Задача №1: відкриття катіонів 1-ої, 2-ї та 3-ї аналітичних групу 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. Треба визначити, який саме. 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. З новою порцією розчину виконати реакцію на Pb ²⁺ з KJ (“золотий дощ”) або з K₂CrO₄. 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 Cа²⁺ або Ва²⁺. 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 треба відкрити іони NH₄⁺, а якщо вони відсутні, шукати К⁺ або Na⁺.

Лабораторна робота №2

Реакції катіонів четвертої Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, п’ятої Al³⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Sn²⁺,

та шостої Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Cd²⁺ аналітичних груп:

4.Четверта аналітична група Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Груповий реактив NаOH осаджує катіони четвертої аналітичної групи у вигляді різного кольору осадів: Mg²⁺ + 2OH^- = Mg(OH)₂↓ білий,

Mn²⁺ + 2OH^- = Mn(OH)₂↓ білий, але поступово перетворюється на коричневий

2Mn(OH)₂↓ +O₂ = 2MnO(OH)₂↓,

Fe²⁺ + 2OH^- = Fe(OH)₂↓ зеленкувато-чорний, Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃↓ червоно-бурий.

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

Виконання: у 4-ри чисті пробірки взяти по 2–3 краплі розчинів: у першу – солі магнію, у другу – солі мангану(ІІ), у третю – солі феруму(ІІ), у четверту – солі феруму(ІІІ). Додати у кожну 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.

4.1. 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 (розчин NH₃∙в H₂O) не осаджує катіони магнію у присутності солей амонію: розчин Mg²⁺ залишається прозорим і безбарвним, якщо перед додаванням NH₄OH додати розчин NH₄Cl. Зовні 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 (див. нижче).

2.Гідрофосфат натрію Na₂HPO₄ у слаболужному середовищі, яке створюється амонійною буферною сумішшю (NH₄Cl + NH₄OH), утворює з іонами магнію білий кристалічний осад магній – амоній-фосфату: Mg²⁺ + HPO₄^2- + NH₄OH  MgNH₄PO₄ + H₂O

розчинний у кислотах (навіть у слабких).

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

Гідрофосфат натрію утворює білі осади також з катіонами другої аналітичної групи, а також з цинком: 3Ca ²⁺ + 2HPO₄^2- + 2NH₄OH  Ca₃(PO₄ )₂ + 2NH₄⁺ + 2H₂O ;

3Ba ²⁺ + 2HPO₄^2- + 2NH₄OH  Ba₃(PO₄ )₂ + 2NH₄⁺ + 2H₂O,

3Zn ²⁺ + 2HPO₄^2- + 2NH₄OH  Zn₃(PO₄ )₂ + 2NH₄⁺ + 2H₂O,

Саме тому треба спочатку правильно визначити аналітичну групу, а вже потім сам катіон. З катіонів 4-ї аналітичної групи таку ж реакцію дають катіони Mn²⁺:

Mn²⁺ + HPO₄^2- +NH₄OH  MnNH₄PO₄ + H₂O,

але ці катіони із сильними окисниками перетворюються у червоно-фіолетовий перманганат.

4.2. Катіони марганцю Mn²⁺.

Сильні окисники (вісмутат натрію, діоксид свинцю, персульфат амонію) у сильнокислому середовищі окиснюють Mn²⁺ до MnO₄^- і розчин набуває червоно-фіолетового (малинового) забарвлення: 2Mn²⁺ + 5NaBiO₃ + 14H⁺  2MnO₄^- +5Bi³⁺ + 5Na⁺ + 7H₂O

2Mn²⁺ + 5PbO₂ + 4H⁺  2MnO₄^- +5Рb²⁺ + 2H₂O

2Mn²⁺ + 5S₂O₈^2- + 8H₂O  2MnO₄^- +10SO₄^2- + 16H⁺

Надлишок Mn²⁺ заважає реакції, тому що він відновлює MnO₄^- до MnO₂. Треба виконувати реацію так, щоб надлишку Mn²⁺ не було.

Виконання: у чисту пробірку взяти не більше однієї краплі розчину солі маргацю(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 невелику кількість коричневого порошку NaBiO₃, перемішати і почекати, поки надлишок NaBiO₃ осяде 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 концентрація Mn²⁺ усе ще занадто велика. Інші катіони не заважають цій реакції.