагаются на энергетических уровнях. Количество уровней совпадает с периодом, в котором находится элемент. На внешнем энергетическом уровне находятся валентные электроны, которые могут взаимодействовать с другими атомами. При отдаче валентных электронов атом превращается в катион, при присоединении дополнительного электрона становится анионом.

Например, если к атому хлора присоединить ещё один электрон он станет отрицательно заряженным ионом - анионом. А если у атома натрия отнять один электрон, он станет положительно заряженным ионом - катионом, т.к. количество протонов станет больше, чем отрицательных электронов.

Катионы в уравнениях отмечаются плюсом, а анионы - минусом. Например, Fe 2+ , Al 3+ , Na + , F – , Cl – . Цифра означает, сколько электронов отдал или принял атом, став ионом, т.е. показывает степень окисления. Количество катионов или анионов можно посмотреть по таблице растворимости веществ.

Рис. 2. Таблица растворимости.

Классификация

Ионы делятся на две группы:

• простые или моноатомные - содержат одно ядро, т.е. состоят из одного атома вещества;
• сложные или полиатомные - содержат минимум два ядра, т.е. состоят из двух и более атомов вещества.

К простым ионам относятся катионы и анионы металлов и неметаллов - Na + , Mg 2+ , Cl – . Сложные ионы образуются при присоединении иона к нейтральным молекулам вещества. Например:

• NH 3 + H + → NH 4 + ;
• BF 3 + F – → BF 4 – .

Катионами являются ионы металлов, водорода, аммония и некоторых других веществ. Анионами являются гидроксид-ион (OH –), ионы кислотных остатков, неметаллов и других веществ.

Некоторые атомы могут становиться катионами или анионами в зависимости от реакции.

Также выделяют ион-радикалы - свободные заряженные частицы, способные присоединять атомы или присоединяться к атомам других веществ. В зависимости от заряда делятся на китионы-радикалы и анионы-радикалы.

Ионная связь - класс соединения ионов. Ионная связь возникает в результате электростатического притяжения анионов и катионов. При этом атом с большей электроотрицательностью притягивает атом с меньшей электроотрицательностью. Ионная связь возникает преимущественно между ионами металлов и неметаллов. Металл всегда отдаёт электроны, т.е. является восстановителем.

Рис. 3. Схема ионной связи.

Что мы узнали?

Из темы урока узнали, что такое ионы. Атом становится ионом при отщеплении или присоединении электронов. Если электронов становится меньше, то атом приобретает положительный заряд за счёт преобладания протонов и становится катионом. При увеличении количества отрицательно заряженных электронов атом становится анионом. Ионы способны передавать электричество и обязательно присутствуют в электролитах. Между ионами возникает ионная связь за счёт электростатического притяжения отрицательных и положительно заряженных частиц.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 126.

Представим себе такую ситуацию:

Вы работаете в лаборатории и решили провести какой-либо эксперимент. Для этого вы открыли шкаф с реактивами и неожиданно увидели на одной из полок следующую картину. У двух баночек с реактивами отклеились этикетки, которые благополучно остались лежать неподалеку. При этом установить точно какой банке соответствует какая этикетка уже невозможно, а внешние признаки веществ, по которым их можно было бы различить, одинаковы.

В таком случае проблема может быть решена с использованием, так называемых, качественных реакций .

Качественными реакциями называют такие реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, а также узнать качественный состав неизвестных веществ.

Например, известно, что катионы некоторых металлов при внесении их солей в пламя горелки окрашивают его в определенный цвет:

Данный метод может сработать только в том случае, если различаемые вещества по разному меняют цвет пламени, или же одно из них не меняет цвет вовсе.

Но, допустим, как назло, вам определяемые вещества цвет пламени не окрашивают, или окрашивают его в один и тот же цвет.

В этих случаях придется отличать вещества с применением других реагентов.

В каком случае мы можем отличить одно вещество от другого с помощью какого-либо реагента?

Возможны два варианта:

• Одно вещество реагирует с добавленным реагентом, а второе нет. При этом обязательно, должно быть ясно видно, что реакция одного из исходных веществ с добавленным реагентом действительно прошла, то есть наблюдается какой-либо ее внешний признак — выпадал осадок, выделился газ, произошло изменение цвета и т.п.

Например, нельзя отличить воду от раствора гидроксида натрия с помощью соляной кислоты, не смотря на то, что щелочи с кислотами прекрасно реагируют:

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

Связано это с отсутствием каких-либо внешних признаков реакции. Прозрачный бесцветный раствор соляной кислоты при смешении с бесцветным раствором гидроксида образует такой же прозрачный раствор:

Но зато, можно воду от водного раствора щелочи можно различить, например, с помощью раствора хлорида магния – в данной реакции выпадает белый осадок:

2NaOH + MgCl 2 = Mg(OH) 2 ↓+ 2NaCl

2) также вещества можно отличить друг от друга, если они оба реагируют с добавляемым реагентом, но делают это по-разному.

Например, различить раствор карбоната натрия от раствора нитрата серебра можно с помощью раствора соляной кислоты.

с карбонатом натрия соляная кислота реагирует с выделением бесцветного газа без запаха — углекислого газа (СО 2):

2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2

а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl

HCl + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl↓

Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:

Качественные реакции на катионы

Качественные реакции на анионы