ТЕМА: Анализ смеси катионов первой группы

Условия проведения опыта

1. При выполнении опыта необходимо брать избыток реактива Несслера, так как осадок растворим в солях аммония.

2. Открытию катиона NH₄⁺ мешают катионы Fe³⁺, Cr³⁺, Co²⁺, Ni²⁺ и другие.

3. В присутствии этих катионов ведут, добавляя 50% раствор тартрата калия КNaC₄H₄O₆, который с большинством катионов дает комплексные соединения.

Контрольная задача

ТЕМА: Анализ смеси катионов первой группы

Ход анализа:

1. Катион NH₄⁺ можно открыть в присутствии катионов К⁺ и Na⁺ реактивом Несслера или реакцией с гидроксидом натрия.

Открытию катионов К⁺ и Na⁺. Поэтому, если мешает катион NH⁺. Поэтому, если в исследуемом растворе обнаружен катион NH₄⁺, перед открытием катионов калия и натрия его следует удалить из раствора. Для этого возьмите 15-20 капель исследуемого раствора, поместите в тигель или в фарфоровую чашку и выпарьте досуха. Осадок в тигле прокалите до полного прекращения выделения белого “дыма”. Охладите содержимое тигля и обработайте 8-10 каплями дистиллированной воды, тщательно перемешайте, после этого проверьте на полноту удаления аммония. Только после отрицательной реакции на реактив Несслера можно приступить к открытию катионов.

2. Обнаружение катиона К⁺. На 2-3 капли исследуемого раствора подействуйте 3-4 каплями раствора гексанитро-(III) кобальтата натрия, дайте постоять. Желтый осадок гексанитро-(III) кобальтата натрия-калия K₂Na[Co(NO₂)₆] укажет на присутствие катиона К⁺.

Проведите реакцию на катион К⁺ гексанитро-(II) купрата натрия-свинца Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] и рассмотрите осадок под микроскопом.

3. Катион Na⁺ обнаруживается дигидроантимонатом в присутствии катионов К⁺. Возьмите 3-4 капли сконцентрированного путем выпаривания исследуемого раствора, прибавьте в пробирку такое же количество дигидроантимоната калия и потрите о стенки пробирки стеклянной палочкой. Убедитесь, что осадок кристаллический. Не забудьте соблюдать все условия открытия катиона Na⁺.

Две капли исследуемого раствора выпарьте на предметном стекле, дайте остыть и обработайте каплей раствора уранилацетата. После проведения работы сделайте вывод о присутствии катионов первой группы в исследуемом растворе.

Лабораторная работа №2

ТЕМА: Вторая аналитическая группа катионов (анализ катионов группы хлороводородной кислоты)

Групповой реагент – хлороводородная кислота.

Катионы Ag⁺, Pb²⁺, [Hg₂]²⁺ при взаимодействии с хлороводородной кислотой образуют труднорастворимые в воде и в разбавленных кислотах осадки:

AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃

Ag⁺ + Cl^-→ FgCl↓

Pb(NO₃)₂ + 2HCl → PbCl₂↓ + 2HNO₃

Pb²⁺ + 2Cl^-→ PbCl₂↓

Hg₂(NO₃)₂ + 2HCl → Hg₂Сl₂↓ + 2HNO₃

[Hg₂]²⁺ + 2Cl^-→ Hg₂Cl₂↓

Cледует избегать избытка и использования концентрированной хлороводородной кислоты, так как могут образоваться растворимые комплексные соединения:

AgCl + 2HCl → H₂[AgCl₃] , PbCl₂+ HCl→ H[PbCl₃]

При температуре воды 100° растворимость хлорида свинца увеличивается в три раза, в то время как растворимость хлорида серебра и хлорида ртути практически остается прежней. Это свойство используется для определения катионов Pb²⁺ от катионов [Hg₂]²⁺ и Ag⁺.

Хлорид ртути при взаимодействии с раствором аммиака образует хлорид димеркураммония, который неустойчив и разлагается на малорастворимый меркураммоний и металлическую ртуть, которая придает осадку черный цвет:

Hg₂Cl₂ + 2NH₄OH → [Hg₂NH₂]Cl↓ + NH₄Cl + 2H₂O

Hg₂Cl₂ + 2NH₄OH → [Hg₂NH₂]Cl↓ + Cl^- + 2H₂O

[Hg₂NH₂]Cl→ [NH₂Hg]Cl + Hg↓

Это позволяет отделять катион[Hg₂]²⁺ от катиона Ag⁺.

Хлорид серебра хорошо растворим под действием аммиака с образованием комплексной соли:

AgCl + 2NH₄OH→ [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O

AgCl + 2NH₄OH→ [Ag(NH₃)₂]⁺+ Cl^-+ 2H₂O

Частные реакции катионов Ag⁺

1. Гидроксиды калия и натрия KOH и NaOH образуют с катионом Ag⁺ бурый осадок оксида серебра Ag₂О:

AgNO₃ + KOH → AgOH↓ + KNO₃

Ag⁺ +OH^- → AgOH; AgOH→ Ag₂O↓ + H₂O

Оксид серебра (I) растворяется в растворе аммиака NH₃:

Ag₂O + 4NH₄OH → 2[Ag(NH₃]₂OH + H₂O

2. Хромат калия K₂CrO₄ дает с катионом Ag⁺ осадок хромата серебра Ag₂CrO₄ кирпично-красного цвета:

K₂CrO₄ + 2AgNO₃ → Ag₂CrO₄↓ +2KNO₃

CrO₄^2- + 2Ag²⁺→ Ag₂CrO₄

Опыт. Возьмите в пробирку 2-3 капли раствора нитрата серебра и добавьте 3-4 капли дистиллированной воды и 1-2 капли хромата калия. Обратите внимание на цвет осадка и проверьте его растворимость.

Условия проведения опыта.

1. Реакцию следует проводить при рН= 6,5 – 7,5.

2. В аммиачной и сильно кислой среде осадок не образуется.

3. Ионы Pb²⁺, Ba²⁺ и др., образующие с CrO₄^2- осадки, мешают проведению реакции.

3. Бромид и иодид калия KBr и KI образуют с катионом Ag⁺ бледно-желтый осадок бромида серебра AgBr и желтый осадок иодида серебра AgI: KBr + AgNO₃ → AgBr↓ + KNO₃; Ag⁺ + Br^-→ AgBr↓

KI + AgNO₃^-→ AgI↓ + KNO₃; Ag⁺ + I^-→ AgI↓

Частные реакции катиона Pb²⁺

1. Гидроксиды КОН и NaOH образуют с катионом Pb²⁺ белый осадок Pb(OH)₂, растворимый как в кислтах, так и в концентрированных растворах гидроксидов:

Pb(NO₃)₂ + 2 NaOH→ Pb(OH)₂↓ + 2NaNO₃

Pb²⁺ + 2OH^-→ Pb(OH)₂¯

При действии избытка гидроксида образуется плюмбит натрия:

Pb(OH)₂+ 2NaOH → Na₂PbO₂

2. Серная кислота и сульфаты осаждают катионы Pb²⁺ выпадает белый осадок PbSO₄. При нагревании сульфатов свинца с растворами гидроксидов образуются плюмбиты:

PbSO₄ + 4КОН → К₂PbO₂ + K₂SO +2H₂O

PbSO₄ + 4OH^- → PbO₂^2-+ 2H₂O

Сульфат свинца растворяется в 30% растворе ацетата аммония:

2 PbSO₄ + 2СН₃СОО^- → [Pb(CH₃COO)₂PbSO₄] + SO₄^2-

Азотная и хлороводородная кислоты повышают растворимость сульфата свинца, так как ионы Н⁺ связываются ионами SO₄^2- с образованием аниона НSO₄^- : PbSO₄ ↔ Pb²⁺ + SO₄^2-

HNO₃ ↔ NO₃^- +H⁺; H⁺+ SO₄^-↔ HSO₄ ^-

3. Хромат калия К₂СrO₄ и дихромат калия K₂Cr₂O₇ образуют с катионом Pb²⁺ малорастворимый хромат свинца желтого цвета:

Pb²⁺ + CrO₄^2-→ PbCrO₄

Хромат свинца растворим в гидроксидах, но не растворим в уксусной кислоте.

4. Ион I^- образует с катионом Pb²⁺ желтый осадок:

Pb²⁺+ 2I^- → PbI₂↓

Опыт: Получите осадок иодида свинца PbI₂, возьмите часть его и прибавьте несколько капель воды и 2н раствора уксусной кислоты и нагрейте. Осадок растворяется, но при охлаждении вновь образуется в виде блестящих золотистых кристаллов.

Условия проведения опыта:

1. Реакцию проводят при рН= 3-5.

2. В избытке KI осадок PbI₂ растворяется, образуя комплексное соединение K₂[PbI₄].

3. Эта реакция катионов Pb²⁺ позволяет открыть их в присутствии всех катионов аналитических групп.

5. Дифенилкарбазон (дитизон)

образует с солями свинца внутрикомплексное соединение, окрашенное в кирпично-красный цвет. Реакция чувствительная.

Частные реакции катиона [Hg₂]²⁺

Все соли ртути ядовиты!

1. Гидроксиды образуют с катионом [Hg₂]²⁺ черный осадок оксида ртути(I):

Hg₂(NO₃)₂ + 2NaOH → Hg₂O↓ + 2NaNO₃ + H₂O

[Hg₂]²⁺ + 2OH^- → Hg₂O + H₂O

Раствор аммиака с катионом [Hg₂]²⁺ образует хлорид димеркураммония [Hg₂NH₂]Cl.

2. Хромат калия К₂СrO₄ дает с катионом [Hg₂]²⁺ красный осадок Hg₂CrO₄, нерастворимый в гидроксидах и в разбавленной азотной кислоте.

3. Восстановление [Hg₂]²⁺ до металлической ртути. При действии на каплю раствора соли ртути(I) 2-3 каплями свежеприготовленного раствора хлорида олова SnCl₂ образуется белый осадок, который при стоянии темнеет вследствие восстановления ионов [Hg₂]²⁺ до металлической ртути:

[Hg₂]²⁺ + 2Сl^- → Hg₂Cl₂↓

Hg₂Cl₂+Sn²⁺ → 2Hg↓ +Sn⁴⁺ + 2Cl^-

4. На медную пластинку поместите каплю раствора соли ртути (I) и дайте постоять. Через некоторое время на пластинке образуется серое пятно – металлическая ртуть. Обмойте пластинку водой и протрите тряпочкой или фильтровальной бумагой, оно становится блестящим:

Hg₂(NO₃)₂+ Сu → Cu(NO₃)₂ + 2Hg↓

Условия проведения опыта:

1. Медная пластина должна быть предварительно очищена наждачной бумагой.

2. Через 2-3 минуты после нанесения раствора оксида ртути(I) на пластинку, полученное серое пятно надо протереть фильтровальной бумагой.

3. Сильные окислители мешают проведению опыта.

4. Ионы Hg²⁺, восстанавливающиеся этой реакцией, должны быть удалены.(Работа проводится в вытяжном шкафу!)

5. Дифенилкарбазон с катионом ртути [Hg_2]²⁺ дает соединение фиолетового или синего цвета.

Опыт: Поместите на предметное стекло каплю исследуемого раствора и прибавьте туда каплю 2н раствора азотной кислоты и каплю дифенилкарбазона. Если в растворе имеются катионы [Hg₂]²⁺, то капля окрашивается в синий или фиолетовый цвет. Такую же окраску дают катионы ртути (II) и ионы СrО₄^2-.

Условия проведения опыта:

1. Катионы Нg²⁺ и анионы СrO₄^2- должны быть удалены.

2. В нейтральных и уксуснокислых растворах катионы Cu²⁺, Fe²⁺, Fе³⁺, Cr³⁺, Co²⁺ так же дают окрашенные соединения.

Контрольная задача

ТЕМА: Анализ катионов второй группы

Ход анализа: практически нет ни одного реактива, которым можно было бы открыть тот или иной катион второй группы в присутствии других катионов. Поэтому необходимо применить систематический ход анализа, т.е. последовательно выделить каждый катион из смеси и затем открыть их.

В коническую колбу поместите 20-30 капель исследуемого раствора и, помешивая, добавьте 2н раствор хлороводородной кислоты. Через 1-2 минуты осадок отцентрифугируйте и промойте холодной водой, содержащей несколько капель 2н раствора хлороводородной кислоты. Центрифугат и промывные воды не используются. Осадок обработайте 2-3 раза горячей водой и центрифугируйте. При этом хлорид свинца переходит в раствор, а хлорид серебра AgCl и хлорид ртути Hg₂Cl₂ остается в осадке. В центрифугате открывают катион Pb²⁺, а в осадке катионы Ag⁺, [Hg₂]²⁺.

1. Открытие катионов Pb²⁺. К 2-3 каплям центрифугата добавьте такое же количество раствора иодида калия – образуется осадок иодида свинца PbI₂, который при нагревании растворяется, а при охлаждении вновь выпадает в виде золотисто-желтых кристаллов.

2. Открытие катиона [Hg₂]²⁺. К оставшемуся осадку в пробирке или на фильтре прилейте 5-7 капель раствора аммиака и перемешайте. Если присутствует катион [Hg₂]²⁺, то осадок чернеет. Хлорид серебра под действием раствора аммиака переходит в раствор в виде комплексной соли, с соль [Hg₂NH₂]Cl и ртуть остается. Отделите осадок.

3. Открытие катиона Аg⁺. Центрифугат разделите на две части и к одной из них прилейте раствор иодида калия, а к другой – азотной кислоты. При наличии катиона Аg⁺ в первой пробирке выпадет желтый осадок иодида серебра, а во второй – белый осадок хлорида серебра. В том и другом случае происходит разрушение комплекса:

[Ag(NH₃]₂ Cl ↔ [Ag(NH₃]₂]⁺ + Cl^-

[Ag(NH₃]₂]⁺ ↔ 2NH₃ + Ag⁺

2NH₃ + Ag⁺ + 2H⁺ +Cl^- ® AgCl¯ +2NH₄⁺

[Ag(NH₃]₂ Cl + 2HNO₃ ® AgCl¯ + NH₄NO₃

Еще более чувствительной реакцией является реакция с (NH₄)₂S.

Лабораторная работа №3

ТЕМА: Третья аналитическая группа катионов (анализ катионов группы серной кислоты)

К третьей группе относятся катионы щелочноземельных металлов бария, стронция, кальция. Они имеют законченные 8 электронные внешние слои. Химическая активность их возрастает от кальция к барию. В таком же направлении изменяются и другие свойства, например растворимость солей, основные свойства гидроксидов и др. Ионы этих элементов в водных растворах бесцветны.

Ион SO₄^2-c катионами Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺ образует осадки, а с катионами других аналитических групп осадка не дает. Разбавленная серная кислота – групповой реагент.

Соли, образованные сильными кислотами, практически не подвергаются гидролизу.

Поскольку произведение растворимости CaSO₄ равно 9,1×10^-6, то осаждение катионов Са²⁺ разбавленной серной кислотой происходит полностью. Чтобы не “потерять” катион Са²⁺ при анализе, необходимо проводить проверочные реакции на этот катион после осаждения катионов третьей группы групповым реагентом или вести осаждение катионов этой группы смесью серной кислоты с этанолом.

Опыт: Возьмите три центрифужные пробирки, прибавьте по 3-5 капель растворов солей: в первую - хлорида бария, во вторую – хлорида стронция, в третью – хлорида кальция. Добавьте в каждую из них по 3 капли раствора серной кислоты, нагрейте на водяной бане и наблюдайте за образованием осадков.

С повышением температуры растворимость солей BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄ изменяется мало, более полное осаждение происходит при стоянии в течение 20 минут. Обратите внимание на скорость выпадения осадков при комнатной температуре. Проверьте растворимость в соляной и азотной кислотах.

После осаждения в пробирку, содержащую сульфат кальция добавьте 5 капель ацетона или этилового спирта и проверьте, увеличивается ли количество осадка. Дайте объяснение.

Карбонат натрия и другие растворимые соли угольной кислоты дают с катионами Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ белые осадки, растворимые в соляной, азотной и уксусной кислотах. Проверьте действие раствора карбоната натрия Na₂CO₃ или карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ на катионы Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ и исследуйте растворимость образовавшихся осадков в соляной и уксусной кислотах.

Частные реакции катиона Ва²⁺

1. Хромат калия К₂CrO₄ дает с катионом Ва²⁺ желтый осадок хромата бария ВаСrO₄, нерастворимый в уксусной кислоте, но растворимый в сильных кислотах:

BaCl₂ + K₂CrO₄ ® BaCrO₄¯ + 2KCl

Ba²⁺ + CrO₄^2-® BaCrO₄¯

Опыт: Возьмите в пробирку 3 капли раствора хлорида или нитрата бария, добавьте 3 капли раствора хромата калия и 3 капли раствора уксусной кислоты. Нагрейте на водяной бане. При нагревании выпадет желтый осадок - кристаллический хромат бария ВаСrО₄.

Условия проведения опыта.

1. Реакция проводится в нейтральной или слабокислой среде.

2. Выпадению осадка способствует нагревание.

3. Катионы Pb²⁺ и др., дающие с хромат ионом осадки, мешают проведению реакции.

2. Дихромат калия К₂Cr₂O₇ дает с катионом бария также желтый осадок хромата бария:

К₂Cr₂O_{7 +} BaCl₂ + Н₂О ® BaCrO₄¯ + 2КСl + 2НСl

Cr₂O₇^2- + H₂O ↔ 2CrO₄^2- + 2H⁺

2CrO₄^2- + 2Ba²⁺ ↔ 2BaCrO₄¯

В осадок выпадает BaCrO₄ , а не BaCr₂O₇, так как в растворе протекает взаимодействие ионов Cr₂O₇^2- c водой. Концентрация образующихся при этом ионов CrO₄^2- вполне достаточна для осаждения иона Ва²⁺ в виде BaCrO₄. Кроме того, эта реакция частично смещается справа налево ацетатной буферной смесью. При взаимодействии дихромат аниона с водой образуются ионы Н⁺, придающие раствору кислую реакцию. Для связывания ионов Н⁺ добавляют ацетат натрия:

CH₃COONa + H⁺ ® CH₃COOH + Na⁺

В образовавшейся уксусной кислоте хромат бария не растворяется.

Опыт. Возьмите в пробирку 3 капли раствора хлорида бария или нитрата бария, добавьте 3 капли раствора дихромата калия и 4-5 капель раствора ацетата натрия CH₃COONa, нагрейте на водяной бане. При этом выпадает кристаллический осадок хромата бария BaCrO_4.

Условия проведения опыта:

1. Реакцию следует проводить при избытке ацетата натрия.

2. Ионы Sr²⁺, Ca²⁺ в присутствии ацетатного буферного раствора не мешает открытию иона Ва²⁺.

Следовательно, для осаждения иона Ва²⁺ и отделения его от катионов стронция и кальция можно применять как хромат ионы, так и дихромат ионы. Проверьте растворимость хромата бария, стронция и кальция следующим опытом.

Опыт: Возьмите три пробирки и поместите в каждую по 3 капли растворов хлорида бария, хлорида стронция, хлорида кальция и добавьте в каждую по капле раствора хромата калия и по капле раствора уксусной кислоты. Жидкости в пробирках перемешайте стеклянной палочкой и наблюдайте за результатами реакции. Проделайте такой же опыт, но вместо уксусной кислоты добавьте 2-3 капли соляной кислоты.

3.Окрашивание пламени. Летучие соли бария окрашивают бесцветное пламя в желто-зеленый цвет.

Частные реакции катиона Sr²⁺

Катионы Sr²⁺ не имеют специфических реакций.

1. Гипсовая вода (насыщенный водный раствор гипса (CaSO₄×2H₂O) образует с катионом Sr²⁺ осадок стронция.

Опыт: В пробирку налейте 4 капли раствора нитрата стронция Sr(NO₃)₂, добавьте 5-6 капель гипсовой воды, нагрейте на водяной бане и наблюдайте образование осадка.

Условия проведения опыта:

1. Реакция с гипсовой водой может применяться при отсутствии катионов Ва²⁺, а также катионов, которые дают труднорастворимые осадки с анионом SO₄^2-.

2. Нагревание ускоряет образование осадка.

3. Так как осадок SrSO₄ появляется не сразу, то следует дать постоять смеси 10 -15 мин.

2. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ осаждает катион Sr²⁺ в виде белого осадка:

Sr(NO₃)₂ + (NH₄)₂C₂O₄ ® SrC₂O₄¯ + 2NH₄NO₃

Sr²⁺+ C₂O₄^2-® SrC₂O₄

3. Окрашивание пламени. Соли стронция окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.

Частные реакции катиона Са²⁺

1. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ (и другие растворимые соли щавелевой кислоты) образуют с катионом Са²⁺ белый кристаллический осадок:

CaCl₂ + (NH₄)C₂O₄ ® CaC₂O₄¯ + 2NH₄Cl

Ca²⁺ + C₂O₄^2-® CaC₂O₄

Опыт: В пробирку налейте 3 капли раствора СaCl₂ и добавьте каплю раствора уксусной кислоты, затем прилейте 3 капли оксалата аммония и 1-2 капли раствора аммиака. Выпадает белый кристаллический осадок.

Условия проведения опыта.

1. Вначале осаждение лучше вести пи рН 5-6, а затем при рН 7-8.

2. Катионы Ва²⁺ и Sr²⁺ мешают проведению реакции.

Катионы Ва²⁺ и Sr²⁺ дают так же белые кристаллические осадки с оксалатом аммония, но произведения растворимости этих соединений различны: ПР(СаС₂О₄) =2,57×10^-9; ПР(SrС₂О₄) =5,6×10^-8; ПР(ВаС₂О₄)= 1,6×10^-7.Следовательно, осадок оксалата кальция можно считать практически нерастворимым в воде. Растворимость оксалатов в уксусной кислоте различна. Оксалат кальция нерастворим, оксалат бария растворяется в уксусной кислоте несколько в большей степени, чем оксалат стронция.

Оксалаты бария, стронция, кальция растворимы в сильных минеральных кислотах (соляной и азотной).

Опыт: Возьмите три пробирки, в каждую налейте по 3 капли растворов хлорида бария, хлорида стронция, хлорида кальция и прилейте в каждую по 3-4 капли раствора оксалата аммония. Наблюдайте образование осадка. После этого добавьте в каждую пробирку по 6 капель раствора уксусной кислоты и посмотрите, где будет происходить частичное растворение осадка. Затем повторите опыт, но вместо уксусной кислоты добавьте 6 капель раствора соляной кислоты. Отметьте, что происходит с осадками.

2. Микрокристаллоскопическая реакция. Образование осадка сульфата кальция СаSО₄ × 2Н₂О при взаимодействии катиона Са²⁺ с серной кислотой можно легко заметить, если проводить реакцию на предметном стекле, наблюдая выпавшие кристаллы под микроскопом.

Опыт: Одну каплю раствора соли кальция поместите на предметное стекло, добавьте каплю 2Н раствора серной кислоты и осторожно нагрейте на маленьком пламени газовой горелки до появления белой каймы. По краям капли образуются игольчатые кристаллы в виде пучков или звездочек.

При наличии в растворе катионов Ва²⁺ и Sr²⁺ поступают следующим образом: в пробирку вносят 3-4 капли испытуемого раствора, добавляют 4 капли 2Н раствора серной кислоты, нагревают 5-6 минут на водяной бане, при этом ионы Ва²⁺ и Sr²⁺ переходят в осадок, а ионы Са²⁺ остаются в растворе. Осадок отделяют фильтрованием. Каплю фильтрата помещают на предметное стекло и упаривают до появления белой каймы, а затем рассматривают полученные кристаллы под микроскопом.

3. Окрашивание пламени. Летучие соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.

Контрольная задача

ТЕМА:Анализ катионов третьей группы

Предварительные испытания.

К анализируемому веществу прибавляем по каплям гипсовую воду и наблюдаем за выпадением осадка.

Эффект	катион
Ва2+	Sr2+	Ca2+
Осадок не образуется	отсутствует	отсутствует	присутствует (для проверки прово-дят реакцию с родизонатом Na
Осадок появляется постепенно	___	присутствует	может присутствовать
Осадок образуется мгновенно	присутствует	может присутствовать	Может присутствовать

Ход анализа:

Ввиду того, что бихромат калия К₂Cr₂О₇ дает в уксуснокислой среде осадок только с катионом Ва²⁺, то обычно катионы Ва²⁺ отделяют от катионов Sr²⁺ и Са²⁺, добавляя к испытуемому раствору ацетат натрия и раствор дихромата калия. При этом катионы Ва²⁺ переходят в осадок в виде ВаСrО₄, а катионы Sr²⁺ и Са²⁺ и избыток хромат-ионов СrО₄^2- остается в растворе. Осадок отфильтровывают и проверяют полноту отделения бария.

К части фильтрата добавляют гипсовую воду и нагревают на водяной бане 7-10 минут; если при стоянии выпадает осадок, то в растворе находятся катионы стронция.

Если в растворе есть катионы стронция, то к центрифугату (фильтрату), который не содержит гипсовой воды, добавляют раствор карбоната натрия и отделяют осадок карбонатов SrCO₃ и СаСО₃, промывают его два раза дистиллированной водой, растворяют в уксусной кислоте. К раствору добавляют сульфат аммония, при этом катионы стронция образуют осадок сульфата стронция SrSO₄ , а катионы Са²⁺ (в значительной мере) остаются в растворе в виде комплексной соли (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂].

Обнаружение и отделение катионов Ва²⁺.В коническую пробирку берут 3 капли испытуемого раствора, прибавляют 2-4 капли ацетата натрия и 3 капли раствора дихромата калия. Если осадок образуется, то это указывает на присутствие катионов Ва²⁺. Для удаления катионов бария берут в коническую пробирку 5-6 капель анализируемого раствора, 5-6 капель раствора уксусной кислоты и 5-6 капель дихромата калия, перемешивают стеклянной палочкой, дают стоять 2-3 минуты и отделяют осадок (фильтрованием).

Обнаружение и отделение катионов Sr²⁺.Фильтрат после проверки на полноту осаждения катионов бария в количестве 2-3 капель помещают в пробирку, при помощи пипетки добавляют 2-3 капли гипсовой воды, нагревают на водяной бане до 70°С и дают стоять 15-20 минут. Образование осадка говорит о присутствии в испытуемом растворе катионов Sr²⁺. Последний проверяют на пламя. Карминово-красное окрашивание указывает на присутствие катионов стронция.

Обнаружение катионов Са²⁺4-5 капель фильтрата (после отделения катионов стронция) вносят в пробирку, добавляют равный объем раствора карбоната натрия, перемешивают стеклянной палочкой. Образовавшийся осадок карбонатов стронция и кальция отделяют и промывают дистиллированной водой, растворяют в уксусной кислоте и добавляют раствор сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, при этом катион стронция осаждается в виде сульфата стронция, а катион кальция остается в основном растворе. Осадок отделяют, а фильтрат делят на две части.

К первой половине добавляют раствор оксалата аммония, а ко второй половине прибавляют ацетон или спирт.

Появление осадка указывает на наличие катионов Са²⁺.

Лабораторная работа № 4

Контрольная задача

ТЕМА:Анализ смеси катионов первой, второй и третьей группы

Ход анализа:

Исследуемый раствор, содержащий смесь катионов трех групп может быть с осадком и без осадка. Осадок может содержать хлориды AgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂ или сульфаты BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄ или все вместе.

Раствор без осадка.

1. В отдельной пробе отделяют катион NH4+ и нагревают с раствором NaOH.
2. К исследуемому раствору добавляют 2 н раствор НCl. Фильтруют, промывают осадок 0,5% раствором соляной кислоты.
3. Осадок (1) AgCl, Hg2Cl2 и PbCl2 анализируют.	4. Фильтрат (1) содержит катионы Ва2+, Ca2+, Sr2+, K+, Na+, NH4+. Добавляют (NH4)2SO4, дают постоять и фильтруют.
5. Осадок (II) BaSO4, SrSO4, CaSO4, PbSO4 обрабатывают горячим 30% раствором СН3СООNH4, удаляют PbSO4, фильтруют, промывают водой.	6. Фильтрат (II) K+, Na+, NH4+, Ca2+: а) открывают Са2+ в отдельной пробе ацетоном СН3-СО-СН3 или спиртом С2Н5ОН. Проверяют на пламя. б) В присутствии катиона Са2+ открывают катион Na+ из отдельной пробы фильтрата, добавляя К2СО3. Отделяют СаСО3 и в фильтрате открывают катион Na+ раствором KH2SbO4 и на пламени горелки, предварительно удалив NH4+: в) в присутствии катионов Са2+ открывают катион К+, упаривают часть фильтрата в чашке, растворяют в горячей воде, добавляют Na2CO3, отделяют СаСО3 и открывают катион К+ раствором Na3[Co(NO2)6] в слабоуксусной среде. Проверяют на окрашивание пламени, предварительно удалив NH4+.
7. Осадок (III) BaSO4, SrSO4, CaSO4 переводят в карбонаты обработкой К2СО3.
8. Фильтрат (III) отбрасывают.

В отдельной пробе открывают катион NH₄⁺ нагреванием с раствором гидроксида натрия.

Анализируемую смесь делят на две части. Первую половину используют для контрольных определений. В пробирку берут 30 капель исследуемого раствора, добавляют 3-4 капли концентрированной соляной кислоты, перемешивают стеклянной палочкой и фильтруют. Осадок промывают водой (15-20 капель), подкисленной 2н раствором соляной кислоты.

Осадок (1) состава AgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂ анализируют. Фильтрат (1) содержит катионы I и III групп и некоторое количество катионов Pb²⁺. К фильтрату (I) приливают 12-15 капель раствора сульфата аммония, нагревают 5-6 минут на кипящей водяной бане, дают отстоятся 10 мин. И фильтруют. Осадок (II) обрабатывают 30% раствором ацетата аммония при нагревании до полного удаления сульфата свинца. После этого осадок (III) сульфатов BaSO₄, SrSO₄, СaSO₄ промывают два раза дистиллированной водой, переносят в фарфоровую чашку, добавляют 3-4 мл раствора карбоната калия и кипятят 5 минут, нагревая на асбестовой сетке маленьким пламенем газовой горелки. После охлаждения в фарфоровую чашку добавляют 2 мл воды, перемешивают, дают отстоятся и прозрачный слой жидкости сливают. Затем снова добавляют 3 мл раствора карбоната калия, опять нагревают 5 минут и фильтруют. Осадок промывают теплой водой до полного удаления ионов SO₄^2-. Осадок растворяют на фильтре (или в пробирке) в 10-12 каплях уксусной кислоты и разбавляют его 6-8 каплями дистиллированной воды. Катионы Ba⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ открывают. Центрифугат (II) может содержать катионы Са²⁺, K⁺, NH₄⁺. Обнаружение их проводят частными реакциями.

Раствор с осадком.

В отдельной пробе раствора открывают катионы NH₄⁺, нагревая его со щелочью.

Раствор с осадком взбалтывают и делят на две части. Первую часть используют для анализа, а вторую оставляют для проверочных определений.

Анализируемая смесь может содержать катионы трех групп.

Осаждают катионы второй группы и исследуют осадок. Для этого в пробирку берут 30 -35 капель анализируемого раствора (вместе с осадком) и, помешивая, прибавляют 3-4 капли соляной кислоты. Проверяют на полноту осаждения. Осадок отделяют фильтрованием и промывают один раз водой, подкисленной несколькими каплями HCl.

Осадок на фильтре может содержать соли AgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂, BaSO₄, SrSO₄, СaSO₄, PbSO₄, а фильтрат (I) – катионы Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, K⁺, NH₄⁺, Na⁺, Pb²⁺. Его анализируют, как указано при анализе смеси трех групп катионов без осадка.

Осадок (I) промывают на фильтре или в пробирке горячей водой (нагретой до кипения) 3-4 раза, фильтрат собирают и определяют катион Pb²⁺ частными реакциями.

После отделения хлорида свинца осадок переносят в пробирку.

Определение катионов Ag⁺ и [Hg₂]²⁺. К осадку (II) прибавляют 10-12 капель 25% раствора гидроксида аммония и размешивают. При этом хлорид серебра растворяется, переходя в комплексную соль [Ag(NH₃)₂]Cl , а хлорид ртути Hg₂Cl₂ (I) дает осадок [HgNH₂]Cl + Hg (черного цвета). Быстрое почернение смеси от действия гидроксида аммония указывают на наличие ртути.

1. Из отдельной пробы открывают катион NH4+ нагреванием с NaOH.
2. К анализируемому раствору добавляют 2 Н раствор HCl и фильтруют, промывают осадок раствором HCl или водой.
3. Осадок (I) может содержать соли AgCl, PbCl2, Hg2Cl2, BaSO4, СaSO4, PbSO4. Промывают горячей водой, отделяют PbCl2, открывают катион Pb2+ c KI или KСrO4.	4. Фильтрат (I) может содержать ионы Ba+, Sr2+, Ca2+, K+, NH4+, Na+, Pb2+.
5. Осадок (II) AgCl, Hg2Cl2, BaSO4, СaSO4, PbSO4. Добавляют концентрированный раствор NH4ОН, перемешивают, фильтруют и промывают.	Поступают, как указано при анализе смеси без осадка.
6. Осадок (III) BaSO4, SrSO4, CaSO4, PbSO4, [HgNH2]Cl+Hg. Обрабатывают 30% раствором СН3СООNН4 и фильтруют.	7. Фильтрат (II) [Ag(NH3)2]Cl. Открывают из раствора: а) HNO3, добавляя до кислой среды б) из раствора КI
8. Осадок (IV) BaSO4, CaSO4, SrSO4. Открывают ионы Ba2+, Sr2+, Ca2+	9.Фильтрат (III) Pb2+, [Hg2]2+ проверяют частными реакциями.

Осадок (III) отделяют фильтрованием. В фильтрате (II) содержащем соль [Ag(NH₃)₂]Cl, открывают катион Ag⁺.

Определение катиона Pb²⁺ и проверочные реакции на катион [Hg₂]²⁺. Осадок (III) может содержать соли [HgNH₂]Cl + Hg, SrSO₄, CaSO₄, PbSO₄, BaSO₄.

Если обнаружены катионы Аg⁺, то их необходимо полностью удалить, для этого осадок 2-3 раза обрабатывают аммиаком до тех пор, пока фильтрат не даст отрицательную реакцию на катион Аg⁺. Осадок промывают водой, а затем добавляют 15-16 капель 30% ацетата аммония., перемешивают стеклянной палочкой и нагревают на водяной бане 3-4 минуты. При этом сульфат свинца и хлорид меркураммония [HgNH₂]Cl растворяются.

Осадок отделяют фильтрованием. В отдельной порции фильтрата (III) открывают катион Pb²⁺ при помощи хромата калия или иодида калия и катион [Hg₂]²⁺ восстановлением до свободной ртути. Если присутствует катион Pb²⁺, то обработку при помощи ацетата аммония повторяют до полного удаления сульфата свинца. Осадок промывают водой (один раз) и исследуют, как указано при описании систематического хода анализа смеси катионов первых трех групп.

Проведение анализа смеси данных катионов дробным методом не дает существенных преимуществ.

Лабораторная работа № 5

ТЕМА: Реакции и ход анализа смеси катионов группы гидроксидов, растворимых в растворах гидроксидов щелочных металлов (IV группа катионов)

К четвертой группе относятся катионы Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, As⁺³, As⁺⁵, Sn²⁺, Sn⁴⁺. Алюминий, находясь в начале третьего малого периода Периодической системы Д.И. Менделеева, имеет законченные двух- и восьмиэлектронные слои внешней оболочки. Другие элементы в средней части четвертого большого периода, у них происходит достройка третьего электронного слоя от 8 до 18 электронов.

Хром является переходным элементом. Он находится в первой половине четвертого периода, в конце четвертого ряда и имеет несколько отличные свойства от всех остальных катионов этой группы. Он обладает выраженной способностью к комплексообразованию. Гидратированный гидроксид хрома по своим свойствам очень близок к гидратированному гидроксиду алюминия.

Цинк расположен во второй половине четвертого большого периода и имеет законченный 18-электронный слой.

Алюминий и цинк обладают постоянной, а остальные элементы переменной степенью окисления.

Групповым реагентом на катионы IV группы является гидроксид натрия или гидроксид калия (в избытке). Образующиеся гидроксиды амфотерны, т.е. способны диссоциировать в растворе и по типу основания, и по типу кислоты. Наблюдается также сложное явление диссоциации в связи с тенденцией к отщеплению молекулы воды:

Ме³⁺ + 3ОН^- « Ме(ОН)₃ « Н₂О + Н⁺ + МеО₂^-

Первая схема соответствует диссоциации в растворе гидроксида цинка, а третья схема отвечает диссоциации гидроксидов алюминия и хрома.

Кислота подавляет диссоциацию гидроксида по кислотному варианту и связывает ионы ОН^- в практически недиссоциированные молекулы воды. Поэтому равновесие смещается слева направо:

Al(OH)₃ + 3HCl ® AlCl₃ + 3H₂O

Al(OH)₃ + 3H⁺ ® Al³⁺ + 3H₂O

Сильная щелочь подавляет диссоциацию по типу основания и одновременно связывает ионы Н⁺ в Н₂О:

H₃CrO₃ + NaOH ® NaCrO₂ + 2H₂O

Хроматы и алюминаты устойчивы только в присутствии избытка гидроксидов. Большинство солей катионов IV группы подвергаются гидролизу, например:

Sn²⁺ +2H₂O « Sn(OH)₂ + 2H⁺

Al₂(CO₃)₃ + 3H₂O ® 2Al(OH)₃¯ +3CO

2ZnCO₃ + 2H₂O ® (ZnOH)₂CO₃¯ +H₂CO₃

Гидроксиды NaOH, КOH со всеми катионами IV группы (исключая мышьяк) образуют гидроксиды, растворяющиес