Частные реакции и ход анализа катионов I, II, II

Для обнаружения Fe³⁺ к 2 каплям раствора 1 добавляют 2 капли разбавленной серной кислоты и 1-2 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. Интенсивно-синий осадок укажет на присутствие ионов Fe³⁺.

Для обнаружения Mn²⁺ в пробирку вносят микрошпатель диоксида свинца, 10 капель азотной кислоты (1:1) и нагревают на водяной бане. В нагретую до кипения смесь добавляют 1 каплю (не более!) раствора 1 и снова нагревают почти до кипения. Центрифугируют. В присутствии ионов Mn²⁺ над осадком наблюдается фиолетово-красное окрашивание.

Для обнаружения Mg²⁺ к 3 каплям раствора 1 добавляют микрошпатель порошка металлического цинка, перемешивают, нагревают, добавляют 3 капли насыщенного (NH₄)₂SO₄, снова нагревают и центрифугируют. Осадок отбрасывают, к центрифугату добавляют по капли насыщенных растворов (NH₄)₂CO₃ (NH₄)₂C₂O₄, по каплям 25% раствора аммиака (до щелочной реакции), 2-3 капли H₂O₂, перемешивают, нагревают на кипящей водяной бане 1 мин., центрифугируют. Осадок отбрасывают, а к центрифугату добавляют по 3-4 капли растворов NH₄Cl, Na₂HPO₄ и затем NH₄OH до рН 8-9. В присутствии магния образуется белый кристаллический осадок.

Для обнаружения Cd²⁺ к 3 каплям раствора 1 добавляют 8-10 капель суспензии PbS и кипятят в течении 2 минут. Добавляют избыток Na₂SO₄  до полного удаления свинца, центрифугируют, осадок отбрасывают. К центрифугату добавляют по 2 капли Na₂S и H₂SO₄. В присутствии Cd²⁺ образуется желтый осадок.

Для обнаружения Hg²⁺ к 2 каплям раствора 1 добавляют 2 капли 2н HCl, если осадок образуется, его центрифугируют и отбрасывают. К центрифугату добавляют сначала 1-2 капли, а затем еще несколько капель раствора хлорида цинка II. Выпадение белого, сереющего, и, наконец, чернеющего осадка укажет на присутствие Hg²⁺.

Для обнаружения Cr³⁺ к 3-4 каплям раствора 1 добавляют 3-4 капли 30% уксусной кислоты, 12 капель 5% раствора трилона Б на водяной бане. В присутствии Cr³⁺ появляется (или усиливается ранее имевшаяся) фиолетовая окраска в связи с образованием комплексного соединения Cr³⁺ с трилоном Б.

2.4.3. Систематический анализ катионов раствора 1.

Оставшиеся неоткрытыми  дробным методом катионы открывают  в ходе систематического анализа.

К 20 каплям исследуемого раствора добавляют 10 капель конц. HCl, осадок 7 центрифугируют.

РАСТВОР 1

                    ОСАДОК 7                                               РАСТВОР 6

                   II группа катионов                           I, III, V, VI группы катионов

Осадок 7 промывают 0,1н HCl, добавляют 10 капель горячей воды, нагревают почти  до кипения, получают осадок 8 и центрифугируют 7.

ОСАДОК 7

 

                   ОСАДОК 8                                       ЦЕНТРИФУГАТ 7

                   AgCl, Hg₂Cl₂                                                PbCl₂

 

В центрифугате 7 открывают Pb²⁺: к 2 каплям раствора добавляют 2 капли KJ, в присутствии Pb²⁺ выпадает желтый осадок.

К осадку 8 добавляют 5 капель 25% раствора аммиака, перемешивают. Появление  черного осадка указывает на присутствие  ионов Hg₂²⁺.

Черный осадок центрифугируют и отбрасывают, а к центрифугату добавляют азотную кислоту до рН 2. Выпадение белого осадка укажет на присутствие ионов Ag⁺.

Далее ведут анализ на оставшиеся катионы III-VI групп из раствора 6. Для этого раствор 6 делят пополам. В первую половину раствора 6 добавляют 5-10 капель KJ, проверяют полноту осаждения ионов свинца (добавить еще каплю KJ), центрифугируют, осадок отбрасывают, к центрифугату 8 добавляют равный объем раствора Na₂CO₃.

 

Осадок 10 промывают, растворяют в уксусной кислоте (если остается не растворившаяся часть, ее отбрасывают).

РАСТВОР 6

                           ОСАДОК 9                           ЦЕНТРИФУГАТ 8

                              не анализируется

 

                                                          ОСАДОК 10                ЦЕНТРИФУГАТ 9

не анализируется

                         РАСТВОР 10

В растворе 10 открывают Sr²⁺ и Ba²⁺. Для этого к 2 каплям раствора 10 добавляют 4 капли дихромата калия и 1 каплю ацетата натрия. Выпадение желтого осадка укажет на наличие Ba²⁺.

Осадок отбрасывают, к  центрифугату 11 добавляют равный объем Na₂CO₃, центрифугируют, осадок 12 промывают, растворяют в уксусной кислоте.

РАСТВОР 10

                                 

ОСАДОК                          ЦЕНТРИФУГАТ 11

                             не анализируется

 

                                                               ЦЕНТРИФУГАТ       ОСАДОК 12

                                не анализируется

                                                                                       РАСТВОР 12

 

К полученному раствору 12 добавляют равный объем гипсовой воды и кипятят. Выделение белого осадка укажет на присутствие ионов стронция.

Ко второй половине раствора 6 добавляют 4н NaOH до pH>10, 5 капель H₂O₂, нагревают несколько минут.

РАСТВОР 6

ОСАДОК 13                                        РАСТВОР 13

                    V-VI  группы                                          III группа 

 

 

В растворе 13 открывают Al³⁺ и Zn²⁺ с помощью реакций 2.3 (с ализарином) и 3.5 (с дитизоном) работы № 2.

Если в растворе присутствуют хромат-ионы, их следует предварительно осадить 2 каплями BaCl₂ и удалить центрифугированием.

Осадок 13 гидроксидов V и VI групп промывают водой, добавляют  избыток 25% раствора NH₄OH, нагревают до 40-50⁰С, тщательно перемешивают стеклянной палочкой и центрифугируют.

ОСАДОК 13

 

          ОСАДОК 14 V группа                                             ЦЕНТРИФУГАТ 14

не анализируется                                           аммиакаты катионов VI группы

 

Так как катионы V  группы уже открыты дробным методом, то осадок 14 можно не анализировать. Центрифугат 14 используется для обнаружения оставшихся катионов Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺. Если центрифугат интенсивно-синий, весьма вероятно присутствие ионов Cu²⁺. К 2 каплям центрифугата 14 добавляют равный объем щелочи, кипятят, наблюдают выпадение черного осадка CuO.

Co²⁺ и Ni²⁺ открывают частными реакциями с роданидом калия и диметилглиоксимом соответственно (см. оп. 18 работы № 2).

 

 

 

 

2. АНАЛИЗ ОСАДКА.

 

При pH>5 в осадке могут  находиться нерастворимые и труднорастворимые  соли, а также некоторые продукты гидролиза – главным образом, основные соли слабых кислот многовалентных катионов, в частности ацетата алюминия, хрома (III), железа (III).

Если среда кислая (pH≤1), в осадке отсутствуют соли анионов I группы (кроме сульфатов  катионов II группы и PbSO₄).

В слабокислой среде  возможно присутствие некоторых  фосфатов (AlPO₄, FePO₄, CrPO₄), кремневой кислоты (рН 2-4).

В сильно щелочной (рН>10) нецелесообразно открывать в  осадке катионы IV, а в аммиачной  – катионы VI группы, а также некоторые  другие катионы (Zn²⁺, Cr³⁺), гидроксиды которых растворимы в избытке аммиака.

Таким образом, творчески  рассмотрев данную задачу, можно уверенно исключить их возможного состава  осадка значительно число катионов и тем самым значительно сократить  ход анализа.

Перед анализом осадок следует отцентрифугировать и промыть, затем приступить к его анализу.

 

 

 

3.1. Анализ нерастворимой  части пробы (осадка 1).

Необходимо последовательно  проверить растворимость осадка в горячей воде, уксусной кислоте, разбавленной уксусной кислоте, разбавленных минеральных кислотах (соляная, серна, азотная), концентрированных кислотах, царской водке, щелочах и аммиаке.

Для этого взять микрошпатель анализируемого осадка и добавить 10-15 капель соответствующего раствора, многократно  перемешать, если нужно нагреть. Если в первом растворе осадок растворится не полностью, надо центрифугат подвергнуть анализу, а осадок отцентрифугировать, промыть и пробовать растворить в следующем из вышеуказанных растворов. Так получим серию растворов, в которых можно определить качественный состав катионов. При этом, естественно, надо каждый раствор анализировать сначала групповыми реактивами, так как его состав может быть весьма простым и не возникнет необходимости вести проверку на присутствие всех катионов, вести утомительные разделения.

Если во всех указанных  реактивах осадок не растворился, в  осадке BaSO₄, Al₂O₃, SiO₂, некоторые природные минералы. BaSO₄ можно перевести в раствор многократным кипячением с водой. Осадок взбалтывают с насыщенным раствором Na₂CO₃, кипятят, центрифугируют, центрифугат отбрасывают, осадок вновь взбалтывают с Na₂CO₃, кипятят, центрифугируют, центрифугат отбрасывают. Так повторяют 3-4 раза. Затем осадок промывают в воде, растворяют в уксусной кислоте (если часть осадка не растворилась, его центрифугируют и отбрасывают) в полученном растворе открывают Ba²⁺ действием H₂SO₄ (белый осадок) или K₂Cr₂O₇ (желтый осадок).

Что касается анионов, то следует иметь в виду, что некоторые  из них при растворении в кислотах разлагаются с выделением газообразных продуктов и в соответствующих  фракциях они будут потеряны. К  таким анионам относятся SO₃^2-, CO₃^2- и S₂O₃^2-. Поэтому их следует открыть в осадке 1.

 

Для обнаружения CO₃^2- 1 микрошпатель осадка помещают в пробирку, добавляют 10-15 капель KMnO₄, перемешивают, добавляют 5-10 капель 2н HNO₃ и быстро закрывают пробкой с пипеткой, содержащей в носике 2-3 капли известковой воды и нагревают. Помутнение раствора известковой воды укажет на присутствие CO₃^2- (см. оп. 2.3.2 работы № 4).

 

Для обнаружения SO₃^2- и S₂O₃^2- в осадке к 1 микрошпателю осадка 1 добавляют 10-15 капель суспензии SrCO₃ и кипятят несколько минут. Осадок центрифугируют, промывают раствором Na₂CO₃, добавляют 1 каплю 0,01н KMnO₄ и 5 капель H₂SO₄, перемешивают. Исчезновение красной окраски укажет на присутствие SO₃^2-.

 

ОСАДОК 1

 

                       ОСАДОК 15                                ЦЕНТРИФУГАТ 15 SrS₂O₃

                          SrSO₃; BaCO₃

 

К центрифугату 15 добавляют 5-6 капель 2н HCl. Образование желтоватого  осадка (мути) укажет на присутствие  иона S₂O₃^2-.

Остальные ионы в ходе растворения не теряются и могут  быть обнаружены в ходе анализа.

3. АНАЛИЗ СМЕСИ СУХИХ ВЕЩЕСТВ.

Получив задачу, следует обратить внимание – однородна ли смесь. Часто  можно различить кристаллики  различной формы и цвета. В  этом случае их полезно рассмотреть  под микроскопом. По форме и цвету  кристалликов можно уже заранее  установить, однородна ли смесь или в ней содержится несколько компонентов, даже сделать ориентировочную оценку – сколько этих компонентов и каких именно. Конечно, такая предварительная ориентировка ни в коем случае не может заменить анализ, без потери надежности результатов наименьшей затраты времени. После предварительной оценки полученную у преподавателя задачу растворяют в воде и тщательно перемешивают до полного растворения или установления равновесия между осадком и раствором. В результате получают раствор (либо без осадка, либо с осадком), который анализируют, как описано в п. 1-2 настоящей работы.