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. Додати дист.води до 1/3 пробірки, нагріти, злити прозорий розчин у чисту пробірку і додати КІ. Утворення жовтого осаду PbІ₂ вказує на присутність Pb ²⁺. Якщо жовтий осад не утворюється, до білого осаду, що утворився з НСІ, додати NН₄OH. Розчинення осаду вказує на Ag⁺. 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⁺. (Осад BaSO₄ утворюється миттєво, а для утворення CaSO₄ треба охолодити пробірку під краном з холодною водою і потерти сляною паличкою стінки пробірки). 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⁺(з реактивом Несслера), а якщо вони відсутні, шукати К⁺(з гексанітрокобальтатом), або Na⁺(за жовтим забарвленням полум’я).

 

 

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,.що поступово при збовтуванні 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 неповністюі.

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.

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 (Ca²⁺, Ba²⁺), а також з Zn²⁺. 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.

4. 3. Катіони феруму(ІІ).

Гексаціаноферат(ІІІ) калію K₃[Fe(CN)₆] у присутності розведеної НСl утворює з Fe²⁺ темно – синій осад, склад якого залежить від умов проведення реакції: 3Fe²⁺+2[Fe(CN)₆]^3- ® Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1–2 краплі розведеної НСl, 2–3 краплі розчину солі FeSO₄ і додати 2–3 краплі K₃[Fe(CN)₆] (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення темно-синього осаду.

КатіониFe ³⁺ з цим реативом осаду не дають, але розчин набуває бурого забарвлення. Катіони Cо²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ утворюють осади бурого, червоного і жовто–бурого кольору, але вони не заважають реакції, тільки темно–синій осад Fe₃[Fe(CN)₆]₂ стає темно–зеленим або синьо–чорним.

Катіони феруму(ІІІ).

1. Гексаціаноферат(ІІ) калію К₄[Fe(CN)₆] у присутності розведеної НСl дає з іонами Fe³⁺ темно–синій осад: 4 Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- ® Fe₄[Fe(CN)₆]₃¯,

склад якого залежить від умов проведення реакції. Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі розведеної НСl, 2 – 3 краплі розчину FeCl₃ додати 2 – 3 краплі K₄[Fe(CN)₆] (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення темно-синього осаду.

Катіони Cо²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ дають з реактивом білий, зелений та світло – зелений осади, які не заважають спостерігати утворення темно – синього осаду. Якщо у досліджуваному розчині присутні катіони Fe²⁺, то вони дають з реактивом білий осад. Але внаслідок окиснення Fe²⁺ киснем повітря до Fe³⁺ у розчині, де є Fe²⁺, завжди буде невелика кількість Fe³⁺. Тому утворюється світло – синя суміш білого осаду Fe₂[Fe(CN)₆] з невеликою кількістю темно – синього Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

2. Роданід амонію NH₄SCN (тіоціанат амонію) у кислому середовищі утворює з катіонами Fe³⁺ розчинну комплексну сполуку криваво – червоного кольору: Fe³⁺ + nSCN^- «[Fe(SCN)_n]^3-n, де n – від 1 до 6. Можлива зворотня реакція, тому треба додавати надлишок реактиву.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1–2 краплі розчину FeCl₃, додати краплю розведеної HNO₃ і 4 – 5 крапель NH₄SCN. Спостерігати утворення криваво – червоної сполуки. Додати дистильованої води і упевнитися, що утворюється не осад, а саме розчинна сполука червоного кольору.

Аніони роданіду витісняють молекули води з внутрішньої координаційної сфери катіонів заліза(ІІІ): [Fe(H₂O)₆]³⁺ + 6SCN^- «[Fe(SCN)₆]^3- + 6H₂O

Але аніони, які мають більшу спорідненість до заліза(ІІІ), можуть витіснити роданід:

[Fe(SCN)₆]^3-+ 6F^- «[FeF₆]^3- + 6SCN^-. При додаванні фториду натрію або фториду амонію червоний розчин знебарвлюється, залізо зв’язується у безбарвний фторидний комплекс. Ця реація використовується для маскування заліза(ІІІ) при відкритті Со²⁺ за допомогою роданіду.

5.П’ята аналітична група Al³⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Sn²⁺.

Груповий реактив NаOH осаджує катіони п’ятої аналітичної групи у вигляді осадів гідроксидів Zn²⁺ + 2OH^- = Zn(OH)₂↓,білий

Al³⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃↓,білий

Sn²⁺ + 2OH^- = Sn(OH)₂↓,білий

Cr³⁺ + 3OH^- = Cr(OH)₃↓,сіро-зелений(або сіро-фіолетовий). які є амфотерними і тому розчиняються у надлишку NаOH: Zn(OH)₂↓+2NaOH= Na₂[Zn(OH)₄], Al(OH)₃↓ + NaOH = Na[Al(OH)₄], Sn(OH)₂↓ + 2NaOH = Na₂[Sn(OH)₄], Cr(OH)₃↓ + NaOH = Na[Cr(OH)₄],

з утворенням безбарвних розчинів, хром(ІІІ) дає зелений розчин.

Виконання: у чотири чисті пробірки взяти по 2–3 краплі розчинів солей алюмінію, цинку, стануму та хрому(ІІІ). Додавати у кожну поступово по краплинах 1 М розчин NаOH, спостерігати утворення осадів, які розчиняються у надлишку реактиву. Пробірки залишити для подальших дослідів.

5.1. Катіони алюмінію АІ³⁺.

АІ³⁺ дає з NaOH білий осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH. Але при додаванні NН₄СІ і нагріванні знову утворюється білий осад Al(OH)₃↓.

Виконання: у ту пробірку, де у попередньому досліді утворилася безбарвнa комплексна сполука Na[Al(OH)₄], додавати NН₄СІ (дрібними порціями) і нагрівати майже до кипіння. Спостерігати утворення білого аморфного осаду Al(OH)₃↓:Na[Al(OH)₄] +NН₄СІ =Al(OH)₃↓+ NН₃↑+ NaСІ +Н₂О.

Таку ж реакцію дає Sn²⁺, тому треба перевірити присутність Sn²⁺: з новою порцією досліджуваного розчину виконати реакцію з Na₂S. Sn²⁺ на відміну від алюмінію дає коричневий осад з Na₂S.

5.2. Катіони цинку Zn²⁺.

Катіони цинку Zn²⁺ утворюють з NaOH білий осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH. При додаванні сухого NН₄СІ (як у досліді з АІ³⁺) і нагріванні у другій пробірці утворюється комплексний аміакат цинку і розчин залишається прозорим (на відміну від алюмінію).

Na₂[Zn(OH)₄] + 4NН₄СІ + 2NaOH = [Zn(NН₃)₄](OH)₂ + 4NaСІ+ 4Н₂О.

1. Сульфід натрію Na₂S осаджує катіони цинку у вигляді білого осаду сульфіду цинку навіть із лужного середовища Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂S = ZnS↓ + + 4Na(OH).

Виконання: у ту пробірку, де у досліді з груповим реактивом утворився безбарвний розчин Na₂[Zn(OH)₄] додати розчин Н₂S (Na₂S або сульфідом амонію). Спостерігати утворення білого осаду.

5.3. Катіони олова (стануму) Sn²⁺.

Sn²⁺ дає з NaOH білий осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH. Але при додаванні NН₄СІ і нагріванні знову утворюється білий осад, як з Al(OH)₃↓.

1. Pозчин Na₂S осаджує катіони Sn²⁺ у вигляді шоколадно-коричневого осаду сульфіду олова(ІІ)

SnСІ₂ + Na₂S = SnS↓ + + 2NaСІ,

Виконання: у чисту пробірку взяти 5 крапель 2 М розчину HCl, краплю розчину SnСІ₂, додати розчин розчин Na₂S. Спостерігати утворення коричневого осаду.

Катіони хрому(ІІІ).

Cr³⁺ дає з NaOH сіро-зелений (з фіолетовим відтінком) осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH з утворенням зеленого розчину. Але при додаванні NН₄СІ і нагріванні знову утворюється осад Cr(OH)₃↓ зелений, а не білий, як з алюмінієм. Для виявлення хрому(ІІІ) його окиснюють до хрому(VI). У лужному середовищі як окисник використовують пероксид водню Н₂О₂: 2Na[Cr(OH)₄]+ 3Н₂О₂ + 2NaOH = 2Na₂CrO₄ + 8Н₂О,

Виконання: у ту пробірку, де у попередньому досліді з груповим реактивом утворилася зелена комплексна сполука Na[Cr(OH)₄], (обережно!) додавати Н₂О₂ і після бурхливої реакції нагрівати майже до кипіння поки зелене забарвлення перейде у чисто жовте.

6.Шоста аналітична група Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Cd²⁺.

Груповий реактив NН₄OH осаджує катіони шостої аналітичної групи у вигляді основних солей, які з надлишком реактиву перетворюються у розчинні комплексні сполуки – аміакати:

2CoSO₄ + 2NH₄OH = (CoOH)₂SO₄¯ + (NH₄)₂SO₄

2NiSO₄ + 2NH₄OH = (NiOH)₂SO₄¯ + (NH₄)₂SO₄

2CuSO₄ + 2NH₄OH = (CuOH)₂SO₄¯ + (NH₄)₂SO₄

2CdSO₄ + 2NH₄OH = (CdOH)₂SO₄¯ + (NH₄)₂SO₄

(CoOH)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 10NH₄OH = 2 [Co(NH₃)₆]SO₄ + 8H₂O

(NiOH)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 10NH₄OH = 2 [Ni(NH₃)₆]SO₄ + 8H₂O

(CuOH)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 6NH₄OH = 2 [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 8H₂O

(CdOH)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 6NH₄OH = 2 [Cd(NH₃)₄]SO₄ + 8H₂O

Утворюються розчини різного кольору: з кадмієм(ІІ) – безбарвний, з кобальтом(ІІ) – брудно-жовтий, з купрумом(ІІ) і нікелєм(ІІ) – синій. Виконання: у 4-ри чисті пробірки взяти по 2–3 краплі розчинів: у першу – солі кобальту(ІІ), у другу – солі нікелю(ІІ), у третю – солі купруму(ІІ), у четверту – солі кадмію(ІІ). Додавати у кожну поступово по краплинах 1 М розчин NН₄OH, спостерігати утворення різного кольору осадів, які розчиняються у надлишку реактиву.

6.1. Катіони кобальту Со²⁺.

Роданід амонію NH₄SCN (тіоціанат амонію) утворює з іонами кобальту комплексну сполуку синього кольору: [ Co(H₂O)₆]²⁺ + 4SCN^- «[ Co(SCN)₄]^2- + 6H₂O

у водному розчині катіони кобальту оточені шістьма молекулами води і мають рожевий колір, якщо ж навколо кобальту координуються чотири ліганди, такий комплекс набуває синього забарвлення. Роданід кобальту нестійкий і при розведенні розчину водою синє забаравлення зникає. Тому треба брати великий надлишок роданіду і екстрагувати продукт реації неводним розчинником (аміловим спиртом), у якому немає конкуренції з боку молекул води. Екстракція стабілізує продукт реакції і підвищує її чутливість.

Виконання: у чисту пробірку взяти 2–3 краплі розчину солі кобальту(ІІ), і додати 4–5 крапель насиченого розчину NH₄SCN. Спостерігати поступову зміну рожевого забарвлення розчину на синє. Додати 5-6 крапель амілового спирту, закрити пробірку і добре збовтати. При відстоюванні і розшаруванні спостерігати інтесивно синє забарвлення верхнього неводного шару.

6.2. Катіони нікелю Ni²⁺.

Диметилгліоксим H₂Dm (диметилдіоксим) у присутності амоніаку утворює з Ni²⁺ сполуку червоного (темно-рожевого) кольору. 2H₂Dm + Ni²⁺ + NH₄OH → Ni(HDm)₂↓ + 2NH₄⁺ + 2H₂O.

Катіон нікелю взаємодіє з двома молекулами диметилгліоксиму і витісняє з кожної по одному іону водню, які треба зв’язати амоніаком (амоніак додається під час приготування розчину диметилгліоксиму), оскільки сильнокисле середовище заважає реакції. Осад розчиняється у сильних кислотах і лугах. Реакції заважають Fe³⁺, Fe²⁺ і Sn²⁺. Іон Fe³⁺ у слаболужному (амоніачному) середовищі утворює бурий осад Fe(ОН)₃. Іони Fe²⁺ i Sn²⁺ утворюють з диметилгліоксимом сполуки брудно- червоного кольору. При поступовому окисненні Fe²⁺ до Fe³⁺ (киснем повітря) червоне забарвлення зникає, залишається буро-коричневе. Тому реакцію виконують на фільтрувальному папері у присутності фосфату, який зв’язує залізо(ІІІ).

Виконання: не капати, а тільки доторкнутися піпеткою з розчином, який може містити іони Ni²⁺ і почекати, поки утвориться кругла пляма. За межами цієї плями до сухого паперу доторкнутися піпеткою з розчином диметилгліоксиму і почекати, поки пляма розчину диметилгліоксиму, що буде утворюватись навколо піпетки, перетнеться з плямою досліджуваного розчину, де і повинен утворитися осад характерного кольору. Якщо у досліджуваном розчині є іон Ni²⁺, то на перетині двох плям з’являється червоне (темно-рожеве) забарвлення. У присутності Fe²⁺ забарвлення буде брудно-червоним. Тоді треба почекати, поки пляма висохне. Червоне забарвлення, яке диметилгліоксим утворює з іоном Fe²⁺, переходить у світло-коричневе, а з Ni²⁺ – залишається червоним. Катіони Cu²⁺ утворюють з диметилгліоксимом розчинну сполуку бурого кольору, який заважає відкриттю Ni²⁺. Тому у досліджваному розчині спочатку треба відкрити катіони Cu²⁺, а якщо вони відсутні, шукати Ni²⁺. 6.3. Катіони міді(ІІ) Cu²⁺.

1. Гексаціаноферат(ІІ) калію K₄[Fe(CN)₆] утворює з катіонами міді червоно-коричневий осад:

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4- = Cu₂[Fe(CN)₆]¯

який не розчиняється у розведених кислотах, але розчиняється у NH₄OH.

При малій концетрації міді(ІІ) осад не утворюється, але розчин забарвлюється у рожевий колір. Ця реакція на мідь(ІІ) більш чутлива, ніж реакція з аміаком.

Виконання: у чисту пробірку взяти 2–3 краплі розчину солі купруму(ІІ), і додати 4–5 крапель розчину K₄[Fe(CN)₆]. Спостерігати утворення червоно-коричневого осаду.Катіони Cо²⁺і Ni²⁺ дають з реактивом зелений та світло–зелений осади, які не заважають відкриттю Cu²⁺.

6.4. Катіони кадмію Cd²⁺.

1. Pозчин Na₂S осаджує катіони кадмію у вигляді жовтого осаду сульфіду кадмію

CdSO₄ + Н₂S = CdS↓ + + Н₂SO₄.

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 краплі 2 М розчину HCl, краплю розчину CdSO₄ (або CdCl₂), додати розчин розчин Na₂S. Спостерігати утворення жовтого осаду.

Реакції заважають усі катіони, які утворюють забарвлені сульфіди, зокрема CuS, NiS, CoS – чорного кольору, MnS – жовто-рожевий (тілесний). Катіони цинку не заважають реакції: жовтий сульфід кадмію зручно спостерігати на фоні білого сульфіду цинку.