Качественные реакции на ионы и вещества

1. Качественные реакции на катионы.
1.1. Качественные реакции на катионы щелочных металлов (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺).
Обнаружить катионы щелочных металлов можно при внесении небольшого количества соли в пламя горелки. Тот или иной катион окрашивает пламя в соответствующий цвет:
Li⁺ — темно-розовый.
Na⁺ — желтый.
K⁺ — фиолетовый.
Rb⁺ — красный.
Cs⁺ — голубой.
Катионы так же можно обнаружить и с помощью химических реакций. При сливании раствора соли лития с фосфатами образуется нерастворимый в воде, но растворимый в конц. азотной кислоте, фосфат лития:
3Li⁺ + PO4^3- = Li₃PO₄↓
Li₃PO₄ + 3HNO₃ = 3LiNO₃ + H₃PO₄

Катионы K⁺ и Rb⁺ можно выявить добавлением к растворам их солей кремнефтористой кислоты H₂[SiF₆] или ее солей — гексафторсиликатов:
2Me⁺ + [SiF₆]^2- = Me₂[SiF₆]↓ (Me = K, Rb)

Они же и Cs⁺ осаждаются из растворов при добавлении перхлорат-анионов:
Me⁺ + ClO₄^- = MeClO₄↓ (Me = K, Rb, Cs).

1.2. Качественные реакции на катионы щелочно-земельных металлов (Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺).
Катионы щелочно-земельных металлов можно выявить двумя способами: в растворе и по окраске пламени. Кстати, к щелочно-земельным относятся кальций, стронций, барий.
Окраска пламени:
Ca²⁺ — кирпично-красный.
Sr²⁺ — карминово-красный.
Ba²⁺ — желтовато-зеленый.

Реакции в растворах. Катионы рассматриваемых металлов имеют общую особенность: их карбонаты и сульфаты нерастворимы. Катион Ca²⁺ предпочитают выявлять карбонат-анионом CO₃^2-:
Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃↓
Который легко растворяется в азотной кислоте с выделением углекислого газа:
2H⁺ + CO₃^2- = H₂O + CO₂↑
Катионы Ba²⁺, Sr²⁺ предпочитают выявлять сульфат-анионом с образованием сульфатов, нерастворимых в кислотах:
Sr²⁺ + SO₄^2- = SrSO₄↓
Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓

1.3. Качественные реакции на катионы свинца (II) Pb²⁺, серебра (I) Ag⁺, ртути (I) Hg⁺, ртути (II) Hg²⁺. Рассмотрим их на примере свинца и серебра.
Эта группу катионов объединяет одна общая особенность: они образуют нерастворимые хлориды. Но катионы свинца и серебра можно выявить и другими галогенидами.

Качественная реакция на катион свинца — образование хлорида свинца (осадок белого цвета), либо образование иодида свинца (осадок ярко - желтого цвета):
Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂↓

Качественная реакция на катион серебра — образование белого творожистого осадка хлорида серебра, желтовато-белого осадка бромида серебра, образование желтого осадка иодида серебра:
Ag⁺ + Cl^- = AgCl↓
Ag⁺ + Br^- = AgBr↓
Ag⁺ + I^- = AgI↓
Как видно из выше изложенных реакций, галогениды серебра (кроме фторида) нерастворимы, а бромид и иодид имеют окраску. Но отличительная черта их не в этом. Данные соединения разлагаются под действием света на серебро и соответствующий галоген, что также помогает их идентифицировать. Поэтому часто емкости с этими солями испускают запахи. Также при добавлении к данным осадкам тиосульфата натрия происходит растворение:
AgHal + 2Na₂S₂O₃ = Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + NaHal, (Hal = Cl, Br, I).
То же самое произойдет при добавлении жидкого аммиака или его конц. раствора. Растворяется только AgCl. AgBr и AgI в аммиаке практически нерастворимы:
AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]Cl

Существует также еще одна качественная реакция на катион серебра — образование оксида серебра черного цвета при добавлении щелочи:
2Ag⁺ + 2OH^- = Ag₂O↓ + H₂O
Это связано с тем, что гидроксид серебра при нормальных условиях не существует и сразу же распадается на оксид и воду.

1.4. Качественная реакция на катионы алюминия Al³⁺, хрома (III) Cr³⁺, цинка Zn²⁺, олова (II) Sn²⁺. Данные катионы объединены образованием нерастворимых оснований, легко переводимых в комплексные соединения. Групповой реагент — щелочь.
Al³⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃↓ + 3OH^- = [Al(OH)₆]^3-
Cr³⁺ + 3OH^- = Cr(OH)₃↓ + 3OH^- = [Cr(OH)₆]^3-
Zn²⁺ + 2OH^- = Zn(OH)₂↓ + 2OH- = [Zn(OH)₄]^2-
Sn²⁺ + 2OH- = Sn(OH)₂↓ + 2OH^- = [Sn(OH)₄]^2-
Не стоит забывать, что основания катионов Al³⁺, Cr³⁺ и Sn²⁺ не переводятся в комплексное соединение гидратом аммиака. Этим пользуются, чтобы полностью осадить катионы. Zn²⁺ при добавлении конц. раствора аммиака сначала образует Zn(OH)₂, а при избытке аммиак способствует растворению осадка:
Zn(OH)₂ + 4NH₃ = [Zn(NH₃)₄](OH)₂

Раствор, содержащий [Cr(OH)₆]^3-, при добавлении хлорной или бромной воды в щелочной среде становится желтым из-за образования хромат-аниона CrO₄^2-:
2[Cr(OH)₆]^3- + 3Br₂ + 4OH^- = 2CrO₄^2- + 6Br^- + 8H₂O

1.5. Качественная реакция на катионы железа (II) и (III) Fe²⁺, Fe³⁺. Данные катионы также образуют нерастворимые основания. Иону Fe²⁺ отвечает гидроксид железа (II) Fe(OH)₂ — осадок белого цвета. На воздухе сразу покрывается зеленым налетом, поэтому чистый Fe(OH)₂ получают в атмосфере инертых газов либо азота N₂.
Катиону Fe³⁺ отвечает метагидроксид железа (III) FeO(OH) бурого цвета. Примечание: соединения состава Fe(OH)₃ неизвестно (не получено). Но все же большинство придерживаются записи Fe(OH)₃.
Качественная реакция на Fe²⁺:
Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(OH)₂↓
Fe(OH)₂ будучи соединением двухвалентного железа на воздухе неустойчиво и постепенно переходит в гидроксид железа (III):
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

Качественная реакция на Fe³⁺:
Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃↓
Еще одной качественной реакцией на Fe³⁺ является взаимодействие с роданид-анионом SCN^-, при этом образуется роданид железа (III) Fe(SCN)₃, окрашивающий раствор в темно-красный цвет (эффект «крови»):
Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃
Роданид железа (III) легко «разрушается» при добавлении фторидов щелочных металлов:
6NaF + Fe(SCN)₃ = Na₃[FeF₆] + 3NaSCN
Раствор становится бесцветным.
Очень чувствительная реакция на Fe³⁺, помогает обнаружить даже очень незначительные следы данного катиона.

1.6. Качественная реакция на катион марганца (II) Mn²⁺. Данная реакция основана на жестком окислении марганца в кислой среде с изменением степени окисления с +2 до +7. При этом раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет из-за появления перманганат-аниона. Рассмотрим на примере нитрата марганца:
2Mn(NO₃)₂ + 5PbO₂ + 6HNO₃ = 2HMnO₄ + 5Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

1.7. Качественная реакция на катионы меди (II) Cu²⁺, кобальта (II) Co²⁺ и никеля (II) Ni²⁺. Особенность этих катионов в образовании с молекулами аммиака комплексных солей — аммиакатов:
Cu²⁺ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]²⁺
Аммиакаты окрашивают растворы в яркие цвета. К примеру, аммиакат меди окрашивает раствор в ярко-синий цвет.

1.8. Качественные реакции на катион аммония NH₄⁺. Взаимодействие солей аммония со щелочами при кипячении:
NH₄⁺ + OH^- =t= NH₃↑ + H₂O
При поднесении влажная лакмусовая бумажка окрасится в синий цвет.