Universität Leipzig
Fakultät für Chemie und Mineralogie
Institut für Anorganische Chemie
Praktikum
„Allgemeine und Anorganische Chemie“
für Studierende des Bachelorstudiengangs Biochemie
(1. Fachsemester)
Modul 13-BCH-0101
Name:
Matrikel-Nummer:
Kastennummer: Leipzig im Oktober 2018
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“
Hinweise zum Praktikum
1
Allgemeines
Grundsätzliche Voraussetzung für die Teilnahme am Praktikum ist eine
unterschriftlich belegte Einschreibung in das Modul (Bachelorstudiengang
Biochemie: 13-BCH-0101) sowie die nachweisliche Teilnahme an der aktuellen
Arbeitsschutzbelehrung.
Ferner müssen Sie zu Beginn des Praktikums im Besitz eines Laborkittels
(Baumwolle, langarm) und eines Protokollbuchs (DIN A5, gebunden) sein.
Sollten Sie eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllen, werden Sie von der
Teilnahme am Praktikum ausgeschlossen!
Das Praktikum „Allgemeine und Anorganische Chemie“ umfasst 120 Semester-
Wochenstunden und wird an 15 Praktikumstagen (je 8h – einschließlich der
Platzabgabe und Saalreinigung) durchgeführt. Die an diesen Praktikumstagen zu
bewältigenden Aufgaben sind nachfolgend beschrieben. Als begleitendes Lehrbuch
zu den Aufgaben und Nachweisen ist der Jander / Blasius, “Lehrbuch der
analytischen und präparativen anorganischen Chemie”, S. Hirzel Verlag (ab
10. Auflage) zu empfehlen.
Praktikumstage - Übungsaufgaben
Das Arbeiten in chemischen Laboratorien setzt immer ein hohes Maß an
Selbststudium voraus. Der gefahrlose und sichere Umgang mit Chemikalien ist nur
gewährleistet, wenn deren chemischen und physikalischen Eigenschaften (z.B.
Giftigkeit, Brennbarkeit, etc.) bekannt sind. Selbstverständlich ist auch, dass
Versuche nur dann sinnvoll, sicher und erfolgreich durchgeführt werden können,
wenn man sich zuvor darüber informiert hat, was während des Versuchs passiert
(oder passieren könnte) und welche Reaktionsprodukte zu erwarten sind, d.h. die
Reaktionsgleichung für diese Reaktion kennt. Aus Sicherheitsgründen kann und darf
das Praktikum nur derjenige durchführen, der die Versuchsabläufe und die damit
verbundenen Gefahren kennt. Durch eine praktikumsbegleitende
Leistungsüberwachung (Antestate) soll sichergestellt werden, dass der für ein
gefahrloses und selbständiges Arbeiten in den weiterführenden Praktika erforderliche
Wissensstand vorhanden ist.
Um Ihr Wissen nachweislich belegen zu können, geben Sie die zu dem
jeweiligen Praktikumstag gehörenden Übungsaufgaben gelöst und in
schriftlicher Form beim Seminarleiter vor Seminarbeginn ab.
Über jedes Experiment ist in einem DIN A5-Buch Protokoll zu führen. Es ist mit
Namen und Praktikumsplatznummer zu beschriften.
Das Protokollbuch ist immer mitzuführen und wird stichprobenartig kontrolliert.
Grundsätzlich gilt: Wer bei einer Veranstaltung (Praktikum, Klausur) zeitweise oder
ganz fehlt, muss ein ärztliches Attest (oder ähnliches) vorweisen und das Versäumte
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“
Hinweise zum Praktikum
2
zu gegebener Zeit nachholen.
In begründeten Fällen (z.B. grobes Fehlverhalten) ist jeder Assistent befugt, einzelne
Personen von der Teilnahme am Praktikum auszuschließen!
Seminar zum Praktikum
Begleitend zum Praktikum findet morgens 8:00 Uhr vor jedem Praktikumstag ein
Seminar statt. Vor Beginn des Seminars sind die schriftlich gelösten
Übungsaufgaben zum jeweiligen Praktikumstag abzugeben.
Die Teilnahme ist obligatorisch. Wer nicht am Seminar teilnimmt, darf nicht ins
Praktikum!
Leistungsüberprüfung, Klausur zum Praktikum
Um das Praktikum erfolgreich abzuschließen, müssen:
das schriftliche Testat zum Praktikum (Prüfungsvorleistung, am 10.12.2018
um 8.00 Uhr, 60 Min.) bestanden werden.
alle Versuche und Analysen erfolgreich und vollständig absolviert werden
das Protokollbuch vollständig vorliegen
Zum Bestehen der Prüfungsvorleistung müssen mind. die Hälfte der Punkte erreicht
werden. Werden die geforderten Punkte nicht erreicht, ist die Teilnahme an einem
Wiederholungstestat möglich, andernfalls muss das Testat im darauf folgenden
Wintersemester wiederholt werden.
Das schriftliche Testat überprüft den im Praktikum vermittelten Stoff und berechtigt
zur Teilnahme an der Klausur zur begleitenden Vorlesung. Ein Muster für die
schriftliche Prüfungsvorleistung findet sich im Anhang.
Arbeitssicherheit
Neben der Teilnahme an der vorgeschriebenen Arbeitsschutzbelehrung zu den
Laborordnungen und den vor Ort vorhandenen Sicherheitseinrichtungen, sollte sich
jeder selbständig vor Beginn der praktischen Arbeiten im chemischen Labor über die
relevanten Gesetzte, Verordnungen, Geräte und Arbeitstechniken informieren. Dazu
sollten auch die Informationen der gesetzlichen Unfallversicherung zum sicheren
Arbeiten in chemischen Laboratorien (GUV-I 8553) genutzt werden.
Notrufnummern
Feuerwehr/Rettungsstelle Tel. 112
Polizei Tel. 110
Dispatcher (Havarien) Tel. 34444/34333
Sicherheitsbeauftragter (PD Dr. T. Zimmermann) Tel. 36033
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“
Hinweise zum Praktikum
3
Spezielle Hinweise zum Praktikum
I. Maßangaben
Die Durchführung der Experimente in der qualitativen Analyse erfordert weder exakte
Volumina an Lösungen noch exakte Substanzmengen. Es genügen dabei ungefähre
Maße, wobei die allgemeine Regel „weniger ist mehr“ beachtet werden sollte, da
viele Nachweise bei Einsatz kleiner Substanzmengen eindeutiger sind und kleine
Volumina das Experimentieren wesentlich erleichtern und beschleunigen.
Beachte: Entscheidend für das Gelingen der Experimente ist jedoch die
Konzentration der eingesetzten Standardreagenzien (Lösungen am Arbeitsplatz) und
der für die Reaktionen erforderliche pH-Wert.
Tabelle für ca. Volumenmaße
II. Chemikalien im Praktikum
Die gängigen Reagenzlösungen für die Versuche im Praktikum befinden sich am
Arbeitsplatz in Pipettenflaschen in einem Flaschengestell, dem Ackermanngestell.
Das Auffüllen von leeren Pipettenflaschen aus diesem Gestell obliegt den Studenten
im Praktikum, entsprechende Vorratsflaschen sind im Praktikumssaal in einem
gekennzeichneten Abzug zu finden. Metallsalzlösungen bzw. Chemikalien, die nur
an bestimmten Praktikumstagen benötigt werden, sind in einem zentral gelegenen
Abzug im Saal zu finden und sollen dort auch ständig belassen werden.
Sollten einmal Chemikalienflaschen fehlen bzw. sind diese nicht aufgefüllt, ist dies
unverzüglich einem Assistenten zu melden.
Gehen Sie bitte stets sparsam und bedacht mit den Chemikalien um.
Beachte: Chemikalienreste bzw. mit Chemikalien kontaminierte Feststoffabfälle
gehören nicht in das Abwasser bzw. den Hausmüll, sondern in die
entsprechenden Abfallbehälter im Labor!
Bei Unklarheiten fragen Sie bitte stets bei einem Assistenten nach!
Glasgerät ca. Volumen in mL
Tropfpipette zur Pipettenflasche (Schraubverschluss) 1
1,5 cm hoch gefülltes Halbmikroreagenzglas 1
Tropfpipette zur Schliff-Pipettenflasche 1,5
1cm hoch gefülltes Reagenzglas bzw. Zentrifugenglas 1,5
Halbmikroreagenzglas (HMRG) 5
Zentrifugenglas (ZG) 12,5
Reagenzglas (RG) 25
Pipettenflasche (mit Schraubverschluss) 25
Pipettenflasche (mit Schliff) 50
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“
Hinweise zum Praktikum
4
III. Spezielle Begriffe
Aufschluss = Überführen wasser- und säureunlöslicher in
lösliche Verbindungen
Auszug (Extrakt) = Gezieltes Herauslösen von Verbindungen
aus einem Stoffgemisch
digerieren = behandeln
dekantieren = Abgießen von Flüssigkeiten von einem
Bodensatz
Halbmikroreagenzglas = Glühröhrchen, kleines Reagenzglas, HMRG
Gasentwicklungsapparatur = HMRG mit Ansatz, Düse und Stopfen
Siedestab = Glasstab, wird zum Verhindern eines
Siedeverzuges eingesetzt
Siedeverzug = Flüssigkeiten können unter bestimmten
Bedingungen über ihren Siedepunkt hinaus
erhitzt werden, ohne dass diese sieden. Der
Siedevorgang setzt dann schlagartig ein,
wobei die siedende Flüssigkeit aus dem
Gefäß geschleudert werden kann!
Wasser = In der chemischen Analyse ist damit i. A.
deionisiertes Wasser gemeint.
Die Entnahmestelle für dieses Wasser ist mit
den Buchstaben VE (voll entionisiert)
gekennzeichnet.
Zentrifugat = Ist die klare Lösung, die sich nach dem
Zentrifugieren über dem Niederschlag
befindet.
Gruppenversuch = Die Experimente werden in Gruppen (3–5
Personen) durchgeführt. Die Aufgaben sollen
dabei „gerecht“ verteilt werden (jeder Student
soll aktiv am Experiment beteiligt sein).
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“
Hinweise zum Praktikum
5
Platzausrüstung
Jedem Praktikant steht ein Arbeitsplatz mit nachfolgender Ausstattung zur
Verfügung.
Geräte, die für die Durchführung des Praktikums notwendig sind, werden vom Institut
leihweise zur Verfügung gestellt. Nach Beendigung des Praktikums sind Sie
verpflichtet, diese in ordnungsgemäßem und gereinigtem Zustand wieder
abzugeben.
Prüfen Sie bitte deshalb am 1. Praktikumstag die Vollständigkeit Ihrer zugeteilten
Geräte-Box. Später gilt jeder fehlende Posten als Verlust und muss auf Ihre Kosten
erstattet werden!
Geräte (Inhalt graue Box) Chemikalien am Arbeitsplatz
Anzahl Gerät
Chemikalie Konzentration der
Lösung
1 Regal mit 19 Chemikalienflaschen verd. H2SO4 9% 1 M
1 Bunsenbrenner konz. H2SO4 96% 18 M
1 Drahtnetz für Dreifuß Chlorwasser 0,4-0,5% max. 0,1 M
1 Dreifuß verd. HCl 7 % 2 M
1 Spatel konz. HCl 32 % 10,2 M
1 Reagenzglaszange CH3COOH 96 % 17 M
1 Mörser mit Pistill verd. HNO3 12 % 2 M
4 Uhrgläser konz. HNO3 65 % 14,5 M
1 Reagenzglasständer NaOH 32 % 11 M
10 Reagenzgläser Ba(OH)2 0,3 M
10 Halbmikroreagenzgläser NH3 + H2O 25 % 13,5 M
10 Zentrifugengläser BaCl2 9,5 % 0,5 M
1 Reagenzglasbürste KI 1 % 0,06 M
1 Erlenmeyerkolben (NH4)2CO3 4,7 % 0,5 M
3 Bechergläser (3 versch. Größen) AgNO3 1,7 % 0,1 M
5 Pipetten Petrolether
1 Spritzflasche C2H5OH
1 Tüpfelplatte Sulfanilsäure 1 % in 30%iger Essigsäure
5 Objektträger α-Naphthylamin 1 % in 30%iger Essigsäure
1 Schutzbrille
2 Porzellanschalen
4 Stopfen (2 versch. Größen)
1 Glasstab
1 Tiegelzange
1 Gasentwicklungsapparatur
1 Magnesiarinne
2 Chemikalien-Gläschen
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
6
Inhalt
- Erklärung der wichtigsten Laborgeräte und ihre Handhabung
- Demonstration wichtiger Laboroperationen
- Darstellung von Gasen
1.1 Arbeiten mit dem Bunsenbrenner
Nehmen Sie den Bunsenbrenner zur Hand! An ihm können Sie zwei Einstellungen
vornehmen: Gaszufuhr: Die Regelungsschraube befindet sich gegenüber des
Schlauch-Anschlusses. Ist sie ganz hineingedreht, ist die Gaszufuhr geschlossen; ist
sie lose, kann Gas durch den Brenner strömen. Luftzufuhr: Das Regelungsrad sitzt
waagerecht unten am Schornstein.
Schließen Sie den Brenner mit dem Gas-Sicherheitsschlauch am Gasanschluss
Ihres Arbeitsplatzes an. Vor jeder Inbetriebnahme sollten die Gaszufuhr und die
Luftzufuhr am Brenner geschlossen sein. Öffnen Sie den gelben Gashahn mit
leichtem Druck nach hinten und einer Linksdrehung. Entzünden Sie das
ausströmende Gas am oberen Brennerrand.
Jetzt können Sie mit der Gaszufuhr die Höhe der Brennerflamme regeln. Durch
langsames Öffnen der Luftzufuhr wird aus der leuchtenden Flamme eine blassblaue
(entleuchtete) Flamme, diese beginnt zu fauchen wenn die Luftzufuhr weiter nach
unten gedreht wird. In dieser Einstellung können Sie Temperaturen von mehreren
hundert Grad Celsius (bis ca. 800°C) erreichen.
Erhitzen Sie zukünftig stets mit der entleuchteten Flamme, um Rußbildung (gelbe
Flamme) zu vermeiden!
1.2 Erhitzen / Einengen von Lösungen im Reagenzglas
Es ist stets auf die Öffnung des Reagenzglases zu achten. Sie sollte nie auf
Personen gerichtet sein!
→ Ein Reagenzglas wird mit etwa 1-2 mL Wasser gefüllt. Das Reagenzglas wird
mit einer Reagenzglasklammer bei stetigem Schütteln über den Bunsenbrenner
erhitzt. Die Lösung wird bis zur Trockene eingeengt.
Dies wird vorsichtig mit einem halbvoll gefüllten Reagenzglas wiederholt.
1.3 Erhitzen von größeren Flüssigkeitsmengen
Nicht nur beim Erhitzen sondern vor allem auch bei chemischen Reaktionen ist ein
zu volles Reagenzglas von großem Nachteil. Größere Flüssigkeitsmengen setzt man
deshalb in Bechergläsern passender Größe um.
Man stellt das Becherglas auf ein Drahtnetz, das mit einem Dreifuß über dem
Brenner steht. Dabei sollte der innere Kegel der entleuchteten Brennerflamme das
Drahtnetz nicht berühren. Das Einstellen eines Glasstabes und gelegentliches
umrühren verhindert dabei Siedeverzüge.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
7
→ 2 Spatelspitzen Natriumchlorid werden in etwa 10 mL Wasser in einem kleinen
Becherglas gelöst. Die Lösung wird, wie umseitig beschrieben, zum Sieden erhitzt.
Wenn die Lösung bis auf wenige Milliliter eingedampft ist, wird die Gaszufuhr
unterbrochen und die Lösung auf dem heißen Drahtnetz langsam bis zur Trockene
eindampfen gelassen.
Merke: Ein Eindampfen der Lösung bis zur Trockne über der heißen Brennerflamme
ist unbedingt zu vermeiden, da es dabei zum Verspritzen und Zersetzen des
Rückstandes durch Überhitzung kommt.
1.4 Erwärmen von Flüssigkeiten im Zentrifugenglas
Die Wandstärke der Zentrifugengläser ist größer als die herkömmlicher
Reagenzgläser, um den Kräften, die beim Zentrifugieren auftreten, standhalten zu
können. Beim direkten Erhitzen über der freien Brennerflamme treten infolge der
schlechten Wärmeleitfähigkeit von Glas Spannungen in diesen dicken Gläsern auf.
Dies führt zu Rissen im Glas, die beim Erhitzen oder späterem Zentrifugieren zum
Zerspringen der Gläser führen.
Eine Erwärmung von Flüssigkeiten im Zentrifugenglas ist nur im Wasserbad
möglich. Dazu wird das Zentrifugenglas in ein passendes Becherglas mit Wasser
eingestellt, welches über der entleuchteten Brennerflamme auf dem Drahtnetz erhitzt
wird. Der Flüssigkeitsstand im Zentrifugenglas sollte nicht über dem des
Wasserbades liegen.
→ Das auskristallisierte NaCl aus Versuch 1.3 wird in ca. 5 mL Wasser gelöst. In
zwei Zentrifugengläser geben Sie jeweils 4 Tropfen dieser Cl--haltigen Lösung und
füllen mit 2 mL Wasser auf. Eines dieser Zentrifugengläser wird im Wasserbad
langsam auf ca. 40°C erwärmt (bei dieser Temperatur lässt sich Glas noch mit den
Fingern anfassen, das Wasserbad fängt ab ca. 60°C an sichtbar zu dampfen), das
andere wird im Reagenzglasständer abgestellt. Die restliche Lösung im Becherglas
wird fachgerecht entsorgt.
1.5 Trennen von Feststoff und Flüssigkeit – Zentrifugieren / Dekantieren
Beim Zentrifugieren trennt man Feststoffe von Flüssigkeiten durch die Fliehkraft, die
auf die Bestandteile einer Mischung unterschiedlich wirkt.
Das Gemisch wird in einem starkwandigen Zentrifugenglas, das maximal zu ⅔ gefüllt
sein darf, in die Zentrifuge gehängt.
Die Zentrifugen im Labor dürfen nicht über eine Drehfrequenz von
4000 Umdrehungen pro Minute gebracht werden. Diese Drehfrequenz entspricht in
10 cm Entfernung von der Rotationsachse einer Radialbeschleunigung von etwa
1800 gN (1800fache Erdschwerebeschleunigung). Angesichts der dabei auftretenden
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
8
großen Kräfte ist es notwendig, die Last der Zentrifugengläser gewissenhaft
symmetrisch zur Rotationsachse zu verteilen, um Schäden an den Lagern der
Zentrifuge und Unfälle zu vermeiden. Aus gleichem Grund darf die Zentrifuge nur bei
geschlossenem Deckel betrieben werden.
Es genügt wenn Sie ab dem Erreichen von 4000 U/min eine Minute lang
zentrifugieren lassen. Der Feststoff hat sich dann fest an den Boden des Glases
gepresst, die überstehende Flüssigkeit kann nun dekantiert (= vorsichtig
abgegossen) oder pipettiert werden.
→ Säuern Sie beide Lösungen aus Versuch 1.4 mit je 2 Tropfen verd. HNO3 an
und versetzen Sie unter leichtem Schütteln mit so viel AgNO3-Lösung bis sich der
gebildete Niederschlag zusammenballt. Zum Absetzen des Niederschlags wird das
erwärmte Zentrifugenglas wiederum in das warme Wasserbad gestellt, während das
zweite Zentrifugenglas in der Zentrifuge (symmetrische Belastung beachten, als
Gegengewicht ein gleichschweres, entsprechend gefülltes Zentrifugenglas
einhängen) zentrifugiert wird. Um eine vollständige Ausfällung des AgCl zu
erreichen, versetzt man beide Lösungen wiederum mit AgNO3 und wiederholt den
obigen Vorgang solange, bis bei der Zugabe von AgNO3 keine Trübung mehr zu
beobachten ist. Anschließend werden die klaren Lösungen dekantiert und verworfen.
Die erhaltenen Niederschläge werden so oft mit Wasser gewaschen bis die
Waschlösung keine Reaktion mehr mit KI-Lösung zeigt (i.A. 2–3mal). Dazu wird das
Waschwasser in ein RG gefüllt und mit einem Tropfen KI-Lösung versetzt, wird die
Lösung trüb, muss der Waschvorgang wiederholt werden.
Indirekter Nachweis für Chlorid:
Füllen Sie ein Zentrifugenglas mit dem gewaschenen AgCl bis zur Hälfte mit
Ammoniumcarbonatlösung. Nach 1-2 min Schütteln wird zentrifugiert. Überführen Sie
die überstehende Lösung in ein RG und versetzten Sie mit KBr-Lösung. Die
einsetzende Trübung zeigt indirekt Chlorid an.
1.6 Erhitzen von Feststoffen im Reagenzglas
→ Eine Spatelspitze Kupfersulfat-Pentahydrat (CuSO4∙5H2O) wird in einem
trockenen HMRG in der Flamme des Bunsenbrenners erhitzt. Das Reagenzglas wird
dabei waagerecht gehalten.
Woraus kann man schließen, dass die Kristalle Wasser enthielten?
Das Erhitzen wird fortgesetzt, bis Sie keine weiteren Veränderungen mehr
wahrzunehmen sind.
Wodurch unterscheidet sich der Rückstand im Aussehen von der
Ausgangssubstanz? Was geschieht, wenn länger auf Rotglut erhitzt wird?
Das Experiment wird mit einer Spatelspitze der folgenden Substanzen wiederholt,
Natriumchlorid und Kaliumaluminiumsulfat–Dodecahydrat (KAl(SO4)2∙12H2O).
Die Beobachtungen sind zu erklären.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
9
1.7 Darstellung von Wasserstoff im Reagenzglas – „Knallgasprobe“
→ Im Abzug! Man gibt in ein Reagenzglas 3-5 Zinkspäne sowie wenige
Körnchen CuSO4, bedeckt dieses Feststoffgemisch mit verd. H2SO4 (ca. 2 mL) und
versetzt mit einem Tropfen konz. H2SO4. Das Reagenzglas wird mit einer geraden
Düse (durchbohrter Stopfen mit Gasableitungsrohr) verschlossen und über die
Öffnung der Düse wird ein HMRG gestülpt. Nach ca. 1 bis 1,5 Minuten ist die Luft
aus dem HMRG durch den leichteren Wasserstoff verdrängt. Ohne es umzudrehen
wird das HMRG vorsichtig hochgehoben und sofort mit dem Daumen verschlossen.
Beim Drehen öffnet man es dicht an der Brennerflamme. Ist das Reagenzglas nur mit
Wasserstoff gefüllt, brennt dieser ruhig ab. Ist im Reagenzglas noch nicht verdrängte
Luft, entsteht Knallgas!
1.8 Darstellung von Fluorwasserstoff im Reagenzglas – „Kriechprobe“
Achtung: Beachten Sie bitte die Hinweise über die Giftigkeit von Fluor, Chlor, Brom
und Iod. Die Halogene sind starke Oxidationsmittel.
→ Im Abzug! Geben Sie eine kleine Spatelspitze F−-haltige Substanz in ein
trockenes, noch nicht geätztes Reagenzglas und versetzen Sie diese mit ca. 2 mL
konz. H2SO4. Aus den meisten Fluoriden wird hierbei sofort HF freigesetzt, sonst
kann vorsichtig in der Brennerflamme erwärmt werden (dabei Schütteln nicht
vergessen!). Das langsam in großen Blasen an der Glaswand empor kriechende HF
ätzt die Glasoberfläche, sodass infolge dieser Ätzung die Oberfläche des Glases von
der H2SO4 nicht mehr benetzt wird. Beim Schütteln des Reagenzglases fließt die
heiße Schwefelsäure an diesen Stellen wie Wasser an einer fettigen Fläche ab.
Das Reagenzglas bleibt zum Abreagieren und Abkühlen im Abzug stehen. Danach
wird die Schwefelsäure vorsichtig in ein Becherglas, das ca. das 5fache Volumen
Wasser enthält, gegossen.
Ein weiterer Nachweis für Fluorid ist die „Ätzprobe“.
→ Im Abzug! Versetzen Sie auf einem Objektträger sehr wenige Körnchen
einer F–-haltigen Substanz mit einem Tropfen konzentrierter Schwefelsäure. Decken
Sie mit einem zweiten nicht geätzten Objektträger vorsichtig ab. Die Objektträger
müssen direkt aufeinander liegen. Nach einigen Minuten Reaktionszeit werden die
Objektträger abgespült und trocken gewischt. Die geätzte Oberfläche des Glases
verdeutlicht die Reaktion zwischen SiO2 und HF. Das Glas ist an dieser Stelle rau
und milchig trüb.
1.9 Darstellung von Chlor im Reagenzglas – Herstellen von Chlorwasser
→ Im Abzug! (Gruppenversuch) Man gibt in ein Reagenzglas ca. ½ Spatelspitze
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
10
Braunstein (MnO2) und versetzt mit 2-3 mL konz. HCl. Das Reagenzglas wird mit
einem passenden durchbohrten Stopfen verschlossen, durch den ein abgewinkeltes
Gasableitungsrohr führt. Das Reaktionsgefäß wird im Wasserbad erhitzt, bis eine
merkliche Gasentwicklung einsetzt. Dann wird das Chlorgas in ein zu ⅓ mit Wasser
gefülltes Reagenzglas eingeleitet. Die Öffnung der Gasableitung muss dabei in das
Wasser hineinreichen. Die Gaseinleitung wird solange fortgesetzt, bis sich die
Lösung im Reaktionsgefäß nahezu entfärbt hat. Das Reagenzglas mit dem
Chlorwasser wird entfernt und anschließend! wird die Wärmezufuhr eingestellt.
Oxidation von Bromid und Iodid zu Brom bzw. Iod
→ In ein Reagenzglas, das mit einer Mischung aus je 3 Tropfen KI-Lösung, KBr-
Lösung, verd. H2SO4 und 3 mL Wasser gefüllt wurde, gibt man ca. 2 mL Petrolether
und anschließend 2 Tropfen des dargestellten Chlorwassers. Man verschließt das
Reagenzglas mit einem passenden Stopfen und schüttelt es mehrmals kräftig durch.
Der Stopfen wird entfernt, die violette Farbe der organischen Phase (Petrolether-
Schicht) zeigt die Bildung von Iod an. Die Zugabe von Chlorwasser und das
anschließende kräftige Durchschütteln der Mischung werden so oft wiederholt, bis
sich die Farbe der Petroletherphase nicht mehr ändert.
Bemerkung: Falls die max. Füllhöhe des Reagenzglases erreicht ist, überführt man
ca. 2 mL der unteren wässrigen Schicht in ein zweites Reagenzglas, überschichtet
wiederum mit Petrolether und setzt die Chlorwasserzugabe wie beschrieben fort.
Petrolether ist ein organisches Lösungsmittel und muss stets in den SCHWARZEN
ABFALLKANISTER entsorgt werden! Dies gilt für alle organischen Substanzen, die
Sie im Laufe des Praktikums verwenden. (z.B. Amylalkohol, Diethylether…)
Oxidationswirkung von konz. H2SO4 – Vorprobe auf Iod bzw. Brom
→ Im Abzug! In je einem RG werden einige Körnchen KBr bzw. KI mit wenigen
Tropfen konz. Schwefelsäure versetzt und erhitzt. Neben der Entwicklung von HBr
und HI entstehen braune bzw. violette Dämpfe, die auf Br− bzw. I− hinweisen.
1.10 Darstellung von Schwefelwasserstoff – Nachweis von Sulfid (S2-)
Achtung: Schwefelwasserstoff ist ein farbloses, nach faulen Eiern riechendes, sehr
giftiges Gas. Es verursacht Reizung der Augen und Atemwege, ist ein schweres
Atemgift und die Geruchswahrnehmung kann bei längerer Einwirkung und höherer
Konzentration aussetzen!
→ Im Abzug! (Gruppenversuch) Wenige Körnchen einer S2--haltigen
Substanz (z.B. FeS, CuS) werden mit sehr wenig Zinkpulver (max. ¼ der
Probenmenge) auf einem Uhrglas vermischt. Angefeuchtetes Bleiacetatpapier wird in
ein zweites passendes Uhrglas „geklebt“. Zu der Feststoffmischung gibt man
vorsichtig wenige Tropfen einer zuvor, in einem RG hergestellten, ca. 6 molaren
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
11
Salzsäure (konz. und verd. HCl 1:1 mischen). Das zweite Uhrglas mit dem
Bleiacetatpapier wird sofort über die Reaktionsmischung gestülpt.
Man wiederhole den Versuch ohne Zugabe von Zink.
1.11 Darstellung von Ammoniak – Nachweis vom Ammonium (NH4+)
→ Im Abzug! (Gruppenversuch) Eine Spatelspitze Ammoniumchlorid wird auf
einem Uhrglas mit einem Natriumhydroxid-Plätzchen und 2–3 Tropfen Wasser
versetzt. Das Uhrglas wird sofort mit einem weiteren Uhrglas, an das zuvor ein
Streifen feuchtes Universalindikatorpapier geklebt wurde, abgedeckt.
Man wiederhole den Versuch unter Verwendung einer NaOH-Lösung statt festem
NaOH.
Nachweis von Ammoniak durch Geruch
→ Eine Spatelspitze Ammoniumchlorid wird in einem Mörser mit einem NaOH-
Plätzchen und 2 Tropfen Wasser mit dem Pistill verrieben. Dabei tritt der typische,
stechend-scharfe Ammoniakgeruch auf.
1.12 Spontane Zersetzung von Ammoniumnitrat
→ Im Abzug! (Gruppenversuch) Einige Körnchen NH4NO3 (VORSICHT!)
werden in ein auf Rotglut erhitztes Glühröhrchen (HMRG) geworfen. Sie beobachten
eine stark exotherme Reaktion unter Zersetzung mit Feuererscheinung!
1.13 Darstellung von Stickstoffdioxid – Nachweis von Nitrat (NO3-)
→ Im Abzug! (Gruppenversuch) Man gibt in die Gasentwicklungsapparatur
ca. 2–4 Zinkspäne, bedeckt diese mit konz. HNO3. Die Öffnung der Gasableitung
wird in ein zu ⅔ mit Wasser gefülltes HMRG geschoben und das entstehende braune
Gas (NO2) eingeleitet. Wenn die Gasentwicklung merklich nachlässt (evtl. kurz
erwärmen), wird das HMRG entfernt.
Der pH-Wert der Lösung wird getestet, indem man einen sauberen Glasstab in die
Lösung taucht und danach mit dem anhaftenden Tropfen ein kleines Stückchen
Unitestpapier anfeuchtet.
Nachweis von Nitrat (NO3- ) mit Lunges Reagenz
→ 2 Tropfen der Lösung werden auf der Tüpfelplatte mit 1-2 Körnchen Zinkgrieß
und jeweils einem Tropfen α–Naphthylamin und Sulfanilsäure versetzt. Der am Zink
entstehende Azofarbstoff zeigt Nitrat an.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
12
1.14 Darstellung von Kohlenstoffdioxid – Nachweis von Carbonat (CO32-)
→ Man gibt eine ½ Spatelspitze CO32--haltige Substanz in eine
Gasentwicklungsapparatur und versetzt mit verd. HCl, mit einem Gummistopfen wird
schnell verschlossen und das entstehende Gas wird in ein HMRG, das zu ⅓ mit
Ba(OH)2-Lösung gefüllt ist, eingeleitet. Gegebenenfalls wird gelinde erwärmt. Eine
sich bildende Trübung zeigt CO32− an.
Mit etwas Übung kann der Nachweis auch in folgender Weise ausgeführt werden.
→ Auf einem Uhrglas wird eine Spatelspitze eines Carbonats mit verd. HCl
versetzt. So schnell wie möglich wird das Uhrglas mit einem zweiten abgedeckt, an
dessen Unterseite ein Film einer Ba(OH)2-Lösung gebracht wurde. Auch hier wird
das CO32− durch die sofort einsetzende Trübung nachgewiesen.
1.15 Darstellung von Sauerstoff - Zerfall von Wasserstoffperoxid
→ In der Gasentwicklungsapparatur wird eine ½ Spatelspitze Braunstein mit
3%iger H2O2-Lösung versetzt. Es findet starke Gasentwicklung statt. Der
entstehende Sauerstoff lässt einen glimmenden Holzspan entflammen.
Alle Beobachtungen werden protokolliert, die Reaktionsgleichungen formuliert.
Danach sind alle benutzten Geräte (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!)
sowie der Arbeitsplatz und die Abzüge zu reinigen. Der saubere aufgeräumte
Arbeitsplatz wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten
abgenommen, der dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 1. Praktikumstag Geräte und Arbeitstechniken
13
Übungsaufgaben
1 Die Gasentnahmestellen im Labor sind mit „Brenngas“ gekennzeichnet,
welches Gas ist damit gemeint und was ist der Hauptbestandteil?
2 Glasgeräte, die über dem Gasbrenner erhitzt wurden, ist anzusehen, ob die
leuchtende oder die nicht leuchtende Brennerflamme zum Erwärmen genutzt
wurde. Begründen Sie den Unterschied!
3 Wo befindet sich beim Gasbrenner der Oxidations-, der Reduktions- und der
Schmelzraum? Woher kommen diese Bezeichnungen und welche
Temperaturen sind in diesen Räumen zu erwarten?
4 Die meisten Glasgeräte im Labor sind „DURAN®-Gläser“, ab welcher
Temperatur ist eine Verformung dieser Gläser zu erwarten?
5 Was ist chemisch der Hauptbestandteil von Glas? Wann schmilzt diese
amorphe Verbindung?
6 Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen für die in Versuch 1.5 durchgeführte
Fällung auf, war das ansäuern mit Salpetersäure notwendig? Begründen Sie
Ihre Antwort!
7 Die Fällung von AgCl (Versuch 1.5) soll bei zwei verschiedenen Temperaturen
durchgeführt werden. Erwarten Sie beobachtbare temperaturabhängige
Unterschiede bei der Fällung bzw. beim Abtrennen des Niederschlages?
8 Was passiert bei der Behandlung des AgCl-Niederschlages mit einer
Ammoniumcarbonatlösung und dem Versetzen dieser Lösung mit KBr
(Reaktionsgleichung)? Wie hätte ein AgBr-Niederschlag unter diesen
Bedingungen reagiert?
9 Was ist Knallgas, wie kann die Knallgasprobe ausgelöst werden und welche
Reaktion läuft dabei ab?
10 Welche chemischen Reaktionen laufen in Versuch 1.8 ab?
Zeigen Sie an selbstgewählten Beispielen, wie die schwereren Halogenide
unter diesen Bedingungen reagieren (Reaktionsgleichungen)!
11 Welche chemischen Reaktionen laufen in Versuch 1.9 ab, geben Sie für diese
Reaktionen die Reaktionsgleichungen an!
12 Warum ist für den Sulfidnachweis (Versuch 1.10) die Zugabe von Zink
empfehlenswert, welche Reaktionen laufen ab?
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
14
Nichtmetalle und ihre Verbindungen
Die Nichtmetalle sind Hauptgruppenelemente und bilden neben neutralen i.A.
ionische Verbindungen. Die Anionen dieser Nichtmetallverbindungen, die in
wässriger Lösung dissoziiert vorliegen, sind in der qualitativen Analyse durch
typische Reaktionen nachweisbar. Als analytische Reaktion dienen dabei, neben der
Entwicklung von Gasen, spezifische Fällungs- und Farbreaktionen.
2.1 Reaktionen mit Silberionen
→ In jeweils ein Zentrifugenglas gibt man:
a) 4 Tropfen NaCl-Lösung
b) 4 Tropfen KBr-Lösung
c) 4 Tropfen KI-Lösung
Die Zentrifugengläser werden mit Wasser auf ca. 2 mL aufgefüllt. Alle 3 Lösungen
werden mit verd. HNO3 angesäuert und tropfenweise mit AgNO3 bis zur vollständigen
Fällung der Silbersalze versetzt (siehe Versuch 1.5). Die ausgefällten Silbersalze
werden zentrifugiert und silberionenfrei gewaschen. (Bemerkung: Beobachtungen
notieren)
Man arbeitet mit den Niederschlägen in den Zentrifugengläsern wie folgt weiter:
I. Alle Niederschläge mit je ca. 3–4 mL Ammoniumcarbonatlösung
versetzten und kräftig schütteln bzw. umrühren, Niederschläge
zentrifugieren und das jeweilige Zentrifugat (Lösung) in einem RG mit
wenigen Tropfen KBr-Lösung versetzten.
II. Die zurückbleibenden Niederschläge von I. mit ca. 3 mL konz. NH3
versetzten, kräftig schütteln, zentrifugieren und das jeweilige Zentrifugat
in einem RG zuerst mit wenigen Tropfen KBr-Lösung und anschließend
einer KI-Lösung versetzten.
III. Der Niederschlag aus c) wird zweimal mit je 3 mL Wasser gewaschen,
anschließend mit ca. 4 mL verd. Schwefelsäure angesäuert (pH-Wert
testen!) und mit ½ Spatelspitze Zinkpulver versetzt. Man lässt diese
Mischung ca. 5 Min. reagieren, zentrifugiert und gibt die klare Lösung in
ein Reagenzglas. Nach Verdünnen auf das doppelte Volumen
unterschichtet man die Lösung mit 3 mL Petrolether, gibt 5–6 Tropfen
Chlorwasser hinzu und schüttelt diese Lösung kräftig durch (Stopfen
nicht vergessen)
IV. Alle Beobachtungen notieren und die Glasgeräte reinigen.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
15
2.2 Reaktionen mit Bariumionen
→ In jeweils ein RG (beschriften) gibt man:
d) 2 Tropfen (NH4)2CO3-Lösung und füllt mit Wasser auf ca. 1,5 mL auf
e) ½ Spatelspitze Na2HPO4 und löst in ca. 1,5 mL Wasser
f) ½ Spatelspitze Borax und löst in 1,5 mL Wasser
g) ½ Spatelspitze Na2SO4 und löst in 1,5 mL Wasser
h) ½ Spatelspitze NaF und löst in ca. 1,5 mL Wasser
i) 0,5 mL konz. HCl
Zu diesen 6 Lösungen gibt man nun 5 Tropfen BaCl2-Lösung, durchmischt durch
leichtes Schütteln der Reagenzgläser und säuert die Lösungen d) – h) mit HCl unter
Schütteln an (pH-Wert testen), während die Lösung i) vorsichtig auf das dreifache
Volumen mit Wasser verdünnt wird.
Alle Beobachtungen notieren und die Glasgeräte reinigen!
2.3 Reaktionen mit Molybdatlösung – Phosphatnachweis (PO43-)
→ Im Abzug! In jeweils ein Reagenzglas (beschriften) gibt man:
j) ¼ Spatelspitze Na2HPO4 und versetzt mit ca. 2 mL konz. HNO3
k) 2 mL eines „Cola-Getränkes“ (pH-Wert testen) und versetzt mit ca. 1 mL konz.
HNO3
Die beiden Lösungen werden über dem Brenner unter Schütteln erhitzt, bis sich die
Farbe der Lösung nicht mehr ändert (oder: erste braune Dämpfe entstehen). Man
lässt etwas abkühlen, gibt je 2 Tropfen konz. HNO3 hinzu (Bemerkung: bei der
Analyse unbekannter Verbindungen werden evtl. vorhandene unlösliche Bestandteile
vor Weiterreaktionen durch Zentrifugieren abgetrennt) und versetzt die klaren
Lösungen mit ca. 1,5 mL einer zuvor frisch hergestellten ammoniakalischen
Ammoniummolybdatlösung. Die Lösungen werden gut durchgeschüttelt und kurz
erhitzt, die Beobachtungen notiert und die Reagenzgläser nach dem Abkühlen
gereinigt.
Herstellen der Ammoniummolybdatlösung
2 Spatel (NH4)6Mo7O24.4H2O werden in ca. 3 mL verd. Ammoniak gelöst.
2.4 Nachweis von Acetat (CH3COO-)
→ Eine gehäufte Spatelspitze acetathaltige Substanz wird in einem Mörser mit
mindestens der doppelten Menge an feuchtem Kaliumhydrogensulfat (KHSO4) mit
dem Pistill verrieben, wobei die aus dem Acetat gebildete Essigsäure deutlich am
Geruch erkennbar ist.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
16
2.5 Nachweis von Borat (BO33-)
→ In einem dunklen Abzug arbeiten. Eine gehäufte Spatelspitze Natriumborat
wird in einem trockenen Porzellantiegel mit ca. 2 mL Methanol und mit 3 Tropfen
konz. H2SO4 versetzt. Man wartet ca. 1 Minute bevor das Gemisch mit einem
Streichholz oder der Brennerflamme angezündet wird.
Man wiederhole diesen Versuch mit ½ Spatelspitze Kupferchlorid anstelle des
Borats.
2.6 Nachweis von Sulfat (SO42-)
Sulfationen geben mit Bariumionen einen schwerlöslichen Niederschlag.
→ Geben Sie zu einer Sulfatlösung einige Tropfen Bariumchloridlösung. Es fällt
weißes Bariumsulfat (Schwerspat) aus. Der Niederschlag löst sich im Gegensatz zu
Bariumcarbonat auch bei weniger Zugabe von verd. HCl nicht wieder auf.
2.7 Oxidation von Wasserstoffperoxid mit Kaliumpermanganat
H2O2 kann sowohl als Oxidations- als auch als Reduktionsmittel wirken. Gegenüber
starken Oxidationsmitteln wirkt es als Reduktionsmittel.
→ Im Abzug! Eine Kaliumpermanganatlösung wird mit verd. H2SO4 angesäuert
und mit 3%iger H2O2-Lösung versetzt. Es erfolgt Sauerstoffentwicklung, die mit
einem glimmenden Holzspan nachgewiesen werden kann.
Alle Beobachtungen werden protokolliert, die Reaktionsgleichungen formuliert.
Danach sind alle benutzten Geräte (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!)
sowie der Arbeitsplatz und die Abzüge zu reinigen. Der saubere aufgeräumte
Arbeitsplatz wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten
abgenommen, der dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
17
Hinweise zur Durchführung der qualitativen Analyse
Aufgabe der qualitativen Analyse ist es Verbindungen und Stoffgemische in ihre
Einzelkomponenten zu zerlegen und zu identifizieren. Der Hauptzweck einer solchen
Analyse im Praktikum ist es, die bei den Vorversuchen erworbenen Kenntnisse der
Arbeitstechnik und des chemischen Verhaltens von Stoffen zu vertiefen, indem an
Proben unbekannter Zusammensetzung Trenn- und Nachweisreaktionen
durchgeführt werden.
Die Analysensubstanz wird in Form eines Feststoffgemisches ausgegeben, das sich
in einem Mörser mit jeweiliger Praktikumsplatznummer befindet. Vor dem
Experimentieren ist unbedingt die Übereinstimmung dieser Nummer zu überprüfen
um Verwechselungen bei der Auswertung der Ergebnisse auszuschließen.
Man achte darauf, dass bei allen Versuchen, bei denen ein Teil der Probe eingesetzt
wird, eine gute Durchmischung vorliegt. Es hat sich bewährt, die Analyse am
Arbeitsplatz gut abgedeckt (z.B. mit einem Uhrglas) aufzubewahren.
Der Gang der Analyse ist stichwortartig in einem Protokoll festzuhalten, das laufend
parallel zu den einzelnen Schritten geführt werden muss und aus dem das Ergebnis
der Analyse deutlich zu erkennen sein muss. Dieses Protokoll wird vom Assistenten
bei starker Abweichung des Ergebnisses eingesehen.
Durchzuführende Analysen
A1: F-, Cl-, Br-, I-
A2: SO42-, NO3
-, PO43-, CO3
2-, BO33-, CH3COO-, S2-
A3: Anionen – Gesamtanalyse (Gruppen A1 – A2)
B1: Hg(I), Ag, Pb → Salzsäuregruppe
C1: Hg(II), Pb, Cu, Cd → Schwefelwasserstoffgruppe (Kupfergruppe)
C2: As, Sb, Sn → Schwefelwasserstoffgruppe (Arsen-Zinn-Gruppe)
G1: 1. Gesamtanalyse (Gruppen B1 – C2 + A1 – A2)
D1: Fe, Al, Cr → Urotropingruppe
E1: Ni, Co, Mn, Zn → Ammoniumsulfidgruppe
F1: Ca, Sr, Ba → Ammoniumcarbonatgruppe
H1: Mg, Li, Na, K, NH4+ → Lösliche Gruppe
G2: 2. Gesamtanalyse (Gruppen D1 – H1 + A1 – A2)
G3: Vollanalyse (Gruppen G1 – G2) Zusammensetzung siehe Seite 51
In den Analysen B1 – H1 sind neben den Kationen auch die Anionen F-, Cl-, Br-, I-,
SO42-, NO3
-, CO32- und S2- zu bestimmen!
Bewertung:
Note: 1.0 1.3 1.7 2.0 2.3 2.7 3.0 3.3 3.7 4.0 5.0
Fehler: 0-4 5-8 9-12 13-16 17-20 21-24 25-28 29-32 33-36 37-40 >41
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
18
2.8Analyse A1
→ Die Anionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem Assistenten zur Auswertung gegeben. In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen, damit die nächste Probe
abgefüllt werden kann.
2.9Analyse A2
→ Die Anionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
19
Übungsaufgaben
1 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für alle Reaktionen, die im
Versuch 2.1 mit den Lösungen a), b) und c) durchgeführt werden.
Vermerken Sie daneben kurz die zu erwartenden Beobachtungen, z.B. gelber
Niederschlag↓ oder Gasentwicklung↑ oder Niederschlag löst sich auf…!
2 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für alle Reaktionen, die im
Versuch 2.2 mit den Lösungen d), g) und h) durchgeführt werden.
Vermerken Sie daneben kurz die zu erwartenden Beobachtungen!
3 Die Bildung von Niederschlägen ist eine – in der qualitativen Analyse –
vielfach genutzte Nachweismöglichkeit. Ein Nachweis kann aber durch einen
„Konzentrationsniederschlag“ vorgetäuscht werden, der z.B. bei der Zugabe
von BaCl2 zu konz. Salzsäure auftreten kann, z.B. Versuch 2.2 i).
Wann entsteht ein „Konzentrationsniederschlag“, mit welcher Theorie lässt
sich das erklären?
4 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für den Phosphatnachweis
(Versuch 2.3), welche Anionen reagieren ähnlich?
5 Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für den Versuch 2.4, welche
allgemeine „Regel“ liegt dieser Reaktion zugrunde?
6 Welche Aufgabe hat die Schwefelsäure beim Borat-Nachweis im Versuch 2.5
und warum muss der Tiegel trocken sein?
7 Als effektives Reinigungsmittel für Laborglas wird zu einer Lösung von
Natronlauge Wasserstoffperoxid gegeben. Was wirkt dabei als eigentliches
„Reinigungsmittel“ und warum?
8 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Versuche 2.5 bis 2.7!
9 Neben Ammoniak sind in der qualitativen Analyse andere gasförmige
Wasserstoffverbindungen von Elementen der 5. Hauptgruppe von Bedeutung,
welche sind das und wie würden Sie diese darstellen?
10 Zur Herstellung von Größeren Gasmengen, z.B. auch Schwefelwasserstoff
wird im Labor der Kippsche Apparat genutzt. Skizzieren Sie kurz diesen
Apparat und dessen Funktionsprinzip.
11 Erklären Sie die Begriffe Gemenge, Suspension, Emulsion, Aerosol, Lösung
und Legierung. Nennen Sie Beispiele aus der Natur bzw. der täglichen
Umgebung.
12 Gegeben seien folgende Salze: BaCl2∙2H2O, Na2SO4∙10H2O, NaCl,
Na3PO4∙12H2O, KNO3, K2CrO4, AgNO3. Wie viel Gramm der Salze müssen
Sie jeweils abwiegen, um 20 mL einer 0,1M Lösung herzustellen?
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 2. Praktikumstag Qualitative Analyse - Anionen
20
13 Zur Bestimmung des Calciumgehaltes einer Calcium(II)-chlorid-Lösung
wurden 20 mL dieser Lösung mit Oxalsäure umgesetzt und dabei 1,2 g
schwerlösliches Calciumoxalat-Hydrat Ca(C2O4)∙H2O erhalten. Bestimmen Sie
den Gehalt der Lösung an Calciumchlorid in mg/100 mL bzw. mol/L.
14 Nennen Sie jeweils fünf polare und unpolare Lösungsmittel. Suchen Sie in
einem Tabellenwerke die Siede- und Schmelzpunkte dieser Lösungsmittel auf.
Welche Siede- bzw. Schmelzpunkte besitzen Wasser- bzw. Benzol-Lösungen,
wenn in 100 g des Lösungsmittels 1,00 g Natriumchlorid bzw. 1,00 g Schwefel
aufgelöst werden?
K(H2O) = 0,514°C kg/mol Siedepunktserhöhung
= −1,86°C kg/mol Gefrierpunktserniedrigung
K(Benzol) = 2,53°C kg/mol Siedepunktserhöhung
= −5,12°C kg/mol Gefrierpunktserniedrigung
15 Das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid beträgt bei Raumtemperatur
KL = 1,1×10−10 mol2/L2. Wie viel Mol und wie viel mg AgCl sind in einem Liter
Wasser löslich? Bei 100°C lösen sich 21,1 mg AgCl in einem Liter Wasser.
Berechnen Sie das Löslichkeitsprodukt für diese Temperatur.
16 Die Konzentration der Mg2+-Ionen in einer Lösung sei 6×10−3 mol/L. Wie groß
darf die Konzentration an OH−-Ionen sein, damit aus der Lösung gerade noch
kein Mg(OH)2 ausfällt? Das Löslichkeitsprodukt von Mg(OH)2 beträgt
KL = 1.2×10−11 mol3/L3.
17 Was liegt in einer wässrigen Lösung der Kohlensäure wirklich vor und was
befindet sich in Stahlflaschen mit der Aufschrift "Kohlensäure"?
18 Nennen Sie je fünf schwerlösliche Salze der Kohlensäure, Phosphorsäure und
Schwefelsäure.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 3. Praktikumstag Lösen und Aufschließen – Analyse A3
21
Lösen
Feste Substanzen werden vor ihrer qualitativen und quantitativen Untersuchung
zumeist gelöst. Unter einer Lösung versteht man eine stabile, homogene Verteilung
eines Stoffes in einem Lösungsmittel. Nach dem Grad der Verteilung unterscheidet
man echte Lösung, kolloide Lösung und Suspension. Für chemische Reaktionen
werden größtenteils echte Lösungen (i.A. nur Lösung genannt) verwendet.
Löslichkeit
Ein Lösungsmittel kann i.A. nur eine bestimmte Menge eines Stoffes lösen. Ist die
Löslichkeitsgrenze überschritten, so nennt man die Lösung gesättigt (Wert des
Löslichkeitsproduktes wird erreicht). Wird die Löslichkeitsgrenze überschritten, so
bildet sich ein Niederschlag, d.h. die Verbindung fällt aus.
Aufschluss
Das Überführen wasser- und säureunlöslicher Stoffe in lösliche Verbindungen wird
Aufschließen genannt. Dabei lässt man die unlösliche Verbindung mit einem
Aufschlussmittel reagieren. Ist das Aufschlussmittel ein Feststoff und erfordert der
Aufschluss hohe Temperaturen, so führt man diesen in einem Tiegel oder auf der
Magnesiarinne durch. Vom unlöslichen Stoff hängt es ab, welches Aufschlussmittel
und welcher Tiegel verwendet werden. Hinweise auf die Art der unlöslichen
Verbindungen geben Vorproben.
Auszug (Extrakt)
Als Auszug wird die Lösung bezeichnet, die durch das gezielte Herauslösen
(extrahieren) einer oder mehrerer Verbindungen aus einem Stoffgemisch (z.B.
Stoffgemisch nach einem Aufschluss) durch ein bestimmtes Lösungsmittel
(Extraktionsmittel) erhalten wird.
3.1 Soda-Pottasche-Aufschluss
→ Schwerlösliches Bariumsulfat wird mit der 4- bis 6-fachen Menge einer 1:1
Mischung aus Soda und Pottasche intensiv verrieben und auf der Magnesiarinne
(oder im Porzellantiegel) aufgeschmolzen. Die Sulfationen sind nachzuweisen. Wie
müssen Sie vorgehen, wenn Sie den Schmelzkuchen in Lösung bringen wollen?
3.2 Saurer Aufschluss
→ Eine kleine Spatelspitze schwerlösliches Fe2O3 wird mit der 6-fachen Menge
Kaliumhydrogensulfat verrieben und aufgeschmolzen. Die Eisenionen sind
nachzuweisen. (siehe Versuch 8.1)
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 3. Praktikumstag Lösen und Aufschließen – Analyse A3
22
3.3 Schmelzen auf der Magnesiarinne
Magnesiarinnen (MgO) sind sehr hitzefest, d.h. sie können – ohne zu schmelzen –
Temperaturen bis zu 2800°C ausgesetzt werden. Verwendet werden diese Rinnen in
der qualitativen Analyse für die Oxidationsschmelze. Mit der Oxidationsschmelze
werden schwerlösliche Verbindungen, die ein oxidierbares Metallion enthalten (z.B.
Chrom, Mangan, Eisen) aufgeschlossen. Da die beim Aufschluss stattfindende
Redoxreaktion sehr empfindlich ist, werden nur geringe Substanzmengen benötigt.
→ Ein gehäufter Spatel einer Mischung aus Kaliumnitrat und wasserfreien
Natriumcarbonat (Mischung steht fertig zur Verfügung) wird auf einem Uhrglas mit
wenigen „Körnchen“ Chromoxid und/oder Manganoxid vermischt und auf dem
vorderen Drittel der Magnesiarinne verteilt. Mit der Tiegelzange wird diese Mischung
im heißesten Teil der Brennerflamme zur Rotglut erhitzt bis eine Schmelze entsteht
und die Gasentwicklung beendet ist. Bei der richtigen Konzentration der Metalloxide
und des Aufschlussmittels ist die erkaltete Schmelze gefärbt. Eine grüne bis
blaugrüne Schmelze ist ein Hinweis auf Mangan. Der Hinweis auf Chrom ist eine
gelbe („Signalgelb“) Schmelze. Sie wird auf einem Uhrglas in wenig Wasser gelöst.
In der Lösung können Chrom und/oder Mangan nachgewiesen werden.
Hinweis: Die für die Oxidationsschmelze geeignete („richtige“) Konzentration lässt
sich jederzeit einstellen. Ist die erkaltete Schmelze zu dunkel, gibt man noch einen
Spatel der „reinen“ Schmelzmischung (Na2CO3/KNO3) zu und erhitzt erneut auf
Rotglut. Bei einer nahezu farblosen erkalteten Schmelze erhöht man nachträglich die
Konzentration des Metallsalzes (wenige Körnchen).
Der benutzte vordere Teil der Magnesiarinne wird abgebrochen und direkt als
kontaminierter Feststoffabfall entsorgt. Der Rest der Magnesiarinne wird
wiederverwendet!
3.4 Soda-Auszug
→ Eine kleine Spatelspitze CaSO4 oder Analysensubstanz, die doppelte Menge
kristallisierter Soda (Na2CO3) und ca. 3 mL Wasser werden in ein RG gegeben. Der
Inhalt des Glases wird ca. 15 min durch Einstellen ins siedende Wasserbad
(gelegentlich umrühren) erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die Lösung zentrifugiert.
Das klare Zentrifugat wird mit verd. HCl oder HNO3 tropfenweise angesäuert
(Achtung: schäumt!), bis kein CO2 mehr entweicht. In der Lösung kann nun Sulfat
(bzw. alle anderen enthaltenen Anionen aus der Analysensubstanz) nachgewiesen
werden.
Die Beobachtungen notieren, alle Lösungen fachgerecht entsorgen, den Arbeitsplatz
und die Glasgeräte gründlich reinigen.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 3. Praktikumstag Lösen und Aufschließen – Analyse A3
23
3.5 Analyse A3
→ Die Anionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 3. Praktikumstag Lösen und Aufschließen – Analyse A3
24
Übungsaufgaben
1 Kann man die Löslichkeit von Feststoffen
a) durch Zerkleinern (z.B. Mörsern der Substanz vor dem Lösen) und/oder
b) durch Erwärmen der Lösung und/oder
c) Erhöhen der Lösungsmittelmenge und/oder
d) intensives Rühren/Schütteln der Lösung
beeinflussen?
ja nein Kurze Begründung
a)
b)
c)
d)
2 Welche schwerlöslichen Verbindungen können durch den Soda-Pottasche-
Aufschluss in wasser- und/oder säurelösliche Verbindungen überführt
werden? Welche Reaktionen finden dabei in der Schmelze statt? Formulieren
Sie für vier verschiedene schwerlösliche Verbindungen die
Reaktionsgleichungen.
3 Begründen Sie, warum für den basischen Aufschluss eine Mischung von zwei
Alkalicarbonaten eingesetzt wird!
4 In Versuch 3.1 soll schwerlösliches Bariumsulfat durch basischen Aufschluss
in lösliche Verbindungen überführt werden. Wie müssen Sie vorgehen, wenn
Sie den Schmelzkuchen in Lösung bringen wollen, um die einzelnen Ionen
nachzuweisen?
5 Welche farbigen Verbindungen des Mangans und des Chroms werden bei der
Soda-Salpeter-Schmelze (Oxidationsschmelze) in Versuch 3.2 gebildet
(Reaktionsgleichungen)?
Durch welche Reaktion weisen Sie Mangan in dieser Schmelze eindeutig nach
(Reaktionsgleichung)?
6 Welche schwerlösliche Verbindung wird mit dem „Freiberger Aufschluss“ in
Lösung gebracht?
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 4. Praktikumstag Salzsäuregruppe – Hg, Ag, Pb
25
Metalle und ihre Verbindungen
Etwa 80% aller chemischen Elemente sind Metalle. Der metallische Charakter dieser
Elemente bewirkt ähnliche chemische Reaktionen. Dennoch gibt es für jedes dieser
Kationen nasschemische Identifizierungsreaktionen. Um Störungen bei den
typischen analytischen Nachweisreaktionen für die Kationen auszuschließen, werden
vor allem die Unterschiede in der Löslichkeit ihrer Verbindungen zur Trennung
genutzt. Mit Hilfe der „Gruppenreagenzien“ werden jeweils mehrere Kationen durch
chemische Reaktionen in schwerlösliche Verbindungen überführt. In der qualitativen
Analyse wird durch systematische Trennungsgänge die (schrittweise) Separation der
Kationen erreicht. Die Kenntnis sowohl der für das jeweilige Kation typischen
Nachweisreaktion, als auch der Kationen, die bei Anwesenheit eine ähnliche
chemische Reaktion zeigen bzw. die Nachweisreaktion verhindern, ist für die
erfolgreiche Durchführung von qualitativen Analysen unabdinglich.
Merke: Die spezifischen nasschemischen Reaktionen sind i.A. Säure-Base-,
Fällungs-, Komplexbildungs- oder Redoxreaktionen. Nur die sichere
Kenntnis der erforderlichen Reaktionsbedingungen für die
Nachweisreaktionen, d.h. des pH-Wertes der Reaktionslösung, der
Konzentration der Reagenzien, des Redox-Zustands des Kations und
der benötigten Temperatur, führt zu eindeutigen Ergebnissen.
4.1 Reaktionen und Nachweise von [Hg2]2+, Hg2+
Achtung! Quecksilber und seine Verbindungen sind starke Gifte. Deshalb ist
mit größter VORSICHT und stets im ABZUG zu arbeiten!
→ Reaktion mit Ammoniak: Eine Lösung von 1 mL Quecksilber(I)-Nitrat wird mit
etwas verd. HCl versetzt. Es bildet sich ein weißer, unlöslicher Niederschlag von
Hg2Cl2. Das frisch gefällte Hg2Cl2 wird zentrifugiert und auf einem Filterpapier mit
etwas Ammoniak „übergossen“. Es tritt sofort Schwarzfärbung auf. Unter
Disproportionierung hat sich Quecksilber(II)-chlorid und metallisches Quecksilber
gebildet. Quecksilber(I)-chlorid trägt deshalb auch den Trivialnamen Kalomel (griech.
= schön schwarz).
→ Amalgamprobe: Ein Tropfen Quecksilber(II)-chloridlösung wird auf eine auf
dem Uhrglas liegende Kupfermünze (oder Kupferblech) gebracht. Nach kurzer Zeit
hat sich elementares Quecksilber abgeschieden. Die Münze und das Uhrglas werden
vorsichtig über dem Abfallkanister mehrmals mit Wasser abgespült. Durch Reiben
(„Polieren“) mit einem Zellstofftuch erscheint ein silberglänzender Metallspiegel, der
beim kurzen Fächeln in der Brennerflamme verschwindet.
Diese empfindliche Probe, geeignet als Vorprobe, ist ein eindeutiger Hg-Nachweis.
→ Nachweis durch Reduktionsmittel: Eine Lösung von Quecksilber(II)-chlorid
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 4. Praktikumstag Salzsäuregruppe – Hg, Ag, Pb
26
wird mit verd. HCl angesäuert und tropfenweise mit Zinn(II)-chloridlösung versetzt.
Es fällt zunächst Quecksilber(I)-chlorid aus. Ein Überschuss von SnCl2 führt zur
Bildung von metallischem Quecksilber, das in der Lösung in feinster Verteilung
suspendiert bleibt und diese grau bis schwarz färbt.
→ Reaktion mit KI: Zu einer Lösung von Quecksilber(II)-chlorid gibt man KI-
Lösung. Es fällt zunächst rotes HgI2 aus. Der Niederschlag löst sich im Überschuss
von Iodid zu Tetraiodomercurat(II), [HgI4]2−. Die stark alkalische Lösung bezeichnet
man als Neßlers-Reagenz. Sie wird als empfindliches Reagenz für den Nachweis
von Ammoniak verwendet. Dabei entsteht das Iodid der Millonschen Base. Geben
Sie zu der alkalischen Lösung (NaOH) von [HgI4]2− eine sehr geringe Konzentration
an Ammoniak und beobachten Sie die Farbänderung.
→ Nachweis als Sulfid: Eine Lösung von Quecksilber(II)-chlorid wird mit
Salzsäure angesäuert. Dann wird H2S eingeleitet. Es scheidet sich schwarzes
Quecksilbersulfid ab.
Nachweis als Hg(II)-Reineckat:
Hg2+ bildet in HCl-saurer Lösung mit „Reinecke Salz“, NH4[Cr(SCN)4(NH3)2], einen
schwerlöslichen rosaroten Niederschlag.
→ Die HCl-saure, mit HNO3 oxidierte Probelösung (von evtl. Bleichlorid
dekantiert) wird auf ca. 70°C erhitzt und mit kalter, frisch bereiteter Reinecke-Salz-
Lösung versetzt.
4.2 Reaktionen und Nachweise von Pb2+
→ mit H2S: Eine Blei(II)-Nitratlösung wird mit verdünnter Salzsäure versetzt.
Dabei fällt zunächst PbCl2 aus, welches aber durch Erhitzen in Lösung gebracht
werden kann. In die heiße Lösung leitet man H2S ein. Es fällt schwarzes PbS aus.
Als Bleisulfat: Man zentrifugiert die Reaktionslösung und entfernt die überstehende
Lösung. Zu dem Niederschlag gibt man etwas halbkonzentrierte Salpetersäure und
einige Tropfen konz. Schwefelsäure. Die Lösung wird unter Schütteln eingedampft,
bis weiße Nebel entstehen. Nach dem ABKÜHLEN! gibt man dann wenige mL
Wasser hinzu. Es hat sich Blei(II)-Sulfat gebildet.
Als Bleichromat: Den weißen Niederschlag von Bleisulfat löst man mit einer
ammoniakalischen Tartratlösung und gibt eine Kaliumchromatlösung (K2CrO4) hinzu.
Es fällt gelbes PbCrO4 aus.
→ Mit KI: Eine Lösung von Blei(II)-Nitrat wird mit Kaliumiodid versetzt. Es fällt
PbI2 aus. Die Verbindung löst sich ebenso wie PbCl2 in heißem Wasser und
kristallisiert beim Abkühlen in prächtigen gelbglänzenden Blättchen wieder aus.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 4. Praktikumstag Salzsäuregruppe – Hg, Ag, Pb
27
→ Mit NaOH/Ammoniak: Eine Pb2+-haltige Lösung wird mit Natronlauge bzw.
Ammoniak versetzt.
4.3 Reaktionen und Nachweise von Ag+
→ Komplexsalzbildung: Je 1 mL einer neutralen AgNO3-Lösung wird
tropfenweise mit a) Ammoniak, b) Kaliumthiocyanat (KSCN), c) Natriumthiosulfat
(Na2S2O3) versetzt. Die zunächst gebildeten Niederschläge lösen sich bei weiterer
Zugabe des Fällungsmittels unter Komplexbildung wieder auf.
→ Nachweis als Sulfid: In eine Ag+-haltige Lösung wird H2S eingeleitet. Ag2S ist
so schwer löslich, dass es auch im Überschuss von Ammoniak, Thiosulfat und
Thiocyanat nicht merklich in Lösung geht.
→ Nachweis als Silberhalogenid: siehe Versuche 2.1
Die Beobachtungen notieren, alle Lösungen fachgerecht entsorgen, den Arbeitsplatz
und die Glasgeräte gründlich reinigen.
4.4 Analyse B1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 4. Praktikumstag Salzsäuregruppe – Hg, Ag, Pb
28
Übungsaufgaben
1 a) Erklären Sie die Säure/Base-Theorien nach Brønsted und Lewis.
b) Kennen Sie Beispiele für Lewis-Säuren und Lewis-Basen, die keine
Brönsted-Säuren bzw. Brønsted-Basen sind?
c) Geben Sie jeweils drei Beispiele für Brønsted-Säuren mit pKs < 0 und
pKs > 14 an. Welche Aussagen sind in diesen Fällen über die Lage des
Gleichgewichtes der Protonenübertragungen in wässrigen Lösungen möglich?
2 a) Nennen Sie Beispiele für gebräuchliche Farbindikatoren in der Acidimetrie
und geben Sie deren Umschlagsbereich an. Beschreiben Sie die chemischen
Vorgänge beim Farbumschlag.
b) Weshalb sind für die Titration Salzsäure/Natronlauge alle Indikatoren mit
Umschlagspunkten zwischen pH=4 und pH=10 geeignet?
3 a) Nennen Sie drei Puffersysteme und geben Sie den pH-Bereich an, in dem
diese Puffersysteme wirksam sind.
b) Bei welchem Konzentrationsverhältnis Puffersäure/Pufferbase ist die
Pufferwirkung optimal?
c) Ist der pH-Wert nur durch die relative Konzentration der Komponenten
bestimmt oder haben auch die Absolutkonzentrationen einen Einfluss?
4 Diskutieren Sie die Existenzbedingungen für die Verbindungen
Ammoniumsulfid, Ammoniumphosphat, Ammoniumcarbonat und
Ammoniumacetat in wässriger Lösung.
Die pKs-Werte der beteiligten Säuren sind:
NH4+/NH3: 9,2 CH3COOH/CH3COO−: 4,8
H2S/HS−: 7,0 "H2CO3"/HCO3−: 6,5
HS−/S2−: 12,9 HCO3−/CO3
2−: 10,4
HPO42−/PO4
3−: 12,3
5 Berechnen Sie die pH-Werte der folgenden Lösungen von starken Säuren
bzw. Basen:
Salzsäure (c = 4,9∙10−4 mol/L)
Natronlauge (c = 1,6∙10−3 mol/L)
Salzsäure (c = 5,0∙10−10 mol/L)
50 mg Na2O in 200 mL H2O
50 mg N2O5 in 200 mL H2O
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 4. Praktikumstag Salzsäuregruppe – Hg, Ag, Pb
29
6 Berechnen Sie die pH-Werte der folgenden Lösungen von schwachen Säuren
bzw. Basen:
2,0 mol/L Essigsäure, pKS = 4,8
0,5 mol/L Ammoniumchlorid, pKS = 9,2
1,0 g Hydraziniumchlorid, pKS = 7,94 in 100 mL Wasser
5,0 g KAl(SO4)2∙12H2O in 1,0 L Wasser, pKS = 4,85
7 Berechnen Sie die pH-Werte der folgenden Lösungen von Salzen:
0,01 M Natriumsulfid, pKS-Werte = 7,0 und 12,9
1,0 g Natriumacetat in 100 mL Wasser, pKS = 4,76
2,0 g Natriumsulfit in 100 mL Wasser, pKS-Werte = 1,76 und 7,20
2,0 g KHSO4 in 100 mL Wasser, pKS-Werte: < 0 und 1,99
8 Berechnen Sie die Konzentrationen an H+, H2PO4−, HPO4
2− und PO43− in einer
Phosphorsäure mit 0,01 mol/L. Die Dissoziationskonstanten der
Phosphorsäure sind K1 = 7,1∙10−3, K2 = 6,2∙10−8, K3 = 4,4∙10−13.
9 Welche der folgenden Teilchen sind keine Säuren im Sinne der
Brønstedt’schen Definition? HSO4−, Cl−, CN−, NH4
+, H2PO4−, HCOOH, H2O,
CH4, CaH2, OH−, H2S, Phenol
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 5. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – Hg, Pb, Cu, Cd
30
Die Metalle der Nebengruppe 2 und der Hauptgruppen 4-5 sind in der Regel toxisch.
Metallorganische Verbindungen des Bleis (z.B. Pb(C2H5)4) und Quecksilbers (z.B.
CH3HgSCH3) sind die giftigsten und gefährlichsten Verbindungen überhaupt. Sie
führen zur Lähmung des zentralen Nervensystems. Metallisches Quecksilber hat
einen hohen Dampfdruck und gelangt mit der Luft in die Lunge, wird dort gelöst und
über die Blutbahn in das Gehirn transportiert. Anorganische Blei- und
Quecksilberverbindungen sind wegen der geringen Löslichkeit weniger giftig.
Cadmium wird bevorzugt in der Niere gespeichert. 200 ppm verursachen bereits
Erkrankungen. Cadmium kann Zink in Enzymen substituieren. Auch organische
Verbindungen des Zinns sind sehr toxisch. Die Verbindung (C4H9)3SnOH wird als
Fungizid in der Landwirtschaft (Kartoffel-, Wein- und Reisanbau) eingesetzt. Arsen ist
für den Menschen in sehr geringer Menge ein essentielles Element, seine Funktion
ist aber noch unklar. In höheren Konzentrationen ist Arsen giftig. Bekannt aus
Kriminalromanen ist Arsenik (As2O3). Es ist zugleich ein Dopingmittel (Bergsteiger).
Der Mensch nimmt mit der Nahrung täglich etwa 29 μg auf. Kupfer ist nach Eisen und
Zink das wichtigste Spurenelement. Ungefähr 5 mg werden täglich mit der Nahrung
aufgenommen.
5.1 Nachweise und Reaktionen des Cu2+
→ mit NaOH: Eine CuSO4-Lösung wird mit einigen Tropfen verd. NaOH versetzt.
Das zunächst ausfallende Hydroxid geht beim Stehen oder besser durch Erhitzen in
schwarzes Oxid über.
Nachweis durch unedle Metalle: Kupfer ist edler als die Metalle Eisen, Zink und
andere (s. Spannungsreihe) und wird daher von diesen reduziert. Diese Reaktion
wird in der Technik zur Kupfer-Reindarstellung benutzt.
→ In eine wässrige Kupfer(II)-Sulfatlösung wird ein Stückchen Zink gegeben.
Das Zink überzieht sich mit einer Schicht des durch Reduktion entstandenen
Kupfers.
→ mit Ammoniak: Versetzen Sie eine Kupfer(II)-Sulfatlösung mit wässriger
Ammoniaklösung. Zunächst entsteht ebenfalls ein Niederschlag von Cu(OH)2, der
sich jedoch im Überschuss von Ammoniak unter Bildung des tiefblauen
Tetraamminkupfer(II)-komplexions löst.
→ Nachweis mit H2S: In eine neutrale und eine leicht HCl-saure Cu2+-haltige
Lösung bzw. Probelösung wird H2S eingeleitet.
5.2 Nachweise und Reaktionen des Cd2+
→ Nachweis mit H2S: Eine Cd2+-haltige Lösung (oder Probelösung) wird mit
etwas verd. HCl versetzt. In diese Lösung wird H2S eingeleitet. Falls die Lösung sehr
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 5. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – Hg, Pb, Cu, Cd
31
stark sauer ist, fällt kein gelbes CdS aus. Man verdünnt die Lösung mit genügend
Wasser. Dann beobachtet man die gelbe Fällung.
→ mit NaOH/Ammoniak: Bei Zugabe von Natronlauge fällt weißes Cd(OH)2 aus,
welches im Überschuss von NaOH schwerlöslich ist. Mit Ammoniak fällt ebenfalls
weißes Cd(OH)2 aus, welches sich im Überschuss von Ammoniak unter Bildung von
[Cd(NH3)6]2+ wieder auflöst.
→ mit der Glühröhrchen-Probe (Abzug!): Eine kleine Menge eines Cd2+-Salzes
wird im Glühröhrchen erhitzt, bis keine flüchtigen Bestandteile mehr entweichen
(As2S3, HgS). Daraufhin wird ein Überschuss an Na2C2O4 (1:5) zugegeben und es
wird erneut erhitzt. An der erkalteten Glaswand sollte im Anschluss ein metallischer
Cd-Spiegel zu sehen sein. Nach Zugabe eines Körnchens Schwefel wird erneut
geglüht. Durch Reaktion von Schwefeldampf mit elementarem Cadmium wird hierbei
CdS gebildet, welches in der Hitze rot und in der Kälte gelb erscheint. Dieser
Farbwechsel kann durch abwechselndes Erwärmen und Abkühlen einige Male
wiederholt werden.
Die Beobachtungen werden notiert, alle Lösungen fachgerecht entsorgt, der
Arbeitsplatz und die Glasgeräte gründlich gereinigt.
5.3 Analyse C1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 5. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – Hg, Pb, Cu, Cd
32
Übungsaufgaben
1 Die gesättigte Lösung von H2S in Wasser ist etwa 0,1 molar. Sie reagiert
schwach sauer, weil ein geringer Teil des gelösten H2S in Form der Ionen
H3O+ und HS− vorliegt. Aus HS− entstehen auch in geringem Maße S2−-Ionen.
Die beiden Protolysestufen des H2S haben folgende Säurekonstanten:
KS(1) = 10−7 mol/L KS(2) = 10−14 mol/L
Stellen Sie die Reaktionsgleichung für die erste Protolysestufe auf und geben
Sie den Ausdruck für KS(1) an. Ist H2S somit eine starke oder eine schwache
Säure? Wie groß sind [H3O+] und [HS−] in einer gesättigten H2S-Lösung? Wie
lauten die Reaktionsgleichung für die zweite Protolysestufen und der Ausdruck
für KS(2)?
Werden die Konzentrationen von H3O+ und HS− durch den zweiten
Protolyseschritt wesentlich verändert? Wie groß ist die Konzentration an S2−?
Wie ist KS für die Bruttoreaktion H2S + 2 H2O → S2− + 2 H3O+?
Wie groß ist damit das Produkt [S2−][H3O+]2 in einer gesättigten H2S-Lösung?
Mit dieser Beziehung können Sie bei bekanntem pH-Wert einer Lösung die
Konzentration an S2− berechnen.
pH [H3O+] [H3O
+]2 [S2−]
4 ______ ______ _____
7 ______ ______ _____
10 ______ ______ _____
2 Was ist in der qualitativen Analyse eine „Vorprobe“, geben Sie eine kurze
Definition!
3 Stellen Sie die Reaktionsgleichung für Versuch 5.1 (Nachweis mit Ammoniak)
auf!
4 Geben Sie die Formeln, die Farben und die Löslichkeitsprodukte aller Sulfide
der H2S-Gruppe an!
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 6. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – As, Sb, Sn
33
6.1 Reaktionen und Nachweise von Sn2+
→ Leuchtprobe: Zu der auf Zinn zu prüfenden festen Substanz gibt man in einem
Porzellantiegel einige Körnchen Zink und etwas halbkonz. HCl. In die Lösung taucht
man ein mit Eis (-Wasser) halbgefülltes Reagenzglas, zieht es wieder heraus und
hält es in die Bunsenbrennerflamme. An der benetzten Stelle des Glases entsteht bei
Anwesenheit von Zinn blaue Fluoreszenz, herrührend von SnCl2.
→ Mit H2S: In eine SnCl2-Lösung wird H2S eingeleitet. Es bildet sich braunes
SnS. Das Sulfid ist in gelbem Ammoniumpolysulfid löslich. (Siehe Aufgabe 3)
→ Mit NaOH/Ammoniak: Eine Sn2+-haltige Lösung wird mit Natronlauge bzw.
Ammoniak versetzt. Zunächst bildet sich Sn(OH)2. Es ist auf die unterschiedliche
Löslichkeit im Überschuss des Fällungsmittels zu achten.
6.2 Reaktionen und Nachweise von As3+ und Sb3+ (Abzug!)
Alle zwei Elemente bilden in saurer Lösung Sulfide, die sich in Gegensatz zu PbS,
HgS und CuS in Ammoniumpolysulfid lösen und auf diese Weise von anderen
schwerlöslichen Verbindungen abgetrennt werden können.
Arsen und Antimon können mit der Marshschen Probe nachgewiesen werden.
Lassen Sie sich den Nachweis zunächst von einem Assistenten vorführen.
→ Als Apparatur wird ein normales Reagenzglas verwendet, auf das ein einfach
durchbohrter Stopfen mit einer gebogenen Düse passt (vorher testen!).
Man gibt in das Reagenzglas etwa 1-2cm Zinkspäne, ½ Spatelspitze Kupfersulfat
und 2 mL verd. H2SO4. Zunächst ist die Knallgasprobe durchzuführen. Erst wenn
kein Knallgas mehr im Reagenzglas ist, wird die Nachweissubstanz (As2O3, Sb2O3
oder Probe) zugegeben. Setzen Sie nun rasch die Düse auf das Reagenzglas und
zünden Sie den Gasstrom vorsichtig an der Brennerflamme an. Die Flamme brennt
mit fahlblauer Farbe. Richtet man die Flamme gegen kaltes, glasiertes Porzellan,
scheidet sich als braunschwarzer Belag Arsen ab. Der Arsenspiegel löst sich im
Gegensatz zu Antimon in einer Lösung von ammoniakalischer H2O2-Lösung.
→ Mit H2S: Etwas As2O3 wird mit Salzsäure in der Hitze gelöst. In die Lösung
wird H2S eingeleitet. Es fällt gelbes As2S3 aus. Die Fällung wird zentrifugiert, das
überstehende Wasser abgegossen und das As2S3 gewaschen und mit gelbem
Ammoniumpolysulfid aufgelöst. Beim Ansäuern mit HCl fällt As2S3 und etwas
Schwefel aus.
Mit Sb2O3 wird in gleicher Weise verfahren. Es fällt orangerotes Sb2S3 aus. Der
Niederschlag ist ebenfalls in Ammoniumpolysulfid löslich.
→ mit unedlen Metallen: Etwas Sb2O3 wird in halbkonzentrierter Salzsäure gelöst
und in diese Lösung ein Stück Eisendraht gestellt und ruhig stehen gelassen. Nach
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 6. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – As, Sb, Sn
34
kurzer Zeit scheidet sich elementares Antimon in schwarzen Flöckchen ab.
Die Beobachtungen werden notiert, alle Lösungen fachgerecht entsorgt, der
Arbeitsplatz und die Glasgeräte gründlich gereinigt.
6.3 Analyse C2
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 6. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – As, Sb, Sn
35
Übungsaufgaben
1 Warum gibt man bei der Leuchtprobe (Versuch 6.1) Zink zu? Wann ist die
Zugabe von Zink angebracht, wann nicht? Formulieren Sie die
Reaktionsgleichungen für diesen Zinn-Nachweis!
2 Tragen Sie in die nachfolgenden Tabellen die Formel des Reaktionsprodukts
(falls eine Reaktion stattfindet) sowie dessen Farbe ein. (z.B. braune Lsg.,
gelber Niederschlag)
Ag+ Pb2+ Cu2+ Cd2+ Sn2+
wenig NaOH
Überschuss NaOH
wenig NH3
Überschuss NH3
Hg2+ Pb2+ Cu2+ Cd2+ Sn2+ Sb3+ As3+
+ H2S pH < 2
(stark sauer)
+H2S pH 2-4
3 Wie wird Ammoniumpolysulfid im Labor hergestellt (Reaktionsgleichung)?
4 Die Sulfide der Arsen-Zinn-Gruppe werden im Trennungsgang der H2S-
Gruppe von der Kupfer-Gruppe durch Digerieren mit Ammoniumpolysulfid in
der Kälte getrennt. Warum ist dafür nicht Ammoniumsulfid ausreichend?
Begründen Sie dies mittels Reaktionsgleichungen!
5 Antimon- und Zinnsulfid lösen sich in Salzsäure, geben Sie hierfür die
Reaktionsgleichungen an!
6 Welche Reaktionen finden beim Einleiten von H2S in eine Arsenat- bzw.
Antimonat-Lösung statt? Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen und
geben Sie die zu erwartenden Beobachtungen an.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 6. Praktikumstag Schwefelwasserstoffgruppe – As, Sb, Sn
36
7 Bestimmen Sie die Oxidationszahlen der Elemente in folgenden
Verbindungen:
NH3, HNO2, HNO3, H2SO4, H2S, H2SO3, MnO4-, K2CrO4, NaOCl, HClO4, PO4
3-
H2O2, Cu2O, [Cu(NH3)4]2+, (NH4)2Fe(SO4)2, K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6]
8 Vervollständigen Sie folgende Redoxgleichungen:
Al + NO3− → NH3 + [Al(OH)4]
− (pH > 7)
PbO2 + Cl− → ClO− + [Pb(OH)3]− (pH > 7)
P4 + HOCl → H3PO4 + Cl− (pH < 7)
PbS + H2O2 → PbSO4 + H2O
UO2+ + Cr2O72− → UO2
2+ + Cr3+ (pH < 7)
ClO3− → Cl− + ClO4
−
Cu + HNO3 → Cu2+ + NO
Fe2+ + MnO4− → Fe3+ + Mn2+ (pH < 7)
S2O82− + Mn2+ → SO4
2− + MnO4− (pH < 7)
H2S + Cr2O72− → Cr3+ + S (pH < 7)
ClO3− → Cl− + O2
9 Geben Sie Teilgleichungen für folgende Reaktionen an: a) H2O2 als
Reduktionsmittel im sauren Milieu. b) H2O2 als Reduktionsmittel im alkalischen
Milieu.
10 Stellen Sie die Redoxgleichung für die Reduktion des Iods mit Thiosulfat auf.
11 Die Oxidation von As4O6 durch Kaliumpermanganat-Lösung verläuft in
Abhängigkeit vom pH-Wert nach den folgenden Bruttogleichungen:
8 MnO4− + 5 As4O6 + 18 H2O + 24 H+ → 8 Mn2+ + 20 H3AsO4
8 MnO4− + 3 As4O6 + 28 OH− → 8 MnO2 +14 H2O + 12 AsO4
3−
Wie viel Gramm Kaliumpermanganat werden in saurer bzw. alkalischer
Lösung zur Oxidation von 3,0 g As4O6 benötigt?
12 Welches Volumen an Salzsäure (36 Gew%-Salzsäure, d = 1,18 g/cm3) und
wie viel Gramm Zink sind zur Füllung eines 10-L-Ballons mit Wasserstoffgas
erforderlich? Im Ballon soll bei 25°C ein Druck von 1,5 bar herrschen.
13 Was ist die Koordinationszahl?
14 Ordnen Sie den Koordinationszahlen 2, 4 und 6 die entsprechende
Komplexsymmetrie zu!
15 Nennen Sie Beispiele für wichtige zwei- bzw. mehrzähnige Liganden!
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 7. Praktikumstag 1. Kationen-Gesamtanalyse (B1 bis C2)
37
7.1 Schriftliche Prüfungsvorleistung (10.12.2018, 800-900 Uhr)
anschließend Praktikum
7.2 Analyse G1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 8. Praktikumstag Urotropingruppe – Fe, Al, Cr
38
Fe3+-Ionen sind in einer ganzen Reihe wichtiger Proteine enthalten (z.B. Hämoglobin,
Myoglobin, Transferrin, Nitrogenase). Für Cr3+- und Al3+-Ionen wurden bisher noch
keine essentiellen biologischen Funktionen nachgewiesen. Chromverbindungen der
Oxidations-Stufe +6 wirken cancerogen, insbesondere bei Kontakt mit der Haut.
Chromationen verhalten sich wie Sulfationen! Der Zusammenhang von Alzheimer
und einer Anreicherung von Aluminiumionen im Gehirn ist umstritten.
Aluminiumionen können Mg2+-Ionen ersetzen und so Magnesiumenzyme blockieren.
8.1 Nachweise und Reaktionen von Fe2+/3+
→ mit NaOH/Ammoniak: Eine Lösung von Mohrschem Salz
([NH4]2Fe[SO4]2∙6H2O) oder FeSO4 bzw. FeCl3 wird tropfenweise mit verd. NaOH
bzw. Ammoniak versetzt.
→ mit H2S/(NH4)2S: Einleiten von H2S in eine neutrale, saure bzw.
ammoniakalische Fe2+/3+-haltige Lösung bzw. versetzten mit Ammoniumsulfid.
→ mit SCN-: Eine schwach saure Fe3+-haltige Lösung wird mit KSCN-Lösung
versetzt und kurz durchgeschüttelt. Mit ca. 1 mL Ether oder Amylalkohol kann das
tiefrote Fe(SCN)3 extrahiert werden (Überschichten mit Diethylether oder
Amylalkohol, mit sauberen Stopfen verschließen und kräftig schütteln).
→ mit rotem bzw. gelbem Blutlaugensalz: Die beiden Oxidationsstufen des
Eisens (+2/+3) können zweifelsfrei durch die Reaktion mit den Cyano-Komplexen
K4[Fe(CN)6] „gelbes Blutlaugensalz“ bzw. K3[Fe(CN)6] „rotes Blutlaugensalz“
unterschieden werden. Eine Lösung des roten bzw. gelben Blutlaugensalzes wird mit
a) einer Fe(II)-Salzlösung und b) einer Fe(III)-Salzlösung versetzt.
8.2 Reaktionen und Nachweise von Al3+-Ionen
→ Man löst jeweils wenig Aluminiumgrieß in verd. HCl und in verd. NaOH auf.
Die resultierende Aluminiumchlorid- bzw. die Tetrahydroxoaluminatlösung wird zu
weiteren Versuchen benutzt.
● a) Die Aluminiumchloridlösung wird tropfenweise mit Natronlauge versetzt. Der
gebildete flockige Niederschlag von Al(OH)3 löst sich in überschüssiger Natronlauge
unter Bildung von [Al(OH)4]− wieder auf.
● b) Die Aluminatlösung wird mit Ammoniumchlorid versetzt. Es fällt Al(OH)3 aus.
● c) Der unter b) erhaltene Niederschlag wird durch Zentrifugieren von der
überstehenden Lösung abgetrennt, auf eine Magnesiarinne gebracht und getrocknet.
Dann wird der Niederschlag mit 1-2 Tropfen einer sehr verdünnten Cobaltnitratlösung
(0.1%) befeuchtet und in der Bunsenflamme gut geglüht. Es entsteht ein blaues
Farbpigment (Thenards Blau).
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 8. Praktikumstag Urotropingruppe – Fe, Al, Cr
39
→ Als Alizarin S-Farblack: Wenige Tropfen einer alkalischen Al3+-haltigen Lösung
werden auf der Tüpfelplatte mit 1-2 Tropfen Alizarin S versetzt. Es wird tropfenweise
Essigsäure bis zum Verschwinden der rotvioletten Farbe zugegeben. Nach wenigen
Minuten zeigt die Bildung eines roten Niederschlages Aluminium an.
8.3 Reaktionen und Nachweise von Cr3+-Ionen
→ Mit NaOH/Ammoniak: Eine Cr(III)-Lösung wird tropfenweise mit Ammoniak
versetzt. Es fällt Chrom(III)-Hydroxid aus. Ein Teil der Lösung wird mit verd. H2SO4,
der andere mit verd. NaOH versetzt.
→ Oxidation mit H2O2: Zu einer mit überschüssiger Natronlauge versetzten
Chrom(III)-Lösung werden einige Tropfen H2O2-Lösung gegeben und erwärmt. Der
Farbwechsel von grün nach gelb zeigt den Übergang der Oxidationsstufe +3 in die
Oxidationsstufe +6 an.
→ Oxidationswirkung des Chromat- bzw. Dichromat-Anions: 3 Reagenzgläser mit
einer Kaliumchromat- oder Kaliumdichromatlösung werden mit verd. H2SO4
angesäuert. In je ein Reagenzglas werden einige Tropfen Na2SO3-Lösung, KI-
Lösung bzw. Ethanol gegeben. Im letzten Fall muss das Reagenzglas einige Minuten
in ein siedendes Wasserbad gestellt werden.
→ Oxidationsschmelze: Auf einer Magnesiarinne schmelze man ein
feingepulvertes Gemisch von Cr(III)-Salz mit der doppelten Menge von wasserfreiem
Na2CO3 und KNO3. Nach dem Erkalten ist der Schmelzkuchen gelb gefärbt.
Die Beobachtungen werden notiert, alle Lösungen fachgerecht entsorgt, der
Arbeitsplatz und die Glasgeräte gründlich gereinigt.
8.4 Analyse D1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 8. Praktikumstag Urotropingruppe – Fe, Al, Cr
40
Übungsaufgaben
1 Die Farbe von Chrom-Verbindungen ist abhängig von der Oxidationsstufe,
nennen Sie Beispiele!
2 Formulieren Sie eine Redox-Gleichung für die Oxidation von Chrom(III) (z.B.
Oxidationsschmelze mit Cr(III)-Hydroxid) und eine für die Reduktion von
Chrom(VI), geben Sie die Oxidationsstufen aller Redox-Partner an!
3 Weshalb bildet sich weder beim Einleiten von Schwefelwasserstoff in eine
Aluminiumsalzlösung noch bei Zugabe von Ammoniumsulfid kein
Aluminiumsulfid?
4 Wie nennt man Hydroxide, die sich sowohl in Säuren als auch in Laugen
lösen? Geben Sie hierfür ein konkretes Beispiel an (mit Reaktionsgleichung)!
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 9. Praktikumstag Ammonsulfidgruppe – Ni, Co, Mn, Zn
41
Die Übergangselemente Ni, Co, Mn, Zn
Die bekannteste bioanorganische Verbindung des Kobalts ist das Vitamin B12. Hier
konnte erstmals in der Natur eine kovalente Metall-Kohlenstoffbindung
nachgewiesen werden. Diese Co−C-Bindung kann gespalten werden und somit
Alkylgruppen für Nachfolgereaktionen bereitstellen. Erst 1975 konnte Nickel als
Bestandteil der Ureasen von Bakterien und Lebewesen nachgewiesen werden.
Mangan ist u.a. in dem Enzym Arginase enthalten. Dieses Enzym erzeugt aus N-
haltigen Abbauprodukten der Nahrungskette Harnstoff. Der Mensch nimmt mit der
Nahrung täglich etwa 5 mg auf. Vom Zink kennt man schon mehr als 200 Enzyme.
Die bekanntesten Zink-Enzyme sind die Carboanhydrase und die Carboxypeptidase.
Die Zink-Enzyme katalysieren bevorzugt Hydrolysereaktionen von P-O-P, P-O-C und
C-O-C Bindungen.
9.1 Reaktionen und Nachweise von Mn2+-Ionen
→ Oxidationsschmelze: Einige mg einer Manganverbindung, MnSO4 oder MnO2,
werden mit der 3 bis 6-fachen Menge einer Mischung aus gleichen Teilen Na2CO3
und KNO3 feinst verrieben und auf einer Magnesiarinne so lange auf Rotglut erhitzt,
bis die Gasentwicklung (braunes NO) aufhört. Die erkaltete (grüne) Schmelze löst
man auf einem Uhrglas in wenig Wasser und säuert an, indem man von der Seite
einen Tropfen Essigsäure in die Lösung fließen lässt. Die grüne Farbe
(Manganat(VI)) schlägt in Rotviolett (Permanganat) um, außerdem scheidet sich
nach einiger Zeit ein brauner Niederschlag von Mangandioxid (Braunstein) ab.
→ Oxidation mit PbO2: Ionen, die MnO4- reduzieren, stören diesen Nachweis
(z.B. Cl-). Die Mn2+-haltige Probelösung wird mit konz. HNO3 stark sauer gemacht
und mit einer Spatelspitze PbO2 versetzt und einige Minuten gekocht. Nach dem
zentrifugieren zeigt die violette Färbung der Lösung das gebildete Permanganat an.
→ mit H2S: In eine Lösung eines Mangansalzes leitet man H2S ein. Es erfolgt
keine Fällung von MnS. Gibt man zu der Lösung etwas Ammoniak, so fällt grünes
oder fleischfarbenes MnS aus.
9.2 Reaktionen und Nachweise von Co2+-Ionen
→ mit SCN-: Eine neutrale bzw. essigsaure Co2+-Salzlösung wird mit festem
Kaliumthiocyanat versetzt. In neutraler Lösung bildet sich Co(SCN)2, in saurer
Lösung die komplexe Säure H2[Co(SCN)4], letztere ist in wässriger Lösung oder in
organischen Lösungsmitteln (Amylalkohol-Diethylether-Gemisch) blau. Fe3+-Ionen
stören diesen Versuch.
→ mit H2S/(NH4)2S: Kobalt(II)-Sulfid kann nur durch Versetzen einer Kobalt(II)-
Salzlösung mit Ammoniumsulfid erhalten werden. Es fällt schwarzes Kobaltsulfid
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 9. Praktikumstag Ammonsulfidgruppe – Ni, Co, Mn, Zn
42
aus. Der Niederschlag wird zentrifugiert und an der Luft ca. 20 min stehen gelassen.
Danach löst sich das Sulfid nicht mehr in verdünnter Salzsäure, obwohl Kobaltsalze
erst im alkalischen Milieu Sulfid-Fällung zeigen (Oxidation an der Luft).
→ Boraxperle: An einem Magnesiastäbchen wird eine Perle von Borax
angeschmolzen. Mit der noch nicht wieder ganz erstarrten Perle wird ein kleines
Körnchen eines Kobaltsalzes berührt, so dass es an der Perle haften bleibt und
bringt es nochmals in die Flamme des Bunsen-Brenners. Die Perle färbt sich
prachtvoll blau. (Empfindliche Vorprobe für Kobalt).
9.3 Reaktionen und Nachweise von Ni2+-Ionen
→ Mit H2S/(NH4)2S: Gegenüber Schwefelwasserstoff und Ammoniumsulfid
verhält sich eine Lösung von Nickelsalzen ebenso wie Kobaltsalzlösungen. Die
Versuche werden mit einer Ni2+-Salzlösung durchgeführt.
Für Nickel gibt es ein ausgezeichnetes Spezialreagenz
→ Diacetyldioxim: In einem Reagenzglas werden zu einer stark verdünnten und
angesäuerten Lösung von Nickelsulfat einige Tropfen einer alkoholischen Lösung
von Diacetyldioxim gegeben. Der pH-Wert wird mit etwas Ammoniak angehoben. Es
fällt ein schöner, himbeerfarbener Niederschlag aus, der aus sehr kleinen
Kristallnadeln besteht.
→ Boraxperle: Gelb bis rubinrot, in der Kälte bräunlich gefärbt.
9.4 Reaktionen und Nachweise von Zn2+-Ionen
Mit NaOH/Ammoniak: Zu einer Lösung von Zinksulfat gibt man tropfenweise
verdünnte Natronlauge bzw. Ammoniak.
Das gebildete Zinkhydroxid löst sich in verdünnten Säuren wieder auf.
→ Mit H2S/(NH4)2S: In eine schwach mit Salzsäure angesäuerte Zinksalzlösung
wird Schwefelwasserstoff eingeleitet. Es entsteht kein Niederschlag. Aus neutraler
Lösung fällt weißes Zinksulfid. Die Fällung ist unvollständig, da bei der Umsetzung
Wasserstoffionen frei werden. Setzt man Natriumacetat hinzu, so wird die Fällung
quantitativ, da die Acetationen die frei werdenden Wasserstoffionen abfangen.
→ Rinnman´s Grün: Auf einer ausgeglühten Magnesiarinne wird eine
Spatelspitze weißes ZnS mit 1 Tropfen einer 0,1%igen Co(NO3)2-Lösung in der
Oxidationsflamme geglüht. Eine Grünfärbung zeigt Zink an. Bei einem Überschuss
an Co(NO3)2 entsteht schwarzes Co3O4, welches die grüne Farbe überdeckt.
Die Beobachtungen werden notiert, alle Lösungen fachgerecht entsorgt, der
Arbeitsplatz und die Glasgeräte gründlich gereinigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 9. Praktikumstag Ammonsulfidgruppe – Ni, Co, Mn, Zn
43
9.5 Analyse E1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 9. Praktikumstag Ammonsulfidgruppe – Ni, Co, Mn, Zn
44
Übungsaufgaben
1 Die Metalle Kupfer und Mangan bilden schwerlösliche Sulfide. Die
Löslichkeitsprodukte haben folgende Werte: KL(CuS)=10−40 mol2/L2;
KL(MnS)=10−15 mol2/L2. Wie groß muss die Konzentration an S2− sein, damit
bei einer vorgegebenen Konzentration der beiden Metalle von jeweils
10−4 mol/L die Sulfide gerade ausfallen? Bei welchem pH-Wert herrschen
diese Bedingungen?
2 Die Fällung der Sulfide Ni und des Co erfolgt im ammoniakalischen Milieu, die
ausgefällten Sulfide sind nicht in verd. HCl löslich. Demzufolge sollten diese
Sulfide auch im Sauren gefällt werden können, ist diese Schlussfolgerung
richtig? Begründen Sie Ihre Antwort?
3 In Versuch 9.3 wird vor der Umsetzung mit Diacetyldioxim die Lösung
angesäuert und nach der Zugabe des Reagenz der pH-Wert durch Ammoniak
erhöht. Verläuft die Reaktion mit Diacetyldioxim im ammoniakalischen in
jedem Fall genauso? Begründen Sie Ihre Antwort kurz?
4 Geben Sie die chemischen Formeln und Farben aller Chloride des Mn, Fe, Co
und Ni an!
5 In welchen Oxidationsstufen kommt Mangan vor, geben Sie jeweils ein
Beispiel (Formel und Farbe der Verbindung) an!
6 Permanganat ist ein starkes Oxidationsmittel, zeigen Sie das an einer
Redoxgleichung! Aufgrund dieser starken oxidierenden Wirkung wird es
vielfach verwendet, wo zum Beispiel?
7 Welche Reaktion würden Sie für den Nachweis von Mn-, Fe-, Co- bzw. Ni-
Verbindungen bevorzugen, geben Sie für jedes Kation mind. ein Beispiel?
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 10. Praktikumstag Ammoncarbonatgruppe – Ca, Sr, Ba
45
Alkali- und Erdalkali-Elemente
Die wichtigsten biologisch relevanten Kationen des Mineralstoffwechsels sind: Li+,
Na+, K+, NH4+, und Mg2+ (lösliche Gruppe). Na+ und K+ sind die vorherrschenden
Kationen in den Körperflüssigkeiten. Der menschliche Körper enthält etwa 70 g Na+
und etwa 140 g K+. Für diese Ionen stehen nur wenig geeignete Fällungs-, Farb-
oder Geruchsreaktionen zur Verfügung. Sie lassen sich jedoch durch die
Flammenfärbung nachweisen. Magnesium ist Bestandteil des Chlorophylls.
Ammoniak entsteht in der Zelle aus Aminosäuren durch Abspaltung der
Aminogruppe -NH2. Durch Zusatz von Basen zu NH4+-Salzen wird gasförmiges
Ammoniak freigesetzt. Zu den Metallionen dieser Gruppe gehören auch Ca2+, Sr2+
und Ba2+. Ca2+-Ionen spielen eine wichtige Rolle bei der Muskelkontraktion und der
Skelettbildung (Osteoporose).
10.1 Flammenfärbung der Alkalimetalle (Abzug!)
→ Ein Magnesiastäbchen wird in der Bunsenbrennerflamme erhitzt (notfalls
wiederholt mit wenig konz. HCl) bis die gelbe Flammenfärbung verschwunden ist.
Danach wird jeweils etwas Li-, Na-, K-, Ca-, Sr- und Ba-haltige Substanz auf das
Magnesiastäbchen gebracht und dieses in der Flamme erhitzt. Die violette K+-
Färbung wird durch die gelbe Na+-Färbung verdeckt. Verwenden Sie deshalb ein
Kobaltglas! Eine Tafel der im sichtbaren Bereich liegenden Spektrallinien der Alkali-
und Erdalkalimetalle finden Sie im Praktikumsbuch (Jander-Blasius). Verwenden Sie
ein Handspektroskop!
→ Etwas Zigarettenasche wird in einem Tropfen Salzsäure gelöst und
spektralanalytisch untersucht.
10.2 Nachweis von Ca2+ und Ba2+ als schwerlösliche Sulfate
→ Ca. 2 mL Calciumchlorid- und Bariumchloridlösung werden mit wenigen
Tropfen Natriumsulfatlösung versetzt. Nur im Fall der BaCl2-Lösung fällt sofort ein
Niederschlag aus. Die Calciumchloridlösung wird weiter mit Natriumsulfat versetzt.
Nach einiger Zeit bzw. langsamen Verdunsten der Lösung bilden sich farblose,
dünne Nadeln von CaSO4∙2H2O (Gips) aus.
10.3 Reaktion von Ca2+ mit Oxalat
→ Calciumchloridlösung wird mit einigen Tropfen einer Ammoniumoxalatlösung
((NH4)2C2O4) versetzt. Charakteristisch für den entstehenden farblosen Niederschlag
von Calciumoxalat ist seine Unlöslichkeit in verd. Essigsäure sowie seine Löslichkeit
in verd. HNO3 oder HCl.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 10. Praktikumstag Ammoncarbonatgruppe – Ca, Sr, Ba
46
10.4 Nachweis von Ba2+ als Bariumchromat
→ Etwas Bariumchloridlösung wird mit einigen Tropfen Kaliumchromatlösung
(K2CrO4) versetzt. Es fällt ein gelber Bariumchromatniederschlag aus.
10.5 Sr2+ und Ba2+-Nachweis mit Natrium-Rhodizonat
Na-Rhodizonat bildet in neutralen Lösungen gefärbte Niederschläge mit Ba2+ und
Sr2+, dagegen nicht mit Ca2+. Ba-Rhodizonat wird von verd. HCl in eine
schwerlösliche hellrote Verbindung umgewandelt, während Sr-Rhodizonat unter den
gleichen Bedingungen gelöst wird. Auf diesem unterschiedlichen Verhalten beider
Verbindungen gegenüber HCl beruht der Nachweis von Ba2+ und Sr2+
nebeneinander.
→ Je 1 Tropfen einer Sr2+-haltigen, einer Ba2+-haltigen und einer Mischlösung
aus Ba2+/Sr2+ bzw. der Probelösung wird nebeneinander auf ein Filterpapier gegeben
(ggf. etwas trocknen lassen) und jeweils mit 1 Tropfen Na-Rhodizonatlösung
behandelt. Die entstandenen Flecken werden mit 0,1 mol/L HCl betüpfelt. (siehe
Jander-Blasius)
Die Beobachtungen werden notiert, alle Lösungen fachgerecht entsorgt, der
Arbeitsplatz und die Glasgeräte gründlich gereinigt.
10.6 Analyse F1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 10. Praktikumstag Ammoncarbonatgruppe – Ca, Sr, Ba
47
Übungsaufgaben
1 Welche Kationen können Sie spektroskopisch in der Zigarettenasche
nachweisen?
2 Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen zu Versuch 10.5!
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 11. Praktikumstag Lösliche Gruppe – Mg, Li, Na, K, NH4
+
48
11.1 Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser
→ Mit Assistent und in Gruppen durchführen: Ein erbsengroßes Stück Natrium
wird in ein mit Wasser gefülltes Becherglas gebracht. (Vorsicht! Heftige Reaktion!).
Mit pH-Papier ist der pH-Wert der Lösung zu überprüfen.
11.2 Nachweise von K+
→ Fällung als KClO4: Man bringt einen Tropfen einer konzentrierten
Kaliumchloridlösung auf einen Objektträger neben einen Tropfen 70%iger
Perchlorsäure und vereinigt beide Tropfen mittels einer Pipette unter dem Mikroskop.
Es ist die Bildung des Kaliumperchlorats in Form weißer, rhombischer, stark
lichtbrechender Kristalle gut zu erkennen.
→ Fällung als Kaliumtetraphenylborat: 1 Tropfen der neutralen oder schwach
essigsauren Probelösung wird auf der Tüpfelplatte mit 1 Tropfen 2%iger
Natriumtetraphenylboratlösung versetzt.
11.3 Nachweis von Ammonium-Ionen
→ Siehe 1. Praktikumstag Versuch 1.11
11.4 Nachweise und Reaktionen von Mg2+
→ Phosphationen geben mit Magnesiumionen in ammoniakalischer Lösung
einen feinkristallinen Niederschlag von Magnesiumammoniumphosphat
(MgNH4PO4). Es muss jedoch genügend Ammoniumsalz anwesend sein, um die
Ausfällung von Magnesiumhydroxid zu verhindern. Führen Sie die Reaktion durch.
→ Fällung von Mg(OH)2 mit Natronlauge: Versetzen Sie eine Magnesiumsalz-
Lösung mit Natronlauge. Es fällt ein weißer Niederschlag von Mg(OH)2 aus, der sich
auch im Überschuss von NaOH nicht löst.
→ Fällung von Mg(OH)2 mit Ammoniak: Versetzen Sie eine Magnesiumsalzlösung
mit Ammoniak. Auch hier entsteht ein Niederschlag. Während aber bei Überschuss
von NaOH die Fällung quantitativ ist, bleibt bei Verwendung von Ammoniak stets
Mg2+ in Lösung, da einerseits die Konzentration an OH– in einer Ammoniaklösung
relativ klein ist und andererseits bei sehr hoher Konzentration an NH3 dieses mit
Mg2+ in geringem Maße lösliche Komplexionen bildet. (vgl. auch folgende Rkt.)
→ Verhalten bei Zugabe von Ammoniak und Ammoniumchlorid
Fügen Sie zu dem im vorigen Versuch erhaltenen Fällungsprodukt mehrere Milliliter
NH4Cl-Lösung zu. Der Niederschlag von Mg(OH)2 löst sich wieder auf. Als nächstes
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 11. Praktikumstag Lösliche Gruppe – Mg, Li, Na, K, NH4
+
49
versetze man eine Mg2+-Lösung zuerst mit genügend NH4Cl und füge dann den
Ammoniak hinzu. Die Fällung bleibt aus.
→ Nachweis als Chinalizarin-Farblack: 1 Tropfen der sauren Probelösung wird
auf der Tüpfelplatte mit 2 Tropfen ethanolischer Chinalizarinlösung versetzt und dann
wird 2 mol/L NaOH (carbonatfrei) tropfenweise bis zur stark alkalischen Reaktion
zugegeben. Je nach Konzentration an Mg2+ bildet sich ein blauer Niederschlag oder
eine Blaufärbung. Merke: Stets Blind- und Vergleichsprobe machen!
→ Nachweis als Oxinat: 1 Tropfen der ammoniakalischen Probelösung wird auf
der Tüpfelplatte mit einigen Tropfen essigsaurer Oxinlösung versetzt. Je nach
Konzentration an Mg2+ bildet sich ein grünlich gelber Niederschlag oder eine
Grüngelbfärbung. Merke: Stets Blind- und Vergleichsprobe machen!
Die Beobachtungen werden notiert, alle Lösungen fachgerecht entsorgt, der
Arbeitsplatz und die Glasgeräte gründlich gereinigt.
11.5 Analyse H1
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 12. Praktikumstag 2. Kationen-Gesamtanalyse (D1-H1)
50
12.1 Analyse G2
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In der Zeit der Ergebnisauswertung wird der Mörser gereinigt. Dieser ist sauber und
trocken wieder zur Analysen-Ausgabestelle zu bringen.
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 13. Praktikumstag Abschluss-Analyse (Vollanalyse)
51
13.1 Analyse G3
→ Die Ionen-Zusammensetzung der Ihnen zugeteilten Probe soll bestimmt
werden. Das Ergebnis wird im Heft auf der dafür vorgesehenen Seite notiert und dem
Assistenten zur Auswertung gegeben.
In den Proben können folgende Ionen enthalten sein.
Kationen: Pb2+, Cu2+, As3+, Sb3+, Sn2+, Fe2+/3+, Cr3+, Ni2+, Co2+, Mn2+, Ca2+, Ba2+,
Na+, K+, NH4+
Anionen: F-, Cl-, Br-, I-, SO42-, NO3
-, CO32-, S2-, CH3COO-
Alle benutzten Gerätschaften (Chemikalien dabei fachgerecht entsorgen!) sowie der
Arbeitsplatz und die Abzüge werden gereinigt. Der saubere aufgeräumte Arbeitsplatz
wird vor dem Verlassen des Praktikums von einem Assistenten abgenommen, der
dies durch Unterschrift im Praktikumsheft bestätigt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ 14. Praktikumstag Platzabgabe und Saalreinigung
52
- ab spätestens 12.00 Uhr beginnt die Saalreinigung (genauer Zeitpunkt wird
am letzten Praktikumstag bekannt gegeben)
- Arbeitsgruppen-Einteilung erfolgt durch Assistenten
Platzabgabe
- Reinigung der Arbeitsgeräte, mechanisch und ggf. auch chemisch (z.B. mit
Säure, Lösemittel aus Chemikaliengestell)
- Prüfen der Geräte auf Vollständigkeit (ggf. sind Einzelteile heute zu
erstatten)
- alle Chemikalienflaschen aus dem Chemikalienregal werden entleert und
mit dest. Wasser gespült, auch Saugpipetten spülen
Rückgabe der VOLLSTÄNDIGEN und GEREINIGTEN Arbeitsplatzkästen gegen
Unterschrift vom Assistenten
Saalreinigung
Putzmittel und Putzgeräte werden Ihnen zur Verfügung gestellt.
Was am Ende im Saal alles sauber sein muss:
- alle Abzüge, inkl. Frontscheiben und Seitenwänden
- alle Fronten der Unterschränke (unter den Abzügen sowie an den
Arbeitsplätzen)
- jeder Arbeitsplatz, mit oberer Ablagefläche und Zwischenscheibe
- Ausgüsse
- Tafeln
- Zentrifugen und andere benutzte Geräte
- Abfallkanister sind wegzubringen
Die Teilnahme an der Saalreinigung wird vom Assistenten durch
Unterschrift bestätigt und ist Voraussetzung für den Erhalt des
Modulscheines!!!
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Schematischer Gang der qualitativen Analyse
53
Analysensubstanz
lösen
vollständig löslich
zentrifugieren
Zentrifugat
zentrifugieren
Zentrifugat
HCl-Gruppe
Rückstand
Rückstand
H2S-Gruppe
Rückstand
(NH4)2S-Gruppe
(NH4)2CO3-Gruppe
zentrifugieren
Zentrifugat
zentrifugieren
Zentrifugat
zentrifugieren
Zentrifugat Aufschlüsse Rückstand
Rückstand
Rückstand
Trennungsgang HCl-Gruppe
Nachweise der HCl-Gruppe
Nachweise der H2S-Gruppe
Trennungsgang H2S-Gruppe
Trennungsgang (NH4)2S-Gruppe
Nachweis der (NH4)2S-Gruppe
Trennungsgang (NH4)2CO3-Gruppe
Nachweis der (NH4)2CO3-Gruppe
Lösliche Gruppe
Nachweise der löslichen Gruppe
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Kationentrennungsgang
54
Arbeitsanweisung
Aufgabe der qualitativen Analyse ist es, Verbindungen und Stoffgemische in ihre
Einzelkomponenten zu zerlegen und zu identifizieren. Der Hauptzweck einer solchen
Analyse im Praktikum ist es, die bei den Handversuchen erworbenen Kenntnisse der
Arbeitstechnik und des chemischen Verhaltens von Stoffen zu vertiefen, indem an
Proben unbekannter Zusammensetzung Trenn- und Nachweisreaktionen
durchgeführt werden. Der hierzu empfohlene Weg ist nur einer von vielen möglichen.
Die qualitative Analyse wird im Halbmikromaßstab durchgeführt (Substanzmenge:
10-100 mg, Lösungsmenge: 0,5 - 5 mL).
Die Analyse wird als Feststoffgemisch ausgegeben. Man achte darauf, dass bei allen
Versuchen, bei denen ein Teil der Probe eingesetzt wird, eine gute Durchmischung
vorliegt. Der Gang der Analyse ist stichwortartig in einem Protokoll festzuhalten, das
laufend parallel zu den einzelnen Schritten geführt werden muss und aus dem das
Ergebnis der Analyse deutlich zu erkennen sein muss. Dieses Protokoll wird dem
Assistenten zur Korrektur vorgelegt. Es ist Grundlage der Bewertung der qualitativen
Analyse.
a) Vorproben: Oft lässt die äußere Beschaffenheit der Probensubstanz schon
Rückschlüsse auf ihre Zusammensetzung zu. Solche Merkmale sind z.B. die Farbe
und der Grad der Heterogenität. Auch die Betrachtung durch das Mikroskop hilft.
Ammoniumionen-Nachweis.
Carbonat-Nachweis
Oxidationsschmelze.
Boraxperle
Flammenfärbung
b) Nachweise der Anionen im Sodaauszug: Zunächst wird der Sodaauszug
durchgeführt (siehe Versuch 3.3) und die Anionen-Nachweise durchgeführt.
c) Auflösen der Analysenprobe: Man löst einen Teil der festen Analysenprobe. Je
nach Substanz muss man verschiedene Lösungsmittel anwenden. Eine Regel zur
Wahl des besten Lösungsmittels kann nicht gegeben werden. Man versuche,
zunächst mit Wasser, verd. oder konz. Salzsäure auszukommen. Erst wenn sich die
Substanz in Salzsäure nicht oder nur teilweise löst, nehme man nacheinander verd.
und konz. Salpetersäure und schließlich Königswasser. Bei Anwendung von
Salpetersäure als Lösungsmittel ist diese nach dem Lösen möglichst weitgehend
durch Eindampfen mit Salzsäure zu entfernen. Die Wahl des richtigen
Lösungsmittels vereinfacht häufig die Analyse. Man zentrifugiert einen unlöslichen
Rückstand ab. Er wird nach Beendigung des Trennungsganges gesondert
untersucht.
d) Kationentrennungsgang: Der hier vorgeschlagene Trennungsgang ist
gegenüber den "Schultrennungsgängen" verkürzt.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Kationentrennungsgang
55
1) HCl-Gruppe (Pb2+) pH 0
HNO3-saure Probelösung mit 2mol/L HCl ansäuern. Bei Gegenwart von Pb2+ fällt
PbCl2 aus. Der NS wird zentrifugiert und die überstehende klare Lösung, welche die
Metalle der H2S-Gruppe, der Hydroxidgruppe, der Ammoniumsulfidgruppe und der
Ammoniumcarbonat-gruppe enthält, nach 2) weiterverarbeitet (s.u.).
Der NS wird mit heißem H2O gewaschen. Die wässrige Lösung wird abgekühlt. Es
fällt weißes PbCl2 aus (Mikroskop). Die wässrige Lösung wird durch Nachweise auf
Pb2+ geprüft.
2) H2S-Gruppe (Cu2+) pH 0 – 3,5
Zu der salzsauren klaren Lösung aus 1) wird einige Minuten H2S eingeleitet (auf
vollständige Fällung achten!). Bei Anwesenheit von Kupfer fällt dieses als Sulfid aus
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Kationentrennungsgang
56
sowie noch vorhandenes Blei. Der NS wird zentrifugiert und die überstehende klare
Lösung, welche jetzt nur noch die Metalle der Hydroxidgruppe, der
Ammoniumsulfidgruppe und der Ammoniumcarbonat-gruppe enthält, nach 3)
weiterverarbeitet. Der Niederschlag von CuS, und PbS wird in halbkonzentrierter
HNO3 erhitzt. Jetzt liegen die Cu2+ und Pb2+ Ionen in Lösung vor. Das Filtrat wird auf
die einzelnen Ionen untersucht.
3) Hydroxidgruppe (Cr3+, Fe2+, Mn2+) pH 8
Die klare Lösung aus 2) wird eingeengt (das Einengen hat überdies den Zweck, dass
das H2S aus der Lösung vertrieben wird; wird dieser Arbeitsschritt unterlassen, dann
fällt bei der Zugabe von Ammoniak außer Chrom, Eisen- und Manganhydroxid auch
Zinksulfid aus und kann bei 4) nicht mehr nachgewiesen werden).
Dann wird zur Oxidation des Fe2+ etwas H2O2 zugegeben und in der Hitze NH3
zugegeben. Kontrollieren Sie den pH-Wert, er soll schwach basisch sein.
Bei Gegenwart von Chrom, Mangan, und Eisen fallen diese als Cr(OH)3, Fe(OH)3
und MnO2∙aq (die Fällung des Mangans erfolgt nicht quantitativ!). Der Niederschlag
wird zentrifugiert und die überstehende klare Lösung, die das Zink, etwas
verschlepptes Mangan und die Ionen der Ammoniumcarbonat-gruppe enthält nach 4)
weiterverarbeitet. Der Niederschlag, bestehend aus den drei Hydroxiden, wird mit
Wasser gewaschen. Der Nachweis des Mangans kann ohne weitere Auftrennung
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Kationentrennungsgang
57
direkt im Niederschlag erfolgen.
Den Rest des Niederschlags löst man in verdünnter Salzsäure und lässt diese
Lösung vorsichtig in ein Gemisch aus 30%iger NaOH und 3%iges H2O2 einfließen
(Vorsicht starke Wärmeentwicklung). Bei Anwesenheit von Eisen fällt dieses als
Fe(OH)3 aus, während etwa vorhandenes Chrom zu Chrom(VI) oxidiert wurde,
welches an seiner gelben Farbe erkannt werden kann. Der Niederschlag von
Fe(OH)3 wird zentrifugiert (die überstehende klare Lösung ist bei Anwesenheit von
Chrom gelb gefärbt), in verdünnter Essigsäure gelöst und mit (NH4)SCN-Lösung
nachgewiesen.
4) Ammoniumsulfidgruppe (Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+) pH 8-9
Die klare Lösung aus 3) wird ammoniakalisch gemacht und mit NH4Cl versetzt. In der
Wärme wird mit Ammoniumsulfid gefällt. Dabei fallen Zink, Nickel, Kobalt und das
"verschleppte" Mangan als Sulfide aus. Der Niederschlag wird zentrifugiert und die
überstehende klare Lösung, welche jetzt nur noch den Vertreter der
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Kationentrennungsgang
58
Ammoniumcarbonatgruppe enthält, nach 5) weiterverarbeitet. Zu dem NS wird
verdünnte Essigsäure hinzugefügt, dabei geht das MnS in Lösung. Aus der Lösung
wird das Mangan nachgewiesen. Die Auflösung des Zinksulfids erfolgt mit verdünnter
Salzsäure. Es folgt der Nachweis von Zink. Die verbleibenden Niederschläge werden
in Essigsäure und Wasserstoffperoxid gelöst. Es werden die noch vorhandenen
Ionen nachgewiesen.
5) Ammoniumcarbonatgruppe (Ba2+, Ca2+) pH 8
Die klare Lösung aus 4) wird mit HCl angesäuert, das H2S wird verkocht und erneut
HCl bis pH 4 zugegeben. Die Lösung wird dann ammoniakalisch gemacht. Die
Lösung wird mit Ammoniumcarbonat versetzt und gekocht. Dabei fällt Barium- und
Calciumcarbonat aus. Der Niederschlag wird zentrifugiert und die überstehende klare
Lösung, welche nur noch die Alkaliionen enthält, wird nach 6) weiterverarbeitet. Der
klare Lösung
NH3 / NH4Cl / (NH4)2S
ZnS, MnS, CoS, Co2S3, NiS, Ni2S3
CH3COOH
ZnS, CoS, Co2S3, NiS, Ni2S3
Mn2+
CoS, Co2S3, NiS, Ni2S3
Zn2+ HCl
Nachweis
Nachweis
Gruppen V-VI in Lsg.
CH3COOH / H2O2 Ni2+, Co2+
Nachweise
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Kationentrennungsgang
59
NS wird in Essigsäure gelöst, Natriumacetat wird zugesetzt und mit Kaliumdichromat
wird Barium gefällt, das nach 6) nachgewiesen wird. Das Filtrat wird mit Ammoniak
und Ammoniumcarbonat versetzt und gekocht. Es fällt Calciumcarbonat aus,
welches nach 6) weiterverarbeitet wird.
6) lösliche Gruppe (Na+, K+) pH 8
Flammenfärbung und Spektroskopie. Die klare verbliebene Lösung aus 5) wird stark
eingeengt. Auf einer Tüpfelplatte wird ein Teil der Probe mit etwas konzentrierter
Salzsäure versetzt. Ein sauberes ausgeglühtes Magnesiastäbchen wird in die
Lösung getaucht, dann in die nichtleuchtende Bunsenbrennerflamme gebracht und
spektroskopiert.
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Tabelle für Fällungsnachweise
60
Mg
2+
Ca
2+
Ba
2+
Zn
2+
Ni 2
+
Co
2+
Mn
2+
Fe
3+
Fe
2+
Cr
3+
Al 3
+
Cu
2+
Sn
2+
Ag
+
verd
. HC
l
KI-
Lö
su
ng
H2 S
pH
<7
(NH
4 )2 S
verd
.
Na
OH
Na
OH
Üb
ers
ch
uss
verd
.
NH
3
NH
3
Üb
ers
ch
uss
verd
.
H2 S
O4
Na
2 CO
3
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Muster für die Prüfungsvorleistung
61
1. Welche Anionen können Sie beim Erhitzen Ihrer Analysensubstanz mit
konzentrierter Schwefelsäure nachweisen? (Reaktionsgleichungen) 6P
2. Ihre Analysensubstanz enthält Cl−-, Br−- und I−-Anionen. Wie kann man die Cl−-
Anionen neben den Br−- und I−-Anionen nachweisen? (Reaktionsgleichungen )
4P
3. Vervollständigen Sie folgende Redox-Gleichungen 10P
a) Fe3+ + I−
b) Fe2+ + NO3− + H+
c) MnO4− + C2O4
2− + H+
d) Cr2O72− + Cl− + H+
e) P4 + HOCl → H3PO4 + Cl− (pH < 7)
4. Eine rosafarbene Mangan(II)-Salzlösung wird mit Bleidioxid und konzentrierter
Salpetersäure erhitzt. Welche Farbänderung tritt auf? (Reaktionsgleichung)
4P
5. Arsen wird mit der Marshschen-Probe nachgewiesen. Geben Sie die
Reaktionsgleichungen dafür an! 6P
6. Cr2O3 ist in Säuren unlöslich, kann aber durch eine Oxidationsschmelze in eine
lösliche Verbindung überführt werden. (Reaktionsgleichung) 4P
7. Warum reagieren Aluminiumsalzlösungen sauer? (Reaktionsgleichung) 2P
8. In einem Reagenzglas befinden sich Al3+- und Fe3+-Ionen. Sie geben
Natronlauge zu. Welche Reaktionen sind zu beobachten?
(Reaktionsgleichungen ) 4P
9. Zu einer Fe3+-Lösung gibt man Thiocyanationen. Danach versetzt man diese
Lösung mit F−-Ionen. Geben Sie für die Farbänderungen Reaktionsgleichungen
an! 4P
10. Wie kann man S2−-, CH3COO−- und CO32−-Anionen durch Vorproben
nachweisen? 6P
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Anwesenheitskontrolle
62
1. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (22. Oktober 2018)
2. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (29. Oktober 2018)
3. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (05. November 2018)
4. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (12. November 2018)
5. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (19. November 2018)
6. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (26. November 2018)
7. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (10. Dezember 2018)
8. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (17. Dezember 2018)
9. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (07. Januar 2019)
10. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (14. Januar 2019)
11. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (21. Januar 2019)
12. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (28. Januar 2019)
13. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (04. Februar 2019)
14. Praktikumstag Unterschrift Assistent —————————— (11. Februar 2019)
Universität Leipzig – Institut für Anorganische Chemie
Praktikum – „Allgemeine und Anorganische Chemie“ Anhang
Analysenauswertung
63
Wird vom Assistenten ausgefüllt
Analyse Nachgewiesene Ionen
(Ergebnis) zuviel zuwenig Fehler Unterschrift
A1
A2
A3
B1
C1
C2
G1
D1
E1
F1
H1
G2
G3
Summe
Note