Аналитические реакции катионов III аналитической группы

Групповым реагентом на катионы третьей аналитической группы является 1 М раствор серной кислоты, которая с катионами Ba²⁺и Ca²⁺ образует осадки малорастворимых сульфатов ВaSO₄ и CaSO₄ белого цвета.

 

1. Аналитические реакции катиона бария, Ва²⁺

1.1. Реакция с серной кислотой. Серная кислота и растворимые сульфаты с ионами бария Ва²⁺ образуют белый кристаллический осадок, нерастворимый в минеральных кислотах:

Ba²⁺ + SO₄^2- ® ¯ BaSO₄

Выполнение реакции: поместите в пробирку 1-2 капли раствора соли бария и добавьте к нему 2-3 капли 1 М раствора H₂SO₄.

Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

1.2. Реакция с хроматом калия, K₂CrO₄ или дихроматом калия, K₂Cr₂O₇. Хромат калия с ионами бария Ва²⁺ при рН = 4-5 образует желтый осадок хромата бария ВаCrO₄:

Ba²⁺ + CrO₄^2- ® ¯ ВаCrO₄

Хромат бария растворим в сильный кислотах (кроме H₂SO₄, см. п. 1.1), но нерастворим в уксусной кислоте. При проведении реакции в уксуснокислой среде определению иона бария не мешают ионы Ca²⁺, так как осадок CaCrO₄ не образуется.

Выполнение реакции: смешайте в пробирке по 5 капель растворов хлорида бария и хромата калия. Полученный осадок разделите на две пробирки. В первую пробирку с осадком добавьте 2-3 мл 2 М раствора HCl, а в другую - 2-3 мл 2 М раствора СН₃СООН.

Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

1.3. Окрашивание пламени. Летучие соли бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет.

Выполнение реакции: чистую нихромовую проволоку опустите в насыщенный раствор соли бария или в сухую соль и затем внесите её в пламя газовой горелки. Запишите наблюдения в тетрадь.

 

2. Аналитические реакции катиона кальция, Са²⁺

2.1. Реакция с серной кислотой. Серная кислота и растворимые сульфаты в концентрированных растворах образуют с катионом кальция Са²⁺ кристаллы гипса CaSO₄×2Н₂О белого цвета, имеющие игольчатую форму:

Сa²⁺ + SO₄^2- + 2 Н₂О ® ¯ СaSO₄ × 2Н₂О

Выполнение реакции: поместите на предметное стекло 1 каплю раствора соли кальция, прибавьте к нему 1 каплю 1 М раствора H₂SO₄ и 1 каплю С₂Н₅ОН для уменьшения растворимости. Осторожно нагрейте предметное стекло на водяной бане до появления белых кристаллов гипса. Рассмотрите их под микроскопом.

Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

2.2. Реакция с оксалатом аммония, (NH₄)₂C₂O₄. Оксалат аммония с ионами кальция Са²⁺ образует белый кристаллический осадок CаC₂O₄, нерастворимый в уксусной кислоте, но растворимый в сильных кислотах:

Сa²⁺ + C₂O₄^2- ® ¯ CаC₂O₄

Выполнение реакции: поместите в пробирку 1-2 капли раствора соли кальция, 3-4 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄ и 1-2 капли 2 М раствора аммиака. Полученный осадок разделите на две части. В первую пробирку с осадком добавьте 2-3 мл 2 М раствора HCl, а в другую - 2-3 мл 2 М раствора СН₃СООН.

Запишите наблюдения и уравнение реакции в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

2.3. Окрашивание пламени. Летучие соли кальция окрашивают пламя газовой горелки в оранжево-красный цвет.

Выполнение реакции: чистую нихромовую проволоку опустите в насыщенный раствор хлорида кальция или в сухую соль и затем внесите её в пламя газовой горелки. Запишите наблюдения в тетрадь.

Лабораторная работа № 4

АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ I - III АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП

Предварительные испытания

1. С помощью универсального индикатора определите рН раствора.

2. Проведите реакцию открытия иона NH₄⁺ (см. л.р.1).

1. Осаждение хлоридов катионов II аналитической группы групповым реагентом HCl (2 М)

1.1. Поместите в центрифужную пробирку 2-3 мл исследуемого раствора и прибавьте к нему 8-10 капель 2 М раствора HCl. Перемешайте смесь стеклянной палочкой и затем отделите осадок от раствора центрифугированием.

Проверьте полноту осаждения. Для этого к раствору над осадком (центрифугату) прибавьте еще 2-3 капли раствора HCl. Если при этом не происходит помутнение раствора, то осаждение полное.

Осадок 1 Центрифугат 1

PbCl₂, AgCl, Hg₂Cl₂ NH₄⁺, Na⁺, K⁺, Ba²⁺, Ca²⁺

1.2. Центрифугат 1 слейте с осадка в отдельную пробирку и напишите номер (стеклографом или восковым карандашом). Оставьте этот раствор для дальнейшего анализа.

1.3. Работайте с осадком 1.

Осадок промойте дистиллированной водой, содержащей 2-3 капли HCl. Отделите осадок от раствора центрифугированием, осторожно слейте раствор с осадка в раковину. К промытому осадку добавьте 2-3 мл дистиллированной воды, перемешайте стеклянной палочкой и нагрейте на водяной бане.

PbCl₂ (если он есть) должен раствориться в горячей воде. В осадке останутся (если они есть) AgCl и Hg₂Cl₂ (осадок 2).

1.4. Отделите осадок 2 от раствора центрифугированием. Центрифугат 2 слейте в отдельную пробирку и проведите реакцию открытия Pb²⁺ (реакцией с KI).

Осадок 2 Центрифугат 2

AgCl, Hg₂Cl₂ Pb²⁺

1.5. К оставшемуся в центрифужной пробирке осадку 2 прибавьте 2-3 мл концентрированного раствора NH₃, перемешайте смесь стеклянной палочкой.

AgCl (если он есть) растворится в растворе аммиака с образованием бесцветного раствора аммиаката серебра [Ag(NH₃)₂]Cl (см. л.р. 2). Hg₂Cl₂ (если он есть) превращается в смесь [HgNH₂]Cl и Hg - черного цвета (см. л.р. 2).Отделите осадок 3 от раствора центрифугированием.

Осадок 3 Центрифугат 3

[HgNH₂]Cl + Hg [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^-

1.6. К центрифугату 3 добавьте 1-2 капли фенолфталеина и затем по каплям раствор HNO₃ (конц.) до исчезновения малиновой окраски. Комплексный аммиакат серебра [Ag(NH₃)₂]Cl (если он есть) разрушается с образованием белого осадка AgCl.

Примечание. Если при проведении реакций Вы не наблюдаете ожидаемый эффект, следовательно, в Вашей задаче отсутствуют соответствующие катионы.

 

Определение катионов III аналитической группы

2.1. Поместите в пробирку 2-3 капли центрифугата 1 и прибавьте к нему 2-3 капли раствора H₂SO₄ (1 М) и 5-7 капель этанола. Образование осадка или помутнение раствора свидетельствует о присутствии катионов III группы.

2.2. Поместите в центрифужную пробирку 1-2 мл центрифугата 1, добавьте к нему 3-4 капли раствора СH₃COONa и 4-5 капель раствора K₂Cr₂O₇. Если в растворе присутствуют ионы Ba²⁺, выпадает желтый осадок BaCrO₄.

Проверьте полноту осаждения. Отделите осадок от раствора центрифугированием.

Осадок 4 Центрифугат 4

BaCrO₄ NH₄⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cr₂O₇^2-

2.3. Центрифугат 4 окрашен в оранжевый цвет из-за присутствия ионов Cr₂O₇^2-. К этому центрифугату прибавьте 5-7 капель раствора оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄. Если в растворе присутствуют ионы Ca²⁺, выпадает белый осадок, цвет которого хорошо виден после центрифугирования. Осадок 5 промойте дистиллированной водой и проверьте его растворимость в соляной и уксусной кислотах, а центрифугат 5 вылейте в раковину.

Осадок 5 Центрифугат 5

СаC₂O₄ NH₄⁺, Na⁺, K⁺, Cr₂O₇^2-

 

Определение катионов I аналитической группы

3.1. Если в предварительных испытаниях Вами был обнаружен ион аммония NH₄⁺, то не следует искать ионы калия и натрия, так как он мешает открытию этих ионов.

Если ион аммония не был обнаружен, то для определения ионов калия и натрия проводят следующие операции.

3.2. Для открытия ионов K⁺ из исходного раствора с помощью раствора карбоната натрия Na₂CO₃ осаждают катионы II и III аналитических групп, а в растворе остаются ионы K⁺.

В центрифужную пробирку поместите 1-2 мл исходного раствора и прибавьте 1-2 мл раствора Na₂CO₃. Отделите осадок от раствора центрифугированием.

Осадок 6 Центрифугат 6

Карбонаты I и III групп Na⁺, K⁺

3.3. К центрифугату 6 прибавьте 1-2 капли фенолфталеина, несколько капель раствора CH₃COOH, до исчезновения малиновой окраски и немного свежеприготовленного раствора Na₃[Co(NO₂)₆] (см. л.р. 1). Образование желтого осадка K₂Na[Co(NO₂)₆] свидетельствует о присутствии в растворе ионов калия.

3.4. Для открытия ионов Na⁺ из исходного раствора с помощью раствора карбоната калия K₂CO₃ осаждают катионы II и III аналитических групп, а в растворе остаются ионы Na⁺.

В центрифужную пробирку поместите 1-2 мл исходного раствора и прибавьте 1-2 мл раствора K₂CO₃. Отделите осадок от раствора центрифугированием.

Осадок 7 Центрифугат 7

Карбонаты II и III групп Na⁺, K⁺

3.5. К 2-3 каплям центрифугата 7 прибавьте 3-4 капли раствора K[Sb(OH)₆] и охладите под струей холодной воды при потирании стеклянной палочкой (см. л.р.1). Образование белого мелкокристаллического осадка Na[Sb(OH)₆] свидетельствует о присутствии ионов натрия.

 

Лабораторная работа № 5