В ы п о л н е н и е р е а к ц и и

а) При отсутствии мешающих ионов к капле раствора прибавляют 1-2 капли раствора реагента гексанитрокобальтата (III) натрия, дают постоять и нагревают. В присутствии иона К⁺ образуется ярко-желтый кристаллический осадок соли K₂Na [Co(NO₂)₆].

б) При выполнении дробной реакции в присутствии мешающих ионов для связывания иона NH⁺₄ используют реакцию с формальдегидом в щелочной среде. К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют равный объем 40%-ного раствора формальдегида и 1 каплю фенолфталеина. Затем по каплям добавляют раствор Na₂CO₃ до появления устойчивой красной окраски (рН>10). Если при этом образуется осадок карбонатов и гидроксидов, то содержимое пробирки нагревают в течение 1-2 минут, а затем осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают. Центрифугат подкисляют 2 н. раствором CH₃COOH до исчезновения красной окраски и обнаруживают в нем К⁺ действием Na₃[Co(NO₂)₆].

2. Реакция окрашивания пламени. Летучие соединения калия окрашивают пламя газовой горелки в бледно – фиолетовый цвет. Платиновую или нихромовую проволоку очищают, смачивают исследуемым раствором и вносят в бесцветное пламя горелки (платиновую или нихромовую проволоку можно заменить полоской фильтровальной бумаги). В присутствии калия пламя окрашивается в бледно – фиолетовый цвет. Испытанию мешают соли натрия.

Обнаружение иона натрия Na⁺

Реакция окрашивания пламени. Летучие соли натрия окрашивают пламя газовой горелки в интенсивно – желтый цвет. Реакцию проводят так же, как и на К⁺. Реакция очень чувствительна: открываемый минимум равен 0,0001 мкг. Поэтому о присутствии Na⁺ можно судить лишь в том случае, если интенсивно – желтое окрашивание пламени не исчезает через 10-15 секунд.

Обнаружение иона свинца Pb²⁺

1. Реакция с кислотой. Разбавленная НCl (а также растворы хлоридов) осаждает Pb²⁺ в виде белого осадка хлорида свинца:

Pb²⁺ + 2Сl → PbCl_2(т)

Осадок растворим в щелочах и в избытке HCl:

PbCl_2(т) + 4OH^- → [Pb(OH)₄]^2-

PbCl_2(т) + 2Cl^- → [PbCl₄]^2-.

PbCl₂ характеризуется значительной растворимостью в воде, чем пользуются для отделения PbCl₂ от AgCl и Hg₂Cl₂ и последующим открытием.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 15-20 капель исследуемого раствора и прибавляют при перемещении 20 капель 2 н соляной кислоты. Осадок центрифугируют и отделяют от центрифугата. Осадок обрабатывают 10 каплями дистиллированной воды и нагревают; часть осадка PbCl₂ растворяется. Горячий раствор быстро отделяют от осадка и испытывают на присутствие иона Pb²⁺.

а.) Иодид калия KI дает с Pb²⁺ желтый осадок PbI₂;

Pb²⁺ + 2I^- → PbI_2(т)

Получив осадок, в пробирку прибавляют несколько капель воды и 2 н. раствора СН₃СООН и нагревают на водяной бане. Осадок растворяется, но при охлаждении выпадает вновь в виде блестящих золотистых кристаллов.

б.) Хромат калия K₂CrO₄ и дихромат калия K₂Cr₂O₇ образует желтый осадок малорастворимого хромата свинца PbCrO₄:

Pb²⁺ + CrO²₄ → PbCrO_4(т);

2Pb²⁺ + Cr₂O^2-₇ + H₂O ↔ 2PbCrO_4(т) + 2H⁺.

Осадок PbCrO₄ легко растворяет в растворах щелочей:

PbCrO_4(т) + 4OH^- → PbO^2-₂ + CrO^2-₄ + 2H₂O.

Обнаружение иона кальция Ca²⁺

Реакция с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄

Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с Ca²⁺ белый осадок оксалата кальция:

Ca²⁺ + C₂O^2-₄ → CaC₂O_4(т).

Оксалат кальция растворим в минеральных кислотах, но нерастворим в уксусной кислоте. Ba²⁺ и Sr²⁺ дают с ионом C₂O^2-₄ аналогичные осадки.

Этой наиболее важной качественной реакции Ca²⁺ мешает ряд ионов, которые предварительно удаляют:

а) катионы Pb²⁺, Ag⁺ образуют с оксалатом осадки, нерастворимые в избытке реактива; их удаляют из раствора действием металлического цинка;

б) катионы Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Mg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺ дают с избытком C₂O^2-₄ растворимые комплексы. При большой концентрации Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺ осаждают аммиаком.

Следовательно, при действии металлического цинка в аммиачной среде большинство мешающих катионов выпадает в осадок либо в виде металла, либо, в виде гидроксидов.

Выполнение реакции. К 1-2 мл исследуемого раствора прибавляют по каплям при взбалтывании избыток концентрированного раствора NH₃ до рН 8-9 (проверяют по универсальному индикатору). Затем вносят около 0,5 мл H₂SO₄ (1:3), нагревают 1 минуту при температуре, близкой к кипению, и горячий раствор снова центрифугируют. К центрифугату прибавляют около 1 мл (NH₄)₂C₂O₄, добавляют по каплям концентрированный раствор NH₃ до рН 8 и нагревают до кипения. В присутствии иона Ca²⁺ появляется белый кристаллический осадок оксалата кальция, постепенно оседающий на дно пробирки.

Обнаружение иона хрома Cr³⁺

Растворы солей хрома (III) имеют фиолетовую окраску. При действии различных окислителей Cr³⁺ переходит в Cr (VI), образуя анион хромовой кислоты CrO^2-₄ (желтого цвета) и двухромовой кислоты Cr₂O^2-₇ (оранжевого цвета).

1.) Окисление Cr (III) в щелочной среде. Окисление в щелочной среде проводят хлорной или бромной водой, но чаще всего перекисью водорода или перекисью натрия. Составим окислительно-восстановительное уравнение реакции окисления Cr (III) перекисью водорода.

Как известно, Cr (III) в щелочной среде находится в виде хромитов, т.к. гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами:

Сr³⁺ + 3OH^- → Cr(OH)_3(т)

Cr(OH)_3(т) + OH^- → [Cr(OH)₄]^-

2 [Cr(OH)₄]^- + 4OH^- - 3ē → CrO^2-₄ + 4H₂O

3 H₂O₂ + 2ē → 2OH^-

2[Cr(OH)₄]^- + 3H₂O₂ + 2OH^- → 2CrO^2-₄ + 8H₂O

Выполнение реакции. К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 4-5 капель 2 н.раствора NaОН, 2-3 капли 3%-ного раствора перекиси водорода и нагревают несколько минут до тех пор, пока окраска раствора не перейдет в желтую. Раствор отделяют от осадка (если осадок образовался) и проводят реакцию получения надхромовой кислоты (см. ниже пункт 3).

2) Окисление Сr (III) в кислой среде действием персульфата аммония (NН₄)₂S₂О₈. Реакция протекает по следующему уравнению:

1.2 Cr³⁺ - 6ē + 7 Н₂О → Cr₂О₇^2- + 14 Н⁺

2.S₂О₈^2- + 2ē → 2 SO₄^2-

2 Cr³⁺ + 3 S₂О₈^2- + 7 Н₂О → Cr₂О₇^2- + 6 SO₄^2- + 14 Н⁺

Выполнение реакции. К 5-6 каплям дистиллированной воды добавляют немного сухой соли (NН₄)₂S₂О₈, прибавляют 1-2 капли 2 н Н₂SО₄ и 1 каплю раствора соли серебра (катализатор); в полученную окислительную смесь вводят 2-3 капли исследуемого раствора^х) и нагревают. В присутствии Сr³⁺ происходит изменение окраски вследствие образования ионов Сr₂О₇^2- (желто-оранжевый цвет). Раствор отделяют от осадка (если осадок образовался) и проводят реакцию получения надхромовой кислоты (см. ниже, пункт 3).

Примечание.^х) Раствор не должен содержать ион Сl^-, т.к. хлорид-ион окисляется сильными окислителями до свободного хлора.

3) Образование надхромовой кислоты Н₂СrО₆. При действии перекиси водорода Н₂О₂ на подкисленный раствор хромата СrО₄^2- или дихромата Сr₂О₇^2- получается надхромовая кислота Н₂СrО₆ , раствор при этом окрашивается в интенсивно синий цвет:

H₂Cr₂O₇ + 4 H₂O₂ → 2 H₂CrO₆ + 3 H₂O

В водном растворе надхромовая кислота очень неустойчива, быстро разлагается с образованием Сr³⁺; синяя окраска переходит в зеленую. Однако, если к раствору прибавить диэтилового эфира (С₂Н₅)₂О или амилового спирта С₅Н₁₁ОН, то при взбалтывании надхромовая кислота будет экстрагироваться этими несмешивающимися с водой растворителями, что значительно повышает ее устойчивость. Образуется слой окрашенного в синий цвет раствора (синее кольцо). Комбинируя эту реакцию с какой-либо из ранее описанных реакций окисления Сr(III) в Сr(VI), можно дробно открывать Сr³⁺ в присутствии остальных катионов.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 5-6 капель раствора хромата, полученного ранее (см. пункты 1 и 2). Кипячением на водяной бане удаляют избыток Н₂О₂, пробирку охлаждают под струей водопроводной воды. Затем к раствору прибавляют 1 каплю фенолфталеина и Н₂SО₄ (1:4) до исчезновения окраски индикатора. Раствор вновь охлаждают, прибавляют 5 капель эфира (или амилового спирта) и несколько капель Н₂О₂; содержимое пробирки быстро встряхивают. В присутствии хрома образуется окрашенное в синий цвет кольцо.

Обнаружение иона железа Fe²⁺.

Ион гексацианофератта (III) [Fe(CN)₆]^3- образует с Fe²⁺ синий осадок “турнбулевой сини”. Реакция идет по уравнению

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- → Fe₃ [Fe(CN)₆]_2(т)

Обнаружение иона железа Fe³⁺

Растворы солей железа (III) имеют желтую окраску

а) Ион гексацианоферрата (II) [Fe(CN)₆]^4- образует с Fe³⁺ синий осадок “берлинской лазури”. Реакция идет по уравнению:

4 Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]_3(т)

Щелочи разлагают берлинскую лазурь с выделением осадка Fe(OH)₃.

Выполнение реакции. К 1-2 каплям раствора прибавляют равный объем раствора K₄[Fe(CN)₆]. В присутствии иона Fe³⁺ наблюдают появление синей окраски и образование синего осадка.

б) Роданид – ион SCN^- образует с ионом Fe³⁺ комплексные роданиды железа, окрашивающие раствор в кроваво-красный цвет. В зависимости от концентрации роданид – иона могут образоваться комплексы различного состава:

Fe³⁺ + SCN^- ↔ [Fe(SCN)]²⁺

и т.д. до

Fe³⁺ + 6SCN^- ↔ [Fe(SCN)₆]^3-

Это одна из наиболее чувствительных реакций Fe³⁺. Прибавление реактива усиливает окраску. Однако ряд веществ, образующих комплексы с Fe³⁺, мешают появлению окраски. К таким веществам относятся фториды, фосфаты, соли щавелевой, винной, лимонной кислот. В присутствии фторид – ионов протекает реакция:

[Fe(SCN)₆]^3- + 6F^- → [FeF₆]^3- + 6SCN^-

Выполнение реакции. К 1-2 каплям исследуемого раствора прибавляют 1-2 капли раствора NH₄SCN или KSCN. В присутствии Fe³⁺ возникает красное окрашивание.

Обнаружение иона марганца Mn²⁺

Растворы солей Мn²⁺ окрашены в бледно розовый цвет. Разбавленные растворы бесцветны. Большое значение для обнаружения Мn²⁺ имеют реакции окисления его до марганцевой кислоты НМnО₄, имеющей характерный фиолетовый цвет.

1) Реакция окисления персульфатом аммония (NH₄)₂S₂O₈.

Окисление проводят в присутствии катализатора – Ag⁺ (AgNO₃). В присутствии Аg⁺, а также при избытке Мn²⁺ вместо МnО₄^- образуется бурый осадок МnО(ОН)₂.

2MnSO₄ + 5(NH₄)₂S₂O₈ + 8H₂O → 2HMnO₄ + 5(NH₄)₂SO₄ + 7H₂O

² Мn²⁺ + 4H₂O - 5ē → МnO₄^- + 8H⁺

⁵ S₂O₈^2- + 2ē → 2SO₄^2-

2 Мn²⁺ + 5S₂O₈^2- + 8H₂O → 2 МnO₄^- + 10SO₄^2- + 16H⁺

Выполнение реакции. К 5-6 каплям насыщенного раствора персульфата аммония или к нескольким кристалликам прибавляют 1 каплю 2н. Н₂SО₄ (или НNО₃), 1-2 капли концентрированной Н₃РО₄ (фосфорная кислота стабилизирует ионы МnО₄^- и препятствует их разложению), 2 капли соли серебра (0,1 н. AgNO₃) и нагревают. В нагретую окислительную смесь погружают стеклянную палочку, предварительно смоченную исследуемым раствором (не содержащим Cl^- - ионы) и перемешивают. В присутствии Mn²⁺ - раствор окрасится в фиолетово – розовый цвет.

2) Реакция окисления диоксидом свинца PbO₂. В кислой среде при нагревании диоксид свинца PbO₂ окисляет Mn²⁺ до MnO₄^-:

2MnSO₄ + 5PbO_2(т) + 6HNO₃ → 2HMnO₄ + 2PbSO_4(т) + 3Pb(NO₃)₂+2H₂O

2 Mn²⁺ - 5е + 4H₂O → MnO^-₄ + 8H⁺

5 PbO_2(т) + 2е + 4H⁺ → Pb²⁺ + 2H₂O

2Mn²⁺ + 5 PbO_2(т) + 4H⁺ → 2MnO^-₄ + 5 Pb²⁺ + 2H₂O

При выполнении этой реакции (как предыдущей) необходимо использовать очень малое количество соли Mn²⁺, так как избыток ее восстанавливает образовавшийся MnO^-₄ до MnO(OH)₂ и фиолетовая окраска исчезает. По этой же причине в растворе не должно быть никаких других восстановителей и, в частности, Cl^- - ионов.

Выполнение работы. В пробирку помещают немного порошка PbO₂ и 4-5 капель 6 н раствора HNO₃ и нагревают. Через 1-2 минуты центрифугируют и, не отделяя осадка, рассматривают окраску раствора. Если она малиново – фиолетовая (цвет MnO^-₄), реактивы содержат марганец и для опыта не годятся. При отсутствии окраски прибавляют в эту же пробирку одну каплю исследуемого раствора, перемешивают и нагревают. В присутствии Mn²⁺ появляется фиолетово – розовое окрашивание раствора.

3) Реакция окисления висмутатом натрия NaBiO₃. Эта реакция идет на холоде и поэтому небольшой избыток Mn²⁺ не мешает. Кроме того, Cl^- - ионы на холоде реагируют с MnO₄^- сравнительно медленно и поэтому в небольших количествах обнаружению не мешают.

2MnSO₄ + 5NaBiO_3(т) + 16HNO₃ → 2HMnO₄ + 5Bi(NO₃)₃ + 2Na₂SO₄ +

+ NaNO₃ + 7H₂O

2 Mn²⁺ - 5е + 4H₂O → HMnO₄ + 7H⁺

5 BiO^-_3(т) + 2е + 6H⁺ → Bi³⁺ + 3H₂O

2Mn²⁺ + 5NaBiO_3(т) + 6H⁺ → 2HMnO₄ + 5Bi³⁺ + 5Na⁺ + 7H₂O

Выполнение реакции. К 1-2 каплям исследуемого раствора прибавляют 3-4 капли 6 н. HNO₃ и 5 капель дистиллированной воды, после чего вносят в раствор стеклянной лопаточкой немного порошка NaBiO₃ смесь перемешивают и через 1-2 минут центрифугируют. Фиолетово – розовое окрашивание жидкости над осадком указывает на присутствие марганца (II).

Обнаружение иона меди Cu²⁺

1.) Реакция с ионом гексацианоферрата (II) [Fe(CN)₆]^4- при рН < 7 образует с Cu (II) красно – бурый осадок:

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- → Cu₂[Fe(CN)₆]_(т)

Выполнение реакции. К 1-2 каплям исследуемого раствора прибавляют 1-2 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. В присутствии Cu (II) выпадает красно – бурый осадок. Этой реакции мешают ионы Fe³⁺.

2.) Реакция с аммиаком. При прибавлении небольшого количества аммиака осаждается основная соль меди зеленого цвета:

2Cu²⁺ + SO^2-₄ + 2NH₃ + 2H₂O → (CuOH)₂SO_4(т) + 2NH⁺₄

В избытке реактива соль (CuOH)₂SO₄ растворяется с образованием аммиачного комплекса меди интенсивно синего цвета [Cu(NH₃)₄]²⁺:

(CuOH)₂SO_4(т) + 8NH₃ → 2[Cu(NH₃)₄] ²⁺ + SO^2-₄ + 2OH^-

Выполнение реакции. К нескольким каплям исследуемого раствора прибавляют избыток аммиака. В присутствии Cu (II) при рН > 7 образуется аммиачный комплекс интенсивно синего цвета.

Обнаружение иона никеля Ni²⁺

Водные растворы, содержащие ионы никеля (II), окрашены в зеленый цвет.

Реакция с диметилглиоксимом. Диметилглиоксим (реактив Чугаева) образует с Ni (II) в аммиачной среде характерный красный осадок внутрикомплексной соли:

OH O­­H­­O

‌ ‌ ‌

CH₃ – C = N CH₃ – C = N N = C – CH₃

2 ‌ + Ni²⁺ + 2NH₃ → ‌ Ni ‌ + 2NH⁺₄

CH₃ – C = N CH₃ – C = N N = C – CH₃

‌ ‌ ‌

OH O­­H­­O

Это важнейшая реакция обнаружения Ni (II). Реакции мешает комплекс, окрашенный в красный цвет. Должны отсутствовать также катионы, образующие с р-ром NH₃ окрашенные осадки гидроксидов (например, Fe (III); они могут маскировать реакцию).

Выполнение реакции. К 2-3 каплям исследуемого раствора приливают 1-2 капли 2 н аммиака, 2-3 капли спиртового раствора диметилглиоксима и 5 капель амилового спирта. Содержимое пробирки встряхивают. В присутствии Ni (II) слой органического растворителя окрашивается в ало – красный цвет.

Обнаружение иона кобальта Co²⁺

Кристаллогидраты и разбавленные растворы солей кобальта розового цвета.

Роданид – ион SCN^- образует с Co²⁺ комплексную соль состава (NH₄)₂[Co(SCN)₄]:

CoCl₂ + 4NH₄SCN → (NH₄)₂[Co(SCN)₄] + 2NH₄Cl

Выполнение реакции. К 1-2 мл исследуемого раствора прибавляют 2 мл концентрированного раствора NH₄SCN (или сухой соли стеклянным шпателем), 2-3 мл амилового спирта для экстракции комплексной соли. Смесь сильно взбалтывают и дают отстояться слою амилового спирта, который в присутствии Co²⁺ окрасится в синий цвет. Этой чувствительной реакции мешает ион Fe³⁺, образующий комплексную соль красного цвета, которая также экстрагируется амиловым спиртом и окрашивает его в красный цвет. Поэтому к раствору, содержащему Fe³⁺, прибавляют фторид натрия или фторид аммония, связывающий железо (III) в комплексе [FeF₆]^3­. При отсутствии фторида, можно связать Fe (III) в комплекс, прибавив к раствору 1 мл 50%-ного раствора винной или фосфорной кислоты.