Систематичний хід аналізу суміші катіонів п’ятої групи

Відокремлення PbCl₂. До осаду 1 додають 0,5-1,0 мл дистильо­ваної води, нагрівають на киплячій водяній бані, помішуючи скля­ною паличкою. Гарячий осад центрифугують. Хлорид плюмбуму переходить у розчин, який збирають в іншу пробірку.

Осад 2 Розчин 2

AgCl, Hg₂Cl₂. Pb²⁺, Cl^-.

Виявлення іонів Pb²⁺. Якщо кількість іонів плюмбуму достатня, то після охолодження у розчині 2 утворюються кристали PbCl₂. Якщо кристали не випали, то іони Pb²⁺ виявляють характерними реакціями.

Відокремлення AgCl. До осаду 2 додають 5-6 крапель 6 М роз­чину NH₃. За наявності Hg(I) утворюється чорний осад 3.

Осад 3 Розчин 3

NH₂HgCl + Hg. [Ag(NH₃)₂]⁺, Cl^–.

Виявлення іонів Ag⁺. До розчину 3 додають HNO₃ до утворення кислої реакції. Якщо є іони Ag⁺, випадає білий осад AgCl.

Якщо осад 3 почорнів, то у досліджуваному розчині є іони . Для перевірки цього до осаду 3 додають “царську горілку”, вида­ляють надлишок кислоти випаровуванням і виявляють іони ха­рактерними реакціями.

 

3.1.2.3. Частину розчину 1 відокремлюють і проводять у ній виявлення іонів першої аналітичної групи.

Насамперед реакціями з NaOH або реактивом Неслера виявляють іони NH₄⁺. Якщо немає NH₄⁺-іонів, то у двох окремих порціях виявляють іони К⁺ та Na⁺ характерними реакціями. Якщо присутні NH₄⁺-іони, то у порцеляновий тигель наливають 10 крапель досліджуваного розчину і випаровують його, а потім залишок прожарюють до повного видалення солей амонію. Сухий залишок розчиняють у декількох краплях дистильованої во­ди і в окремих порціях одержаного розчину виявляють іони К⁺ та Na⁺.

3.1.2.4. Хід аналізу суміші катіонів першої та другої аналітичних груп. Якщо в попередніх пробах виявлені іони Fe²⁺, то до 10-15 крапель досліджуваного розчину додають 2-3 краплі концентрованої HNO₃ і су­міш нагрівають. При цьому іони Fe²⁺ окиснюються до Fe³⁺:

3Fe²⁺ + 4H₃О⁺ + NO₃^- = 3Fe³⁺ + NO­ + 6H₂O.

Якщо у досліджуваному розчині іони Fe²⁺ не виявлені, то цю опе­рацію не виконують.

Розчин 1

K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺,

Mn²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺, аніони.

Осадження катіонів другої аналітичної групи. Якщо у попе­редніх дослідах іони Fe³⁺ не виявлені, а виявлені іони Cr³⁺, то для їх ліпшого осадження додають 3-5 крапель розчину FeCl₃. Після цього до досліджуваного розчину, помішуючи, додають краплями кон­центрований розчин аміаку (до рН ~9–10 або до появи каламуті, яка не зникає у процесі помішування розчину) і подвійний об’єм 1 М розчину (NH₄)₂HPO₄. Всі катіони другої аналітичної групи пере­ходять в осад 1, який центрифугують і перевіряють повноту осад­ження. Для цього до прозорого розчину додають декілька крапель групового реагенту. Якщо розчин помутнів, то додають ще до 5 крапель групового реагенту. Осад з розчином добре перемішують і зно­ву центрифугують.

Осад 1 Розчин 2

Ba₃(PO₄)₂, Ca₃(PO₄)₂, [Hg(NH₃)₄]²⁺, [Cu(NH₃)₄]²⁺

MnNH₄PO₄, MgNH₄PO₄, [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Co(NH₃)₄]²⁺,

FePO₄, AlPO₄, CrPO₄. [Zn(NH₃)₄]²⁺, [Co(NH₃)₄]²⁺,

[Cd(NH₃)₄]²⁺ , [Ni(NH₃)₄]²⁺,

K⁺, Na⁺, NH₄⁺,аніони.

Розчин 2 поміщають у чисту пробірку та аналізують за схемою для катіонів третьої аналітичної групи (див. п. 3.2.1.5). Осад 1 промивають 1-2 рази водою і промивні води виливають.

Розділення фосфатів другої аналітичної групи. До осаду 1 до­дають 2 М розчин ацетатної кислоти і нагрівають. Фосфати триза­рядних катіонів і частково Ba₃(PO₄)₂, MnNH₄PO₄ (останній у випадку недостатнього нагрівання) залишаються в осаді; інші катіони пере­ходять у розчин 3.

Осад 2 Розчин 3

FePO₄, AlPO₄, CrPO₄, Ba²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, H₂PO₄^-,

Ba₃(PO₄)₂, MnNH₄PO₄. аніони.

Осад 2 розчиняють у 5-7 краплях 2 М HNO₃; при цьому всі фос­фати перейдуть у розчин 4.

Розчин 4

Ba²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺.

Аналіз розчину 4. Відокремлення та виявлення іонів Ba²⁺. До 1-2 крапель розчину додають H₂SO₄. Якщо є іони Ba²⁺, то утворюється білий, нерозчинний у кислотах (HCl, HNO₃) осад 3. Тоді до розчину 4 додають 5-6 крапель 1 М H₂SO₄. Осад відокремлюють від розчину центрифугуванням і не аналізують.

Осад 3 Розчин 5

BaSO₄ Mn²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺, SO₄^2-,

(не аналізують). аніони.

Відокремлення Al³⁺ і Cr³⁺ від Mn²⁺ та Fe³⁺. До розчину 5 до­дають 3-5 крапель H₂O₂ і краплями 2 М розчин NaOH до утворення сильнолужного середовища. При цьому в розчині 6 залишаються

тетрагідроксоалюмінат- і хромат іони ([Al(OH)₄]^-, CrO₄^2-), тоді як фе­рум (ІІІ) та манган (IV) осаджуються у вигляді Fe(OH)₃ та MnO(OH)₂.

Осад 4 Розчин 6

Fe(OH)₃, MnO(OH)₂ [Al(OH)₄]^-, CrO₄^2-, Na⁺, аніони.

(не аналізують)

Якщо розчин 6 забарвлений у жовтий колір, то це свідчить про наявність іонів CrO₄^2-. В окремій порції цього розчину слід провести реакцію утворення пероксихроматної кислоти і переконатися в наяв­ності Хрому.

До другої частини розчину 6 додають краплями H₂SO₄ до рН 2-3 і виявляють іони Al³⁺ крапельним способом реакцією з алізарином.

Аналіз розчину 3 (Ba²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺). В окремій порції роз­чину 3 виявляють іони Ba²⁺ за допомогою розчину K₂Cr₂O₇. Якщо є іони Ba²⁺, то їх відокремлюють від інших катіонів.

Відокремлення іонів Ba²⁺. Натрій ацетатом доводять кислот­ність розчину 3 до рН 4-5, додають K₂Cr₂O₇ до забарвлення рідини над осадом в оранжевий колір (надлишок Cr₂O₇^2-). Розчин добре пе­ремішують, підігрівають упродовж 1-2 хв; осад BaCrO₄ відокрем­люють центрифугуванням і не аналізують.

Осад 5 Розчин 7

BaCrO₄. Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Cr₂O₇^2-, аніони.

Відокремлення Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺ від Cr₂O₇^2-. До розчину 7 до­дають твердий Na₂CO₃ до лужної реакції (рН<10) і нагрівають на во­дяній бані упродовж 2-3 хв; осад 6 карбонатів і фосфатів відокрем­люють центрифугуванням і промивають.

Осад 6 Розчин 8

Фосфати і карбонати CrO₄^2- , Na⁺

Mg²⁺, Mn²⁺ і Ca²⁺. (не аналізують).

Осад 6 розчиняють у 2 М ацетатній кислоті.

Розчин 9

Mg²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, аніони.

Виявлення іонів Mg²⁺. Іони Mn²⁺ заважають виявленню іонів Mg²⁺ з магнезоном І, тому їх відокремлюють від Mg²⁺ та Ca²⁺ дією (NH₄)₂S₂O₈. Для цього до 3-4 крапель розчину 9 додають надлишок (NH₄)₂S₂O₈ і дві краплі 2 М розчину H₂SO₄. Розчин кип’ятять упро­довж 5-7 хвилин. Осад 7 відокремлюють і не аналізують, а в розчині 10 виявляють іони Mg²⁺ за допомогою магнезону І.

Осад 7 Розчин 10

MnO(OH)₂, CaSO₄ Mg²⁺ (Ca²⁺), SO₄^2-, аніони.

(не аналізують).

Відокремлення Ca²⁺ від Mg²⁺. До решти розчину 9 додають стільки ж розчину амоній оксалату. Утворений осад відокремлюють центрифугуванням.

Осад 8 Розчин 11

CaC₂O₄. [Mg(C₂O₄)₂]^2-, [Mn(C₂O₄)₂]^2-,

(не аналізують). NH₄⁺, аніони.

Випадання осаду свідчить про наявність іонів Ca²⁺, які ще мож­на виявити мікрокристалоскопічною реакцією (утворення кристалів гіпсу), розчинивши осад 8 у 2 М HCl.

3.1.2.5. Руйнування аміачних комплексів катіонів третьої групи. Роз­чин 2 (див. п. 3.2.1.4). підкислюють 1 М розчином H₂SO₄ до рН £ 2.

Розчин 3

Cu²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺,

K⁺, Na⁺, NH₄⁺, аніони.

Відокремлення катіонів третьої групи від катіонів першої. Відокремлення катіонів першої групи спричинене введенням у роз­чин катіонів Na⁺ або K⁺. Тому досліджуваний розчин розділяють на дві частини: в першу частину вводять реагент, що містить іони Na⁺ (Na₂CO₃), і визначають іони K⁺; в другу – реагент, що містить іони K⁺ (K₂CO₃), і визначають іони Na⁺.

Розчин 3 розділяють на дві частини. До однієї додають надли­шок 1 М розчину Na₂CO₃ (рН»8-9), нагріваючи його до повного видалення NH₃ (проба з реактивом Неслера чи з фенолфталеїновим папірцем, змоченим водою).

Осад 1 Розчин 1

(CuOH)₂CO₃, (ZnOH)₂CO₃, K⁺, Na⁺, аніони.

(HgOH)₂CO₃, (CoOH)₂CO₃,

(NiOH)₂CO₃, (CdOH)₂CO₃.

Аналогічно додають до іншої порції розчину 3 при нагріванні 1 М розчин K₂CO₃ до повного видалення NH₃.

Осад 2 Розчин 2

(CuOH)₂CO₃, (ZnOH)₂CO₃, K⁺, Na⁺, аніони.

(CoOH)₂CO₃, (NiOH)₂CO₃,

(CdOH)₂CO₃, (HgOH)₂CO₃.

Виявлення катіонів K⁺ і Na⁺. Розчин 5 підкислюють 2 М CH₃COOH до рН»5-7 і виявляють у ньому іони K⁺ характерними реакціями. Розчин 6 підкислюють, як і розчин 7, та виявляють іони Na⁺.

Осади 1 і 2 розчиняють в 1 М H₂SO₄ при слабкому нагріванні. Одержані розчини об’єднують.

Розчин 3а

Cu²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺,Hg²⁺.

Розчин 3а аналізують за такою схемою.

3.1.2.6. Систематичний хід аналізу суміші катіонів третьої аналітичної групи. ( Тут окрема нумерація осадів та розчинів).

Відокремлення іонів Cu²⁺ і Hg²⁺. У центрифужну пробірку відбирають 15-20 крапель розчину 3а суміші катіонів третьої аналітичної групи, підкислюють 1 М розчином H₂SO₄ до рН 2, до­дають 2-3 мл 1 М розчину Na₂S₂O₃, перемішують і нагрівають до кипіння.

Осад 1 Розчин 1

HgS, Cu₂S, S. Іони Zn²⁺, Сo²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺,

продукти розкладу та окис-

нення тіосульфату, аніони.

Осад 1 відокремлюють від розчину, промивають гарячою дис­тильованою водою, переносять у тигель. У витяжній шафі в тигель додають 3 М розчин HNO₃ і нагрівають. У розчин 2 переходять іони Cu²⁺, а в осаді 2 залишається меркурію сульфід.

Осад 2 Розчин 2

HgS, S. Cu²⁺, NO₃^-.

Розчин 2 відокремлюють від осаду і виявляють іони Cu²⁺ реак­цією з водним розчином NH₃ або з K₄[Fe(CN)₆].

Осад 2 промивають гарячою водою, додають 2 М розчин HCl та декілька крапель 3% розчину H₂O₂. Меркурій сульфід розчиняється з утворенням Hg[HgCl₄]. Розчин продовжують нагрівати до повного розкладу надлишку H₂O₂, охолоджують і перевіряють наявність Hg²⁺ дією SnCl₂ або металічної міді.

Відокремлення Zn²⁺ від Ni²⁺, Co²⁺ i Cd²⁺. Розчин 1 нагрівають у порцеляновій чашці до повного видалення сірководню (контро­люють фільтрувальним папірцем, змоченим розчином ацетату свин­цю). До розчину додають надлишок лугу. В осад переходять гідрок­сиди нікелю, кобальту і кадмію, в розчині залишаються іони цинку.

Осад 3 Розчин 3

Ni(OH)₂, Co(OH)₂, Cd(OH)₂ ZnO₂^2–.

Центрифугуванням відокремлюють розчин від осаду.

У розчині 3 виявляють іони цинку, підкисливши його (3-5 крапель) ацетатною кислотою і додавши розчину (NH₄)₂[Hg(SCN)₄]. Утворення білого кристалічного осаду свідчить про присутність Zn²⁺.

Осад 3 промивають дистильованою водою і розчиняють у хлоридній кислоті. Одержаний розчин хлоридів Ni²⁺, Co²⁺ i Cd²⁺ розділяють на три частини і дробним шляхом виявляють катіони характерними реакціями.

Виявлення аніонів

Наявність або відсутність деяких аніонів встановлюють, якщо відомо, які катіони є в досліджуваній речовині. Наприклад, коли попередньо виявлені катіони, що утворюють з іонами CO₃^2-, PO₄^3- важкорозчинні осади, а досліджувана речовина розчинна у воді, то цих аніонів немає. Якщо в зразку наявний іон Ba²⁺, а речовина розчинна у воді або розведених кислотах, то іона SO₄^2- немає. Якщо в розчиненій у воді і в розведених кислотах речовині виявлено іони Ag⁺, то немає аніонів другої групи. Після попередніх висновків щодо відсутності у досліджуваному розчині окремих аніонів визначають інші в такий спосіб.

Спочатку видаляють з розчину катіони важких металів (катіони другої, третьої груп), які заважають виявленню аніонів. Видалення цих катіонів досягають кип’ятінням досліджуваної речовини з роз­чином Na₂CO₃. При цьому аніони, що належать до складу досліджу­ваної речовини, переходять у розчин у вигляді відповідних солей натрію; катіони важких металів залишаються в осаді у вигляді серед­ніх або основних карбонатів, а деякі з них у вигляді гідроксидів, наприклад:

Ba(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃¯ + 2NaNO₃;

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = (CuOH)₂CO₃¯ + 2Na₂SO₄ + CO₂­;

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 6NaCl + 3CO₂­.

Одержаний розчин називають содовою витяжкою. Його вико­ристовують для виявлення аніонів після доведення рН до 7 додаван­ням ацетатної кислоти.

Суху речовину (~0,1 г) змішують у тиглі з 0,4 г безводного Na₂CO₃, додають 50-60 краплин дистильованої води, нагрівають до кипіння, перемішуючи скляною паличкою, і повільно кип’ятять 5 хв, додаючи краплями воду в міру випаровування рідини. Потім суміш переносять у центрифужну пробірку і центрифугують. Розчин відо­кремлюють від осаду, додають ацетатну кислоту (до рН ~ 7) і вико­ристовують для аналізу.

Заздалегідь в окремій частині досліджуваної речовини дією кислот виявляють CO₃^2- (див. 3.1.2). Якщо в результаті аналізу катіо­нів виявлено, що досліджувана речовина містить лише катіони пер­шої групи, то готувати содову витяжку немає потреби. У цьому ви­падку розчиняють 0,1 г речовини в 2-3 мл дистильованої води й одержаний розчин використовують для аналізу аніонів (див. 3.4).