Kachestveeny_analiz_metodichka

5). Катионы VI аналитической группы (катионы ЩМ и NH4+).

Образуют гидроксиды, растворимые в воде. Группового реагента нет.

Обнаружение катионов данной аналитической группы (кроме NH4+)

осуществляется с помощью достаточно сложных специфических реакций,

которые здесь рассматриваться не будут. Определение катионов этой группы в рамках предлагаемых лабораторных работ не предусмотрено.

IV. Определение катионов металлов в смеси

(рекомендуемая последовательностьанализа)

Качественный анализ целесообразно начинать с обнаружения катионов

II-йаналитической группы (катионы щелочноземельных металлов).

1. Обнаружение ЩЗМ (катионы II группы).

а). Взаимодействие с сульфат-ионом (сульфат натрия или разбавленная серная кислота).

M2+ + SO42- = MSO4

Добавить к анализируемому раствору сульфат-ион (сульфат натрия). При наличии катионов ЩЗМ выпадает белый осадок, причём в случае бария осадок выпадает сразу, при наличии катионов кальция или стронция – спустя минуту.

Раствор после добавления сульфата рекомендуется подогреть. Осадки нерастворимы в разбавленных кислотах и в щелочах. В дальнейшем отождествление катионов ЩЗМ проводится хроматным методом(см. п. 12)

после обнаружения и удаления других катионов, мешающих определению катионов ЩЗМ данным методом.

С сульфат-ионом белый осадок даёт также катион свинца. Поэтому на следующем этапе необходимо убедиться в его отсутствии или наличии в анализируемом растворе (так как он также даёт жёлтый осадок при взаимодействии с хромат-ионами).

11

Pb2+отHg2

Если при добавлении сульфат-ионов к анализируемому раствору белый осадок не выпадает, следовательно, в анализируемом растворе отсутствуют ионы ЩЗМ и Pb2+.

2. Обнаружение катионов Pb2+ и Hg22+ (катионы Iгруппы).

а). Взаимодействие с хлорид-ионом (хлорид натрия или разбавленная соляная кислота).

Pb2+ + 2Cl- = PbCl2

Hg22+ + 2Cl- = Hg2Cl2

Добавить к анализируемому раствору хлорид-ион (хлорид натрия). При наличии какого-либо из этих ионов выпадает белый осадок.Белый осадок использовать для реакции с трихлоростаннатом натрия и гидроксидом натрия

(п. в и г.). Если белый осадок не выпадает, следовательно, в анализируемом растворе ионы Pb2+ и Hg22+ отсутствуют.В этом случае следует сразу перейти к п. 3.

б). Взаимодействие с гидроксидом натрия.

К анализируемому раствору добавить гидроксид натрия. При наличии катионов ртути(I) выпадает чёрный (жёлто-чёрный) осадок, при наличии катионов свинца – белый осадок, растворяющийся в избытке щёлочи.

Hg22+ + 2OH- = Hg + HgO + H2O

Pb2+ + 2OH- = Pb(OH)2

Pb(OH)2 + 2OH- = [Pb(OH)4]2-

В присутствии посторонних ионов (ионов других аналитических групп)

возможно образование осадков иных цветов, а растворение осадка гидроксида свинца при этом может остаться незамеченным. Поэтому для анализа смесей данная реакция неприменима. Поэтому для того, чтобы отличить катион

2+следует использовать реакцию с трихлоростаннатом натрия.

в). Взаимодействие с трихлоростаннатом натрия.

12

К осадку из п.1 добавить соляной кислоты и раствор трихлоростанната натрия. При наличии катионов ртути (I) белый осадок чернеет.

Hg2Cl2 + Cl- + [SnCl3]- = 2Hg + [SnCl6]2-

В этом случае необходимо проверить одновременное наличие в анализируемом растворе катионов свинца.

г). Взаимодействие осадков хлоридов с гидроксидом натрия.

К белому осадку из п.1 добавить гидроксид натрия. В случае наличия катионов свинца осадок частично растворится.

PbCl2 (т) + 4OH- = [Pb(OH)4]2- + 2Cl-

3. Обнаружение катионов Fe2+.

Добавить к анализируемому раствору раствор красной кровяной соли.

При наличии катионов железа(II) выпадает синий осадок.

Fe2+ + K+ + [Fe(CN)6]3- = KFe[Fe(CN)6]

4. Обнаружение катионов Fe3+.

Добавить к анализируемому раствору раствор жёлтой кровяной соли. При наличии катионов железа(III) выпадает синий осадок.

Fe3+ + K+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6]

5. Обнаружение катионов Co2+.

Добавить к анализируемому раствору твёрдого нитрата калия, взболтать до полного его растворения и подкислить уксусной кислотой.

ПриналичиикатионовCo2+выпадаетжёлтыйосадок.

Co2+ + 3K+ + 7NO2- + 2CH3COOH = K3[Co(NO2)6] + NO + 2CH3COO- + H2O

6. Обнаружение катионов Mn2+.

Добавить к анализируемому раствору оксид свинца (IV), подкислить концентрированной азотной кислотой и нагреть. При наличии катионов

Mn2+раствор приобретает интенсивный малиновый цвет.

2Mn2+ + 4H3O+ + 5PbO2 = 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O

13

7. Обнаружение катионов Cr3+

Катионы IIIаналитической группы (Zn2+, Al3+, Cr3+) образуют малорастворимые гидроксиды, которые растворяются в избытке раствора щёлочи. Однако при анализе смесей катионов различных аналитических групп,

дающих осадки с гидроксидом натрия, обнаружение катионов алюминия и цинка представляет весьма сложную задачу, и поэтому целесообразно проводить его в самом конце (см. п. 13).

Определение катионов хрома(III) можно осуществить с помощью специфической реакции образования пероксокомплекса хрома(VI).

Гидроксиды натрия и калия осаждают ионы Cr3+ в виде гидроксида

Cr(OH)3 серо-зеленого цвета, который растворяется в избытке щелочи с образованием изумрудно-зелёного раствора гексагидроксохромата(III).

Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3

Cr(OH)3 + 3OH- = [Cr(OH)6]3-

Однако в присутствии других ионов (например, Fe3+) зелёное окрашивание может не наблюдаться. Единственный достаточно надёжный способ обнаружения катионов хрома – получение синего (голубого)

пероксокомплекса хрома(VI) с амиловым спиртом (диэтиловым эфиром).

Добавить к анализируемому раствору диоксид свинца и смесь нагреть.

После охлаждения смеси отобрать раствор из пробирки пипеткой и добавить его в пробирку, содержащую смесь разбавленного раствора серной кислоты,

пероксида водорода и амилового спирта (или диэтилового эфира). В

присутствии хрома в анализируемом растворе наблюдается окрашивание органического слоя в синий (голубой) цвет.

2Cr3+ + 3H2O + 3PbO2 = Cr2O72- + 3Pb2+ + 2H3O+ Cr2O72- + 2H3O+ + 4H2O2 + 2L = 2[CrLO(O2)2] + 7H2O

(L – C5H11OH или O(C2H5)2)

8. Обнаружение катионов Bi3+.

14

Добавить к анализируемому растворуиодид калия. Образуется чёрный осадок, растворяющийся в избытке иодида калия с образованием оранжевого раствора (в присутствии катионов Cu2+, Pb2+или Hg22+осадок растворится неполностью, но поменяет свой цвет).В присутствии катионов Fe3+ раствор приобретает коричневый цвет.

Bi3+ + 3I- = BiI3

BiI3 + I- = [BiI4]-

Если при добавлении иодид-ионов чёрный осадок не образуется, но образуются осадки других цветов (оранжевого, жёлтого или коричневого), это свидетельствует о присутствии в анализируемом растворе Hg2+ (оранжевый осадок, растворяющийся в избытке иодида калия), Cu2+ (белый осадок, кажущийся коричневым из-за образования диодоиодат-ионов, при добавлении тиосульфата натрия осадок белеет и в избытке тиосульфата растворяется) или

Pb2+(жёлтый осадок). В этом случае следует провести качественные реакции на катионы ртути(II) и меди(II).

При отсутствии каких-либо осадков при добавлении иодида калия этапы №№ 9 и 10 можно пропустить.

9. Обнаружение катионов Hg2+.

Добавить к анализируемому растворусолянокислый раствор трихлоростанната водорода. При наличии Hg2+ выпадает белый осадок, чернеющий при добавлении избытка [SnCl3]-.

2Hg2+ +5Cl- + [SnCl3]- = [SnCl6]2- + Hg2Cl2 Hg2Cl2 + Cl- + [SnCl3]- = [SnCl6]2- + 2Hg

В присутствии Hg22+к анализируемому растворупредварительно следует добавить избыток раствора хлорида калия, после чего отобрать раствор над образовавшимся осадком пипеткой и далее провести с этим раствором качественную реакцию на Hg2+.

10. Обнаружение катионов Cu2+.

15

Добавить к анализируемому растворуизбыток концентрированного раствора гидрата аммиака. При наличии катионов меди образуется ярко-синий раствор (в присутствии других катионов также возможно образование осадков гидроксидов).

2Cu2+ + 2NH3·H2O + SO42-= Cu2(OH)2SO4+ 2NH4+

Cu2(OH)2SO4 + 8NH3·H2O = 2[Cu(NH3)4]2+ + SO42- + 2OH- + 8H2O

11. Обнаружение катионов Ni2+.

Добавить к анализируемому растворуизбыток концентрированного

раствора гидрата аммиакаи несколько капель раствора диметилглиоксима. При наличии Ni2+ выпадает малиновый (розовый) осадок.

Ni2+ + 2NH3·H2O-= Ni(OH)2 + 2NH4+

Ni(OH)2 + 6NH3·H2O = [Ni(NH3)6]2+ + 2OH-

[Ni(NH3)6]2+ +2Hdmg +4H2O = [Ni(dmg)2] + 4NH3·H2O + 2NH4+

12.Определение катионов ЩЗМхроматным методом.

Вслучае отрицательной реакции на сульфат-ион данный этап следует пропустить.

При наличии в растворе мешающих ионов их следует осадить (Cu2+, Pb2+, Hg22+)или связать в комплекс (Hg2+) добавлением иодида калия, отобрать пипеткой раствор над осадком и последующие операции проводить с ним. При отсутствии мешающих ионов определение катионов ЩЗМ можно проводить,

используя исходный анализируемый раствор.

Добавить к исследуемому раствору хромат калия и нагреть. Если жёлтый осадок не выпадает – в растворе из ЩЗМ присутствует только катион кальция.

Если жёлтый осадок выпадает, добавить к жёлтому осадку раствор уксусной кислоты. Если осадок растворится, анализируемый раствор содержит катионы Sr2+, если не растворится – Ba2+. (Уравнения реакций см. в п. III.2).

16

Наличие или отсутствие катионов кальция подтверждается оксалатным методом (п. III.2).

13. Определение катионов Zn2+и Al2+.

Добавить к анализируемому раствору избыток концентрированного раствора гидроксида натрия. Отобрать раствор над образовавшимся осадком пипеткой и все последующие операции проводить с ним (далее – исследуемый раствор).

Al3+ + 3OH- = AlOOH + H2O

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

AlOOH + H2O + OH- = [Al(OH)4]-

Zn(OH)2 + 2OH- = [Zn(OH)4]2-

1). К исследуемому раствору добавить по каплям азотную кислоту (или избыток нитрата аммония). При наличии в исходном анализируемом растворе катионов Zn2+ или Al3+ выпадает белый осадок соответствующих гидроксидов.

[Al(OH)4]- + H3O+ = Al(OH)3 + 2H2O

[Zn(OH)4]2- + 2H3O+ = Zn(OH)2 + 4H2O

В этом случае перейти к п. 2).

2). К исследуемому раствору добавить сульфид-ион. При наличии в исходном анализируемом растворе катионов цинка выпадает белый осадок

(сульфид цинка нерастворим в щелочах). Если белый осадок не выпадает – в

анализируемом растворе присутствует катион алюминия.

[Zn(OH)4]2- + S2- = ZnS + 4OH-

После проведения лабораторной работы студенты должны представить преподавателю отчёт в виде таблицы произвольной формы, содержащей уравнения реакций, соответствующие им наблюдения и выводы, вытекающие из наблюдений.

17