Класифікація катіонів за кислотно-основною схемою

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ЗАТВЕРДЖУЮ

Ректор С. В. Іванов

Р.

АНАЛІТИЧНА ХІМІЯ

ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ

Ідентифікація катіонів за кислотно-основною схемою.

Ідентифікація аніонів

Аналіз солей

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

До виконання лабораторних робіт

для студентів – технологів всіх напрямів підготовки

денної форми навчання

СХВАЛЕНО

на засіданні кафедри

аналітичної хімії.

Протокол № 1

від 15 серпня 2012 р.

Реєстраційний номер

методичних рекомендацій

У НМВ:

Київ – НУХТ – 2012

 

 

Аналітична хімія. Якісний аналіз. Ідентифікація катіонів за кислотно-основною схемою. Ідентифікація аніонів Аналіз солей: Метод. Рекомендації до виконання лабораторних робіт для студентів-технологів всіх напрямів підготовки денної форми навчання / Уклад. Є.Є. Костенко, В.Г. Дроков, О.М. Бутенко. – К.: НУХТ, 2012. – 20 с.

Рецензент В. Д. Ганчук, канд. техн. наук, доцент

Укладачі: Є.Є. Костенко, канд. хім. наук, доцент,

В.Г. Дроков, канд. хім. наук, доцент,

О.М. Бутенко, канд. техн. наук, доцент

Відповідальний за випуск Є.Є. Костенко, канд. хім. наук, доц..

Мета роботи: на перших лабораторних заняттях з аналітичної хімії оволодіти поняттям аналітичної реакції – фундаментальним поняттям курсу – на прикладі аналітичних реакцій макро- та мікроелементів, які містяться у харчових продуктах і споживаються людиною щодня у відповідних кількостях. Якісний аналіз відкриває шлях студенту до усього подальшого курсу аналітичної хімії і одночасно виконує роль вхідного контролю, перевіряючи вміння студентів складати рівняння хімічних реакцій і виконувати ці реакції з метою вивчення хімічного складу речовин, які видаються індивідуально кожному студенту.

Завдання: індивідуальнні завдання у вигляді водного розчину або сухої речовини для аналізу студенти одержують протягом усіх занять з якісного аналізу.

Заходи безпеки: усі студенти допускаються до виконання лабораторних робіт тільки після інструктажу про техніку безпеки на даній роботі.

1. На усіх склянках з розчинами і сухими речовинами повинні бути етикетки з чіткими написами назв речовин і концентрацій.

2. Усі досліди з небезпечними речовинами з неприємним запахом проводити у витяжній шафі.

3. При наливанні реактивів ніколи не нахилятися над склянкою, щоб запобігти розбризкуванню на обличчя.

4. При нагріванні пробірки не тримати її отвором до себе або у бік людини, яка стоїть поруч.

5. Якщо на обличчя або руки потрапили краплі розчину, потрібно негайно змити їх великою кількістю води. Луг змивають доти, поки шкіра перестане бути слизькою.

ВСТУП

Аналітичною хімією називається наука, яка вивчає теоретичні основи і розробляє методи хімічного аналізу. Хімічний аналіз – це процес визначення хімічного складу речовини. Оскільки хімічний склад визначає властивості речовини і можливості застосування її людиною, то методи аналітичної хімії використовуються в усіх сферах діяльності людини. У наукових дослідженнях ці методи є інструментами пізнання природи, а у промисловості – ефективними засобами контролю технологічних процесів.

Хімічний аналіз має два етапи. Спочатку потрібно з¢ясувати, які елементи або сполуки містить об¢єкт, що аналізується. На це питання відповідає якісний аналіз. Потім потрібно визначити, у яких кількісних співвідношеннях вони входять до складу невідомої речовини. Це встановлюється за допомогою кількісного аналізу. Обидві частини аналізу пов’язані між собою тим, що як відкриття, так і визначення певного елементу (або сполуки) грунтується на використанні індивідуаьних хімічних властивостей цього елементу, які проявляються у одних й тих самих хімічних реакціях.

Хімічна реакція, за допомогою якої можна зробити висновки про хімічний склад речовини, називається аналітичною реакцією. Аналітичні реакції виконуються за допомогою аналітичних реагентів у відповідних умовах (середовище, температура, концентрація) і супроводжуються певним зовнішнім ефектом (утворюється осад, виділяється газ, змінюється забарвлення розчину тощо). У якісному аналізі ефект аналітичної реакції просто спостерігається візуально і на основі цих спостережень роблять відповідні висновки. У кількісному аналізі ефект аналітичної реакції вимірюється за допомогою аналітичних приладів і виконуються відповідні розрахунки.

Переважна більшість аналітичних реакцій відбувається у розчинах. Яким би чином неогранічна речовина, що аналізується, не переводилася б у розчинений стан, одержують розчин, який містить не елементи, а іони, у вигляді яких ці елементи можуть існувати у розчині. Однакові іони проявляють однакові властивості і дають однакові аналітичні реакції незалежно від того, до складу яких сполук вони входять. Наприклад, якщо до розчину хлоридної кислоти або її солей додають розчин нітрату аргентуму, в усіх випадках одержують однаковий характерний осад хлориду аргентуму. Якщо записати ці реації в іонному вигляді, стає ясно, що в усіх випадках відбувається одна аналітична реакція на хлорид-іони:

Cl⁻ + Ag⁺ = AgCl ¯

Тому аналітичні реакції вивчаються окремо для катіонів і аніонів.

Реактиви, за допомогою яких певний іон можна виявити у присутності інших іонів, називають специфічними. Специфічних реагентів дуже мало, тому перед відкриттям того чи іншого іону необхідно відокремити його від інших іонів, які дають аналітичні реакції з тим же реагентом. Порядок відокремлення одних іонів від інших і послідовність їх відкриття складають систематичний хід аналізу. У систематичному ході аналізу використовують такі реагенти, які дозволяють із складної суміші іонів перевести в осад певну групу іонів для подальшого аналізу. Такі реагенти називають груповими, а групи іонів, які вони відділяють – аналітичними групами. За кислотно-основною класифікацією, де груповими реагентами є кислоти і основи, усі катіони відповідно до їх хімічних властивностей поділяються на 6 аналітичних груп. Класифікація катіонів за кислотно- основною схемою представлена у табл. 1.

 

 

Таблиця 1

Класифікація катіонів за кислотно-основною схемою

Группа	Катіони	Хімічні властивості	Груповий реагент	Що утворюється при дії групового реагента
	K+, Na+, NH4+	Хлориди, сульфати, гідроксиди розчинні у воді	Відсутній
	Ca2+(Sr2+)Ba2+	Сульфати малорозчинні у воді	H2SO4	CaSO4↓, BaSO4↓ білі осади
	Pb2+, Ag+(Hg22+)	Хлориди малорозчинні у воді	HCl	PbCl2↓білий AgCl↓ білий
	Mg2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+	Гідроксиди нерозчинні у воді та лугах	NaOH (KOH)	Mg(OH)2↓білий, Mn(OH)2↓білий,темніє, Fe(OH)2↓білий,чорніє, Fe(OH)3↓бурий
	Al3+, Zn2+ Cr3+, Sn2+	Амфотерні гідроксиди нерозчинні у воді, розчинні у лугах	Надлишок NaOH (KOH)	[Al(OH)4]-, [Zn(OH)4]2- [Sn(OH)4]2- безбарвні розчини [Cr(OH)4]-зелений розчин
	Co2+, Ni2+, Cu2+, Cd2+	Гідроксиди нерозчинні у воді, розчинні у надлишку NH4OH у присутності NH4Cl	Надлишок NH4OH	[Co(NH3)6]2+жовтий, [Ni(NH3)6]2+ синій, [Cu(NH3)4]2+ синій, [Cd(NH3)4]2+безбарвний розчини

З кількох десятків катіонів шестианалітичних груп у скороченому курсі якісного аналізу ми вивчаємо дуже небагато – тільки ті, що безпосередньо пов‘язані з харчуванням людини та хімічним аналізом об’єктів харчової, біотехнології і довкілля.

Катіони амонію утворюються при розчиненні харчових продуктів у концентрованій сульфатній кислоті. Органічні сполуки при цьому руйнуються, а аміногрупи амінокислот, з яких побудовані білки, перетворюються на іони амонію. Визначивши кількість іонів амонію у розчині, що утворилися, визначають загальний вміст білків у харчовому продукті.

Натрій, калій, кальцій та магній у вигляді відповідних сполук споживаються людиною щодено у кількості від 0,5 до 5 г – це макроелементи. Натрію ми споживаємо більше ніж потрібно, звикнувши додавати NaCl під час приготування їжі. Тому дуже важливо врівноважувати це споживанням продуктів, багатих на калій, оскільки саме іони натрію і калію у певному співвідношенні підтримують осмотичну рівновагу в організмі людини і регулюють водний обмін. Кальцій потрібен дітям, у яких формуються кістки, і дорослим, оскільки він має протизапальні властивості і виконує багато інших функцій в організмі. Магній нормалізує діяльність нервової системи, знімає спазми, розширює судини та має інші важливі властивості.

Ферум, кобальт, манган, купрум, цинк, нікель, хром належать до мікроелементів. Їхня кількість у харчових продуктах, що споживаюється людиною щоденно, вимірюється у міліграмах. Вони входять до складу багатьох ферментів та інших біологічно активних речовин, які відіграють важливу роль у біохімічних процесах, що відбуваються у живому організмі. Алюміній, станум (олово) і цинк можуть потрапляти у харчові продукти з поверхні посуду та технологічного обладнання. Наявність плюмбуму і кадмію у харчових продуктах є показниками їх техногенного забруднення. Їх присутність постійно контролюється методами аналітичної хімії. Солі барію отруйні і небезпечні для людини, але вони часто використовуються як важливий аналітичний реактив.

 

 

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 1

Лабораторна робота №1

Реакції катіонів першої аналітичної групи: K⁺, Na⁺, NH₄⁺

1. Перша аналітична група K⁺, Na⁺, NH₄⁺, не має групового реагенту. Катіони першої та другоїаналітичних груп утворюються елементами основних підгруп першої та другоїгруп періодичної системи. Усі однозарядні катіони належать до першої аналітичної групи разом з іонами амонію. Іони NH₄⁺ у розчині за своїм зарядом і розмірами такі ж, як і іони К⁺. Оскільки осади солей утворюються за рахунок електростатичної взаємодії між катіоном і аніоном, іони NH₄⁺ утворюють осади з усіма реактивами на іони К⁺ і заважають відкриттю іону калію.

Катіони амонію NH₄⁺.

1. Луги (NaOH, KOH, Ca(OH)₂) утворюють з іонами амонію нестійкий гідроксид амонію, який розкладається (краще при нагріванні) з виділенням аміаку – безбарвного газу з характерним запахом:

NH₄⁺ + OH⁻ ® NH₄OH ® H₂O + NH₃­

Реакція відома як найбільш специфічна, тому що усі інші неорганічні іони такого аналітичного ефекту не дають і не заважають його спостерігати. Але для того щоб відчути ефект реакції, потрібна значна кількість іонів амонію.

2. Реактив Несслера містить дві речовини – KOH i K₂[HgJ₄] – у водному розчині. З невеликою кількістью іонів амонію (або з аміаком) цей реагент утворює червоно–бурий осад оксодимеркурамоній-йодиду:

NH₄⁺ + 4OH⁻ + 2[HgJ₄]²⁻® [OHg₂NH₂]J¯ + 7J⁻ + 3H₂O,

який розчиняється у надлишку NH₄Cl, тому важливо, щоб цього надлишку не було. Реакція з реактивом Несслера є більш чутливою, ніж з лугом.

Виконання: у чисту пробірку внести краплю 2 М розчину солі амонію (NH₄Cl, NH₄NO₃ або (NH₄)₂SO₄), додати 5 − 10 крапель води, перемішати і вилити. До розчину, що залишився на стінках пробірки, додати 4 − 5 крапель реактиву Несслера (не торкатися пипеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення у пробірці характерного осаду.

Реакція Несслера проходить у сильно–лужному середовищі (KOH входить до складу реагенту), тому усі катіони, що дають важкорозчинні гідроксиди, випадають в осад. Катіони магнію та інші, що дають з реактивом Несслера білий (або жовтуватий внаслідок забруднень) осад, не заважають спостерігати утворення характерного червоно – бурого осаду, якшо у розчині є амоній. Інші катіони, що утворюють темнозабарвлені осади гідроксидів, заважають реакції, особливо ферум (ІІІ), який дає з KOH червоно – бурий осад Fe(OH)_3.

Катіони калію К⁺

1. Гексанітрокобальтат (ІІІ) натріюNa₃[Co(NO₂)₆] у нейтральному або слабокислому середовищі утворює з іонами K⁺ жовтий кристалічний осад:

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

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]³⁻ = K₂Na[Co(NO₂)₆]¯

Виконання: у чисту пробірку внести 1 – 2 краплі 0,5 М розчину солі калію (KCl, KNO₃ або K₂SO₄) і додати 2 – 3 краплі розчину Na₃[Co(NO₂)₆] (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення жовтого кристалічного осаду. Сильні кислоти і луги розкладають реагент. Для нейтралізації лужного середовища використовують слабку оцтову кислоту, надлишок якої не заважає цій аналітичній реакції.

Катіони амонію утворюють з реагентом такий самий осад, тому при виконанні задачі перед відкриттям іонів калію у досліджуваному розчині потрібно з окремою порцією цього розчину виконати реакцію Несслера, щоб упевнитися, що в ньому відсутні іони амонію.

Розчин Na₃[Co(NO₂)₆] має темно – коричневий колір з червонуватим відтінком. Реагент готують щодня. Якщо розчин має рожевий колір, це означає, що реагент розклався. Такий реагент не дасть характерного осаду з досліджуваним розчином, навіть якщо там є іони калію. Тому потрібно приготувати свіжий розчин, або використати інший реагент.

2. Винна кислота або її кисла сіль гідротартрат натріюNaHC₄H₄O₆ у слабокислому середовищі утворює з іонами калію білий кристалічний осад:

K⁺ + HC₄H₄O₆ = KHC₄H₄O₆↓,

розчинний у сильних кислотах і лугах. У сильнокислому середовищі утворюється слабка винна кислота H₂C₄H₄O₆. У лужному середовищі кисла сіль переходить у розчинну середню. Слабкі кислоти (приміром, оцтова) не розчиняють осад і не заважають виконанню реакції.

Гідротартрат калію може утворювати пересичені розчини. У такому випадку після додавання реагенту, якщо осад не утворився, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, на яких при цьому утворюються центри кристалізації.

Виконання: у чисту пробірку внести 3 – 4 краплі розчину солі калію і додати 4 – 5 крапель 0,5 М розчину NaHC₄H₄O₆. Якщо осад не утворився, охолодити пробірку під краном з холодною водою, потерти скляною паличкою стінки пробірки.

Катіони амонію дають такий самий осад. Тому перед відкриттям іонів калію у досліджуваному розчині потрібно упевнитися, що там відсутні іони амонію. Якщо ж вони є, потрібно відокремити їх (солі амонію розкладаються при прожарюванні), а вже потім додавати реагент на іони калію.

Катіони нарію Na⁺

1. Гексагідроксостибіат (дигідроантимонат) калію K[Sb(OH)₆] (KH₂SbO₄ ) у водному розчині перетворюється у гексагідроксостибіат калію:

KH₂SbO₄ + 2H₂O = K[Sb(OH)₆].

З іонами натрію цей реагент утворює білий дрібнокристалічний осад:

Na⁺ + H₂SbO₄⁻ = NaH₂SbO₄ ¯

Для утворення осаду потрібна досить висока конценрація іонів натрію – реакція малочутлива. Продукт реакції – дигідроантимонат натрію – може утворювати пересичені розчини.

Виконання: у чисту пробірку внести 5 – 8 крапель 0,5 М розчину солі натрію (NaCl, NaNO₃ або Na₂SO₄) і додати 5 – 8 крапель розчину KH₂SbO₄ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!) Якщо осад не випадає, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, тримаючи пробірку під краном з холодною водою.

У сильнолужному середовищі кисла сіль переходить у розчинну середню і осад не випадає. У кислому середовищі (навіть у слабокислому, яке дають солі амонію) реагент розкладається і виділяється білий аморфний осад HSbO₃, який заважає спостерігати реакцію на іони натрію. Крім іонів NH₄⁺ виконанню реакції на натрій заважають іони Mg²⁺, які дають з цим реагентом білий дрібнокристалічний осад, як і іони Na⁺.

2. Забарвлення полум’я. Солі натрію забарвлюють полум’я газового пальника у яскраво-жовтий колір. Перед відкриттям іонів натрію потрібно упевнитися, що на паличці, на яку буде нанесений досліджуваний розчин і яку потім вносять у полум’я, відсутні солі натрію.

Лабораторна робота № 2

Реакції катіонів другої аналітичної групи: Ca²⁺, (Sr²⁺), Ba²⁺

Груповий реагент Н₂SO₄ – сульфатна кислота – осаджує катіони другої аналітичної групи у вигляді білих дрібнокристалічних осадів, нерозчинних у кислотах:

Ca²⁺ + SO₄²⁻ ® CaSO₄¯

Ba²⁺ + SO₄²⁻ ® BaSO₄¯

Стронцій – рідко зустрічається у харчових продуктах, тому у скороченому курсі він не вивчається.

Виконання: в одну пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину солі барію (Ва(NO₃)₂ або BaCl₂), в іншу – 2 − 3 краплі 0,5 н. розчину солі кальцію (Са(NO₃ )₂ або СaCl₂), додати у кожну 3 – 4 краплі 1 М розчину Н₂SO₄. Спостерігати утворення різних за зовнішнім виглядом білих осадів: CaSO₄ має значно більшу розчинність у воді, ніж BaSO₄, тому його утворюється менше. CaSO₄ може утворювати пересичені розчини. У такому випадку після додавання реагенту, якщо осад не утворився, потрібно занурити у розчин чисту скляну паличку і потерти нею стінки пробірки, на яких при цьому утворюються центри кристалізації (тримаючи пробірку під краном з холодною водою).

Катіони барію Ва²⁺

1. Біхромат калію K₂Cr₂O₇ (діхромат калію) утворює з іонами Ва²⁺ жовтий кристалічний осад хромату:

2 Ba²⁺ + Cr₂O₇²⁻ + H₂O «2 BaCrO₄¯ + 2 H⁺,

який розчиняється у сильних кислотах, але не розчиняється в оцтовій кислоті. Як видно з рівняння реакції, при перетворениі діхромату у хромат у розчині з’являється сильна кислота (вільні іони Н⁺), яка спричиняє зворотню реакцію – розчинення осаду. Для повного осадження Ba²⁺ потрібно змістити рівновагу вправо, зв’язуючи іони Н⁺ ацетатом натрію у молекули слабкої оцтової кислоти, яка не заважає осадженню:

H⁺ + CH₃COO⁻ «CH₃COOH

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину солі барію (Ва(NO₃)₂ або BaCl₂), і додати 3 – 4 краплі 0,5 н. розчину K₂Cr₂O₇. Спостерігати утворення незначної кількості лимонно жовтого осаду. Додати 2 – 3 краплі 1 М розчину CH₃COONa і спостерігати різке збільшення кількості жовтого осаду.

Катіони кальцію та катіони першої аналітичної групи не заважають цій реакції. Такий самий осад можуть дати катіони Pb²⁺, якщо вони присутні у розчині. Але PbCrO₄¯, на відміну від ВаCrO₄, розчиняється у лугах при нагріванні.

 

Катіони кальцію Са²⁺

1. Оксалат амонію (NH₄)₂C₂O₄ осаджує кальцій у вигляді білого кристалічного осаду оксалату кальцію:

Ca²⁺ + C₂O₄²⁻ = CaC₂O₄¯,

який розчиняється у сильних кислотах і не розчиняється в оцтовій кислоті.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину солі кальцію (Са(NO₃ )₂ або СaCl₂), і додати 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину (NH₄)₂C₂O₄. Спостерігати утворення білого осаду.

Катіони барію утворюють з оксалатом такий самий білий осад і заважають виконанню реакції на кальцій у досліджуваному розчині. Тому спочатку потрібно відкрити Ва²⁺ за допомогою K₂Cr₂O₇ і відокремити осад, а вже потім до розчину, в якому відсутні іони Ва²⁺, додавати (NH₄)₂C₂O₄ і відкривати Са²⁺.

Лабораторна робота № 3

Реакції катіонів третьої аналітичної групи: Pb²⁺, Ag⁺ (Hg₂²⁺)

Груповий реагент 1 М розчин HCl – дає з катіонами Pb²⁺ і Ag⁺ білі осади:

Pb²⁺ + 2 Cl⁻ = PbCl₂¯

Ag⁺ + СІ⁻ = AgСІ↓

Осад PbCl₂ розчиняється у воді при нагріванні. Осад AgCІ розчиняється у NH₄OH.

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю, 0,5 н. розчину солі плюмбуму (ІІ) (Pb(NO₃)₂ або Pb(CH₃COO)₂) і додати 4 – 5 крапель 1 М розчину HCl. Спостерігати утворення білого осаду. Відібрати піпеткою частину осаду PbCl₂ у іншу чисту пробірку, додати дистильованої води до 1/3 - 1/2 об’єму пробірки і нагріти майже до кипіння. Спостерігати розчинення осаду. У ту ж пробірку додати КJ і спостерігати утворення менш розчинного жовтого осаду PbJ₂¯.

У другу чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 1 М розчину AgNO₃ і додати 4 – 5 крапель 1 М розчину HCl. Спостерігати утворення білого осаду. Відібрати піпеткою частину осаду AgCl у іншу чисту пробірку, додати 5 – 10 крапель 25 % NH₄OH і спостерігати розчинення осаду:

AgCl↓ + 2 NH₄OH = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl⁻ + 2H₂O.

Катіони плюмбуму (ІІ) Pb²⁺.

1. Йодид калію KJ осаджує катіони плюмбуму (ІІ) у вигляді яскраво жовтого осаду

Pb ²⁺ + 2 J⁻ = PbJ₂¯

Осад розчиняється при нагріванні, а при подальшому охолодженні знову випадає у вигляді характерних кристалів (“золотий дощ”).

Виконання: у чисту пробірку взяти краплю 0,5 н. розчину солі плюмбуму (ІІ) (Pb(NO₃)₂ або Pb(CH₃COO)₂), додати 3 – 4 краплі KJ і спостерігати утворення жовтого осаду. Частину осаду відокремити у іншу пробірку, додати туди 10 крапель розчину KJ і до 1/3 об’єму пробірки 2 М розчину CH₃COOН, обережно нагріти до повного розчинення осаду і залишити пробірку у штативі. При поступовому охолодженні спостерігати утворєння кристалів “золотого дощу”.

2. Хромат калію K₂CrO₄ осаджує катіони Pb ²⁺ у вигляді жовтого осаду:

Pb²⁺ + CrO₄²⁻ = PbCrO₄¯,

який, на відміну від ВаCrO₄, розчиняється у лугах при нагріванні.

3. H₂SO₄ – розведена сульфатна кислота осаджує катіони Pb²⁺ подібно до катіонів 2-ї аналітичної групи Ca²⁺, (Sr²⁺), Ba²⁺ у вигляді білого осаду

Pb²⁺ + SO₄²⁻ ® PbSO₄¯,

розчинного у концентрованій H₂SO₄:

PbSO₄↓ + H₂SO₄ = Pb(HSO₄)₂

та, на відміну від Ca²⁺, (Sr²⁺), Ba²⁺, у NaOH при нагріванні:

PbSO₄↓ + 4 NaOH = Na₂[Pb(OH)₄] + Na₂SO₄.

4. NaOH осаджує катіони Pb²⁺ подібно до катіонів 5-ї аналітичної групи Al³⁺, Zn²⁺ та Sn²⁺ у вигляді білого осаду:

Pb²⁺ + 2 OH⁻ = Pb(OH)₂↓,

розчинного у надлишку NaOH:

Pb(OH)₂↓ + 2 NaOH = Na₂[Pb(OH)₄]

5. NH₄OH (у присутності NН₄СІ) осаджує катіони Pb²⁺ (подібно до АІ³⁺ та Sn^{2 +} ) у вигляді білого осаду:

Pb²⁺ + 2 NH₄OH = Pb(OH)₂↓ + 2 NH₄⁺,

нерозчинного у надлишку NН₄OH.

Катіони аргентуму Ag⁺

1. NaOH. Катіони Ag⁺ з лугами утворюють білий осад гідроксиду AgOH, який швидко розкладається з утворенням оксиду:

Ag⁺ + ОН⁻ = AgOH↓

2 AgOH↓ = Ag₂O↓ + H₂O

2. Йодид калію KJ. Катіони Ag⁺ утворюють осад жовтого кольору:

Ag⁺ + J⁻ = AgJ↓

3. NH₄OH. Катіони аргентуму утворюють з розчином аміаку осад гідроксиду білого кольору, який швидко буріє, тому що гідроксид переходить в оксид, Осад розчинний в надлишку аміаку:

Лабораторна робота № 4

Відкриття катіонів 1 − 3 аналітичних груп у 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. Потрібно визначити, який саме катіон знаходиться у розчині. 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 дистильованої води до 1/3 об´єму пробірки, нагріти, злити прозорий розчин у чисту пробірку і додати КJ. Утворення жовтого осаду PbJ₂ вказує на присутність Pb ²⁺. Якщо жовтий осад не утворюється, до білого осаду, що утворився з НСІ, додати NН₄OH. Розчинення осаду вказує на присутність 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 катіонів Cа²⁺ або Ва²⁺. (Осад BaSO₄ утворюється миттєво, а для утворення CaSO₄ потрібно охолодити пробірку під краном з холодною водою і потерти скляною 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 потрібно відкрити іони NH₄⁺(з реактивом Несслера), а якщо вони відсутні, − шукати катіони К⁺(з гексанітрокобальтатом натрію), або Na⁺ (за жовтим забарвленням полум’я).

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 2

Лабораторна робота № 5

Реакції катіонів четвертої аналітичної групи: Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺

Груповий реагентNаOH осаджує катіони четвертої аналітичної групи у вигляді осадів різного кольору:

Mg²⁺ + 2 OH⁻ = Mg(OH)₂↓ білий,

Mn²⁺ + 2 OH⁻ = Mn(OH)₂↓ білий,

але поступово перетворюється на коричневий

2 Mn(OH)₂↓ + O₂ = 2 MnO(OH)₂↓,

Fe²⁺ + 2 OH⁻ = Fe(OH)₂↓ зеленкувато-чорний,

Fe³⁺ + 3 OH⁻ = Fe(OH)₃↓ червоно-бурий.

Осади розчинні у кислотах, але нерозчинні у надлишку NаOH (на відміну від осадів катіонів 5-ї аналітичної групи: Al³⁺, Zn²⁺,Cr³⁺, Sn²⁺) і нерозчинні у надлишку NН₄OH (на відміну від катіонів 6-ї аналітичної групи: Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Cd²⁺).

Виконання: у 4-ри чисті пробірки взяти по 2 – 3 краплі розчинів: у першу – солі магнію (ІІ), у другу – солі мангану (ІІ), у третю – солі феруму (ІІ), у четверту – солі феруму (ІІІ). Додати у кожну по 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 неповністю, а катіони магнію не осаджуються взагалі.

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 (2 М розчин NH₃∙в H₂O) не осаджує катіони магнію у присутності солей амонію: розчин Mg²⁺ залишається прозорим і безбарвним, якщо перед додаванням NH₄OH додати 2 М розчин NH₄Cl. 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.

2. Гідрофосфат натріюNa₂HPO₄ (0,5 н.) у слабколужному середовищі, яке створюється амонійною буферною сумішшю (NH₄Cl + NH₄OH), утворює з іонами магнію білий кристалічний осад магній – амоній-фосфату:

Mg²⁺ + HPO₄²⁻ + NH₄OH ® MgNH₄PO₄¯ + H₂O,

розчинний у кислотах.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину солі магнію (MgCl₂, Mg(NO₃)₂ або MgSO₄) додати 2 – 3 краплі 2 М NH₄Cl, 1 – 2 краплі 2 М NH₄OH, перемішати і додати 2 – 3 краплі Na₂HPO₄. Білий кристалічний осад повинен з’явитися тільки після додавання останнього реагенту.

Гідрофосфат натрію утворює білі осади також з катіонами другої аналітичної групи та з цинком і манганом (ІІ):

3 Ca²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH ® Ca₃(PO₄ )₂¯ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

3 Ba²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH ® Ba₃(PO₄ )₂¯ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

3 Zn²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH ® Zn₃(PO₄ )₂¯ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

Mn²⁺ + HPO₄²⁻ + NH₄OH ® MnNH₄PO₄¯ + H₂O.

Катіони Mn²⁺ із сильними окисниками перетворюються у червоно-фіолетовий перманганат. Саме тому потрібно спочатку правильно визначити аналітичну групу, а вже потім сам катіон.

Катіони марганцю Mn²⁺

1. Сильні окисники (вісмутат натрію, діоксид плюмбуму, персульфат амонію) у сильнокислому середовищі окиснюють Mn²⁺ до MnO₄⁻ і розчин набуває червоно-фіолетового (малинового) забарвлення:

2 Mn²⁺ + 5 NaBiO₃ + 14H⁺ ® 2 MnO₄⁻ + 5 Bi³⁺ + 5 Na⁺ + 7 H₂O

2 Mn²⁺ + 5 PbO₂ + 4 H⁺ ® 2 MnO₄⁻ + 5 Рb²⁺ + 2 H₂O

2 Mn²⁺ + 5 S₂O₈²⁻ + 8 H₂O ® 2 MnO₄⁻ + 10 SO₄²⁻ + 16 H⁺

Надлишок Mn²⁺ заважає реакції, тому що він відновлює MnO₄⁻ до MnO₂. Потрібно виконувати реакцію так, щоб надлишку Mn²⁺ не було. Виконання: у чисту пробірку взяти не більше однієї краплі 0,5 н. розчину солі мангану (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 зачекати, 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.

Катіони феруму (ІІ)

1. Гексаціаноферат(ІІІ) калію K₃[Fe(CN)₆] (1 н.) у присутності 2 М НСl утворює з Fe²⁺ темно-синій осад, склад якого залежить від умов проведення реакції:

3 Fe²⁺ + 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 реагентом осаду не утворюють, 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] (1 н.) у присутності 2 М НСl утворює 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 2 М НСl, 2 – 3 краплі розчину FeCl₃ додати 2 – 3 краплі 1 н. 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 реагентом білий осад. Але внаслідок окиснення Fe²⁺ киснем повітря до Fe³⁺ у розчині, де є Fe²⁺, завжди буде присутня невелика кількість катіонів 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, насичений розчин) у кислому середовищі утворює з катіонами Fe³⁺ розчинну комплексну сполуку криваво-червоного кольору:

Fe³⁺ + n SCN⁻ «[Fe(SCN)_n]³⁻ⁿ, де n – від 1 до 6. Можлива зворотня реакція, тому потрібно додавати надлишок реагенту.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину FeCl₃, додати краплю розведеної HNO₃ і 4 – 5 крапель NH₄SCN _насич.. Спостерігати утворення криваво-червоне забарвлення комплексної сполуки. Додати дистильованої води і упевнитись, що утворюється не осад, а саме розчинна сполука червоного кольору.

Аніони (тіоціанату) роданіду витісняють молекули води з внутрішньої координаційної сфери катіонів феруму (ІІІ):

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + 6 SCN⁻ «[Fe(SCN)₆]³⁻ + 6 H₂O

Але аніони, які мають більшу спорідненість до феруму (ІІІ), можуть витіснити тіоціанат:

[Fe(SCN)₆]³⁻ + 6 F⁻ «[FeF₆]³⁻ + 6 SCN⁻

При додаванні фториду натрію або фториду амонію червоний розчин знебарвлюється, ферум зв’язується у безбарвний фторидний комплекс. Ця реакція використовується для маскування феруму (ІІІ) при відкритті Со²⁺ за допомогою тіоціанату (роданіду).

Лабораторна робота № 6

Реакції катіонів п’ятої аналітичної групи: Al³⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Sn²⁺

Груповий реагентNаOH (2 М) осаджує катіони п’ятої аналітичної групи у вигляді осадів гідроксидів:

Zn²⁺ + 2 OH⁻ = Zn(OH)₂↓, білий

Al³⁺ + 3 OH⁻ = Al(OH)₃↓, білий

Sn²⁺ + 2 OH⁻ = Sn(OH)₂↓, білий

Cr³⁺ + 3 OH⁻ = Cr(OH)₃↓, сіро-зелений (або сіро-фіолетовий),

які є амфотерними і тому розчиняються у надлишку NаOH:

Zn(OH)₂↓ + 2 NaOH = Na₂[Zn(OH)₄],

Al(OH)₃↓ + NaOH = Na[Al(OH)₄],

Sn(OH)₂↓ + 2 NaOH = 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) і додавати у кожну поступово по краплях 2 М розчин NаOH, спостерігати утворення осадів. Відібрати частину кожного з цих осадів у інші чотири чисті пробірки, додавати надлишок розчину NаOH і спостерігати розчинення їх у надлишку реагенту. Останні пробірки залишити для подальших дослідів.

Катіони алюмінію АІ³⁺

1. Дія NaOH. 0,25 М розчин солі АІ³⁺ утворює з 2 М розчином NaOH білий осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH. Але при додаванні 2 М розчину 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 потрібно перевірити присутність Sn²⁺: з новою порцією досліджуваного розчину виконати реакцію з розчином Na₂S. Sn²⁺ на відміну від алюмінію дає коричневий осад.

2. Дія алізарину. Алізарин (1,2-діоксиантрахінон) утворює з гідроксидом алюмінію внутрішньокомплексну сполуку − алізаринат алюмінію яскраво-червоного кольору (алюмінієвий лак).

Виконання: Реакцію з алізарином дають багато інших катіонів, тому її доцільно проводити краплинним методом у присутності K₄[Fe(CN)₆]. На фільтрувальний папір на носять спочатку краплю розчину K₄[Fe(CN)₆], а потім – краплю розчину, що аналізується. Катіони, що заважають визначенню іонів алюмінію, при цьому зв‘язуються у малорозчинні гексаціаноферати і при розмиванні плями водою залишаються в центрі на відміну від іонів алюмінію, які не утворюють осаду з K₄[Fe(CN)₆] і переміщуються до периферії плями. При наступній обробці плями парами аміаку (фільтрувальний папір потримати над відкитою склянкою з 25 % розчином NН₄ОН) і розчином алізарину (піпеткою з розчином алізарину провести по зовнішньому колу плями) на периферії плями утворюється рожеве забарвлення алізаринату алюмінію на фоні фіолетового забарвлення алізарину. Фіолетове забарвлення фону зникає при висушуванні паперу, а забарвлення алюмінієвого лаку залишається. Чутливість реакції 0,5 мкг.

3. Дія нітрату кобальту. Ця реакція виконується сухим способом. Нітрат кобальту при прожарюванні з солями алюмінію утворює алюмінат кобальту синього кольору, який називають «тенарова синь»:

2 Al₂(SO₄)₃ + 2 Co(NO₃)₂ = 2 Co(AlO₂)₂ + 4 NO₂↑ + O₂↑ + 6 SO₃↑

Виконання: Для проведення реакції використовують розведені розчинисолей кобальту. Реакцію проводять у тіглі: вносять невелику кількість сухої солі алюмінію, додають 2 – 3 краплі розчину Co(NO₃)₂ і спостерігають утворення яскраво блакитних кристалів Co(AlO₂)₂. Реакцію можна також провести на платиновій дротині, прожарюючи сіль алюмінію, змочену розчином солі кобальту, або на фільтрувальному папері, після спалювання якого утворюється попіл синього кольору.

Катіони цинку Zn²⁺.

Катіони цинку Zn²⁺ (0,25 М розчин) утворюють з 2 М 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

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

1. Сульфід натрію Na₂S _{насичений}осаджує катіони цинку у вигляді білого осаду сульфіду цинку навіть із лужного середовища

Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂S = ZnS↓ + 4 NaOH.

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

Катіони стануму Sn²⁺

Sn²⁺ (0,5 М розчин) дає з 2 М розчином 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 _{насичений}осаджує катіони Sn²⁺ у вигляді шоколадно-коричневого осаду сульфіду стануму (ІІ)

SnСІ₂ + Na₂S = SnS↓ + 2 NaСІ

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

Катіони хрому(ІІІ).

0,25 М розчин солі Cr³⁺ дає з NaOH сіро-зелений (з фіолетовим відтінком) осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH з утворенням зеленого розчину. Але при додаванні 2 М 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 3% пероксид водню Н₂О₂:

2 Na[Cr(OH)₄] + 3 Н₂О₂ + 2 NaOH = 2 Na₂CrO₄ + 8 Н₂О,

Виконання: у ту пробірку, де у попередньому досліді з груповим реагентом 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. Для підтвердження утворення хромат-іону частину жовтого розчину відлити у чисту пробірку, додати СН₃СООН до слабо кислого середовища і кілька крапель 0,5 н. ВаСІ₂. Спостерігати утворення жовтого осаду хромату барію (див. реакції катіонів 2-ї групи):

Na₂CrO₄ + ВаСІ₂ = ВаCrO₄↓ + 2 NaСІ

Лабораторна робота № 7

Реакції катіонів шостої аналітичної групи Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Cd²⁺

Груповий реагентNН₄OH (2 М)осаджує катіони шостої аналітичної групи у вигляді основних солей, які з надлишком реагенту перетворюються у розчинні комплексні сполуки – аміакати:

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

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

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

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

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

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

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

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

Утворюються розчини різного кольору: з кадмієм (ІІ) – безбарвний, з кобальтом (ІІ) – брудно-жовтий, з купрумом (ІІ) і нікелем (ІІ) – сині.

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 краплях концентрований розчин NН₄OH, спостерігати утворення різного кольору розчинів комплексних аміакатів катіонів 6 групи. Пробірку з безбарвним розчином аміакату кадмію залишити для подальших дослідів (не мити!)

Катіони кобальту Со²⁺

1. Роданід амонію NH₄SCN _{насичений}(тіоціанат амонію) утворює з іонами кобальту комплексну сполуку синього кольору:

[Co(H₂O)₆]²⁺ + 4 SCN^– «[Co(SCN)₄]^2– + 6 H₂O

у водному розчині катіони кобальту оточені шістьма молекулами води і розчин має 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 потрібно брати великий надлишок роданіду і екстрагувати продукт реакції органічним розчинником (аміловим спиртом), у якому відсутня конкуренція між молекулами води і тіоцанат-іонами. Екстракція стабілізує продукт реакції і підвищує її чутливість.

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,5 н. 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 органічного шару.

Катіони нікелю Ni²⁺.

1. Диметилгліоксим H₂Dm (диметилдіоксим) у присутності аміаку утворює з 0,5 ню розчином солі Ni²⁺ сполуку червоного (темно-рожевого) кольору:

2 H₂Dm + Ni²⁺ + NH₄OH → Ni(HDm)₂↓ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O.

Катіон нікелю взаємодіє з двома молекулами диметилгліоксиму і витісняє з кожної по одному іону водню, які потрібно зв’язати аміаком (аміак додається під час приготування розчину диметилгліоксиму), оскільки сильнокисле середовище заважає реакції. Осад розчиняється у сильних кислотах і лугах. Реакції заважають іони Fe³⁺, Fe²⁺ і Sn²⁺. Іон Fe³⁺ у слабколужному (аміачному) 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 ферум (ІІІ).

Виконання: не капати, а тільки доторкнутися піпеткою з розчином, який може містити іони Ni²⁺ і зачекати, поки утвориться кругла пляма. За межами цієї плями до сухого паперу доторкнутися піпеткою з розчином диметилгліоксиму і зачекати, 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 периферії плями з’являється червоне (темно-рожеве) забарвлення. Якщо присутній також іон Fe²⁺, то забарвлення буде брудно-червоним. Тоді потрібно зачекати, 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 досліджуваному розчині спочатку потрібно відкрити катіони Cu²⁺, а якщо вони відсутні, шукати Ni²⁺.

Катіони купруму (ІІ) Cu²⁺

1. Гексаціаноферат(ІІ) калію K₄[Fe(CN)₆] (1 н.) утворює з катіонами

купруму червоно-коричневий осад:

2 Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4– = Cu₂[Fe(CN)₆]¯

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

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

Виконання: у чисту пробірку взяти 2 – 3 краплі 0,5 н. розчину солі купруму (ІІ), і додати 4 – 5 крапель 1 н. розчину K₄[Fe(CN)₆]. Спостерігати утворення червоно-коричневого осаду.Катіони Cо²⁺ і Ni²⁺ дають з реагентом зелений та світло–зелений осади, які не заважають відкриттю Cu²⁺.

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 0,25 М розчину CdSO₄ (або CdCl₂), додати насичений 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.

Лабораторна работа № 8