Использование реакций осаждения в качественном анализе для обнаружения катионов

Выполнение   реакции.   В  пробирку  помещают

1 каплю раствора хлорида железа (III) и 2 капли раствора роданида калия.

 

3. Гексацианоферрат  (II)   калия   K₄Fe(CN)6]   осаждает из нейтральных или кислых растворов солей железа   (III)   берлинскую лазурь — осадок интенсивного синего цвета:

4FeCl₃ + 3K₄Fe(CN)₆] = Fe₄[(Fe(CN)₆ )₃) + 12КС1

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- = Fe₄[Fe(CN)₆]₃|.

В кислотах осадок заметно  не растворяется, щелочи его разлагают. Реакция очень чувствительна  и поэтому обычно применяется  для определения Fe³⁺ в анализируемых растворах.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора хлорида железа добавляют 1 каплю раствора гексацианоферрата (II) калия.

4. Сульфид аммония (NH₄)2S, прибавленный к раствору соли железа (III), дает черный осадок сульфида 
железа (III):

2FeCI₃ +3(NH₄)₂S = Fe₂S₃ + 6NH₄Cl

2Fe³⁺ + 3S^2- = Fe₂S₃

Этот осадок растворяется в кислотах.

 Выполнение   реакции.   В  пробирку  помещают

2 капли раствора хлорида железа FeCl, а затем добавляют 2 капли свежеприготовленного раствора сульфида 
аммония.

5. Иодид калия или натрия окисляется солями железа (III) в кислой среде до свободного иода.

2FeCl₃ + 2KI = 2FeCl₂ + 2КС1 + I₂.

 

Выполнение реакции. На фильтровальную бумагу наносят последовательно по одной капле растворов FeCl₃, НС1 и KI- Наблюдают появление бурого пятна. При добавлении 1 капли крахмала пятно становится темно-синим.

Реакции катиона  марганца (II) Мn²⁺

1. Гидроксиды   щелочных   металлов   NaOH   и   КОН

с солями марганца  (II)  дают белый осадок гидроксида марганца (II):

MnS0₄ + 2КОН = Mn(OH)₂-K₂SO4

Мn²⁺ + 20Н^- = Мn(ОН)₂.

Осадок быстро буреет на воздухе вследствие окисления кислородом воздуха до МnО^3-

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли марганца (II) добавляют 2 капли раствора гидроксида натрия или калия. Наблюдают изменение окраски осадка при стоянии.

2. Пероксид водорода Н₂О₂ в щелочной среде окисляет 
соли марганца (II) до темно-бурого осадка Н₂МnОз или 
МnО(ОН)₂:

MnS0₄ + Н₂О₂ + 2NaOH = MnO (OH) ₂ + Na₂S0₄ + H₂0

Mn²⁺ + H₂0₂ + 20H- = MnO (OH) ₂ + H₂0.

Бромная вода оказывает  такое же действие. В отличие от Мn(ОН)₂ осадок МпО(ОН)₂ не растворяется в разбавленной серной кислоте.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли марганца добавляют 4 капли гидроксида натрия или калия и 2 капли раствора Н₂0₂.

 

3. Диоксид свинца РЬ0₂ в присутствии концентрированной азотной кислоты при нагревании окисляет Мn (П) до МпО₄^- с образованием марганцевой кислоты 
малинового цвета;

2MnS0₄ + 5РЬ0₂ + 6HNO3 = 2HМп0₄ + 2PbS0₄ + ЗРЬ (N0₃) ₂ + 2Н₂0

 2Мп^{2 +} + 5РЬ0₂ + 4Н+ = 2Мn0₄^- + 5РЬ²⁺ + 2Н₂0.

Эта реакция дает отрицательные  результаты в присутствии восстановителей, например хлороводородной кислоты и ее солей, так как они взаимодействуют с диоксидом свинца, а также с образовавшейся марганцевой кислотой.

При больших количествах  марганца эта реакция не удается, так как избыток ионов Мп²⁺ восстанавливает образующуюся марганцевую кислоту НМn0₄ до МпО(ОН)₂ и вместо малиновой окраски появляется бурый осадок.

Выполнение реакции. В пробирку вносят стеклянным шпателем немного РЬ0₂, а затем 5 капель концентрированной азотной кислоты HNO3 и нагревают смесь на кипящей водяной бане. В нагретую смесь добавляют 1 каплю раствора сульфата марганца MnSO₄ и снова нагревают 10—15 мин, встряхивая время от времени содержимое пробирки. Дают избытку диоксида свинца осесть и наблюдают малиновую окраску образовавшейся марганцевой кислоты.

Реакции катиона магния Mg²⁺

1. Гидроксиды   щелочных   металлов   NaOH   и   КОН

осаждают белый студенистый  осадок гидроксида магния:

MgCl₂ + 2КОН = Mg (OH) ₂ + 2KCI

Mg²⁺ + 20Н- = Mg (OH) ₂

В присутствии аммонийных солей осаждение не может быть полным. При высокой концентрации солей аммония осадок Mg(OH)₂ может совсем не образоваться, так как Mg(OH)₂ растворяется в избытке аммонийных солей:

Mg(OH) ₂ + 2NH₄Cl = MgCl₂ + 2NH₄OH.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли магния добавляют 2 капли раствора гидроксида натрия или калия.

2. 8-Оксихинолин HC₉H₆NO образует с солями магния зеленовато-желтый кристаллический осадок оксихинолята магния:

2HC₉H₆NO + MgCI₂ = Mg(C₃H₆NO)₂+ 2HCI.

Выполнение реакции. К2 каплям раствора соли магния прибавляют 1 каплю раствора хлорида аммония, 2 капли 5 % спиртового раствора 8-оксихинолина и 2 капли раствора аммиака.

 

АНАЛИЗ СМЕСИ  КАТИОНОВ ПЯТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

 

1. Предварительные испытания. Так как открытию катионов Fe²⁺ и Fe³⁺ не мешает ни один из катионов пятой группы, испытание на присутствие этих ионов проводят из всей смеси до проведения разделения.

Испытание на присутствие железа (II). В пробирку помещают 2—3 капли испытуемого раствора и добавляют 1 каплю раствора гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆]. Выпадение осадка темно-синего цвета указывает на присутствие ионов железа (II).

Испытание на присутствие железа (III). В пробирку помещают 2 капли испытуемого раствора и добавляют 1 каплю раствора гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)e]. Выпадение темно-синего осадка указывает на присутствие ионов Fe³⁺.

Проверочное испытание. К2 каплям испытуемого раствора добавляют 2 капли роданида калия KSCN. Появление красного окрашивания подтверждает присутствие солей железа (III).

2. Осаждение катионов пятой группы. 20 капель испытуемого раствора помещают в пробирку и добавляют. 10% раствор NaOH до возникновения щелочной реакции, затем добавляют еще 5 капель гидроксида натрия, 5—6 капель пероксида водорода, перемешивают и нагревают на кипящей водяной бане до прекращения выделения газа. Центрифугируют и отделяют осадок от раствора. Центрифугат отбрасывают. Осадок содержит железо, марганец, магний в виде Fe(OH)₃, MnO(OH)₂, Mg(OH)₂. Осадок промывают горячей водой, в которую добавляют несколько капель раствора нитрата аммония NH₄NO₃.
3. Отделение и определение магния. К осадку добавляют 5—6 капель 6 моль/л раствора хлорида аммония NH.jCl и тщательно размешивают стеклянной палочкой. При этом гидроксид магния переходит в раствор. Центрифугируют и отбирают прозрачный центрифугат.

Испытание на присутствие ионов Mg²⁺. В пробирку помещают 4—5 капель полученного центри-фугата, добавляют 3 капли раствора гидрофосфата натрия и 2 капли концентрированного раствора аммиака до появления запаха. Полученный раствор взбалтывают и слегка потирают стенки пробирки стеклянной палочкой. Выпадение белого кристаллического осадка указывает на присутствие ионов Mg²+.

4. Исследование осадка. К осадку, оставшемуся после 
отделения магния, добавляют 10 капель разбавленной 
H₂S0₄ (1:8) и тщательно перемешивают. При этом гидроксид железа растворяется, а в осадке остается МnО(ОН)₂.   Центрифугируют   и   отделяют   раствор   от осадка. Темно-коричневый цвет осадка подтверждает присутствие марганца. Можно провести проверочное испытание на ион марганца.

Испытание на присутствие марганца. В чистую пробирку помещают немного РЬО и 3—4 капли концентрированной HNO₃, нагревают смесь на водяной бане и вносят в нее на стеклянной палочке небольшое количество осадка. Вновь нагревают 10 мин смесь на водяной бане и наблюдают окраску раствора после того, как осадок отстоится. Малиновый цвет раствора, обусловленный образованием МnО₄^2- подтверждает присутствие иона марганца.

ШЕСТАЯ  АНАЛИТИЧЕСКАЯ  ГРУППА КАТИОНОВ

 ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУППЫ

К шестой аналитической  группе катионов относятся катионы Cu²⁺, Hg²⁺, Со²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺. Хлориды, сульфаты и нитраты этих катионов хорошо растворимы в воде. Растворы солей меди (II) окрашены в голубой цвет, кобальта  (II) — в розовый, а никеля  (II) — в зеленый.

Гидроксиды катионов этой группы являются труднорастворимыми слабыми электролитами. Гидроксиды Сu(ОН)₂ и Hg(OH)₂ неустойчивы и разлагаются на соответствующий оксид и воду, Сu(ОН) ₂ при нагревании, a Hg(OH)₂ при обычной температуре.

Соли катионов шестой аналитической группы подвергаются гидролизу в водных растворах.

Для катионов этой группы характерны реакции комплексообразования. Растворы аммиака осаждают Сu, Hg, Со, Ni, Cd в виде гидроксидов. При избытке аммиака они растворяются, образуют комплексные соединения [СuNH₃)₄]²⁺, [Hg(NH₃) ₄]²⁺, [Со(NH₃) б]²⁺, [Ni(NH₃)₂]²⁺,

[Cd(NH₃)₄]²⁺.

Медь, ртуть и кобальт  имеют переменную степень окисления, поэтому для них характерны окислительно-восстановительные  реакции. Некоторые из этих реакций  используются для открытия отдельных  ионов. Например, ион Hg ⁺ открывают восстановлением его до Hg(I) и затем до свободной ртути действием SnCl₂

Медь  принадлежит  к  числу  микроэлементов,  очень  малые количества которых необходимы для нормальной жизнедеятельности  живых организмов. Удобрения, содержащие медь, способствуют росту растений на некоторых малоплодородных почвах, повышают их устойчивость против засухи и холода. В человеческом организме медь обнаружена в составе эритроцитов. Она оказывает заметное влияние на повышение сопротивляемости организма к вредному воздействию некоторых факторов внешней среды.

В настоящем учебнике анализ смеси катионов шестой аналитической  группы не рассматривается.

ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ШЕСТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ

Реакции катиона  ртути (II)  Hg²⁺

1. Гидроксиды   щелочных   металлов   NaOH   и   КОН

осаждают из растворов  солей ртути (II) желтый осадок оксида ртути:

Hg(N0₃)₂ + 2КОН = HgO+ Н₂0 + 2KN0₃

Hg²⁺+ + 20Н- = HgO + H₂0.

Осадок легко растворим  в кислотах. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли ртути (II) добавляют 2 капли раствора гидроксида натрия или калия. Наблюдают за выпадением осадка.

 

2. Иодид калия KI с солями ртути (II) дает красный 
осадок иодида ртути (II):

Hg(N0₃)₂ + 2KI = HgI₂ + 2KN0₃

Hg²⁺ + 2I- = HgI₂

Осадок растворяется в избытке реактива с образованием бесцветной комплексной соли:

HgI₂ + 2KI = K₂(HgI₄].

Реакция часто используется для обнаружения ионов Hg²⁺, хотя ионы Сu²⁺ мешают определению.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2 капли раствора нитрата ртути (II) Hg(NO₃)₂. добавляют к нему сначала 2 капли раствора иодида калия, а затем избыток. Наблюдают выпадение и последующее растворение осадка.

 

3. Хлорид   олова   (II)   SnCI₂   восстанавливает   соли ртути (II) до нерастворимого хлорида ртути (II) белого цвета:

2HgCl₂ + SnCI₂ = HgCl₂ + SnCl₄

2Hg²⁺ H- Sn²⁺ + 2C1- = Hg₂CI₂| + Sn⁴⁺.

 Если реактив брать в избытке, то происходит дальнейшее восстановление ртути до металлической:

HgCl₂ + SnCI₂ = 2Hg + SnCl₄ Hg₂CI₂

Sn²⁺ = 2Hg + Sn⁴+ + 2Сl^-.

Этой   реакцией   пользуются   для   обнаружения   иона ртути (II).

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли ртути (II) добавляют сначала I—2 капли, а затем избыток раствора хлорида олова (II). Наблюдают выпадение белого осадка, а затем его почернение.

Реакции катиона  меди (II) Сu²⁺

1. Гидроксиды щелочных металлов NaOH и КОН из

растворов солей меди (II)  выделяют на холоду голубой осадок гидроксида меди (II):

CuS0₄ + 2КОН = Cu(OH)₂ + K₂S0₄

Cu²⁺ + 20H- = Cu(OH)₂|.

Осадок   растворим   в   концентрированном   растворе аммиака:

Си (ОН) ₂ + 4NH₃ = [Си (NH₃) ₄] (ОН) ₂,

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли меди (II) добавляют 2 капли раствора гидроксида натрия или калия и наблюдают выпадение голубого осадка.

 

2. Водный раствор аммиака, взятый в избытке, образует с солями меди (II) комплексное соединение меди (II) синего цвета:

CuS0₄ + 4NH₃= Cu (NH₃)₄ SO₄,

Сu²⁺ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]²⁺

Реакция является наиболее характерной для иона Сu²⁺ и чаще всего применяется для его обнаружения. Проведению реакции мешают ионы Ni²⁺ и Со²⁺.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли меди (II) добавляют избыток раствора аммиака. Наблюдают окрашивание раствора.