Катионы металлов окрашивают пламя

МЕТАЛЛОТЕРМИЯпроцессы получения металлов, основанные на восстановлении их оксидов и галогенидов другими, болееактивными металлами; протекают с выделением тепла. С помощью М. получают такие металлы, как, напр.,Ti, U, РЗЭ, Nb, Та, безуглеродистые сплавы, отличающиеся высокой чистотой (гл. обр. по углероду). Высокаячистота конечных продуктов металлотермич. восстановления обусловливает, напр., высокую пластичностьполученных металлов, т. к. содержание мн. примесей в них, в первую очередь примесей внедрения, наочень низком уровне.

Металлотермич. процессы инициируются теплом. Исходным соед. для М. в осн. служат оксиды, хлориды ифториды. Хлориды и фториды обычно используют в тех случаях, когда содержание кислорода в получаемомметалле (напр., Ti) должно быть ограничено либо разделение металлич. и шлаковой оксидной фаззатруднено из-за высокой хим. активности восстановленных металлов (РЗЭ). Осн. требования к исходномусоед. высокое тепловыделение при восстановлении, простота и полнота отделения исходного соед. отполучаемого металла.

Металлотермическими реакциями называют реакции получения металлов из их оксидов, сульфидов и других соединений за счет взаимодействия этих соединений с металлами-восстановителями при высоких температурах. Этот метод, открытый в 1856 г. Н.Н. Бекетовым, нашел применение, как в промышленности, так и для лабораторного получения металлов, сплавов и некоторых неметаллов. Возможность данного метода определяется физико-химическими свойствами исходных и получаемых веществ и тепловыми условиями проведения реакций.

При комнатной температуре такие реакции практически не протекают, но и при нагревании скорость реакции возрастает слишком незначительно. Только при температуре плавления хотя бы одного из компонентов (чаще всего металла – восстановителя) процесс идет со значительной скоростью. Для осуществления металлотермической реакции порошкообразную смесь оксида и восстановителя нагревают до расплавления одного из компонентов. Если компоненты реакционной смеси могут быть расплавлены за счет тепла, выделяющегося при протекании реакции восстановления, для инициирования реакции используют зажигательные смеси.

Распознавание неорганических веществ

Мы знаем, что многие химические элементы добывают из минералов. Прежде чем понять, что есть в минерале, нужно это определить. К тому же, многие химические вещества похожи друг на друга, что затрудняет задачу. Оказывается, существуют реакции, идущие только с определенными элементами. Такие реакции называются качественными. В этой статье рассмотрим основные качественные реакции на ионы неорганических соединений.

План урока:

Основные понятия

Качественная реакция – это реакция, обладающая определенными признаками для того или иного соединения. К таким процессам предъявляется ряд требований: низкий порог чувствительности, специфичность, селективность.

Определять можно ионы. Это заряженные частицы. Если ион заряжен положительно – это катион, если отрицательно – анион. Ионы могут быть простыми и сложными, но у каждого есть специфическая качественная реакция.

Индикаторы

Индикаторы – вещества, которые дают специфический продукт реакции (осадок, газ, соль определенного цвета) с тем или иным ионом.

Определять можно не только конкретное соединение, но и класс, к которому оно относится. Одним из первых индикаторов являются индикаторы среды: фенолфталеин, метилоранж и лакмус. Молекулы этих веществ меняют свою конфигурацию в зависимости от кислотности раствора, на чем основана их индикаторная значимость.

В лабораториях и на производстве часто используют не сам раствор, а бумажку, пропитанную им – индикаторную бумагу. Существует несколько типов таких бумаг:

• Универсальная;
• Фенолфталеиновая;
• Лакмусовая;
• Свинцовая и т.д.

Для каждого вида индикаторных бумажек есть шкала цвета, по которому можно определить значение того или иного результата.

Распознавание катионов щелочных металлов

Для некоторых ионов есть несколько способов их идентификации. Например, ионы щелочных металлов определяются сухим способом – окрашиванием пламени и реакциями в растворах.

Каждый ион щелочного металла окрашивает пламя в определенный цвет:

• натрий – ярко-желтый,
• калий – розово-фиолетовый,
• литий – карминово-красный,
• рубидий – темно-фиолетовый.

Для определения наличия катиона щелочного металла можно провести качественную реакцию. Для каждого катиона используется определенный реактив.

Таблица. Характеристика качественных реакций на ионы щелочных металлов.

Распознавание ионов щелочноземельных металлов

Щелочно-земельные металлы расположены во второй группе таблицы Менделеева. Они, так же, активны, но меньше щелочных. Их распространенность в природе намного выше. К этим металлам относятся: бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra).

Раньше первые два металла не относили к группе щелочно-земельных. Последние научные исследования подтвердили их принадлежность к этому ряду.

Эти металлы можно определять окрашиванием пламени, но различить правильный оттенок у некоторых из них довольно трудно:

• Be – красный;
• Mg – ярко-белый (сильное выделение тепла);
• Ca – оранжево-красный;
• Sr – карминово-красный;
• Ba – желтовато-зеленый;
• Ra – темно-красный.

Определение катионов бериллия

Бериллий имеет специфическое строение атома. Его электронная конфигурация больше свойственная инертным газам. Обычных химических реакций для определения этого катиона нет. Бериллий определяют электрометрическим титрованием. При этом, производится титрование (по каплям) бериллия фторидом аммония в кислой среде. Бериллий образует аквафторокомплексы [BeF₄]2 - , удерживая до четырех молекул воды.

Еще одним инновационным способом определения бериллия является нефелометрический метод с применением гидроксида аммиака. При этом получают мутные спеси с дальнейшим определением оптической плотности.

Описанные методы основаны не на химической реакции, а на процессе образования комплексных соединений.

Определение катионов магния

Для определения магния используют сильные щелочи, карбонат аммония или гидрофосфат натрия в присутствии солей аммония.

В первых двух случаях выпадает белый аморфный осадок. Его кристаллы настолько малы, что практически не оседаю на дно, оставаясь взвешенными в водном растворе.

Во втором случае образуется, так же, белый осадок, но крупнокристаллический:

Определение катионов кальция

Для определения кальция чаще всего используют угольную или сернистую кислоту. Образующиеся соли белого цвета и не растворимы в вод. При этом, они хорошо растворимы в других кислотах:

Еще один способ – микрокристаллоскопическая реакция с серной кислотой. Образуются белые кристаллы игольчатой формы.

Определение ионов стронция

Стронций образует белые нерастворимые осадки с серной кислотой, карбонатом аммония:

Также, для индикации используют оксалат аммония. Образующийся белый осадок растворяется во всех кислотах:

Одной из самых ярких реакций на ион стронция является реакция с родизонатом натрия. При этом образуется красно-бурый осадок:

Определение катионов бария

В растворе ионы бария определяют с помощью серной кислоты или ее растворимых солей.

При реакции образуется белый нерастворимый в кислотах осадок. Это микрокристаллоскопическая реакция, можно рассмотреть форму кристаллов под микроскопом.

Определение ионов меди

Для обнаружения ионов меди в растворе соли в него добавляют концентрат аммиачного раствора.

При этом, медь образует комплексную соль ярко-синего цвета.

еще один способ - реакция с гидроксидом натрия. В результате реакции образуется синий студенистый осадок.

При его нагревании происходит разложение с образованием черного оксида меди.

Медь можно определить сухим способов в пламени горелки. Она приведет к окрашиванию пламени в зеленый цвет.

Определение ионов двух- и трехвалентного железа

Железо имеет два основных иона: Fe 2+ и Fe 3+ .

Ионы Fe 3+ можно идентифицировать с помощью трех реактивов. Первый из них – щелочь. При этом образуется красно-бурый нерастворимый осадок:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3NaCl.

Другой вариант – желтая кровяная соль K₃[Fe(CN)₆], при взаимодействии с которой трехвалентное железо образует комплексное соединение синего цвета.

Третий вариант – роданид калия (ядовитое вещество). При реакции образуется красная густая соль. Это соединение часто использовали в кинематографе в качестве искусственной крови.

Для определения Fe 2+ используют красную кровяную соль K₄[Fe(CN)₆]. В результате образуется соединение синего цвета (берлинская лазурь).

Определение катионов аммония

Катион аммония необычен тем, что состоят из молекулы аммиака с присоединенным за счет донорно-акцепторной связи водородом. Так, ион имеет вид NH₄ + . Соли аммония применяются в сельском хозяйстве, медицине.

Определить наличие этого катиона можно с помощью индикаторной бумаги. Над раствором соли аммония она синеет.

Значения цветов индикаторной бумаги

Гидроксид аммония – слабое соединение, которое распадается на аммиак и воду. Аммиак обладает характерным запахом (нашатырный спирт), по которому, так же, определяют наличие катиона аммония.

Качественная реакция на катион аммония: NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O

Другой способ индикации – с помощью реактива Несслера– K₂[HgI₄]. При взаимодействии с солями аммония образуется бурый цвет:

Реакция очень чувствительная. При малом содержании катионов аммония, цвет будет желтый.

Качественные реакции на анионы

Сульфат-ион и сульфит-ион

Ионы серной и сернистой кислот дают одинаковую реакцию с растворимыми солями бария – образуется белый осадок:

Различить их можно добавлением к полученному раствору азотной кислоты. Осадок сульфита бария растворится с образованием газа, а сульфата – нет.

Хлорид-, бромид-, йодид-ион

Для определения этих ионов используют один реактив – нитрат серебра. Во всех трех случаях выпадает творожистый осадок, но цвет у каждого – свой. Фторид-ион осадок с этим реактивом не дает.

Для индикации фторида используют нитрат кальция. При этом образуется белый осадок:

Карбонат-ион

Карбонат-ион определяется в две стадии. Первая – получение угольной кислоты:

Эта кислота слабая и быстро диссоциирует с образованием воды и углекислого газа.

Вторая реакция – пропускание выделяемого газа через известковую воду. Углекислый газ приводит к ее помутнению из-за образования нерастворимого карбоната кальция:

Фосфат-ион

Фосфат-ион определяется с помощью нитрата серебра. При взаимодействии образуется ярко-желтый осадок:

Цвет пламени при горении соединений, содержащих металлы - стронций, литий, кальций, натрий, железо, молибден, барий, медь, бор, теллур, таллий, селен, мышьяк, индий, цезий, рубидий, калий, свинец, сурьма, цинк. Цвет пламени спирта.

Цвет пламени при горении соединений, содержащих металлы - стронций, литий, кальций, натрий, железо, молибден, барий, медь, бор, теллур, таллий, селен, мышьяк, индий, цезий, рубидий, калий, свинец, сурьма, цинк. Цвет пламени спирта.

Про спирт: хотя чистый этиловый спирт горит синим пламенем, а метиловый спирт горит зелёным пламенем - технические присадки поменяют цвет в соответствии с таблицей ниже, что не позволяет достоверно отличить метиловый спирт от этилового по цвету пламени, да и остальные способы малонадежны. Не пейте неизвестно какой спирт - вероятность умереть, если это метанол, выше 80%.

Металл, входящий в соединение	Цвет пламени
Стронций Sr	Темно-красный
Литий Li	Малиновый
Кальций Ca	Кирпично-красный
Натрий Na	Желтый
Железо Fe	Светло-желтый
Молибден Mb	Желто-зеленоватый
Барий Ba	Желтовато-зеленый
Медь Cu	Ярко-зеленый или сине-зеленый
Бор B	Бледно-зеленый
Теллур Te	Зеленый
Таллий Tl	Изумрудный
Селен Se	Голубой
Мышьяк As	Бледно-синий
Индий in	Сине-фиолетовый
Цезий Cs	Розово-фиолетовый
Рубидий Rb	Красно-фиолетовый
Калий K	Фиолетовый
Свинец Pb	Голубой
Сурьма Sb	Зелено-синий
Цинк Zn	Бледно сине-зеленый

Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.

4.1.4. Качественные реакции на неорганические вещества и ионы.

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 + H₂O

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:

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 (СО₂):

а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl

Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:

Качественные реакции на катионы

Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах:

1) Выпадение осадка голубого цвета:

2) Выпадение осадка черного цвета:

Выпадение осадка черного цвета:

Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO₃, но растворимого в аммиаке NH₃·H₂O:

2) Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) K₃[Fe(CN)₆]

1) Выпадение белого осадка, зеленеющего на воздухе:

2) Выпадение синего осадка (турнбулева синь):

2) Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K₄[Fe(CN)₆]

3) Роданид-ион SCN −

1) Выпадение осадка бурого цвета:

2) Выпадение синего осадка (берлинская лазурь):

3) Появление интенсивно-красного (кроваво-красного) окрашивания:

Fe 3+ + 3SCN − = Fe(SCN)₃

Выпадение белого осадка гидроксида алюминия при приливании небольшого количества щелочи:

и его растворение при дальнейшем приливании:

Выделение газа с резким запахом:

Посинение влажной лакмусовой бумажки

Качественные реакции на анионы

1) Образование раствора синего цвета, содержащего ионы Cu 2+ , выделение газа бурого цвета (NO₂)

2) Возникновение окраски сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H₂O)₅NO] 2+ . Окраска от фиолетовой до коричневой (реакция «бурого кольца»)

Выпадение светло-желтого осадка в нейтральной среде:

Выпадение желтого осадка, не растворимого в уксусной кислоте, но растворимого в HCl:

Выпадение черного осадка:

1) Выпадение белого осадка, растворимого в кислотах:

2) Выделение бесцветного газа («вскипание»), вызывающее помутнение известковой воды:

Выпадение белого осадка и его растворение при дальнейшем пропускании CO₂:

Выделение газа SO₂ с характерным резким запахом (SO₂):

Выпадение белого осадка:

Выпадение белого творожистого осадка, не растворимого в HNO₃, но растворимого в NH₃·H₂O_(конц.):

Частные реакции катионов первой аналитической группы

Летучие соли калия окрашивают бесцветное пламя горелки в фиолетовый цвет.

Соль калия, лучше всего KCl, смачивают хлороводородной кислотой и вносят в основание пламени на тонкой платиновой или нихромовой проволочке, а затем переводят в зону с наивысшей температурой. Даже незначительное количество солей натрия мешает определению, т.к. фиолетовая окраска маскируется желтой окраской, которую придает пламени натрий. Данная реакция является фармакопейной.

2. Винная кислота Н₂С₄Н₄О₆ при достаточной концентрации ионов К + в растворе дает белый кристаллический осадок гидротартрата калия:

В минеральных кислотах осадок растворим.

В пробирку помещают 2 капли раствора хлорида калия и 3 капли реактива Н₂С₄Н₄О_6. Пробирку охлаждают струей холодной воды. Наблюдают выпадение осадка.

3. Гексанитритокобальтат (III) натрия Na₃ [Co(NO₂)₆] осаждает из нейтрального или слабокислого раствора желтый кристаллический осадок гексанитритокобальтата (III) калия-натрия:

К 2 каплям раствора соли калия добавляют 2 капли реактива. Наблюдают выпадение желтого осадка.

4. Микрокристаллоскопическая реакция – нитрит натрия – свинца (II) Na₂PbCu (NO₂)₆, реагирует с солями калия в нейтральной среде, образуя характерные кубические кристаллы коричневого или черного цвета:

На предметное стекло наносят одну каплю раствора соли калия и осторожно выпаривают ее досуха. Остывший осадок обрабатывают каплей реактива Na₂PbCu(NO₂)₆.

Реакции катиона Na +

1. Реакция окрашивания пламени. Соли натрия окрашивают бесцветное пламя горелки в желтый цвет. Реакция является фармакопейной.

Реакцию проводят аналогичной с ионом К + .

2. Гексагидроксостибиат (V) калия K[Sb(OH₆)] дает с солями натрия в строго нейтральной среде медленно образующийся белый кристаллический осадок:

К 2 каплям раствора соли натрия добавляют 3 капли реактива. Пробирку охлаждают под струей холодной воды. Одновременно потирают стеклянной палочкой внутренние стенки пробирки. Наблюдают выпадение кристаллического осадка.

Реакции катиона аммония NH₄ +

1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH и KOH при добавлении к водному раствору соли аммония выделяют аммиак:

При нагревании раствора аммиак улетучивается.

К 1 капле раствора соли аммиака, помещенной в пробирку, добавляют 3-4 капли 2 моль/л NaOH. Держа внутри пробирки красную или фиолетовую лакмусовую бумажку, смоченную водой, нагревают пробирку на водяной бане. На лакмусовой бумажке появляется синее пятно. При выполнении реакций надо следить за тем, чтобы лакмусовая бумага не соприкасалась с внутренними стенками пробирки.

2. Реактив Несслера (смесь K₂[HgJ₄] с КОН) дает с солями аммония красно-бурый осадок:

К 1 капле раствора соли аммония добавляют 3 капли реактива Несслера. Наблюдают выпадение осадка бурого цвета.

Контрольные вопросы

1. Что следует понимать под скоростью химической реакции и в каких единицах она измеряется?

2. Назовите факторы, влияющие на скорость реакции.

3. Дайте формулировку закона действия масс и напишите его математическое выражение.

4. Каков физический смысл константы скорости реакции?

5. Как зависит скорость и константа скорости химической реакции от температуры?

6. Какие реакции называют обратимыми инеобратимыми?

7. Что такое состояние химического равновесия?

8. Напишите математическое выражение для константы хими­ческого равновесия в общем виде.

9. Что называется смещением равновесия?

10. Дайте формулировкупринципа Ле-Шателье.

11. Спомощью каких факторов можно изменить состояние хими­ческого равновесия?

12. Напишите математическое выражение для скорости реакции,

протекающей между водородом и кислородом. ,

13. Напишите выражение для констант равновесия следующихреакций: а) N2 + О2 ↔ 2NО; б) N2 + 3H2 ↔ 2NH3.

14. Как изменится скорость реакции между оксидомсеры (IV) и кислородом 2SO2 + O2 → 2SO3, если увеличить концентрацию каж­дого вещества в два раза?

15.В какую сторону сместится равновесие при повышении тем­пературывсистемах: а) 2СО + О2 ↔ 2С02 (∆Н < 0); б) N2О4 ↔ 2NО2 (∆Н >0)?

16. В какую сторону сместится равновесие при повышении давле­ния в системах: а) 2NО + О2 ↔ 2NО2; б) Н2 + I2 ↔ 2НI; в) 4НСl + О2 ↔ 2Н2О + 2Сl2?

Читайте также:

  
• Металл с температурой плавления 30 градусов
  
• Контрольная работа по химии 9 класс металлы
  
• Антресольный этаж из металла
  
• Изготовление и ремонт металлической галантереи и ключей оквэд
  
• Калитка для забора своими руками из металла чертежи