Частные реакции и ход анализа катионов I, II, II

 

 

 

Лабораторная  работа № 5

 

Ход анализа смеси всех катионов и  анионов. Анализ сухих солей

(кислотно-основной  метод).

 

Контрольная работа № 5

 

Цель  работы: Исследование качественного состава контрольного раствора на содержание катионов и анионов.

Приборы и реактивы:

Центрифуга 

Водяная баня

Пробирки

Часовые и предметные стекла

Пипетки-капельницы

Спиртовки

Фильтровальная бумага

Индикаторная бумага

 

 

 РЕАКТИВЫ:

 

Таблица № 5

Формула	Название вещества	Концентрация	№ капельн	Примечание
1	2	3	4	5
Sr(NO3)2	Нитрат стронция	0,5н	95
BaCl2	Хлорид бария	0,5н	7
H2SO4	Серная кислота	2н	3
Pb(NO3)2	Нитрат свинца	0,5н	16
Na2S2O3	Тиосульфат натрия	1н	4
HCl	Соляная кислота	2н	59
AgNO3	Нитрат серебра	0,5н	17
KMnO4	Перманганат калия	0,05н	14
Na2CO3	Карбонат натрия	0,5н	51
Ca(OH)2	Известковая вода	-	-	Под тягой
Na2HPO4	Гидрофосфат натрия	0,5н	47
NH4OH	Аммиак	-	-	Под тягой
H2MoO4	Молибденовая кислота	0,5н
(NH4)2MoO4	Молибдат аммония	0,5н	69
NH4NO3	Нитрат аммония	крист.	-	В отд. наборе
NH4Cl	Хлорид аммония	0,5н	53
C2H5OH	Этиловый спирт	-	-	Под тягой
Na2B4O7	Бура	0,5н	64
H2SO4	Серная кислота	конц.	-	Под тягой
	Фуксин	-	-	Под тягой
HNO3	Азотная кислота	2н	38
	Фенолфталеин	-	-	Под тягой
Na2SO3	Сульфит натрия	0,05н	1
Na2S	Сульфид натрия	-	-	Под тягой
ZnSO4	Сульфат цинка	0,5н	54
K4[Fe(CN)6]	Гексацианоферрат калия	0,5н	22
Na2[Fe(CN)5NO]	Нитропруссид натрия			Под тягой
NaCl	Хлорид натрия	0,5н	19
Zn	Цинковая пыль	-	-	В отд. наборе
KBr	Бромид калия	0,5н	33
KJ	Иодид калия	0,5н	29
KNO2	Нитрит калия	0,5н	39
	Бензол	-	-	Под тягой
	Крахмал	-	-	Под тягой
KNO3	Нитрат калия	0,5н	77
KSCN	Роданид калия	0,5н	87
Na2SO3	Сульфит натрия	0,5н	1
1	2	3	4	5
Cd(NO3)2	Нитрат кадмия	0,5н	37
Na 2S	Сульфид натрия	0,5н	13	Под тягой
Hg(NO3)2	Нитрат ртути (II)	0,5н	36
KJ	Иодид калия	0,5н	29
SnCl2	Хлорид олова	0,5н	26
Co(NO3)2	Нитрат кобальта	0,5н	73
	Ацетон	50%
Ni(NO3)2	Нитрат никеля	0,5н	86
	Реактив Чугаева	-	-	В отд. капельнице.
HNO3	Азотная кислота	2н	38
NaNO3	Нитрат натрия	0,5н	76
FeSO4	Сульфат железа (II)	0,5н	24
	Соль Мора	крист.	-	В отд. наборе
Al	Алюминий	тверд.	-	В отд. наборе
NaOH	Едкий натр	4н	-	Под тягой
NH4Cl	Хлорид аммония	крист.	-	В отд. наборе
CH3COONa	Ацетат натрия	2н	52
FeCl3	Хлорид железа	0,5н	45
H2O2	Перекись водорода	-	-
	Смесь (NH4)2CO3+NH4HCO3	15%	-	В отд. наборе
NaOH	Едкий натр	2н	15
H2O	Дистиллированная вода	-	5
K2[HgJ4]	Реактив Несслера	-	83
Na3[Co(NO2)6]	Кобальтинитрит натрия	-	-	В отд. наборе
CH3COOH	Уксусная кислота	0,1н	28
K2Cr2O4	Хромат калия	0,5н	42
SnCl2	Хлорид олова	0,5н	26
CH3COOH	Уксусная кислота	2н	58
HCl	Соляная кислота	1:3	-	Под тягой
K2Cr2O7	Дихромат калия	0,5н	41
CaSO4	Сульфат кальция	Насыщ.	79
NH4Cl	Хлорид аммония	Насыщ.	40
	Ализарин	-	-	В капельн.
Zn(CH3COO)2	Ацетат цинка	0,5н	88
	Дитизон в хлороформе	-	-	Под тягой
CrCl3	Хлорид хрома	0,5н	91
H2SO4	Серная кислота	1:2	-	Под тягой
K3[Fe(CN)6]	Красная кровяная соль	0,5н	25
NH4SCN	Роданид аммония	0,5н	89
MnSO4	Сульфат марганца	0,5н	12
PbO2	Диоксид свинца	тверд.	-	В отд. наборе
(NH4)2SO4	Сульфат аммония	Насыщ.
(NH4)2CO3	Карбонат аммония	Насыщ.
(NH4)2C2O4	Оксалат аммония	1М	82
KSCN	Роданид калия	0,5н	74
	Ацетон	50%
	Реактив Чугаева	-	-	В отд. капельнице.
CaCl2	Хлорид кальция	0,5н	43
Ca(CH3COO)2	Ацетат кальция	0,5М	81
HNO3	Азотная кислота	конц.	-	Под тягой
Mg(NO3)2	Нитрат магния	0,5н	83

 

 

 

1. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАДАЧИ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОРИЕНТИРОВКА.

Получите у преподавателя  задачу и отметьте внешние признаки (наличие или отсутствие осадка, цвет, запах). С помощью индикаторной бумажки замерьте рН раствора.

На основе этого сделайте предварительное заключение о возможном  присутствии или отсутствии тех  или иных компонентов.

Если реакция среды  близка к нейтральной (рН в пределах 6-8), а раствор не содержит осадка, то можно исключить наличие нерастворимых солей.

Если раствор имеет  осадок, то его следует отделить и отдельно анализировать раствор  и осадок.

РАСТВОР + ОСАДОК

 

РАСВТОР I                       ОСАДОК I

2. АНАЛИЗ РАСТВОРА I.

Анализ раствора I начинаем с анализа анионов, так как, зная состав анионов можно исключить все катионы, образующие с ними нерастворимые соли.

2.1. Предварительные испытания раствора I на присутствие отдельных групп анионов проводят по схеме:

                       рН, запах, неустойчивые анионы

BaCl₂ или Ba(OH)₂                    анионы I группы

РАСВТОР I                              AgNO₃ + HNO₃                         анионы II группы

  KMnO₄ + H₂SO₄                ионы-восстановители

KJ + CH₃COOH                     ионы – окислители

Если рН 1-2 и нет  запаха – отсутствует CO₃ ^2-, SO₃ ^2-, S₂O₃ ^2-, NO₂ ^–; при наличии запаха SO₂ – возможен  SO₃ ^2-Б при выделении бурого газа NO₂  - есть NO₂ ^–.

Пробы на анионы I и II групп осуществляются добавлением 2 капель группового реактива к 2 каплям раствора I. Выпадение или не выпадение осадка укажет на присутствие или отсутствие анионов соответствующих групп.

Проба на ионы-восстановители производится добавлением к 2 каплям раствора 1-4 капель H₂SO₄ и 1 каплю 0,01н KMnO₄. Исчезновение малиновой окраски укажет на присутствие ионов-восстановителей – причем не только анионов (NO₂ ^-, SO₃ ^2-, S₂O₃ ^2-, Cl ^- , Br ^-, J ^-), но и катионов (Fe²⁺, Mn²⁺, Hg₂ ²⁺).

Проба на ионы-окислители (NO₂ ^-, Fe³⁺, Cu²⁺) осуществляется добавлением 2-3 капель CH₃COOH и 2-3 капель KJ к 2-3 каплям исследуемого раствора.

Появление бурой окраски  свободного йода (или синий, если добавить еще и каплю крахмала) укажет на присутствие ионов окислителей.

2.2. Анализ анионов I группы.

Если в ходе предварительных  испытаний обнаружены анионы I группы, делают разумную корректировку на явно отсутствующие анионы. Например, если отсутствует ионы-восстановители, то их открытие в ходе анализа уже не требуется. Если среда достаточно кислая (рН<2) и проба не имеет запаха, то из хода анализа следует исключить CO₃ ^2-, S₂O₃ ^2-, SO₃ ^2-.

После корректировки  приступают к анализу оставшихся анионов I группы.

Для открытия SO₃ ^2-, SO₄ ^2-, S₂O₃ ^2-  к 2 каплям раствора I добавляют 10 капель SrCl₂, осадок центрифугируют.

РАСТВОР 1

  ОСАДОК 2 SrSO₄, S₂SO₃                                            РАСТВОР 2

                       SrSiO₃; SrHPO₄                                            Sr₂S₂O₃

 

К раствору 2 добавляют 4 капли HCl. Появление желтоватой мути укажет на присутствие S₂O₃ ^2-.

К осадку 2 добавляют 4 капли 2н HCl и нагревают. Появление характерного запаха диоксида серы укажет на присутствие SO₃ ^2-, а наличие нерастворимого в избытке HCl осадка на присутствие ионов SO₄ ^2-.

Для открытия карбонат-ионов  к 5-6 каплям раствора I добавляют равный объем H₂O₂ (при отсутствии восстановителей добавлять H₂O₂ не нужно) и 5-6 капель 2н H₂SO₄. Быстро закрывают пробирку пробкой с пипеткой, содержащей 2-3 капли известковой воды. При встряхивании или постукивании в присутствии CO₃ ^2- известковая вода в пипетке помутнеет.

Открытие PO₄ ^3- производят добавлением 1 капли раствора I к предварительно нагретым 6 каплям молибденовой жидкости: в присутствии фосфат-ионов образуется желтый осадок.

Наконец, борат-ион открывают  по реакции окрашивания пламени: 5 капель раствора I выпаривают в тигле досуха, дают остыть, прибавляют 3 капли конц. H₂SO₄, 6 капель этилового спирта и полученную смесь нагревают: в присутствии борат-ионов пламя окрасится в изумрудно-зеленый цвет.

2.3. Анализ анионов II группы.

Если в ходе предварительных испытаний обнаружена II группа анионов, то ход анализа целесообразно провести систематическим методом. К 2 каплям раствора добавляют 2 капли HNO₃ B 3 капли AgNO₃. Осадок III центрифугируют, промывают 5 каплями 15% смеси (NH₄)₂CO₃+NH₄HCO₃.

РАСТВОР 1

                               AgNO₃+HNO₃

                         ОСАДОК 3                                   РАСТВОР 3

                    AgCl, AgBr, AgJ                             не анализируется  

                                                    

 

                         ОСАДОК 4                                   РАСТВОР 4

                         AgJ, AgBr

                                                                 ОСАДОК 5 AgCl

                                                                           не анализируется

                                                  РАСТВОР 5 [Ag(NH₃)₂]Br

                                 ОСАДОК   7 AgJ                     HNO₃

                                 не анализируется 

                                     ОСАДОК 6 AgBr

                                    не анализируется

 

К центрифугату 4 добавляют HNO₃ до явно кислой реакции, в присутствии Cl ^– выпадает белый осадок. Осадок 4промывают и обрабатывают избытком 25% раствора NH₄OH, энергично перемешивают. Если желтый осадок не растворился, в растворе  J ^–. Осадок отбрасывают, а к раствору 5 добавляют азотной кислоты (до явно кислой реакции). Выпадение желтоватого осадка подтвердит наличие Br ^–-ионов.

2.3.1. Анализ анионов  III группы.

Если в растворе I обнаружены J ^–, то анионы NO₂ ^– отсутствуют. В присутствии J ^– следует начать анализ III группы анионов с открытия NO₂ ^–. Подкислив 2-3 капли раствора 1 добавлением 3 капель 2н HCl в присутствии NO₂ ^– замечают появление бурого газа и характерный запах доиксида азота. Ионы-восстановители мешают реакции, поэтому в их присутствии, если проба с HCl окажется отрицательна, проверить заключение о наличии или отсутствии NO₂ ^– дополнительными реакциями с антипирином или сульфаниловой кислотой и ά -нафтиламином (см. оп. 4.2.3 и 4.2.2 работы №4).

В случае обнаружения NO₂ ^– для последующего анализа его следует удалить, для чего 3-4 капли раствора 1 смешивают с твердым NH₄Cl (до насыщения) и нагревают, проверяют на полноту удаления NO₂ ^– и в полученном растворе открывают ион NO₃ ^–.

Для этого 2 капли его  помещают на часовом стекле, добавляют  кристаллик FeSO₄·7H₂O и каплю концентрированной H₂SO₄. В присутствии NO₃ ^– вокруг кристаллика появляется бурое окрашивание.

Ацетат-ионы можно открыть  действием 5 капель разб. H₂SO₄ на 5 капель раствора 1; при нагревании чувствуется характерный запах. Если запах маскируется запахом других газов (NO₂, SO₂ и др.) следует сделать проверочную реакцию с FeCl₃ (см. оп. 4.3.2 работы №4).

2.4. Анализ катионов в растворе  Е.

2.4.1. Предварительное заключение на основе анализа анионов.

Исходя из результатов  анализа, следует сделать вывод  об отсутствии в растворе 1 катионов, образующих нерастворимые соли с  найденными анионами.

Например, при наличии  аниона SO₄ ^2- (см. табл. 1) в растворе 1 указывает на отсутствие ионов Pb²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺; наличие аниона Cl ^– - отсутствие ионов Ag⁺, Hg₂²⁺; при наличии ионов PO₄ ^3- можно утверждать, что при рН 6 присутствуют только катионы I группы, что, несомненно, резко облегчает последующий анализ. И наоборот, если обнаружены анионы только III  группы, то анализ следует вести на все шесть групп катионов, так как практически все соли этих анионов растворимы и могут присутствовать в растворе 1.

Полученные заключения по растворимости следует дополнить  ориентировкой по окраске (см. п. 1.1.-1.4. работы №3), после чего можно приступить к анализу катионов.

2.4.2. Дробные реакции  на катионы в растворе 1.

Предварительно дробным  методом производят открытие катионов NH₄⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Cr³⁺.

Открытие NH₄⁺. Проводят действием щелочей или реактивом Несслера (см. оп. 3.1 и 3.2 работы №1).

Для обнаружения K⁺ к 4 каплям раствора 1 добавляют по каплям раствор Na₂CO₃ (до рН 9), центрифугируют, осадок отбрасывают. Центрифугат подкисляют до рН 4-5. Если перед этим установлено, что NH₄⁺ отсутствует, к 4 каплям центрифугата добавляют 3 капли кобальтинитрита натрия. В присутствии ионов K⁺ выпадает желтый осадок. Если же в растворе 1 предыдущим опытом обнаружен ион NH₄⁺, то его предварительно удаляют (см. оп. 3.4 работы №1), а затем открывают K⁺ кобальтинитритом натрия.

Для обнаружения Na⁺ к 4 каплям раствора 1 добавляют по каплям раствор K₂CO₃ до рН 9, центрифугируют, осадок отбрасывают, в центрифугате открывают Na⁺ способом окрашивания пламени (см. оп. 2.3 работы №1).

Для обнаружения Ca²⁺ к 4 каплям раствора 1 добавляют по каплям 25% раствор аммиака до рН 8-9, ложечку порошка металлического цинка, нагревают до кипения при перемешивании, центрифугируют. Осадок отбрасывают. К центрифугату добавляют равный объем 2М CH₃COOH и столько же раствора (NH₄)₂CrO₄. При нагревании в присутствии Ca²⁺ образуется белый осадок.

Для обнаружения Fe²⁺ к 2 каплям раствора 1 добавляют 2 капли разбавленной серной кислоты и 1-2 капли раствора K₃[Fe(CN)₆] в присутствии Fe²⁺ наблюдают образование темно-синего осадка.