Практическое задание: Анализ смеси катионов I-VI аналитических групп

Номер аналитической группы

Групповой реагент

Катионы

I

HCl

Ag⁺ , [Hg₂]²⁺, Pb²⁺ и другие катионы, хлориды которых малорастворимы в воде

II

H₂SO₄

Ca²⁺ Sr²⁺ Ba²⁺ и другие катионы, сульфаты которых малорастворимы в воде

Номер аналитической группы

Групповой реагент

Катионы

III

NaOH

Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, As (III), As (V) и другие катионы, гидроксиды которых растворимы в щелочах

IV

NaOH

Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Bi³⁺ и другие катионы, гидроксиды которых растворимы в аммиаке

V

NH₄OH

Cu²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ и другие катионы, гидроксиды которых нерастворимы в щелочах

VI

Отсутствует

K⁺, Na⁺, NH⁺₄ и другие катионы, соли которых хорошо растворимы в воде

Катион

Химическая реакция

Аналитический эффект

NHК нескольким каплям раствора соли (к нескольким кристалликам сухой соли) прибавляют 0.5 мл 2Н раствора NaOH, смесь нагревают (1).Выделение газа с характерным запахом

NHК нескольким каплям полученного раствора (1) добавляют 3-5 капель реактива НесслераРаствор окрашивается в желто-бурый цвет

[Hg₂]²⁺

Восстановление на медной пластине

Поверхность становится зеркальной

К⁺

Реакция окрашивания пламени

Фиолетовая окраска

 Na⁺

Реакция окрашивания пламени

Желтая окраска

Са²⁺

Реакция окрашивания пламени

Кирпично-красная окраска

Sr²⁺

Реакция окрашивания пламени

Карминово-красная окраска

Bа²⁺

Реакция окрашивания пламени

Желто-зеленая окраска

Систематическим называют полный анализ исследуемого объекта, осуществляемый путем разделения исходной пробы на несколько групп в определенной последовательности на основе сходства и различий их аналитических свойств. Методика проведения анализа:

1. Осмотр образца

При осмотре образца (твердый) обратите внимание на окраску образца и его составляющих. Отсутствие окраски свидетельствует об отсутствии ионов [Hg₂]²⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

. Предварительный анализ

Наличие в образце Sn²⁺ обнаруживают в отдельной порции образца реакцией с висмутатом натрия - появление черного осадка указывает на наличие двухвалентного олова.

Наличие в образце Bi³⁺ обнаруживают в отдельной порции образца реакцией с станитом натрия - появление черного осадка указывает на наличие катионов висмута (Bi³⁺).

Обнаружение ионов NH₄⁺ в отдельной порции образца реакцией с NaOH при нагревании по выделению газообразного аммиака.

Открытие катионов Fe²⁺ проводят с помощью качественной реакции с гексацианоферратом калия (K₃[Fe(CN)₆] - образование осадка «турнбулевой сини» свидетельствует о присутствии Fe²⁺

Открытие катионов Fe³⁺ проводят с помощью качественной реакции с гексацианоферритом калия (K₄[Fe(CN)₆] - образование осадка «берлинской лазури» свидетельствует о присутствии Fe³⁺.

Открытие Cr³⁺ проводят в отдельной порции раствора путем окисления иона Cr³⁺ в CrO₄^2- в щелочной среде при действии пероксида водорода и превращения CrO₄^2- в надхромовую кислоту H₂CrO₆.

Открытие Mn²⁺ проводят в отдельной порции раствора образца, используя реакцию окисления Mn²⁺ в MnO₄^-.

. Отделение катионов II аналитической группы

Анализируемый раствор (0,5-1 мл) помещают в пробирку, добавляют по каплям 6М HCl, через 5-10 минут если выпадает осадок, то его отделяют центрифугированием. Осадок промывают дистиллированной водой с добавлением нескольких капель 6М HCl, получают:

. Открытие ионов Pb²⁺

К осадку 1 добавляют дистиллированной воды и нагревают до кипения, при этом PbCl₂ растворяется. Затем декантируют порцию горячего раствора (или отфильтровывают через бумажный фильтр около 0,5 мл) в чистую пробирку и проводят реакцию золотого дождя.

Осадок 1 отмывают от PbCl₂ горячей водой, затем обрабатывают 25%-ным раствором аммиака и хорошо перемешивают смесь; при наличии ионов ртути осадок моментально чернеет:

В растворе 2 обнаруживают ионы серебра, подкислив раствор азотной кислотой и проведя какую-либо характерную реакцию на Ag⁺. Осадок 2 не анализируется.

. Отделение катионов III аналитической группы

К раствору 1 добавляют при нагревании 1М раствор H₂SO₄, охлаждают и центрифугируют, получают:

. Превращение сульфатов CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄ в карбонаты CaСO₃СO₃, BaСO₃, при наличии ионов свинца в образце, предварительно осадок 3 обрабатывают 30%-ным раствором ацетата натрия или аммония, нагревают до кипения и центрифугируют, раствор не анализируют; к осадку добавляют насыщенный раствор Na₂CO₃ и кипятят полученную смесь, затем осадок центрифугируют, промывают дважды водой. Полученные карбонаты обрабатывают 2М раствором уксусной кислоты - получают раствор 4.

. Обнаружение и отделение ионов бария

К нескольким каплям раствора 4 добавляют CH₃COONa и K₂Cr₂O₇ (раствор должен быть желтым). Образование желтого осадка BaCrO₄ указывает на присутствие ионов бария в образце. Если осадок образовался, то ко всему раствору 4 добавляют CH₃COONa до рН = 5-6, затем по каплям - раствор K₂Cr₂O₇ до тех пор, пока раствор не окрасится в оранжево-желтый цвет. Осадок отделяют центрифугированием (не исследуется), получают раствор 5. Ионы Sr²⁺,Ca²⁺ и избыток K₂Cr₂O₇

От избытка K₂Cr₂O₇ освобождают раствор следующим образом: к раствору добавляют Na₂CO₃ (тв.) до рН меньше 10, смесь нагревают почти до кипения и при наличие ионов Sr²⁺,Ca²⁺ образуется осадок, который отделяют центрифугированием.

. Отделение ионов Sr²⁺ и их обнаружение

Осадок 4 растворяют в нескольких каплях 2М CH₃COOН и, если раствор не совсем прозрачен, осадок (муть) отделяют центрифугированием и отбрасывают, получают раствор 5. К 2-3 каплям раствора 5 добавляют 3-4 капли насыщенного раствора (NH₄)₂SO₄ и нагревают до кипения. Появление осадка (SrSO₄) будет свидетельствовать (мути) о наличии в растворе ионов стронция. Если ионы Sr²⁺ присутствуют, то ко всему раствору прибавляют избыток (NH₄)₂SO₄ и несколько капель NH₄OH, смесь нагревают, получают:

9. Обнаружение ионов Ca²⁺

В растворе 6 ионы Ca²⁺ обнаруживают по капельной реакции с родизонатом натрия. На фильтровальную бумагу наносят 1-2 капли раствора 6, затем наносят на пятно 2-3 капли раствора щелочи и обрабатывают полученную на бумаге гидроокись кальция свежеприготовленным раствором родизоната натрия (Na₂C₆O₆).

В присутствии ионов кальция в растворе появляется фиолетовое пятно, которое исчезает при нанесении на него раствора HCl.

. Отделение катионов IV-VI групп

Раствор 3 делят на две части. К одной части раствора добавляют по каплям концентрированный раствор NH₄OH до слабощелочной реакции. Образуется осадок, который отделяют центрифугированием.

. Обнаружение ионов Na⁺, K⁺

Раствор 7 делят на две части. К одной из них добавляют 1М раствор Na₂CO₃ и кипятят до полного удаления солей аммония.

Осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают.

Раствор нейтрализуют до рН = 4-5 2М СН₃СООН и обнаруживают ионы К⁺ реакцией с Na₃[Co(NO₂)₆]. К другой части раствора добавляют 1М раствор K₂CO₃ и кипятят до полного удаления солей аммония.

Осадок отделяют центрифугированием и отбрасывают.

Раствор нейтрализуют до рН = 7 2М СН₃СООН и обнаруживают ионы Na⁺ реакцией с KH₂SbO₄.

. Отделение катионов IV группы от катионов V-VI групп

К осадку 6 добавляют несколько капель 3%-ного раствора пероксида водорода и обрабатывают 10%-ным раствором NaOH (избыток - до щелочной реакции), нагревают и тщательно перемешивают. Избыток H₂O₂

Удаляют кипячением. Полученную смесь центрифугируют.

13. Отделение ионов Al³⁺ и Sn(IV) в виде гидроксидов

К раствору 8 добавляют небольшими порциями кристаллический NH₄Cl и упаривают раствор до небольшого объема. Полученную смесь центрифугируют.

. Открытие ионов Al³⁺ и Sn (IV)

Осадок 8 обрабатывают 2М раствором HCl. Полученный раствор делят на две части. В каждой порции раствора открывают ионы Al³⁺ и [SnCl₆]^2-:

К одной части раствора приливают несколько капель 25%-ного раствора аммиака (реакцию ведут в аммиачной среде. Мешают проведению реакции ионы Cr³⁺, Zn²⁺, Fe³⁺, Sn (II) и добавляют 4-5 капель раствора ализарина. Образование ализаринового лака (розовато-красный осадок) будет наблюдаться в присутствии ионов Al³⁺.

В другой части раствора обнаруживают ионы олова. Предварительно восстанавливают Sn(IV) до Sn(II) металлическим магнием или железом:

[SnCl₆]^2- + Fe = Sn²⁺ + 6Cl^- + Fe²⁺

Затем в чистую пробирку берут порцию раствора, содержащего Sn²⁺, и приливают несколько капель свежеприготовленного висмутата натрия NaBiO₂ (реакции проводят в щелочой среде).

. Обнаружение ионов Zn²⁺

К раствору 9 добавляют несколько капель концентрированного раствора Na₂CO₃ и нагревают до полного удаления аммиака. Полученную смесь центрифугируют. Получают раствор(не исследуется) и осадок, в котором открывают ионы цинка, для этого к осадку добавляют дитизон. Появление красной окраски органического и водного слоя будет наблюдаться в присутствии ионов цинка.

. Отделение катионов V группы от катионов VI группы

К осадку 7 добавляют при нагревании концентрированный раствор NH₄OH. Полученную смесь центрифугируют.

17. Отделение и обнаружение ионов Mg²⁺

К осадку 9 добавляют 2М NH₄Cl и 3%-ный раствор Н₂О₂. Полученную смесь центрифугируют

В растворе 11 обнаруживают Мg²⁺ по реакции с 8-оксихинолином. Образование желто-зеленного осадка свидетельствует о присутствие ионов магния.

. Осадок 10 промывают и обрабатывают2М раствором HNO₃ и концентрированным раствором Н₂О₂. Появление фиолетово-розовой окраски свидетельствует, что в растворе присутствует марганец (MnO₄^-). Смесь центрифугируют - получают:

19. Обнаружение висмута Bi³⁺

К раствору 12 добавляют 2М раствор NH₄OH до появления осадка BiOCl. Осадок отделяют и обрабатывают станнитом натрия (соль олова + раствор щелочи до растворения). При восстановлении Bi³⁺ появляется черный осадок металлического висмута.

. Разрушение аммиакатов VI группы

К раствору 10 добавляют до кислой реакции 1М раствор H₂SO₄ , затем при нагревании концентрированный раствор Na₂S₂O₃. Полученную смесь центрифугируют.

. Отделение и обнаружение Cu²⁺

Осадок 12 обрабатывают при нагревании 2М раствором азотной кислоты. Полученную смесь центрифугируют. В растворе обнаруживают медь по реакции с раствором аммиака.

. Обнаружение Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺

Раствор 13 делят на три части. В одной из них открывают кобальт реакцией с роданидом аммония (реакцию ведут при избытке реагента в присутствии амилового спирта). Во второй - никель реакцией с диметилглиоксимом (реакцию ведут в аммиачной среде при рН = 6-9) . В третьей - при рН = 0,5 осаждают желтый осадок CdS сероводородом.

катион проба сульфат барий

Химический анализ образца

Индивидуальный образец №16

Цель работы: освоить методику проведения качественного химического анализа смеси катионов I-VI групп.

Задачи:.     Осмотр образца..         Подготовка образца к анализу методом квартования..      Проведение предварительного анализа образца..   Проведение систематического анализа образца..       Установление результата и выводы о проделанной работе.

Осмотр образца.

Образец представляет собой белый порошок, содержащий кристаллы разного размера и формы, из чего можно сделать вывод, что в смеси отсутствуют цветные катионы Cr³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺ и Fe³⁺. Образец частично растворяется в воде, образование хлопьевидного осадка не наблюдается, из чего можно сделать вывод об отсутствии в смеси ионов Sn²⁺ и Bi³⁺. При прокаливании образца можно отчетливо заметить окрашивание пламени в фиолетовый цвет, что свидетельствует о наличии ионов K⁺.

Подготовка образка к анализу методом квартования.

Для проведения дальнейшего анализа необходимо приготовить раствор образца. Для этого высыпаем ровным слоем образец на лист чистой фильтровальной бумаги и делим на четыре части (квартуем), из них две противоположные удаляем, а две оставшиеся перемешиваем, затем квартуем еще раз. Отобранную пробу растворяем в дистиллированной воде.

Предварительный анализ.

.        К отдельной порции раствора образца добавляем 1 M раствор соляной кислоты. Выпадение белого осадка свидетельствует о наличии катионов II аналитической группы. Т.к. для выполнения учебной работы не использовались ионы ртути и серебра, делаем вывод о наличии в образце катионов Pb²⁺.

Pb²⁺ + Cl^- → PbCl₂↓

.        К отдельной порции раствора образца добавляем 1 М раствор серной кислоты. Выпадение белого осадка свидетельствует о возможном наличии в образце катионов III аналитической группы. Возможно, также, что мы наблюдаем осадок PbSO₄. Наличие ионов III аналитической группы следует подтвердить в систематическом анализе.

Ca²⁺(Sr²⁺/Ba²⁺) + SO₄^2- → CaSO₄(SrSO₄/BaSO₄)↓²⁺ + SO4^2- → PbSO₄↓

.        Растворяем порцию образца в избытке раствора щелочи NaOH. Наблюдается образование осадка телесного цвета, темнеющего на воздухе. Очевидно, в образце присутствуют ионы Mn²⁺:

Mn²⁺ + 2OH^- → Mn(OH)₂↓

Mn(OH)₂ + O₂ → MnO(OH)₂ → MnO₂↓ + H₂O

телесный цвет

К щелочному раствору образца приливаем свежеприготовленный раствор висмутата натрия. Если бы в образце присутствовали соли Sn²⁺, то мы бы наблюдали выпадение черного осадка металлического висмута:

5Sn²⁺ + 2NaBiO₃ + 18NaOH → 2Bi↓ + 5Na₂SnO₃ + 9H₂O + 10Na⁺⁵⁺ +5e → Bi⁰ 5 2Ox²⁺ -2e → Sn⁴⁺ 2 5Red

Однако выпадение черного осадка не наблюдается. В смеси отсутствуют катионы Sn²⁺.

.        Вновь растворяем порцию образца в избытке щелочи и добавляем свежеприготовленный раствор станнита натрия. Если бы в образце присутствовали соли Bi³⁺, то мы бы наблюдали выпадение черного осадка металлического висмута:

2Bi³⁺ + 3Na₂SnO₂ + 6NaOH → 2Bi↓ + 3Na₂SnO₃ + 3H₂O + 6Na⁺³⁺ +3e → Bi⁰ 3  2Ox²⁺ -2e → Sn⁴⁺ 2  3Red

Однако осадок не наблюдается, следовательно, соли висмута в образце отсутствуют.

.        К порции раствора образца добавляем щелочь и нагреваем раствор до кипения. Чувствуется характерный запах аммиака, пары окрашивают индикаторную бумагу в малиновый цвет:

NH₄⁺ + NaOH → NH₃↑ + Na⁺ + H₂O

Проверим реакцию с реактивом Несслера:

NH₄⁺ + 2K₂HgI₄ + 3NaOH → [OHg₂NH₂]I↓ + 4KI + 3NaI + 2H₂O + H⁺

красно-коричневый осадок

Наблюдаем образование осадка красно-коричневого цвета, что подтверждает наличие в образце ионов аммония.

Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → KFe[Fe(CN)₆]↓ + 2K⁺

Однако образования турнбулевой сини не наблюдается. Делаем вывод об отсутствии ионов Fe²⁺.

.        Для выявления в смеси ионов трехвалентного железа приливаем к порции образца раствор желтой кровяной соли, предварительно создав кислую среду добавлением к образцу соляной кислоты. Если бы в образце наличествовали соли двухвалентного железа, то мы бы наблюдали образование осадка берлинской лазури:

Fe³⁺ + K₄[Fe(CN)₆] → KFe[Fe(CN)₆]↓ + 3K⁺

Образования берлинской лазури не наблюдается. Делаем вывод об отсутствии ионов Fe³⁺.

.        Чтобы убедиться в отсутствии ионов Cr³⁺, к образцу, растворенному в щелочи, добавили пероксид водорода. Раствор приобрел желтый цвет, что может свидетельствовать об образовании хромата CrO₄^2-:

Cr³⁺ + 3H₂O₂ + NaOH → HCrO₄ + 3H₂O + Na⁺

жёлтый цвет³⁺ -3e → Cr⁶⁺ 31Red^- +1e → O^2- 1 3Ox

Известно, что в кислой среде хроматы переходят в дихроматы. При добавлении избытка серной кислоты до кислой реакции среды появления оранжевой окраски, характерной для дихроматов, не наблюдается.

CrO₄^2- + 2H⁺ → Cr₂O₇^2- + H₂O

оранжевый цвет

Следовательно, ионы хрома в образце отсутствуют.

.        Открытие Mn²⁺ проводят, используя реакцию окисления Mn²⁺ в MnO₄^-, имеющего малиновую окраску. Окисление проводим висмутатом натрия в кислой среде. Сначала готовим раствор висмутата натрия реакцией соли висмута с пероскидом водорода в щелочной среде:

Bi(NO₃)₃ + H₂O₂ + 4NaOH → NaBiO₃ + 3NaNO₃ + 3H₂O³⁺ -2e → Bi⁵⁺ 21Red^- +1e → O^2- 1 2Ox

Затем приливаем концентрированную азотную кислоту (pH=3) и полученный раствор добавляем к раствору образца. Должно произойти окисление иона Mn²⁺ до перманганат-иона:

2Mn²⁺ + 5NaBiO₃ + 14HNO₃ → 2NaMnO₄ + 4Bi(NO₃)₃ + Bi³⁺ + 3Na⁺ + 7H₂O

малиновый цвет

Mn²⁺ -5e → Mn⁷⁺ 5 2Red

Bi⁵⁺ +2e → Bi³⁺ 2  5Ox

Окрашивания раствора в малиновый цвет не наблюдается. Наличие иона Mn²⁺ вызывает сомнения, его присутствие должно быть установлено в систематическом анализе. Результат по предварительному анализу.

Возможно присутствуют: Pb²⁺, NH₄⁺, K⁺.

Отсутствуют: Cr³⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺.

Необходим повторный анализ: Mn²⁺, катионы III группы, Sn²⁺, Bi³⁺.

Систематический анализ

Для проведения систематического анализа приготовили отдельную порцию раствора образца, предварительно проведя квартование.

.        Отделение катионов II аналитической группы.

В 1 мл раствора образца добавили по каплям концентрированную HCl. Выпал осадок белого цвета, содержащий катионы II аналитической группы.

Pb²⁺ + 2Cl^- → PbCl₂↓

Осадок отделили центрифугированием.

Осадок 1Раствор 1

PbCl₂Катионы I, III, IV, V и VI групп

.        Открытие ионов Pb²⁺

К осадку 1 добавляем дистиллированной воды и нагреваем до кипения, чтобы осадок растворился. Затем проводим реакцию «золотого дождя». Приливаем к раствору KJ, после чего выпадает мутный желтый осадок.

Pb²⁺ + 2I^- → PbI₂↓

Затем добавляем немного уксусной кислоты и нагреваем до растворения осадка. Уксусная кислота необходима для предотвращения гидролиза, который происходит при смешивании соли свинца с водой:

Pb²⁺ + H₂O → PbOH⁺ + H⁺

При быстром охлаждении раствора получаются золотистые блестки иодида свинца. Следовательно, в образце содержатся катионы Pb²⁺.

.        Отделение катионов III аналитической группы

К раствору 1 добавляем 1М серную кислоту при нагревании, затем охлаждаем. При наличии катионов III группы должен выпадать осадок сульфатов:

Ca²⁺(Sr²⁺/Ba²⁺) + SO₄^2- → CaSO₄(SrSO₄/BaSO₄)↓

Осадок не выпадает, можно сделать вывод об отсутствии в образце катионов III аналитической группы (Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺).

.        Отделение катионов IV-VI групп

К раствору 1 (содержит катионы I, IV, V, VI групп) добавляем по каплям концентрированный раствор аммиака до слабощелочной реакции (проверяем индикаторной бумагой). Образуются осадки гидроксидов (или основных солей) катионов IV-VI групп:

Zn²⁺ + 2NH₄OH → Zn(OH)₂↓ + 2NH₄⁺

Mg²⁺ + 2NH₄OH → Mg(OH)₂↓ + 2NH₄⁺²⁺ + NH₄OH + Cl^- → CdOHCl↓ + NH₄⁺

Осадок отделяем центрифугированием. Получаем:

Раствор 2 Осадок 2

Катионы I группы Катионы IV-VI групп

(гидроксиды и основные соли)

Катионы первой группы были обнаружены в предварительном анализе. Наличие катионов аммония было установлено качественной реакцией с реактивом Несслера. Катионы натрия, при их наличии, хорошо видно при прокаливании над пламенем горелки: пламя окрашивается в ярко-желтый цвет. В предварительном анализе подобного окрашивания не наблюдалось, следовательно ионы натрия в смеси отсутствуют. Ионы калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет, что отчетливо наблюдалось в предварительном анализе. Чтобы полностью убедиться в их наличии, проведем качественную реакцию на калий с кобальтинитритом натрия Na₃[Co(NO₂)₆]. При наличии ионов калия должен образоваться желтый кристаллический осадок:

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- → K₂Na[Co(NO₂)₆]↓

Для проведения реакции добавляем в раствор 2 уксусную кислоту 1М до кислой реакции среды, затем приливаем раствор кобальтинитрита натрия. Наблюдается образование желтого осадка, что свидетельствует о наличии в смеси ионов калия.

Переходим к анализу осадка 2, содержащего ионы IV-VI групп, а именно:

IV группы - Zn²⁺, Al³⁺, Sn²⁺ (Cr³⁺ отброшен в ходе предварительного анализа и осмотра образца);

V группы - Mg²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺ (Fe²⁺ и Fe³⁺ были отброшены в ходе предварительного анализа);

VI группы - Cd²⁺ (Cu²⁺, Co²⁺ и Ni²⁺ были отброшены в ходе осмотра образца).

.        Отделение катионов IV группы

К осадку 2 добавляем 3%-ный раствор пероксида водорода в щелочной среде. Нагреваем до кипячения и наблюдаем бурное выделение газа. Кипятим до тех пор, пока газ не перестает выделяться, чтобы избавиться от избытка пероксида. Наблюдаем выпадение темно-коричневого осадка. Т.к. гидроксиды алюминия и цинка обладают амфотерными свойствами, они вступают реакции со щелочью, образуя растворимые алюминат и цинкат натрия:

Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂ZnO₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + 2OH^- → ZnO₂^2- + 2H₂O

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O(OH)₃ + OH^- → AlO₂^- + 2H₂O

Гидроксид олова в окисляется пероксидом водорода, образуя станнат(IV) натрия:

Sn(OH)₂ + H₂O₂ + 2NaOH → Na₂SnO₃ + 3H₂O²⁺ -2e → Sn⁴⁺ 2 1Red^- +1e → O^2- 1  2Ox(OH)₂ + H₂O₂ + 2OH^- → SnO₃^2- + 3H₂O

Нерастворимые осадки гидроксидов катионов V-VI групп отделяем центрифугированием. Получаем:

Осадок 3                                       Раствор 3

Mg(OH)₂, Mn(OH)₂, Bi(OH)₃, Cd(OH)₂AlO₂^-, ZnO₂^2-, SnO₃^2-

.        Отделение ионов Al³⁺ и Sn(IV) в виде гидроксидов

К раствору 3 добавляем небольшими порциями кристаллический NH₄Cl и упариваем до небольшого объема.

AlO₂^- + NH₄Cl + H₂O → Al(OH)₃↓+ NH₃↑ +Cl^-₃^3- + 2NH₄Cl + H₂O → Sn(OH)₄↓ + 2NH₃↑ + 2Cl^-₂^2- + 4NH₄Cl → [Zn(NH3)₄]²⁺ + 2H₂O + 4Cl^-

При этом образуются осадки гидроксидов алюминия и олова(IV), ионы цинка же остаются в растворе в виде образовавшегося аммиачного комплекса, хорошо растворимого в воде.

Осадок 4          Раствор 4

Al(OH)₃, Sn(OH)₄ [Zn(NH3)₄]²⁺

.        Открытие ионов Al³⁺ и Sn⁴⁺

Осадок 4 обрабатываем 2М раствором HCl. При этом осадок растворяется:

Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + H₂O

Sn(OH)₄ + 6HCl → [SnCl₆]^2- + 4H₂O + 2H⁺

Делим раствор на две части, в первой обнаруживаем ионы алюминия. Приливаем 25%-ный раствор аммиака и добавляем несколько капель ализарина. Если в растворе присутствуют катионы Al³⁺, то будет наблюдаться образование осадка ярко-красного цвета (ализариновый лак):

Однако изменения цвета раствора не наблюдалось, что свидетельствует об отсутствии в смеси ионов алюминия.

Во второй части раствора обнаруживаем ионы олова. Для этого их предварительно восстанавливаем до Sn²⁺ металлическим железом.

[SnCl₆]^2- + Fe⁰ → Sn²⁺ + 6Cl^- + Fe²⁺

Fe⁰ - 2e → Fe²⁺ 2  1Red⁴⁺ +2e → Sn²⁺ 2  1Ox

Затем в отдельную пробирку берем порцию раствора с ионами Sn²⁺ и приливаем несколько капель свежеприготовленного висмутата натрия. Если катионы олова имеются в растворе, то произойдет их окисление с восстановлением металлического висмута:

3Sn²⁺ + 2NaBiO₂ + 10NaOH → 2Bi↓ + 3Na₂SnO₃ + 5H₂O + 6Na⁺³⁺ +3e → Bi⁰ 3  2Ox²⁺ -2e → Sn⁴⁺ 2  3Red

Однако образования черного осадка не наблюдается, что подтверждает отсутствие ионов олова в смеси.

.        Обнаружение ионов Zn²⁺

К раствору 4 добавляем несколько капель насыщенного раствора карбоната натрия и нагреваем до полного удаления аммиака.

[Zn(NH3)₄]²⁺ + Na₂CO₃ + H₂O → 2Na⁺ + Zn(OH)₂↓ + 4NH₃↑ + CO₂↑

После центрифугирования получаем белый осадок гидроксида цинка, полученный раствор не исследуется.

К осадку добавляем дитизон. В присутствии ионов цинка должно наблюдаться ярко-красное окрашивание раствора:

ярко-красный

Однако изменения цвета раствора не произошло, что свидетельствует об отсутствии ионов цинка в смеси.

.        Отделение катионов V группы от катионов VI группы

К осадку 3, предположительно содержащему гидроксиды Mg²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺ и Cd²⁺, добавляем концентрированный раствор аммиака. При этом гидроксид кадмия растворяется, переходя в аммиакат:

Cd(OH)₂ + 4NH₄OH → [Cd(NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O

Полученный раствор отделяем центрифугированием.

Осадок 5                   Раствор 5

Mg(OH)₂, Mn(OH)₂, Bi(OH)₃ [Cd(NH₃)₄]²⁺

10.    Обнаружение ионов Cd²⁺

Разрушаем аммиакат реакцией раствора 5 с серной кислотой при нагревании:

[Cd(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2- → Cd²⁺ + 4NH₃↑ + SO₄^2-

Приливаем еще концентрированного раствора серной кислоты до pH<1, затем добавляем по каплям раствор Na₂S. Наблюдаем осаждение желтый осадка сульфида кадмия:

Cd²⁺ + S^2- → CdS↓

Реакция свидетельствует о наличии в смеси ионов кадмия.

.        Отделение и обнаружение ионов Mg²⁺

К осадку 5 добавляем 2М раствор NH4Cl и пероксид водорода, при этом гидроксид магния переходит в раствор:

Mg(OH)₂ + NH₄Cl → Mg²⁺ + NH₄OH + Cl^-

Полученную смесь центрифугируем.

Осадок 6    Раствор 6

Mn(OH)₂, Bi(OH)₃Mg²⁺

В растворе 6 обнаруживаем катион магния по реакции с 8-оксихинолином.

желто-зеленый осадок

Образование желто-зеленого мутного раствора свидетельствует о наличии в смеси ионов Mg²⁺.

.        Обнаружение ионов Mn²⁺

Обрабатываем осадок 6 раствором HNO3 с концентрированным раствором пероксида водорода. При этом происходит окисление иона марганца(II) в марганец (IV):

Mn(OH)₂ + 2H₂O₂ + 2H⁺ → Mn(OH)₄↓ + 2H₂O

В то время как катионы висмута переходят в раствор:

Bi(OH)₃ + 3HNO₃ → Bi(NO₃)₃ + 3H₂O(OH)₃ + 3H⁺ → Bi³⁺ + 3H₂O

Смесь центрифугируем, получаем:

Осадок 7 Раствор 7

Mn(OH)₄  Bi(NO₃)₃

Для обнаружения катионов марганца в осадке 7 используется реакция их окисления до перманганат-иона, имеющего малиновую окраску. Окисление проводим свежеприготовленным раствором висмутата натрия с добавлением азотной кислоты:

2Mn²⁺ + 5NaBiO₃ + 14HNO₃ → 2NaMnO₄ + 4Bi(NO₃)₃ + Bi³⁺ + 3Na⁺ + 7H₂O

малиновый цвет

Mn²⁺ -5e → Mn⁷⁺ 5 2Red

Bi⁵⁺ +2e → Bi³⁺ 2  5Ox

Наблюдается образование бледно-малинового раствора, что свидетельствует о присутствии в смеси ионов марганца.

.        Обнаружение ионов Bi³⁺

К раствору 7 добавляем свежеприготовленный станнит натрия. При наличии ионов висмута должен образоваться черный осадок металлического висмута:

2Bi³⁺ + 3Na₂SnO₂ + 6NaOH → 2Bi↓ + 3Na₂SnO₃ + 3H₂O + 6Na⁺³⁺ +3e → Bi⁰ 3  2Ox²⁺ -2e → Sn⁴⁺ 2  3Red

Однако осадок не наблюдается, следовательно, соли висмута в образце отсутствуют.

Заключение

В результате проведенной контрольной работы была освоена методика систематического анализа смеси катионов различных аналитических групп. Был проведен осмотр образца, после чего были сделаны выводы об отсутствии в нем солей цветных катионов; был освоен метод квартования в качестве способа подготовки образца к качественному анализу. Затем был проведен предварительный анализ образца, в ходе которого были открыты некоторые катионы, определение которых возможно в присутствии других групп. Так были открыты NH₄⁺ и K⁺. В ходе систематического анализа проводилось раздельное определение каждого катиона на основании свойств групп и индивидуальных качественных реакций. В результате были обнаружены 6 катионов.

Обнаруженные катионы: NH₄⁺, K⁺, Pb²⁺, Mn²⁺, Cd²⁺, Mg²⁺.