Nachweis von Halogenid-, Ammonium- und Carbonat-Ionen
Im Labor steht ein Reagenzglas mit einer farblosen Lösung ohne Etikett. Ist es Kochsalzlösung, ein Düngemittel oder Mineralwasser? Ein Blick reicht nicht. Mit gezielten Nachweisreaktionen lässt sich aber herausfinden, welche Ionen enthalten sind. Am Ende der Seite löst du genau diese Aufgabe für ein Düngesalz.
Prinzip der Nachweisreaktionen
Ein Nachweis ist eine Reaktion, bei der ein Ion eine eindeutige, sichtbare Veränderung auslöst. Es gibt drei Typen:
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Fällungsreaktion: Ein schwer löslicher Feststoff (Niederschlag) entsteht.
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Gasentwicklung: Ein Gas steigt auf und wird selbst nachgewiesen.
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Farbreaktion: Eine Lösung oder ein Indikator ändert die Farbe.
Ein guter Nachweis ist spezifisch: Andere Ionen dürfen ihn nicht stören. Deshalb gehört zu jedem Nachweis immer: Reagenz, Beobachtung, Gleichung und gegebenenfalls eine Vorbehandlung (z. B. Ansäuern).
Zum Nachweis von Chlorid-Ionen wird eine Probelösung mit verdünnter Salpetersäure angesäuert und anschließend Silbernitrat-Lösung zugegeben. Es entsteht ein weißer…
Zum Nachweis von Chlorid-Ionen wird eine Probelösung mit verdünnter Salpetersäure angesäuert und anschließend Silbernitrat-Lösung zugegeben. Es entsteht ein weißer Niederschlag.
- a) Formulieren Sie die Ionengleichung der Fällungsreaktion.
- b) Erklären Sie, warum vor der Zugabe von Silbernitrat mit Salpetersäure angesäuert wird.
Halogenid-Ionen: Fällung mit Silbernitrat
Silber-Ionen bilden mit Chlorid, Bromid und Iodid schwer lösliche Silberhalogenide. Der Grund liegt im Ionengitter: Die Gitterenergie der Silberhalogenide ist so groß, dass die Hydratationsenergie der Ionen sie nicht aufbringt. Die Salze lösen sich daher kaum in Wasser. Die Probelösung wird zuerst mit verdünnter Salpetersäure angesäuert, dann gibt man Silbernitrat-Lösung zu.
$$\mathrm{Ag^+(aq) + Cl^-(aq) \rightarrow AgCl(s)}$$Allgemein: $\mathrm{Ag^+ + X^- \rightarrow AgX \downarrow}$ mit $\mathrm{X = Cl, Br, I}$.
| Ion | Niederschlag | Farbe | Löslichkeit in Ammoniak-Lösung |
|---|---|---|---|
| $\mathrm{Cl^-}$ | $\mathrm{AgCl}$ | weiß | löst sich in verdünnter Lösung |
| $\mathrm{Br^-}$ | $\mathrm{AgBr}$ | gelblich | löst sich nur in konzentrierter Ammoniak-Lösung |
| $\mathrm{I^-}$ | $\mathrm{AgI}$ | gelb | löst sich auch nicht in konzentrierter Ammoniak-Lösung |
Die Löslichkeit nimmt von AgCl zu AgI ab. Das erklärt den Unterschied beim Auflösen mit Ammoniak: Ammoniak bildet mit $\mathrm{Ag^+}$ den Komplex $\mathrm{[Ag(NH_3)_2]^+}$ und entzieht so der Lösung Silber-Ionen.
Warum ansäuern?
Silber-Ionen bilden auch mit Carbonat, Hydroxid und Phosphat Niederschläge, zum Beispiel $\mathrm{Ag_2CO_3}$ (weiß bis gelblich), $\mathrm{Ag_2O}$ (braun, aus Hydroxid) und $\mathrm{Ag_3PO_4}$ (gelb). Diese lösen sich in Salpetersäure, die Silberhalogenide nicht. Salpetersäure verwendet man, weil Nitrat-Ionen mit Silber-Ionen nichts Schwerlösliches bilden. Mit Salzsäure anzusäuern wäre falsch, denn sie liefert selbst Chlorid-Ionen.
Drei farblose Lösungen sind unbeschriftet: Natriumchlorid, Natriumbromid und Natriumiodid. Alle werden mit angesäuerter Silbernitrat-Lösung versetzt. a) Geben Sie die zu…
Drei farblose Lösungen sind unbeschriftet: Natriumchlorid, Natriumbromid und Natriumiodid. Alle werden mit angesäuerter Silbernitrat-Lösung versetzt.
- a) Geben Sie die zu erwartenden Farben der Niederschläge an.
- b) Beschreiben Sie, wie sich die Niederschläge in verdünnter Ammoniak-Lösung unterscheiden.
- c) Formulieren Sie die Ionengleichung für die Bildung des Niederschlags aus Bromid-Ionen.
Ein unbekanntes weißes Salz $\mathrm{X}$ löst sich gut in Wasser. Beobachtungen: (1) Mit Natronlauge und Erwärmen entsteht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau…
Ein unbekanntes weißes Salz $\mathrm{X}$ löst sich gut in Wasser. Beobachtungen:
(1) Mit Natronlauge und Erwärmen entsteht ein Gas, das feuchtes Indikatorpapier blau färbt.
(2) Mit Salzsäure entsteht kein Gas.
(3) Nach Ansäuern mit Salpetersäure erzeugt Silbernitrat-Lösung einen gelblichen Niederschlag, der sich in konzentrierter Ammoniak-Lösung nur schwer löst.
- a) Ermitteln Sie begründet die Formel des Salzes.
- b) Formulieren Sie die Gleichungen zu (1) und (3).
- c) Beurteilen Sie, ob Beobachtung (2) allein ein Carbonat sicher ausschließt, und begründen Sie.
Carbonat-Ionen: Gasentwicklung
Carbonate und Hydrogencarbonate reagieren mit Säuren unter Bildung von Kohlenstoffdioxid. Die Kohlensäure zerfällt dabei sofort in Wasser und $\mathrm{CO_2}$:
$$\mathrm{CO_3^{2-}(aq) + 2\,H_3O^+(aq) \rightarrow CO_2(g) + 3\,H_2O(l)}$$Für Hydrogencarbonat:
$$\mathrm{HCO_3^-(aq) + H_3O^+(aq) \rightarrow CO_2(g) + 2\,H_2O(l)}$$Das farblose Gas leitet man in Kalkwasser ein (gesättigte Calciumhydroxid-Lösung). Es bildet sich schwer lösliches Calciumcarbonat, die Lösung trübt sich:
$$\mathrm{Ca^{2+}(aq) + 2\,OH^-(aq) + CO_2(g) \rightarrow CaCO_3(s) + H_2O(l)}$$Leitet man weiter $\mathrm{CO_2}$ ein, löst sich der Niederschlag wieder auf, weil sich Calciumhydrogencarbonat bildet.
Zum Nachweis von Carbonat-Ionen gibt man auf eine feste Probe verdünnte Salzsäure. Es entsteht ein farbloses Gas, das beim Einleiten in Kalkwasser eine Trübung erzeugt.…
Zum Nachweis von Carbonat-Ionen gibt man auf eine feste Probe verdünnte Salzsäure. Es entsteht ein farbloses Gas, das beim Einleiten in Kalkwasser eine Trübung erzeugt.
- a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Gasentwicklung.
- b) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für den Nachweis des Gases mit Kalkwasser ($\mathrm{Ca(OH)_2}$-Lösung).
Ein Schüler will in einer Lösung Chlorid-Ionen nachweisen und gibt Silbernitrat-Lösung zu, ohne anzusäuern. Es fällt ein weißer Niederschlag aus, der sich in…
Ein Schüler will in einer Lösung Chlorid-Ionen nachweisen und gibt Silbernitrat-Lösung zu, ohne anzusäuern. Es fällt ein weißer Niederschlag aus, der sich in Salpetersäure unter Gasentwicklung teilweise löst.
- a) Deuten Sie die Beobachtung und nennen Sie die beiden Niederschläge.
- b) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für das Lösen unter Gasentwicklung.
- c) Entwerfen Sie einen Analysengang, der Chlorid und Carbonat nebeneinander sicher nachweist.
Ammonium-Ionen: Freisetzen von Ammoniak
Ammonium-Ionen sind Protonendonatoren. Eine starke Base entreißt ihnen ein Proton, es entsteht gasförmiger Ammoniak:
$$\mathrm{NH_4^+(aq) + OH^-(aq) \rightarrow NH_3(g) + H_2O(l)}$$Man erwärmt die Probe mit Natronlauge. Ammoniak ist ein stechend riechendes Gas. Ein angefeuchtetes Indikatorpapier über dem Reagenzglas färbt sich blau: Ammoniak reagiert mit dem Wasser auf dem Papier zu einer alkalischen Lösung.
$$\mathrm{NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-}$$Das Papier darf die Lösung nicht berühren, sonst täuscht die Natronlauge selbst einen Nachweis vor.
Zum Nachweis von Ammonium-Ionen erwärmt man die Probe mit Natronlauge und hält ein angefeuchtetes Indikatorpapier über das Reagenzglas. a) Formulieren Sie die…
Zum Nachweis von Ammonium-Ionen erwärmt man die Probe mit Natronlauge und hält ein angefeuchtetes Indikatorpapier über das Reagenzglas.
- a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung der Freisetzung des Gases.
- b) Beschreiben Sie die Beobachtung am Indikatorpapier und begründen Sie sie.
Ein weißes Düngesalz enthält entweder $\mathrm{(NH_4)2SO_4}$, $\mathrm{NH_4Cl}$ oder $\mathrm{NaCl}$. Mit Natronlauge entsteht beim Erwärmen ein stechend riechendes Gas,…
Ein weißes Düngesalz enthält entweder $\mathrm{(NH_4)_2SO_4}$, $\mathrm{NH_4Cl}$ oder $\mathrm{NaCl}$. Mit Natronlauge entsteht beim Erwärmen ein stechend riechendes Gas, mit angesäuerter Silbernitrat-Lösung bleibt die Lösung klar.
- a) Bestimmen Sie begründet, welches Salz vorliegt.
- b) Formulieren Sie die Ionengleichung des Ammonium-Nachweises.
- c) Schlagen Sie einen Nachweis für das Anion vor.
Analysengang und Störungen
Oft liegen mehrere Ionen nebeneinander vor. Dann muss man die Reihenfolge der Nachweise so wählen, dass kein Ion ein anderes stört.
Beispiel Mineralwasser aus dem Harz: Hydrogencarbonat und Chlorid gleichzeitig.
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Probe 1: Mit verdünnter Salzsäure versetzen, Gas in Kalkwasser leiten. Trübung → Carbonat bzw. Hydrogencarbonat.
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Probe 2: Mit verdünnter Salpetersäure ansäuern und erwärmen, damit das $\mathrm{CO_2}$ entweicht. Dann Silbernitrat zugeben. Weißer Niederschlag → Chlorid.
Das Ansäuern entfernt Carbonat und verhindert so die Fällung von $\mathrm{Ag_2CO_3}$. Das Ansäuern beseitigt Carbonat und Hydroxid, Sulfat dagegen nicht. Sulfat kann den Chlorid-Nachweis stören, weil $\mathrm{Ag_2SO_4}$ mäßig löslich ist: Es fällt nur bei hohen Sulfat- und Silber-Konzentrationen aus. Deshalb verdünnt man sulfatreiche Proben vor dem Nachweis.
Ein Mineralwasser aus dem Harz soll auf Hydrogencarbonat und Chlorid untersucht werden. a) Planen Sie je einen Nachweis für beide Ionen mit Reagenzien, Beobachtung und…
Ein Mineralwasser aus dem Harz soll auf Hydrogencarbonat und Chlorid untersucht werden.
- a) Planen Sie je einen Nachweis für beide Ionen mit Reagenzien, Beobachtung und Gleichung.
- b) Erläutern Sie, warum bei der Chlorid-Probe kein Sulfat oder Carbonat stören soll.
Quantitative Chloridbestimmung durch Fällung
Fällt man das Chlorid vollständig als AgCl aus, trocknet und wiegt den Niederschlag, lässt sich die Chlorid-Menge berechnen (Gravimetrie). Weil aus jedem $\mathrm{Cl^-}$ genau ein $\mathrm{AgCl}$ entsteht, gilt $n(\mathrm{Cl^-}) = n(\mathrm{AgCl})$.
Für die Masse an $\mathrm{NaCl}$ (falls Chlorid nur daher stammt) gilt $n(\mathrm{NaCl}) = n(\mathrm{Cl^-})$ und $m = n \cdot M$, bezogen auf einen Liter Lösung.
Fehlerquellen
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Unvollständiges Auswaschen: Anhaftende Lösung (z. B. $\mathrm{NaNO_3}$, überschüssiges $\mathrm{AgNO_3}$) wird mitgewogen. Die Masse ist zu hoch, das Ergebnis für $c(\mathrm{Cl^-})$ zu groß.
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Unvollständiges Trocknen: Restwasser erhöht ebenfalls die Masse.
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Zu wenig Silbernitrat: Nicht alles Chlorid fällt aus, das Ergebnis ist zu klein.
Zur quantitativen Chloridbestimmung in einer Salzlösung werden $25{,}0\,\text{mL}$ Probe mit überschüssigem Silbernitrat gefällt. Der getrocknete Niederschlag hat die…
Zur quantitativen Chloridbestimmung in einer Salzlösung werden $25{,}0\,\text{mL}$ Probe mit überschüssigem Silbernitrat gefällt. Der getrocknete Niederschlag hat die Masse $0{,}574\,\text{g}$ ($M(\mathrm{AgCl}) = 143{,}4\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$).
- a) Berechnen Sie die Stoffmengenkonzentration der Chlorid-Ionen in der Probe.
- b) Berechnen Sie die Masse an $\mathrm{NaCl}$ ($M = 58{,}4\,\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$) pro Liter, wenn Chlorid nur aus $\mathrm{NaCl}$ stammt.
- c) Diskutieren Sie, wie sich unvollständiges Auswaschen des Niederschlags auf das Ergebnis auswirkt.
Zurück zum Anfang: Die unbeschriftete Lösung lässt sich nun systematisch untersuchen. Natronlauge und Erwärmen prüfen auf Ammonium, Säure und Kalkwasser auf Carbonat, angesäuertes Silbernitrat auf Halogenide.