II. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ ВАЖНЕЙШИХ КАТИОНОВ

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И

НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уральский государственный университет

им. А.М. Горького

КАЧЕСТВЕННЫЙ ПОЛУМИКРОАНАЛИЗ

НЕОРГАНИЧЕСКИХ веществ

Методические указания по

аналитической химии для студентов

химического факультета

Екатеринбург

2004

Методические указания подготовлены кафедрой аналитической химии

Составители: Штин С.А.

Неудачина Л.К.

Подкорытов А.Л.

СОДЕРЖАНИЕ

стр

Введение

I. Правила выполнения работ по качественному анализу полумикрометодом

1. Основные понятие и термины

2. Техника безопасного проведения работ

3. Очистка и подготовка химической посуды

4. Техника выполнения основных операций

5. Общие указания к работе в лаборатории

6. Оформлению отчета по лабораторной работе

II. Качественные реакции важнейших катионов

1. Классификация катионов в качественном химическом анализе

2. Качественные реакции катионов I аналитической группы

3. Качественные реакции катионов II аналитической группы

4. Качественные реакции катионов III аналитической группы

5. Качественные реакции некоторых катионов IV – V аналитических групп

III. Качественные реакции важнейших анионов

1. Аналитическая классификация анионов

2. Качественные реакции анионов I аналитической группы

3. Качественные реакции анионов II аналитической группы

4. Качественные реакции анионов III аналитической группы

IV. Анализ сложных объектов

1. Анализ смеси катионов аммиачно-фосфатным методом

2. Примеры составления схемы анализа неорганических объектов

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия – это наука, разрабатывающая теоретические основы и методы химического анализа. Практической задачей аналитической химии является установление химического состава веществ или их смесей. Сначала устанавливают качественный состава вещества, т.е. решают вопрос, из каких элементов, групп элементов или ионов состоит это вещество, а затем приступают к определению количественного состава: узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные части находятся в данном веществе.

Обнаружение или "открытие" отдельных элементов или ионов, входящих в состав вещества, является задачей качественного анализа.

Определение количественного содержания отдельных составных частей исследуемого вещества является задачей количественного анализа.

Аналитическая химия и, в частности, качественный анализ имеют огромное научное и практическое значение, представляя совокупность методов исследования веществ и их превращений. Важнейшую роль она играет также и в смежных с химией областях науки – минералогии, геологии, физиологии, микробиологии, а также в медицинских, агрономических и технических науках. Почти при всяком научном исследовании, так или иначе соприкасающемся с химическими явлениями, приходится пользоваться методами аналитической химии.

I. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ ПО

КАЧЕСТВЕННОМУ АНАЛИЗУ ПОЛУМИКРОМЕТОДОМ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

С помощью специфических реакций, т.е. реакций, характерных только для одного какого-то иона, можно открывать этот ион в присутствии других ионов. Однако таких реакций известно сравнительно немного. Чаще всего реактив дает одинаковый эффект с несколькими ионами, что лишает аналитика возможности сделать однозначное заключение о составе вещества. В этих случаях приходится прибегать прежде всего к разделению мешающих ионов, а затем уже к их открытию.

Для разделения ионов используют осаждение труднорастворимых соединений, реакции окисления – восстановления, комплексообразования, экстракции и другие методы.

Реактив, с помощью которого выделяют в осадок (или переводят в раствор) отдельные группы ионов, называют групповым реагентом. В качестве групповых можно использовать не все реактивы. Групповой реагент должен удовлетворять следующим требованиям: а) осаждать ионы практически количественно; б) полученный осадок должен легко растворятся в кислотах, чтобы можно было продолжить анализ; в) избыток добавленного реагента не должен мешать обнаружению тех ионов, которые остались в растворе.

Дробный анализ состоит в обнаружении ионов данного элемента в отдельных порциях раствора без предварительного разделения смеси ионов на группы. Дробный анализ выполняется в произвольной последовательности. Для обнаружения ионов дробным способом используют наиболее характерные реакции, специфичность и чувствительность которых повышают созданием оптимальных условий анализа (рН, температура, маскировка мешающих ионов, экстракция и т.п.) Дробный анализ может быть выполнен с использованием капельного, микрокристаллоскопического, хроматографического методов, реакций между твердыми веществами и т.д.

Отсутствие специфических реакций на большинство ионов приводит к необходимости предварительного разделения ионов и устранения мешающего действия посторонних веществ. Этим целям служит систематический ход анализа, который представляет собой определенную последовательность аналитических реакций, при которых каждый ион открывают после того, как будут открыты и удалены все другие ионы, мешающие его обнаружению.

Для удобства обнаружения ионы делятся на аналитические группы. При объединении ионов в группы используют сходство или различие их свойств в отношении действия некоторых реактивов, называемых групповыми, различную растворимость образуемых ими соединений и другие признаки.

Наименьшее содержание определяемого компонента (С_х), при котором его можно обнаружить данным методом с заданной доверительной вероятностью (Р), называют пределом обнаружения. Пусть предел обнаружения равен 10^-4 г и Р = 0,95. Это означает, что при содержании 10^-4 г определяемого компонента в анализируемой пробе в 95 опытах из 100 получают правильный результат, т.е. обнаруживают искомый компонент. Если С_х > 10^-4 г, то вероятность обнаружения становится выше. Если содержание вещества в пробе меньше предела обнаружения, то его нельзя обнаружить данным методом. Аналитическая реакция тем чувствительнее, чем ниже предел обнаружения. Предел обнаружения зависит от концентрации реагентов, присутствия посторонних ионов, электролитов или мешающих веществ, среды и температуры растворов. Его можно повысить с помощью приемов концентрирования, понижения растворимости осадка.

2. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОГО ПРОВЕДЕНИЯ

РАБОТ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Работа в химической лаборатории связана с использованием ядовитых веществ, электронагревательных приборов, легковоспламеняющихся веществ и поэтому является работой повышенной опасности, требующей предельной аккуратности и соблюдения правил личной гигиены.

Перед началом работы необходимо обязательно ознакомиться с инструкцией по технике безопасности и строго соблюдать все ее требования.

1. Работы, сопровождающиеся выделением ядовитых газов, проводить в вытяжном шкафу.

2. Работы, связанные с использованием легковоспламеняющихся веществ, проводить вдали от места их хранения и вдали от открытого огня.

3. При попадании любого раствора на кожные покровы промыть пораженное место большим количеством воды и поставить в известность преподавателя.

4. Строго запрещается:

работа с реактивами неизвестного происхождения;

опробование веществ и растворов на вкус, на ощупь;

прием пищи и курение в лаборатории;

использование лабораторной посуды для бытовых целей;

работа с неисправными нагревательными приборами.

3. ОЧИСТКА И ПОДГОТОВКА ХИМИЧЕСКОЙ ПОСУДЫ

Перед работой следует проверить чистоту химической посуды, которая необходима для проведения анализа. Использованную посуду нужно вымыть сразу же после окончания работы. С чистой поверхности стеклянного сосуда вода стекает ровным слоем, не образуя жирных пятен и капель. При мытье посуды стенки сосудов прежде всего смывают водой. Осадок, остающийся на стенках, удаляют потиранием стеклянной палочки с резиновым наконечником, после чего сосуд снова моют водой. Если при этом загрязнение не удаляется, в сосуд наливают моющую жидкость и вращательным движением смачивают всю поверхность сосуда, а остатки выливают в склянку, где хранится моющая жидкость. Сосуд промывают 6-7 раз водопроводной и ополаскивают дистиллированной водой.

В качестве моющих жидкостей применяют одну из следующих смесей:

а) мыльная вода и растворы бытовых моющих смесей;

б) щелочной раствор перманганата калия. Готовится растворением 5 г KMnO₄ в 100 мл горячего 10% раствора NaOH. Повторно не используют;

в) хромовая смесь (5% раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте). Готовится растворением при нагревании 9,2 г K₂Cr₂O₇ в 100 мл концентрированной серной кислоты. Хромовая смесь сильно разрушает растительные и животные ткани (кожу, одежду, обувь), поэтому работать с ней следует осторожно. При попадании на руки или одежду пораженное место следует обмыть большим количеством воды, затем слабым раствором аммиака или соды, а затем снова водой. Все работы с хромовой смесью проводятся над раковиной;

г) кислоты и щелочи;

д) органические растворители (спирт, эфир, ацетон, петролейный эфир, бензин, скипидар, четыреххлористый углерод, дихлорэтан и др);

е) сода (Na₂CO₃).

4. ТЕХНИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИЙ

Реакции в пробирке.Исследуемый раствор (2-3 мл) вносят в пробирку капиллярной пипеткой так, чтобы кончик пипетки не коснулся стенок прибирки. Соблюдая условия проведения реакции, прибавляют 2-3 мл раствора аналитического реагента. Наблюдают и описывают аналитический эффект реакции (выпадение осадка, выделение газа, изменение цвета).

Реакции методом растирания.Небольшое количество в вещества растирают в фарфоровой ступке с примерно равным количеством твердого реагента. Наблюдают внешний эффект реакции.

Реакции с использованием экстракции. Реакции проводят в пробирках с притертыми пробками. Для понижения предела обнаружения вещества соотношение объемов органической и водной фаз должно быть: V_o:V_в = 1:3; 1:4. К нескольким каплям испытуемого вещества добавляют все необходимые реагенты и органический растворитель (5-10 капель), закрывают пробирку пробкой и взбалтывают в течение 1-2 мин. После расслоения наблюдают окраску или люминесценцию слоя органического растворителя.

Нагревание и выпаривание.При проведении многих реакций требуется нагревание. Нагревать растворы в пробирках на открытом пламени горелки запрещается. Поэтому пробирки с раствором нагревают на водяной бане, т.е. в сосуде, заполненном горячей дистиллированной водой. Если необходимо нагреть большой объем раствора в стакане или колбе, нагревание ведут, поставив стакан или колбу на асбестовую сетку электроплитки.

Выпаривание растворов с целью концентрирования или упаривания досуха проводят в фарфоровых чашках или тиглях. Рекомендуется выполнять эту операцию на песочных банях или электронагревателях в вытяжном шкафу. Растворение сухого остатка проводят после охлаждения чашки или тигля во избежание разбрызгивания.

Осаждение. Для получения осадка к нескольким каплям исследуемого раствора (обычно в центрифужной пробирке) прибавляют пипеткой указанное число капель реагента, предварительно создав нужные условия. После сливания исследуемого раствора и реагента содержимое пробирки необходимо тщательно перемешать и, если нужно, нагреть на водяной бане.

Реакции осаждения могут иметь двоякую цель: качественное обнаружение веществ и отделение одних веществ от других, содержащихся в растворе. В первом случае необязательно, чтобы реакция прошла полностью. Часто бывает достаточно одной капли реагента, чтобы судить об отсутствии или присутствии того или иного вещества. Во втором случае, наоборот, необходимо, чтобы проводимая реакция прошла до конца. Для проверки полноты осаждения после центрифугирования выделившегося осадка к прозрачному раствору добавляют каплю реагента. Если раствор остается прозрачным, осаждение можно считать полным. В противном случае операцию осаждения повторяют.

Отделение раствора от осадка.Осадок от раствора чаще всего отделяют центрифугированием с помощью электрических центрифуг. Если имеется большое количество жидкости, а осадок и другие твердые вещества не представляют интереса, можно часть раствора для анализа отобрать при помощи пипетки. Для отделения осадка от больших количеств жидкости прибегают к фильтрованию.

При использовании центрифуги необходимо строго соблюдать следующие правила. Для центрифугирования следует использовать специальные конические пробирки, по возможности одинаковые по размеру и форме. Жидкость в пробирку наливают так, чтобы уровень ее был на 6-8 мм ниже края во избежание попадания жидкости в гильзу центрифуги. Для сохранения баланса каждая пробирка, содержащая пробу, должна быть уравновешена другой пробиркой, содержащей приблизительно такой же объем воды. Предохранительную крышку центрифуги поднимают только после ее полной остановки.

При центрифугировании осадки собираются на дне пробирки. Прозрачный раствор сливают с осадка в другой сосуд или отбирают пипеткой.

Промывание осадка.Осадок после отделения раствора загрязнен компонентами раствора. Поэтому для достижения полного разделения его необходимо промыть. Для этого чаще всего применяют дистиллированную воду. Если осадок способен переходить в коллоидное состояние, его промывают раствором электролита (коагулянта). Достаточно промыть осадок 2-3 раза. Нередко рекомендуется промывать осадки горячей жидкостью. Для промывания осадка в пробирку добавляют 10-15 капель промывной жидкости, тщательно перемешивают смесь стеклянной палочкой, помещают пробирку в водяную баню. После нагревания в течение 1-2 минут полученную смесь центрифугируют и отделяют центрифугат.

Растворение осадка.Промытый осадок растворяют в той же пробирке, прибавляют по каплям растворитель при перемешивании и нагревании (если необходимо) на водяной бане. В том случае, когда после растворения осадка раствор нужно упарить, его из пробирки переносят в фарфоровую чашку или тигель.

«Открытие иона».Для обнаружения любого иона в пробирку помещают 1-2 капли исследуемого раствора и 2-3 капли реактива, наблюдают аналитический эффект. Для открытия катионов, как правило, используются соли натрия, калия или аммония, для обнаружения анионов – нитраты или хлориды.

Выполнение капельных реакций на бумаге.Конец капилляра пипетки погружают на 1-2 мм в соответствующий раствор и дают жидкости подняться в пипетку под действием капиллярных сил. Далее, держа пипетку вертикально, прикасаются ее кончиком к полоске фильтровальной бумаги и, слегка надавливая, выжидают, пока на бумаге не получится влажное пятно диаметром несколько миллиметров. После этого пипетку быстро удаляют, а к центру влажного пятна, соблюдая те же правила, прикасаются капилляром с раствором соответствующего реагента.

Недопустимо, чтобы капли раствора падали на бумагу. Раствор должен медленно впитываться бумагой при соприкосновении с кончиком капилляра. Поэтому не следует набирать в пипетку жидкости больше, чем может быть удержано капиллярными силами. Капля не должна свисать с кончика капилляра. Иначе она стекает в стороны, не прореагировав с ранее нанесенным на бумагу раствором, реакция становится неотчетливой и может привести к неправильным заключениям.

Чтобы не загрязнять применяемого при реакции реагента, нужно, прежде чем поместить пипетку обратно в склянку, прикоснуться ее концом к чистой поверхности фильтровальной бумаги. Тем самым капля реагента, загрязненная исследуемым раствором, будет удалена из пипетки. Если это правило не выполняется, реагенты быстро приходят в негодность.

Для реакций применяется рыхлая, относительно толстая бумага, хорошо впитывающая растворы. Так как минеральные соли, содержащиеся в обыкновенной бумаге, иногда могут мешать обнаружению тех или иных ионов, необходимо пользоваться специальной хроматографической бумагой, а при ее отсутствии – беззольными фильтрами, приготовленными из бумаги, из которой большая часть минеральных солей удалена.

5. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ

Непременным условием успешной работы в химической лаборатории является серьезное, внимательное отношение к работе, тщательное выполнение всех операций анализа, точное соблюдение условий выполнения химических реакций.

При выполнении всех видов работы следует всегда обращать внимание на чистоту рабочего места, а также склянок, в которых хранятся реактивы. Пролитый раствор следует немедленно вытереть тряпкой, промыть водой и снова тряпкой. Необходимо сохранять один и тот же порядок размещения реактивов в лаборатории. Для того, чтобы использовать реагент, необходимо взять сосуд с ним в руку, пипеткой отобрать необходимое количество реактива, а затем вернуть ее на свое место. Не следует касаться стенок пробирки, в которой выполняется реакция, пипеткой для отбора реагента. Каждой склянке с реактивом должна соответствовать отдельная пипетка. Следует строго следить, чтобы пипетка из одной склянки не попадала в другую. Со временем склянки покрываются налетом солей. Необходимо время от времени протирать их мягкой тряпкой. Некоторые реагенты разлагаются при хранении, поэтому их заменяют свежеприготовленными.

К работе следует приступать только после тщательного ознакомления с ее содержанием, методикой выполнения, подготовки рабочего места.

Работу в лаборатории нужно организовать так, чтобы во время длительных операций одновременно выполнять другую работу. Например, в то время, когда производится нагревание растворов, можно проводить исследование по обнаружению отдельных ионов или оформлять записи в лабораторном журнале.

С ядовитыми и дурно пахнущими газами нужно работать под тягой.

Все результаты и наблюдения сразу же записываются в лабораторный журнал. Нельзя делать записи на листочках.

При выполнении контрольных задач каждый ион должне быть открыт с помощью нескольких реакций. Результаты анализа сдают преподавателю только убедившись в их достоверности.

6. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчет по лабораторной работе начинается с порядкового номера работы, даты выполнения, темы и целей выполняемой работы. Далее следует содержание отчета.

Лабораторные работы по качественному анализу бывают в двух вариантах: изучение качественных реакций отдельных ионов и контрольные задачи по анализу смеси неизвестного состава. При выполнении качественных реакций составляется сводная таблица по форме, приведенной в таблице 1.

Таблица 1.

Качественные реакции катионов

Ион	Формула реагента, его название, условия проведения реакции	Уравнение реакции	Описание аналитического эффекта	Мешающие ионы
К⁺	NaHC₄H₄O₆, гидротартрат натрия, потирание стеклянной палочкой о стенки пробирки	KCl + NaHC₄H₄O₆ ¾® KHC₄H₄O₆↓ + NaCl	образование белого кристаллического осадка	NH₄⁺

При анализе смеси неизвестного состава в лабораторном журнале, обязательно записываются все этапы анализа, а также все наблюдения. Если анализ проведен неверно, то никаких исправлений в отчете не делать. В этих случаях после отчета надо написать «Повторные испытания» и описать их результат.

При выполнении анализа смеси неизвестного состава заполняется таблица по форме, приведенной в таблице 2.

Таблица 2.

Анализ сухой смеси неизвестного состава

Контрольная задача № 5

Начата 10.09.2004 Закончена 17.09.2004

Внешний вид: прозрачный, бесцветный раствор с осадком, рН 7

№ операции	Исследуемое в-во	Реактив	Наблюдение	Заключение	Возможный состав вещества
№ операции	Исследуемое в-во	Реактив	Наблюдение	Заключение	Осадок О	Раствор Р
Предварительные испытания
1	Иссл. раствор	КОН, NaOH	Запах аммиака	Есть ион NH₄⁺
2	Иссл. раствор	HCl	Выделение газа. Цвет и запах не обнаруживается	Возможно присутствие CO₃^-
Открытие ионов
3	Иссл. раствор	Дифениламин	Синее окрашивание	Есть ион NO₃^-
4	Иссл. раствор	NH₃×H₂O + (NH₄)₂HPO₄	Белый осадок	Есть катионы 2‑ой группы	Ba₃(PO₄)₂, Ca₃(PO₄)₂, Sr₃(PO₄)₂, MgNH₄PO₄, MnNH₄PO₄, AlPO₄, CrPO₄, FePO₄, BiPO₄	K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Cu(NH₃)₄²⁺, Co(NH₃)₄²⁺, Ni(NH₃)₄²⁺, Cd(NH₃)₄²⁺, Zn(NH₃)₄²⁺
5	О-4	CH₃COOH	Часть осадка растворилась	Присутствуют подгруппы а и б	AlPO₄, CrPO₄, FePO₄, BiPO₄	Ba²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺
6	Р-5	K₂Cr₂O₇ + CH₃COONa	Желтый осадок	Есть ион Ba²⁺	BaCrO₄	Ca²⁺, Sr²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺

II. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ ВАЖНЕЙШИХ КАТИОНОВ

В настоящее время существуют пять методов классификации ионов. Это сероводородный, аммиачно-фосфатный, дифталатный, тиоацетамидный и кислотно-основной методы. Сероводородный метод основан на различной растворимости сульфидов, хлоридов и карбонатов. В дифталатном методе для разделения групп ионов используют дифталат калия с гидроксидом калия или натрия. Тиоацетамидный метод основан на применении в качестве группового реагента тиоацетамида, хлороводородной кислоты и карбоната аммония. В кислотно-основном методе основными реагентами являются кислоты HCl и H₂SO₄, гидроксиды калия и натрия и водный раствор аммиака. В настоящей работе более подробно рассматривается аммиачно-фосфатный метод, который отличается простотой, не требует дорогостоящих и токсичных реактивов и легко усваивается студентами.

1. Классификация катионов по аммиачно-фосфатному методу

В аммиачно-фосфатном методе все катионы делятся на 5 групп на основании различной растворимости фосфатов и гидроксидов в водной и водно-аммиачной среде.

1 группа: K⁺, Na⁺, NH₄⁺

Катионы 1-ой группы не имеют группового реагента, их фосфаты растворимы в воде.

2 группа состоит из двух подгрупп:

а) Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺

б) Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Bi³⁺

Катионы 2-ой группы образуют с растворимыми фосфатами (гидрофосфатом аммония (NH₄)₂HPO₄) малорастворимые в воде и растворе аммиака соединения. Фосфаты катионов 2а подгруппы растворимы в уксусной кислоте, фосфаты катионов 2б группы не растворяются в уксусной, но переходят в раствор при обработке раствором хлороводородной кислоты.

3 группа: Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺

Катионы 3-ей группы в водном растворе аммиака в присутствии фосфат-ионов образуют растворимые аммиачные комплексы [Me(NH₃)₄]²⁺.

4 группа: Sn (IV), Sn (II), Sb (V), As (V)

В азотнокислой среде катионы 4-ой группы образуют малорастворимые кислоты H₂SnO₃, H₂SnO₂, HSbO₃, H₃AsO₄.

5 группа: Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺

С хлороводородной кислотой катионы 5-ой группы образуют малорастворимые хлориды.

2. Качественные реакции катионов I аналитической группы

Реакции иона Na⁺

2.1. Антимонат калия (гексагидроксостибат (V) калия) с ионом натрия в нейтральной или слабощелочной среде дает белый кристаллический осадок гексагидроксостибата натрия Na[Sb(OH)₆].

NaCl + K[Sb(OH)₆] ¾→ Na[Sb(OH)₆]↓ + KCl

Кислоты разрушают реагент, выделяя белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты. Ионы NH₄⁺, Li⁺, Mg²⁺ мешают открытию иона с помощью этой реакции.

Предел обнаружения реакции составляет 30 мкг/мл.

Выполнение реакции. К 2-3 каплям нейтрального или слабощелочного раствора соли натрия прибавить 2-3 капли раствора K[Sb(OH)₆]. Осторожно потереть стенки пробирки стеклянной палочкой. В присутствии ионов натрия выпадает кристаллический осадок. Выпадение аморфного осадка не служит доказательством наличия ионов натрия.

Реакции иона К⁺

2.2. Гидротартрат натрия NaHC₄H₄O₆ или винная кислота H₂C₄H₄O₆ при добавлении к раствору соли калия в нейтральной или уксуснокислой среде вызывает появление белого кристаллического осадка гидротартрата калия:

KCl + NaHC₄H₄O₆ ¾® KHC₄H₄O₆¯ + NaCl

Осадок растворим в горячей воде, сильных минеральных кислотах и щелочах, но не растворим в уксусной кислоте. Ион аммония образует аналогичный осадок и мешает определению.

Предел обнаружения реакции составляет 0,2 мг/мл.

Выполнение реакции. К 2-3 каплям раствора соли калия прибавить 4-5 капель 1 М раствора NaHC₄H₄O₆ или смесь 2 М раствора H₂C₄H₄O₆ c равным объемом 2 М раствора CH₃COOH. При осторожном потирании стеклянной палочкой о стенки пробирки выпадает белый осадок гидротартрата калия.

2.3. Гексанитрокобальтат (III) натрия образует в нейтральной или уксуснокислой среде с ионами К⁺ желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) калия натрия. Аналогичное соединение образуется также с ионами NH₄⁺, Li⁺, Rb⁺, Cs⁺.

2KCl + Na₃[Co(NO₂)₆] ¾® K₂Na[Co(NO₂)₆]↓ + 2NaCl

Щелочи и минеральные кислоты разлагают комплексный ион. В присутствии ионов серебра чувствительность реакции повышается, так как при этом выпадает менее растворимая соль K₂Ag[Co(NO₂)₆]. Из анионов определению мешает I^-, который разрушает реагент с образованием свободного иода.

Предел обнаружения реакции в присутствии ионов серебра составляет около 1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям нейтрального или уксуснокислого раствора прибавить 4-5 капли свежеприготовленного раствора Na₃[Co(NO₂)₆]. В присутствии ионов К⁺ выпадает желтый осадок. Если концентрация ионов калия невелика, то осадок легче заметить после того, как он будет отцентрифугирован. В отсутствии галогенидов реакцию лучше проводить при добавлении к испытуемому раствору Ag⁺. Для этого к 2-3 каплям нейтрального или уксуснокислого раствора прибавить 1 каплю 0,05% раствора AgNO₃, а затем 3-4 капли реагента. В присутствии калия выпадает желтый осадок.

Реакции иона NH₄⁺.

2.4. В присутствии щелочейсоли аммония разлагаются с выделением аммиака, который можно определить по запаху или по изменению окраски индикаторных бумаг:

NH₄Cl + NaOH ¾® NH₃ + H₂O + NaCl

Реакция специфическая.

Предел обнаружения 0,2 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 6-7 каплям раствора добавить 4-5 капель 2 М NaOH или KOH и нагреть на водяной бане. В присутствии ионов аммония появляется характерный запах. При определении запаха не следует подносить пробирку близко к носу!

2.5.Реактив Несслера (щелочной раствор тетраиодомеркуриата калия) при взаимодействии с солями аммония образует желто-коричневый осадок:

NH₄Cl + 2K₂[HgI₄] + 2KOH ¾® NH₂Hg₂I₃↓ + KCl + 5KI + 2H₂O

Мешают определению амины, Ag⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, S^2-.

Предел обнаружения реакции 2 мкг/мл.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 1 каплю испытуемого раствора, прибавить 5-6 капель воды и 3-4 капли реактива Несслера. В присутствии ионов аммония выпадает желто-коричневый осадок.

3. Качественные реакции катионов II аналитической группы

Реакции иона Mg²⁺.

3.1. Гидрофосфат натрия в присутствии NH₄OH и NH₄Cl образует с солями магния белый кристаллический осадок фосфата магния-аммония:

MgCl₂ + Na₂HPO₄ + NH₄OH ¾® NH₄MgPO₄↓ + H₂O + 2NaCl.

Осадок хорошо растворим в кислотах, малорастворим в воде и практически нерастворим в 2,5%-ном растворе аммиака. Проведению реакции мешают катионы, образующие труднорастворимые фосфаты: Mn²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Ca²⁺, Bi³⁺, Cr³⁺ и т.п.

Предел обнаружения реакции составляет около 30 мкг/мл.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 2-3 капли раствора соли магния, прибавить 3-4 капли 2 М соляной кислоты, 2-3 капли раствора Na₂HPO₄ и каплю раствора фенолфталеина. Затем постепенно, по каплям, прибавить 2 М раствора NH₄OH до появления неисчезающей розовой окраски раствора. При этом наблюдается выпадение кристаллического осадка. Если магния мало, то осадок выпадает не сразу. В этом случае необходимо потереть стеклянной палочкой стенки пробирки и выждать 1-2 минуты.

3.2. Ортооксихинолин в аммиачной среде (рН = 9,5 – 12,7) образует с ионами магния зеленовато-желтый кристаллический осадок внутрикомплексной соли:

+ 2Н⁺

Осадок растворим в кислотах. Реакцию можно проводить в присутствии ионов щелочных и щелочноземельных металлов. Большинство остальных катионов (Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Bi³⁺, Al³⁺) дают аналогичный эффект.

Предел обнаружения 5 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли магния прибавить каплю раствора фенолфталеина и по каплям раствор аммиака до появления розовой окраски. Смесь нагреть до кипения и прибавить 4-5 капель 5%-ного спиртового раствора оксихинолина. Реакция требует точного соблюдения рН. Предел обнаружения реакции можно понизить, если образующееся соединение экстрагировать изоамиловым спиртом или бензолом.

3.3. Магнезон I и магнезон II

в щелочном растворе в присутствии ионов магния дают синее окрашивание, обусловленное адсорбцией органического реагента гидроксидом магния, сами реагенты окрашены в красный и фиолетовый цвет. Ионы щелочных и щелочноземельных металлов не мешают этой реакции. Соли аммония препятствуют образованию Mg(OH)₂ и поэтому должны быть удалены. Также должны быть замаскированы все катионы, образующие нерастворимые гидроксиды.

Предел обнаружения: с магнезоном I – 0.9 мкг; с магнезоном II – 0.2 мкг.

Выполнение реакции.Смешать 1-2 капли раствора соли магния, 1 каплю 2 М раствора щелочи и 1 каплю реагента. Красно-фиолетовая окраска последнего переходит в синюю. Если среда кислая, то появляется желтая окраска.

Реакции иона Ca²⁺.

3.4. Серная кислота и растворимые сульфаты осаждают ионы кальция только из достаточно концентрированных растворов. При этом через несколько минут образуется белый кристаллический осадок CaSO₄×2H₂O, заметно растворимый в воде.

CaCl₂ + Na₂SO₄ + 2H₂O ¾® CaSO₄×2H₂O↓ + 2NaCl

Предел обнаружения реакции 3 мкг/мл. Мешают ионы Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺.

Выполнение реакции.Смешать 1 каплю раствора соли кальция и 1 каплю 2 М раствора H₂SO₄. Кристаллы выпадают через несколько минут. Из разбавленных растворов кристаллы выпадают в виде длинных игл.

3.5. Ионы кальция при взаимодействии с оксалатом аммония в нейтральной или уксуснокислой среде образуют кристаллический осадок оксалата кальция:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ ¾® CaC₂O₄↓ + 2NH₄Cl

Оксалаты бария и стронция более растворимы, однако в присутствии больших количеств Ba²⁺ и Sr²⁺ возможно выпадение этих осадков.

Предел обнаружения 1 мкг.

Выполнение реакции.К 1-2 каплям горячего раствора соли кальция прибавить 2-3 капли раствора оксалата аммония. Наблюдается образование белого осадка. Наиболее полное выделение происходит из горячего раствора, содержащего небольшие количества аммиака.

3.6. Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] в нейтральной или слабокислой среде образует с ионами Ca²⁺ белый кристаллический осадок K₂Ca[Fe(CN)₆]:

CaCl₂ + K₄[Fe(CN)₆] ¾® K₂Ca[Fe(CN)₆]↓ + 2KCl

Если осаждение ведется в аммиачном буферном растворе, то выделяется осадок NH₄KCa[Fe(CN)₆]. Эта реакция позволяет открыть кальций в присутствии стронция. Магний мешает, образуя осадок состава NH₄Mg[Fe(CN)₆].

Предел обнаружения 25 мкг Са²⁺.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли кальция прибавить 1-2 капли насыщенного раствора NH₄Cl, концентрированный раствор NH₄OH до сильнощелочной реакции, 3-4 капли раствора гексацианоферрата (II) калия и нагреть. Выпадает белый кристаллический осадок смешанного гексацианоферрата.

Реакции иона Sr²⁺.

3.7. Ион стронция при действии гипсовой воды (насыщенный раствор сульфата кальция) образует белый кристаллический осадок сульфата стронция. С помощью этой реакции можно отличить стронций от кальция.

SrCl₂ + CaSO₄ ¾® SrSO₄↓ + CaCl₂

Предел обнаружения реакции 100 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли стронция прибавить 15-20 капель гипсовой воды, нагреть до кипения и выждать 5-10 минут. Наблюдается незначительное помутнение.

3.8. Хромат калия образует с ионами Sr²⁺ желтый осадок SrCrO₄:

SrCl₂ + K₂CrO₄ ¾® SrCrO₄↓ + 2KCl

Осадок растворим в минеральных кислотах и, в отличие от BaCrO₄, в кипящей уксусной киcлоте. Дихромат калия с ионами Sr²⁺ осадка не дает.

Предел обнаружения 20 мкг.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли стронция прибавить 2-3 капли раствора хромата калия. Образующийся осадок растворим в соляной, азотной и уксусной кислотах.

Реакции иона Ba²⁺.

3.9. Серная кислота и растворимые сульфаты с ионами Ba²⁺ образуют белый кристаллический осадок сульфата бария BaSO₄, нерастворимый в кислотах:

BaCl₂ + H₂SO₄ ¾® BaSO₄↓ + 2HCl

Проведению реакции мешают катионы, образующие с сульфат-ионами осадки: Ca²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺.

Предел обнаружения реакции составляет 10 мкг/мл. Он может быть понижен до 0,5 мкг/мл, если осаждение сульфата бария проводить с помощью уксуснокислого раствора сульфата свинца.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям соли бария добавить 2-3 капли серной кислоты или ее соли. Образуется белый осадок, нерастворимый в кислотах.

3.10. Хромат (K₂CrO₄) и дихромат (K₂Cr₂O₇) калия в нейтральной и уксуснокислой среде образуют с ионами бария желтый кристаллический осадок хромата бария:

BaCl₂ + K₂CrO₄ ¾® BaCrO₄↓ + 2KCl

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O ¾® 2BaCrO₄↓ + 2HCl + 2KCl

Осадок хорошо растворим в минеральных кислотах и нерастворим в уксусной кислоте. Ионы Sr²⁺, Hg²⁺, Hg₂²⁺, Ag⁺, Bi³⁺ при взаимодействии с хроматом калия также дают окрашенные осадки.

Предел обнаружения реакции составляет около 2 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли бария, нагретого до кипения, прибавить 3-4 капли горячего раствора реагента. Выпадает желтый осадок BaCrO₄. Для достижения полноты выпадения осадка, особенно в случае использования K₂Cr₂O₇, осаждение ведется в присутствии CH₃COONa.

3.11. Ион бария при действии гипсовой воды (насыщенный раствор сульфата кальция) образует белый кристаллический осадок сульфата бария:

BaCl₂ + CaSO₄ ¾® BaSO₄↓ + CaCl₂

Осадок BaSO₄ выпадает сразу после смешения растворов (отличие от стронция).

Предел обнаружения реакции 10 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли стронция прибавить 15-20 капель гипсовой воды. Образуется мелкокристаллический белый осадок.

Реакции иона Mn²⁺.

3.12. Пероксид водорода в щелочной среде окисляет Mn²⁺ до оксогидроксида марганца (IV) MnO(OH)₂:

MnCl₂ + H₂O₂ + 2NaOH ¾® MnO(OH)₂↓ + H₂O + 2NaCl

Предел обнаружения 0.1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 1 капле раствора соли Mn²⁺ прибавить 1 каплю 2 М NaOH, 2-3 капли 3%-ного раствора Н₂О₂. Выпавший вначале белый осадок быстро становится коричневым:

MnO(OH)₂↓ ¾® MnO₂↓ + H₂O

3.13. Пероксодисульфат аммония (NH₄)₂S₂O₈ в серно- или азотнокислой среде в присутствии катализатора (растворы солей серебра, кобальта, меди) окисляет Mn²⁺ до MnO₄^-.

2MnCl₂ + 5Na₂S₂O₈ + 8H₂O ¾® 2NaMnO₄ + 4HCl + 4Na₂SO₄ + 6H₂SO₄

Предел обнаружения реакции 0.1 мкг/мл.

Выполнение реакции.В пробирку поместить несколько кристаллов (NH₄)₂S₂O₈, 6-8 капель 2 М раствора H₂SO₄ (или HNO₃), 2-3 капли раствора катализатора. В нагретый почти до кипения раствор добавить 1 каплю испытуемого раствора. В присутствии марганца раствор постепенно окрашивается в малиновый цвет.

3.14. Висмутат натрия NaBiO₃ в азотнокислом растворе на холоду окисляет Mn²⁺до MnO₄^-:

2MnCl₂ + 5NaBiO₃ + 14HNO₃ ¾® 2NaMnO₄ + BiCl₃ + 4Bi(NO₃)₃ + NaCl + 2NaNO₃ + 7H₂O

Этой реакцией можно открыть марганец в присутствии Cl^-, так как на холоду MnO₄^- окисляет Cl^- очень медленно.

Предел обнаружения 0.1 мкг/мл.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 1 каплю раствора соли Mn²⁺, 5-6 капель 2 М раствора HNO₃, затем немного сухого NaBiO₃. В присутствии марганца раствор окрашивается в малиновый цвет.

Реакции иона Fe²⁺

3.15. Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] образует с Fe²⁺ темно-синий осадок турнбулевой сини, при низкой концентрации образуется синий раствор. По современным данным, состав этого осадка совпадает с составом берлинской лазури (реакция 3.18). Реакция идет по уравнениям:

FeCl₂ + K₃[Fe(CN)₆] + KCl ¾® FeCl₃ + K₄[Fe(CN)₆]

4FeCl₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] ¾® Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12KCl

Различие в окраске берлинской лазури и турнбулевой сини объясняется тем, что составу осадка не полностью соответствует приведенная выше формула. В частности, в состав соединения входят ионы калия и содержание их меняется в зависимости от условий осаждения. Осадок практически нерастворим в кислотах, но разлагается щелочами.

Обнаружению Fe²⁺ мешают большие концентрации Fe³⁺. Осадки с гексацианоферратом (III) калия образуют катионы Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺, Bi³⁺, Cd²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, но все эти осадки сравнительно слабо окрашены и практически не мешают обнаружению Fe²⁺. При подкислении раствора многие гесацианоферраты (III) растворяются и окраска турнбулевой сини становится более заметной.

Предел обнаружения реакции 0,1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 1 капле исследуемого раствора прибавить 1 каплю 2 М HCl и 1 каплю раствора K₃[Fe(CN)₆]. В присутствии Fe²⁺ появляется синее окрашивание.

3.16. Диметилглиоксим (реактив Чугаева) в аммиачной среде реагирует с ионами железа (II) с образованием внутрикомплексного соединения, которое окрашивает раствор в розово-красный цвет:

+ 2Н⁺

Мешающее влияние ионов Fe³⁺ и Cu²⁺ устраняют добавлением винной кислоты.

Предел обнаружения реакции 2 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 1-2 каплям исследуемого раствора прибавить 1 каплю раствора винной кислоты, 1-2 капли раствора диметилглиоксима и 2 М раствор NH₄OH до щелочной реакции. Появляется розово-красное окрашивание, которое исчезает постепенно, т.к. Fe²⁺ на воздухе окисляется до Fe³⁺.

Реакции иона Fe³⁺.

3.17. Тиоцианат аммония или тиоцианат калия при взаимодействии с ионами Fe³⁺ образует смесь окрашенных в кроваво-красный цвет растворимых комплексов FeCNS²⁺, Fe(CNS)₂⁺, …, Fe(CNS)₆^3-.

FeCl₃ + 3NH₄CNS ¾® Fe(CNS)₃ + 3NH₄Cl

Реакцию следует проводить в кислой среде, чтобы предотвратить гидролиз соли железа (III). Если окрашенное соединение извлекать каким-либо органическим растворителем, например, изоамиловым спиртом, чувствительность реакции повышается. Анионы, связывающие железо в более прочные комплексы, F^-, PO₄^3-, C₂O₄^2-, мешают этой реакции. Мешает ион Cu²⁺, образующий черный осадок Cu(CNS)₂, а также ион Hg²⁺, образующий прочный комплекс [Hg(CNS)₄]^2-.

Предел обнаружения реакции 5 мкг/мл.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 1 каплю исследуемого раствора, прибавить 1 каплю 2 М раствора HNO₃ и 1 каплю раствора NH₄CNS. В присутствии Fe³⁺ появляется кроваво-красное окрашивание. Реакцию можно проводить капельным методом на бумаге.

3.18. Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] выделяет из кислых растворов темно-синий осадок берлинской лазури, нерастворимый в кислотах:

4FeCl₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] ¾® Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ + 12KCl

Обнаружению Fe³⁺ данной реакцией мешают анионы F^-, PO₄^3-, C₂O₄^2-, тартраты, связывающие его в прочные комплексы, и большие количества Cu²⁺ и Hg²⁺, образующие окрашенные осадки. Очень характерным для обнаружения Fe³⁺ является переход тиоцианата железа (III) в берлинскую лазурь:

4Fe(CNS)₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] ¾® Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ + 12KCNS.

Предел обнаружения 0.5 мкг.

Выполнение реакции.К 3-4 каплям анализируемого раствора прибавить 1 каплю воды, 2-3 капли H₂SO₄ (1:3) и 3-4 капли раствора NH₄CNS. Затем к полученному раствору прибавить 3-4 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. Переход кроваво-красной или розовой окраски тиоцианата железа в синюю, обусловленную образованием берлинской лазури, указывает на присутствие Fe³⁺.

Реакции иона Cr³⁺.

3.19. Пероксид водорода (или пероксид натрия Na₂O₂) в щелочной среде окисляет Cr³⁺ до CrO₄^2-:

2Cr(OH)₃ + 3H₂O₂ + 4NaOH ¾® 2Na₂CrO₄ + 8H₂O

Предел обнаружения 10 мкг.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 2-3 капли раствора хрома, 2-3 капли раствора NaOH (2 М), 3-5 капель 3%-ного раствора пероксида водорода и нагреть до прекращения выделения пузырьков кислорода. Раствор окрашивается в желтый цвет. Мешают определению окрашенные ионы, маскирующие окраску хромат-иона.

3.20. Пероксодисульфат аммония или калия (NH₄)₂S₂O₈ или K₂S₂O₈ в серно- или азотнокислых растворах в присутствии AgNO₃ (катализатор) окисляют Cr³⁺ до Cr₂O₇^2-:

2CrCl₃ + 3K₂S₂O₈ + 7H₂O ¾® K₂Cr₂O₇ + 6H₂SO₄ + 2HCl + 4KCl

Мешают обнаружению хрома большие количества окрашенных ионов, а также ионы, окисляющиеся пероксодисульфатом с образованием окрашенных соединений, например Mn²⁺.

Предел обнаружения реакции 10 мкг/мл.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 2-3 капли раствора соли хрома, прибавить 2-3 капли 2 М раствора HNO₃, 1-2 капли раствора AgNO₃ (в качестве катализатора можно также использовать соли меди и кобальта), 3-4 капли свежеприготовленного 50%-ного раствора пероксодисульфата аммония (можно взять несколько крупинок сухой соли). Смесь прокипятить 2-3 минуты. В присутствии хрома появится оранжевая окраска.

Реакции иона Bi³⁺.

3.21. Соли висмута легко гидролизуются с выделением осадка основных солей, растворимых в разбавленных кислотах. Эта реакция лучше удается с хлоридом висмута.

BiCl₃ + H₂O ¾® BiOCl↓ + 2HCl

Предел обнаружения 20 мкг/мл.

Выполнение реакции.При разбавлении раствора Bi³⁺ водой выпадает белый осадок оксохлорида висмута BiOCl.

3.22. Хлорид олова (II) в щелочной среде восстанавливает висмут (III) до металлического висмута (осадок черного цвета):

SnCl₂ + 4NaOH ¾® Na₂[Sn(OH)₄] + 2NaCl

2Bi(OH)₃ + 3Na₂[Sn(OH)₄] ¾® 2Bi¯ + 3Na₂[Sn(OH)₆]

Следует избегать прибавления концентрированной щелочи и нагревания, так как в этих условиях может выпасть черный осадок металлического олова вследствие разложения гидроксокомплекса олова (II). Если же избыток щелочи слишком мал, при стоянии может образоваться черный осадок оксида олова.

Предел обнаружения 1 мкг.

Выполнение реакции.а) Приготовить раствор станнита. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы олова (II), прибавляют по каплям 30%-ный раствор NaOH до образования осадка гидроксида олова (II) и последующего его растворения.

б) В отдельной пробирке получить осадок гидроксида висмута прибавлением 2-3 капель щелочи к 2-3 каплям раствора соли висмута. К гидроксиду висмута прилить щелочной раствор станнита. Осадок чернеет.

3.23. Иодид калия взаимодействует с ионом Bi³⁺ с образованием черного осадка иодида висмута BiI₃, растворимого в избытке реагента с образованием комплексного иона [BiI₄]^- оранжевого цвета:

BiCl₃ + 3KI ¾® BiI₃¯ + 3KCl

BiI₃ + KI ¾® KBiI₄

Предел обнаружения 0,5 мкг.

Выполнение реакции.К 3-5 каплям раствора, содержащего ионы висмута (III), добавляют по каплям раствор KI. Наблюдают образование осадка и его растворение в избытке KI, при этом раствор окрашивается в оранжевый цвет.

Реакции иона Al³⁺.

3.24. Ализариновый красный с ионами алюминия (III) в щелочной среде образует малорастворимое внутрикомплексное соединение ярко-красного цвета, нерастворимое в уксусной кислоте:

↓ + Н⁺

Ионы Fe³⁺, Bi³⁺, MoO₄^2-, Ti^IV мешают этой реакции, т.к. дают окрашенные осадки.

Предел обнаружения определения 0,1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли алюминия прибавить по каплям 2 М раствор щелочи до щелочной реакции. К раствору прибавить 1-3 капли 0,2%-ного спиртового раствора ализарина (раствор окрашивается в фиолетовый цвет), затем по каплям 2 М раствор уксусной кислоты до исчезновения фиолетовой окраски. В присутствии большого количества Al³⁺ выпадает красный осадок. Если алюминия мало, то появляется красное окрашивание. В отстутствие алюминия раствор приобретает желтый цвет – окраска ализарина в щелочной среде.

3.25. Алюминон

образует с алюминием внутрикомплексное соединение красного цвета. Ионы Ca²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Bi³⁺, Cu²⁺, MoO₄^2- мешают этой реакции. Соединение с хромом разрушается при добавлении NH₄OH, с кальцием – действием (NH₄)₂CO₃.

Предел обнаружения реакции 0,1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавить 1-2 капли 2 М раствора уксусной кислоты и 2-3 капли раствора алюминона. Смесь нагреть на кипящей водяной бане, прибавить 2 М раствор NH₄OH до щелочной реакции на лакмус и 1-2 капли 2 М раствора (NH₄)₂CO₃. В зависимости от содержания алюминия выпадает осадок или образуется красное окрашивание.

4. Качественные реакции катионов III аналитической группы

Реакции иона Cu²⁺.

4.1. Аммиак, прибавленный к раствору соли меди в небольших количествах, вызывает образование зеленовато-голубого осадка основной соли, легко растворимого в избытке аммиака с образованием аммина меди темно-синего цвета:

2CuSO₄ + 2NH₄OH ¾® Cu₂(OH)₂SO₄↓ + (NH₄)₂SO₄

Cu₂(OH)₂SO₄ + 8NH₄OH ¾® [Cu(NH₃)₄]SO₄ + [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 8H₂O

Аналогичный эффект дают ионы Ni²⁺, также образующие растворимый аммин синего цвета.

Предел обнаружения реакции 30 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 4-5 каплям раствора соли меди по каплям прибавлять раствор аммиака. При этом наблюдается выпадение зеленовато-голубого осадка, который затем растворяется с образованием синего раствора.

4.2. Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆]в нейтральных и уксуснокислых растворах образует с ионами Cu²⁺ красно-коричневый осадок гексацианоферрата (II) меди.

2CuSO₄ + K₄[Fe(CN)₆] ¾® Cu₂[Fe(CN)₆]↓ + 2K₂SO₄

Ионы, образующие с реагентом цветные осадки (Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺ и др.), должны отсутствовать. Окислители, окисляющие K₄[Fe(CN)₆] до K₃[Fe(CN)₆], должны также отсутствовать. Восстановители, переводящие Cu²⁺ в Cu⁺, должны быть предварительно окислены.

Предел обнаружения реакции 0,1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К нескольким каплям раствора соли меди добавить 1 каплю уксусной кислоты и 1-2 капли K₄[Fe(CN)₆]. Образуется красно-коричневый осадок Cu₂[Fe(CN)₆].

Реакции иона Ni²⁺.

4.3. Аммиак, прибавленный к раствору соли никеля в небольших количествах, вызывает образование зеленого осадка основной соли, легко растворимого в избытке аммиака с образованием аммина никеля синего цвета

2NiSO₄ + 2NH₄OH ¾® Ni₂(OH)₂SO₄↓ + (NH₄)₂SO₄

Ni₂(OH)₂SO₄ + 8NH₄OH ¾® [Ni(NH₃)₄]SO₄ + [Ni(NH₃)₄](OH)₂ + 8Н₂О

Аналогичный эффект дают ионы Cu²⁺, также образующие растворимый аммин синего цвета.

Предел обнаружения реакции 30 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 4-5 каплям раствора соли никеля по каплям прибавлять раствор аммиака. При этом наблюдается выпадение зеленого осадка, который затем растворяется с образованием синего раствора.

4.4. Диметилглиоксим (реактив Чугаева) с ионами Ni²⁺ в аммиачной среде образует ало-красный осадок внутрикомплексной соли, растворимый в сильных кислотах и щелочах и нерастворимый в разбавленных растворах аммиака.

+ 2Н⁺

Эта реакция наиболее характерна и чувствительна для иона Ni²⁺. При малой концентрации никеля осадок не выделяется, но раствор окрашивается в красный цвет. При действии H₂O₂ красный осадок не изменяется в отличие от диметилглиоксимата железа (II), разрушающегося пероксидом водорода. При действии окислителей, например (NH₄)₂S₂O₈, осадок диметилглиоксимата никеля переходит в растворимое соединение красного цвета. Мешающее влияние железа (III) устраняют, связывая его в комплекс с винной или лимонной кислотами. Ионы Cu²⁺ с диметилглиоксимом образуют растворимое соединение бурого цвета. В присутствии аммиака окрашивание усиливается настолько, что обнаружение Ni²⁺, особенно при больших количествах Cu²⁺, становится ненадежным.

Предел обнаружения 3,2 мкг.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют 1-2 капли аммиачного раствора диметилглиоксима и несколько капель аммиака до слабого запаха. Образуется ало-красный осадок диметилглиоксимата никеля.

Реакции иона Co²⁺.

4.5. Аммиак, прибавленный к раствору соли кобальта в небольших количествах, вызывает образование синего осадка основной соли, легко растворимого в избытке аммиака с образованием аммина кобальта грязно-желтого цвета:

2CoSO₄ + 2NH₄OH ¾® Co₂(OH)₂SO₄↓ + (NH₄)₂SO₄

Co₂(OH)₂SO₄ + 8NH₄OH ¾® [Co(NH₃)₄]SO₄ + [Co(NH₃)₄](OH)₂ + 8Н₂О

При стоянии на воздухе раствор становится красноватым вследствие образования более устойчивого аммина Co³⁺.

Предел обнаружения реакции 30 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 4-5 каплям раствора соли кобальта по каплям прибавлять раствор аммиака. При этом наблюдается выпадение синего осадка, который затем растворяется с образованием грязно-желтого раствора.

4.6. Тиоцианат аммония (или калия) взаимодействует с ионами с образованием комплексного иона [Co(CNS)₄]^2- синего цвета:

Co(NO₃)₂ + 4NH₄CNS (NH₄)₂[Co(CNS)₄] + 2NH₄NO₃

В водном растворе равновесие этой реакции сильно сдвинуто влево и для образования комплекса требуется большой избыток тиоцианата. Даже в этом случае комплексный ион в значительной мере диссоциирован. При прибавлении к водному раствору какого-либо органического растворителя (этилового спирта, ацетона, эфира, изоамилого спирта) диссоциация комплексного иона заметно подавляется. Если органический растворитель смешивается с водой, то весь раствор приобретает синюю окраску. При использовании несмешивающегося с водой растворителя окраска появляется только в слое растворителя. Этой реакции мешают ионы Fe³⁺, образующие комплексное соединение кроваво-красного цвета, которое также извлекается органическим растворителями и маскирует окраску тиоцианата кобальта. Мешающее влияние Fe³⁺ устраняют, связывая его в прочные фторидные или фосфатные комплексы, а также восстановлением его до Fe²⁺ прибавлением нескольких капель SnCl₂.

Предел обнаружения 3 мкг.

Выполнение реакции.К 1-2 каплям анализируемого раствора прибавить 1-2 кристалла соли или 2-4 капли насыщенного раствора NH₄CNS (или KCNS) и 3-5 капель одного из указанных органических растворителей. При прибавлении этилового спирта или ацетона весь раствор окрашивается в синий цвет. Если прибавить эфир или изоамиловый спирт, то в синий цвет окрашивается слой органического растворителя.

4.7. 1-нитрозо-2-нафтол (a-нитрозо-b-нафтол или реактив Ильинского) окисляет Co²⁺ до Co³⁺ и образует с Co³⁺ темно-красный осадок внутрикомплексной соли, нерастворимый в кислотах:

↓ + 3Н⁺

Ионы Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺ мешают, т.к. образуют с реагентом окрашенные осадки, однако эти соединения растворимы в минеральных кислотах. Поэтому если проводить определение кобальта в кислой среде, то небольшие количества указанных ионов не мешают.

Предел обнаружения 0,6 мкг.

Выполнение реакции.В пробирку поместить 1-2 капли анализируемого раствора, прибавить 1-2 капли 6 М HCl, нагреть, прибавить 2-3 капли свежеприготовленного раствора 1-нитрозо-2-нафтола в 50%-ной уксусной кислоте и снова нагреть до кипения. В присутствии кобальта выпадает темно-красный осадок.

Реакции иона Zn²⁺.

4.8. Cульфид аммония или натрия в слабокислых (рН = 1,5-2) и нейтральных растворах осаждает белый аморфный осадок сульфида цинка, растворимый в минеральных кислотах и щелочах:

ZnCl₂ + (NH₄)₂S ¾® ZnS↓ + 2NH₄Cl

Реакцию можно выполнять в присутствии формиатного буфера (рН ³ 2). В этом случае Zn²⁺ можно практически полностью отделять от Ni²⁺, Co²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺. Мешают тяжелые металлы, образующие нерастворимые в кислотах сульфиды, и окислители, окисляющие S^2- до элементарной серы, осадок которой легко спутать по цвету с ZnS.

Предел обнаружения реакции 10 мкг/мл.

Выполнение реакции.К капле раствора соли цинка прибавить 3-4 капли формиатного буферного раствора и 2-3 капли Na₂S. Выпадает белый осадок ZnS.

4.9. Дитизон в нейтральном, щелочном и уксуснокислом растворе с ионами Zn²⁺ образует внутрикомплексную соль:

+ 2HCl

ZnCl₂ + H₂Dt ¾®

которая легко растворима в четыреххлористом углероде, хлороформе с окрашиванием органической фазы в ярко-красный цвет. Окрашенные соединения образуют также Sn²⁺, Bi³⁺, Au³⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺. Влияние Ag⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Bi³⁺ может быть устранено введением тиосульфата натрия, связывающего указанные ионы в прочные комплексные соединения.

Предел обнаружения реакции 0,1 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора соли цинка прибавить 10 капель ацетатного буферного раствора и 1 каплю раствора дитизона в хлороформе или четыреххлористом углероде. При этом слой органического растворителя окрашивается в красный цвет.

Реакции иона Cd²⁺.

4.10. Cульфид аммония или натрия осаждает из слабокислого раствора соли кадмия желтый осадок CdS, нерастворимый в щелочах:

Cd(NO₃)₂ + Na₂S ¾® CdS↓ + 2NaNO₃

Количественное выделение сульфида кадмия происходит при рН ³ 0,5. Избыток кислоты мешает полному выделению осадка. Мешают определению ионы тяжелых металлов, образующих нерастворимые в кислотах сульфиды.

Предел обнаружения реакции 10 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 1 капле раствора соли кадмия прибавить 2-3 капли сульфида натрия. Выпадает желтый осадок CdS.

4.11. Тетраиодовисмутат (III) калия K[BiI₄] при действии на раствор солей кадмия выделяет черный осадок, который растворяется при добавлении KI или Na₂S₂O₃:

Cd(NO₃)₂ + 2KBiI₄ ¾® CdI₂ + 2BiI₃↓ + 2KNO₃

Предел обнаружения 20 мкг/мл.

Выполнение реакции.На листок фильтровальной бумаги нанести каплю раствора KBiI₄ и затем каплю испытуемого раствора. В присутствии Cd²⁺ появляется черное пятно BiI₃, исчезающее при добавлении KI или Na₂S₂O₃.

5. Качественные реакции некоторых катионов IV – V аналитических групп

Реакции ионов Sn (II).

5.1. Sn (II) легко восстанавливает трехвалентное железо до двухвалентного. Это можно заметить по исчезновению желтой окраски раствора, а также проведением реакций на ионы Fe²⁺.

2FeCl₃ + SnCl₂ ¾® 2FeCl₂ + SnCl₄

Предел обнаружения 10 мкг/мл.

Выполнение реакции.К 1 капле раствора соли Fe³⁺ прибавить по 1 капле 2 М HCl и K₃[Fe(CN)₆]. При этом синего осадка не образуется. После этого добавить 1-2 капли раствора SnCl₂. Сразу появляется синий осадок турнбулевой сини.

Реакции ионов Pb²⁺.

5.2. Серная кислота и растворимые сульфаты образуют с ионами свинца белый кристаллический осадок сульфата свинца, растворимый в горячих растворах щелочи и ацетата аммония.

Pb(NO₃)₂ + Н₂SO₄ ¾® PbSO₄↓ + 2НNO₃

PbSO₄ + 4NaOH ¾® Na₂[Pb(OH)₄] + Na₂SO₄ + H₂O

PbSO₄ + 2CH₃COONH₄ ¾® Pb(CH₃COO)₂ + (NH₄)₂SO₄

Последняя реакция возможна потому, что ацетат свинца в водном растворе очень мало диссоциирован. Возможно образование комплекса [Pb(CH₃COO)₄]²^-.

Предел обнаружения 15 мкг.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора Pb²⁺ добавить 3-4 капли серной кислоты. Выпадает белый осадок сульфата свинца.

5.3. Хромат и дихромат калия осаждают желтый осадок:

Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ ¾® PbCrO₄↓ + 2KNO₃

2Pb(NO₃)₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O ¾® 2PbCrO₄↓ + 2HNO₃ + 2KNO₃

Хромат свинца растворяется в HNO₃, щелочах, ацетате аммония, уксусной кислоте. Предел обнаружения реакции 20 мкг/мл. Мешают определению Ba²⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора Pb²⁺ добавить 3-4 капли хромата или дихромата калия. Выпадает желтый осадок хромата свинца.

5.4. Иодид калия образует с ионами Pb²⁺ желтый осадок иодида свинца:

Pb(NO₃)₂ + 2KI ¾® PbI₂↓ + 2KNO₃

Предел обнаружения 100 мкг.

Выполнение реакции.К 2-3 каплям раствора Pb²⁺ добавить 3-4 капли иодида калия. Выпадает желтый осадок иодида свинца. Если полученный осадок растворить в нескольких каплях воды c добавлением 2 капель 2 М HNO₃, а затем охладить погружением пробирки в воду, то PbI₂ снова выпадет в виде блестящих золотистых кристаллов (так называемый «золотой дождь»).

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 753; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!