Частные реакции и ход анализа катионов I, II, II

Hg₂(NO₃)₂ + 2NaOH = ↓Hg₂o + 2NaNO₃ + H₂O

Выполнение  реакции: к 2-3 каплям раствора ртути (I) добавляют 2-3 капли раствора щелочи и наблюдают выпадение осадка.

8.4. Иодид калия KJ образует и с ионами Hg₂²⁺ осадок зеленого цвета:

Hg₂(NO₃)₂ + 2KJ = ↓Hg₂J₂ + 2KNO₃

Выполнение  реакции: к 2-3 каплям раствора нитрата ртути (I) добавляют две-три капли KJ. Наблюдают выпадение осадка.

8.5. Хромат калия K₂CrO₄ при нагревании дает с ионами Hg₂²⁺ красный осадок Hg₂CrO₄:

Hg₂²⁺ + CrO₄^2- = ↓Hg₂CrO₄

Осадок нерастворим в щелочах  и разбавленной азотной кислоте.

Выполнение  реакции: помещают в пробирку 2-3 капли хромата калия. Наблюдают выпадение осадка.

 

 

9. РЕАКЦИИ КАТИОНА  СВИНЦА (II) Pb²⁺.

9.1. Действие соляной кислоты (см. п. 6 «Действие группового реактива»).

Выполнение  реакции: В пробирку помещают 2-3 капли раствора нитрата свинца и добавляют 2-3 капли соляной кислоты. Наблюдают выпадение осадка и потом добавляют 15 капель воды, нагревают до кипения. Наблюдают растворение осадка.

9.2. Едкие щелочи осаждают из раствора солей свинца белый осадок гидроокиси свинца:

Pb(NO₃)₂ + 2NaOH = ↓Pb(OH)₂ + 2NaNO₃

Гидроокись свинца обладает амфотерными свойствами, поэтому растворяется в разбавленной азотной кислоте и в избытке щелочи:

Pb(OH)₂ + 2NaOH = Na₂PbO₂ + 2H₂O

В NH₄OH гидроксид свинца (II) нерастворим.

Выполнение  реакции: К 2 каплям соли свинца добавить сначала 1 каплю щелочи, наблюдать выпадение осадка, затем добавлять еще несколько капель до растворения осадка.

9.3. Серная кислота и растворимые сульфаты осаждают катионы в виде белого осадка PbSO₄:

Pb(NO₃)₂ + NaSO₄ =PbSO₄ + 2NaNO₃

При нагревании осадок растворяется в щелочи:

PbSO₄ + 4NaOH = Na₂[Pb(OH)₄] + Na₂SO₄

Выполнение  реакции: К 2-3 каплям нитрата свинца добавляют 2-3 капли серной кислоты. Наблюдают выпадение белого осадка. Проверяют растворимость его в NaOH и HNO₃.

9.4. Хромат калия K₂CrO₄ образует с ионами Pb²⁺ желтый осадок хромата свинца:

Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ = PbCrO₄↓ + 2KNO₃

Осадок растворим в щелочах  и сильных кислотах (кроме соляной), не растворим в уксусной кислоте.

Выполнение  реакции: К 2 каплям нитрата свинца добавляют 2 капли хромата калия. Наблюдают выпадение осадка и проверяют растворимость его в HNO₃ и NaOH.

9.5. Иодид калия KJ осаждает из растворов ион Pb²⁺ в виде желтого осадка PbJ₂:

Pb(NO₃)₂ + 2KJ = PbJ₂↓ + 2KNO₃

Выполнение  реакции: К 2 каплям раствора соли свинца добавляют 2 капли раствора KJ. Наблюдают выпадение желтого осадка, добавляют несколько капель воды, 2н раствора уксусной кислоты и нагревают на водяной бане. Осадок растворяется, но при охлаждении образуется вновь в виде кристаллов.

 

 

10 ХОД АНАЛИЗА СМЕСИ КАТИОНОВ  II ГРУППЫ.

К 3 мл исследуемого раствора добавляют 1,5-2 мл раствора HCl (1:3). Смесь центрифугируют, проверяют полноту осаждения и отделяют осадок. К осадку, содержащему AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂ добавляют 2-3 мл воды, смесь нагревают на водяной бане и сливают жидкость с осадка. При этом хлорид свинца PbCl₂ переходит в раствор, а хлорид серебра AgCl и хлорид ртути Hg₂Cl₂ остаются в осадке.

Открытие  Pb²⁺. К 3-5 каплям центифугата добавляют такое же количество раствора KJ или K₂CrO₄. Образование желтого осадка свидетельствует о присутствии в растворе ионов свинца.

Открытие  Hg₂²⁺. К осадку добавляют 1 мл концентрированного раствора аммиака. Если ртуть присутствует, осадок чернеет за счет образования смеси [HgNH₂]Cl+Hg. Ион Ag⁺ при этом переходит в раствор в виде иона [Ag(NH₃)]⁺. Смесь центрифугируют.

Открытие Ag⁺. Центрифугат делят на две части. К одной порции добавляют несколько капель концентрированной азотной кислоты (до кислой реакции), к другой – KJ. Выпадение белого осадка AgCl в первом случае и желтого AgCl – во втором, свидетельствует о наличии серебра.

 

 

11. ДЕЙСТВИЕ ГРУППОВОГО РЕАКТИВА  КАТИОНОВ III

АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ.

При взаимодействии катионов III аналитической  группы с сульфатом в растворах  образуются белые кристаллические  осадки:

Ca²⁺ + SO₄^2- = CaSO₄

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄

Sr²⁺ + SO₄^2- = SrSO₄

Наименьшую растворимость имеет  сульфат бария. Сульфат стронция и сульфат кальция растворяются в воде лучше, особенно сульфат кальция, который выпадает в осадок из концентрированных  растворов солей кальция. Поэтому  при проведении реакции осадок сульфата бария образуется практически мгновенно, сульфат стронция – после стояния, сульфат кальция – только из концентрированных растворов. Благодаря высокой растворимости в воде сульфат кальция образует насыщенный раствор (гипсовая вода), который может служить реактивом на катионы стронция и бария.

CaSO₄ + BaCl₂ = ↓BaSO₄ + CaCl₂

CaSO₄ + SrCl₂ = ↓SrSO₄ + CaCl₂

Насыщенный раствор сульфата стронция соответственно является реактивом  на катионы бария: SrSO₄ + BaCl₂            BaSO₄ + SrCl₂

Эти особенности сульфатов катионов третьей группы объясняются различием из произведений растворимости (ПР BaSO₄=1,1·10^-10; ПР SrSO₄=2,8·10^-7; ПР CaSO₄=6,1·10^-5). Наименьшую величину произведения растворимости имеет сульфат бария, наибольшую – сульфат кальция. В осадок, прежде всего, выпадает соль, имеющая наименьшую величину произведения растворимости.

 

 

 

 

12. РЕАКЦИЯ КАТИОНОВ БАРИЯ.

12.1. Реакция  с солями хромовой кислоты:

BaCl₂ + K₂CrO₄ = ↓BaCrO₄ + 2KCl

Образуется желтый кристаллический  осадок хромата бария, растворимый  в азотной и соляной кислотах:

2BaCrO₄ + 4HCl = 2BaCl₂ + H₂Cr₂O₇ + H₂O

В уксусной кислоте и других слабых кислотах осадок хромата бария нерастворим.

При взаимодействии солей бария с  солями дихромовой кислоты также  образуется осадок хромата бария:

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O = 2BaCrO₄↓ + 2KCl + 2HCl

Для полного осаждения хромата  бария с помощью дихроматов используют добавку солей уксусной кислоты. Соли уксусной кислоты взаимодействуют  с соляной кислотой, в итоге  образуется слабая уксусная кислота, в  которой осадок бария не растворяется:

CH₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

Ионы стронция и кальция осадка с дихроматами не образуют, так  как образующиеся хроматы кальция  и стронция растворяются полностью  в выделяющейся соляной или уксусной кислоте.

 

12.2. Реакция  с карбонатами: Ba²⁺ + CO₃^2- = BaCO₃↓

Образуется белый аморфный осадок, при нагревании переходящий в  кристаллический, растворимый в  соляной, азотной и уксусной кислотах.

12.3. Реакция  с гипсовой водой: BaCl₂ + CaSO₄ = ↓BaSO₄ + CaCl₂

Образуется белый осадок сульфата бария.

Выполнение реакций на катион Ba²⁺. Реакции с хроматом калия, дихроматом калия, карбонатом аммония, гипсовой водой проводят, добавляя к 3 каплям раствора хлорида бария 3 капли раствора реактива.

 

 

13. РЕАКЦИИ КАТИОНА СТРОНЦИЯ.

13.1. Катион стронция имеет свойства осадков аналогичные по свойствам, образуемым катионом бария:

Sr²⁺ + CrO₄^2-  = ↓SrCrO₄

Sr²⁺ + CO₃^2- = ↓SrCO₃

SrCl₂ + CaSO₄ = ↓SrSO₄ + CaCl₂

В отличие от Ba²⁺, катион стронция не дает осадка с дихроматами.

 

 

14. РЕАКЦИИ КАТИОНА КАЛЬЦИЯ.

14.1. Катион кальция дает осадки, подобно барию и стронцию, с карбонатами: Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO₃↓

Реакция с гипсовой водой, дихроматами, хроматами ион кальция не дает.

Выполнение реакций. К 2 каплям раствора соли кальция добавить две капли карбоната, наблюдать выпадение белого осадка, растворимого в кислотах, включая уксусную.

14.2. Реакции  с оксалатами:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = CaC₂O₄ + 2NH₄Cl

Образуется белый кристаллический  осадок, растворимый в минеральных  кислотах и нерастворимый в уксусной кислоте (в отличие от оксалатов  бария и стронция).

Выполнение реакции. К 2 каплям соли кальция добавить две капли уксусной кислоты и две капли раствора оксалата аммония. Сразу или постепенно (в зависимости от концентрации) выпадает белый осадок.

14.3. Микрокристаллоскопическая  реакция с серной кислотой.

Из пресыщенный растворов сульфата кальция последний кристаллизуется  в виде характерных красивых пучков игл, легко различимых под микроскопом.

Выполнение реакции. Поместите каплю раствора соли кальция на предметное стекло, добавьте каплю разбавленной серной кислоты и слегка упарьте, держа высоко над пламенем горелки. При появлении осадка (обычно по краям капли) рассмотрите его под микроскопом. Зарисуйте в тетради форму кристаллов.

Катионы бария и стронция в малых  количествах не мешают реакции, а  в больших – мешают. В этом случае 3 капли раствора поместите в фарфоровую чашечку, добавьте три капли серной кислоты и упарьте досуха.  К сухому остатку добавьте три капли воды, нагрейте при перемешивании и отберите три капли воды, нагрейте при перемешивании и отберите каплю для открытия кальция микрокристаллоскопической реакцией.

 

 

15. ХОД АНАЛИЗА СМЕСИ КАТИОНОВ III АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ.

Анализ раствора, содержащего ионы Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ целесообразно начинать с ионов бария, который открывают реакцией с дихроматом калия (стронций и кальций в этой реакции не мешают). При обнаружении катиона бария его удаляют, добавляя избыток дихромата калия (оранжевая окраска над осадком). Осадок центрифугируют и отбрасывают, к фильтрату добавляют равный объем насыщенного карбоната натрия и нагревают. Фильтрат удаляют, осадок промывают горячей водой (3-5 капель), центрифугируют, фильтрат отбрасывают, а осадок растворяют в уксусной кислоте, в отдельных пробах раствора открывают стронций (гипсовой водой), взяв для этого 2-3 капли, и кальций (микрокристаллоскопической реакцией или оксалатом аммония).

 

 

16. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ  I, II И III АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП (КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1).

Получите у преподавателя раствор, содержащий смесь катионов трех групп  и разделите на две части: одна для систематического анализа, другая – для предварительных испытаний и в качестве запасного раствора (для повторных испытаний на случай промахов в ходе анализа).

16.1. Предварительные  испытания: а) открытие катионов NH₄⁺ с помощью реакций 3.1. или 3.2.; б) открытие ионов натрия с помощью опытов 2.2. или 2.3.

16.2. Отделение  второй группы от первой и  третьей групп. 

К 10 каплям исследуемого раствора добавить 15 капель 2н HCl, отцентрифугировать, центрифугат 1 декантировать в отдельную пробирку и сохранить для следующих опытов:

 

 

 

 

16.3. Анализ  осадка 1.

Осадок промыть 0,1н HCl, отцентрифугировать, раствор отбросить. Осадок обработать 10 каплями горячей воды и нагревать почти до кипения, отцентрифугировать, центрифугат 2 декантировать в другую пробирку и открыть в нем катионы свинца с помощью реакции 9.4. или 9.5. Осадок дважды промыть горячей водой.

 

 

 

16.4. Анализ  осадка 2.

К осадку 2 добавить 5 капель конц. NH₄OH и перемешать. Появление черного осадка указывает на присутствие ионов Hg²⁺. Осадок отцентрифугировать и отбросить. К центрифугату 3 добавить HNO₃ до явно кислой реакции. Появление белого осадка указывает на наличие в растворе ионов серебра.

 

 

 

16.5. Открытие  ионов калия.

Из центрифугата 1 отобрать 5 капель и прокалить до удаления белого дыма. К остатку после прокаливания добавить 5 капель воды, перемешать, проверить на полноту удаления ионов аммония (см. п. 3.4.) и открыть ионы калия, как это показано в п. 4.1.

 

 

16.6. Отделение  и анализ третьей группы катионов.

К оставшейся части центрифугата 1 добавить 5 капель KJ, осадок отцентрифугировать, проверить полноту осаждения (добавить еще каплю KJ), осадок 4 отбросить, к центрифугату 4 добавить равный объем карбоната натрия, прокипятить. Осадок 5 отцентрифугировать, промыть холодной водой и растворить в уксусной кислоте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате получим раствор, содержащий катионы третьей аналитической  группы. Его дальнейший анализ можно  проводить, как это описано в  п. 15.

 

 

 

Оформление  результатов, полученных при выполнении лабораторной работы:

Найдены катионы I аналитической  группы. . . . . . . .

-//- -//-    катионы  II аналитической группы. . . . . . .

-//- -//-    катионы  III аналитической группы. . . . . . .

 

 

 

Контрольные вопросы:

1. Как классифицируют химические методы качественного анализа?
2. На каких реакциях основана кислотно-основная классификация катионов?
3. Какие катионы относятся к I, II и III группам кислотно-основной классификации?
4. Какие реакции называют специфическими и избирательными?
5. Какие групповые реактивы характеризуют катионы II и III аналитических групп?
6. Охарактеризуйте химические свойства катионов II аналитической группы.
7. Охарактеризуйте растворимость хлоридов серебра, ртути (I) и свинца в воде, растворе аммиака.
8. Какой цвет имеет осадки, образованные катионами II группы с хроматом калия, иодидом калия, едкими щелочами? Напишите уравнения реакций.
9. Какой катион можно открыть с помощью медной монеты?
10. Разберите схему открытия катионов II группы при совместном присутствии, в присутствии катионов I группы.
11. Какова очередность осаждения из раствора сульфатов бария, стронция, кальция. Объясните причину.
12. Каким образом производится перевод сульфатов катионов III группы в карбонаты?
13. Охарактеризуйте схему анализа смеси катионов III группы.
14. Как открыть при совместном присутствии Ag⁺, Ba²⁺, К⁺, Hg⁺, NH₄⁺, Са²⁺, Pb²⁺?