Скачать книгу "Аналитическая химия азота" (2.24Mb). Азот и его соединения Качественные реакции на азот

NH 4 NO 3

Нитраты калия, натрия, кальция и аммония называют селитрами . Например, селитры: KNO 3 – нитрат калия (индийская селитра) , NаNО 3 – нитрат натрия (чилийская селитра) , Са(NО 3) 2 – нитрат кальция (норвежская селитра) , NH 4 NO 3 – нитрат аммония (аммиачная или аммонийная селитра, ее месторождений в природе нет). Германская промышленность считается первой в мире, получившей соль NH 4 NO 3 из азота N 2 воздуха и водорода воды, пригодную для питания растений .

Физические свойства

Нитраты – вещества с преимущественно ионным типом кристаллических решёток. При обычных условиях это твёрдые кристаллические вещества, все нитраты хорошо растворимы в воде, сильные электролиты.

Получение нитратов

Нитраты образуются при взаимодействии:

1) Металл + Азотная кислота

Cu + 4HNO 3 (k) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

2) Основный оксид + Азотная кислота

CuO + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + H 2 O

3) Основание + Азотная кислота

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O

4) Аммиак + Азотная кислота

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

5) Соль слабой кислоты + Азотная кислота

В cоответствии с рядом кислот каждая предыдущая кислота может вытеснить из соли последующую :

2 HNO 3 + Na 2 CO 3 = 2 NaNO 3 + H 2 O + CO 2 ­

6) Оксид азота (IV ) + щёлочь

2NO 2 + NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O

в присутствии кислорода -

4 NO 2 + O 2 + 4 NaOH = 4 NaNO 3 + 2 H 2 O

Химические свойства нитратов

I . Общие с другими солями

1) C металлами

Металл, стоящий в ряду активности левее, вытесняет последующие из их солей:

Cu(NO 3) 2 + Zn = Cu + Zn(NO 3) 2

2) С кислотами

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

3) Со щелочами

Cu(NO 3) 2 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + 2NaNO 3

4) C c олями

2AgNO 3 + BaCl 2 = Ba(NO 3) 2 + 2AgCl↓

II . Специфические

Все нитраты термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются с образованием кислорода. Характер других продуктов реакции зависит от положения металла, образующего нитрат, в электрохимическом ряду напряжений:

1) Нитраты щелочных (исключение - нитрат лития) и щелочноземельных металлов разлагаются до нитритов:

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2 ­

2К NO 3 = 2 KNO 2 + O 2

2) Нитраты менее активных металлов от Mg до Cu включительно и нитрат лития разлагаются до оксидов:

2Mg(NO 3) 2 = 2MgO + 4NO 2 ­ + O 2 ­

2Cu(NO 3) 2 =2CuO + 4NO 2 ­ + O 2 ­

3) Нитраты наименее активных металлов (правее меди) разлагаются до металлов:

Hg(NO 3) 2 = Hg + 2NO 2 ­ + O 2 ­

2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 ­ + O 2 ­

4) Нитрат и нитрит аммония:

Нитрат аммония разлагается в зависимости от температуры так:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O (190-245 ° C)

2NH 4 NO 3 = N 2 + 2NO + 4H 2 O (250-300 ° C)

2NH 4 NO 3 = 2N 2 + O 2 + 4H 2 O (выше 300 ° C)

Нитрит аммония:

NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O

Дополнительно:

Разложение нитрита аммония

Исключения:

4LiNO 3 = 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

Mn(NO 3) 2 =MnO 2 + 2NO 2

4Fe(NO 3) 2 =2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2

Качественная реакция на нитрат-ион NO 3 – – взаимодействие нитратов c металлической медью при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты или с раствором дифениламина в Н 2 SO 4 (конц.).

Опыт. Качественная реакция на ион NO 3 – .

В большую сухую пробирку поместить зачищенную медную пластинку, несколько кристалликов нитрата калия, прилить несколько капель концентрированной серной кислоты. Пробирку закрыть ватным тампоном, смоченным концентрированным раствором щелочи и нагреть.

Признаки реакции - в пробирке появляются бурые пары оксида азота(IV), что лучше наблюдать на белом экране, а на границе медь – реакционная смесь появляются зеленоватые кристаллы нитрата меди(II) .

Протекают следующие уравнения реакций:

КNO 3 (кр.) + Н 2 SO 4 (конц.) = КНSО 4 + НNО 3

2.1. Качественные реакции на сульфид-анион S 2 - . Из сульфидов растворимы сульфиды только щелочных металлов и аммония. Нерастворимые сульфиды имеют специфическую окраску, по которым можно определить тот или иной сульфид.
Окраска:
MnS - телесный (розовый).
ZnS - белый.
PbS - черный.
Ag 2 S - черный.
CdS - лимонно-желтый.
SnS - шоколадный.
HgS (метакиноварь) - черный.
HgS (киноварь) - красный.
Sb 2 S 3 - оранжевый.
Bi 2 S 3 - черный.
Некоторые сульфиды при взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют токсичный газ сероводород H 2 S с неприятным запахом (тухлых яиц):
Na 2 S + 2HBr = 2NaBr + H 2 S
S 2- + 2H + = H 2 S

А некоторые устойчивы к разбавленным растворам HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HCOOH, CH 3 COOH - к примеру CuS, Cu 2 S, Ag 2 S, HgS, PbS, CdS, Sb 2 S 3 , SnS и некоторые другие. Но они переводятся в раствор конц. азотной кислотой при кипячении (Sb 2 S 3 и HgS растворяются тяжелее всего, причем последний гораздо быстрее растворится в царской водке):
CuS + 8HNO 3 =t= CuSO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O

Также сульфид-анион можно выявить, приливая раствор сульфида к бромной воде:
S 2- + Br 2 = S↓ + 2Br -
Образующаяся сера выпадает в осадок.

2.2. Качественная реакция на сульфат-анион SO 4 2- . Сульфат-анион обычно осаждают катионом свинца, либо бария:
Pb 2+ + SO 4 2- = PbSO 4 ↓

Ва 2+ + SO 4 2- = ВаSO 4 ↓
Осадки сульфата свинца и сульфата бария белого цвета.

2.3. Качественная реакция на силикат-анион SiO 3 2- . Силикат-анион легко осаждается из раствора в виде стекловидной массы при добавлении сильных кислот:
SiO 3 2- + 2H + = H 2 SiO 3 ↓ (SiO 2 * nH 2 O)

2.4. Качественные реакции на хлорид-анион Cl - , бромид-анион Br - , иодид-анион I - смотрите в пункте «качественные реакции на катион серебра Ag + »

2.5. Качественная реакция на сульфит-анион SO 3 2- . При добавлении к раствору сильных кислот образуется диоксид серы SO 2 - газ с резким запахом (запах зажженной спички):
SO 3 2- + 2H + = SO 2 + H 2 O

2.6. Качественная реакция на карбонат-анион CO 3 2- . При добавлении к раствору карбоната сильных кислот образуется углекислый газ CO 2 , не поддерживающий горение, вызывающий помутнение известковой воды:
CO 3 2- + 2H + = CO 2 + H 2 O

Са(ОН) 2 + CO 2 = СаСО 3 ↓ + H 2 O (при избытке CO 2 осадок растворяется с образованием гидрокарбоната СаСО 3 + CO 2 + H 2 O= Са(НСО 3) 2

2.7. Качественная реакция на тиосульфат-анион S 2 O 3 2- . При добавлении раствора серной или соляной кислоты к раствору тиосульфата образуется диоксид серы SO 2 и выпадает в осадок элементарная сера S:
S 2 O 3 2- + 2H + = S↓ + SO 2 + H2O

2.8. Качественная реакция на хромат-анион CrO 4 2- . При добавлении к раствору хромата раствора солей бария выпадает желтый осадок хромата бария BaCrO 4 , разлагающегося в сильнокислой среде:
Ba 2+ + CrO 4 2- = BaCrO 4 ↓
Растворы хроматов окрашены в желтый цвет. При подкислении раствора цвет изменится на оранжевый, отвечающий дихромат-аниону Cr 2 O 7 2- :
2CrO 4 2- + 2H + = Cr 2 O 7 2- + H 2 O
Кроме того хроматы являются окислителями в щелочной и нейтральной средах (окислительные способности хуже, чем у дихроматов):
S 2- + CrO 4 2- + H 2 O = S + Cr(OH) 3 + OH -

2.9. Качественная реакция на дихромат-анион Cr 2 O 7 2- . При добавлении к раствору дихромата раствора соли серебра образуется осадок оранжевого цвета Ag 2 Cr 2 O 7:
2Ag + + Cr 2 O 7 2- = Ag 2 Cr 2 O 7 ↓
Растворы дихроматов окрашены в оранжевый цвет. При подщелачивании раствора окраска изменяется на желтую, отвечающую хромат-аниону CrO 4 2- :
Cr 2 O 7 2- + 2OH - = 2CrO 4 2- + H 2 O
Кроме того, дихроматы - сильные окислители в кислой среде. При внесении в подкисленный раствор дихромата какого-либо восстановителя окраска раствора изменится с оранжевого на зеленый, отвечающей катиону хрома (III) Сr 3+ (в качестве восстановителя бромид-анион):
6Br - + Cr 2 O 7 2- + 14H + = 3Br 2 + 2Cr 3+ + 7H 2 O
Эффектная качественная реакция на шестивалентный хром - темно-синее окрашивание раствора при добавлении конц. перекиси водорода в эфире. Образуется пероксид хрома состава CrO 5 .

2.10. Качественная реакция на перманганат-анион MnO 4 - . Перманганат-анион «выдает» темно-фиолетовая окраска раствора. Кроме того, перманганаты - сильнейшие окислители, в кислой среде восстанавливаются до Mn 2+ (фиолетовая окраска исчезает), в нейтральной - до Mn +4 (окраска исчезает, выпадает бурый осадок диоксида марганца MnO 2) и в щелочной - до MnO 4 2- (окраска раствора изменяется на темно-зеленый):
5SO 3 2- + 2MnO 4 - + 6H + = 5SO 4 2- + 2Mn 2+ + 3H 2 O
3SO 3 2- + 2MnO 4 - + H 2 O = 3SO 4 2- + 2MnO 2 ↓ + 2OH -
SO 3 2- + 2MnO 4 - + 2OH - = SO 4 2- + 2MnO 4 2- + H 2 O

2.11. Качественная реакция на манганат-анион MnO 4 2- . При подкислении раствора манганата темно-зеленая окраска изменяется на темно-фиолетовую, отвечающую перманганат-аниону MnO 4 - :
3K 2 MnO 4 (р.) + 4HCl(разб.) = MnO 2 ↓ + 2KMnO 4 + 4KCl + 2H 2 O

2.12. Качественная реакция на фосфат-анион PO 4 3- . При добавлении к раствору фосфата раствора соли серебра выпадает желтоватый осадок фосфата серебра (I) Ag 3 PO 4:
3Ag + + PO 4 3- = Ag 3 PO 4 ↓
Аналогична реакция и к дигидрофосфат-аниону H 2 PO 4 - .

2.13. Качественная реакция на феррат-анион FeO 4 2- . Осаждение из раствора феррата бария красного цвета (реакция проводится в среде щелочи):
Ba 2+ + FeO 4 2- =OH - = BaFeO 4 ↓
Ферраты - сильнейшие окислители (сильнее перманганатов). Устойчивы в щелочной среде, неустойчивы в кислой:
4FeO 4 2- + 20H + = 4Fe 3+ + 3O 2 + 10H 2 O

2.14. Качественная реакция на нитрат-анион NO 3 - . Нитраты в растворе не проявляют окислительных способностей. Но при подкислении раствора способны окислить, к примеру, медь (раствор подкисляют обычно разб. H 2 SO 4):
3Cu + 2NO 3 - + 8H + = 3Cu 2+ + 2NO + 4H 2 O

2.15. Качественная реакция на гексацианноферрат (II) и (III) ионы 4- и 3- . При приливании растворов, содержащих Fe 2+ , образуется осадок темно-синего цвета (турнбулева синь, берлинская лазурь):
K 3 + FeCl 2 = KFe + 2KCl (при этом осадок состоит из смеси KFe(II), KFe(III), Fe 3 2 , Fe 4 3).

2.1.6. Качественная реакция на арсенат-анион AsO 4 3- . Образование нерастворимого в воде арсената серебра (I) Ag 3 AsO 4 , имеющего цвет «кофе с молоком»:
3Ag + + AsO 4 3- = Ag 3 AsO 4 ↓

3. Качественные реакции на простые и сложные вещества. Некоторые простые и сложные вещества, как и ионы, обнаруживаются качественными реакциями.

3.1. Качественная реакция на водород H 2 . Характерный хлопок при поднесении горящей лучинки к источнику водорода.

3. 2. Качественная реакция на азот N 2 . Не поддерживает горение. При пропускании через раствор известковой воды осадок не выпадает.

3. 3. Качественная реакция на кислород O 2 . Яркое вспыхивание тлеющей лучинки в атмосфере кислорода.

3. 4. Качественная реакция на озон O 3 . Взаимодействие озона с раствором иодидов с выпадением кристаллического иода I 2 в осадок:
2KI + O 3 + H 2 O = 2KOH + I 2 ↓ + O 2
Кислород в данную реакцию не вступает.

3. 5. Качественная реакция на хлор Cl 2 . Хлор – газ желто-зеленого цвета с резким запахом. При взаимодействии недостатка хлора с растворами иодидов в осадок выпадает иод I 2:
2KI + Cl 2 = 2KCl + I 2 ↓
Избыток хлора приведет к окислению образовавшегося иода:
I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 + 10HCl

3. 6. Качественные реакции на аммиак NH 3 . Примечание: данные реакции не дают в школьном курсе. Однако, это самые надежные качественные реакции на аммиак.
Почернение бумажки, смоченной в растворе соли ртути (I) Hg 2 + :
Hg 2 Cl 2 + 2NH 3 = Hg(NH 2)Cl + Hg + NH 4 Cl
Бумажка чернеет из-за выделения мелкодисперсной ртути.

Взаимодействие аммиака с щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия K 2 (реактив Несслера) :
2K 2 + NH 3 + 3KOH = I · H 2 O↓ + 7KI + 2H 2 O
Комплекс I · H 2 O бурого цвета (цвет ржавчины) выпадает в осадок.
Две последние реакции являются самыми надежными на аммиак.

Реакция аммиака с хлороводородом («дым» без огня):
NH 3 + HCl = NH 4 Cl

3. 7. Качественная реакция на угарный газ (моноксид углерода) CO. Помутнение раствора при пропускании угарного газа в раствор хлорида палладия (II):
PdCl 2 + CO + H 2 O = CO 2 + 2HCl + Pd↓

3. 8. Качественная реакция на углекислый газ (диоксид углерода) CO 2 . Тушение тлеющей лучинки в атмосфере углекислого газа.
Пропускание углекислого газа в раствор гашеной извести Ca(OH) 2:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
Дальнейшее пропускание приведет к растворению осадка:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

3.9. Качественная реакция на оксид азота (II) NO. Оксид азота (II) очень чувствителен к кислороду воздуха, потому на воздухе буреет, окисляясь до оксида азота (IV) NO 2:
2NO + O 2 = 2NO 2

Индивидуальной характеристикой органического вещества является его ИК-спектр.

Следует отметить, что даже начинающий исследователь часто только по данным ИК - и УФ-спектроскопии может сделать вывод об отнесении вещества к тому или иному классу химических соединений, не проводя кропотливых химических реакций. Крайне просто задача решается в большинстве случаев с применением ПМР-спектроскопии.

Идентификацию соединения проводят путем установления идентичности констант (Тпл, Т кип, R f, nD и др.) как самого определяемого соединения, так и его производных с константами заведомо известных веществ, приведенных в таблице производных для идентификации. Исследование проводят в такой последовательности.

Изучают физические свойства соединения: агрегатное состояние, цвет, запах, температуры кипения и плавления, растворимость и отношение к прокаливанию. По этим данным можно иногда сразу определить класс соединений, к которому относится анализируемое вещество, значительно сократив число последующих операций.

Определяют качественный состав, т. е. делают пробы на присутствие углерода, водорода , азота , галогенов, серы. При отсутствии того или иного из перечисленных элементов можно не делать качественных реакций на содержащие их функциональные группы. (Огромную пользу в идентификации соедине­ния приносит знание количественного элементного состава вещества. Однако количественный элементный анализ может быть выполнен только в специально оборудованной лаборатории или на автоматических приборах - С-, Н-, N-анализаторах.)

Открывают отдельные функциональные группы и устанавливают класс анализируемого вещества.

Переводят вещество в одно или два наиболее характерных для данного класса производных, по константам которых делают вывод о точном строении вещества (идентификация).

Подтверждают структуру соединения, сняв или получив от преподавателя УФ-, ИК - и ПМР-спектры вещества.

1.Предварительное исследование вещества

Исследование начинают с описания внешних свойств вещества: агрегатного состояния, цвета, запаха. Если вещество твердое, то записывают какое - кристаллическое (иглы, пластинки, призмы и т. п.), микрокристаллическое, аморфное. Обращают внимание, однородное это вещество или нет. Записывают его окраску. К числу окрашенных относятся хиноны, некоторые α-дикетоны, азо-, нитрозо-, нитропроизвод­ные, некоторые полигалогенопроизводные, соединения с большим числом сопряженных связей. Отмечают, сохраняется ли окраска при перекристаллизации и перегонке, т. е. присуща она веществу или обусловлена примесями. У кристаллических веществ определяют температуру плавления, у жидких - температуру кипения, показатель преломления света.

Записывают константы вещества; цвет и запах чистого вещества. Многие органические соединения обладают специфическим запахом, по которому при навыке можно определить к какому классу они относятся (эфиры, фенолы, нитросоединения, амины и др.).

Прокаливание. Помещают на крышку тигля (твердое на кончик шпателя) 0,1 мл (0,1 г) вещества. Осторожно вносят его в верхнюю или боковую часть бесцветного пламени горелки, постепенно продвигая крышку в более горячую часть пламени. Внимательно наблюдают за происходящими изменениями вещества. Записывают характер плавления (разлагается ли вещество) и горения (быстрое, со вспышкой, медленное), цвет пламени, запах. Если вещество горит слабосветящим пламенем (почти голубое), это указывает на присутствие в нем кис­лородсодержащих функциональных групп. Желтое светящееся (коптящее) пламя характерно для богатых углеродом соеди­нений (ароматические и ацетиленовые углеводороды).

Определение растворимости . По растворимости вещества в различных растворителях можно сделать заключение о наличии в веществе тех или иных функциональных групп. Кроме того, определение растворимости позволяет подобрать подходящий растворитель для пере кристаллизации вещества (подобное растворяется в подобном). Растворимость целесообразно исследовать в следующих растворителях: вода, 6%-е растворы гидроксида натрия, гидрокарбоната натрия, соляной кислоты; концентрированная серная кислота, этиловый спирт, бензол, петролейный эфир, уксусная кислота. В пробирку вносят одну каплю жидкого или 0,01 г твердого соединения и по каплям -0,2 мл (10 капель) растворителя. После каждой прибавленной порции растворителя пробирку взбалтывают. Если соединение полностью растворимо, то его регистрируют как растворимое. Если вещество плохо растворяется или не растворяется при комнатой температуре, нагревают смесь до кипения. В случае плохой растворимости в неорганических растворителях нерастворившееся вещество отделяют, а раствор нейтрализуют и наблюдают, не выделяется ли из него исходное соединение. Помутнение нейтрализуемого фильтрата указывает на свойства веществ: кислые, если растворителем была щелочь или сода; основные - кислый растворитель. При внесении вещества в раствор гидрокарбоната нужно обратить внимание, выделяется ли оксид углерода(IV).

2. Качественный анализ

Азот, серу, галоген можно обнаружить в одной порции вещества, сплавив его с натрием (если вещество жидкое, предварительно убедитесь, что это не кислота иначе возможен взрыв):

CnHmHalNS → NaHal + NaCN + Na2S

Растворив сплав, проводят качественные реакции на ионы: Hal-, S2-, CN-. В пробирку помещают ~ 0,1 г вещества. Закрепляют пробирку в штативе наклонно в вытяжном шкафу. Вносят в нее небольшой кусочек (с четверть горошины) очищенного натрия. Осторожно нагревают до темно-красного каления и быстро опускают пробирку в стакан с 5 мл дистиллированной воды ~осторожно, надеть очки! ~ Раствор отфильтровывают от осколков стекла и разливают в несколько пробирок на отдельные порции по 1-1,5 мл. Каждую порцию используют для проведения качественной реакции (фильтрат должен быть бес­цветным). Делают пробы Бельштейна, с нитратом серебра на галогены, с ацетатом свинца на серу и на азот.↓

Качественные реакции на галогены

Проба Бельштейна. Галогены можно обнаружить в исследуемом веществе, не прибегая к сплавлению его с натрием. Конец медной проволоки изгибают в маленькую петлю и прокаливают ее в пламени горелки до исчезновения зеленой окраски пламени. Дают проволоке остыть, погружают ее в исследуемое вещество и снова нагревают в пламени горелки. Зеленое окрашивание пламени свидетельствует о наличии галогенов. Эта реакция обладает исключительно высокой чувствительностью (положительную реакцию могут дать и примеси! Поэтому ее положительный результат всегда следует перепроверить реак­цией с нитратом серебра):

АgNОз + NaHal → AgHal + NаNОз

Фильтрат, полученный после разложения исследуемого вещества сплавлением с натрием, подкисляют азотной кислотой до кислой реакции и добавляют водный раствор нитрата серебра. Выпадает творожистый осадок галогенида серебра белого(хлор), желтоватого (бром) и ярко-желтого (иод) цвета.

Качественная реакция на азот

FeSО4 + 2NaCN → Fe(CN)2 + Na2S04

Fe(CN)2 + 4NaCN → Na4Fe(CN)6

3Nа4Fе(СN)6 + 2Fе2(SО4)З → Fе4З + 6Na2SО4

К фильтрату прибавляют кристаллик железного купороса или 2 капли свежеприготовленного его раствора. Кипятят одну минуту. Вносят каплю раствора соли Fe3+. Подкисляют соляной кислотой (5-6 капель). При наличии в испытуемом веществе азота выпадает осадок берлинской лазури или появляется ярко-синее окрашивание.

Качественная реакция на серу

Na2S + 2HCl → H2S + 2NaCl (а)

Na2S + РЬ(ОСОСНЗ)2 → PbS↓ + 2СНзСООNа (б)

Na2S + Na2 → Na4 (в)

Для обнаружения иона S2- одну порцию фильтрата подкисляют соляной кислотой. Характерный запах сероводорода укажет на наличие двухвалентной серы (а). В другой пробирке фильтрат подкисляют уксусной кислотой и добавляют раствор ацетата свинца. При наличии S2- образуется черный осадок РЬS. В случае небольшого количества серы вместо выпадения осадка раствор только окрашивается в коричневый цвет (б). К третьей порции фильтрата добавляют несколько капель разбавленного раствора нитропруссида натрия. Появление сине-фиолетовой окраски тионитрокомплекса указывает на присутствие серы (в).

3. Открытие функциональных групп

Основываясь на результатах исследования физических свойств и качественного состава соединения, определяют ориентировочно возможный класс анализируемого вещества. Затем делают качественные реакции на предполагаемые функциональные группы. Допустим, установлено: вещество жидкое, бесцветное, не содержит азота, галогенов и серы, хорошо растворяется в воде, имеет нейтральную реакцию, кипит при 78оС. Предположительно, такое вещество может быть спиртом, альдегидом, кетоном. Для уточнения делают качественные реакции только на спиртовую, альдегидную и кетонную группы. Следует брать небольшие пробы (0,1-0,15 г) вещества, сохраняя основную массу для получения производных и (часть как резерв) для заключительных специфических реакций на данное индивидуальное вещество.

Прежде чем проводить ту или иную реакцию с анализируемым веществом, целесообразно поставить опыт с заведомо известным соединением данного класса. И только овладев методикой выполнения операции и убедившись в хорошем качестве реактивов, следует переходить к пробам с анализируемым веществом.

Кратная связь

Реакция с бромом .

Подавляющее большинство соединений, содержащих кратную связь (двойную, тройную или их комбинации, за исключением ароматических систем), легко присоединяют бром:

Реакцию проводят обычно в уксусной кислоте или тетрахлориде углерода. К раствору 0,1 г или 0,1 мл вещества в 2-3 мл ледяной уксусной кислоты, помещенному в маленькую пробирку, добавляют по каплям, встряхивая, 1% - й раствор брома в ледяной уксусной кислоте. При наличии в веществе кратной связи раствор мгновенно обесцвечивается.

В отдельных случаях соединения, содержащие водород, легко замещающийся на бром (анилин, фенол, кетоны, некоторые третичные углеводороды), также обесцвечивают раствор брома. Однако при этом выделяется бромоводород, который легко определяют с помощью влажной лакмусовой бумажки или конго:

О ОБНАРУЖЕНИЯ

Методы качественного анализа, не требующие большой затраты времени, реактивов и анализируемого материала на их выполнение, позволяют аналитику быстро и просто оценить пределы содержания определяемого элемента (с целью последующего выбора количественного метода его определения), а также в ряде случаев получить сведения о формах его нахождения в исследуемом образце.

Подробную информацию о качественных методах обнаружения неорганических соединений азота можно найти в ряде руководств . Методы обнаружения азота в органических материалах (органический качественный анализ) подробно излагаются в книге . Здесь же описаны способы превращения общего азота в легкоизмеряемые формы. Вопросам систематической микроидентификации органических соединений, в том числе методам быстрого открытия азота с использованием кольцевой бани Вейсса (наряду с другими важнейшими гетероатомами), посвящена работа . Открываемый минимум азота 0,01-1 мкг. Качественный элементный анализ органических веществ без предварительной их минерализации описан в работе . Ультрамикрокащиллярно-му методу открытия азота в органических веществах посвящена работа .

Для качественного обнаружения азотсодержащих ионов используются специфические химические и физические их свойства-: цветные реакции в пробирках, капельные реакции, в том числе и на бумаге, микрокристаллоскопические реакции, сорбция на А1а03, электрофорез на бумаге, ИК-спектроскопия, флуоресценция, каталитические методы и т. д.

Ниже приводится краткое описание наиболее распространенных методов открытия ионов аммония, нитрат-, нитрит-, роданид-и цианид-ионов .

Едкие щелочи (NaOH, КОН) выделяют из растворов солей аммония при нагревании газообразный аммиак, который обнаруживается по запаху, с помощью лакмусовой или фенолфталеиновой бумаги.

Реактив Несслера, представляющий смесь комплексной соли K2 с КОН, образует с растворами солей аммония характерный красно-бурый осадок (или при очень малых количествах - желтое окрашивание). Чувствительность реакции 0,0003 мг в капле объемом 0,002 мл. Мешают ионы элементов Ag, Hg(II), РЬ, ион S2-.

Нитрит-ионы

Кислота разлагают все нитриты с образованием газообразной N02, окрашенной в бурый цвет.

Йодид калия в присутствии H2S04 окисляется нитритами до свободного Ja (так же действуют и другие окислители: Мп04, СгОГ, As04~).

Уксуснокислый раствор бензидина в присутствии ионов NOj образует желтоокрашенное соединение.

Сульфаниловая кислота и" а-нафтиламин (реактив Грисса- Идосвая) в уксуснокислой среде образуют с нитрит-ионами окрашенный азокраситель.

Предложена микрокристаллоскопическая реакция для обнаружения нитрит-ионов: крупинку исследуемого вещества вносят в каплю раствора, содержащего ацетат калия, свинца и меди(П) и подкисленного СН3СООН. Выделяются черные кристаллы K2Pb. Этим способом удается открыть до 0,75 мг NOa-Предельное разбавление 1: 1500. Присутствие ионов N03 не мешает реакции.

Реакция образования K3. При смешивании испытуемого раствора с растворами Co(N03)2, разбавленной уксусной кислоты и КС1 в присутствии N02 появляется желтый кристаллический осадок.

Перманганат калия обесцвечивается в кислой среде при нагревании в присутствии нитрат-ионов в результате восстановления марганца до Мпа+.

о-Аминоанилид бензолсулъфоновой кислоты (сернокислый раствор) в кислой среде осаждает ионы N02.

Нитрат-ионы

Для открытия нитрат-ионов применяются преимущественно реакции окисления-восстановления.

Реакция с медью и серной кислотой при нагревании приводит к выделению бурого газа N02.

Реакция с FeS04 в присутствии концентрированной HjS04 приводит к образованию в пробирке бурого кольца в результате образования комплексного соединения lFe(N03)]S04. Мешают ионы J -, Вг~, анионы-окислители, SCN-.

2 В. Ф. Волынец, М. П. Волынец

Реакция восстановления до аммиака в присутствии концентрированного раствора щелочи цинковой пылью, алюминиевым порошком или сплавом Деварда. Обнаруживают NH3 лакмусовой (посинение) или фенолфталеиновой (покраснение) бумагой. Мешают NHj", NOs, SCN", 2_. Мешают MnOj, СЮ\~, N02.

Реакция восстановления N03 до N0^ при действии на нитраты металлического цинка в присутствии СН3С00Н. Далее N0^ обнаруживается по его характерным реакциям (см. выше).

Реакция с дифениламином (G,Hs)aNH. На часовое стекло помещают 4-5 капель раствора дифениламина в концентрированной H2S04. Вносят туда на кончике чистой стеклянной палочки немного анализируемого раствора и перемешивают. В присутствии N03 появляется интенсивно-синяя окраска вследствие окисления дифениламина образующейся азотной кислотой. Мешают N0^. Сг04~, Мп04, 3_, Fe3+ и другие окислители,

2.1.1. Качественные реакции на сульфид-анион S 2- . Из сульфидов растворимы сульфиды только щелочных металлов и аммония. Нерастворимые сульфиды имеют специфическую окраску, по которым можно определить тот или иной сульфид.
Окраска:
MnS - телесный (розовый).
ZnS - белый.
PbS - черный.
Ag 2 S - черный.
CdS - лимонно-желтый.
SnS - шоколадный.
HgS (метакиноварь) - черный.
HgS (киноварь) - красный.
Sb 2 S 3 - оранжевый.
Bi 2 S 3 - черный.
Некоторые сульфиды при взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют токсичный газ сероводород H 2 S с неприятным запахом (тухлых яиц):
Na 2 S + 2HBr = 2NaBr + H 2 S
S 2- + 2H + = H 2 S

А некоторые устойчивы к разбавленным растворам HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 , HCOOH, CH 3 COOH - к примеру CuS, Cu 2 S, Ag 2 S, HgS, PbS, CdS, Sb 2 S 3 , SnS и некоторые другие. Но они переводятся в раствор конц. азотной кислотой при кипячении (Sb 2 S 3 и HgS растворяются тяжелее всего, причем последний гораздо быстрее растворится в царской водке):
CuS + 8HNO 3 =t= CuSO 4 + 8NO 2 + 4H 2 O

Также сульфид-анион можно выявить, приливая раствор сульфида к бромной воде:
S 2- + Br 2 = S↓ + 2Br -
Образующаяся сера выпадает в осадок.

2.1.2. Качественная реакция на сульфат-анион SO 4 2- . Сульфат-анион обычно осаждают катионом свинца, либо бария:
Pb 2+ + SO 4 2- = PbSO 4 ↓
Осадок сульфата свинца белого цвета.

2.1.3. Качественная реакция на силикат-анион SiO 3 2- . Силикат-анион легко осаждается из раствора в виде стекловидной массы при добавлении сильных кислот:
SiO 3 2- + 2H + = H 2 SiO 3 ↓ (SiO 2 * nH 2 O)

2.1.4. Качественные реакции на хлорид-анион Cl - , бромид-анион Br - , иодид-анион I - смотрите в пункте «качественные реакции на катион серебра Ag + «.

2.1.5. Качественная реакция на сульфит-анион SO 3 2- . При добавлении к раствору сильных кислот образуется диоксид серы SO 2 - газ с резким запахом (запах зажженной спички):
SO 3 2- + 2H + = SO 2 + H 2 O

2.1.6. Качественная реакция на карбонат-анион CO 3 2- . При добавлении к раствору карбоната сильных кислот образуется углекислый газ CO 2 , гасящий горящую лучинку:
CO 3 2- + 2H + = CO 2 + H 2 O

2.1.7. Качественная реакция на тиосульфат-анион S 2 O 3 2- . При добавлении раствора серной или соляной кислоты к раствору тиосульфата образуется диоксид серы SO 2 и выпадает в осадок элементарная сера S:
S 2 O 3 2- + 2H + = S↓ + SO 2 + H2O

2.1.8. Качественная реакция на хромат-анион CrO 4 2- . При добавлении к раствору хромата раствора солей бария выпадает желтый осадок хромата бария BaCrO 4 , разлагающегося в сильнокислой среде:
Ba 2+ + CrO 4 2- = BaCrO 4 ↓
Растворы хроматов окрашены в желтый цвет. При подкислении раствора цвет изменится на оранжевый, отвечающий дихромат-аниону Cr 2 O 7 2- :
2CrO 4 2- + 2H + = Cr 2 O 7 2- + H 2 O
Кроме того хроматы являются окислителями в щелочной и нейтральной средах (окислительные способности хуже, чем у дихроматов):
S 2- + CrO 4 2- + H 2 O = S + Cr(OH) 3 + OH -

2.1.9. Качественная реакция на дихромат-анион Cr 2 O 7 2- . При добавлении к раствору дихромата раствора соли серебра образуется осадок оранжевого цвета Ag 2 Cr 2 O 7:
2Ag + + Cr 2 O 7 2- = Ag 2 Cr 2 O 7 ↓
Растворы дихроматов окрашены в оранжевый цвет. При подщелачивании раствора окраска изменяется на желтую, отвечающую хромат-аниону CrO 4 2- :
Cr 2 O 7 2- + 2OH - = 2CrO 4 2- + H 2 O
Кроме того, дихроматы - сильные окислители в кислой среде. При внесении в подкисленный раствор дихромата какого-либо восстановителя окраска раствора изменится с оранжевого на зеленый, отвечающей катиону хрома (III) Сr 3+ (в качестве восстановителя бромид-анион):
6Br - + Cr 2 O 7 2- + 14H + = 3Br 2 + 2Cr 3+ + 7H 2 O
Эффектная качественная реакция на шестивалентный хром - темно-синее окрашивание раствора при добавлении конц. перекиси водорода в эфире. Образуется пероксид хрома состава CrO 5 .

2.2.0. Качественная реакция на перманганат-анион MnO 4 - . Перманганат-анион «выдает» темно-фиолетовая окраска раствора. Кроме того, перманганаты - сильнейшие окислители, в кислой среде восстанавливаются до Mn 2+ (фиолетовая окраска исчезает), в нейтральной - до Mn +4 (окраска исчезает, выпадает бурый осадок диоксида марганца MnO 2) и в щелочной - до MnO 4 2- (окраска раствора изменяется на темно-зеленый):
5SO 3 2- + 2MnO 4 - + 6H + = 5SO 4 2- + 2Mn 2+ + 3H 2 O
3SO 3 2- + 2MnO 4 - + H 2 O = 3SO 4 2- + 2MnO 2 ↓ + 2OH -
SO 3 2- + 2MnO 4 - + 2OH - = SO 4 2- + 2MnO 4 2- + H 2 O

2.2.1. Качественная реакция на манганат-анион MnO 4 2- . При подкислении раствора манганата темно-зеленая окраска изменяется на темно-фиолетовую, отвечающую перманганат-аниону MnO 4 - :
3K 2 MnO 4 (р.) + 4HCl(разб.) = MnO 2 ↓ + 2KMnO 4 + 4KCl + 2H 2 O

2.2.2. Качественная реакция на фосфат-анион PO 4 3- . При добавлении к раствору фосфата раствора соли серебра выпадает желтоватый осадок фосфата серебра (I) Ag 3 PO 4:
3Ag + + PO 4 3- = Ag 3 PO 4 ↓
Аналогична реакция и к дигидрофосфат-аниону H 2 PO 4 - .

2.2.3. Качественная реакция на феррат-анион FeO 4 2- . Осаждение из раствора феррата бария красного цвета (реакция проводится в среде щелочи):
Ba 2+ + FeO 4 2- =OH - = BaFeO 4 ↓
Ферраты - сильнейшие окислители (сильнее перманганатов). Устойчивы в щелочной среде, неустойчивы в кислой:
4FeO 4 2- + 20H + = 4Fe 3+ + 3O 2 + 10H 2 O

2.2.4. Качественная реакция на нитрат-анион NO 3 - . Нитраты в растворе не проявляют окислительных способностей. Но при подкислении раствора способны окислить, к примеру, медь (раствор подкисляют обычно разб. H 2 SO 4):
3Cu + 2NO 3 - + 8H + = 3Cu 2+ + 2NO + 4H 2 O

2.2.5. Качественная реакция на гексацианноферрат (II) и (III) ионы 4- и 3- . При приливании растворов, содержащих Fe 2+ , образуется осадок темно-синего цвета (турнбулева синь, берлинская лазурь):
K 3 + FeCl 2 = KFe + 2KCl (при этом осадок состоит из смеси KFe(II), KFe(III), Fe 3 2 , Fe 4 3).

2.2.6. Качественная реакция на арсенат-анион AsO 4 3- . Образование нерастворимого в воде арсената серебра (I) Ag 3 AsO 4 , имеющего цвет «кофе с молоком»:
3Ag + + AsO 4 3- = Ag 3 AsO 4 ↓
Вот основные качественные реакции на анионы. Далее мы рассмотрим качественные реакции на простые и сложные вещества.

3. Качественные реакции на простые и сложные вещества. Некоторые простые и сложные вещества, как и ионы, обнаруживаются качественными реакциями. Ниже я опишу качественные реакции на некоторые вещества.

3.1.1. Качественная реакция на водород H 2 . Лающий хлопок при поднесении горящей лучинки к источнику водорода.

3.1.2. Качественная реакция на азот N 2 . Тушение горящей лучинки в атмосфере азота. При пропускании в раствор Ca(OH) 2 осадок не выпадает.

3.1.3. Качественная реакция на кислород O 2 . Яркое загорание тлеющей лучинки в атмосфере кислорода.

3.1.4. Качественная реакция на озон O 3 . Взаимодействие озона с раствором иодидов с выпадением кристаллического иода I 2 в осадок:
2KI + O 3 + H 2 O = 2KOH + I 2 ↓ + O 2
В отличии от озона кислород в данную реакцию не вступает.

3.1.5. Качественная реакция на хлор Cl 2 . Хлор – газ желто-зеленого цвета с очень неприятным запахом.При взаимодействии недостатка хлора с растворами иодидов в осадок выпадает элементарный иод I 2:
2KI + Cl 2 = 2KCl + I 2 ↓
Избыток хлора приведет к окислению образовавшегося иода:
I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 + 10HCl

3.1.6. Качественные реакции на аммиак NH 3 . Примечание: данные реакции не дают в школьном курсе. Однако, это самые надежные качественные реакции на аммиак.
Почернение бумажки, смоченной в растворе соли ртути (I) Hg 2 + :
Hg 2 Cl 2 + 2NH 3 = Hg(NH 2)Cl + Hg + NH 4 Cl
Бумажка чернеет из-за выделения мелкодисперсной ртути.

Взаимодействие аммиака с щелочным раствором тетраиодомеркурата (II) калия K 2 (реактив Несслера) :
2K 2 + NH 3 + 3KOH = I · H 2 O↓ + 7KI + 2H 2 O
Комплекс I · H 2 O бурого цвета (цвет ржавчины) выпадает в осадок.
Две последние реакции являются самыми надежными на аммиак.

Реакция аммиака с хлороводородом («дым» без огня):
NH 3 + HCl = NH 4 Cl

3.1.7. Качественная реакция на фосген (хлорокись углерода, карбонил хлорид) COCl 2 . Испускание белого «дыма» от бумажки, смоченной в растворе аммиака:
COCl 2 + 4NH 3 = (NH 2) 2 CO + 2NH 4 Cl

3.1.8. Качественная реакция на угарный газ (моноксид углерода) CO. Помутнение раствора при пропускании угарного газа в раствор хлорида палладия (II):
PdCl 2 + CO + H 2 O = CO 2 + 2HCl + Pd↓

3.1.9. Качественная реакция на углекислый газ (диоксид углерода) CO 2 . Тушение тлеющей лучинки в атмосфере углекислого газа.
Пропускание углекислого газа в раствор гашеной извести Ca(OH) 2:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
Дальнейшее пропускание приведет к растворению осадка:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

3.2.1. Качественная реакция на оксид азота (II) NO. Оксид азота (II) очень чувствителен к кислороду воздуха, потому на воздухе буреет, окисляясь до оксида азота (IV) NO 2:
2NO + O 2 = 2NO 2