LXIX Московская олимпиада школьников по химии

Экспериментальный тур

Реферат

Качественные реакции ионов серебра

Введение.........................................................................................................................................3

§1. Понятие качественной реакции..............................................................................................4

§2. Качественные реакции ионов серебра................................................................................4-7

2.1 Качественные реакции ионов серебра с неорганическими реагентами..........................4-6

2.2 Качественные реакции ионов серебра с органическими реагентами..............................6-7

Заключение.....................................................................................................................................7

Список литературы........................................................................................................................8

Введение.

Серебро знакомо человеку с незапамятных времен. Оно часто встречалось в самородном виде, и его не надо было выплавлять из руды. Благодаря своим свойствам серебро использовалось для изготовления посуды, украшений и чеканки монет.

В IV в. до н. э. когда войска Александра Македонского вторглись в Индию, на берегах реки Инд среди его солдат разразилась эпидемия которая, почему-то не затронула военачальников . Оказалось, что простые воины пользовались оловянной посудой, а их командиры – серебряной. Тогда вспомнили, что еще персидский царь Кир II Великий (VI в. до н. э.) во время своих военных походов приказывал хранить питьевую воду только в серебряных сосудах. Позднее римские легионеры стали носить панцири, наколенники и поножи, изготовленные из серебра. Все это делали, потому что заметили свойство серебра обеззараживать воду и раны.

Из-за способности некоторых соединений серебра легко восстанавливаться при освещении и давать на пластинке скрытое изображение появилась фотография.

С развитием техники сплавы серебра стали применяться в качестве катализаторов, для электрических контактов, например, припоя.

И по настоящее время в санитарии и медицине используется бактерицидные свойства серебра на микроорганизмы. Для того чтобы прекратить развитие бактерий в воде должно содержаться от 20-30 ионов на миллиард молекул воды. А для того чтобы вода была полностью пригодна для питья, на тонну воды должно приходится около 50 мг серебра.

Широкое использование серебра и его соединений издавна стимулировало разработку методов качественного обнаружения серебра.

В данном реферате мы хотим рассмотреть качественные реакции ионов серебра.

Чтобы справиться с поставленной целью, необходимо выполнить следующие задачи:

· рассмотреть само понятие «качественная реакция»,

· ознакомиться с качественными реакциями на ионы серебра и их практическим значением.

§1 «Понятие качественной реакции»

Химический анализ веществ - одно из важнейших применений химии, он подразделяется на качественный и количественный. Качественный анализ предшествует количественному. Качественный анализ идентифицирует вещество и устанавливает наличие в нем тех или иных примесей. С помощью количественного анализа определяется соотношение основного вещества и примесей. Иными словами, качественный анализ отвечает на вопрос «что?», а количественный - «сколько?».

Качественный анализ в химии основан на обнаружении в растворах веществ ионов с помощью характерных реакций - реакций, протекающих с изменением окраски, с выпадением или растворением осадка, или с выделением газа. Характерная качественная реакция является селективной, так как с ее помощью определяется данный ион в присутствии многих других ионов.

Чувствительность – одна из важных характеристик качественной реакции – выражается наименьшей концентрацией раствора, при которой данный ион может быть обнаружен без предварительной обработке раствора для увеличении его концентрации.

Специфическими называются качественные реакции, обладающие большой чувствительностью и селективностью.

§2 Качественные реакции ионов серебра

2.1 Качественные реакции ионов серебра с неорганическими реагентами

Ионы серебра можно определить по образованию характерных осадков при действии разных неорганических реагентов. Рассмотрим некоторые из реакций.

2.1.1.Реакция с солями.

a) Нитрат серебра взаимодействует с хроматом калия, образуется нитрат калия и осадок кирпично-красного цвета, растворимый в аммиаке и азотной кислоте, - хромат серебра

2AgNO3 + K2CrO4 = Ag2CrO4↓ + 2KNO3

2Ag+ +2NO3̄ +2K++CrO42-= Ag2CrO4↓+2K++2 NO3-

2Ag++CrO42-= Ag2CrO4↓

b) При взаимодействии любой растворимой соли серебра с карбонатом натрия образуется нитрат натрия и нерастворимая соль карбонат серебра.

Ag2CO3 – осадок белого цвета, растворим в уксусной и минеральных кислотах.

2AgNO3+Na2CO3=Ag2CO3↓+2NaNO3

2Ag++2NO3̄+2Na++CO32-= Ag2CO3↓+2Na++CO32-

2Ag++CO32-= Ag2CO3↓

с) Нитрат серебра при реакции с нитритом натрия образует нитрат натрия и осадок - нитрит серебра.

AgNO2 – нерастворимый в воде осадок, но растворяется в растворах щелочных нитритов. Имеет желтую окраску, и форму игл.

AgNO3+NaNO2=AgNO2↓+NaNO3

Ag++NO3̄ +Na++NO2̄ = AgNO2↓+ Na++ NO3̄

Ag++ NO2̄ = AgNO2↓

d) Нитрат серебра реагирует с ортофосфатом натрия с образованием нитрата натрия и ортофосфатом серебра.

Ag3PO4- осадок желтого цвета, нерастворим в воде, но хорошо растворим в минеральных кислотах и растворе аммиака.

3AgNO3+Na3PO4=Ag3PO4↓+3NaNO3

3Ag++3NO3̄ +3Na++ PO43-= Ag3PO4↓+3Na++3NO3̄

3Ag++PO43-= Ag3PO4↓

е) При реакции нитрата серебра с сульфатом натрия образуется нитрат натрия и сульфат серебра.

Ag2SO4- осадок в форме ромбических кристаллов, бесцветный, нерастворимый в воде.

2AgNO3+Na2SO4= Ag2SO4↓+ 2NaNO3

2Ag++2NO3̄ +2Na++SO42-= Ag2SO4↓+2Na++2NO3̄

2Ag++ SO42-= Ag2SO4↓

f) Тиосульфат серебра можно получить при сливании растворов тиосульфата натрия и нитрата серебра.

Ag2S2O3- белый, постепенно желтеющий в воде осадок.

Na2S2O3+2AgNO3= Ag2S2O3↓+2NaNO3

2Na++ S2O32-+2Ag++2NO3̄ = Ag2S2O3↓+2Na++2NO3̄

2Ag+ +S2O32-= Ag2S2O3↓

g) При реакции серебра, сероводорода и кислорода воздуха образуется сульфид серебра и вода. Сульфид серебра наименее растворимая соль серебра, представляет собой осадок черного цвета. Также его можно получить при действии сероводорода или сульфидов щелочных металлов на растворимые соли серебра.

Na2S+2AgNO3= Ag2S↓+2NaNO3

2Na++ S2-+2Ag++2NO3̄ = Ag2S↓+2Na++2NO3̄

2Ag+ +S2-= Ag2S↓

2.1.2 Реакция с щелочами.

2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O↓ + 2NaNO3 + H2О

Ag2О - осадок бурого цвета. При пропускании углекислого газа через оксид серебра образуется нерастворимый карбонат серебра.

Ag2O + CO2 = Ag2CО3↓

2.1.3. Реакции с растворами галогенидов:

AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3

AgNO3 + NaBr = AgBr↓ + NaNO3

AgNO3 + KI = AgI↓ + KNO3

В общем виде ионые уравнения реакции:

(M-галоген)

AgNO3 + NaM=AgM↓+ NaNO3

Ag++NO3̄ +Na++M-= AgM↓+Na++NO3̄

AgCl - белый творожистый осадок, разлагается при солнечном свете 2AgCl=2Ag+Cl2.

AgBr - бледно-желтый осадок,

AgI - желтый осадок.

Все галогениды, кроме иодида, хорошо растворимы в аммиаке из-за того что образуются растворимые комплексы, например хлорид серебра

AgCl+2(NH3·H2O)=Cl+2H2O

2.1.4. Реакция с кислотами.

Сульфат серебра можно также образовать с помощью реакции нитрата серебра и серной кислоты.

2AgNO3+H2SO4=Ag2SO4+2HNO3

2Ag++2NO3̄ +2H++SO42-= Ag2SO4↓+2H++2NO3̄

2Ag++ SO42-= Ag2SO4↓

2.2 Качественные реакции ионов серебра с органическими реагентами

Серебро также может быть обнаружено с помощью органических реагентов. Большую значимость имеют те реагенты, которые при реакции с серебром образуют окрашенные комплексные соединения и осадки.

Рассмотрим наиболее известные реакции ионов серебра с органическими реагентами.

a) Ацетиленид серебра легко может быть получен при пропускании ацетилена через аммиачный раствор соли серебра.

2AgNO3 + 2NH3+H2O = Ag2O↓ + 2NH4NO3

Ag2O+4NH3+H2O=2OH

C2H2+2OH→Ag2C2↓+4NH3+2H2O

OH – реактив Толленса.

С помощью данной реакции можно определить ацетилен и непредельные углеводороды с концевой тройной связью.

b) Реакция «серебряного зеркала».

Происходит при небольшом нагревании альдегидов с реактивом Толленса, в данной реакции происходит восстановление серебра и образование соли соответствующей карбоновой кислоты.

2OH+HCHO t →2Ag↓+HCOONH4+3NH3+H2O

в) С помощью реакции «серебряного зеркала» можно отличить раствор глюкозы от раствора сахарозы.

HOCH2(CHOH)4CHO +2OH t → HOCH2(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O

Заключение

Серебро играет в жизни людей важную роль. У этого металла есть многие отличительные способности, которые люди используют с древности. Например, способность убивать многие бактерии. Поэтому, когда воду наливают в серебряные сосуды, некоторое количество ионов обеззараживает воду. Еще одна отличительная особенность серебра, это хорошая электропроводность . Но, так как делать провода из серебра очень затратно, люди используют его в виде сплавов, например с кадмием, а потом как припой. Также серебро используется для изготовления пломб для зубов.

В данном реферате мы рассмотрели понятие "качественная реакция" и самые часто встречаемые реакции для определения ионов серебра. Чаще всего используют реакции с выпадением осадков, из-за того что многие соли серебра нерастворимы и благодаря данному свойству солей серебра, с помощью реакции обмена можно получить нерастворимый осадок. Люди используют серебро и свойства ионов серебра с древности, и безусловно будут использовать в будущем.

Список литературы

Аналитическая химия серебра М., 1975.

Электрон. Данные. – М., 2006. – Режим доступа: http://www. lib. *****/fulltext/m/2006/m9.pdf, свободный. – Загл. С экрана. – Данные соответствуют 14.03.13.

Неорганическая химия в 3 томах. том 3 "Химия переходных эелеметнов" М., 2007

Химические свойства неорганических веществ. М., 1996

, Химия 9 класс Санкт-Петербург., 1999

Энциклопедия для детей, том химия. М.: Астрель, 2013.

Неорганическая химия Ростов-на-Дону, 2010

1. Качественные реакции на катионы.
1.1. Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li + , Na + , K + , Rb + , Cs +).
Обнаружить катионы щелочных металлов можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет:
Li + - темно-розовый.
Na + - желтый.
K + - фиолетовый.
Rb + - красный.
Cs + - голубой.
Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития:
3Li + + PO4 3- = Li 3 PO 4 ↓
Li 3 PO 4 + 3HNO 3 = 3LiNO 3 + H 3 PO 4

Катионы K + и Rb + можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H 2 или ее солей - гексафторсиликатов:
2Me + + 2- = Me 2 ↓ (Me = K, Rb)

Они же и Cs + осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов:
Me + + ClO 4 - = MeClO 4 ↓ (Me = K, Rb, Cs).

1.2. Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+).
Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий.
Окраска пламени:
Ca 2+ - кирпично-красный.
Sr 2+ - карминово-красный.
Ba 2+ - желтовато-зеленый.

Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca 2+ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO 3 2- :
Ca 2+ + CO 3 2- = CaCO 3 ↓
Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа:
2H + + CO 3 2- = H 2 O + CO 2
Катионы Ba 2+ , Sr 2+ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах:
Sr 2+ + SO 4 2- = SrSO 4 ↓
Ba 2+ + SO 4 2- = BaSO 4 ↓

1.3. Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb 2+ , серебра (I) Ag + , ртути (I) Hg + , ртути (II) Hg 2+ . Рассмотрим их на примере свинца и серебра.
Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.

Качественная реакция на катион свинца - образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко - желтого цвета):
Pb 2+ + 2I - = PbI 2 ↓

Качественная реакция на катион серебра - образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра:
Ag + + Cl - = AgCl↓
Ag + + Br - = AgBr↓
Ag + + I - = AgI↓
Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение:
AgHal + 2Na 2 S 2 O 3 = Na 3 + NaHal, (Hal = Cl, Br, I).
То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы :
AgCl + 2NH 3 = Cl

Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра - образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи:
2Ag + + 2OH - = Ag 2 O↓ + H 2 O
Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду.

1.4. Качественная реакция на катионы алюминия Al 3+ , хрома (III) Cr 3+ , цинка Zn 2+ , олова (II) Sn 2+ . Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент - щелочь.
Al 3+ + 3OH - = Al(OH) 3 ↓ + 3OH - = 3-
Cr 3+ + 3OH - = Cr(OH) 3 ↓ + 3OH - = 3-
Zn 2+ + 2OH - = Zn(OH) 2 ↓ + 2OH- = 2-
Sn 2+ + 2OH- = Sn(OH) 2 ↓ + 2OH - = 2-
Не стоит забывать, что основания катионов Al 3+ , Cr 3+ и Sn 2+ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn 2+ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH) 2 , а при избытке аммиак способствует растворению осадка:
Zn(OH) 2 + 4NH 3 = (OH) 2

1.5. Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe 2+ , Fe 3+ . Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe 2+ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH) 2 - осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH) 2 получают в атмосфере инертых газов либо азота N 2 .
Катиону Fe 3+ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH) 3 неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH) 3 .
Качественная реакция на Fe 2+ :
Fe 2+ + 2OH - = Fe(OH) 2 ↓
Fe(OH) 2 будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III):
4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3

Качественная реакция на Fe 3+ :
Fe 3+ + 3OH - = Fe(OH) 3 ↓
Еще одной качественной реакцией на Fe 3+ является взаимодействие с роданид-анионом SCN - , при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN) 3 , окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»):
Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3
Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
6NaF + Fe(SCN) 3 = Na 3 + 3NaSCN
Раствор становится бесцветным.
Очень чувствительная реакция на Fe 3+ , помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона.

1.6. Качественная реакция на катион марганца (II) Mn 2+ . Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца:
2Mn(NO 3) 2 + 5PbO 2 + 6HNO 3 = 2HMnO 4 + 5Pb(NO 3) 2 + 2H 2 O

1.7. Качественная реакция на катионы меди (II) Cu 2+ , кобальта (II) Co 2+ и никеля (II) Ni 2+ . Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей - аммиакатов:
Cu 2+ + 4NH 3 = 2+
Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко-синий цвет.

1.8. Качественные реакции на катион аммония NH 4 + . Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении:
NH 4 + + OH - =t= NH 3 + H 2 O
При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет.

1.1. Реакция с хлоридами. Соляная кислота и растворимые в воде хлориды с катионом серебра образуют белый творожистый осадок AgCl:

Ag + + Cl -  AgCl

Осадок AgCl растворяется в избытке раствора аммиака с образованием бесцветного комплексного соединения Cl:

AgCl + 2NH 3  + + Cl -

Полученное комплексное соединение устойчиво только в присутствии избытка аммиака и может быть разрушено сильными кислотами (HNO 3 , H 2 SO 4) с образованием осадка AgCl:

+ + Cl - + 2H +  AgCl + 2NH 4 +

Выполнение реакции: поместить в центрифужную пробирку (короткая коническая пробирка) 2-3 капли раствора соли серебра и прибавить к нему 2-3 капли 2 М раствора HCl.

Отделить осадок от раствора центрифугированием.

К осадку по каплям добавить раствор аммиака до его полного растворения. К полученному раствору добавить 1-2 капли фенолфталеина и затем по каплям раствор HNO 3 до обесцвечивания раствора. Помутнение раствора указывает на образование осадка AgCl.

1.2. Реакция с иодидом калия, KI. Иодид калия образует с катионом Ag + светло-желтый осадок иодида серебра, практически нерастворимого в воде и концентрированном растворе аммиака:

Ag + + I -  AgI

Выполнение реакции: поместитьв пробирку 2-3 капли раствора соли серебра и прибавить к нему 2-3 капли раствора иодида калия.

2. Аналитические реакции катиона ртути (I), Hg22+

2.1. Реакция с хлоридами. Соляная кислота и растворимые в воде хлориды с катионом ртути (I) образуют белый осадок хлорида ртути (I) - Hg 2 Cl 2 (каломель), при взаимодействии которого с раствором аммиака образуется белый осадок соединения Cl и выделяется металлическая ртуть черного цвета.

Hg 2 2+ + 2Cl -  Hg 2 Cl 2 

Hg 2 Cl 2  + 2NH 3  Cl + Hg + NH 4 +

Выполнение реакции: поместить в пробирку 2-3 капли раствора соли ртути (I) и добавить к нему 3-4 капли 2М раствора HCl. К образовавшемуся осадку добавить 5-10 капель концентрированного раствора аммиака.

Записать наблюдения и уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

2.2. Восстановление ртути (I) металлической медью. Металлическая медь восстанавливает Hg 2 2+ до металла с образованием амальгамы:

Hg 2 2+ + 2Cu  2Hg + Cu 2+

Выполнение реакции: на медную монету или медную пластинку поместить 2-3 капли раствора соли ртути (I). Через 2-3 минуты смыть раствор водой и потереть поверхность кусочком фильтровальной бумаги.

Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

3. Аналитические реакции катиона свинца, Pb2+

3.1. Реакция с хлоридами. Соляная кислота и растворимые в воде хлориды образуют с катионами свинца Pb 2+ белый осадок хлорида свинца, растворимый в горячей дистиллированной воде:

Pb 2+ + 2Cl -  PbCl 2 

Выполнение реакции: поместить в центрифужную пробирку 2-3 капли раствора соли свинца. Прибавить к нему 2-3 капли 2 М раствора HCl.

Осадок отделить от раствора центрифугированием.

К полученному осадку прилить 2-3 мл дистиллированной воды, смесь перемешать стеклянной палочкой и нагреть пробирку на водяной бане.

Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

3.2. Реакция с иодидом калия, KI. Иодид калия образует с ионами свинца Pb 2+ осадок золотисто-желтого цвета, растворимый в горячей дистиллированной воде:

Pb 2+ + 2I -  PbI 2 

При охлаждении раствора PbI 2 снова выпадает в осадок в виде золотисто-желтых кристаллов. Эту реакцию часто называют “реакцией золотого дождя ”.

Выполнение реакции: поместить в пробирку 2-3 капли раствора соли свинца и прибавить к нему 2-3 капли раствора иодида калия. К полученному осадку прилить 3-5 мл дистиллированной воды и нагреть пробирку на водяной бане до полного растворения осадка. Охладить пробирку под струей холодной воды. При медленном охлаждении раствора образуются крупные золотисто-желтые кристаллы PbI 2 .

Записать наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

3.3. Реакция с хроматом калия, K 2 CrO 4 . Хромат калия с катионами свинца Pb 2+ образует осадок хромата свинца PbCrO 4 желтого цвета, растворимый в сильных кислотах и щелочах, но нерастворимый в уксусной кислоте:

Pb 2+ + CrO 4 2-  PbCrO 4 

2PbCrO 4  + 2H +  2Pb 2+ + Cr 2 O 7 2- + H 2 O

PbCrO 4  + 3OH -  - + CrO 4 2-

Выполнение реакции: в пробирку поместить 2-3 капли раствора соли свинца, добавить к нему 2-3 капли раствора хромата калия. Полученный осадок разделить на две части. В первую пробирку с осадком добавить 4-5 капель 2 М раствора NaOH или КОН. Во вторую пробирку с осадком добавить 4-5 капель 2 М раствора уксусной кислоты, СН 3 СООН.

Записать наблюдения и уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

Качественные реакции катионов III аналитической группы

Групповым реагентом на катионы III аналитической группы является 1 М раствор серной кислоты, которая с катионами Ba 2+ и Ca 2+ образует осадки белого цвета малорастворимых сульфатов ВaSO 4 и CaSO 4 .