Script zum Grundpraktikum Anorganische Chemie · Vorbemerkungen Laborordnung Informieren Sie sich über Notausgänge, Feuerlöscher, Notduschen, Augenduschen und andere Sicherheitseinrichtungen,

Script zum Grundpraktikum Anorganische Chemie

2. Semester

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Inhaltsverzeichnis Vorbemerkungen ...................................................................................................... 5

Laborordnung........................................................................................................ 5 Verhalten bei Unfällen........................................................................................... 5 Verhalten bei den Versuchen ............................................................................... 6 Entsorgung ............................................................................................................ 7

1 Anorganisch-Qualitative Analyse.................................................................... 8

Teil A Wasserstoff, Halogene und Nichtmetalle ................................................. 8 A 1 Wasserstoff ................................................................................................. 8 A 3 Sauerstoff .................................................................................................. 12 A 4 Schwefel .................................................................................................... 12 A 5 Stickstoff ................................................................................................... 16 A 6 Phosphor ................................................................................................... 18 A 7 Kohlenstoff ................................................................................................ 19 A 8 Silizium ...................................................................................................... 21 A 9 Bor.............................................................................................................. 22

A 1 bis A 9 ............................................................................................................... 23

Teil B Ammonium und Hauptgruppenelemente ............................................... 24 B 1 Ammonium ................................................................................................ 24 B 2 Alkalimetalle: Lithium, Natrium, Kalium ................................................. 25 B 3 Erdalkalimetalle: Magnesium, Calcium, Strontium, Barium.................. 27 B 4 Aluminium ................................................................................................. 31 B 5 Zinn, Blei.................................................................................................... 33 B 6 Antimon, Bismut ....................................................................................... 35

Teil C Nebengruppenelemente .......................................................................... 38 C 1 Chrom ........................................................................................................ 38 C 2 Mangan ...................................................................................................... 40 C 3 Eisen .......................................................................................................... 42 C 4 Cobalt, Nickel ............................................................................................ 44 C 5 Kupfer, Silber ............................................................................................ 46 C 6 Zink ............................................................................................................ 49

Diplomstudiengang „Nanostrukturwissenschaft“............................................... 50

Qualitative Analysen .............................................................................................. 50 1. Teilanalyse ....................................................................................................... 50 2. Teilanalyse ....................................................................................................... 50 3. Teilanalyse ....................................................................................................... 51 4. Teilanalyse ....................................................................................................... 51 5. Teilanalyse ....................................................................................................... 52 6. Teilanalyse ....................................................................................................... 52

Lehramtsstudiengang „Chemie“........................................................................... 53

Qualitative Analysen .............................................................................................. 53 0. Teilanalyse ....................................................................................................... 53 1. Teilanalyse ....................................................................................................... 53 2. Teilanalyse ....................................................................................................... 54 3. Teilanalyse ....................................................................................................... 54 4. Teilanalyse ....................................................................................................... 55

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5. Teilanalyse ....................................................................................................... 55 6. Teilanalyse ....................................................................................................... 55 7. Teilanalyse ....................................................................................................... 55

Trennungsgang ...................................................................................................... 56 Allgemeine Vorproben ........................................................................................ 56

Optische Prüfung............................................................................................. 56 Lösungsverhalten ............................................................................................ 57 Verhalten beim Erhitzen .................................................................................. 57 Verhalten beim Erhitzen mit Schwefelsäure.................................................. 58 Flammenfärbung.............................................................................................. 59 Borax- bzw. Phosphorsalzperle...................................................................... 60 Glühen mit Cobaltnitrat-Lösung ..................................................................... 60 Oxidationsschmelze ........................................................................................ 61 Aufschlussverfahren ....................................................................................... 61

Ausgewählte Vorproben ..................................................................................... 62 Anionennachweise.............................................................................................. 64 Ausgearbeiteter Trennungsgang ....................................................................... 67


2 Anorganisch-Quantitative Analyse ............................................................... 75 Teil A Gravimetrie............................................................................................ 75 Teil B Maßanalyse ........................................................................................... 77


3 Präparate ......................................................................................................... 81

Lehramtsstudiengang „Chemie“........................................................................... 86

2 Anorganisch-Quantitative Analyse ............................................................... 86 Teil A Kolorimetrische Phosphatbestimmung .............................................. 86 Teil B Gravimetrische Kupferbestimmung .................................................... 88 Teil C Manganometrische Eisenbestimmung .............................................. 89 Teil D Komplexometrische Titration .............................................................. 92

Literatur ................................................................................................................... 94

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Vorbemerkungen Laborordnung Informieren Sie sich über Notausgänge, Feuerlöscher, Notduschen, Augenduschen und andere Sicherheitseinrichtungen, wie z.B. Ersthelfer. Im Labor gilt striktes Verbot für Essen und Trinken. Auch die Aufbewahrung von Ess- und Trinkwaren im Labor ist nicht gestattet. Jacken und Taschen sind nicht im Labor, sondern in dem dafür vorgesehenen Raum aufzubewahren, Wertsachen können mit ins Labor genommen werden. Im Labor und auf den Gängen gilt striktes Rauchverbot. Im Labor sind grundsätzlich Schutzbrille und Kittel zu tragen. Die Arbeits- und Laborplätze sind abends sauber zu verlassen. Für die zugewiesenen verschließbaren Laborplätze inklusive der Platzausrüstung sind die Studenten verantwortlich. Vor Beginn und nach dem Ende des Praktikums sind die Platzausrüstungen sorgfältig zu überprüfen, abhanden gekommene, beschädigte und zerbrochene Geräte werden von den Studierenden ersetzt. Die Platzausrüstung nach Beendigung des Praktikums wird nur in sauberem und trockenem Zustand übernommen. Verhalten bei Unfällen Jeder Unfall ist sofort dem zuständigen Betreuer zu melden. Die Versorgung der Verletzten hat Vorrang! Sofort-Maßnahmen bei Verletzung der: Haut Sofort mit viel Wasser abwaschen ACHTUNG, bei konzentrierter Schwefelsäure erst trocken tupfen Keine Lösungsmittel verwenden Betroffene Kleidungsstücke entfernen Augen Mit viel Wasser spülen ⇒ Augenwaschflasche benutzen Atemwege Frische Luft zuführen Flach und warm legen

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Verhalten bei den Versuchen Alle Chemikaliengefäße, Reagenzgläser und Schnappdeckelgläser sind sorgfältig zu beschriften. Alle gekennzeichneten Versuche (Gift, Abzug) müssen unter dem Abzug durchgeführt werden. Jeder Versuch muss sorgfältig vorbereitet werden, so dass die Gefährlichkeit der verwendeten und entstehenden Chemikalien eingeschätzt werden kann. Aus den Vorratsgefäßen werden nur die benötigten Mengen an Chemikalien entnommen, da nicht benötigtes Material nicht wieder in das Vorratsgefäß zurückgegeben werden darf. Niemals die Öffnung eines Reagenzglases auf eine Person richten. Brennbare (organische) Lösungsmittel nicht über einer offenen Flamme erhitzen. Niemals etwas zu einer konzentrierten Säure oder Lauge geben, immer umgekehrt verfahren.

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Entsorgung Bei Abfällen muss grundsätzlich zwischen Sonderabfall und Restabfall unterschieden werden. Zum gewöhnlichen Abfall, der dem Hausmüll bzw. dem Abwasser zugeführt werden kann gehören auch Chemikalien, die nicht als Gefahrstoff eingestuft sind. Über die Entsorgung gefährlicher bzw. reaktiver Stoffe muss sich im Einzelfall kundig gemacht werden. Chemikalienabfälle werden in gekennzeichneten Sonderabfallbehältern gesammelt. Es ist zu beachten, dass das Volumen der flüssigen und festen Sonderabfälle klein gehalten wird. Reste werden unverdünnt in die entsprechenden Behälter gegeben und bei giftigen oder gefährlichen Chemikalien maximal einmal nachgespült. Es stehen folgende Behälter bereit: I Wässrige Abfälle (Wanne) für - wässrige Schwermetallreste - mit organischen Resten kontaminierter wässrige Schwermetallreste dazu gehören u. a. Salze und Verbindungen von: Antimon, Barium, Blei, Cadmium, Cobalt, Chrom, Kupfer, Mangan, Nickel, Zinn, Zink, II Organische Abfälle (Kanister) für - organische Lösungsmittelreste ohne Halogene (z.B. Aceton, …) - organische Lösungsmittelreste mit Halogenen (z.B. Chloroform, …) III Feststoffabfälle (Eimer) für - stark kontaminierte Filterpapiere - stark kontaminiertes „Universal-Laborpapier“ IV Silberabfälle für alle silberhaltigen Reste ACHTUNG: Da sich bei silberhaltigen Resten Knallsilber (Ag3N) bilden kann, müssen die silberhaltigen Abfälle vor Zugabe in den Restebehälter angesäuert werden. Glas- und Porzellanabfälle werden nach Reinigung in die dafür vorgesehene Tonne gegeben.

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1 Anorganisch-Qualitative Analyse Teil A Wasserstoff, Halogene und Nichtmetalle VORPROBEN A 1 Wasserstoff

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A 2 Halogene A 2.1

Abzug

Man gibt jeweils eine Spatelspitze a) Kalium- bzw. Natriumfluorid (VORSICHT! säurefeste Handschuhe notwendig) b) Kalium- bzw. Natriumchlorid c) Kalium- bzw. Natriumbromid d) Kalium- bzw. Natriumiodid in ein Reagenzglas, tropft etwa 10 Tropfen konzentrierte Schwefelsäure zu und erwärmt vorsichtig. Man weist den Säurecharakter der entstehenden Gase mit feuchtem Indikatorpapier nach.

Notieren Sie die pH-Werte. Erklären Sie die unterschiedlichen Reaktionen anhand einfacher chemischer Gleichungen. Wie verhalten Sie sich, wenn Sie Flusssäure auf die Haut bekommen? Kennen Sie den Begriff Pseudohalogene/-halogenide?

A 2.2

Abzug

Nachweisreaktion für Bromid und Iodid Man säuert sehr verdünnte Lösungen von a) Kalium- bzw. Natriumbromid b) Kalium- bzw. Natriumiodid c) Kalium- bzw. Natriumbromid/Kalium- bzw. Natriumiodid (etwa 1:1) mit verdünnter Schwefelsäure an und überschichtet mit etwa 1 mL Petrolether. Dann gibt man tropfenweise Chlorwasser zu der Lösung und schüttelt jeweils kräftig.

Formulieren Sie die Umsetzungen von a) und b) in chemischen Gleichungen. Welche Halogene befinden sich bei a) und b) in der organischen Petrolether-phase und woran erkennen Sie das? Was passiert, wenn bei a) und b) Chlorwasser im Überschuss zugegeben wird? Was passiert bei c), also gleichzeitiger Anwesenheit von Bromid und Iodid? Wie ist das allgemeine Redoxverhalten der Halogenide/Halogene?

A 2.3

Abzug

Man gibt zu je 1 mL a) Chlorwasser b) Bromwasser c) Iodwasser etwa 1 mL Petrolether und schüttelt kräftig. Unter wiederholtem Schütteln tropft man verdünnte Natronlauge bis zur Entfärbung zu und säuert die Lösungen anschließend wieder mit verdünnter Salzsäure an.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie Ihre Ergebnisse. Wie heißen die Reaktionstypen?

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A 2.4 Abzug

Nachweisreaktion für Chlorid, Bromid und Iodid Man säuert Lösungen von a) Alkalichlorid b) Alkalibromid c) Alkaliiodid mit verdünnter Salpetersäure an und gibt einige Tropfen Silbernitratlösung zu. Dann überprüft man die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in Ammonium-carbonatlösung und konzentrierter Ammoniaklösung. Zur Überprüfung ob ein Niederschlag tatsächlich in Lösung gegangen ist versetzt man dann die Ammonium-carbonat- bzw. Ammoniaklösung mit Kaliumiodidlösung.

Wie werden Silberreste (und speziell ammoniakalische Silberreste) entsorgt? Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie einfache Reaktionsgleichungen für die Fällungen. Notieren Sie Ihre Beobachtungen der Löslichkeitsuntersuchungen tabellarisch und interpretieren Sie Ihre Ergebnisse. Die Reaktion mit Ammoniak ist eine Komplexbildungsreaktion. Bei Zugabe von Säure fällt wiederum ein Niederschlag aus. Stellen Sie das Massenwirkungs-gesetz für diese Reaktion auf und interpretieren Sie die Gleichung.

A 2.5

Abzug

Nachweisreaktion für Fluorid (Ätz- bzw. Kriechprobe) Vorprobe für die Tauglichkeit des Reagenzglases für diese Reaktion: Man gibt etwas konzentrierte Schwefelsäure in ein Reagenzglas und schüttelt kurz, so das die Innenwand von der öligen Säure vollständig benetzt wird. Wenn der Flüssigkeitsfilm erst allmählich reißt und die Säure langsam von der Glaswandung abläuft ist das Reagenzglas geeignet. Dann gibt man eine Spatelspitze Kalium- bzw. Natriumfluorid (VORSICHT! säurefeste Handschuhe notwendig) und erwärmt vorsichtig im Wasserbad. Dann untersucht man das Fliessverhalten der Schwefelsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erklären Sie diese. A 2.6 Nachweisreaktion für Fluorid Durch Versetzen einer Aluminiumsulfat-Lösung mit wenig verdünnter Natronlauge wird weißes Aluminiumhydroxid, Al(OH)3, gefällt. Der Niederschlag wird dekantiert und mit dest. Wasser solange gewaschen, bis die Waschlösung keine alkalische Reaktion mehr zeigt (mit pH-Papier prüfen). Zu diesem frisch gefällten Al(OH)3 werden 3 Tropfen Phenolphthaleinlösung und in Wasser gelöstes Kaliumfluorid gegeben.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erklären Sie diese. A 2.7 Nachweisreaktion für Chlorat Eine wässrige, nicht zu verdünnte Kaliumchloratlösung wird mit verdünnter Schwefelsäure angesäuert und auf zwei Reagenzgläser verteilt. Eine Probe wird direkt mit einigen Tropfen Silbernitratlösung versetzt. Zu der anderen Probe gibt man einige Zinkgranalien, erhitzt kräftig und versetzt dann mit einigen Tropfen Silbernitratlösung.

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Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine Redoxgleichung. Womit könnten Sie Zink ersetzen? Wo finden Chlorate im täglichen Leben Verwendung?

A 2.8

Abzug

Nachweisreaktion für Chlorat ZSRZ

u einigen wenigen Körnchen Kaliumchlorat tropft man VORSICHTIG konzentrierte chwefelsäure, wobei ein hellgelbes Gas entsteht. Wenn man den oberen Teil des eagenzglases vorsichtig erwärmt, tritt oberhalb ca. 45 °C explosionsartige ersetzung ein. Formulieren Sie Teilgleichungen für den Verlauf der Reaktion. Was lässt sich über die Beständigkeit freier Chlorsäure aussagen?

A 2.9

Abzug

Etwa 1 mL einer verdünnten Kaliumchloridlösung wird mit einigen Tropfen verdünnter Perchlorsäure versetzt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine chemische Gleichung. Kann die Reaktion analog auch mit Natriumchlorid durchgeführt werden? Für welches Element ist diese Reaktion der Nachweis?

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A 3 Sauerstoff A 4 Schwefel A 4.2 In einem trockenen Reagenzglas mischt man stöchiometrische Mengen Eisen- und Schwefelpulver und erhitzt vorsichtig.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welches Produkt ist entstanden? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen.

A 4.3

Abzug

In einem Reagenzglas erhitzt man etwas Schwefelpulver zum Schmelzen. An der Luft fängt es unter Bildung eines stechend riechenden, farblosen Gases Feuer.

Welche Reaktion ist eingetreten? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen.

A 4.5

Abzug Abzug

Für das ausstehende H2S-Wasser wird vorsichtig der pH-Wert bestimmt. Verwenden Sie die Lösung für Versuch A 4.6.

Interpretieren Sie Ihre Ergebnisse. A 4.6 Nachweisreaktion für Sulfid Man teilt die in Versuch A 4.5 dargestellte Lösung auf 4 Reagenzgläser auf. Zwei Proben werden mit verd. Salzsäure angesäuert und zwei Proben werden mit verd. Ammoniaklösung leicht alkalisch gemacht und mit Ammoniumchlorid abgepuffert. Zu je einer der sauren und alkalischen Lösungen gibt man einige Tropfen einer a) Kupfersulfatlösung b) Cobaltsulfatlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Wie erhält man eine quantitative Fällung von Zinksulfid? Erklären Sie anhand Ihrer Ergebnisse die Löslichkeitsprodukte der Metallsulfide. Wo nutzen Sie diesen Effekt im Trennungsgang aus?

A 4.7

Abzug

In einem Reagenzglas wird eine Eisen(III)-chloridlösung mit verd. Schwefelsäure angesäuert und vorsichtig mit dem in Punkt A 4.4 dargestellten H2S-Gases versetzt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen.

A 4.8 Man gibt in einem Reagenzglas einige Tropfen konz. Schwefelsäure VORSICHTIG zu einigen Millilitern Wasser. Man prüft nach einigen Minuten die Außentemperatur des Reagenzglases.

Begründen Sie, warum Sie nicht umgekehrt verfahren sollten.

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Wie verfahren Sie, wenn Ihnen konzentrierte Schwefelsäure auf die Haut gelangt?

A 4.9 Man wirft einen kleinen Holzspan in konz. Schwefelsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Wo macht man sich diese Eigenschaft von Schwefelsäure zunutze?

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A 4.10 Abzug

Man gibt in zwei Reagenzgläser jeweils etwas Zink und übergießt dann mit a) verdünnter Schwefelsäure b) konzentrierter Schwefelsäure c) konzentrierter Schwefelsäure und erwärmt

Formulieren Sie die Reaktionen als chemische Gleichungen. Welche Gase entstehen bei a) und c)? Wie würden sich Eisen und Kupfer beim Übergießen und Erwärmen mit konzentrierter Schwefelsäure verhalten?

A 4.11 Nachweisreaktion für Sulfat Man säuert eine Natriumsulfatlösung mit verdünnter Salzsäure an und gibt einige Tropfen Bariumchloridlösung dazu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Warum säuert man die Lösung an? Welche Grenzstrukturen kennen Sie für das Sulfatanion? Vergleichen Sie die Löslichkeit der Erdalkalisulfate.

A 4.12 Man schüttelt eine verdünnte Natriumthiosulfatlösung mit Iodlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Zeichnen Sie eine Grenzstruktur des Produktes (nicht Iodid). Kennen Sie diese Umsetzung noch aus den Versuchen im 1. Semester? Wenn JA, beschreiben Sie kurz das Ihnen bekannte Verfahren. Wenn NEIN, sollten Sie diese Grundlagen umgehend nacharbeiten.

A 4.13

Abzug

Man säuert etwas Natriumthiosulfatlösung mit verdünnter Salzsäure an und beobachtet die Lösung einige Zeit.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Was ist der Tyndall-Effekt?

A 4.14 Nachweisreaktion für Sulfit Man säuert eine Natriumsulfitlösung mit verdünnter Salzsäure an, gibt einige Tropfen einer verdünnten Wasserstoffperoxidlösung und anschließend tropfenweise Bariumchloridlösung hinzu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen.

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A 4.15 Man versetzt einige Tropfen einer Iodlösung mit 3 Tropfen Stärkelösung und gibt dann tropfenweise eine Natriumsulfitlösung zu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Können Sie im Trennungsgang diese Reaktion als Nachweisreaktion für Sulfit nutzen?

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A 5 Stickstoff A 5.1

Abzug

Man mischt in einem Reagenzglas etwas gesättigte Ammoniumchloridlösung mit etwas gesättigter Natriumnitritlösung und erwärmt vorsichtig. Wenn die Gasent-wicklung einsetzt, entfernt man die Heizquelle und hält einen glühenden Span in das Gas.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und stellen Sie eine chemische Gleichung auf. A 5.2

Abzug

Mh

an erhitzt in einem trockenen Reagenzglas vorsichtig etwas Ammoniumnitrat und ält einen glühenden Span in das Gas.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Wo wird das entstehende Gas kommerziell eingesetzt?

A 5.3

Abzug

Vorprobe auf Nitrit Man übergießt etwas Natriumnitrit in einem Reagenzglas vorsichtig mit etwas konzentrierter Schwefelsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Wie viele gasförmige Produkte erwarten Sie? Warum ist freie salpetrige Säure nicht isolierbar? Formulieren Sie theoretische tautomere Grenzformen.

A 5.4 A 5.5

Abzug

Man gibt in einem Reagenzglas zu etwas verdünnter Schwefelsäure einige Tropfen Kaliumpermanganatlösung und dann einige Tropfen frisch hergestellter Natrium- oder Ammonium-Nitritlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine Redoxgleichung. A 5.6

Abzug

Man verdünnt wenig der für A 5.5 hergestellten Nitritlösung mit etwas Wasser, gibt Kaliumiodidlösung zu und säuert mit einigen Tropfen verdünnter Schwefelsäure an. Dann gibt man etwas Stärkelösung dazu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine Redoxgleichung. Diese Reaktion erklärt die hohe Toxizität der Nitrite. Was passiert mit Nitriten im Stoffwechsel?

A 5.7

Abzug

Nachweisreaktion für Nitrit Man säuert ein wenig der für A 5.5 hergestellten Nitritlösung mit verdünnter Schwefelsäure an und gibt einige Kristalle Eisen(II)-sulfat dazu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Interpretieren Sie Ihre Ergebnisse durch eine Redoxgleichung.

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A 5.8

Abzug

Nachweisreaktion für Nitrat Man gibt eine Spatelspitze Natriumnitrat in ein Reagenzglas, versetzt mit etwas verdünnter Natronlauge, gibt etwas Zinkstaub hinzu und erwärmt vorsichtig. Man prüft VORSICHTIG den Geruch und mit einem angefeuchteten pH-Papier den pH-Wert des entstehenden Gases.

Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Was passiert, wenn man Zink mit Natronlauge erwärmt?

A 5.9

Abzug

Nachweisreaktion für Nitrat (Ringprobe) Man gibt zu einer mit verdünnter Schwefelsäure nicht zu stark angesäuerten Eisen(II)-sulfatlösung einige Tropfen einer Nitratsalzlösung. Dann unterschichtet man vorsichtig mit konzentrierter Schwefelsäure, indem man die Säure langsam an der schräg gehaltenen Reagenzglaswand nach unten laufen lässt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen an der Phasengrenze. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Woher kennen Sie diese Reaktion? Welchen zusätzlichen Effekt hat die konzentrierte Schwefelsäure? Warum ist 95%ige Salpetersäure braun gefärbt? Für die biologisch interessierten: Kennen Sie die Xanthoproteinreaktion?

A 5.10

Abzug

Nachweisreaktion für Nitrat (Lunges Reagenz) 2-3 Tropfen Ammonium- oder Natriumnitrat- Lösung werden mit Eisessig angesäuert und auf einer weißen Tüpfelplatte mit je einem Tropfen Reagenzlösung A und B sowie einer Spatelspitze Zinkstaub versetzt. Lunges Reagenzlösung A: 1 proz. Lösung von Sulfanilsäure in 30 proz. Essigsäure Lunges Reagenzlösung B: konz. Lösung von 1-Naphthylamin in 30 proz. Essigsäure

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Informieren Sie sich über die ablaufenden Reaktionen und die zugehörigen

Reaktionsgleichungen. Kann man diese Reaktion auch zum Nachweis von Nitrit anwenden?

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A 6 Phosphor A 6.1 A 6.2 Nachweisreaktion für Phosphat Man versetzt etwa 1 mL Magnesiumchloridlösung zuerst mit verdünnter Ammoniak-lösung bis zur Fällung eines Niederschlags und danach mit Ammoniumchloridlösung bis der Niederschlag sich wieder aufgelöst hat. Zu dieser so genannten Magnesiamischung gibt man tropfenweise eine verdünnte Dinatriumhydrogen-phosphatlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Warum arbeiten Sie in einem NH3/NH4

+-Puffersystem? A 6.3 Nachweisreaktion für Phosphat Zu wenig Ammoniummolybdatlösung, die mit verdünnter Salpetersäure versetzt ist, gibt man wenige Tropfen einer mit verdünnter Salpetersäure angesäuerten Dinatriumhydrogenphosphatlösung und erwärmt vorsichtig (VORSICHT! Die Mischung kann spritzen).

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Wie heißt das Reaktionsprodukt? Begründen Sie, warum man nur wenig Phosphatlösung zugibt und warum man nicht umgekehrt verfahren kann.

A 6.4 Vorprobe Man bringt ein Magnesiastäbchen in der Bunsenbrennerflamme zum Glühen, taucht es in Natriumammoniumhydrogenphosphat (Phosphorsalz) und hält es erneut in die Flamme, bis das Phosphat zu einer glasklaren Schmelze geschmolzen ist. Diese heiße Phosphorsalzperle feuchtet man etwas an, nimmt einige Kristalle a) Cobaltsalz b) Mangansalz c) Eisensalz auf und erhitzt jedes Salz einmal in der oxidierenden und einmal in der reduzierenden Bunsenbrenner-Flamme.

Welche Farben haben die Phosphorsalzperlen? A 6.5

Abzug

Nachweisreaktion für Phosphat 2 ml einer Natriumdihydrogenphosphatlösung werden mit 2 ml konz. Salzsäure (Vorsicht) versetzt. Zu der salzsauren Lösung gibt man ca. 1 ml der ausstehenden Zirkonylchlorid-Lösung und erhitzt für 2 – 3 Min. am Bunsenbrenner. Es fällt weißes, flockiges Zirkoniumphosphat, Zr3(PO4)4, aus. Bei verdünnteren Lösungen muss längere Zeit erhitzt werden.

Formulieren Sie die Reaktionsgleichung? Handelt es sich dabei um eine Redoxreaktion?

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A 7 Kohlenstoff A 7.1

Abz

Abzug ug

A 7.2 Man gibt etwas konzentrierte Ameisensäure in ein Reagenzglas und gibt dann vorsichtig einige Tropfen konzentrierter Schwefelsäure dazu.

Welches Gas entsteht? Was ist an dem entstehenden Gas so besonders? Welche Rolle spielt dieses Gas im Hochofenprozess?

A 7.3 Nachweisreaktion für Carbonat und Kohlendioxid Man übergießt in einem Reagenzglas etwas Natriumcarbonat mit verdünnter Salzsäure und setzt schnell ein mit klarem Barytwasser, Ba(OH)2, gefülltes Gärröhrchen auf, durch das das entstehende Gas geleitet wird.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welches Gas entsteht? Wo findet das entstehende Gas im täglichen Leben Verwendung? Welches Produkt entsteht beim Einleiten in das Barytwasser? Alternativ kann man statt Barytwasser Kalkwasser verwenden. Was ist das, und wo spielt der Vorgang in der Natur eine Rolle?

A 7.4 Man bläst GEFÜHLVOLL (Spritzgefahr, Barytwasser ist ätzend) mit einem Strohhalm Atemluft in Barytwasser ein.

Welches Produkt der Atmung wird nachgewiesen? Wo spielt dieser Vorgang in der Natur eine entscheidende Rolle?

A 7.5 Nachweisreaktion für Carbonat Man übergießt in einem Reagenzglas etwas Soda oder Kalk oder Marmor mit verdünnter Salzsäure und weist das entstehende Gas nach.

Kennen Sie die chemische Zusammensetzung von Soda, Kalk und Marmor? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung.

A 7.6 Man versetzt Lösungen von a) Natriumcarbonat b) Natriumhydrogencarbonat c) Natriumcarbonat d) Natriumhydrogencarbonat jeweils mit etwas Phenolphthalein (Indikator) und erhitzt die Proben c) und d).

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese durch einfache chemische Gleichungen.

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Hydrogencarbonat kann Protonen aufnehmen und abgeben. Wie nennt man diese Eigenschaft? Formulieren Sie die Gleichungen. Beschreiben Sie die Gleichgewichtsreaktionen beim Einleiten von CO2 in Wasser.

A 7.7 Nachweisreaktion für Acetat Man verreibt etwas festes Natriumacetat mit der mehrfachen Menge Kalium-hydrogensulfat und macht eine Geruchsprobe.

Formulieren Sie die Reaktion anhand einer chemischen Gleichung. A 7.8 Nachweisreaktion für Acetat Man übergießt etwas Natriumacetat in einem Schälchen mit etwas konz. Schwefelsäure und Ethanol und vermischt die Substanzen gut. Dann deckt man das Schälchen mit einem Uhrglas ab, lässt für ca. 15 Minuten ruhen und macht dann eine Geruchsprobe.

Formulieren Sie für diese organische Grundreaktion die chemische Gleichung. A 7.9 Nachweisreaktion für Oxalat Man säuert etwas Oxalsäure mit verdünnter Schwefelsäure an und gibt dann einige Tropfen Kaliumpermanganatlösung dazu. Dann teilt man die Probe, erwärmt gelinde einen Teil und beobachtet beide Proben eine zeitlang.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Welche Struktur hat Oxalsäure? Kennen Sie einige Eigenschaften von Oxalsäure?

A 7.10 Nachweisreaktion für Tartrat Man gibt zu einer sehr verdünnten Kupfersulfatlösung solange verdünnte Natron-lauge, bis der entstehende Niederschlag sich durch kräftiges Schütteln nicht mehr auflöst. Dann versetzt man mit Kaliumnatriumtartratlösung.

Woraus besteht der Niederschlag vor der Tartratzugabe? Welche Struktur hat Weinsäure? Kennen Sie einige Eigenschaften von Weinsäure? Was ist „Fehlingsche Lösung“?

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A 8 Silizium A 8.1 A 8.2 A 8.3

Abzug

ZdMtrS

ur Vermeidung von zuviel Glasbruch kann dieser Versuch als Gruppenversuch urchgeführt werden. an erhitzt in einem trockenen Reagenzglas 1 g Magnesiumpulver mit 0.5 g ockener Kieselsäure. Das heiße Reagenzglas gibt man VORSICHTIG in ein chälchen mit konzentrierter Salzsäure. Das Reaktionsprodukt sollte sich (manchmal

mit einem leichten Knall) selbst entzünden. Notieren Sie Ihre Beobachtungen bei Erhitzen der Kieselsäure. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die Teilschritte.

A 8.4

Abzug

Nachweisreaktion für Silikat Man gibt drei Spatelspitzen Siliziumdioxid und eine Spatelspitze Kalium- oder Calciumfluorid in einen Bleitiegel und vermengt mit ca. 1 ml konz. Schwefelsäure. Der Tiegel wird mit einem Deckel verschlossen, der ein kleines Loch in der Mitte hat. Auf dieses Loch legt man ein Stückchen angefeuchtetes, schwarzes Tonpapier. Der Tiegel wird für 3 – 5 min. auf dem Wasserbad erwärmt, dabei muss das Papier feucht gehalten werden. Anschließend wird das Tonpapier an der Luft getrocknet. Es entsteht ein weißer Fleck.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichungen. Kennen Sie einige Besonderheiten von Silicaten (Vorkommen, Struktur, …)?

A 8.5 (alternativ zu 8.4)

Abzug

Nachweisreaktion für Silicat Man gibt einen Tropfen einer Calciumfluoridaufschlämmung auf einen durchsichtigen Glasobjektträger, tropft 1 bis 2 Tropfen konzentrierter Schwefelsäure darauf und bedeckt mit einem zweiten durchsichtigen Glasobjektträger. Nach einigen Minuten Einwirkzeit wäscht man beide Objektträger gut ab und überprüft, ob eine Ätzung stattgefunden hat.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Kennen Sie einige Besonderheiten von Silicaten (Vorkommen, Struktur, …)?

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A 9 Bor A 9.1 Man bringt in einem Becherglas etwa 10 mL Wasser zum Sieden. Dazu gibt man 5 g Borax und 7.5 mL konz. Salzsäure. Man bedeckt das Becherglas mit einem Uhrglas und lässt abkühlen. Den entstandenen Niederschlag kristallisiert man mit heißem Wasser (drei- bis vierfache Menge) um. Das saubere Produkt wird in Versuch A 9.2 weiterverwendet.

Was ist Borax? Welches Produkt ist entstanden? Wozu dient die Umkristallisation?

A 9.2 Man prüft die Löslichkeit der sauberen Verbindung aus A 9.1 in heißem und in kaltem Wasser und weist den Säurecharakter mit Indikatorpapier nach.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Ziehen Sie Rückschlüsse auf die Säurestärke. Wie liegen die entstehenden Anionen in der Lösung vor?

A 9.3

Abzug

Nachweisreaktion für Borat Man gibt eine Spatelspitze Dinatriumtetraborat (Borax, Metaborat) in eine trockene Abdampfschale und übergießt den Feststoff mit 5 mL Methanol. Dann gibt man 5 Tropfen konz. Schwefelsäure dazu und entzündet VORSICHTIG die entweichenden Dämpfe in einem abgedunkelten Abzug.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Wozu geben Sie die Schwefelsäure dazu? Zu welcher Verbindungsklasse gehört das entstandene Produkt und woher kennen Sie diese? Welchem Element ähnelt Bor in vielen Eigenschaften und warum?

A 9.4 Vorprobe Man bringt ein Magnesiastäbchen in der Bunsenbrennerflamme zum Glühen, taucht es in Borax und hält es erneut in die Flamme, bis das Borax zu einer glasklaren Schmelze geschmolzen ist. Mit dieser heißen Boraxperle nimmt man einige Kristalle a) Cobaltsalz b) Kupfersalz c) Mangansalz auf und erhitzt jedes Salz einmal in der oxidierenden und einmal in der reduzierenden Flamme.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine exemplarische Reaktionsgleichung. Welche andere Substanz haben Sie bereits für die analoge Reaktion kennen gelernt, und sind die Farben bei beiden Vorproben identisch?

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A 1 bis A 9 Abzug

Sodaauszug Man mischt einige schwerlösliche Salze der behandelten Anionen (Vorsicht bei Fluorid und Chlorat), schlämmt diese Mischung mit der fünf- bis zehnfachen Menge Natriumcarbonat in 10-20 mL Wasser auf und kocht etwa 10-15 Minuten. Nach dem Erkalten der Lösung filtriert man die schwerlöslichen Bestandteile ab und vertreibt durch VORSICHTIGES Ansäuern zunächst mit konz., danach mit verd. Salpetersäure das enthaltene Carbonat. Mit dem klaren, farblosen Filtrat (Zentrifugat) (nochmal den pH-Wert prüfen, muss mind. 2-3 sein) führt man die Nachweisreaktionen für die Anionen, außer Carbonat und Sulfid, durch.

Welche schwerlöslichen Verbindungen entstehen durch die Zugabe des Natrium-carbonats? Warum müssen Sie Natriumcarbonat in großem Überschuss zugeben? Wie heißt das zugehörige Prinzip? Wann müssen Sie diesen Auszug im Trennungsgang durchführen?

23

Teil B Ammonium und Hauptgruppenelemente VORPROBEN B 1 Ammonium B 1.1 Man füllt in je ein Reagenzglas etwas konz. Salzsäure und konz. Ammoniaklösung und hält die beiden Gläser dicht nebeneinander. Dann bläst man leicht über die beiden Reagenzgläser hinweg und hält ein Uhrglas in Richtung des Luftstroms.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. Was wissen Sie über das Verhalten von Ammoniak, das in Wasser gelöst wird? Warum wird Ammonium an dieser Stelle behandelt und nicht bei Stickstoff?

B 1.2 Nachweisreaktion für Ammonium mit der Mikrogaskammer Man gibt auf ein Uhrglas eine Spatelspitze Ammoniumchlorid, legt 3-4 Natriumhydroxidplätzchen auf und deckt mit einem Uhrglas ab, in das ein kleiner Streifen Indikatorpapier mit etwas destilliertem Wasser geklebt wurde. Zur Kontrolle klebt man einen kleinen Streifen Indikatorpapier auf die Oberseite des Uhrglases.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. In welche analytische Gruppe des Trennungsgangs gehört Ammonium, und welche anderen Ionen gehören noch zu dieser Gruppe?

B 1.3

Abzug

Man gibt zwei bis drei Spatelspitzen Ammoniumchlorid in eine Abdampfschale, versetzt mit Königswasser und dampft die Mischung anschließend vorsichtig bis zur Trockene ein. Dann prüft man den Rückstand auf Ammonium. Wenn man noch Ammonium nachweisen kann, wiederholt man den Vorgang, bis man kein Ammonium mehr nachweisen kann.

Wo werden Sie diese Reaktion im Trennungsgang benötigen?

24

B 2 Alkalimetalle: Lithium, Natrium, Kalium B 2.1 Man gibt etwas a) Lithiumchlorid b) Natriumchlorid c) Kaliumchlorid in je ein Reagenzglas, gibt etwas Ethanol dazu und erwärmt leicht.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Wo können Sie den beobachteten Effekt ausnutzen?

B 2.2 Vorprobe für Lithium Man übergießt Lithiumchlorid mit etwas Ethanol und zündet den Alkohol an.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. B 2.3 Nachweisreaktion für Lithium Man macht eine Lithiumsalzlösung mit verdünnter Natronlauge alkalisch und gibt Dinatriumhydrogenphosphat zu. Sollte kein Niederschlag ausfallen gibt man einige Tropfen Ethanol zu und kocht die Mischung auf.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. Warum muss die Reaktionsmischung alkalisch sein?

25

B 2.6 Abzug

Nachweisreaktion für Kalium Man säuert a) Kaliumchloridlösung b) Natriumchloridlösung mit verd. Salzsäure an, gibt einige Tropfen 30 proz. Perchlorsäure zu und prüft nach einigen Minuten, ob sich Niederschläge gebildet haben.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine chemische Gleichung. Was können Sie über die Löslichkeit des Produktes bei a) sagen? Wie könnten Sie größere Kristalle erhalten? Welches Ion könnte den Nachweis stören?

B 2.8 Vorprobe und Nachweisreaktion für Kalium, Lithium und Natrium Man bringt mit einem Magnesiastäbchen, das jeweils vorher mit konz. Salzsäure ausgeglüht wurde a) Kaliumchlorid b) Lithiumchlorid c) Natriumchlorid in die nicht leuchtende Flamme des Bunsenbrenners.

Welche Farben können Sie erkennen? Warum sollten Sie Natrium zuletzt nehmen? Wie können Sie die Farben von Lithium und Kalium in Gegenwart von Natrium erkennen? Informieren Sie sich über die Lage der zugehörigen Spektrallinien

26

B 3 Erdalkalimetalle: Magnesium, Calcium, Strontium, Barium B 3.1 Man versetzt eine Magnesiumchloridlösung tropfenweise mit konz. Natronlauge und prüft den pH-Wert im Verlauf der Zugabe.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine chemische Gleichung. Können Sie etwas über die Quantität der Fällung aussagen? Stichwort: Löslichkeitsprodukt?

B 3.2

Abzug

Man verteilt eine Magnesiumchloridlösung auf zwei Reagenzgläser. Dann gibt man a) verd. Ammoniaklösung und anschließend Ammoniumchloridlösung b) Ammoniumchloridlösung und anschließend verd. Ammoniaklösung dazu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen, und interpretieren Sie diese. Welche Rückschlüsse in Bezug auf die Fällung können Sie aus Versuch B 3.1 und 3.2 ziehen?

B 3.3 Magnesium Man versetzt eine Magnesiumchloridlösung mit verdünnter Ammoniaklösung, puffert mit Ammoniumchloridlösung ab, gibt einige Tropfen einer alkoholischen Oxinlösung (8-Hydroxychinolinlösung) dazu und erwärmt vorsichtig.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Strukturformel hat Oxin? Welche Strukturformel hat die entstehende Mg-Verbindung? Wie heißen

Verbindungen dieses Typs? Warum spielt diese Fällung im Trennungsgang eine wichtige Rolle? Warum sollten Sie bei Magnesium grundsätzlich mehr als einen Nachweis machen?

B 3.4

Abzug

Nachweisreaktion für Magnesium Man versetzt etwas Magnesiumchloridlösung zuerst mit verd. Ammoniaklösung bis zur Fällung eines Niederschlags und danach mit Ammoniumchloridlösung bis der Niederschlag sich wieder aufgelöst hat. Dann gibt man tropfenweise eine verd. Dinatriumhydrogenphosphatlösung zu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung. Woher kennen Sie diese Reaktion bereits? Schauen Sie sich den Niederschlag unterm Mikroskop an und zeichnen Sie die

charakteristische(n) Kristallform(en) in Ihr Laborjournal.

27

B 3.5 Nachweisreaktion für Calcium Man versetzt in der Siedehitze etwas Calciumchloridlösung mit Ammoniumcarbonat-lösung und prüft die Löslichkeit des Niederschlags jeweils in verd. Essigsäure und verd. Salzsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine chemische Gleichung. Wie lautet der Trivialname des ausgefallenen Produkts?

B 3.6 Nachweisreaktion für Calcium Man gibt auf zwei unterschiedliche Stellen eines Objektträgers je einen Tropfen einer mit verd. Salzsäure angesäuerten Calciumchloridlösung, versetzt mit je einem Tropfen verd. Schwefelsäure und lässt die Proben bei Raumtemperatur langsam eintrocknen. Anschließend wird die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in verd. Essigsäure bzw. verd. Salzsäure geprüft.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und erstellen Sie eine chemische Gleichung. Wie lautet der Trivialname des ausgefallenen Produkts?

B 3.7 Nachweisreaktion für Calcium Man säuert eine Calciumchloridlösung mit verd. Essigsäure an, puffert mit Natriumacetat ab und gibt dann etwas Ammoniumoxalatlösung dazu. Dann prüft man die Löslichkeit des entstandenen Niederschlags in verd. Essigsäure und verd. Salzsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine chemische Gleichung.

B 3.8 Nachweisreaktion für Strontium Man löst eine Spatelspitze Strontiumchlorid in Wasser, gibt etwas verd. Schwefelsäure dazu und erhitzt vorsichtig.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine Reaktionsgleichung.

B 3.9

Abzug

Man schlämmt etwas Strontiumsulfat in Wasser auf, erwärmt unter kräftigem Schütteln und filtriert die gesättigte Strontiumsulfatlösung ab. Diese klare Lösung gibt man in der Siedehitze zum gleichen Volumen einer mit verd. Salzsäure angesäuerten Bariumchloridlösung.

Welche Verbindung fällt aus? Wie würde sich eine gesättigte Lösung von Calciumsulfat gegen Sr2+, bzw. gegen Ba2+ verhalten? Können Sie eine Aussage zu den Löslichkeitsprodukten der Erdalkalimetallsulfate machen?

28

B 3.10 Abzug

Nachweisreaktion für Barium Man säuert eine Bariumchloridlösung mit etwas verd. Salzsäure an und gibt etwas verd. Schwefelsäure dazu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung.

B 3.11

Abzug

Nachweisreaktion für Barium Man säuert eine Bariumchloridlösung mit verd. Essigsäure an und puffert mit Ammoniumacetatlösung ab. Dazu gibt man tropfenweise a) Kaliumchromatlösung b) Kaliumdichromatlösung (entsteht beim Ansäuern von Kaliumchromatlösung). Führen Sie die Fällung mit Chromat aus gepufferter Essigsäure/Natriumacetatlösung auch mit Calcium- und Strontiumchloridlösung durch.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen. Wozu dient die Zugabe von Acetat? Informieren Sie sich über das Chromat/Dichromat-Gleichgewicht. Wo können Sie diese Reaktion im Trennungsgang nutzen?

B 3.12

Abzug

Vorprobe für Magnesium, Calcium, Strontium, Barium Man führt mit einem Magnesiastäbchen und den Chloriden von a) Magnesium b) Calcium c) Strontium d) Barium Flammenfärbungsexperimente durch. Beobachten Sie die jeweiligen Spektrallinien im Spektroskop.

Notieren Sie die Farben der Flammen der Elemente. Warum sollten Sie für diesen Vorversuch die Chloride und nicht z.B. die Sulfate nehmen?

B 3.13 Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH4)2CO3) Man mischt einige Chloride von Li+, Na+, K+ mit Mg2+, Ca2+, Sr2+ oder Ba2+ und löst die Mischung. Dann versetzt man mit Ammoniumchloridlösung (großen Überschuss vermeiden) und darauf solange mit verd. Ammoniaklösung, bis die Lösung danach riecht. Dann fällt man unter Erwärmung mit einem Überschuss einer gesättigten Ammoniumcarbonatlösung die schwerlöslichen Carbonate. Zur Überprüfung filtriert man den Niederschlag ab und löst ihn in verd. Salzsäure. Man führt mit dem Filtrat und dem gelösten Niederschlag spektralanalytische Untersuchungen durch und weist die enthaltenen Kationen mit den Nachweisreaktionen nach.

Welche Ionen befinden sich im Rückstand, welche im Filtrat? Warum muss man einen zu großen Überschuss an Ammoniumchloridlösung vermeiden?

29

Warum muss die Fällung quantitativ sein? B 3.14 Soda-Pottasche-Aufschluss für schwerlösliche Verbindungen Man verreibt in einem Mörser etwas Bariumsulfat mit einem etwa sechsfachen Überschuss eines 1:1 Natriumcarbonat/Kaliumcarbonat-Gemisches und erhitzt einen kleinen Teil davon auf einer Magnesiarinne bis eine klare Schmelze entstanden ist (Achtung: spezieller Brenner erforderlich). Nach dem Erkalten wird in Wasser gelöst und filtriert. Das Filtrat wird mit verd. Salzsäure angesäuert und auf Barium und Sulfat geprüft. Der Rückstand wird mit Wasser gewaschen, in verd. Salzsäure gelöst und ebenfalls auf Barium und Sulfat geprüft.

Welche Nachweisverfahren für Barium und Sulfat kennen Sie? Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Welche Bedeutung hat dieser Versuch für Ihre noch folgenden Analysen? Welche anderen Stoffe können Sie ebenso aufschließen?

30

B 4 Aluminium B 4.1 Man gibt in drei Reagenzgläser jeweils ein paar Aluminiumspäne, überschichtet mit a) Wasser b) verdünnter Salzsäure c) verdünnter Natronlauge und erhitzt die Proben zum Sieden.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Welche Verbindungen entstehen und wie verhalten diese sich (Stichwort: Amphoterie)?

B 4.2 Nachweisreaktion für Aluminium Man gibt in zwei Reagenzgläser jeweils etwas Aluminiumsalzlösung und gibt tropfenweise a) verdünnte Natronlauge b) verdünnte Ammoniaklösung hinzu. Dann prüft man das Verhalten des ausgefallenen Niederschlages gegen einen Überschuss des jeweiligen Fällungsreagenzes. Man bewahrt die Lösung von a) mit dem Überschuss Natronlauge für Versuch B 4.3 auf.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen für die Umsetzungen.

B 4.3 Nachweisreaktion für Aluminium Man gibt zu der stark alkalischen Lösung aus Versuch B 4.2 festes Ammonium-chlorid und erwärmt gegebenenfalls.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Wo nutzt man diesen Effekt aus? Wie würde sich der Niederschlag gegen verd. Salzsäure verhalten?

B 4.4

Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: Urotropin) Man versetzt eine Aluminiumsalzlösung solange mit festem Ammoniumcarbonat, bis eine bleibende Trübung auftritt. Dann gibt man solange verd. Salzsäure zu, bis die Lösung gerade wieder klar wird. Man überprüft den pH-Wert, der zwischen 5 und 6 liegen sollte. Dann erhitzt man die Mischung und gibt zu der warmen Lösung tropfenweise solange eine 10 proz. Urotropinlösung bis kein Niederschlag mehr ausfällt. Man trennt den Niederschlag ab, wäscht ihn mit wenig heißem Wasser, löst ihn in verd. Salzsäure und wiederholt die Fällung.

Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Warum müssen Sie umfällen? Was ist Urotropin? Wo liegen die Vorteile bei der Verwendung von Urotropin, der so genannten Hydrolysentrennung, anstelle der Fällung mit Ammoniumsulfid aus ammoniaka-lischer Lösung?

31

B 4.5 Abzug

Vorprobe Nachweisreaktion für Aluminium als Thénards Blau Vorprobe auf Tauglichkeit der Magnesiarinne: Man glüht die Magnesiarinne gut aus, befeuchtet mit einem Tropfen einer sehr verdünnten Cobaltnitratlösung und glüht in der oxidierenden Flamme. Wenn keine Blaufärbung erkennbar ist, ist die Rinne geeignet. Man fällt etwas Aluminiumhydroxid, filtriert, wäscht den Niederschlag gut und trocknet den Feststoff. Man bringt einen kleinen Teil davon auf eine geeignete Magnesiarinne, befeuchtet mit einem Tropfen einer sehr stark verdünnten Cobalt-nitratlösung und glüht in der oxidierenden Flamme.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche chemische Zusammensetzung hat sie? Formulieren Sie Teilgleichungen für die Reaktion. Warum ist die Vorprobe für die Tauglichkeit der Magnesiarinne erforderlich? Wieso kennen Ihre Eltern und Großeltern (eigentlich eher die Omas) das entstehende Produkt?

B 4.6 Nachweisreaktion für Aluminium als fluoreszierender Morin-Farblack Man fällt etwas Aluminiumhydroxid mit Kaliumhydroxidlösung (nicht Natronlauge verwenden), filtriert und wäscht den Niederschlag solange, bis das Filtrat nicht mehr alkalisch reagiert. Von dem frisch gefällten Aluminiumhydroxid wird eine Spatelspitze auf eine Tüpfelplatte gebracht und mit 2-3 Tropfen Eisessig angesäuert. Zu dieser essigsauren Lösung gibt man 1-2 Tropfen Morinlösung und hält die Tüpfelplatte unter eine UV-Lampe. Zum Vergleich werden gleiche Mengen der verwendeten Chemikalien außer dem Aluminiumhydroxid auf einem anderen Teil der Tüpfelplatte geprüft (Blindprobe).

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Informieren Sie sich über die Formel des entstehenden Aluminium-Morin

Komplexes. B 4.7 Nachweisreaktion für Aluminium Man fällt etwas Aluminiumhydroxid, filtriert und wäscht den Niederschlag solange, bis das Filtrat nicht mehr alkalisch reagiert. Dann befeuchtet man den Niederschlag auf einem Objektträger zunächst mit etwas Phenolphthalein (darf sich nicht rot färben) und anschließend mit einigen Tropfen Ammoniumfluoridlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Warum geben Sie zuerst den Indikator und dann NH4F zu? Was ist Kryolith?

32

B 5 Zinn, Blei B 5.1

Abzug

Man gibt in drei Reagenzgläser einige Zinngranalien und überschichtet mit a) verdünnter Salzsäure b) verdünnter Salpetersäure c) konzentrierter Salpetersäure (VORSICHT!).

Wie verhalten sich die drei Ansätze? Formulieren Sie Reaktionsgleichungen mit Oxidationszahlen. Informieren Sie sich über die allgemeinen Eigenschaften von Zinn (Stichworte: Aussehen, Modifikationen, Zinngeschrei, Zinnpest, …).

B 5.2 Nachweisreaktion für Zinn Man versetzt angesäuerte verdünnte Zinn(II)-salzlösung bzw. Zinn(IV)-salzlösung jeweils mit einigen Zinkgranalien.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie Reaktionsgleichungen. Was passiert, wenn man die Zinn(II)- bzw. Zinn(IV)-salzlösungen mit Eisen versetzt? Vergleichen Sie die Standardpotentiale.

B 5.3 Vorprobe für Zinn (Leuchtprobe) Man übergießt in einem Porzellantiegel zwei Zinkgranalien und etwas Zinnsalz mit halb konz. Salzsäure und lässt die Mischung kurze Zeit stehen. Dann taucht man ein mit kaltem dunkel eingefärbtem Wasser (Einfärben mit etwas KMnO4 Lösung) halbgefülltes Reagenzglas in die Mischung und hält es in die Bunsenbrennerflamme.

Notieren Sie Ihre Beobachtung. Wie heißt dieses Phänomen? Warum setzt man Zinkgranalien zu?

B 5.4 Man versetzt eine verd. Zinn(II)-chloridlösung zunächst tropfenweise und dann im Überschuss mit a) verd. Natronlauge b) verd. Ammoniaklösung. Man bewahrt die Lösung a) für Versuch B 5.5 auf.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. B 5.5 Man kocht die stark alkalische Lösung a) aus Versuch B 5.4 eine Zeit lang (VORSICHT! Siedeverzüge).

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen. Wie nennt man diesen Reaktionstyp?

33

B 5.6 Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: H2S) Man säuert eine a) Zinn(II)-chloridlösung b) Ammoniumhexachlorostannat(IV)-Lösung mit verd. Salzsäure an, erwärmt die Lösung auf dem Wasserbad und gibt tropfenweise H2S-Wasser zu. Wenn kein Niederschlag mehr ausfällt, erwärmt man noch einige Minuten, gibt weiteres H2S-Wasser zu, um die Fällung zu vervollständigen. Anschließend wird die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in Ammoniumpolysulfidlösung digeriert (behandelt) indem man die Mischungen unter leichtem Erwärmen einige Minuten rührt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen, besonders im Hinblick auf die Fällungs-geschwindigkeiten. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen. Welche Verbindungen gehen wieder in Lösung und welche chemische Zusammensetzung haben die gelösten Substanzen? Was ist Ammoniumpolysulfid und wie können Sie diese Lösung herstellen?

B 5.7 A

bzug

Nachweisreaktionen für Blei Man verteilt eine Bleiacetatlösung auf vier Reagenzgläser und versetzt mit a) verd. Natronlauge b) verd. Schwefelsäure c) Natriumsulfidlösung, nachdem man mit verd. Salzsäure schwach angesäuert hat d) Kaliumiodidlösung. Man kann zur Übung den Niederschlag d) aus heißem Wasser umkristallisieren.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie einfache Reaktionsgleichungen.

B 5.8

Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: HCl) Man versetzt eine Bleiacetatlösung mit halbkonz. Salzsäure und lässt die Mischung einige Zeit stehen. Falls keine Fällung auftritt, stellt man das Reagenzglas in Eis. Anschließend prüft man die Löslichkeit des Niederschlags in heißem Wasser.

Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung für die Fällung. Welche Kationen gehören noch zur Salzsäuregruppe?

B 5.9

Abzug

Man übergießt etwas Mennige (orange) mit halbkonz. Salpetersäure und erwärmt einige Zeit.

Kennen Sie Eigenschaften und strukturelle Besonderheiten von Mennige? Was können Sie bei der Reaktion beobachten? Welches Produkt entsteht? Welche Bedeutung hatte Mennige bereits in der Antike? Welche technische Bedeutung hatte Mennige im Industriezeitalter und warum werden heute Ersatzstoffe (welche?) verwendet?

34

B 6 Antimon, Bismut B 6.1

Abzug

Nachweisreaktion für Antimon Man säuert a) Antimon(III)-salzlösung b) Antimon(V)-salzlösung mit verd. Salzsäure nicht zu stark an und legt je einen Eisennagel in die Proben.

Notieren und erklären Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie Redoxgleichungen. Wie verhält sich Zinn bei diesem Versuch?

B 6.2

Abzug

Vorprobe und Nachweisreaktion für Antimon (Marshsche Probe) Dieser Nachweis muss unbedingt unter einem geschlossenen Abzug durchgeführt werden, da Antimonwasserstoff sehr giftig ist und durch häufig zu beobachtende Knallgasreaktion Verletzungsgefahr durch wegfliegende Pipetten besteht. Man versetzt etwas Antimon(III)-salzlösung, einige Zinkgranalien und zwei Tropfen Kupfersulfatlösung mit halbkonz. Schwefelsäure. Dann verschließt man das Reagenzglas mit einem durchbohrten Stopfen, durch den eine Pipette mit Glaswoll-sicherung führt. Das Gemisch wird VORSICHTIG erhitzt, der entstehende Wasserstoff wird entzündet (ACHTUNG! Knallgas, deshalb erst Sauerstoff aus dem Reagenzglas entweichen lassen) und die Flamme an die Wand einer Porzellanschale gehalten. Bei Anwesenheit von SbH3 brennt die Flamme fahlblau, und es bildet sich auf der Porzellanschale ein metallischer Spiegel.

Formulieren Sie die zugehörigen Reaktionsgleichungen. Für welches Element benutzt man dieses Verfahren in der Gerichtsmedizin?

B 6.3 A

bzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: H2S) Man säuert eine a) Antimon(III)-salzlösung b) Antimon(V)-salzlösung mit verd. Salzsäure an, erwärmt die Lösung auf dem Wasserbad und gibt tropfenweise H2S-Wasser zu. Wenn kein Niederschlag mehr ausfällt, erwärmt man noch einige Minuten um die Fällung zu vervollständigen. Anschließend prüft man die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge (vorher abzentrifugieren oder dekantieren) in Ammoniumpolysulfidlösung, indem man die Mischungen unter leichtem Erwärmen einige Minuten rührt (digerieren).

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen. Welche Verbindungen gehen wieder in Lösung und welche chemische Zusammensetzung haben die gelösten Substanzen? Welches andere Element wird im Trennungsgang auf die gleiche Art behandelt?

35

B 6.4 Man gibt etwas Bismut(III)-chlorid oder Bismut(III)-nitrat in a) Wasser b) verd. Natronlauge c) verd. Natronlauge und erwärmt anschließend.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie Reaktionsgleichungen.

B 6.5 Nachweisreaktion für Bismut Man stellt eine alkalische Hydroxostannat(II)-Lösung möglichst frisch her, indem man etwas Zinn(II)-chlorid in verd. Natronlauge löst und einige Tropfen konz. Salzsäure zugibt. Ein Teil der Stannatlösung gibt man in ein Reagenzglas und versetzt in der Kälte tropfenweise mit einer neutralen Bismut(III)-salzlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Redoxgleichung.

B 6.6 Nachweisreaktion für Bismut Man gibt zu einer schwach mit verd. Schwefelsäure angesäuerten Bismut(III)-salzlösung erst tropfenweise und dann im Überschuss Kaliumiodidlösung hinzu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Reaktionsprodukte entstehen bei den Teilschritten? Welche Ionen können diesen Nachweis im Trennungsgang stören?

B 6.7 Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: H2S) Man säuert eine Bismut(III)-salzlösung mit verd. Salzsäure an, erwärmt die Lösung auf dem Wasserbad und gibt tropfenweise H2S-Wasser zu. Wenn kein Niederschlag mehr ausfällt, erwärmt man noch einige Minuten um die Fällung zu vervollständigen. Anschließend teilt man den entstandenen Niederschlag in zwei Portionen und prüft die Löslichkeit in a) Ammoniumpolysulfidlösung, indem man die Mischung unter leichtem Erwärmen einige Minuten rührt (digerieren) b) 1/3 konz. Salpetersäure, indem man die Mischung unter leichtem Erwärmen einige Minuten rührt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Kationen werden im Trennungsgang unter den gleichen Bedingungen wie Bismut gefällt, bzw. wieder gelöst?

36

B 4 bis B 6 Abzug

Fällungsreaktionen im Trennungsgang (verschiedene Gruppenreagenzien) Man mischt einige Salze von Pb2+, Ag+ (Salzsäure-Gruppe – Gruppenreagenz: HCl), Sn2+/4+, Sb3+/5+ (Schwefelwasserstoff-Gruppe: Arsen-Zinn-Gruppe – Gruppenreagenz: H2S) und Bi3+ (Schwefelwasserstoff-Gruppe: Kupfer-Gruppe –Gruppenreagenz: H2S) und löst die Mischung. Dann säuert man die Lösung mit verd. Salpetersäure leicht an und gibt halb-konzentrierte Salzsäure zu, bis kein Niederschlag mehr fällt. Der ausgefallene Niederschlag (kann PbCl2 und AgCl enthalten) wird abgetrennt, mit heißem Wasser behandelt, wobei Bleichlorid in Lösung geht. Dann weist man Blei in der Lösung nach. Ungelöstes AgCl wird mit verd. Ammoniaklösung behandelt und mit einigen Tropfen KI-Lösung als gelbes AgI nachgewiesen. Das salzsaure Filtrat (kann Antimon, Zinn, Bismut und Blei enthalten) der HCl-Fällung erwärmt man auf dem Wasserbad und gibt tropfenweise H2S-Wasser hinzu, bis kein weiterer Niederschlag mehr ausfällt. Wenn kein Niederschlag mehr ausfällt, erwärmt man noch einige Minuten um die Fällung zu vervollständigen. Dabei beobachtet man die Lösung, da die Sulfide unterschiedlich schnell ausfallen. Anschließend filtriert man die Probe und verdünnt das Filtrat mit Wasser bzw. tropfenweise mit verd. Ammoniak bis man einen pH-Wert von etwa 2 erreicht hat. Dann versetzt man erneut mit H2S-Wasser, erwärmt einige Minuten, filtriert ggf. und verdünnt erneut (bis pH zwischen 3 und 4 liegt) und versetzt wiederum mit H2S-Wasser. Die abfiltrierten Niederschläge vereinigt man (kann Antimon, Zinn, Bismut und Blei enthalten) und wäscht mit 1 ml dest. Wasser. Der pH-Wert sollte den Wert 4 nicht übersteigen. Dann wird der Niederschlag auf dem Wasserbad mit etwas Ammoniumpoly-sulfidlösung versetzt und unter leichtem Erwärmen (ca. 40-50 °C) etwa 10 Minuten gerührt. Man trennt den Rückstand (kann Bismut und Blei enthalten) ab und wäscht mit wenig (NH4)2S-Wasser. Das Filtrat und das Waschwasser können Antimon und Zinn enthalten. Man löst den Rückstand in möglichst wenig konz. Salpetersäure/Wasser (1:2) und erwärmt gegebenenfalls leicht. Die Lösung versetzt man mit konz. Schwefelsäure und raucht in einer Porzellanschale ab, bis weiße Nebel erscheinen. Dann lässt man erkalten, verdünnt mit etwas verd. Schwefelsäure und trennt den gegebenenfalls auftretenden Niederschlag (Bleisulfat) ab. Im Filtrat weist man Bismut nach. Das Filtrat der Ammoniumpolysulfid-Fällung säuert man mit verd. Salzsäure an und erhitzt zum Sieden. Man trennt den Sulfidniederschlag ab, versetzt mit etwas konz. Salzsäure und kocht die Mischung einige Minuten auf. Dann verdünnt man die Lösung etwa auf das doppelte Volumen und gibt einen Eisennagel in die Lösung. Einen schwarzen Niederschlag auf dem Nagel trennt man ab, löst ihn in Königswasser und weist in der Lösung Antimon nach. Zinn weist man in der Lösung nach.

37

Teil C Nebengruppenelemente VORPROBEN C 1 Chrom C 1.1 A

bzug

Man löst etwas Kaliumchromat in Wasser und säuert mit verdünnter Salzsäure an. Danach gibt man tropfenweise verdünnte Natronlauge zu, bis die Lösung alkalisch ist.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und interpretieren Sie diese. Formulieren Sie die Gleichgewichtsreaktion mit den entsprechenden pH-Werten. Was ist eine Isopolysäure?

C 1.2

Abzug

Man säuert eine Kaliumdichromatlösung mit verd. Salzsäure an, gibt einige Tropfen Ethanol dazu und riecht VORSICHTIG an dem Gemisch.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung mit Oxidationszahlen. Was würde passieren, wenn Sie statt Ethanol Sulfidlösung in die saure Lösung geben?

C 1.3

Abzug

Vorprobe und Nachweisreaktion für Chrom(III) Man vermischt etwas Chrom(III)-oxid mit der fünffache Menge einer Mischung aus zwei Teilen wasserfreiem Natriumcarbonat und drei Teilen Kaliumnitrat. Einen kleinen Teil davon gibt man auf eine ausgeglühte Magnesiarinne und schmilzt das Gemisch zusammen. Dann lässt man abkühlen und löst den Rückstand gegebenenfalls in Wasser.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie eine chemische Gleichung mit Oxidationszahlen.

C 1.4 A

bzug

Nachweisreaktion für Chrom(III) Man versetzt eine Chrom(III)-salzlösung mit einer Mischung aus verd. Natronlauge und verd. Wasserstoffperoxidlösung. Falls keine Reaktion einsetzt, erwärmt man.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Redoxgleichung.

38

C 1.5 Abzug

Nachweisreaktion für Chrom(VI) Man säuert eine Kaliumdichromatlösung mit verd. Schwefelsäure an und überschichtet mit Diethylether. Dann gibt man VORSICHTIG einige Tropfen einer verd. Wasserstoffperoxidlösung dazu, schüttelt die Probe und beobachtet einige Zeit.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Welches Produkt bildet sich, wenn das instabile Zwischenprodukt zerfällt?

C 1.6 A

bzug

Nachweisreaktion für Chrom Man säuert eine Bariumchloridlösung mit verd. Essigsäure an und puffert mit Natriumacetatlösung ab. Dazu gibt man tropfenweise a) Kaliumchromatlösung b) Kaliumdichromatlösung und beobachtet eine Zeit lang.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Erstellen Sie Reaktionsgleichungen für a) und b). Wozu dient die Zugabe der Acetationen? Wo nutzen Sie diese Reaktion im Trennungsgang?

C 1.7

Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: Urotropin) Man versetzt eine Chrom(III)-salzlösung solange mit festem Ammoniumcarbonat, bis eine bleibende Trübung auftritt. Dann gibt man solange verd. Salzsäure zu, bis die Lösung gerade wieder klar wird. Man überprüft den pH-Wert, der zwischen 5 und 6 liegen sollte. Dann erhitzt man die Mischung und gibt zu der heißen Lösung tropfenweise solange eine 10 proz. Urotropinlösung, bis kein Niederschlag mehr ausfällt. Man trennt den Niederschlag ab, wäscht ihn mit wenig heißem Wasser, löst ihn in verd Salzsäure und wiederholt die Fällung. Nach dem erneuten Lösen in verd. Salzsäure weist man Chrom nach.

Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Wieso müssen Sie sich im Trennungsgang bei der Fällung mit Urotropin keine Gedanken mehr um Chrom(VI) machen? Welches andere Element, das Sie bereits kennen gelernt haben, gehört zu dieser Gruppe? Wie trennen Sie diese beiden Hydroxide im Trennungsgang voneinander?

39

C 2 Mangan C 2.1 Man gibt zu einer Mangan(II)-sulfatlösung a) verdünnte Natronlauge b) verdünnte Ammoniaklösung c) verdünnte Natronlauge und verdünnte Wasserstoffperoxidlösung und schüttelt die Proben gut.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welchen Einfluss hat das Wasserstoffperoxid bei Versuch c)? Welche Oxidationsstufen hat Mangan bei diesen Versuchen? In welchen Oxidationsstufen kann Mangan vorliegen? Was wissen Sie über Oxidationsstufen und Farben bei Mangan?

C 2.2 Man gibt zu einer Mangan(II)-sulfatlösung a) Natriumcarbonat b) Ammoniumcarbonat und schüttelt die Proben gut.

Woraus besteht der Niederschlag bei a) und b)? Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen.

C 2.3

Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH4)2S) Man puffert eine ammoniakalische Mangan(II)-sulfatlösung mit festem Ammonium-chlorid ab und gibt etwas Ammoniumsulfidlösung zu. Anschließend prüft man den entstandenen Niederschlag auf seine Löslichkeit in a) verdünnter Salzsäure b) verdünnter Essigsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Könnten Sie die Fällung auch in saurer Lösung durchführen? Welche anderen Elemente gehören noch in die Ammoniumsulfid-Gruppe?

C 2.4

Abzug

Nachweisreaktion für Mangan(II) Zu etwas konz. Salpetersäure gibt man einige Tropfen Mangan(II)sulfatlösung und eine Spatelspitze braun-schwarzes Bleidioxid (Manganfrei! Blindprobe ist erforderlich). Dann kocht man die Mischung einige Minuten, verdünnt 1:1 mit Wasser und filtriert die Probe.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Könnten Sie anstelle der Salpetersäure auch Schwefelsäure oder Salzsäure benutzen? Welche Ionen können diesen Nachweis stören?

40

C 2.5 Abzug

Vorprobe und Nachweisreaktion für Mangan(II) Man verreibt in einem Mörser sehr wenig (1 – 2 Krümel) Mangan(II)-sulfat mit einem großen Überschuss eines Gemisches aus Natriumcarbonat und Kaliumnitrat (1:1) (Oxidationsschmelze). Dann schmilzt man einen kleinen Teil dieser Mischung auf einer Magnesiarinne. Nach dem Erkalten löst man die Schmelze in wenig Wasser und säuert mit verdünnter Essigsäure an.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie die Reaktion in Teilgleichungen. Ergänzen Sie die Oxidations-zahlen. Um welchen Reaktionstyp handelt es sich, wenn angesäuert wird? Welche anderen Verbindungen können Sie durch die Oxidationsschmelze aufschließen bzw. nachweisen?

C 2.6

Abzug

Nachweisreaktion für Mangan(VII) Eine mit verd. Schwefelsäure angesäuerte, sehr verd. Kaliumpermanganatlösung (nur schwach rosa) versetzt man mit a) Eisen(II)-sulfatlösung b) Kaliumiodidlösung c) verdünnter Wasserstoffperoxidlösung d) Oxalsäure e) Ethanol und beobachtet einige Zeit. Falls keine Reaktion erkennbar ist, erhitzt man vorsichtig.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Gemeinsamkeiten gibt es bei all diesen Reaktionen? Formulieren Sie für alle Reaktionen die zugehörigen Redoxgleichungen. Wie könnten Sie die Reaktionsprodukte bei Versuch b), c), d) und e) nachweisen?

41

C 3 Eisen C 3.1 Man versetzt eine verdünnte Eisen(II)-sulfatlösung mit etwas verd. Natronlauge. Man bewahrt die Lösung für Versuch 3.2 auf.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Das entstandene Produkt sollte rein weiß sein, falls Ihr Produkt das nicht ist, warum nicht? Könnten Sie diese Reaktion analog auch mit Mohrschem Salz durchführen?

C 3.2 Zu der Lösung aus Versuch 3.1 gibt man etwas festes Kaliumnitrat, erwärmt vorsichtig und prüft den pH-Wert des entstehenden Gases.

Welche Reaktionsprodukte sind bei der Umsetzung entstanden? Formulieren Sie eine Reaktionsgleichung.

C 3.3

Abzug

Man säuert eine Eisen(II)-sulfatlösung mit verd. Schwefelsäure an und versetzt mit einigen Tropfen konz. Salpetersäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Redoxgleichung. Was würde passieren, wenn man schwächere Oxidationsmittel benutzt? Woher kennen Sie diesen Versuch (hoffentlich)?

C 3.4 Man versetzt eine Eisen(III)-chloridlösung mit einigen Körnchen Kaliumiodid.

Formulieren Sie eine Redoxgleichung. Wie können Sie das oxidierte Produkt nachweisen? Läuft die Reaktion vollständig ab? Wenn nein, wie könnte man das erreichen?

C 3.5 Man versetzt eine Eisen(III)-chloridlösung mit a) verdünnter Natronlauge b) verdünnter Ammoniaklösung.

Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen. Woher kennen Sie die Produkte bereits?

C 3.6

Abzug

Nachweisreaktion für Eisen(III) Man säuert eine sehr verdünnte Eisen(III)-chloridlösung mit verd. Salzsäure schwach an und gibt etwas Ammoniumthiocyanatlösung (Blindprobe ist erforderlich) zu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Warum verdünnen Sie die Eisenlösung so sehr?

42

C 3.7 Abzug

Man macht eine Eisen(III)-chloridlösung ammoniakalisch, versetzt mit Ammonium-sulfidlösung und prüft die Löslichkeit des entstandenen Niederschlags in verd. Salzsäure.

Formulieren Sie die Reaktionen in Teilgleichungen. Warum müssen Sie bei dieser Reaktion im Abzug arbeiten?

C 3.8 Nachweisreaktion für Eisen Man versetzt eine a) Eisen(II)-sulfatlösung mit Kaliumhexacyanoferrat(III)-Lösung b) Eisen(III)-chloridlösung mit Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Zusammensetzungen haben Kaliumhexacyanoferrat(II) und Kaliumhexa-cyanoferrat(III)? Kennen Sie die historischen Bezeichnungen? Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen. Welche Zusammensetzung haben die blauen Reaktionsprodukte? Woher stammt die tiefblaue Farbe? Wissen Sie, was Charge-Transfer-Komplexe sind?

C 3.9 Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: Urotropin) Man versetzt eine Eisen(III)-chloridlösung solange mit festem Ammoniumcarbonat, bis eine bleibende Trübung auftritt. Dann gibt man solange verdünnte Salzsäure zu, bis die Lösung gerade wieder klar wird. Man überprüft den pH-Wert, der zwischen 5 und 6 liegen sollte. Dann erhitzt man die Mischung und gibt in die heiße Lösung tropfenweise solange eine 10 proz. Urotropinlösung zu, bis kein Niederschlag mehr ausfällt. Man trennt den Niederschlag ab, wäscht ihn mit wenig heißem Wasser, löst ihn in verdünnter Salzsäure und wiederholt die Fällung. Nach dem erneuten Lösen in verdünnter Salzsäure weist man Eisen nach.

Was müssen Sie im Trennungsgang in Bezug auf Eisen(II)/Eisen(III) beachten? Welche anderen Elemente gehören noch in die Urotropin-Gruppe? Wie können Sie Eisen von den anderen Elementen trennen?

43

C 4 Cobalt, Nickel C 4.1

Abzug

Vorprobe Man prüft die Färbung von Cobalt(II)-sulfat und Nickel(II)-sulfat mit der Phosphor-salzperle.

Welche Färbungen können Sie erkennen? Welche Färbung ist charakteristisch? Warum müssen Sie bei dieser Vorprobe im Abzug arbeiten?

C 4.2

Abzug

Man gibt verd. Natronlauge erst tropfenweise und dann im Überschuss zu einer a) Cobalt(II)-sulfatlösung b) Nickel(II)-sulfatlösung und prüft anschließend das Verhalten in Bromwasser.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie chemische Gleichungen. Was würden Sie erwarten, wenn Sie statt gegen Bromwasser das Verhalten gegen Wasserstoffperoxid prüfen? Was wissen Sie über die Oxidationsstufen von Cobalt und Nickel?

C 4.3 A

bzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH4)2S) Man puffert ammoniakalische Lösungen von a) Cobalt(II)-sulfat b) Nickel(II)-sulfat mit festem Ammoniumchlorid ab und gibt Ammoniumsulfidlösung dazu. Dann prüft man die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in a) verd. Salzsäure b) verd. Essigsäure, die man mit einigen Tropfen 30 proz. Wasserstoffperoxid- lösung versetzt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Was unterscheidet Nickel und Cobalt bei dieser Reaktion von den Sulfiden der anderen Elemente der Ammoniumsulfid-Gruppe?

C 4.4

Abzug

Nachweisreaktion für Cobalt Man säuert eine konz. Cobalt(II)-sulfatlösung mit verdünnter Salzsäure an und gibt eine relativ konz. Kalium- oder Ammoniumthiocyanatlösung zu, überschichtet mit Diethylether und schüttelt gut.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen und formulieren Sie eine Reaktionsgleichung. Welche Verbindung entsteht in saurer Lösung? Welches Ion stört diesen Nachweis?

44

C 4.5 Abzug

Nachweisreaktion für Cobalt Man säuert etwas Cobalt(II)-sulfatlösung mit verdünnter Essigsäure schwach an, puffert mit Ammoniumacetatlösung ab und gibt drei Tropfen dieser Lösung auf einen Objektträger. Dazu gibt man 2 Tropfen Natriumnitritlösung. Ein Tropfen Ethanol erhöht die Empfindlichkeit der Reaktion.


C 4.6

Abzug

Nachweisreaktion für Nickel Man versetzt eine essigsaure Nickel(II)-sulfatlösung mit alkoholischer Diacetyl-dioximlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche tautomeren Formen hat Diacetyldioxim? Zu was für einer Substanzklasse gehört das entstehende Produkt? Formulieren Sie eine Grenzstruktur. Was stört diesen Nachweis? Würde diese Reaktion auch in ammoniakalischer Lösung ablaufen?

45

C 5 Kupfer, Silber C 5.1

Abzug

Man prüft das Verhalten von Kupferspänen in a) verdünnter Salzsäure b) verdünnter Schwefelsäure c) konzentrierter Schwefelsäure.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Bedingung muss erfüllt sein, damit sich das Kupfer auflöst? Wie würde sich Kupfer gegen Salpetersäure verhalten?

C 5.2 Man säuert eine konz. Kupfersulfatlösung mit verd. Schwefelsäure an, gibt etwas Kupferpulver hinzu und erhitzt einige Zeit. Dann lässt man die Lösung abkühlen und beobachtet noch einige Zeit.

Formulieren Sie Ihre Beobachtungen in chemischen Teilgleichungen. Wie nennt man diesen Reaktionstyp?

C 5.3

Abzug

Man versetzt eine Kupfersulfatlösung mit Kaliumiodidlösung und erwärmt die Probe. Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Verbindung entsteht und warum? Wie würde sich Kupfersulfat mit Kaliumchlorid verhalten?

C 5.4 Man gibt einige Eisenspäne in ein Reagenzglas mit verd. Kupfersulfatlösung.

Was passiert bei dieser Reaktion? Wo nutzt man in der Technik diese Reaktion? Mit welchen Metallen könnte man statt Eisen arbeiten? Woher wissen Sie das?

C 5.5 Nachweisreaktion für Kupfer Man versetzt eine Kupfersulfatlösung mit verd. Natronlauge und beobachtet einige Zeit, bevor man die Probe erhitzt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen.

C 5.6 Nachweisreaktion für Kupfer Man versetzt eine Kupfersulfatlösung mit verd. Natronlauge, versetzt dann mit einigen Tropfen Kaliumnatriumtartratlösung und filtriert die Probe. Von dieser Lösung gibt man einige Tropfen in eine Traubenzuckerlösung und erwärmt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Wie nennt man diese Reaktion? Wie lautet die historische Bezeichnung für Kaliumnatriumtartrat?

46

C 5.7 Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: H2S) Man säuert eine Kupfersulfatlösung mit verd. Salzsäure an, erwärmt die Lösung auf dem Wasserbad und gibt tropfenweise eine H2S-Wasser hinzu. Wenn kein Niederschlag mehr ausfällt, erwärmt man noch einige Minuten um die Fällung zu vervollständigen. Anschließend wäscht man den entstandenen Niederschlag mit dest. Wasser und teilt ihn in zwei Portionen. Man prüft die Löslichkeit in a) Ammoniumpolysulfidlösung, indem man die Mischung unter leichtem Erwärmen einige Minuten rührt b) konz. Salpetersäure/Wasser (1/2), indem man die Mischung unter leichtem Erwärmen einige Minuten rührt.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welches andere Element gehört noch in diese Gruppe?

C 5.8 Nachweisreaktion für Kupfer Man gibt in einem Reagenzglas zu etwas a) Kupfersulfatlösung b) Silbernitratlösung erst tropfenweise und dann im Überschuss verd. Ammoniaklösung dazu.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche Produkte entstehen bei der Reaktion? Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen.

C 5.9 Nachweisreaktion für Silber Man gibt einige Tropfen Silbernitratlösung zu mit verdünnter Salpetersäure ange-säuerten Lösungen von a) Natriumchlorid b) Natriumbromid c) Natriumiodid und überprüft man die Löslichkeit der entstandenen Niederschläge in Ammonium-carbonatlösung, konzentrierter Ammoniaklösung und Natriumthiosulfatlösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Wo nutzen Sie die unterschiedliche Löslichkeit? Welche Rolle spielt Silberbromid in der Fotographie?

C 5.10 Nachweisreaktion für Silber Man gibt zu etwas Silbernitratlösung einige Tropfen Kaliumchromatlösung.


47

C 5.11 Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: HCl) Man versetzt eine Silbernitratlösung mit halbkonzentrierter Salzsäure und lässt die Mischung einige Zeit stehen. Dann teilt man den Niederschlag in 2 Portionen und prüft die Löslichkeit in a) heißem Wasser b) konz. Ammoniaklösung.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welches andere Element gehört noch in die Salzsäure-Gruppe? Wie trennen Sie die beiden voneinander?

C 5.12

Abzug

Fällungsreaktion im Trennungsgang (Gruppenreagenz: HCl bzw. H2S) Man gibt in 4 Reagenzgläser je etwa 2-3 ml Silbernitratlösung und versetzt jeweils mit

a) verd. Salzsäure b) verd. Salpetersäure und anschließend tropfenweise mit H2S-Wasser c) verd. Salzsäure und, nach Dekantieren, mit verd. Ammoniaklösung d) tropfenweise mit verd. Ammoniaklösung e) tropfenweise mit einer frisch bereiteten Lösung von Mohrschem Salz,

Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O Vergleichen Sie hierzu auch die Halogennachweise. Formulieren Sie die jeweiligen Reaktionsgleichungen.

48

C 6 Zink C 6.1

Abzug

Fällungsreaktion für Zink im Trennungsgang (Gruppenreagenz: (NH4)2S) Man puffert eine ammoniakalische Zinksulfatlösung mit festem Ammoniumchlorid ab und gibt Ammoniumsulfidlösung dazu. Dann prüft man mit einem Teil des entstandenen Niederschlages die Löslichkeit in halbkonzentrierter Salzsäure. Den anderen Teil des Niederschlags trocknet man und bewahrt ihn für Versuch C 6.2 auf.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Welche anderen Elemente gehören noch in die Ammoniumsulfid-Gruppe? Wie trennen Sie diese voneinander?

C 6.2

Abzug

Nachweisreaktion für Zink Man gibt etwas Zinksulfid aus Versuch C 6.1 auf eine Magnesiarinne und glüht nach Zugabe eines Tropfens einer sehr stark verdünnten Cobaltnitratlösung in der Oxidationsflamme.

Notieren Sie Ihre Beobachtungen. Wie lautet der historische Name dieser Nachweisreaktion? Zu welcher Verbindungsklasse gehört das Produkt? Welches andere Element hat eine ähnliche Nachweisreaktion? Warum ist es so wichtig, keinen Überschuss Cobaltsalz zu verwenden?

49

Diplomstudiengang „Nanostrukturwissenschaft“ Qualitative Analysen 1. Teilanalyse zu Teil A Wasserstoff, Halogene und Nichtmetalle Enthalten sein können folgende Anionen: F–

Cl– Br– I–

SO42–

S2– NO3

– PO4

3– CO3

2– CH3COO– BO3

3– 2. Teilanalyse zu Teil B Ammoniumcarbonat- und Lösliche Gruppe Enthalten sein können folgende Kationen: NH4

+ Li+ Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+

50

3. Teilanalyse zu Teil B und C Ammoniumsulfid-Gruppe Enthalten sein können folgende Kationen: Al3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+/3+ Co2+ Ni2+ Zn2+ 4. Teilanalyse zu Teil A-C Schwefelwasserstoffgruppe Enthalten sein können: Sn2+/4+ Pb2+

Sb3+/5+

Bi3+ Cu2+

Ag+

51

5. Teilanalyse zu Teil A-C Gesamtanalyse Ihre Analyse ist eine Reinsubstanz und besteht aus maximal 2 Kationen und 1 Anion (Kristallwasser!). 6. Teilanalyse zu Teil A-C Gesamtanalyse Enthalten sein können alle Kationen und Anionen, die Sie behandelt haben.

52

Lehramtsstudiengang „Chemie“ Qualitative Analysen 0. Teilanalyse zu Teil A Wasserstoff, Halogene und Nichtmetalle Enthalten sein können folgende Anionen: Cl– Br– I–

SO42–

NO3–

CO32–

1. Teilanalyse zu Teil A Wasserstoff, Halogene und Nichtmetalle Enthalten sein können folgende Anionen: F–

Cl– Br– I–

SO42–

S2– NO3

– PO4

3– CO3

2– CH3COO– BO3

3–

53

2. Teilanalyse zu Teil B Ammoniumcarbonat- und Lösliche Gruppe Enthalten sein können folgende Kationen: NH4

+ Li+ Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ 3. Teilanalyse zu Teil B und C Ammoniumsulfid-Gruppe Enthalten sein können folgende Kationen: Al3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+/3+ Co2+ Ni2+ Zn2+

54

4. Teilanalyse zu Teil A-C Schwefelwasserstoffgruppe Enthalten sein können: Sn2+/4+ Pb2+

Sb3+/5+

Bi3+ Cu2+

Ag+

5. Teilanalyse zu Teil A-C Gesamtanalyse Ihre Analyse ist eine Reinsubstanz und besteht aus maximal 2 Kationen und 1 Anion (Kristallwasser!). 6. Teilanalyse zu Teil A-C Gesamtanalyse Enthalten sein können alle Kationen und Anionen, die Sie behandelt haben. 7. Teilanalyse zu Teil A-C Gesamtanalyse Ihre Analyse kann auch ein technisches Produkt oder ein Naturstoff (Mineral) sein. Nachgewiesen werden müssen alle Kationen und Anionen, die Sie behandelt haben.

55

Trennungsgang Allgemeine Vorproben Optische Prüfung

Kristallformen Beschaffenheit (pulvrig, kristallin, grobkörnig, klebrig, hygroskopisch, …) Homogen? Farbige Teile erkenn- oder isolierbar? charakteristische Farben einiger ausgewählter Verbindungen:

Farbe Formel Verbindung

CoCl2 Cobaltchlorid blau CuSO4 Kupfer(II)-sulfat (Hydrat)CoSO4 Cobaltsulfat braun PbO2 Blei(IV)oxid Bi2O3 Bismutoxid FeSO4 Eisen(II)-sulfat K2CrO4 Kaliumchromat NiCl2 Nickelchlorid NiSO4 Nickelsulfat

gelb

PbO Blei(II)-oxid Cr2O3 Chrom(III)-oxid FeSO4 Eisen(II)-sulfat (Hydrat) Ni(NO3) 2 Nickelnitrat (Hydrat) NiCO3 Nickelcarbonat NiCl2 Nickelchlorid (Hydrat)

grün

NiSO4 Nickelsulfat (Hydrat) Sb2S3 Antimon(III)-sulfid orange HgO Quecksilber(II)-oxid MnCl2 Mangan(II)-chlorid MnCO3 Mangan(II)-carbonat MnSO4 Mangan(II)-sulfat CoCl2 Cobaltchlorid (Hydrat)

rosa

CoSO4 Cobaltsulfat (Hydrat) Fe2O3 Eisen(III)-oxid HgI2 Quecksilber(II)-iodid Pb3O4 Mennige rot

HgS Quecksilber(II)-sulfid Co2O3 Cobalt(III)-oxid CuO Kupfer(II)-oxid PbO Blei(II)oxid HgS Quecksilber(II)-sulfid

schwarz

Sb2O3 Antimon(III)-sulfid CoCO3 Cobaltcarbonat KCr(SO4) 2 Chromalaun violett KMnO4 Kaliumpermanganat

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Lösungsverhalten

Wasser pH-Wert prüfen Substanzgemische lösen sich meist nicht vollständig in Wasser Wasser als Lösungsmittel meist nur für Anionennachweise (Teil A)

verdünnte Salzsäure bzw. konzentrierte Salzsäure günstig, da Sulfid nicht zu elementarem kolloidal anfallenden Schwefel oxidiert

wird zahlreiche Chloride lösen sich schwer oder nicht in konzentrierter Säure, verdünnen ist wichtig verdünnte Salpetersäure bzw. konzentrierte Salpetersäure

gutes Lösungsmittel, da die meisten Nitrate wasserlöslich sind oxidierende Wirkung von Salpetersäure beachten

Königssäure Schwefelsäure auf Verwendung sollte generell verzichtet werden, da sich schwerlösliche Sulfate bilden können

Verhalten beim Erhitzen Man erhitzt wenig Ursubstanz im Glühröhrchen.

Geruch (Vorsicht) Farbänderung Sublimat:

Farbe Substanz

weiss

NH4Cl, (NH4)2CO3 As2O3, As2O5 Sb2O3 Hg2Cl2, HgCl2

gelb Schwefel FeS2 HgI2

orange/braun NH4Cl in Ggw. von FeCl3HgS, HgI

grau Hg Sb

schwarz HgS I2

Gasentwicklung (farblos, geruchlos):

Gas gebildet aus Nachweis

O2 Metallnitrate (ausser Alkali, Erdalkali-) {Chlorate, Bromate, Iodate, Peroxide}

glimmender Span

CO2 Carbonate, Hydrogencarbonate Barytwasser

57

Gasentwicklung (farblos, riechend):


NH3 Ammoniumsalze schwacher, flüchtiger Säuren wie z.B. (NH4)2CO3

pH-Papier (alkalisch)

H2S Hygroskopische Sulfide wie z.B. Na2S

SO2, SO3

Sulfate Sulfide {Sulfite, Thiosulfate}

Gasentwicklung (farbig, riechend):


NO2 Metallnitrate Farbe: braun pH-Papier (sauer)

Cl2 Chloride (Ggw. von Oxidationsmitteln) Farbe: grün Br2 Bromide (Ggw. von Oxidationsmitteln) Farbe: rotbraun I2 Iodide (Ggw. von Oxidationsmitteln) Farbe: violett

Verhalten beim Erhitzen mit Schwefelsäure Wenig Ursubstanz mit verdünnter Schwefelsäure übergießen, beobachten und erhitzen. Wenig Ursubstanz mit konzentrierter Schwefelsäure übergießen, beobachten und erhitzen.

Gasentwicklung:

Farbe Gas verd. H2SO4 konz. H2SO4 CO2 Carbonate Carbonate SO2 {Sulfite, Thiosulfate} {Sulfite, Thiosulfate} HF - Fluoride HCl - Chloride

farblos

H2S lösliche Sulfide Sulfide

grün Cl2 {Hypochlorite} Chloride {Hypochlorite}

gelb ClO2 - {Chlorate}

NO2 {Nitrite} Nitrate {Nitrite}

Br2 - Bromide braun

CrO2Cl2 - Chloride und Chromate I2 - Iodide violett Mn2O7 - Permanganate

58

Flammenfärbung Man glüht ein Magnesiastäbchen in der Bunsenbrennerflamme und glüht erneut nach Eintauchen in konzentrierte Salzsäure. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis keine Färbung mehr in der Flamme erkennbar ist.

Farbe:

Farbe Element Charakteristische Linien [nm]

rot Lithium 670.8 gelb Natrium 589.3 violett Kalium 768.2 (rot), 404.4 (karminrot)ziegelrot Calcium 622.0 (rot) rot Strontium mehrere Linien

Barium 524.2, 513.7 Bor grün Kupfer Zinn Blei fahlblau Antimon

Farbe durch Cobaltglas:

Farbe Farbe durch Co-Glas Element gelb - Natrium violett karminrot Kalium ziegelrot hellgrün Calcium karminrot violett Strontiumgelbgrün blaugrün Barium

59

Borax- bzw. Phosphorsalzperle Man glüht ein Magnesiastäbchen mit konzentrierter Salzsäure sauber aus. Mit dem heißen Stäbchen nimmt man etwas Borax bzw. Natriumammoniumhydrogen-phosphat auf und erhitzt, bis man eine farblose Perle erhält. Mit dieser Perle nimmt man die Salze auf, die beim glühen in charakteristisch gefärbte Mischverbindungen bzw. Metaphosphate übergehen können.

Boraxperle:

Oxidationsperle Reduktionsperle Element heiss kalt heiss kalt Cr dunkelgelb grün grün grün Mn violett violett farblos farblos Fe gelbrot gelb hellgrün hellgrünCo blau blau blau blau Ni - rotbraun hellgrau hellgrauCu grün blaugrün farblos lackrot

Phosphorsalzperle:

Oxidationsperle ReduktionsperleElement heiss kalt heiss kalt Cr grün grün grün grün Mn violett violett farblos farblos Fe gelbrot gelbrot orange grün Co blau blau blau blau Ni gelb rotbraun farblos farblos Cu grün blaugrün grünlich lackrot

Glühen mit Cobaltnitrat-Lösung Man glüht eine Magnesiarinne sorgfältig aus. Auf die Rinne gibt man etwas Analysensubstanz und glüht diese zum Oxid. Dann versetzt man mit zwei bis drei Tropfen einer verdünnten Cobaltnitrat-Lösung und glüht erneut. Dabei werden charakteristische Farben angezeigt, die meist von den entstehenden Spinellen hervorgerufen werden.

Farbe Element verursacht durch rosa Zn Mischkristalle aus (ZnO/)CoO grün Zn Zink-Cobalt-Spinell (ZnCo2O4, „Rinmans Grün“) blau-grün Sn Zinn-Cobalt-Spinell (SnCo2O4) blau Al Cobalt-Aluminium-Spinell (CoAl2O4, „Thénards Blau“)

schwarz Überschuss Cobaltnitrat Cobalt-Cobalt-Spinell (CoCo2O4)

60

Oxidationsschmelze Man glüht eine Magnesiarinne sorgfältig aus. Darauf gibt man etwas Analysen-substanz, die sorgfältig mit der fünffachen Menge einer Mischung aus KNO3/K2CO3 (3/2) vermischt wurde und schmilzt die Mischung in der Oxidationsflamme. Nach dem Erkalten untersucht man den Schmelzkuchen. Eine Gelbfärbung weist auf Chrom, eine Grünfärbung weist auf Mangan hin. Bei gleichzeitiger Anwesenheit kann man den Schmelzkuchen in Wasser lösen und nach dem Filtrieren mit verdünnter Schwefelsäure versetzen. Eine Violettfärbung weist auf Mangan (MnO4

–). Nach der Reduktion mit Ethanol weist eine Gelbfärbung auf Chrom (CrO4

2–) hin. Aufschlussverfahren

Sodaauszug für Anionen Soda-Pottasche-Aufschluss (basischer Aufschluss, Alkalicarbonataufschluss)

für Erdalkalisulfate und Silicate Saurer Aufschluss für Aluminiumoxide, Eisenoxide, Nickeloxide, Cobaltoxide

und Zinkoxide Freiberger Aufschluss für Zinnstein Oxidationsschmelze für Chromoxide und Chromeisenstein

Der Sodaauszug kann durch bestimmt Elemente bzw. deren komplexierte Ionen gefärbt sein:

Farbe Element verursacht durch braun Br– Br2 violett I– I2 gelb Cr CrO4

2– grün Cr [Cr(OH)6]

3–, [CrX(H2O)5] 2+, [CrX2(H2O)4] +

rosa Co [Co(H2O)6] 2+ blau Co, Cu [Co(OH) 4] 2–, [Co(OH) 6]4–, [Cu(OH) 4]2– violett Cr, Mn [CrX(H2O) 5] 2+, [CrX2(H2O) 4] +, MnO4

–

61

Ausgewählte Vorproben Vorprobe auf Ammonium Man gibt auf ein Uhrglas eine Spatelspitze Analysensubstanz, legt 3-4 Natrium-hydroxidplätzchen auf und deckt mit einem Uhrglas ab, in das ein kleiner Streifen Indikatorpapier mit etwas destilliertem Wasser geklebt wurde. Zur Kontrolle klebt man einen kleinen Streifen Indikatorpapier auf die Oberseite des Uhrglases. Zeigt das Indikatorpapier eine basische Reaktion, ist Ammonium enthalten. Vorprobe für Lithium Man gibt zu etwas Analysensubstanz wenig verdünnte Salzsäure, übergiesst mit Ethanol und zündet den Alkohol an. Bei Anwesenheit von Lithiumsalzen verbrennt der Alkohol mit einer roten Farbe. Vorprobe für Zinn (Leuchtprobe) Man übergießt in einem Porzellantiegel zwei Zinkgranalien und etwas Analysen-substanz mit konzentrierter Salzsäure und lässt die Mischung kurze Zeit stehen. Dann taucht man ein mit kaltem Wasser halbgefülltes Reagenzglas in die Mischung und hält es in die Bunsenbrennerflamme. Wenn Zinn in der Probe enthalten ist, kann man eine fahlblaue Fluoreszenz erkennen. Vorprobe für Antimon (Marshsche Probe) Dieser Nachweis muss unbedingt unter einem geschlossenen Abzug durchgeführt werden, da Antimonwasserstoff sehr giftig ist und durch häufig zu beobachtende Knallgasreaktion Verletzungsgefahr durch wegfliegende Pipetten besteht. Man versetzt etwas Analysensubstanz, einige Zinkgranalien und zwei Tropfen Kupfersulfatlösung mit halbkonzentrierter Schwefelsäure. Dann verschließt man das Reagenzglas mit einem durchbohrten Stopfen, durch den eine Pipette mit Glaswoll-sicherung führt. Das Gemisch wird VORSICHTIG erhitzt, der entstehende Wasserstoff wird VORSICHTIG entzündet (ACHTUNG! Knallgas, deshalb erst Sauerstoff aus dem Reagenzglas entweichen lassen) und die Flamme an die Wand einer Porzellanschale gehalten. Bei Anwesenheit von SbH3 brennt die Flamme fahlblau, und es bildet sich auf der Porzellanschale ein metallischer Spiegel. Vorprobe für Nickel Man versetzt ein wenig Analysensubstanz mit verdünnter Essigsäure und dann mit alkoholischer Diacetyldioximlösung. Eine Rotfärbung weist auf Nickel hin.

62

Vorprobe für Mangan Zu etwas konzentrierter Salpetersäure gibt man etwas Analysensubstanz und eine Spatelspitze Bleidioxid (Manganfrei! Blindprobe ist erforderlich). Dann kocht man die Mischung einige Minuten, verdünnt 1:1 mit Wasser und filtriert die Probe. Eine Violettfärbung weist auf Mangan. Vorprobe für Eisen Man säuert etwas Analysensubstanz mit verdünnter Salzsäure schwach an und gibt etwas Ammoniumthiocyanatlösung (Blindprobe ist erforderlich) zu. Eine Rotfärbung weist auf Eisen.

63

Anionennachweise Sodaauszug Ein Sodaauszug wird für die Anionen durchgeführt, da die Nachweise durch Metallkationen gestört werden können. Dazu schlämmt man einen Teil der Analysensubstanz mit der dreifachen Menge wasserfreiem Natriumcarbonat in 10-20 mL Wasser auf und kocht etwa 10-15 Minuten. Nach dem Erkalten der Lösung trennt man die schwerlöslichen Bestandteile ab und vertreibt durch VORSICHTIGES Ansäuern das enthaltene Kohlendioxid. Natriumcarbonat liefert durch die Hydrolyse Carbonat-, Hydrogencarbonat- und Hydroxid-Ionen, die die meisten Metallkationen als schwerlösliche Hydroxide, Carbonate oder basische Carbonate (Mischverbindungen aus Carbonaten und Hydroxiden) fällen. Die zugehörigen Anionen gehen dabei in Lösung. Durch den hohen Überschuss von Natriumcarbonat werden auch schwerlösliche Verbindungen in ausreichender Menge gelöst (Prinzip von Le Chatelier). Nachweis von Carbonat als Kohlendioxid (A 7.3) Analysensubstanz (Ursubstanz!) mit Salzsäure übergießen schnell Gärröhrchen mit Barytwasser aufsetzen weißer Niederschlag im Gärröhrchen zeigt Carbonat Nachweis von Chlorid, Bromid, Iodid durch Fällung der Silbersalze (A 2.4) einen Teil des Sodaauszugs mit Salpetersäure ansäuern mit Silbernitrat versetzen evt. erwärmen Fällung von AgI und AgBr und AgCl Niederschlag mit Ammoniumcarbonatlösung versetzen AgCl geht komplex in Lösung versetzen der Lösung mit Kaliumiodidlösung Fällung von AgI (indirekter Nachweis für Chlorid) AgBr und AgI bleiben im Rückstand a) Rückstand mit Ammoniak versetzen AgBr geht komplex in Lösung versetzen der Lösung mit Kaliumiodidlösung Fällung von AgI (indirekter Nachweis für Bromid, nur bei Abwesenheit von Chlorid) AgI bleibt im Rückstand b) Rückstand mit Zink und Schwefelsäure versetzen Umwandlung in lösliche Verbindungen Br– und I–

Nachweis von Bromid, Iodid durch Oxidation mit Chlorwasser (A 2.2) einen Teil des Sodaauszugs oder Rückstand b) aus Silbersalzfällung ansäuern mit Schwefelsäure überschichten mit Petrolether tropfenweise Zugabe von Chlorwasser Farbänderung der organischen Phase violett zeigt Iodid (wir auch zuerst oxidiert) braun zeigt Bromid (erst nach kompletter Oxidation des Iodids)

64

Nachweis von Fluorid durch Ätzprobe (A 2.5) einen Teil des Sodaauszugs mit konz. Schwefelsäure versetzen im Wasserbad erwärmen einige Zeit stehen lassen geändertes Fliessverhalten der Schwefelsäure zeigt Fluorid Nachweis von Sulfat durch Fällung als Bariumsulfat (A 4.13) einen Teil des Sodaauszugs mit verd. Salzsäure ansäuern versetzen mit Bariumchloridlösung weißer, schwerlöslicher Niederschlag von Bariumsulfat Nachweis von Sulfid durch Fällung als Kupfersulfid (A 4.6) einen Teil des Sodaauszugs mit verd. Salzsäure ansäuern versetzen mit Kupfersulfatlösung schwarzer Niederschlag von Kupfersulfid Nachweis von Nitrat durch Reduktion zu Ammoniak (A 5.8) einen Teil des Sodaauszugs mit wenig verd. Natronlage alkalisch machen Zugabe von etwas Zinkstaub vorsichtig erwärmen mit feuchtem pH-Papier pH-Wert überprüfen alkalisches Ammoniakgas Nachweis von Nitrat durch Ringprobe (A 5.9) Eisen(II)-sulfatlösung mit verd. Schwefelsäure nicht zu stark ansäuern einen Teil des Sodaauszugs zugeben homogenisieren vorsichtig mit konz. Schwefelsäure unterschichten violetter bis braunschwarzer Ring an der Phasengrenze zeigt Nitrat (Halogenide können stören, eventuell durch Fällung mit Ag+ abtrennen) Nachweis von Phosphat durch Fällung als Magnesiumammoniumphosphat (A 6.2) Magnesiumchloridlösung herstellen verdünnte Ammoniaklösung zugeben, bis Fällung eines Niederschlags

Ammoniumchloridlösung zugeben, bis Niederschlag wieder gelöst ist (Magnesiamischung)

tropfenweise in einen Teil des Sodaauszugs zugeben weißer, kristalliner Niederschlag zeigt Phosphat Nachweis von Phosphat durch Fällung als (NH4)3[P(Mo3O10)4] • 6H2O Ammoniummolybdatlösung herstellen einen Teil des Sodaauszugs mit Salpetersäure ansäuern tropfenweise zur Molybdatlösung geben evt. erwärmen gelber Niederschlag zeigt Phosphat Nachweis von Acetat durch Freisetzen von Essigsäure (A 7.7) Analysensubstanz mit Kaliumhydrogensulfat verreiben Geruch nach Essigsäure zeigt Acetat

65

Nachweis von Acetat als Essigsäureethylester (A 7.8) Analysensubstanz in Porzellanschälchen geben mit Ethanol und konz. Schwefelsäure vermischen 15 Minuten abgedeckt ruhen lassen Geruch nach Obst zeigt Acetat Nachweis von Borat als Ester (A 9.3) Analysensubstanz in Porzellanschälchen geben mit Ethanol (Methanol) und konz. Schwefelsäure vermischen entweichende Dämpfe anzünden grüne Flamme zeigt Borat

66

Ausgearbeiteter Trennungsgang

Analysensubstanz

Schwefelwasserstoff-Gruppe

AgCl Hg2Cl2 PbCl2

Pb2+

Analysensubstanz mörsernlösen

mit wenig heissem Wasser versetzen

1. Salzsäure-Gruppe

Niederschlag abfiltrierenmit halbkonz. NH3-Lsg. versetzen

[Ag(NH3)2]+

pH-Wert 0

AgCl Hg2Cl2

Filtrat

(NH4)2SO4-Lsg. zugeben

PbSO4weiss

KI-Lsg.zugeben

PbI2gelb

Filtrat Niederschlag

FiltratNiederschlag

mit KI-Lsg. versetzen

AgIgelblich

neutralisieren!mit KCrO4-Lsg. versetzen

AgCrO4rot-braun

mit halbkonz. HCl versetzenpH-Wert muss bei 0-1 liegen

Rückstand ggf. Aufschluss durchführen

Hg und [HgNH2]Clschwarz

NH3

Analysensubstanz in Porzellanschale gebenNaOH-Plätzchen auflegen

mit Uhrglas mit pH-Papier abdecken

NH4+

B 1.2

B 5.8 C 5.11 C 6.9

B 5.7C 6.8

C 5.10

C 5.9

pH0

Analysensubstanz

Schwefelwasserstoff-Gruppe

AgCl Hg2Cl2 PbCl2

Pb2+

Analysensubstanz mörsernlösen

mit wenig heissem Wasser versetzen

1. Salzsäure-Gruppe

Niederschlag abfiltrierenmit halbkonz. NH3-Lsg. versetzen

[Ag(NH3)2]+

pH-Wert 0

AgCl Hg2Cl2

Filtrat

(NH4)2SO4-Lsg. zugeben

PbSO4weiss

KI-Lsg.zugeben

PbI2gelb


FiltratNiederschlag

mit KI-Lsg. versetzen

AgIgelblich

neutralisieren!mit KCrO4-Lsg. versetzen

AgCrO4rot-braun

mit halbkonz. HCl versetzenpH-Wert muss bei 0-1 liegen

Rückstand ggf. Aufschluss durchführen

Hg und [HgNH2]Clschwarz

NH3

Analysensubstanz in Porzellanschale gebenNaOH-Plätzchen auflegen

mit Uhrglas mit pH-Papier abdecken

NH4+

B 1.2

B 5.8 C 5.11 C 6.9

B 5.7C 6.8

C 5.10

C 5.9

pH0

67

Zentrifugat der HCl-Gruppe

Urotropin-Gruppe

(As2S3 As2S5) SnS2 Sb2S3 Sb2S5 SnS HgS PbS CuS Bi2S3gelb gelb orange orange braun |-------- braun-schwarz --------|

([AsS4]3–) [SbS4]3– [SnS3]2–

wenn in oxidierender Säure gelöst wurde:verkochen

Fällung aus homogener Lösung:Filtrat der HCl-Gruppe eindampfen

nur bis fast zur Trockene!einige Tropfen halbkonz. HCl zugeben

mit Wasser auf ca. 10 ml verdünnenauf dem WB erwärmen

tropfenweise TAA-Lsg. zugebenca. 15 Minuten weiter erwärmen

Probe filtrieren/zentrifugierenpH-Wert des Filtrats prüfen

ggf. mit Wasserbzw. tropfenweise mit Ammoniak verdünnen

bis pH ca. 2erwärmen

tropfenweise TAA-Lsg. zugebenerwärmen

erneut filtrierenmit Wasser bzw.

tropfenweise mit Ammoniak verdünnen bis pH 3-4erwärmen

TAA zugebenerwärmen

bis kein Niederschlag mehr fälltpH-Wert sollte 4 nicht übersteigen

vereinigte Niederschläge mit H2S-Wasser gut waschen(etwas Wasser mit HCl ansäuern, TAA zugeben, kurz erwärmen)mit Polysulfidlösung digerieren (10 Minuten bei 40-50 °C)ausgefallenen Niederschlag mit wenig (NH4)2S-Wasser waschen

2. Schwefelwasserstoff-Gruppe pH-Wert 0-4

Arsen-Zinn-Gruppe

HgS PbS Bi2S3 CuS

Kupfer-Gruppe

Filtrat und Waschwasser Niederschlag

Filtrat

B 5.6 B 6.3 B 6.7 B 6.7 C 5.7 C 6.10

pH0,

2 u

nd 4

68

Filtrat der H2S-Gruppenach Zugabe von Polysulfid

Sn2+

mit verd. HCl ansäuernerhitzen

Filtrat einengen(Vertreibung überschüssiger Säure)mit Eisen(nagel) versetzenim Wasserbad erwärmenNiederschlag abtrennen

2.1 Arsen-Zinn-Gruppe

Niederschlag abfiltrieren/abzentrifugierenmit halbkonz. HCl versetzenerhitzenauf etwa doppeltes Volumen verdünnen

Sb5+ Sn4+

[SbCl6]– [SnCl6]–

Filtrat und Waschwasser

(As2S5) Sb2S5 SnS2gelb orange gelb

(As2S5)

Sbschwarze Flocken

in konz. HCl lösen

Sb5+

([AsS4]3–) [SbS4]3– [SnS3]2–

Zink zugegen

Snschwarz

Leuchtprobe:mit konz. HCl versetzen

kurz stehen lassenReagenzglas mit kaltem Wasser füllen

in Mischung tauchenin Bunsenbrennerflamme halten

„SnCl2“blaue Fluoreszenz

Lösung ggf. verdünnenerwärmen

TAA-Lsg. zugeben

Sb2S5orange

FiltratNiederschlag

Niederschlag Filtrat

B 6.1

B 5.3

B 5.2

69

Hg2+

Bi3+ Cu2+

Niederschlag mit heissem Wasser (mit etwas H2S versetzen) waschenin möglichst wenig HNO3/H2O (1/2) lösenggf. erwärmen

2.2 Kupfer-Gruppe

mit konz. H2SO4 versetzenin Porzellanschale abrauchen (weisse Nebel)erkalten lassenmit verd. H2SO4 verdünneneinen evt. auftretenden Niederschlag abtrennen

PbSO4weiss

Pb2+ Bi3+ Cu2+

Rückstand der H2S-Gruppenach Zugabe von Polysulfid

Niederschlag

HgSschwarz

in wenig Königswasser lösenLösung eindampfen(bis fast zur Trockene)mit wenig Wasser aufnehmen

mit NH3-Lsg. alkalisch machen

Bi(OH)3(Bi(OH)SO4)

[Cu(NH3)4]2+

blau

HgS PbS Bi2S3 CuS|---------braun–schwarz---------|

mit alkal. Stannat(III)-Lsg. versetzen

Bischwarz

pH auf 6 einstellenKI-Lsg. zugeben

BiI3schwarz

Bi3+

in verd. HCl lösen

Überschuss KI-Lsg.

[BiI4]–orange-gelb

FiltratNiederschlag

FiltratNiederschlag

Niederschlag Filtrat

Amalgambildung:mit verd. HNO3 ansäuern

Kupfer zugebenkurz erwärmen

Belag vorsichtig polieren

Hgsilber-

glänzend

neutralisierenKI-Lsg. zugeben

HgI2[HgI4]2–

rot

C 6.7

C 6.5

B 5.7

B 5.8

B 6.5

B 6.6

70

Zentrifugat der H2S-Gruppe

Ammoniumsulfid-Gruppe

Fe(OH)3 Al(OH)3 Cr(OH)3 (MnOOH)

Fe3+

Schnell!Niederschlag heiss abtrennenmit wenig heissem Wasser (mit einigen Tropfen NaOH) waschenUMFÄLLEN: in wenig verd. HCl lösen, auf WB erwärmenmit Urotropin-Lsg. erneut fällen

3. Urotropin-Gruppe

[Al(OH)4]– CrO42–

mit festem NH4Cl versetzenaufkochen

Fe3+ Al3+ Cr3+

pH-Wert 5.5

alkalischer Sturz:NaOH-Plätzchen mit etwas Wasser in Porzellanschale gebeneinige Tropfen H2O2 zugebenerhitzen bis zum beginnenden SiedenVORSICHT! gelöste Hydroxide in heisse Lösung schütten

Fe(OH)3

in wenig verd. HCl lösen

Al(OH)3 CrO42–

gelb

Fe(OH)3 Al(OH)3 Cr(OH)3 (MnOOH)rotbraun weiss hellgrün rotbraun

Niederschlag heiss abtrennenmit wenig heissem Wasser (mit einigen Tropfen NaOH) waschen

in wenig verd. HCl lösen (ggf. erwärmen)

durch aufkochen von H2S befreien

Filtrat

FiltratNiederschlag

FiltratNiederschlag

„Berliner Blau“:mit K4[Fe(CN)6]-

Lsg. versetzen

Fe4III[FeII(CN)6]3

blau

„Thénards Blau“:auf Magnesiarinnemit verd. Co(NO3)2-Lsg. versetzenglühen

CoAl2O4blau

mit verd. H2SO4 ansäuernüberschichten mit Ether

Vorsicht!einige Tropfen H2O2 zugeben

gut schütteln

CrO(O2)2blau

Niederschlag waschen(bis nicht mehr alkalisch)

mit Phenolphtalein versetzenmit NH4F-Lsg. übergiessen

Blindprobe erforderlich!

(NH4)3[AlF6]

B 4.4

Fällung aus homogener Lösung:mit festem (NH4)2CO3 versetzen

(bis zu einer bleibenden Trübung)

dann Zugabe verd. HCl(bis Lösung gerade wieder klar)

etwas NH4Cl zugebenpH 5-6 einstellenauf WB erhitzen

tropfenweise mit Urotropin-Lsg. versetzen

mit einigen Tropfen Bromwasser versetzenerneut aufkochen um FeII zu FeIII zu oxidieren

ist Lösung gelb (CrO42–) bzw. violett (MnO4

–):Zugabe von wenig Ethanolvorsichtig verdampfen um CrVI zu CrIII bzw. MnVII zu MnII zu reduzieren

C 1.7 C 3.9

C 3.8

B 4.7

B 4.5C 1.5

Niederschlag

(MnOOH)

Filtrat

pH5

bis

6

71

Zentrifugat der C6H12N4-Gruppe

Ammoniumcarbonat-Gruppe

CoS (Co2S3) NiS (Ni2S3) MnS ZnSschwarz schwarz rose weiss

Mn2+

ggf. einengenmit verd. NH3-Lsg.

schwach alkalisch machenim WB erwärmen auf ca. 40 °C

mit (NH4)2S-Lsg. versetzen

Niederschlag heiss abfiltrieren/abzentrifugierenmit warmen schwach ammoniakalischen Wasser waschenkonz. HAc zusetzen, bis zur sauren Reaktion

4. Ammoniumsulfid-Gruppe

CoS (Co2S3) NiS (Ni2S3) ZnS

schnell! (Alterung)mit verd. HAc versetzen

einige Tropfen H2O2 zugeben

Filtrat:ggf. filtrieren (Schwefel)

einengen

Co2+ Ni2+

pH-Wert 8

Filtrat


mit konz. NH4(SCN)-Lsg. versetzenmit Ether überschichten

gut schütteln

H2[Co(SCN)4]blau

mit alkoholischer Diacetyldioxim-Lsg. versetzen

aufkochen

[Ni(DADO)2]rot

Niederschlag mit kalter halbkonz. HCl rühren (bis zum Ende der H2S-Entwicklung)Niederschlag gut mit verd. HCl waschensofort weiterarbeiten!

Zn2+


wenig konz. HNO3 versetzenPbO2 zugebenaufkochenmit Wasser 1:1 verdünnen

MnO4–

violett

ZnCo2O4grün

„Rinmans Grün“:auf Magnesiarinne

mit verd. Co(NO3)2-Lsg.versetzen und glühen

mit NH4Ac abpuffernerwärmen

TAA-Lsg. zugeben

ZnSweiss

C 2.3 C 4.3 C 6.1

C 2.4

C 6.1

C 6.2

C 4.4 C 4.6

Alterung:

CoS (Co2S3) NiS (Ni2S3)

Co2S3 Ni2S3

lösen in Königswassermit Wasser verdünnenggf. filtrieren

mit NH4Ac abpuffernK4[Fe(CN)6]2-Lsg. zugeben

K2Zn3[Fe(CN)6]2grau

pH8

72

Zentrifugat der (NH4)2S-Gruppe

Lösliche Gruppe

BaCO3 CaCO3 SrCO3

Ba2+ Ca2+ Sr2+

BaCrO4gelb

Ca2+ Sr2+

CaCO3 SrCO3

Ca2+ Sr2+

SrSO4weiss

Ca2+

CaC2O4weiss

mit verd. HCl ansäuernH2S verkochen

mit HCl (verd., ca. 2 m) aufnehmenmit verd. NH3-Lsg.

schwach alkalisch machen(NH4)2CO3-Lsg. zusetzen

erwärmen

2/3Niederschlag mit Wasser waschenin wenig verd. HAc lösenmit NH4Ac abpuffern

erhitzenK2CrO4-Lsg. zugeben5 Minuten kochen

1/3Spektralanalyse

(NH4)2CO3-Lsg. zusetzenaufkochen

Niederschlag mit Wasser waschenin wenig verd. HCl lösenggf. verdünnen

H2SO4 oder Na2SO4-Lsg. zugeben

mit verd. HAc ansäuernmit NH4Ac abpuffern

Ammoniumoxalatlösung zugeben

5. Ammoniumcarbonat-Gruppe pH-Wert 8

Filtrat

FiltratNiederschlag

FiltratNiederschlag

B 3.12

B 3.11

B 3.8

B 3.7

B 3.13

pH8

Zentrifugat der (NH4)2S-Gruppe

Lösliche Gruppe

BaCO3 CaCO3 SrCO3

Ba2+ Ca2+ Sr2+

BaCrO4gelb

Ca2+ Sr2+

CaCO3 SrCO3

Ca2+ Sr2+

SrSO4weiss

Ca2+

CaC2O4weiss

mit verd. HCl ansäuernH2S verkochen

mit HCl (verd., ca. 2 m) aufnehmenmit verd. NH3-Lsg.

schwach alkalisch machen(NH4)2CO3-Lsg. zusetzen

erwärmen

2/3Niederschlag mit Wasser waschenin wenig verd. HAc lösenmit NH4Ac abpuffern

erhitzenK2CrO4-Lsg. zugeben5 Minuten kochen

1/3Spektralanalyse

(NH4)2CO3-Lsg. zusetzenaufkochen

Niederschlag mit Wasser waschenin wenig verd. HCl lösenggf. verdünnen

H2SO4 oder Na2SO4-Lsg. zugeben

mit verd. HAc ansäuernmit NH4Ac abpuffern

Ammoniumoxalatlösung zugeben

5. Ammoniumcarbonat-Gruppe pH-Wert 8

Filtrat

FiltratNiederschlag

FiltratNiederschlag

B 3.12

B 3.11

B 3.8

B 3.7

B 3.13

pH8

73

Li+ Na+ K+ Mg2+

MgOxgelb

NH4+ abrauchen:

HCl/HNO3 zugebeneinkochen

ggf. wiederholen

2/3mit verd. NH3-Lsg. alkalisch machenmit NH4Cl abpuffernOxin-Lsg. zugeben

1/3Spektralanalyse

Zentrifugat der (NH4)2CO3-Gruppe

6. „Lösliche Gruppe“

einengen

Mg2+

in wenig Königswasser lösen

Li+ Na+ K+

FiltratNiederschlag

Mg(NH4)PO4weiss

mit verd. NH3-Lsg. versetzen(bis Fällung eines Niederschlags)NH4Cl-Lsg. zugeben(bis Niederschlag wieder gelöst)tropfenweise Na2HPO4-Lsg. zugeben

KClO4weiss

mit verd. HCl ansäuerneinige Tropfen HClO4 zugeben

Lösung teilen

Li3PO4weiss

mit NaOH alkalisch machenNa2HPO4 zugeben

ggf. Ethanol zugebenaufkochen

mit verd. HAc schwach ansäuern1 Tropfen auf Objektträger geben1 Tropfen MgUO2 zugebenkalt machen

NaMg(UO2)3(Ac)9gelb

B 1.3

B 3.3

B 2.8

B 3.4

B 2.6B 2.4

B 2.3

74

Diplomstudiengang „Nanostrukturwissenschaft“ 2 Anorganisch-Quantitative Analyse Teil A Gravimetrie Die Gravimetrie ist das älteste Verfahren der quantitativen Analyse und nutzt die Massenbestimmung der Reaktionsprodukte von Fällungsreaktionen. Die Bestimmung einer unbekannten Konzentration eines in Lösung vorliegenden Teilchens erfolgt also durch exaktes Wägen. Bei einer gravimetrischen Analyse wird die zu bestimmende, meist ionische Substanz, durch Fällung vollständig in eine Verbindung mit bekannter Zusammen-setzung überführt. Dabei werden einige Bedingungen an die Reaktion gestellt, wie zum Beispiel, das die stöchiometrischen Gesetze streng erfüllt werden müssen. Bei der Reaktion muss sich zudem ein möglichst reiner, schwerlöslicher Niederschlag bilden, der in der Wägeform eine streng definierte Zusammensetzung haben muss. Zusätzlich muss sich der Niederschlag schnell und vollständig von der Lösungsmittelphase abtrennen lassen. Benötigte Arbeitstechniken:

Filtrieren Auswaschen Trocknen/Glühen Auswiegen

Fällen eines Niederschlags

Gravimetrische Kupferbestimmung Kupfersalze bilden mit Thiocyanat (Rhodanit, SCN−) zunächst schwerlösliches Cu(SCN)2, das sich langsam in Cu2(SCN)2 umwandelt.

-SCNCu

2+Cu2(SCN)2 (SCN)2+ +42

Darum lässt sich Kupfer mit Thiocyanat nur in der einwertigen Form quantitativ bestimmen. Aus Lösungen, die Kupfer nur in Form von Cu(I) enthalten fällt bei Zugabe einer etwa äquimolaren Menge Thiocyanat quantitativ Cu2(SCN)2 als weißer Feststoff aus (L = 1.6·10-11 mol4·L−4). Versuchsdurchführung Man füllt die auf Probe im Messkolben auf 100 mL auf. Nach guter Durchmischung pipettiert man für eine Doppelbestimmung je 25 mL in ein Becherglas und füllt mit Wasser auf etwa 100 mL auf. Dann reduziert man die Lösung mit 5prozentiger H2SO3 (etwa 20 mL pro 100 mg Cu2+). Mit 2 N Ammoniak vermischt man die Lösung bis zum Auftreten einer ersten Trübung. Diese Trübung löst man mit wenigen Tropfen H2SO3 wieder auf. Der pH-Wert der Probe sollte bei 5 liegen, weil mit zunehmendem pH-Wert die Löslichkeit des Cu2(SCN)2 steigt.

75

Zu der reduzierten Lösung gibt man für 100 mg Kupfer 20 mL 0.1 N Ammonium- oder Kaliumthiocyanatlösung aus einer Bürette hinzu. Ein größerer Überschuss an Thiocyanat muss vermieden werden, weil sonst Cu2(SCN)2 in Form von [Cu(SCN)2]− wieder in Lösung geht. Den Niederschlag lässt man 5 Minuten rühren und filtriert nach 2 bis 3 Stunden dekantierend über einen Filtertiegel. Man wäscht 3 bis 4 mal mit kaltem Wasser, dann 1 mal mit wenig Methanol, trocknet im Tiegelschuh bei 120 °C und wiegt. Oxidationsmittel wie NO3

− sowie Ag+, Tl+, Hg22+, Hg2+, und Pb2+ stören diesen

Nachweis. Auswertung Angabe des Kupfergehaltes in mg pro 100 mL. Fehlerquellen Verwendung unreiner Reagenzien Verspritzen von Lösung durch unvorsichtiges Hantieren Ungenaues Pipettieren

Pipette verdreckt Schlifffett in der Pipette oder Pipettierhilfe Ablaufzeit nicht eingehalten

Zu schnelles Fällen. Der Niederschlag ist sehr feinkristallin und neigt dazu, durch die Fritte des Glasfiltertiegels zu laufen. Langsame Fällung aus warmer Lösung und Abnutschen zunächst ohne Vakuum bringt hier Abhilfe. Ungenaue Einstellung der Fällungsbedingungen Zu viel oder zu wenig Waschflüssigkeit Wägefehler bei Ein- bzw. Auswage

76

Teil B Maßanalyse Die Manganometrie ist ein maßanalytisches Verfahren aus der Familie der Redox-Titrationen. Diese Titration basiert auf einer Redoxreaktion, bei der man ein Oxidationsmittel (bzw. Reduktionsmittel) als Titrationsmittel verwendet, um eine Probe zu bestimmen, die reduzierende (bzw. oxidierende) Eigenschaften hat. Für maßanalytische Bestimmungen eignen sich Reaktionen, die schnell, quantitativ und ohne Nebenreaktionen ablaufen. Bei einer Volumetrie ermittelt man die Masse eines zu bestimmenden Stoffes durch Volumenmessung. Man misst die Stoffmenge eines Reaktionspartners, die bis zur vollständigen Gleichgewichtseinstellung einer eindeutig ablaufenden Reaktion verbraucht wird. Am Ende der Titration ist der sog. Äquivalenz- oder Endpunkt erreicht, bei dem sich äquivalente Mengen von Probe und Titrationsmittel umgesetzt haben. Dieser Äquivalenzpunkt muss entweder direkt sichtbar sein, oder eindeutige angezeigt werden können. Benötigte Arbeitstechniken:

Titrieren Manganometrie Reaktionsprinzip Die Manganometrie ist eine Redox-Titration, mit der sich Reduktionsmittel bestimmen lassen, die von Permanganat oxidiert werden. Kaliumpermanganat fungiert dabei als Oxidationsmittel und wird selbst reduziert. Arbeitet man in neutraler bzw. schwach saurer Lösung, entsteht während der

olhard-Wolff).

Bei den

Titration eine gefärbte Fällung von MnO2 (Methode nach V

meisten Titrationen mit Permanganat arbeitet man jedoch im stark Sauren,

a die Oxidationskraft in diesem Bereich am größten ist und zusätzlich die quivalenzpunktbestimmung sehr einfach ist.

10–6 mol • l–1) sichtbar und wird durch

e mit saurer Permanganat-

) in der Lösung vorliegt, muss dieses ige Form überführt werden. Dazu sind Reduktionsmittel

ändiger Reduktion ohne Schwierigkeit aus der Lösung entfernt werden können. Verwendet werden kann u. a. schweflige Säure.

MnO4 MnO2- -OH3

++ 3 e H2O+ + 64

dÄDen Endpunkt der Titration kann man leicht an einer bleibenden Rosafärbung erkennen. Mn2+ ist praktisch farblos, MnO4

– ist intensiv violett gefärbt. Diese Färbung ist schon bei geringsten Konzentrationen (ca. einen geringen Überschuss Kaliumpermanganat hervorgerufen.

MnO4 Mn2+

OH3+- - +II+VII

+ 5 e H2O8 + + 12

Als Redoxpartner lässt sich z.B. Eisen(II) in der KältLösung zu Eisen(III) oxidieren.

+II +III

Fe

2+ -Fe3+

1 e+

Wenn ein Teil des Eisens als Eisen(IIIquantitativ in die zweiwertgeeignet, die nach vollst

77

Die Gleichung für den gesamten Redoxvorgang erhält man durch Komb

OH2 Fe2+

Fe3+

SO3 SO4 H+-2 -

+2 + + 2+2

2

ination der en ergänzen muss. Im Fall der Titration man kann also 5 Teile Eisen mit einem

eil Permanganat oxidieren.

i nn

langsamer ab als im weiteren Verlauf, da die entstehenden Mn -Ionen die Reaktion

Teilgleichungen, wobei man die KoeffizientPermanganat:Eisen ist das Verhältnis 1:5, T

MnO4 Mn

2+OH3

+- -

Fe2+ -Fe

3+5.

+ 5 e H2O8 + + 12

1 e+

Vor der Titration muss die Permanganat-Lösung eingestellt werden, wofür man Natriumoxalat (nach Sörensen) als Urtitersubstanz verwendet. Die Titration wird beetwa 80 °C in schwefelsaurer Lösung durchgeführt. Die Reaktion läuft zu Begi

2+

MnO4 Mn2+

OH3+- Fe

2+5 Fe

3++ H2O8 + + 12+5

katalysieren.

permanganat-Lösung einstellen (Doppelbestimmung) Titration des Eisen(II)-Gehaltes (Einfachbestimmung) Reduktion von Eisen(III) zu Eisen(II) Titration des Gesamteisen-Gehaltes (Doppelbestimmung)

Arb t2 xMe25 Bü e

atriumoxalat, p. A. N

sdurchführung

mpermanganat-Lösung rere Stunden bei 230 °C im Trockenschrank.

trischen Faktors werden zweimal ja 150 bis 200 mg atriumoxalat abgewogen (Massen notieren!). Jede Probe wird quantitativ in einen rlenmeyerkolben überführt und in etwa 100 mL Wasser gelöst.

0 mL 5%iger Schwefelsäure versetzt und auf etwa 80 °C rwärmt.

Kalium

MnO4 Mn2+

OH3+- C2O4 CO2

-2+ H2O16 + + 242 5 2 10+

Grundsätzliches Verfahren Glasgeräte reinigen und entfetten

ei sgeräte und Reagenzien 300 mL Erlenmeyerkolben mit Glasstab sskolben 100 mL mL Pipette rett

NKaliumpermanganat-Lösung, 0.1 Schwefelsäure, 5%ig (~1 N) Versuch Einstellen der KaliuMan trocknet das Natriumoxalat mehZur Bestimmung des titrimeNEDann wird die Probe mit 5e

78

Man titriert die heiße Lösung unter ständigem schütteln mit der Kaliumpermanganat-ie

r Milliliter kann man

die Reaktion katalysieren. Gegen Ende der Titration (die Entfärbung wird

mL Erlenmeyerkolben, versetzt mit 50 mL 5%iger

eißer Lösung vorgenommen werden. er Endpunkt ist erreicht, wenn die Lösung eine bleibende schwach orange Färbung

s der gelben Farbe der entstandenen Eisen(III)-

rden. Dann erkennt man den er hier nicht

t-Lösung berech-

äuft in stark saurer Lösung nur unvoll-

uer sind. Dazu gibt man in die Eisen(III)-altige Probe vorsichtig solange Natriumcarbonat-Lösung dazu, bis eine leichte,

,

schwefliger Säure und erhitzt die Proben

chwefelsäure und verdünnt mit Wasser auf 200 mL.

Lösung aus der Bürette (Achtung! bei undurchsichtigen Lösungen erfolgt dEinstellung der Nullmarke und die Ablesung am oberen Rand des Meniskus). Die Titration sollte anfangs langsam und tropfenweise erfolgen, denn die Oxidation der Oxalat-Ionen erfolgt zu Beginn nur träge. Nach Zugabe einigedie Permanganat-Lösung etwas schneller einfließen lassen, da die entstehenden Mn2+-Ionenlangsamer) wird wieder tropfenweise titriert. Solange in der Lösung Oxalat-Ionen enthalten sind, entfärbt sich die Permanganat-Lösung unter Bildung von praktisch farblosem Mn2+ und gasförmigen CO2. Ist der Äquivalenzpunkt erreicht, färbt die überschüssige Permanganat-Lösung die Mischung rosa. Die Maßlösung ist bei dieser Reaktion also gleichzeitig der Farbindikator für den Endpunkt. Aus der Einwaage an Natriumoxalat und dem Verbrauch bestimmt man die Stoffmenge der KMnO4-Lösung. Titration des Eisen(II)-Gehaltes Man füllt die eisenhaltige Probe im Messkolben mit Wasser auf 100 mL auf. Nach guter Durchmischung pipettiert man für die Einzelbestimmung des Eisen(II)-Gehaltes 25 mL in einen 300 Schwefelsäure und verdünnt mit Wasser auf 200 mL. Die Titration kann in kalter oder hDannimmt. Die Farbe resultiert auIonen und dem Violett der überschüssigen Permanganat-Lösung. Durch Zusatz von etwas Phosphorsäure (Manganbestimmung nach Reinhardt-Zimmermann) könnte man die Farbe des Eisen(III)-salzes unterbinden, da diese in praktisch farblose Komplexverbindungen überführt weEndpunkt durch die rosa Färbung der Lösung. Die Zugabe ist aberforderlich, der Farbumschlag ist auch ohne Zugabe von Phosphorsäure gut erkennbar. Mit dem bestimmten titrimetrischen Faktor der Kaliumpermangananet man den Eisen(II)-Gehalt der Probe. Titration des Gesamteisen-Gehaltes nach Reduktion von Eisen(III) zu Eisen(II) Man pipettiert für die Doppelbestimmung des Gesamteisen-Gehaltes je 25 mL der Probe in einen 300 mL Erlenmeyerkolben. Die Reduktion mit schwefliger Säure verlständig, deshalb werden die eisenhaltigen Proben mit Natriumcarbonat-Lösung versetzt, so dass sie nur noch leicht sahbleibende Trübung auftritt. Anschließend gibt man wenige Tropfen Schwefelsäure zubis sich die Trübung bzw. der Niederschlag wieder aufgelöst hat. Dann versetzt man mit einem Überschuss etwa 15 Minuten zum Sieden. Durch die Farbe der Lösung kann man erkennen, ob die Reduktion vollständig abgelaufen ist (Eisen(III)-Lösung: gelb, Eisen(II)-Lösung: praktisch farblos). Überschüssiges SO2 muss anschließend ausgetrieben werden. Man kann VORSICHTIG an der Probe riechen, ob noch SO2 ausgetrieben wird und erhitzt dann entweder weiter oder lässt die Probe abkühlen. Man versetzt die reduzierten Proben mit je 50 mL 5%iger S

79

Die Titration kann in kalter oder heißer Lösung vorgenommen werden, analog zu der Titration der Eisen(II)-Bestimmung. Der Endpunkt ist erreicht, wenn die Lösung eine bleibende schwach orange Färbung annimmt bzw. nach Zugabe von Phosphorsäure eine rosa Färbung. Mit der bestimmten Kaliumpermanganat-Lösung berechnet man den Gesamteisen-Gehalt der Probe und bestimmt durch Differenzbildung den Eisen(III)-Gehalt.

ehlerquellen

olumen sollte gering, die Konzentration hoch sein

erspritzen von Lösung durch unvorsichtiges Hantieren

ttieren Pipette verdreckt

Ablaufzeit nicht eingehalten

…

ehlerhaftes Einstellen der Permanganat-Lösung

Un der Eisen(III)-Lösung Un l schüssigem SO2

Auswertung Angabe des Eisen(II)-Gehaltes in mg pro 100 mL. (Angabe des Eisen(III)-Gehaltes in mg pro 100 mL.) Angabe des Gesamteisen-Gehaltes {Eisen(II) und Eisen(III)} in mg pro 100 mL. F V Verwendung unreiner Reagenzien V Ungenaues Pipe

Schlifffett in der Pipette oder Pipettierhilfe

Ablesefehler

F

vollständige Reduktion

vol ständiges Entfernen von über

80

Diplomstudiengang „Nanostrukturwissenschaft“ 3 Präparate Teil A Feststoff Durchführung einer einfachen Synthese zur Herstellung eines Feststoffs. Übung zum Umgang mit einer Versuchsanleitung und mit quantitativen Arbeits-techniken. Teil B Flüssigkeit Durchführung einer Destillation zur Aufreinigung bzw. Absolutierung einer Flüssigkeit. Übung zum Umgang mit chemischen Apparaturen. Die Präparate werden vom Praktikumsleiter ausgegeben und nach Absprache mit dem Betreuer durchgeführt. Dabei gilt folgende Vorgehensweise: Ausgabe des Präparates vom Praktikumsleiter Angaben: Betreuer, Name der Verbindung, Ansatzgröße, Anleitung (Literatur) Vorprotokoll erstellen Notwendige Informationen sind u.a. Gefahrstoffsymbole, R- und S-Sätze, Entsorgung, benötigte Glasgeräte, benötigte Chemikalien (Menge) Vorlage des Vorprotokolls beim zugeteilten Betreuer Durchführung der Synthese Abgabe des Präparats Beschriftung: Name, Datum, Name des Präparates, Ausbeute Abgabe des Protokolls spätestens eine Woche nach Abgabe des Präparates Aufbau: Name des Präparates Reaktionsgleichungen Ansatzgröße Durchführung, Beobachtungen, Fehlerquellen Ausbeute x g = 100 % x g = x % (Literatur) x g = x % (erhaltene Ausbeute) Charakterisierung (Bestimmt durch Schmelzpunkt, NMR, …) Literatur (z.B.: G. Brauer, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie) Vorprotokoll beilegen

81

Vorprotokoll Flüssigpräparat

Name

Vorname

Betreuer

Name des Präparates

Menge

Reaktionsgleichung bei Trocknung oder Reinigung

Eingesetzte Stoffe (Edukte und Produkte) Name Gefahrstoffsymbol R- und S-Sätze

Bedeutung der genannten R- und S-Sätze

82

Entsorgung der eingesetzten Edukte

Benötigte Geräte und Apparaturen

Literatur

Unterschrift des Betreuers

83

Vorprotokoll Feststoffpräparat

Name

Vorname

Betreuer

Name des Präparates

Ansatzgröße

Reaktionsgleichung

Eingesetzte Stoffe (Edukte und Produkte) Name Gefahrstoffsymbol R- und S-Sätze

Bedeutung der genannten R- und S-Sätze

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Entsorgung der eingesetzten Edukte

Berechnung der Ansatzgröße Edukt MG benötigte mol benötigte g bzw. mL

Literatur

Benötigte Geräte und Apparaturen Durchführung (nur stichwortartig)

Unterschrift des Betreuers

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Lehramtsstudiengang „Chemie“ 2 Anorganisch-Quantitative Analyse Teil A Kolorimetrische Phosphatbestimmung Phosphat-Ionen reagierten im sauren Bereich mit Molybdänsäure zu gelben Phosphor-Molybdän-Heteropolysäuren. Durch Reduktionsmittel (wie z.B. SnCl2 oder Hydrochinon) entstehen daraus je nach den Reaktionsbedingungen verschieden aufgebaute Molybdänblauverbindungen mit Molybdän in den Oxidationsstufen +IV und +VI. Diese Reaktion macht man sich bei der quantitativen Phosphatbestimmung zunutze, denn die Intensität der blauen Farbe ist proportional zur Menge des anwesenden Phosphats bzw. der Menge der daraus gebildeten Molybdatophosphorsäure. In der Praxis stellt man sich zunächst eine Reihe von Lösungen mit genau bekanntem Phosphatgehalt her und führt mit ihnen die Farbreaktion aus. Die Lösung mit unbekanntem Phosphatgehalt lässt man unter den gleichen Bedingungen reagieren und vergleicht dann die auftretende Farbintensität mit den Standard-lösungen. Lösungen mit gleicher Farbintensität enthalten die gleiche Phosphatmenge. Bei einer genauen kolorimetrischen Analyse verlässt man sich nicht auf das Auge, sondern bedient sich eines Photometers: Monochromatisches Licht durchläuft zwei Gefäße, sog. Küvetten. Eine Küvette enthält das reine Lösungsmittel (z.B. Wasser), die andere die gefärbte Lösung. Nach dem Küvettendurchtritt haben die beiden Lichtstrahlen unterschiedliche Intensitäten, denn die farbige Lösung hat das Licht geschwächt. Mit Hilfe von Standardlösungen ermittelt man eine Eichkurve, aus der man dann den Gehalt der unbekannten Lösung bestimmen kann. Farbige Lösungen zeigen häufig eine lineare Abhängigkeit der Extinktion von der Konzentration, bei gleicher Schichtdicke (Küvettenlänge) der durchstrahlten Flüssigkeit. Die dazugehörige quantitative Beziehung bezeichnet man als das Lambert-Beer’sche Gesetz. Dieses lautet: E = ε·c·d. Hierbei bedeuten E = Extinktion, E = log Io/I, Io = Intensität des ungeschwächten Lichts, I = Intensität des durch die farbige Lösung geschwächten Lichtstrahls, ε = molarer Extinktionskoeffizient, c = Konzentration in mol/L, d = Schichtdicke. Reagenzien Reagenz A: 5 mL Ammoniummolybdatlösung werden mit 5 mL Wasser und 1 mL konzentrierter Schwefelsäure (Vorsicht!) versetzt. Reagenz B: 3 g Zinn(II)-chlorid werden in 100 mL verdünnter Salzsäure gelöst. Ist die Lösung trüb, muss sie filtriert werden.

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Versuchsdurchführung Man füllt die phosphathaltige Probe im Messkolben mit Wasser auf 100 mL auf. Dann stellt man fünf große, saubere Reagenzgläser bereit und gibt in Nr. 1 genau 1 mL der ausstehenden 0.1 m Natriumdihydrogenphosphatlösung. Dann wird mit destilliertem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 10 mL aufgefüllt (mit geeichtem Reagenzglas vergleichen!). Durch Umschütteln wird gut durchgemischt. Dann entnimmt man aus Reagenzglas Nr. 1 genau 1 mL Lösung und gibt sie in Reagenzglas Nr. 2, wo sie auf 10 mL verdünnt und gut umgeschüttelt wird. Man wiederholt diesen Vorgang bis Reagenzglas Nr. 5. Aus Nr. 5 wird 1 mL abpipettiert und verworfen, so dass in allen fünf Reagenzgläsern jeweils 9 mL enthalten sind. In ein sechstes Reagenzglas füllt man 9 mL der Lösung mit unbekanntem Phosphatgehalt. In jedes Reagenzglas gibt man erst 15 Tropfen von Reagenz A (gut umschütteln!) und dann 5 Tropfen von Reagenz B (wieder gut umschütteln!). Auswertung Durch Vergleich der Farbintensität der phosphathaltigen Lösung unbekannter Konzentration mit den Reagenzgläsern der selbst hergestellten Verdünnungsreihe bestimmt man die Phosphatkonzentration der Lösung.

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Teil B Gravimetrische Kupferbestimmung Kupfersalze bilden mit Thiocyanat (Rhodanit, SCN−) zunächst schwerlösliches Cu(SCN)2, das sich langsam in Cu2(SCN)2 umwandelt.

-SCNCu

2+Cu2(SCN)2 (SCN)2+ +42

Darum lässt sich Kupfer mit Thiocyanat nur in der einwertigen Form quantitativ bestimmen. Aus Lösungen, die Kupfer nur in Form von Cu(I) enthalten fällt bei Zugabe einer etwa äquimolaren Menge Thiocyanat quantitativ Cu2(SCN)2 als weißer Feststoff aus (L = 1.6·10-11 mol4·L−4). Versuchsdurchführung Man füllt die auf Probe im Messkolben auf 100 mL auf. Nach guter Durchmischung pipettiert man für eine Doppelbestimmung je 25 mL in ein Becherglas und füllt mit Wasser auf etwa 100 mL auf. Dann reduziert man die Lösung mit 5prozentiger H2SO3 (etwa 20 mL pro 100 mg Cu2+). Mit 2 N Ammoniak vermischt man die Lösung bis zum Auftreten einer ersten Trübung. Diese Trübung löst man mit wenigen Tropfen H2SO3 wieder auf. Der pH-Wert der Probe sollte bei 5 liegen, weil mit zunehmendem pH-Wert die Löslichkeit des Cu2(SCN)2 steigt. Zu der reduzierten Lösung gibt man für 100 mg Kupfer 20 mL 0.1 N Ammonium- oder Kaliumthiocyanatlösung aus einer Bürette hinzu. Ein größerer Überschuss an Thiocyanat muss vermieden werden, weil sonst Cu2(SCN)2 in Form von [Cu(SCN)2]− wieder in Lösung geht. Den Niederschlag lässt man 5 Minuten rühren und filtriert nach 2 bis 3 Stunden dekantierend über einen Filtertiegel. Man wäscht 3 bis 4 mal mit kaltem Wasser, dann 1 mal mit wenig Methanol, trocknet im Tiegelschuh bei 120 °C und wiegt. Oxidationsmittel wie NO3

− sowie Ag+, Tl+, Hg22+, Hg2+, und Pb2+ stören diesen

Nachweis. Auswertung Angabe des Kupfergehaltes in mg pro 100 mL.

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Teil C Manganometrische Eisenbestimmung Die Manganometrie ist ein maßanalytisches Verfahren aus der Familie der Redox-Titrationen. Diese Titration basiert auf einer Redoxreaktion, bei der man ein Oxidationsmittel (bzw. Reduktionsmittel) als Titrationsmittel verwendet, um eine Probe zu bestimmen, die reduzierende (bzw. oxidierende) Eigenschaften hat. Für maßanalytische Bestimmungen eignen sich Reaktionen, die schnell, quantitativ und ohne Nebenreaktionen ablaufen. Bei einer Volumetrie ermittelt man die Masse eines zu bestimmenden Stoffes durch Volumenmessung. Man misst die Stoffmenge eines Reaktionspartners, die bis zur vollständigen Gleichgewichtseinstellung einer eindeutig ablaufenden Reaktion verbraucht wird. Am Ende der Titration ist der sog. Äquivalenz- oder Endpunkt erreicht, bei dem sich äquivalente Mengen von Probe und Titrationsmittel umgesetzt haben. Dieser Äquivalenzpunkt muss entweder direkt sichtbar sein, oder eindeutige angezeigt werden können. Reaktionsprinzip Die Manganometrie ist eine Redox-Titration, mit der sich Reduktionsmittel bestimmen lassen, die von Permanganat oxidiert werden. Kaliumpermanganat fungiert dabei als Oxidationsmittel und wird selbst reduziert. Arbeitet man in neutraler bzw. schwach saurer Lösung, entsteht während der

olhard-Wolff).

Bei den

Titration eine gefärbte Fällung von MnO2 (Methode nach V

meisten Titrationen mit Permanganat arbeitet man jedoch im stark Sauren,

eil die Oxidationskraft in diesem Bereich am größten ist und zusätzlich die quivalenzpunktbestimmung sehr einfach ist.

10–6 mol • l–1) sichtbar und wird durch

e mit saurer Permanganat-

) in der Lösung vorliegt, muss dieses ige Form überführt werden. Dazu sind Reduktionsmittel

iger Reduktion ohne Schwierigkeit aus der Lösung

Kombination der en ergänzen muss. Im Fall der Titration

MnO4 MnO2- -OH3

++ 3 e H2O+ + 64

wÄDen Endpunkt der Titration kann man leicht an einer bleibenden Rosafärbung erkennen. Mn2+ ist praktisch farblos, MnO4

– ist intensiv violett gefärbt. Diese Färbung ist schon bei geringsten Konzentrationen (ca. einen geringen Überschuss Kaliumpermanganat hervorgerufen.

MnO4 Mn2+

OH3+- - +II+VII

+ 5 e H2O8 + + 12

Als Redoxpartner lässt sich z.B. Eisen(II) in der KältLösung zu Eisen(III) oxidieren.

+II +III

Fe

2+ -Fe3+

1 e+

Wenn ein Teil des Eisens als Eisen(IIIquantitativ in die zweiwertgeeignet, die nach vollständentfernt werden können. Verwendet werden kann u. a. schweflige Säure.

OH2 Fe

2+Fe

3+SO3 SO4 H

+-2 -+2 + + 2+

22

ch Die Gleichung für den gesamten Redoxvorgang erhält man durTeilgleichungen, wobei man die Koeffizient

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Permanganat:Eisen ist das Verhältnis 1:5, man kann also 5 Teile Eisen mit einem Teil Permanganat oxidieren. MnO4

2+OH3

+- -+ 5 e8 +

Natriumoxalat (nach Sörensen) als Urtitersubstanz verwendet. Die Titration wird bei

, p. A. aliumpermanganat-Lösung, 0.1 N chwefelsäure, 5%ig

chführung

t-Lösung iumoxalat bei 230 °C im Trockenschrank.

ur Bestimmung des titrimetrischen Faktors werden zweimal ja 150 bis 200 mg (Massen notieren!). Jede Probe wird quantitativ in einen

rlenmeyerkolben überführt und in etwa 100 mL Wasser gelöst. und auf etwa 80 °C

Meniskus).

-Ionen erfolgt zu Beginn nur träge. Nach Zugabe einiger Milliliter kann man

Mn

Vor der Titration muss die Permanganat-Lösung eingestellt werden, wofür man

Fe2+ -Fe

3+5.

MnO4 Mn2+

OH3+- Fe

2+5 Fe

3+

1 e+

+ H2O8 + + 12+5

etwa 80 °C in schwefelsaurer Lösung durchgeführt. Die Reaktion läuft zu Beginn langsamer ab als im weiteren Verlauf, da die entstehenden Mn2+-Ionen die Reaktion katalysieren.

Natriumoxalat

MnO Mn2+

OH+- C O CO-2+ H O16 + + 242 5 2 10+2 4 22

H2O+ 12

4 3

Reagenzien

KS Versuchsdur Einstellen der KaliumpermanganaMan trocknet das NatrZNatriumoxalat abgewogenEDann wird die Probe mit 50 mL 5%iger Schwefelsäure versetzt erwärmt. Man titriert die heiße Lösung unter ständigem schütteln mit der Kaliumpermanganat-Lösung aus der Bürette (Achtung! bei undurchsichtigen Lösungen erfolgt die Einstellung der Nullmarke und die Ablesung am oberen Rand desDie Titration sollte anfangs langsam und tropfenweise erfolgen, denn die Oxidation der Oxalatdie Permanganat-Lösung etwas schneller einfließen lassen, da die entstehenden Mn2+-Ionen die Reaktion katalysieren. Gegen Ende der Titration (die Entfärbung wird langsamer) wird wieder tropfenweise titriert. Solange in der Lösung Oxalat-Ionen enthalten sind, entfärbt sich die Permanganat-Lösung unter Bildung von praktisch farblosem Mn2+ und gasförmigen CO2. Ist der Äquivalenzpunkt erreicht, färbt die überschüssige Permanganat-Lösung die Mischung rosa. Die Maßlösung ist bei dieser Reaktion also gleichzeitig der Farbindikator für den Endpunkt. Aus der Einwaage an Natriumoxalat und dem Verbrauch bestimmt man die Stoffmenge der KMnO4-Lösung.

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Titration des Eisen(II)-Gehaltes Man füllt die eisenhaltige Probe im Messkolben mit Wasser auf 100 mL auf. Nach guter Durchmischung pipettiert man für die Einzelbestimmung des Eisen(II)-Gehaltes 25 mL in einen 300 mL Erlenmeyerkolben, versetzt mit 50 mL 5%iger Schwefelsäure und verdünnt mit Wasser auf 200 mL. Die Titration kann in kalter oder heißer Lösung vorgenommen werden. Der Endpunkt ist erreicht, wenn die Lösung eine bleibende schwach orange Färbung annimmt. Die Farbe resultiert aus der gelben Farbe der entstandenen Eisen(III)-Ionen und dem Violett der überschüssigen Permanganat-Lösung. Durch Zusatz von etwas Phosphorsäure (Manganbestimmung nach Reinhardt-Zimmermann) kann man die Farbe des Eisen(III)-salzes unterbinden, da diese in praktisch farblose Komplexverbindungen überführt werden. Dann erkennt man den Endpunkt durch die rosa Färbung der Lösung. Mit dem bestimmten titrimetrischen Faktor der Kaliumpermanganat-Lösung berech-net man den Eisen(II)-Gehalt der Probe. Titration des Gesamteisen-Gehaltes nach Reduktion von Eisen(III) zu Eisen(II) Man pipettiert für die Doppelbestimmung des Gesamteisen-Gehaltes je 25 mL der Probe in einen 300 mL Erlenmeyerkolben. Die Reduktion mit schwefliger Säure verläuft in stark saurer Lösung nur unvoll-ständig, deshalb werden die eisenhaltigen Proben mit Natriumcarbonat-Lösung versetzt, so dass sie nur noch leicht sauer sind. Dazu gibt man in die Eisen(III)-haltige Probe vorsichtig solange Natriumcarbonat-Lösung dazu, bis eine leichte Trübung auftritt. Anschließend gibt man wenige Tropfen Schwefelsäure zu, bis sich die Trübung bzw. der Niederschlag wieder aufgelöst hat. Dann versetzt man mit einem Überschuss schwefliger Säure und erhitzt die Proben etwa 15 Minuten zum Sieden. Durch die Farbe der Lösung kann man erkennen, ob die Reduktion vollständig abgelaufen ist (Eisen(III)-Lösung: gelb, Eisen(II)-Lösung: praktisch farblos). Überschüssiges SO2 muss anschließend ausgetrieben werden. Man kann VORSICHTIG an der Probe riechen, ob noch SO2 ausgetrieben wird und erhitzt dann entweder weiter oder lässt die Probe abkühlen. Man versetzt die reduzierten Proben mit je 50 mL 5%iger Schwefelsäure und verdünnt mit Wasser auf 200 mL. Die Titration kann in kalter oder heißer Lösung vorgenommen werden, analog zu der Titration der Eisen(II)-Bestimmung. Der Endpunkt ist erreicht, wenn die Lösung eine bleibende schwach orange Färbung annimmt bzw. nach Zugabe von Phosphorsäure eine rosa Färbung. Mit der bestimmten Kaliumpermanganat-Lösung berechnet man den Gesamteisen-Gehalt der Probe und bestimmt durch Differenzbildung den Eisen(III)-Gehalt. Auswertung Angabe des Eisen(II)-Gehaltes in mg pro 100 mL. Angabe des Eisen(III)-Gehaltes in mg pro 100 mL. Angabe des Gesamteisen-Gehaltes {Eisen(II) und Eisen(III)} in mg pro 100 mL.

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Teil D Komplexometrische Titration Bei der komplexbildenden Titration, der Komplexometrie, werden Metallionen mit Maßlösungen umgesetzt, die komplexbildende Liganden (meist organische, mehrzähnige Chelatliganden) enthalten. Im folgenden Versuch wird Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, engl.: ethylene diamine tetraacetic acid) in Form ihres Dinatriumsalzes verwendet, das unter dem Namen Titriplex III im Handel erhältlich ist.

O

OH O

NO N

OHOH O

OH Formel von EDTA EDTA ist eine vierbasige Säure mit den pKS Werten: pKS1 = 2.00, pKS2 = 2.67, pKS3 = 6.16 und pKS4 = 10.26. In wässriger Lösung liegt EDTA als Zwitterion vor, in dem die Carboxylgruppen deprotoniert und die Stickstoffatome protoniert sind. Das so

tellung des pH-Wertes

t man einen Metallindikator (im Gegensatz zu den

gs weniger stabil sind als die EDTA Komplexe.

ndene Indikator

pH-Bereich über 12 bildet Calconcarbonsäure mit Ca2+ stabile Komplexe, nicht ber mit Mg2+, so dass sich auch in Lösungen, die Calcium- und Magnesiumionen

alciumgehalt quantitativ bestimmen lässt.

entstandene EDTA2−-Ion bildet mit vielen Metallionen in neutraler oder alkalischer Lösung besonders stabile Chelat-Komplexe, wobei zwei Protonen freigesetzt werden. Die Komplexstabilität ist stark pH-Wert abhängig. Unterhalb von pH 9 führt die Protonierung der [M(EDTA)]-Komplexe zu einer Abnahme der Komplexstabilitäten. Bei der Komplexometrie muss also nicht nur auf die Einssondern auch auf eine ausreichende Pufferung geachtet werden. Zur Endpunkterkennung verwendebekannten pH-Indikatoren). Metallindikatoren sind Farbstoffe, die mit Metallionen selbst Komplexe bilden, die allerdinDa die komplex gebundenen Metallindikatoren eine andere Farbe haben als in ihrer nicht komplexierten Form, erfolgt der Farbumschlag wenn der gebudurch das EDTA freigesetzt ist. Wichtige Metallindikatoren sind Calconcarbonsäure, Eriochromschwarz T und Murexid. Imaenthalten der C

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Im folgenden Versuch soll der Gehalt an Calcium und Magnesium in einer Lösung bestimmt werden.

estimmung des Calcium-Gehalts

an füllt eine Bürette mit 0.05 M Titriplex III-Lösung (EDTA-Dinatriumsalz). Dann werden die 25 mL der Probelösung mit 0.5 mL (25 proz.) Salzsäure angesäuert, kurz aufgekocht und unter fließendem Wasser auf ca. 40 °C abgekühlt. Durch langsames Zutropfen von ca. 4 mL wässriger 2 M NaOH Lösung stellt man einen pH-Wert von 12-13 ein (mit pH-Papier kontrollieren). Nach Zugabe einer Spatelspitze Calconcarbonsäure titriert man unter kräftigem Schütteln mit EDTA-Dinatriumsalzlösung bis zu einem Farbumschlag von rot nach blau. Bestimmung des Magnesium-Gehaltes Die bei der Calciumbestimmung anfallende Lösung ist alkalisch und enthält den für ie Magnesiumbestimmung störe den Indikator Calconcarbonsäure.

1 mL 30prozentiger H2O2 wird die Lösung vorsichtig erhitzt (nichts erspritzen, alkalische Lösungen neigen zu Siedeverzügen!), bis die Farbe des

o d

eine Indikator Puffertablette hinzu und fängt sofort an, die Lösung zu

agnesiumionen nicht erfasst?

ie funktioniert die Wasserenthärtung in Geschirrspülmaschinen (Regeneration mit NaCl)? Kann man mit EDTA auch den Gehalt an Ba, Co, Li, Cs und SO4

2- bestimmen?

Versuchsdurchführung BMan füllt die Probe im Messkolben auf 100 mL auf. Nach guter Durchmischung pipettiert man für eine Doppelbestimmung je 25 mL in einen 250 mL Erlenmeyerkolben. M

d nDurch Zugabe von vIndikators verschwunden ist. Dann wird mit wenig k nzentrierter Salzsäure er Magnesiumhydroxid-Niederschlag in Lösung gebracht (pH 9-10, tropfenweise zugeben, gut umrühren). Man kühlt den Kolbeninhalt unter fließendem Wasser auf ca. 40 °C ab und versetzt die Lösung mit 1.5 mL wässriger NH3-Lösung (25prozentig), bis ein pH-Wert von 10 eingestellt ist (mit pH-Papier kontrollieren). Man gibttitrieren. Zunächst titriert man rasch, bei beginnender Graufärbung langsam bis zu einem Farbumschlag von rot nach grün. Auswertung Angabe des Calcium-Gehaltes (Mittel- und Einzelwerte). Angabe des Magnesium-Gehaltes (Mittel- und Einzelwerte). Fragen: Warum wird die Lösung vor dem Titrieren gekocht? Warum werden beim 1. Schritt die MWelche Puffer werden verwendet? Informieren Sie sich über die Maßeinheiten der Wasserhärte. Welche Funktionen haben Zeolithe in Waschmitteln? W

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Literatur Analytische Chemie, Chemie Basiswissen III

H.A. Klein, pringer-Verlag, Berlin 2004

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raktikum in Allgemeiner Chemie

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mweltfreundlichere Versuche im Anorganisch-Analytischen Praktikum . Wiskamp CH Verlagsgesellschaft, Weinheim 1995

www.nearingzero.net

H.P. Latscha, G.W. Linti,S Anorganisches Grundpraktikum kompakt G. L. Kiel Wiley-VCH Verlag, W Lehrbuch der analytischen und präparativen anorganischen Chemie G. Jander, E. Blasius S. Hirzel Verlag, Leipzig 1989 Lehr- und Übungsbuch der anorganisch-analytischen Chemie G.O. Müller H Maßanalyse G. Jander, K.F. Jahr, H. Knoll De Gruyter Verlag, Berlin 1973 Praktikum Anorganische Analyse B. Schmidkonz Wissenschaftlicher Verlag Harri Deutsch, Frankfurt 2002 Praktikum der Quantitativen Chemischen Analyse G.O. Müller Hirzel Verlag Leipzig 1968 PH. Fischer V Praktikum zur allgemeinen und anorganischen Chemie ADeutsche Qualitative Anorganische AnalyseE. Gerdes

Springer-Verlag, Berlin 1998 Quantitative Anorganische Analyse H. Lux, WSpringer-Verlag, Berlin 1992 UVV

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Ausarbeitung des Scripts:

Dr. Sabine Tomm, rgänzungen und Berichtigungen von C. Bruhn

Korrekturen und Anregungen von:

Prof. Dr. Ulrich Siemeling

bille Funke Mario Meier

mit E

Sy

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Script zum Grundpraktikum Anorganische Chemie · Vorbemerkungen Laborordnung Informieren Sie sich über Notausgänge, Feuerlöscher, Notduschen, Augenduschen und andere Sicherheitseinrichtungen,