Определение правил растворимости ионных соединений

1. Общие методы

1. Подготовка к качественному анализу
   1. Реакции обычно проводят в небольших пробирках объемом 5 мл или менее.
   2. Растворы должны быть полностью растворимыми и относительно разбавленными, обычно ~0,1 М.
   3. Реагенты следует медленно добавлять по каплям и внимательно наблюдать.
   4. Для установления правил растворимости или идентификации неизвестного иона требуется несколько общих «тестовых решений». Они содержат ионы, которые, как известно, специфически реагируют с определенными химическими веществами (катионами или анионами).
      1. К распространенным решениям относятся CaNO₃, BaCl₂, (NH₄)₂MoO₄, HCl, AgNO₃ и NaOH, а также другие решения по мере необходимости.
2. смешивание
   1. Смешивайте растворы, постукивая по пробирке или вращая ее в вертикальном направлении. Используйте пробку или пробку, чтобы предотвратить разбрызгивание раствора.
   2. Удалите пробку или пробку, затем осторожно нагрейте растворы на водяной бане или холодном пламени, чтобы вызвать реакцию. Направьте пробирку в сторону от любых людей в лаборатории.
3. Наблюдение и восстановление
   1. Отделите надосадочную жидкость (не реагирующий раствор) и высадите в осадок с помощью центрифугирования. Если при добавлении дополнительного исследуемого иона образуется больше осадка, реакция не завершена. Продолжайте добавлять тестовый ион, пока осадок не перестанет образовываться.
   2. Промойте осадок с помощью центрифугирования и выливания или сцеживания надосадочной жидкости. Добавьте еще воды и повторите процесс в общей сложности три стирки.
   3. Промойте большое количество осадка с помощью вакуумной фильтрации и восстановите высушенный осадок из фильтровальной бумаги.
   4. Обратите внимание на образование осадка, а также на свойства осадка, такие как цвет, толщина (студенистый, мутный, мелкий) и кристаллообразование.
4. Безопасность и отходы
   1. Всегда надевайте защитные очки во время проведения экспериментов по качественному анализу. Перчатки также могут быть необходимы в зависимости от используемых реагентов и образующихся изделий.
   2. Необходимо тщательно соблюдать надлежащие методы утилизации отходов. Вредные продукты могут образовываться при объединении нескольких реагентов в одной емкости.

2. Анионный анализ

1. Идентификация фосфатных, карбонатных, хлоридных и сульфидных ионов; PO₄^3-, CO₃^2-, Cl^-, S^2-
   1. фосфат
      1. Добавьте раствор, содержащий фосфат, PO₄^3-, в другой раствор, содержащий ионы кальция, Ca²⁺. Образование белого осадка указывает на образование фосфата кальция, Ca₃ (PO₄) ₂.
      2. Поскольку многие катионы образуют нерастворимые продукты с кальцием, возможна более специфическая реакция. Добавьте H⁺ (кислоту) к Ca₃(PO₄)₂ для растворения твердого вещества и получения HPO^{4 2-}. Затем соедините HPO₄^2- с молибдатом аммония, (NH₄)₂MoO₄. Положительный результат теста дает желтый осадок фосфомолибдата аммония, NH₄)₃PO₄(MoO₃)₁₂(s). Чистые ионные реакции следующие:
         3 Ca²⁺(aq) + 2 PO₄^3-(aq) → Ca₃PO₄(s)
         Ca₃PO₄(s) + 2 H⁺(aq) → 3 Ca²⁺ + 2 HPO₄^2-(aq)
         HPO₄^2-(aq) + 12 (NH₄)₂MoO₄(aq) + 23 H⁺(aq) → (NH₄)₃PO₄ (MoO₃)₁₂(s) + 21 NH₄⁺(aq) + 12 H₂O(l)
   2. карбонат
      1. Карбонатные соли, как правило, нерастворимы, за исключением присутствия катионов группы 1 и аммония. Добавьте в карбонатсодержащий раствор несколько капель хлорида кальция, CaCl₂. В растворах с высокими концентрациями карбонатов образуется осадок белого цвета, что свидетельствует о возможном образовании фосфата кальция, CaCO₃. Реакция имеет много интерференций, в том числе и других анионов, таких как фосфат.
         Ca²⁺(aq) + CO₃^2-(aq) → CaCO₃(s)
      2. Добавьте H⁺ (кислоту) в раствор, содержащий карбонат, CO₃^2-. Образование пузырьков указывает на присутствие CO₂, означающего CO₃^2- как реагент. Карбонат-ион ведет себя как основание в присутствии сильной кислоты с образованием углекислого газа и воды.
         CO₃^2-(aq) + H⁺(aq) → CO₂(g) + H₂O(l)
   3. хлорид
      1. Добавьте нитрат серебра в хлоридсодержащий раствор. Образование белого осадка указывает на образование AgCl(s):
         Ag⁺(aq) + Cl^-(aq) → AgCl(s)
   4. сульфид
      1. Добавьте раствор хлорида меди в раствор, содержащий сульфид. Образование черного осадка свидетельствует об образовании сульфида меди, CuS. В общем случае, растворы, содержащие сульфидные ионы, S^2-, реагируют с ионами металлов с образованием нерастворимого сульфида металла.
         S^2- + Cu²⁺ → CuS(s).
         Величина растворимости продукта, K_sp = 6,3 х ^10-36, указывает на высокую степень нерастворимости продукта.

3. Анализ катионов

1. Все щелочные металлы (группа 1) и некоторые щелочноземельные металлы (группа 2) растворимы, за исключением особых условий.
2. Почти все металлы группы 3–13 считаются нерастворимыми в присутствии сульфида, карбоната, фосфата и гидроксида. Цвет и тип осадков будет варьироваться.
   1. Поместите раствор хрома в раствор гидроксида. Будет наблюдаться зеленый осадок. Общая реакция металла +2 с гидроксидом показана ниже:
      М²⁺ + ОН^- → М(ОН)₂(с)
   2. Дифференцировать большинство ионов металлов только на основе растворимости невозможно, за некоторыми заметными исключениями:
      1. Добавление серебра, Ag⁺, ртути, Hg₂²⁺ или свинца Pb²⁺ к хлориду, бромиду или йодиду приводит к образованию осадка.
      2. Добавление стронция, Sr²⁺, бария, Ba²⁺, ртути, Hg₂²⁺ или свинца, Pb²⁺ приводит к образованию осадка в присутствии сульфата.
      3. Ba²⁺ образует желтое твердое вещество в присутствии CrO₄, ^2-, BaCrO₄(s). Это пигмент, используемый в краске на масляной основе, широко известной как «бариевый желтый».
3. Ограниченная нерастворимость ионов металлов позволяет проводить другие качественные тесты для положительной идентификации каждого металла. В то время как некоторые из них образуют осадок, другие претерпевают уникальные изменения цвета в присутствии хелатирующих ионов или молекул. Катионные идентификации включают никель, железо, алюминий и цинк; Ni²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Zn²⁺.
   1. Добавьте никель (II) в присутствии диметилглиоксима (H₂dmg) с образованием розово-красного осадка Ni (H₂dmg):
      Ni²⁺(aq) + 2 H₂dmg(aq) → Ni(Hdmg)₂(s) + 2 H⁺(aq)
   2. Добавьте железо (III) к тиоцианат-иону, SCN^- для получения кроваво-красного комплекса [FeNCS]²⁺]:
      Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) → [FeNCS]²⁺(aq)
   3. Алюминий-ионный
      1. Смешайте алюминий (III) с пирокатехолом фиолетовым в буферном растворе ацетата аммония pH 6 до получения синего раствора.
      2. Алюминий (III) также осаждается в присутствии слабого основания с образованием студенисто-белого соединения Al(OH)₃(s). Добавление большего количества основания приводит к образованию соединения прозрачного и бесцветного растворимого комплекса [Al(OH)₄]^-(aq).
   4. Ионы цинка
      1. Добавьте цинк (II) в небольшое количество основания, чтобы образовался белый осадок. Затем добавьте еще основание, чтобы повторно растворить осадок и образовать растворимый комплекс [Zn(OH)₄]^2-.
      2. Добавьте цинк (II) к гексацианоферрату калия, K₄[Fe(CN)₆], чтобы получить светло-зеленый осадок K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂(s):
         3 Zn²⁺(aq) + 2 K₄[Fe(CN)₆](aq) → K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂(s) + 6 K⁺(aq)