Лабораторна робота № 4 Відкриття катіонів 1 − 3 аналітичних груп у досліджуваному розчині

Після виконання аналітичних реакцій студент отримує пробірку з розчином, що містить один з катіонів 1-ї, 2-ї або 3-ї аналітичних груп. Потрібно визначити, який саме катіон знаходиться у розчині. У пробірку з досліджуваним розчином нічого додавати не можна, а тільки відливати або чистою піпеткою відбирати невеликі порції цього розчину у чисту пробірку і там виконувати аналітичні реакції.

Спочатку визначають, до якої аналітичної групи належить катіон, а потім його ідентифікують.

1. Відкриття катіонів третьої аналітичної групи. До окремої порції досліджуваного розчину додати 1 М розчин HCl. Утворення білого осаду вказує на наявність катіонів 3-ї групи. Додати дистильованої води до 1/3 об´єму пробірки, нагріти, злити прозорий розчин у чисту пробірку і додати КJ. Утворення жовтого осаду PbJ₂ вказує на присутність Pb ²⁺. Якщо жовтий осад не утворюється, до білого осаду, що утворився з НСІ, додати NН₄OH. Розчинення осаду вказує на присутність Ag⁺. Якщо під час дії HCl осад не утворився, − у розчині відсутні катіони 3-ї аналітичної групи.

2. Відкриття катіонів 2-ї аналітичної групи. До нової окремої порції досліджуваного розчину додати 1 М розчин H₂SО₄. Утворення білого осаду вказує на присутність катіонів Cа²⁺ або Ва²⁺. (Осад BaSO₄ утворюється миттєво, а для утворення CaSO₄ потрібно охолодити пробірку під краном з холодною водою і потерти скляною паличкою стінки пробірки). У чисту пробірку взяти нову порцію цього розчину і додати 2 – 3 краплі K₂Cr₂O₇ та 1 – 2 краплі CH₃COONa. Утворення жовтого осаду вказує на присутність Ва²⁺. Якщо Ва²⁺ немає, з новою порцією розчину виконати реакцію на Са²⁺ з (NH₄)₂C₂О₄.

3. Відкриття катіону першої аналітичноі групи: з окремими порціями розчину, якій не дає білого осаду ні з НСІ, ні з H₂SО₄, виконати реакції на катіони першої групи у певній послідовності. Відкриттю іонів натрію і калію заважають іони NH₄⁺, а відкриттю NH₄⁺ інші катіони першої групи не заважають. Тому спочатку потрібно відкрити іони NH₄⁺(з реактивом Несслера), а якщо вони відсутні, − шукати катіони К⁺(з гексанітрокобальтатом натрію), або Na⁺ (за жовтим забарвленням полум’я).

Лабораторне заняття № 2 Лабораторна робота № 5

Реакції катіонів четвертої аналітичної групи: Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺

Груповий реагент NаOH осаджує катіони четвертої аналітичної групи у вигляді осадів різного кольору:

Mg²⁺ + 2 OH⁻ = Mg(OH)₂↓ білий,

Mn²⁺ + 2 OH⁻ = Mn(OH)₂↓ білий,

але поступово перетворюється на коричневий

2 Mn(OH)₂↓ + O₂ = 2 MnO(OH)₂↓,

Fe²⁺ + 2 OH⁻ = Fe(OH)₂↓ зеленкувато-чорний,

Fe³⁺ + 3 OH⁻ = Fe(OH)₃↓ червоно-бурий.

Осади розчинні у кислотах, але нерозчинні у надлишку NаOH (на відміну від осадів катіонів 5-ї аналітичної групи: Al³⁺, Zn²⁺,Cr³⁺, Sn²⁺) і нерозчинні у надлишку NН₄OH (на відміну від катіонів 6-ї аналітичної групи: Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Cd²⁺).

Виконання: у 4-ри чисті пробірки взяти по 2 – 3 краплі розчинів: у першу – солі магнію (ІІ), у другу – солі мангану (ІІ), у третю – солі феруму (ІІ), у четверту – солі феруму (ІІІ). Додати у кожну по 3 – 4 краплі 1 М розчину NаOH. Спостерігати утворення неоднакових за зовнішнім виглядом осадів.

Гідроксиди катіонів 4-ї аналітичної групи осаджуються розчином NH₄OH (NH₃∙H₂O), але у присутності солей амонію двозарядні катіони осаджуються неповністю, а катіони магнію не осаджуються взагалі.

Катіони магнію Mg²⁺

1. Гідроксид натрію або калію осаджує іони Mg²⁺ у вигляді білого аморфного осаду Mg(ОН)₂. Це єдиний білий осад з тих, що утворюють катіони 4-ї групи, який залишається білим, не окиснюючись киснем повітря при збовтуванні пробірки з осадом.

2. Гідроксид амонію NH₄OH (2 М розчин NH₃∙в H₂O) не осаджує катіони магнію у присутності солей амонію: розчин Mg²⁺ залишається прозорим і безбарвним, якщо перед додаванням NH₄OH додати 2 М розчин NH₄Cl. Подібний результат можна отримати з катіонами цинку (5-та група) і кадмію (6-та група), гідроксиди яких розчиняються у надлишку NH₄OH у присутності NH₄Cl, але з утворенням безбарвних комплексних сполук.

2. Гідрофосфат натрію Na₂HPO₄ (0,5 н.) у слабколужному середовищі, яке створюється амонійною буферною сумішшю (NH₄Cl + NH₄OH), утворює з іонами магнію білий кристалічний осад магній – амоній-фосфату:

Mg²⁺ + HPO₄²⁻ + NH₄OH  MgNH₄PO₄ + H₂O,

розчинний у кислотах.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину солі магнію (MgCl₂, Mg(NO₃)₂ або MgSO₄) додати 2 – 3 краплі 2 М NH₄Cl, 1 – 2 краплі 2 М NH₄OH, перемішати і додати 2 – 3 краплі Na₂HPO₄. Білий кристалічний осад повинен з’явитися тільки після додавання останнього реагенту.

Гідрофосфат натрію утворює білі осади також з катіонами другої аналітичної групи та з цинком і манганом (ІІ):

3 Ca²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH  Ca₃(PO₄ )₂ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

3 Ba²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH  Ba₃(PO₄ )₂ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

3 Zn²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH  Zn₃(PO₄ )₂ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

Mn²⁺ + HPO₄²⁻ + NH₄OH  MnNH₄PO₄ + H₂O.

Катіони Mn²⁺ із сильними окисниками перетворюються у червоно-фіолетовий перманганат. Саме тому потрібно спочатку правильно визначити аналітичну групу, а вже потім сам катіон.

Катіони марганцю Mn²⁺

1. Сильні окисники (вісмутат натрію, діоксид плюмбуму, персульфат амонію) у сильнокислому середовищі окиснюють Mn²⁺ до MnO₄⁻ і розчин набуває червоно-фіолетового (малинового) забарвлення:

2 Mn²⁺ + 5 NaBiO₃ + 14H⁺  2 MnO₄⁻ + 5 Bi³⁺ + 5 Na⁺ + 7 H₂O

2 Mn²⁺ + 5 PbO₂ + 4 H⁺  2 MnO₄⁻ + 5 Рb²⁺ + 2 H₂O

2 Mn²⁺ + 5 S₂O₈²⁻ + 8 H₂O  2 MnO₄⁻ + 10 SO₄²⁻ + 16 H⁺

Надлишок Mn²⁺ заважає реакції, тому що він відновлює MnO₄⁻ до MnO₂. Потрібно виконувати реакцію так, щоб надлишку Mn²⁺ не було. Виконання: у чисту пробірку взяти не більше однієї краплі 0,5 н. розчину солі мангану (ІІ) додати 3 – 4 краплі 6 н. HNО₃, перемішати і вилити. Те, що залишилось на стінках пробірки, змити у пробірку 6 н. розчином HNО₃ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Додати невеликукількість коричневого порошкуNaBiO₃, перемішати ізачекати, поки надлишокNaBiO₃осяде на дно. Розчин повинен набути червоно-фіолетового або малинового забарвлення. Якщо малинове забарвлення швидко зникає, а у розчині і на стінках з’являється коричнева муть, це означає, що концентраціяMn²⁺усе ще занадто велика. Інші катіони не заважають цій реакції.