Нарежная Е.В., Аскалепова О.И., Евлашенкова И.В. Методические указания к практическим занятиям по аналитической химии
Подождите немного. Документ загружается.
11
краснеет вследствие перехода родизоната в гидрородизонат.
В присутствии хромата калия или бихромата калия реакция образования
родизоната бария не получается, так как ионы Ba
2+
полностью связываются в
малорастворимый хромат бария.
2.3. Р е а к ц и и к а т и о н а Са
2+
1) Оксалат аммония и другие растворимые соли щавелевой кислоты обра-
зует с катионом кальция белый кристаллический осадок:
Ca
2+
+ C
2
O
4
2-
→ CaC
2
O
4
↓
В пробирку налейте 3 капли раствора соли кальция и добавьте каплю рас-
твора уксусной кислоты, затем прилейте 3 капли раствора оксалата аммония
и 1-2 капли раствора аммиака. Выпадает белый кристаллический осадок.
Проведите аналогичный эксперимент с солями бария. Что вы наблюдаете?
Проверьте растворимость оксалатов кальция и бария в растворах уксусной,
соляной и азотной кислот
. Опишите ваши наблюдения.
2) Микрокристаллоскопическая реакция. Для ее проведения одну каплю
раствора соли кальция поместите на предметное стекло, добавьте каплю 2н
раствора серной кислоты и осторожно нагрейте над плитой до появления бе-
лой каймы. По краям капли образуются игольчатые кристаллы CaSO
4
⋅2H
2
O в
виде пучков или звездочек.
При наличии в растворе катионов Ва
2+
поступают следующим образом: в
пробирку вносят 3-4 капли исследуемого раствора, добавляют 4 капли 2н
раствора серной кислоты, нагревают 5-6 минут на водяной бане, при этом
ионы Ва
2+
переходят в осадок, а ионы Са
2+
остаются в растворе. Осадок от-
деляют центрифугированием. Каплю центрифугата помещают на предметное
стекло и упаривают до появления белой каймы, а затем рассматривают полу-
ченные кристаллы под микроскопом.
2.4. Р е а к ц и и к а т и о н а Sr
2+
12
1) Действие сульфат-ионов. Серная кислота, растворимые сульфаты и
гипсовая вода (насыщенный раствор CaSO
4
)
образуют белый осадок сульфата
стронция, практически нерастворимый в кислотах и основаниях.
Sr
2+
+ SO
4
2-
→ SrSO
4
↓
Присутствие Ca
2+
не мешает обнаружению Sr
2+
при помощи концентриро-
ванного раствора (NH
4
)
2
SO
4
и гипсовой воды (насыщенный раствор CaSO
4
).
Осадок SrSO
4
, как правило выпадает не сразу. Осаждение ведут
насыщенными растворами при нагревании. Если осадок сразу после
проведения реакции не выпадает, то реагирующие смеси дают постоять 5-6
часов и только после этого делают оканчательный вывод.
2)
Оксалат аммония (NH
4
)
2
С
2
O
4
осаждает ионы Sr
2+
в виде белого осадка
SrС
2
O
4
, растворимого в минеральных кислотах, а при нагревании и в уксус-
ной.
Sr
2+
+ С
2
O
4
2-
→ SrС
2
O
4
↓
3) Капельная реакция с родизонатом натрия. Родизонат натрия образует в
нейтральной среде осадок родизоната стронция бурого цвета:
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
ONa
ONa
Sr
2+
Sr
-2Na
+
На фильровальную бумагу помещают каплю нейтрального раствора соли
стронция и затем каплю водного раствора родизоната натрия. При этом на
бумаге появляется бурое пятно осадка родизоната стронция. При смачивании
пятна каплей разбавленной HCl осадок растворяется, и пятно исчезает (отли-
чие от родизоната бария)
ЗАНЯТИЕ 2
АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ I и II АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП
Систематический анализ
смеси катионов 1-й и 2-й аналитических групп
начинают с предварительных испытаний на присутствие ионов NH
4
+
, так как
13
они в дальнейшем вводятся в смесь с групповым реагентом.
Ионы аммония
открывают с помощью реактива Несслера (реакция 1.3.2).
1. Для разделения анализируемой смеси на группы проводят осаждение
карбонатов 2-й группы катионов. В пробирку наливают часть раствора, до-
бавляют аммиачный буферный раствор (рН 9,2), нагревают на водяной бане
до 60-70
о
С после чего приливают несколько капель раствора группового
реагента (NH
4
)
2
CO
3
(до полного осаждения карбонатов). Смесь снова нагре-
вают до 60-70
о
С и осадку дают постоять 15-30 мин. Осадок отделяют цен-
трифугированием.
В осадке находятся BaCO
3
, CaCO
3
, SrCO
3
.
В центрифугате (растворе)
присутствуют ионы K
+
, Na
+
, Mg
2+
, NH
4
+
.
2. Анализ раствора.
а) ионы K
+
обнаруживают при помощи Na
3
[Co(NO
2
)
6
] (реакция 1.1.2) или
микрокристаллоскопически (реакция 1.1.3);
б) ионы Na
+
обнаруживают микрокристаллоскопической реакцией с ура-
нилацетатом (реакция 1.2.2);
в) ионы Mg
2+
обнаруживают реакцией с магнезоном (реакция 1.4.2) или
реакцией с Na
2
HPO
4
в присутствии аммиачного буферного раствора (реакция
1.4.1).
3. Анализ осадка.
а) осадки BaCO
3
, CaCO
3
, SrCO
3
промывают дистиллированной водой, цен-
трифугируют и воду сливают с осадка; промывание повторяют 3-4 раза.
б) промытый осадок карбонатов растворяют при нагревании в 2 М уксус-
ной кислоте;
в) обнаружение и отделение ионов Ba
2+
: к отдельной пробе полученного
раствора прибавляют K
2
CrO
4
или K
2
Cr
2
O
7
+ CH
3
COONa. Желтый осадок ука-
зывает на присутствие ионов Ba
2+
. Для отделения Ba
2+
к анализируемому
раствору добавляют ацетат натрия до рН 4-5 и по каплям раствор K
2
Cr
2
O
7
до
тех пор, пока жидкость над осадком не окрасится в оранжево-желтый цвет
(избыток дихромата калия). После 1-2 минут нагревания осадок BaCrO
4
от-
14
деляют центрифугированием. Раствор, содержащий ионы Sr
2+
и Ca
2+
, ис-
пользуется для дальнейшего анализа.
г) обнаружение и отделение Sr
2+
: для избавления от избытка дихромата
калия к центрифугату, полученному в пункте 3в прибавляют до рН 9-10
Na
2
CO
3
(твердый) и нагревают 2-3 мин на водяной бане. Выпавший осадок
карбонатов кальция и стронция отделяют центрифугированием, промывают и
растворяют в 5-6 каплях 2 М раствора CH
3
COOH. Затем к 1-2 каплям полу-
ченного раствора прибавляют 2-3 капли насыщенного раствора CaSO
4
(гип-
совая вода) и нагревают на водяной бане. Появление через некоторое время
(не более 10 минут) белой мути SrSO
4
указывает на присутствие Sr
2+
. Если
муть появляется сразу, это указывает на неполное отделение Ba
2+
. Присутст-
вующие ионы Sr
2+
удаляют из раствора добавлением 8-10 капель концентри-
рованного раствора (NH
4
)
2
SO
4
и нескольких капель NH
4
OH при нагревании.
Осадок после центрифугирования отбрасывают.
д) обнаружение Ca
2+
. К центрифугату п.3г прибавляют 4-5 капель раствора
(NH
4
)
2
С
2
O
4
и нагревают. Белый осадок CaС
2
O
4
указывает на присутствие в
растворе ионов Ca
2+
.
ЗАНЯТИЕ 3
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ.
3.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о р е а г е н т а
Групповым реагентом III аналитической группы катионов является
(NH
4
)
2
S, который в при рН≈9 осаждает катионы III группы. По отношению к
действию (NH
4
)
2
S катионы III группы делят на две подгруппы: 1) катионы,
осаждаемые в виде гидроксидов (Al(OH)
3
, Cr(OH)
3
) и 2) катионы, осаждае-
мые в виде сульфидов FeS, Fe
2
S
3
, CoS, NiS, MnS, ZnS.
Сульфиды катионов III группы, нерастворимые в воде, растворяются в
разбавленных минеральных кислотах и поэтому не осаждаются сероводоро-
дом из кислых растворов. Катионы III группы, в отличие от катионов II груп-
пы, образуют нерастворимые гидроксиды и растворимые в воде сульфаты.
15
Изучите действие группового реагента на катионы III аналитической
группы, напишите уравнения реакций и укажите цвет образующегося соеди-
нения.
3.2 Действие NaOH (или KOH) и NH
4
OH
1) Помещают в пробирку 5-6 капель раствора соли исследуемого катиона
и прибавляют 1 каплю 2М раствора NaOH, наблюдают образование осадка
гидроксида, затем добавляют несколько капель концентрированного раствора
щелочи и перемешивают. Записывают уравнения тех реакций, при проведе-
нии которых происходит растворение осадка.
2) Помещают в пробирку 5-6 капель раствора соли исследуемого катиона
и прибавляют по каплям
раствор 2М NH
4
OH. Записывают уравнения реак-
ций, при проведении которых наблюдается образование осадка и его раство-
рение в избытке аммиака. Обратите внимание на изменение цвета раствора.
Результаты наблюдений оформляют в виде таблицы (таблица 1).
Сделайте вывод об амфотерных и комплексообразующих свойствах катионов
III группы.
Таблица 1
Свойства катионов III аналитической группы
катион
действие NaOH
действие NH
3
.
H
2
O
уравнение ре-
акции образова-
ния осадка гид-
роксида и его
цвет
уравнение ре-
акции растворе-
ния гидроксида
в избытке NaOH
уравнение реак-
ции образова-
ния осадка
уравнение
реакции рас-
творения гид-
роксида в из-
бытке аммиа-
ка
3.3 Р е а к ц и и к а т и о н а Al
3+
16
1) Действие ализарина. На полоску фильтровальной бумаги наносят каплю
раствора K
4
[Fe(CN)
6
]. В центр этого влажного пятна помещают каплю иссле-
дуемого раствора (или просто раствора соли алюминия). Для этого раствор
берут капилляром и прикасаются кончиком капилляра к бумаге и держат так
капилляр несколько секунд. Затем, если в исследуемом растворе присутству-
ют мешающие ионы, таким же путем наносят в центр пятна каплю дистилли-
рованной воды. Бумагу помещают над отверстием склянки с концентриро-
ванным раствором аммиака, после чего пятно по периферии обводят капил-
ляром с раствором ализарина и снова обрабатывают парами аммиака.
В присутствии ионов Al
3+
появляется розовое окрашивание ализарината
алюминия на фоне фиолетовой окраски, которую дает ализарин в щелочной
среде.
HO
OH
OH
O
Al
O
OH
O
O
O
OH
A
l(OH)
3
+
-H
2
O
2) Действие алюминона. К 4-5 каплям раствора соли алюминия добавляют
1 каплю 2 н раствора уксусной кислоты, 3-4 капли раствора алюминона и на-
гревают на водяной бане. Красные хлопья алюминиевого лака доказывают
присутствие Al
3+
.
HO
OH
COONH
4
O
C
Al
HO OH
O
O
C
H
4
NOOC
3.4 Р е а к ц и и к а т и о н а Fe
3+
1) Действие роданида аммония или калия. К 5-6 каплям раствора соли с
ионом Fe
3+
добавляют 1 каплю раствора NH
4
CNS. Наблюдается кроваво-
17
красное окрашивание. При добавлении избытка реагента окраска усиливает-
ся. Состав образующегося комплекса непостоянен и в зависимости от кон-
центрации ионов Fe
3+
и SCN
−
может колебаться от [Fe(SCN)]
2+
до
[Fe(SCN)
6
]
3-
.
Fe
3+
+ 3SCN
−
→ [Fe(SCN)
3
]
2) Действие гексацианоферрата(II) калия. К 5-6 каплям раствора соли с
ионом Fe
3+
добавляют 1 каплю раствора K
4
[Fe(CN)
6
]. Образуется темно-
синий осадок "берлинской лазури". В сильнокислой среде и при большом из-
бытке реагента осадок растворяется.
4Fe
3+
+3[Fe(CN)
6
]
4-
→ Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
↓
3.5 Р е а к ц и и к а т и о н а Fe
2+
Действие гексацианоферрата(III) калия. К 5-6 каплям раствора соли с ио-
ном Fe
2+
добавляют 3-4 капли раствора соли K
3
[Fe(CN)
6
]. Образуется синий
осадок "турнбуленовой сини".
Fe
2+
+ [Fe(CN)
6
]
3-
→ Fe
3+
+[Fe(CN)
6
]
4-
4Fe
3+
+3[Fe(CN)
6
]
4-
→ Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
↓
По данным рентгеноструктурного анализа стуктуры "турнбуленовой сини"
и берлинской лазури" одинаковы.
3.6 Р е а к ц и и к а т и о н а Cr
3+
1) Окисление в щелочной среде. К 2-3 каплям раствора соли хрома (III)
прибавляют 4-5 капель 2 н раствора NaOH, 2-3 капли 3 % раствора переки-
си водорода и нагревают несколько минут до тех пор, пока зеленая окраска
раствора не перейдет в желтую (за счет образования хромат-ионов)
Cr
3+
+ 4OH
−
→ Cr(OH)
4
−
Cr(OH)
4
−
+ H
2
O
2
→ CrO
4
2−
+ 2H
2
O
Подтвердить образование хромат- ионов можно следующим образом:
а) действие солей бария или свинца
К 5-6 каплям раствора с хромат-ионами добавляют 2-3 капли 2 н раствора
уксусной кислоты, 2-3 капли 2 н ацетата натрия и 5-6 капель раствора соли
18
бария или свинца. Наблюдают образование желтого осадка хромата бария
или хромата свинца.
б) действие бензидина
Каплю полученного раствора хромата (после реакции окисления переки-
сью водорода в щелочной среде) наносят капилляром на полоску фильтро-
вальной бумаги. Если в исследуемом растворе присутствуют другие катионы,
конец капилляра держат прикасающимся к бумаге до тех пор
, пока не обра-
зуется водянистая зона в несколько миллиметров. Полученное на бумаге
влажное пятно обводят по периферии капилляром с бензидином. По краям
пятна в присутствии хромат-ионов появляется синее окрашивание.
2) Окисление в кислой среде. К 5-6 каплям раствора персульфата аммония
прибавляют по 1 капле 2 н раствора серной кислоты и азотнокислого серебра.
В
полученную окислительную смесь добавляют 2-3 капли раствора сульфата
или нитрата хрома (III) и нагревают. Наблюдают появление желто-
оранжевой окраски.
2Cr
3+
+ 3S
2
O
8
2−
+ 7H
2
O → Cr
2
O
7
2−
+ 6SO
4
2−
+ 14H
+
(катализатор AgNO
3
)
Подтвердить образование бихромат-ионов (и хромат-ионов) можно дейст-
вием перекиси водорода на подкисленный раствор. Берут 5-6 капель анали-
зируемого раствора (кислая среда), добавляют 8-10 капель изоамилового
спирта, несколько капель перекиси водорода и взбалтывают. При взбалтыва-
нии верхний слой органического растворителя окрашивается в синий цвет,
вследствие образования надхромовой кислоты. Добавление изоамилового
спирта
повышает устойчивость надхромовой кислоты.
Cr
2
O
7
2−
+ 4H
2
O
2
+ 2H
+
→ 2H
2
CrO
6
+ 3H
2
O
3.7 Р е а к ц и и к а т и о н а Mn
2+
Окисление ионов Mn
2+
до MnO
4
−
:
1) Окисление двуокисью свинца. Берут стеклянной лопаточкой немного
порошка PbO
2
и помещают в пробирку, добавляют 4-5 капель 6 н раствора
HNO
3
, 1 каплю исследуемого на Mn
2+
раствора, не содержащего Cl
-
ионов,
19
перемешивают и нагревают. Наблюдают появления малиново-фиолетовой
окраски.
2Mn
2+
+ 5PbO
2
+ 4H
+
→ 2MnO
4
−
+ 5Pb
2+
+ 2H
2
O
2) Окисление персульфатом аммония. К 5-6 каплям раствора (NH
4
)
2
S
2
O
8
прибавляют 1 каплю 2 н раствора H
2
SO
4
(или HNO
3
), 1-2 капли концентриро-
ванной H
3
PO
4
и 2 капли раствора соли серебра и нагревают. В нагретую
окислительную смесь вносят при помощи стеклянной палочки минимальное
количество раствора, исследуемого на Mn
2+
и перемешивают. Наблюдают
появление малиново-фиолетовой окраски. Если окраска слаба, то прибавляют
еще исследуемого раствора.
A
gNO
3
2Mn
2
+
+ 5S
2
O
8
2-
+
8H
2
O
2MnO
4
-
+ 10SO
4
2-
+ 16H
+
3) Окисление висмутатом натрия. К 1-2 каплям раствора соли марганца
(П) прибавляют 3-4 капли 6 н раствора HNO
3
и 5-6 капель воды, после чего
вносят в раствор стеклянной лопаточкой немного порошка NaBiO
3
, переме-
шивают и центрифугируют избыток реагента. Наблюдают образование ма-
линово-фиолетовой окраски.
2Mn
2+
+ 5NaBiO
3
+ 14H
+
→ 2MnO
4
−
+ 5Bi
3+
+ 5Na
+
+ 7H
2
O
3.8 Р е а к ц и и к а т и о н а Zn
2+
1) Действие дитизона. 5-6 капель исследуемого раствора помещают в про-
бирку и обрабатывают небольшим количеством твердой перекиси натрия.
После прекращения бурной реакции каплю раствора наносят капилляром на
полоску фильтровальной бумаги. Кончик капилляра не отнимают до тех пор,
пока вокруг осадка не появится водянистая зона шириной в несколько мил-
лиметров. Затем влажное пятно
обводят по периферии капилляром с раство-
ром дитизона. Появление характерного малиново-красного кольца свиде-
тельствует о присутствии Zn
2+
(капельная реакция).
К оставшейся части раствора добавляют раствор дитизона в хлороформе
или в четыреххлористом углероде, встряхивают и в присутствии ионов Zn
2+
20
наблюдают окрашивание в красный цвет как слоя органического раствори-
теля, так и водного слоя.
-2H
+
N=N
C
6
H
5
NH
NH
C
6
H
5
C
6
H
5
NH N C
6
H
5
Zn N
NH
C
6
H
5
N=N
S
C
CS
NC
6
H
5
N=
C
S
Zn
2+
+
3.9 Р е а к ц и и к а т и о н а Со
2+
1) Действие роданида аммония. К 2 каплям раствора соли кобальта (II) до-
бавляют 8 капель насыщенного раствора NH
4
CNS (еще лучше прибавить не-
много твердой соли) и 5-6 капель изоамилового спирта. Полученную смесь
встряхивают и наблюдают появление синей окраски в верхнем слое органи-
ческого растворителя.
Co
2+
+ 4SCN
-
[Co(SCN)
4
]
2
-
Мешающее влияние ионов Fe
3+
устраняют добавлением NaF (тв).
2) действие α-нитрозо-β-нафтола (реактив Ильинского). 2-3 капли ней-
трального или слабокислого раствора соли кобальта (II) разбавляют несколь-
кими каплями дистиллированной воды, прибавляют 2-3 капли реагента и на-
гревают. Наблюдают появление объемистого красно-бурого осадка.
O
Co
N
/3
O
OH
N
O
Co
2+ + 3
3.10 Р е а к ц и и к а т и о н
а Ni
2+
Действие диметилглиоксима. К 5-6 каплям раствора соли никеля (П) при-
бавляют 1-2 капли 2 н раствора аммиака и несколько капель спиртового рас-
твора диметилглиоксима. Наблюдают появление красного осадка.