Тема 5. Основы качественного анализа

 

   Качественный анализ – заключается в обнаружении отдельных элементов

(или ионов), из которых состоит анализируемое вещество.

Методы качественного анализа классифицируются:

1. анализ катионов

2. анализ анионов

3. анализ сложных смесей.

   Исследуя какое-нибудь новое соединение, прежде всего, определяют из каких элементов (или ионов), оно состоит, а затем уже количественные отношения, в которых они содержатся. Поэтому качественный анализ вещества, как правило, предшествует количественному.

  В качественном анализе имеют дело преимущественно с водными растворами

электролитов, т. е. солей, оснований и кислот, диссоциирующих на ионы. Можно

сказать, что каждый ион обладает определенными свойствами, которые он сохраняет независимо от присутствия в растворе других ионов. Например, катион

водорода, присутствующий в водном растворе любой кислоты, независимо от ее

аниона окрашивает синий лакмус в красный цвет и проявляет другие, характерные для него свойства.

   Поскольку сильные электролиты практически полностью ионизированы, при

смешении растворов в реакцию могут вступать только ионы. Проиллюстрируем это положение несколькими примерами взаимодействия веществ, дающих при

диссоциации ионы Ва²⁺ и SО₄^2- : BаСl₂ + H₂S0₄= BаSО₄↓ + 2HCl

                                               Bа(NО₃)₂ + Na₂S0₄ = BаSО₄↓+ 2NаNО₃

                                               Bа(ОН)₂ + K₂S0₄ = BаSО₄ ↓ + 2КОН

   Продуктом всех этих реакций является белый мелкокристаллический осадок

сульфата бария, не растворимый в кислотах и щелочах.

  Получение одного и того же продукта при взаимодействии трех пар различныхсоединений легко объясняется ионной теорией. Ведь сущность приведенных трех реакций может быть выражена следующим ионным уравнением: Bа²⁺+ SО₄^2- = BаSО₄↓

Следовательно, сульфат бария ВаS0₄ образуется всякий раз, когда при смешении растворов катионы Ва²⁺ встречаются с анионами SО₄^2-. Поэтому с помощью сульфат-ионов можно обнаруживать в растворе катионы Ва²⁺ и, наоборот, с помощью ионов бария – анионы SО₄^2-.

  Таким образом, реакции, происходящие в растворах между электролитами, это реакции между ионами. Поэтому аналитическими реакциями обнаруживают не химические вещества, а образуемые ими катионы и анионы.

  Также для обнаружения ионов используют и окислительно-восстановительные реакции.

  Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций необходимо знать состав и свойства исходных веществ и состав продуктов реакций. На основании химических формул можно рассчитать степень окисления элементов, установить, какие элементы изменили степень окисления, определить окислитель и восстановитель. Общее число атомов в левой части равенства должно быть равно их числу в правой части, а для этого необходимо подобрать коэффициенты. Один их методов расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях называется методом электронного баланса. Он основан на том, что общее число электронов, отданное в процессе реакции восстановителем, должно быть равно числу электронов, присоединенных окислителем. Подсчет числа отданных и присоединенных электронов ведется с учетом степени окисления атомов элементов.

 

Решение типовых задач

 

Задача 1: Составить уравнение реакции в молекулярном, полном ионном и сокращенном ионном виде между карбонатом натрия и серной кислотой.

Решение:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂↑ +H₂O

В ионом виде:

2Na⁺ + CO₃^2- + 2H⁺ + SO₄^2- → 2Na⁺ + SO₄^2- + CO₂↑ + H₂O

В сокращенном ионном виде:

CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O

Примечание: Для успешного решения задач необходимо запомнить следующие правила:

1. используем таблицу растворимости: если видим, что продукт  нерастворим,    то реакция идет.

2. если видим в левой части газ (CO₂, H₂S, SO₂ - типичные для ионного обмена), реакция идет.

3. если видим воду (H₂O), реакция идет.

Задача 2: Расставьте коэффициенты  в уравнении окислительно-восстановительной реакции: HNO₃+ S → NO +H₂SO₄

Решение:

Определяем и записываем степень окисления атомов или ионов:

Н⁺¹N⁺⁵O₃^-2+ S⁰ → N⁺²O^-2+ H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2

Выписываем химические знаки элементов, атомы или ионы которых меняют степень окисления: N⁺⁵      → N⁺²

                           S⁰         → S⁺⁶

Находим и записываем, сколько электронов отдают или присоединяют соответствующие атомы или ионы:

                           N⁺⁵  +3е → N⁺²

                           S⁰     - 6е  → S⁺⁶

Составляем электронный баланс, учитывая, что электронный обмен является эквивалентным (равноценным). Определим общее число электронов по правилу нахождения наименьшего общего кратного. В данном примере наименьшее общее кратное 6 (наименьшее число, которое делится на 3 и на 6).

Находим дополнительные множители: 6:3=2; 6: 6=1. Множители 2 и 1 будут, соответственно, коэффициентами перед окислителем и восстановителем, их

записывают слева от вертикальной линии:

2 │N⁺⁵  +3е → N⁺²  

1│S⁰     - 6е  → S⁺⁶

 

Найденные коэффициенты ставим перед соответствующими формулами в уравнении реакции: 2HNO₃+ S →2NO +H₂SO₄

В ионно-электронном уравнении подписываем, какие атомы или ионы являются восстановителем и окислителем:

2 N⁺⁵  +3е → N⁺² окислитель, реакция восстановления

S⁰     - 6е  → S⁺⁶ восстановитель, реакция окисления