Ход анализа дробным методом
При исследовании смеси катионов четвертой, пятой и шестой аналитических групп целесообразно применять дробный ход анализа, так как каждый из них может быть обнаружен из отдельных проб в присутствии остальных катионов.
Катион Fe2+ можно открыт раствором К3[Fe(CN)6] в кислой среде или a-, a¢-дипиридилом. На полоску фильтровальной бумаги поместите 1-2 капли анализируемого раствора, 1-2 капли 0,1 н раствора хлороводородной кислоты и 1-2 капли a-, a¢-дипиридила. При наличии катиона Fe2+ бумага окрашивается в красный цвет
Катион Fe3+ можно обнаружить действием гексациано-(II) ферата калия K4[Fe(CN)6].
Катион Al3+ открывают реакцией с ализарином или при помощи алюминона.
a) На полоску фильтровальной бумаги поместите 1-2 капли раствора гексациано-(II) феррата калия, слегка подсушите в токе теплого воздуха (над горелкой) и добавьте 1-2 капли испытуемого раствора. Затем добавьте 1-2 капли 0,1% раствора ализарина и обработайте бумажку парами аммиака. Пятно на бумаге окрашивается в фиолетовый цвет, его смачивают каплей 1н раствора уксусной кислоты и высушивают. При наличии катиона алюминия появляется красное кольцо.
б) В пробирку возьмите 3-4 капли анализируемого раствора, добавьте 3-4 капли 2н раствора уксусной кислоты и 2-4 капли 0,1% раствора алюминона. Пробирку поместите в водяную баню, нагрейте, хорошо перемешайте и добавьте по каплям 2 н раствор аммиака, а затем внесите 2-3 капли раствора карбоната аммония. При наличии катиона алюминия раствор окрашивается в красный цвет или появляется осадок.
Катионы Cr3+ открывают окислением их до Н2CrO6. В пробирку поместите 3-4 капли исследуемого раствора, прилейте 5-7 капель 2 н раствора гидроксида калия и 3-4 капли 3% раствора пероксида водорода и нагрейте на водяной бане, пока зеленая окраска не перейдет в желтую.
Половину раствора перенесите в другую пробирку, охладите и добавьте 2 н раствор азотной кислоты до кислой реакции на лакмус, снова добавьте 2 капли пероксида водорода, 5 капель изоамилового спирта или эфира и взболтайте. Образование синего кольца на поверхности смеси говорит о наличии катиона Cr3+.
Катион Zn2+ открывают при помощи дитизона. В фарфоровую чашку налейте 2-3 капли испытуемого раствора, 1 мл смеси (0,5 мл 2 н раствора уксусной кислоты и 0,5 мл 2 н раствора ацетата натрия), 4-5 капель 1 н раствора тиосульфата натрия и прибавьте 1 мл раствора дитизона в хлороформе или четыреххлористом углероде, снова перемешайте. При наличии Zn2+ слой растворителя приобретает красную окраску.
Катион Mn2+определяют реакцией окисления до иона MnO4-.
Катион Mg2+ удобно открывать при помощи магнезона (I) или магнезона (II), а также микрокристаллоскопической реакцией гидрофосфата натрия Na2НРО4. При обнаружении катиона магния магнезоном поступают следующим образом: на предметное стекло нанесите 2-3 капли анализируемого раствора и 1 каплю реактива. При наличии катиона магния появляется осадок или посинение раствора. Если смесь окрашивается в желтый цвет, то следует добавить 2-3 капли 2 н раствора гидроксида натрия.
Определение Sb3+ и Sb5+ . К 2-3 каплям раствора прибавьте 10 капель воды, перемешайте и наблюдайте продукты реакции гидролиза. Образование осадка указывает на наличие ионов Sb3+ и Sb5+ .
Определение Sn2+, Sn4+ в присутствии сурьмы Sb3+ проводят, как описано в частной реакции на олово.
Определение катионов Bi3+. При присутствии в растворе ионов Sb3+, Hg2+ катион Bi3+ легко открывается свежеприготовленным раствором хлорида олова SnCl2 в щелочной среде. В присутствии ионов Sb3+, Hg2+ катион Bi3+ можно обнаружить так: в пробирку поместите 6 капель анализируемого раствора, добавьте 5-7 капель 2 н раствора серной кислоты, бросьте 2-3 кристаллика тиосульфата натрия, нагрейте на водяной бане 4-5 минут. Осадок обработайте 10 каплями разбавленной азотной кислоты и снова отфильтруйте. В фильтрате определите катион Bi3+ любой частной реакцией.
Катион Со2+ легко обнаружить капельным методом на фильтровальной бумаге концентрированным раствором роданида аммония.
КатионNi2+ можно обнаружить реакцией Чугаева.
Открытие катиона Cd2+.В пробирку налейте 2-3 капли испытуемого раствора, добавьте 3-4 капли 2н раствора серной кислоты, добавьте 1-2 кристаллика тиосульфата натрия Na2S2O3, подержите 5 минут на кипящей водяной бане и отфильтруйте. Затем на полоску фильтровальной бумаги нанесите 2-3 капли фильтрата и держите над склянкой с сероводородной водой. Появление желтого окрашивания говорит о наличии катиона Cd2+.
Катион Сu2+ открывают действием раствора аммиака.
Катион Hg2+ можно обнаружить реакцией с иодидом калия KI или хлоридом олова SnCl2 в присутствии анилина С6H5NH2.
Ход анализа систематическим методом.
Прежде чем приступить к анализу, необходимо обратить внимание на цвет раствора и на характер осадка, т.к. это дает возможность правильно решать вопросы о наличии того или иного катиона.
1. Предварительно из отдельных порций открывают катионы Fe2+, Fe3+, Sb3+.
2. Если анализируемый раствор содержит осадок, то раствор размешайте, возьмите 35-40 капель смеси в коническую пробирку, добавьте 8 капель 2 н раствора азотной кислоты, перемешайте стеклянной палочкой и нагрейте 4-5 минут на водяной бане. Если осадок не черного цвета, о его отфильтруйте, промойте на фильтре или в пробирке разбавленной азотной кислотой и затем внесите на фильтр несколько капель сероводородной воды. При наличии ионов Sb3+ осадок окрашивается в оранжево-красный цвет.
Если после нагревания осадок становится черным или темно-серым, то можно предположить, что присутствуют кроме Sb3+, восстановленные висмут и ртуть. Тогда осадок перенесите в фарфоровую чашку, растворите в 4-6 каплях концентрированной азотной кислоты, разбавьте 5-7 каплями дистиллированной воды и откройте ионы Sb3+, Sb5+, Hg2+, Bi3+.
3. В том случае, когда осадок растворяется полностью в разбавленной азотной кислоте, присутствует к отделению четвертой группы катионов без предварительных испытаний.
К раствору, содержащему смесь катионов четвертой, пятой и шестой групп, добавьте по каплям раствор гидроксида натрия до щелочной реакции (рН=9-10), 5-6 капель пероксида водорода. Затем прилейте еще небольшой избыток раствора гидроксида натрия (рН=10-12), нагрейте на водяной бане 2-3 минуты и фильтруйте. Пи этом в осадке (I) остаются катионы пятой и шестой групп в виде гидроксидов, а катионы четвертой группы переходят в раствор (фильтрат I).
4. Для разделения катионов пятой и шестой групп осадок (I), оставшийся после отделения катионов четвертой группы, растворяют в азотной кислоте. Затем нагревают, добавляют в избытке 25% раствор аммиака и несколько кристаллов нитрата аммония, перемешивают стеклянной палочкой, снова нагревают на водяной бане и фильтруют. В осадке(II) остаются гидроксиды катионов пятой группы. С этим осадком поступают, как указано в частной реакции на пятую группу.
5. Фильтрат, содержащий катионы четвертой группы, нейтрализуют хлороводородной кислотой (рН=3-4) и анализируют, по частной реакции на четвертую группу.
6. Фильтрат (II), содержащий смесь катионов шестой группы в виде аммиакатов и катион магния, делят на две части. В отдельной пробе открывают катион магния. Остальной раствор нейтрализуют хлороводородной кислотой до рН=3-4 и определяют катионы шестой группы.
Схема хода анализа катионов четвертой, пятой и шестой еаналитических групп
| 1. Открывают из отдельных проб Fe2+, Fe3+, Sb3+. | |
| 2. К смеси катионов четвертой-шестой групп добавляют NaOH до щелочной реакции (рН 10-12), раствор Н2О2 и фильтруют. | |
| 3.Оадок (I) гидроксидов катионов пятой и шестой групп растворяют в HNO3 при нагревании, добавляют раствор NH4OH и NH4Cl, перемешивают и фильтруют. | 4. Фильтрат (I) CrO42-, AsO43-,ZnO22-, AlO2-, SnO32-  нейтрализуют HCl (рН = 5-6).
|
| 5. Осадок (II) гидроксидов катионов пятой группы. С этим осадком поступают, как указано в анализе пятой группы. | 6. Фильтрат(II): смесь катионов шестой группы в виде аммиакатов и Mg2+. Магний открывают отдельной пробой. Остальной раствор нейтрализуют HCl до рН = 3-4, определяют катионы шестой группы. |
Классификация анионов
| № группы | Анионы, входящие в группы | Групповой реагент | Характеристика группы |
| I | SO42-, SO32-, СО32-, РО43-, SiO32- и др. | BaCl2 в нейтральном или слабощелочном растворе | Бариевые соли труднорастворимы в воде |
| II | Cl-, Br-, I-, S2- и др. | AgNO3 в присутствии HNO3 | Соли серебра труднорастворимы в воде и разбавленной HNO3 |
| III | NO3-, NO2-, CH3COO- и др. | нет | Соли бария и серебра растворимы в воде |
Лабораторная работа №10
ТЕМА: Реакции и ход анализа анионов первой группы
К первой аналитической группе анионов относятся сульфат-ион SO42-, сульфит-ион SO32-, карбонат-ион СО32-, фосфат-ион РО43-, силикат-ион SiO32-.
Эти анионы образуют с катионом Ва2+ соли, малорастворимые в воде, но, за исключением сульфата бария, хорошо растворимые в разбавленных минеральных кислотах. Поэтому выделить анионы этой группы в виде осадка групповым реагентом – хлоридом бария ВаCl2 можно только в нейтральной или слабощелочной среде. Анионы первой группы образуют с катионами серебра соли, растворимые в разбавленной азотной кислоте, а сульфат серебра Ag2SO4 растворим даже в воде.
Частные реакции сульфат-аниона SO42-
1. Хлорид бария образует с анионом SO42- белый осадок BaSO4:
BaCl2 + H2SO4 ® BaSO4¯ +2HCl
Ba2+ + SO42- ® BaSO4
2. Нитрат серебра AgNO3 при взаимодействии с анионом SO42- в концентрированных растворах образует белый осадок сульфата серебра Ag2SO4, растворимый в азотной кислоте:
Na2SO4 + 2AgNO3 → Ag2SO4↓ + 2NaNO3
SO42-+ 2Ag+ → Ag2SO4
Опыт. Налейте в две пробирки по 3-4 капли раствора сульфата натрия Na2SO4 и добавьте в первую 2-3 капли раствора хлорида бария, а во вторую – 3-4 капли раствора нитрата серебра. Обратите внимание на характер осадков и проверьте их растворимость.
Условия проведения опыта.
1. Реакцию образования BaSO4 можно проверить как в нейтральных, так и в кислых средах (рН£ 7).
2. Осадок Ag2SO4 будет выпадать только из концентрированных растворов (растворимость Ag2SO4 =2,6×10-2 моль/л).
Частные реакции сульфит-аниона SO32-
1. Иодная или бромная вода при взаимодействии с растворами сульфитов обесцвечивается:
SO32- + I2 + H2O® SO42- + 2I- + 2H+
Опыт.Налейте в пробирку 4-5 капель раствора сульфита натрия, добавьте 5 капель раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора йода. Раствор йода обесцвечивается.
Условия проведения опыта.
1. Реакцию можно проводить как в нейтральных, так и в кислых средах. Она протекает полнее при рН < 7.
2. Ионы-восстановители и ионы-окислители мешают проведению реакции.
2. Хлорид бария BaCl2 образует с анионом SO32- белый осадок сульфита бария BaSO3, растворимый в кислотах.
BaCl2 + Na2SO3 ® BaSO3¯ + 2NaCl
Ba+2 + SO32- ® BaSO3¯
3. Нитрат серебра AgNO3, растворимый в азотной кислоте:
2AgNO3 + Na2SO3 ® Ag2SO3¯ + 2NaNO3
2Ag+ + SO32- ® Ag2SO3¯
4. Кислоты разлагают все сульфиты с выделением оксида серы:
ВаSO3 + 2HCl ® BaCl2 +H2O + SO2
Для обнаружения оксида серы (IV) используется его способность обесцвечивать растворы йода, перманганата калия:
SO2 + I2 + 2H2O ® 4H+ + SO42- + 2I-
5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O ® 2KHSO4 + 2MnSO4 + H2SO4
Опыт. В пробирку налейте несколько капель раствора сульфита натрия Na2SO3 и 2-3 капли соляной кислоты. В ушко нихромовой проволоки поместите каплю разбавленного раствора йода, окрашенного крахмалом в синий цвет, пробирку закройте пробкой, которая имеет прорез, и нагрейте содержимое. При этом капля через некоторое время обесцвечивается. Открытию аниона SO32- таким способом мешает анион S2-, так как при действии кислот на сульфиды выделяется сероводород H2S, который тоже обесцвечивает растворы йода и перманганата калия.
Условия проведения опыта.
1. Раствор сульфита натрия должен быть достаточно концентрированным (10-15%) и свежеприготовленным
2. Обнаружению сульфит-иона мешает наличие восстановителей.
4. Сульфит-ион можно восстановить до сероводорода.
Опыт.К раствору сульфита натрия прибавьте избыток 2н раствора сероводородной кислоты и кусочек металлического цинка. При этом выделяется сероводород, который узнается по запаху, по почернению бумаги, смоченной раствором ацетата свинца:
Na2SO3 + 2HCl ® 2NaCl + H2O + SO2
3Zn + 6HCl + SO2 ® 3ZnCl2 + 2H2O + H2S
H2S + Pb(CH3COO)2 ® PbS¯ + 2CH3COOH
Условия проведения опыта
1. Реакция протекает при рН= 4.
2. Испытуемый раствор не должен содержать других восстановителей.
3. Для проведения опыта может быть использован только химически чистый цинк.
5. Обесцвечивание красителя. Сульфиты обладают способностью обесцвечивать некоторые красители, что может быть использовано для обнаружения аниона SO32-.
Опыт.Поместите каплю фуксина в углубление капельной пластинки и туда же прибавьте каплю нейтрального исследуемого раствора. В присутствии аниона SO32- происходит обесцвечивание раствора.
Условия проведения опыта.
1. Реакцию проводят при рН= 7-8.
2. Кислые растворы предварительно нейтрализуют гидрокарбонатом натрия NaHCO3.
3. Анион мешает обнаружению SO32-, так как тоже обесцвечивает указанный краситель.
Частные реакции карбонат-аниона СО32-
1. Хлорид бария ВаСl2 осаждает анион СО32-, образуется белый осадок карбоната бария, растворимый в кислотах кроме серной кислоты:
BaCl2 + Na2CO3 ® 2NaCl + BaCO3¯
Ba+2 + CO32- ® BaCO3¯
2. Нитрат серебра образует с анионом CO32- белый осадок, растворимый в кислотах (кроме HCl).
3. Кислоты разлагают соли угольной кислоты с выделением оксида углерода (IV):
Na2CO3 + 2HCl® 2NaCl + H2CO3
H2CO3 ® H2O + CO2
Оксид углерода можно обнаружить известковой водой (насыщенный раствор Са(ОН)2):
Са(ОН)2) + СО2 ® СаСО3¯ + Н2О
Опыт.В пробирку поместите 5-8 капель исследуемого раствора и прилейте такой же объем 2н хлороводородной кислоты. Не плотно вставьте пипетку с 2-3 каплями известковой воды. Следует иметь в виду, что помутнение скоро может исчезнуть вследствие образования кислой соли:
СаСО3 + СО2 + Н2О ® Са(НСО3)2
Условия проведения опыта.
1. Реакцию следует проводить при рН< 7
2. Известковая вода должна быть свежеприготовленной и прозрачной.
3. Анионы SО32- мешают проведению данной реакции.
Обнаружение аниона СО32- в присутствии аниона SО32- . Анионы SO32- мешают обнаружению анионов СО32-, так как выделяющийся оксид серы (IV) может дать с известковой водой белый осадок сульфита кальция. Поэтому, обнаружив анион SO32-, необходимо его окислить в анион SO42-. Для этого перед обнаружением аниона СО32- нужно добавить 4-6 капель пероксида водорода и далее открывать анион СО32-.
Частные реакции фосфат-аниона РО43-
1. Хлорид бария образует с анионом РО43- белый осадок гидрофосфата бария ВаНРО4, растворимый в кислотах (кроме H2SO4):
ВаCl2 + Na2HPO4 ® BaHPO4¯ + 2NaCl
Ва2+ + HPO42- ® BaHPO4¯
2. Нитрат серебра с анионом РО43- дает желтый осадок фосфата серебра Ag3PO4, растворимый в азотной кислоте:
3AgNO3 + Na2HPO4 ® Ag3PO4¯ + HNO3 + 2NaNO3
3Ag+ + PO43- ® Ag3PO4¯
3. Магнезиальная смесь (смесь MgCl2, NH4OH, NH4Cl) с анионами РО43- образует белый кристаллический осадок:
Na2HPO4 + NH4OH + MgCl2 ® MgNH4PO4¯ + 2NaCl + H2O
HPO42- + NH4OH + Mg2+ ® MgNH4PO4¯ + H2O
Опыт.К 5-6 каплям хлорида магния прибавьте несколько капель раствора аммиака, образовавшийся осадок гидроксида магния растворите, добавляя хлорид аммония, а затем прибавьте несколько капель раствора гидрофосфата натрия. Образовавшийся белый осадок магний-аммоний фосфата MgNH4PO4 укажет на присутствие анионов РО43-.
Условия проведения опыта.
Избегать избытка хлорида аммония, который может вызвать образование комплексных ионов.
4. Молибденовая жидкость (раствор молибдата аммония (NH4)2MoO4 в азотной кислоте образует с анионом РО43- желтый кристаллический осадок 12-молибдофосфата аммония:
РО43- + 3NH4+ + 12 MoO42- + 24H+ ® (NH4)3[P(Mo3O10)]¯ + 12H2O
Опыт. Поместите в пробирку 8 капель раствора молибдата аммония (NH4)2MoO4) и 8 капель концентрированной азотной кислоты. К смеси прибавьте 2-3 капли раствора фосфата натрия, перемешайте стеклянной палочкой и слегка нагрейте до 40-50°С на водяной бане. Обратите внимание на характер и цвет осадка. Анионы SO32-, S2- и др. восстанавливают шестивалентный молибден МоО42- до молибденовой сини (смесь соединений молибдена различных степеней окисления). Поэтому раствор окрашивается в синий цвет. Для удаления восстановителей необходимо прокипятить 2-3 капли раствора с 1-2 каплями концентрированной азотной кислоты, после чего провести реакцию открытия анионов РО42-.
Условия провелдения опыта.
1. Реакцию проводят при рН£ 1.
2. Умеренное нагревание способствует образованию осадка.
3. Анионы-восстановители и НCl мешают проведению реакции.
Частные реакции силикат-аниона SiО32-
1. Хлорид бария образует с анионами SiO32- белый осадок силиката бария:
BaCl2 + Na2SiO3 ® BaSiO3 + 2NaCl
Ba2+ + SiO32- ® BaSiO3¯
2. Pазбавленные кислоты образует с концентрированными растворами силикатов белый студенистый осадок (гель) кремневой кислоты:
2HCl + Na2SiO3 ® H2SiO3 + 2NaCl
2H+ + SiO32- ® H2SiO3
Если осадок не образуется, то раствор необходимо нагреть.
3. Соли аммония при действии на анион SiO32- выделяют из растворов силикатов кремневую кислоту. Гидролиз усиливается в результате связывания образующихся ионов ОН- ионами NH4+. Если осадок на холоде не появляется, то раствор нагрейте:
SiO32- + 2H2O « H2SiO3 + 2OH-
2OH- + 2NH4+« 2NH4OH
SiO32- + 2H2O + 2NH4+ « H2SiO3¯ + 2NH4OH
Опыт. Налейте в пробирку 4-5 капель силиката натрия и добавьте 4-5 капель дистиллированной воды, бросьте 2-3 кристаллика хлорида аммония и нагрейте. При этом образуется стулденистый осадок кремневой кислоты.
Условия проведения опыта.
1. Реакция протекает при избытке хлорида аммония NH4Cl.
2. Нагревание способствует процессу гидролиза и ускоряет выделение осадка.
Контрольная задача
ТЕМА:Анализ смеси катионов первой группы
Ход анализа.
Вначале исследуют раствор на присутствие анионов первой группы действием группового реагента (хлорида бария). Для чего в пробирку к 3-5 каплям нейтрального или слабощелочного раствора прибавляют 5-7 капель 0,5н раствора хлорида бария. Образование осадка указывает на присутствие анионов первой группы.
Обнаружение сульфат-ионов. К 4-5 каплям анализируемого раствора прибавьте 6-8 капель 2н раствора азотной кислоты и 3-4 капли 2н раствора хлорида бария. Образование осадка говорит о присутствии сульфат-ионов.
Обнаружение сульфит-иона. В склянку прибора прилейте 4-5 капель анализируемого раствора, прибавьте 2-3 капли раствора хлороводородной кислоты. В ушко нихромовой проволоки поместите каплю разбавленного раствора йода (подкрашенного крахмалом в синий цвет). Склянку закройте пробкой, имеющей небольшую прорезь, и слегка нагрейте. При наличии сульфит-иона синяя капля через некоторое время обесцвечивается.
Обнаружение карбонат-иона. Если в анализируемом растворе обнаружен сульфит-ион, то его необходимо окислить в сульфат-ион, прибавив к раствору 4-5 капель пероксида водорода (8-10%) и осторожно нагреть на водяной бане. После этого приступайте к обнаружению карбонат-иона, для чего в пробирку прибавьте 6-8 капель 2н раствора хлороводородной кислоты и выделяющийся газ СО2 пропустите через известковую воду. Помутнение последней в пипетке прибора укажет на присутствие карбонат-иона.
Обнаружение силикат-иона. Возьмите пробирку и налейте 6-8 капель анализируемого раствора, бросьте в нее несколько кристалликов хлорида аммония и слегка нагрейте. Образование студенистого осадка поликремниевых кислот говорит о наличии силикат-аниона.
Обнаружение фосфат-иона. Поместите в пробирку 7-8 капель раствора молибдата аммония и 6-7 капель 6н раствора азотной кислоты. К полученной смеси прилейте 5-6 капель анализируемого раствора и слегка нагрейте. В присутствии фосфат-иона появляется осадок молибдофосфата аммония.
Лабораторная работа №11
ТЕМА: Реакции и ход анализа анионов второй и третьей групп
Ко второй аналитической группе анионов относятся хлорид- ион Cl-, бромид-ион Br-, иодид-ион I- и сульфид-ион S2-.
Эти анионы образуют с катионом Ag+ соли, нерастворимые в воде и разбавленной азотной кислоте. Групповым реагентом на анионы второй группы является нитрат серебра AgNO3 в присутствии азотной кислоты. Хлорид бария BaСl2 с анионами второй группы осадков не образует.