Опыт 7. Обнаружение катиона кальция
А) Реакция с растворимыми сульфатами
Ион SО42– осаждает кальций только из достаточно концентрированных растворов его солей. Осадок растворяется в сульфате аммония с образованием комплексной соли (NН4)2[Са(SО4)2]. Растворы солей кальция в отличие от бария и стронция не образуют мути с гипсовой водой.
Б) Реакция с гексацианоферратом (II) калия
Гексацианоферрат (II) калия K4[Fе(СN)6] из растворов солей кальция в присутствии аммонийной буферной смеси выделяет белый кристаллический осадок, нерастворимый в уксусной кислоте
Са2+ + 2NН4+ + [Fе(СN)6]4– = Са(NН4)2[Fе(CN)6]
Ион стронция не мешает обнаружению кальция, но барий образует аналогичный осадок и, следовательно, перед обнаружением кальция должен быть удален.
К 1 - 2 каплям раствора соли кальция прибавьте по капле растворов NН4ОН и NН4С1, нагрейте и осадите кальций действием 3-4 капель насыщенного раствора K4[Fе(СN)6]
В) Реакция с оксалатом аммония
Оксалат аммония (NH4)2С2О4 осаждает из растворов солей кальция белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция
Са2+ + С2О42– = СаС2О4
К I - 2 каплям раствора соли кальция прибавьте столько же оксалата аммония. Нагревание способствует быстрому осаждению осадка, который растворим в минеральных кислотах, но не растворим в уксусной кислоте. Этой реакцией обнаруживают кальций, но только после удаления бария и стронция, которые также образуют аналогичные осадки (табл. 2.2).
Результаты действия важнейших реагентов на катионы II группы приведены в табл. 2.2. Как видно из таблицы, карбонаты, фосфаты, оксалаты и сульфаты катионов II группы малорастворимы в воде. Растворимость сульфа-тов повышается в ряду Ва, Sr, Са. Из хроматов нерастворимы лишь ВаСгО4 и SrСгО4. Хромат кальция растворим хорошо.
Лабораторная работа № 2
Анализ смеси катионов I и II групп
1. Предварительные испытания. Анализ начинают с предварительных испытаний, проводимых в отдельных порциях исследуемого раствора.
Определение рН раствора с помощью набора индикаторов или универсального индикатора. Прежде чем обнаруживать отдельные ионы, необходимо приблизительно определить величину рН раствора, поскольку создание надлежащей реакции среды является одним из важнейших условий выполнения
Таблица 2.2
Реакции катионовII группы
| Реагенты | Катионы | ||
| Ba2+ | Sr2+ | Ca2+ | |
| (NH4)2CO3 + NH4OH + NH4Cl | Белый осадок BaCO3 | Белый осадок SrCO3 | Белый осадок CaCO3 |
| Na2HPO4 | Белый осадок BaHPO4 | Белый осадок SrHPO4 | Белый осадок CaHPO4 |
| H2SO4 и раство- римые сульфаты | Белый осадок BaSO4 | Белый осадок SrSO4 | Белый осадок* CaSO4 |
| CaSO4 | Белый осадок BaSO4 выпадает сразу | Белый осадок SrSO4 выпадает не сразу | |
| (NH4)C2O4 | Белый осадок BaC2O4 | Белый осадок SrC2O4 | Белый осадок CaC2O4 |
| K2CrO4 | Желтый осадок BaCrO4 | Желтый осадок SrCrO4 | |
| K2Cr2O7 + CH3COONa | Желтый осадок BaCrO4 | ||
| K4[Fе(СN)6] + NH4OH + NH4Cl | ** | Белый осадок Ca(NH4)2[Fе(СN)6] | |
| Окрашивание Пламени | Желто-зеленое | Карминово- Красное | Кирпично-красное |
* Осадок выпадает только из концентрированных растворов.
** При большой концентрации Ba2+ возможно образование осадка.
аналитических реакций. Кроме того, это определение дает некоторые представления о составе исследуемого раствора.
Обнаружение NН4+ действием щелочи или с помощью реактива Несслера. Так как в дальнейшем в ходе анализа катион аммония будет введен в раствор с групповым реагентом II группы, он должен быть предварительно обнаружен в отдельной порции раствора. Возможное образование осадка в исследуемом растворе при действии реактива на NН4+ его определению не мешает.
Для обнаружения NН4+ 1 - 2 капли исследуемого раствора обрабатывают 2-4 каплями 2 н раствора NaOH в присутствии влажной фенолфталеиновой (или красной лакмусовой) бумаги или бумаги, смоченной раствором Hg2(NОз)2, и нагревают на водяной бане. Покраснение фенолфталеиновой бумаги, посинение лакмусовой или почернение бумаги, смоченной нитратом ртути, указывает на присутствие катиона аммония в растворе.
Параллельно можно также на 1 каплю раствора подействовать 2 - 3 каплями реактива Несслера. Образование красно-бурого осадка подтверждает присутствие в растворе NН4+.
2. Растворение осадка. Помещают в коническую пробирку 12-15 капель исследуемого раствора вместе с осадком и растворяют осадок в возможно
малом объеме 2 н раствора соляной кислоты при тщательном перемешивании и нагревании.
3. Проба на присутствие катионов II группы. Прежде чем приступать
к анализу раствора, нужно выяснить, имеются ли в нем катионы II группы.
Пробу эту целесообразно проводить не со всем раствором, а с отдельной его
Порцией. К 2 каплям исследуемого раствора прибавляют до щелочной реакции 2 н раствор NН4ОН, 1 каплю раствора NН4С1, 2 - 3 капли раствора (NН4)2СО3 и нагревают. Образование осадка указывает на присутствие катионов II группы. В этом случае дальнейшее исследование ведут по п. 4. Если осадок отсутствует, раствор исследуют на катионы I группы по п.10.
4. Отделение катионов II группы от катионов I группы. Прежде всего
необходимо отделить катионы II группы от катионов I группы, так как катио-
ны кальция, стронция и бария образуют осадки с некоторыми реагентами,
применяемыми при анализе I группы.
Для этого доводят реакцию исследуемого раствора до рН ~ 9, прибавляя по несколько капель 2 н растворов NH4OH и NН4С1 и проверяя рН по универсальному индикатору. Если рН < 9, добавляют гидроксид аммония, если
рН > 9, прибавляют хлорид аммония или соляную кислоту. Создав нужную среду, раствор нагревают и вводят в него 8-10 капель раствора карбоната аммония. Содержимое пробирки хорошо перемешивают и нагревают в течение
1 - 2 минут на бане, осадок центрифугируют и, не отделяя его от раствора, проверяют полноту осаждения прибавлением 1 капли (NН4)2СО3.
Добившись полного осаждения катионов второй группы, отделяют осадок от раствора и один раз промывают его горячей водой. Осадок карбонатов кальция, стронция и бария исследуют по п. 5, а центрифугат, содержащий катионы первой группы и избыток солей аммония, - по п. 10.
5. Растворение осадка карбонатов катионов II группы. Осадок карбонатов, полученный по п. 4, растворяют при нагревании в 8 - 10 каплях 2 н раствора уксусной кислоты. Если раствор получается слегка мутным, его центрифугируют и осадок отбрасывают, а совершенно прозрачный центрифугат переносят в другую пробирку и исследуют по п. 6.
6. Обнаружение и отделение катиона бария. В полученном растворе прежде всего необходимо обнаружить Ва2+ и, поскольку он мешает обнаружению стронция и кальция, удалить его из раствора. Для этого к капле раствора прибавляют по капле растворов ацетата натрия и бихромата калия. Образование желтого осадка хромата бария указывает на присутствие катиона бария.
Если барий обнаружен, прибавлением ко всему раствору СН3СООNa доводят рН до 4 - 5, после чего добавляют по каплям К2Сr2О7 до тех пор, пока жидкость над осадком не окрасится в оранжево-желтый цвет. Появление окраски свидетельствует об избытке реагента и, следовательно, о полноте осаждения катиона бария.
После 1 - 2 минут нагревания осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают, а центрифугат исследуют на присутствие в нем катионов стронция и кальция.
7. Осаждение катионов стронция и кальция. Прежде всего необходимо избавиться от избытка бихромата калия, окраска которого затрудняет обнаружение стронция. Для этого прибавляют к раствору до щелочной реакции твер-
дый карбонат натрия и нагревают содержимое пробирки на водяной бане в течение 2-3 минут, после чего выпавший осадок карбонатов стронция и кальция отделяют центрифугированием, промывают и исследуют, как описано ниже.
Центрифугат, содержащий хроматы и избыток карбоната натрия, не исследуют.
8. Обнаружение катиона стронция. Осадок карбонатов кальция и стронция растворяют в 4 - 6 каплях 2 н раствора уксусной кислоты и, если раствор не совсем прозрачен, нерастворившийся осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают.
К 1 - 2 каплям центрифугата прибавляют 2-3 капли насыщенного раствора СаSО4 (гипсовой воды) и нагревают на водяной бане Появление через некоторое время белой мути указывает на присутствие в растворе стронция.
При отсутствии мути нагревают еще 10 минут и только после этого делают вывод об отсутствии Sr2+. Появление мути сразу же при действии реактива указывает на неполное отделение бария. Вопрос о присутствии стронция в этом случае остается нерешенным.
9.Обнаружение катиона кальция. Применяя в качестве реактива на
кальций раствор K4[Fе(СN)6], можно обойтись и без отделения стронция.
Только необходимо обязательно испытать выпадающий при действии реактива осадок на растворимость в уксусной кислоте, иначе можно сделать неверный вывод о присутствии кальция в растворе. В присутствии бария эту реакцию использовать не следует.
Кроме того, для проверки можно провести микрокристаллоскопическую реакцию с серной кислотой. Для этого на предметное стекло помещают каплю исследуемого раствора, действуют каплей 2 н раствора серной кислоты и слегка упаривают до появления каемки по краям капли. Образующиеся крупные кристаллы гипса имеют характерную форму, резко отличающую их от мелких кристаллов сульфатов бария и стронция. Поэтому, пользуясь этой реакцией, обычно удается обнаружить кальций в присутствии бария и стронция.
10. Обнаружение магния. В центрифугате, полученном по п. 4, содержатся катионы первой группы. Определение их можно начать с магния, так
как остальные катионы его обнаружению не мешают. Для этого к 2 - 3 каплям
исследуемого раствора прибавляют 1 - 2 капли раствора Na2НРО4. Если осадок сразу не выпадает, раствор выдерживают некоторое время. Образование белого кристаллического осадка указывает на присутствие в растворе магния.
Вместо этой реакции можно также использовать реакцию с оксихинолином.
11. Удаление катиона аммония. Катион аммония введен в раствор в составе группового реактива при отделении катионов второй группы, но его присутствие мешает определению калия, поэтому перед проведением дальнейшего анализа он должен быть удален. Для этого 12-15 капель исследуемого раствора помещают в микротигель или в маленькую фарфоровую чашку, подкисляют концентрированной азотной или соляной кислотой, выпаривают досуха и затем прокаливают до полного удаления солей аммония. Чтобы убедиться в этом, собирают немного сухого налета из тигля или чашки в кониче- скую пробирку, растворяют в 2 - 3 каплях дистиллированной воды и добавляют 2 - 3 капли реактива Несслера. Появление оранжево-бурого осадка или желтого окрашивания указывает на то, что катион аммония удален не полностью. Тогда снова обрабатывают сухой осадок в тигле или чашке концентрированной кислотой, выпаривают и прокаливают. Эту операцию повторяют до тех пор, пока проба на NН4+ не станет отрицательной. Добившись полного удаления катиона аммония, сухой осадок растворяют в воде и, если он не полностью растворяется, оставшийся осадок или муть отделяют центрифугированием и отбрасывают. Центрифугат исследуют, как описано ниже.
12. Обнаружение калия. К 1 - 2 каплям раствора, полученного по п.11,
прибавляют 2 - 3 капли раствора Na3[Со(NО2)6] и (в случае кислой реакции)
1 - 2 капли ацетата натрия. Появление желтого осадка указывает на присутствие калия.
Можно также каплю раствора выпарить досуха на предметном стекле, сухой остаток после охлаждения обработать каплей раствора Nа2РbСu(NО2)6 и через 1 - 2 минут рассмотреть осадок под микроскопом. Образование черных кубических кристаллов подтверждает присутствие калия.
13.Обнаружение натрия проводят следующим образом. Каплю исследуемого раствора выпаривают досуха на предметном стекле и после полного
охлаждения обрабатывают сухой остаток каплей раствора ацетата уранила
(СН3СОО)2UO2 Образование характерных кристаллов, имеющих под микроскопом вид тетраэдров или октаэдров, указывает на присутствие натрия. Для
проведения этой реакции можно воспользоваться также ацетатом цинка - уранила или никеля – уранила.
Катионы калия при большой концентрации также могут давать кристаллический осадок с реактивом, но под микроскопом этот осадок имеет вид игл, и его легко отличить от осадка соответствующей натриевой соли.