Лабораторная работа №7. Анализ смеси катионов всех шести аналитических групп

Цель работы: установить качественный состав раствора, содержащий катионы I – VI аналитических групп.

Оборудование и реактивы. В штативе: дигидроантимонат натрия, йодид калия, хлорид бария, нитрат свинца (II), ацетат натрия, гидроксид аммония, гидроортофосфат натрия, сульфат цинка, роданид (тиоцианат) калия, гидроксид натрия, гидроксид калия – 5% растворы. В лаборатории: держатель для пробирок, воронка, фильтры. В вытяжном шкафу: песчаная баня, колбонагреватель, соляная кислота, азотная кислота, уксусная кисота – 2 н. растворы; гидроксид калия, гидроксид натрия – 6 н. растворы; гидроксид аммония – концентрированный раствор, сульфид натрия – 5 % раствор. Получать в лаборантской: гексанитрокобальтат натрия, реактив Несслера, спирт амиловый (изоамиловый), ацетон; гексацианоферрат (II) калия – 5 % растворы, алюминон – 1% раствор, хлорид аммония, крист., перекись водорода, гексацианоферрат (III) калия, тетрароданомеркурат (II) аммония – 5 % растворы, висмутат натрия, крист., диметилглиоксим – 1 % спиртовой раствор, индикаторная бумага, пробирки, стеклянные палочки.

Выполнение анализа

Анализируемый раствор этой работы может содержать катионы всех шести аналитических групп. Приобретенные студентами навыки в ходе выполнения лабораторных работ № 1-6 позволяют решить поставленную задачу самостоятельно, без детального описания хода анализа, с использованием схемы разделения раствора на аналитические группы (см. рис. 1), схем анализа попарно выделенных групп и качественных аналитических реакций.

Первоначально проводят предварительные испытания дробным анализом на обнаружение или отсутствие в растворе ионов Fe³⁺, Cu²⁺, Mn²⁺, Hg²⁺, , что в последующем позволит упростить схему анализа отдельных аналитических групп.

После проведения предварительных испытаний осуществляют разделение анализируемого раствора на отдельные группы (кроме первой, которую анализируют дробным методом путем отбора пробы, см. схему рис. 1). Разделение на группы осуществляют по схеме рис. 1 с использованием операций промывки осадков на фильтре и проверки полноты осаждения каждой группы.

Аналитическая работа № 7 рассчитана на два лабораторных занятия (по 2 академических часа в каждом). В течение первого занятия рекомендуется:

‑ провести предварительные испытания;

‑ осуществить разделение исследуемого раствора на группы по схеме рис. 1 с выделением осадков II группы, III группы (с одновременным обнаружением в нем Ba²⁺ и Ca²⁺) и суммарного осадка V и VI групп;

- провести анализ раствора IV группы в соответствии со схемами рис. 7, 8 и указаниями к лабораторным работам № 3 и 5;

- провести дробный анализ на определение K⁺ и Na⁺ (см. рис. 4 и указания к лабораторной работе № 4).

В течении второго занятия рекомендуется:

‑ провести анализ осадка II группы по схеме рис. 3 и 5, и указаниям к лабораторным работам № 3 и № 4;

- провести разделение V и VI групп из суммарного осадка (по схеме рис. 1) с последующим анализом растворов V и VI групп по схемам и указаниям к лабораторным работам № 3 и 6.

4. Практические задания

1. Составить схему качественного анализа катионов пробы раствора сернокислого выщелачивания огарков сульфатизирующего обжига пиритных концентратов. Кроме пирита FeS₂, концентрат содержит халькопирит CuFeS₂, сфалерит ZnS, пентландит (Fe,Ni)₉S₈, алюмонатриевые силикаты, а также изоморфные примеси в сульфидах кобальта и серебра.

2. Составить схему качественного анализа катионов пробы объединенных отработанных растворов электролитов гальванического производства, включающих операции меднения, хромирования, никелирования и травления стали. Исходные растворы электролитов, кроме основных компонентов, в качестве специальных добавок содержат гидросульфат аммония. Отработанные растворы после операций хромирования содержат хромат-ионы, после операции травления стали - ион Fe³⁺.

3. Составить схему качественного анализа пробы раствора, полученного разложением комплексной окисленной железной руды, содержащей, кроме оксида железа, апатитCa₃(PO₄)₂, нефелин Na₃K(AlSiO₄)₄, англезит PbSO₄ и смитсонит ZnCO₃.

4. Составить схему качественного анализа пробы раствора, полученного разложением полиметаллической сульфидной руды, содержащей халькопирит CuFeS₂, галенит PbS, сфалерит ZnS, пирит FeS₂, а также барит BaSO₄, алюмосиликаты калия и натрия, кальцит CaCO₃, металлическое серебро.

5. Составить схему качественного анализа пробы раствора, полученного разложением сульфидной медно-никелевой руды, содержащей халькопирит CuFeS₂, пентландит (Fe,Ni)₉S₈, пирротин FeS, кальцит CaCO₃, магнезит MgCO₃, алюмосиликат калия, самородное серебро и изоморфный (в пентландите) кобальт.

6. Составить схему качественного анализа пробы раствора, полученного разложением сульфидной свинцово-цинковой руды, содержащей галенит PbS, сфалерит ZnS, пирит FeS₂, барит BaSO₄, кальцит CaCO₃, магнезит MgCO₃ и алюмосиликат натрия.

7. Составить схему качественного анализа пробы раствора, полученного разложением апатито-нефелиновой руды, содержащей апатит Ca₃(PO₄)₂, нефелин Na₃K(AlSiO₄)₄, магнезит MgCO₃, гематит Fe₂O₃, хромит FeCr₂O₄.

8. К пробе сточной воды добавили 2 н. раствор соляной кислоты, выпавший белый осадок отфильтровали. Фильтрат нейтрализовали до рН» 5 и добавили раствор гексанитрокобальтата (III) натрия. Получили темный осадок. Осадок на фильтре обработали горячей водой, он не растворился, но под действием раствора аммиака почернел. Какие катионы присутствовали в пробе? Составьте схему анализа.

9. В анализируемой пробе после вскрытия руды предполагается наличие ионов алюминия, кальция, магния, железа и цинка. Как проверить их присутствие в растворе? Составьте схему анализа.

10. Как проверить присутствие цинка в растворе после вскрытия полиметаллической руды, содержащей медь, железо, свинец, кальций и кадмий? Составьте схему анализа.

11. В «легком» сплаве на основе алюминия могут находиться цинк, медь, железо, марганец, магний. Подтвердите наличие этих металлов в сплаве. Составьте схему анализа.

12. В «тяжелом» сплаве на основе свинца могут находиться железо, медь, цинк и серебро. Подтвердите наличие этих металлов в сплаве. Составьте схему анализа.

13. Дана проба сточной воды. При действии этой воды на пластину металлической меди образовалось блестящее пятно. К части сточной воды добавили соляной кислоты и выпал белый осадок. Под действием гидроксида он почернел. После фильтрации белого осадка к части образовавшегося раствора добавили сульфат натрия и выпал белый осадок, другой частью раствора подействовали на медную пластину, образовалось блестящее пятно. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

14. Дана проба сточной воды. К части пробы добавили соляную кислоту, выпал белый осадок, растворимый в горячей воде. После фильтрации белого осадка к полученному раствору добавили некоторое количество щелочи, выпал белый осадок, который затем растворился в ее избытке. Часть полученного раствора подкислили до рН»5 и добавили раствор алюминона, образовался красный осадок. К другой части подкисленного раствора добавили сульфид натрия, образовался белый осадок. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

15. К отдельным пробам сточной воды добавили раствор соляной кислоты, осадок не выпал, добавили серной кислоты и этиловый спирт, осадок не выпал, добавили избыток щелочи, выпал белый осадок. Осадок отфильтровали. Полученный фильтрат подкислили до рН»2 и добавили сульфид натрия, выпал белый осадок. Предыдущий осадок растворили в соляной кислоте, к полученному раствору добавили сульфид натрия, выпал желтый осадок. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

16. Дана проба сточной воды. К части пробы добавили соляную кислоту, выпал осадок. После фильтрации осадок на фильтре промыли горячей водой. К полученному фильтрату добавили раствор иодида калия, при этом не обнаружили выпадение никакого осадка. К промытому горячей водой осадку на фильтре добавили концентрированный раствор гидроксида аммония. На фильтре осадок потемнел, а к полученному фильтрату добавили соляной кислоты и образовался белый осадок.

К фильтрату, полученному после добавления соляной кислоты к исходной пробе сточной воды, добавили серной кислоты. При этом не обнаружили выпадения осадка, затем добавили этиловый спирт и перемешали при нагревании, образовался осадок белого цвета. Полученный осадок отфильтровали. Несколько капель фильтрата нанесли на медную пластину, на пластине образовалось светлое пятно. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

17. К части анализируемого раствора, имеющего рН»7, добавили дигидроантимонат калия, образовался белый кристаллический осадок. К другой части раствора добавили соляную кислоту - осадка не обнаружили, затем добавили раствор серной кислоты, осадок тоже не выпал. К полученному раствору добавили этиловый спирт, нагрели и тщательно перемешали, осадок снова не выпал. Затем к раствору добавили 30 % раствор пероксида водорода и гидроксид натрия до рН = 11,5, осадок опять не образовался. Полученную смесь нагрели до Т»80°С и тщательно перемешали до прекращения выделения пузырьков газа. После этой операции раствор разделили на две части. К первой части добавили раствор серной кислоты и получили оранжево-красный раствор. К другой части раствора добавили некоторое количество хлорида аммония и соляной кислоты до рН = 8-9, затем добавлением избытка хлорида аммония подкислили раствор до рН» 5. Образования осадка не обнаружили. После этого к раствору добавили сероводородную воду до рН» 2, образовался белый осадок. Какие катионы присутствовали в анализируемом растворе? Составьте схему анализа.

18. К пробе сточной воды добавили раствор соляной кислоты, выпал белый осадок. Осадок отфильтровали и обработали горячей водой, после чего он полностью растворился. К фильтрату, полученному после удаления белого осадка добавили серную кислоту, затем этиловый спирт и перемешали при нагревании. Выпадение осадка не обнаружили. К полученному кислому раствору добавили избыток щелочи, выпал осадок, который отфильтровали. Осадок растворили в азотной кислоте при нагревании и добавили концентрированный раствор гидроксида аммония, образовался ярко синий раствор без осадка. К фильтрату, полученному после удаления осадка, образовавшегося в щелочной среде, добавили соляной кислоты и ацетатный буфер до рН» 5, а затем - раствор алюминона. Образовался красный осадок. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

19. К отдельным пробам сточной воды, имеющей рН» 5, добавили следующие реагенты:

‑ избыток раствора гексанитрокобальтата (III) натрия - выпал желтый осадок;

‑ раствор соляной кислоты - осадок не выпал;

‑ раствор серной кислоты, а затем этиловый спирт - осадок не выпал;

‑ концентрированный раствор гидроксида аммония - образовался осадок и ярко-синий раствор.

После добавления гидроксида аммония осадок отфильтровали, а затем растворили в азотной кислоте при нагревании. К полученному раствору добавили гидроксид аммония и хлорид аммония до рН» 9, осадок не выпал, а затем добавили гидрофосфат натрия - выпал белый кристаллический осадок. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

20. Как проверить наличие никеля после вскрытия руды, содержащей медь, кобальт, кадмий, кальций и серебро? Составьте схему анализа.

21. Как проверить наличие кобальта в сточной воде, содержащей медь, железо (III), никель, свинец и кальций. Составьте схему анализа.

22. К отдельным пробам нейтральной сточной воды добавили следующие реагенты:

‑ реактив Несслера (щелочной раствор тетраиодомеркурата калия) - образовался оранжевый осадок;

‑ раствор соляной кислоты - образовался белый осадок, который полностью растворяется в горячей воде;

- раствор серной кислоты, а затем этиловый спирт - осадок не выпал.

Затем всю оставшуюся пробу воды обработали соляной кислотой, осадок отфильтровали, а фильтрат обработали 30 % раствором пероксида водорода и гидроксида натрия до рН = 11 при нагревании и перемешивании до полного выделения газа. Образовавшийся осадок коричневого цвета отфильтровали и растворили в азотной кислоте при нагревании. К полученному раствору добавили роданид аммония - образовался красный раствор. К фильтрату, имевшему желтую окраску, после удаления коричневого осадка добавили 3 % раствор пероксида водорода, амиловый спирт и избыточное количество серной кислоты. После интенсивного перемешивания полученная смесь расслоилась на два жидких слоя, из которых верхний окрашен в синий цвет. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

23. К части пробы нейтрализованной сточной воды добавили раствор дигидроантимоната калия - выпал белый кристаллический осадок. К другой части пробы добавили соляной кислоты - осадок не выпал, затем добавили серной кислоты - осадок не выпал, а потом - этиловый спирт и смесь тщательно перемешали при нагревании. После последней операции выпал белый осадок, который удалили фильтрованием. Полученный фильтрат обработали концентрированным раствором щелочи, а затем отфильтровали с получением осадка и раствора I. Осадок растворили в азотной кислоте и добавили сухой висмутат натрия - образовался розовый раствор. Раствор I нейтрализовали соляной кислотой до рН = 2 и добавили сульфид натрия - образовался белый осадок. Какие катионы присутствовали в сточной воде? Составьте схему анализа.

24. Составьте схему качественного анализа пробы раствора, полученного разложением медно-никелевой руды, содержащей талнахит, пентландит, троилит, кальцит, алюмосиликаты калия, натрия и магния, а также микропримеси кобальта, кадмия и серебра.

25. Как проверить наличие меди и кобальта после вскрытия полиметаллической руды, содержащей галенит, сфалерит, пирит, барит и кальцит. Составьте схему анализа.

26. Как определить качественный состав пиритного концентрата, выделенного из железной руды, если он может содержать кроме основного металла - железа, также медь, никель, кобальт, серебро, алюминий и кальций. Составьте схему анализа раствора после вскрытия пиритного концентрата.

Литература

Основная

1. Золотов Ю.А. и др. Основы аналитической химии в 2-х книгах. Книга 2. Методы химического анализа. М.: Высшая Школа, 2004 г.

2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. М.: Высшая школа, 2005.

3. Васильев В.П. Аналитическая химия. М.: Дрофа, 2004.

4. Васильев В.П. Аналитическая химия. Лабораторный практикум. М.: Дрофа, 2004.

5. Краткий справочник физико-химических величин. Издание 9. ред. Равдель А.А., Пономарева А.М. СПб.: Специальная литература, 2003.

Дополнительная

7. Аналитическая химия. Химические методы анализа. Ред. Петрухин О.М. М.: Химия, 1993.

8. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. М.: Химия, 1990.

Содержание

Введение. 3

1. Краткие теоретические сведения. 3

2. Указания по технике выполнения лабораторных работ. 9

3. Лабораторный практикум.. 10

Лабораторная работа №1. Действие групповых реагентов. 10

Лабораторная работа №2. Качественные аналитические реакции катионов. 13

Лабораторная работа №3. Разделение ионов по аналитическим группам и внутри группы. 24

Лабораторная работа № 4. Анализ смеси катионов I и II аналитических групп. 38

Лабораторная работа № 5. Анализ смеси катионов третьей и четвертой аналитических групп 39

Лабораторная работа №6. Анализ смеси катионов пятой и шестой аналитических групп. 41

Лабораторная работа №7. Анализ смеси катионов всех шести аналитических групп. 44

4. Практические задания. 45

Литература. 51