Классификация катионов при кислотно-щелочной системе анализа

№ анали тической группы	Катионы	Групповой реагент	Аналитический сигнал	Примечание
I	Ag^+, Pb^2+, Hg2^2+	2N HCl	Образование белых осадков AgCl, PbCl2, Hg2Cl2	хлориды не раств. в воде и разб. кислотах
II	Ca^2+, Ba^2+, Sr^2+	2N H2SO4	Образование белых осадков CaSO4, BaSO4, SrSO4	сульфаты не раств. в воде и разб. кислотах
III	Al^3+, Zn^2+, Cr^+3, Sn^2+, Sn^4+, As^+3, As^+5	4N NaOH (избыток)	Растворение сначала образовавшихся осадков в избытке реагента	амфотерные гидроксиды растворимы в избытке щелочи с образованием AlO2^−, CrO2^−, ZnO2^2−, AsO4^3−,..
IV	Fe^2+, Fe^3+, Mn^2+, Mg^2+, Sb^3+, Sb^5+, Bi^3+	25% р-р NH3 (избыток)	Образование осадков гидроксидов Fe(OH)2, Fe(OH)3, Mn(OH)2, …	гидроксиды не раств. в воде и избытке щелочи
V	Cu²^+, Ni^2+, Co^2+, Cd^2+	25% р-р NH3 (избыток)	Растворение сначала образовавшихся осадков в избытке реагента	гидроксиды не раств. в воде, но растворимы в растворе аммиака с образованием амминокомплексов [Cu(NH3)4]^2+, [Ni(NH3)6]^2+, …
VI	Na^+, K^+, NH4^+	—	—	хлориды, сульфаты, гидроксиды раств. в воде

Отделение I группы катионов

К 20 каплям исследуемого раствора прибавляют этиловый спирт (10 капель), 30 капель НСl, раствор перемешивают, нагревают. После 5–минутного охлаждения осадок центрифугируют. В осадке присутствует I аналитическая группа, а в центрифуге – катионы II÷VI групп. Осадок промывают 2÷3 раза 0,1 N раствором HCl и приступают к открытию в нем Pb²⁺, Hg₂²⁺, Ag⁺. Промывные воды выбрасывают.

Отделение II группы катионов

Из центрифугата удаляют нагреванием спирт (полнота удаления определяется по отсутствию запаха спирта) и прибавляют к нему раствор 2 N H₂SO₄ до полноты осаждения. Раствор нагревают и центрифугируют. В осадке находятся сульфаты катионов II аналитической группы BaSO₄, SrSO₄, а в центрифугате катион Сa²⁺ и катионы III÷VI аналитических групп. К раствору добавляют спирт, нагревают и дают постоять 1÷2 минуты. При наличии в исследуемом растворе Сa²⁺ он выпадает в виде сульфата. Центрифугируют. В осадке CaSO₄, а в центрифугате катионы III÷VI аналитических групп. Осадок промывают 0,1 N раствором Н₂SO₄ (промывные воды выбрасывают), обрабатывают при перемешивании в течение 1÷2 минут холодной водой и центрифугируют. В центрифугате обнаруживают кальций по реакции:

1) с хромом темно-синим в присутствии NH₃∙H₂O (pH ~ 9÷10),

2) с (NH₄)₂C₂O₄ + CH₃COOH.

Раствор, содержащий смесь катионов III÷VI групп, кипятят до полного удаления спирта (по запаху), упаривают до небольшого объема (0,5÷1,0 мл), отбирают в пробирку 10 капель этого раствора и анализируют на присутствие катионов К⁺ и Na⁺.

Отделение катионов III группы от катионов IV ÷ VI групп

К раствору, содержащему смесь катионов III÷VI групп (20 каплям), прибавляют несколько капель (5÷6) пероксида водорода и концентрированный (6 N) раствор NaOH (10 капель) до полного осаждения.

Раствор нагревают в течение 3÷5 минут при тщательном перемешивании стеклянной палочкой. Избыток пероксида водорода удаляют кипячением. Все катионы III группы переходят в раствор в виде [Al(OH)₄]⁻, [Zn(OH)₄]²⁻, [Sn(OH)₆]²⁻, CrO₄²⁻.

Катионы IV÷V групп остаются в осадке в виде соответствующих гидроксидов. Центрифугированием отделяют осадок от раствора. Центрифугат, содержащий третью аналитическую группу, исследуют на присутствие катионов этой группы.

Осадок промывают дистиллированной водой (промывные воды выбрасывают) и анализируют, как указано ниже.

Отделение катионов IV группы от катионов V группы

К осадку гидроксидов IV и V групп прибавляют при нагревании 3÷4 капли Н₂О₂ и затем 2 N НNО₃ до полного растворения осадка (Н₂О₂ прибавляют для растворения осадка МnО(ОН)₂). Раствор катионов IV÷V групп нейтрализуют по каплям 2 N раствором соды до появления слабой мути, добавляют к нему 2÷3-х кратный объем концентрированного аммиака и нагревают до 40÷50^о С. При этом катионы V группы остаются в растворе в виде комплексных соединений, а IV группа катионов выпадает в осадок в виде гидроксидов. Осадок отделяют от раствора центрифугированием, промывают 2÷3 раза концентрированным аммиаком (промывные воды выбрасывают) и анализируют на присутствие катионов IV группы.

Раствор амминокомплексов катионов V группы разрушают 2 N раствором серной кислоты, доводя среду до слабокислой (проба индикаторной бумагой), и анализируют на присутствие катионов этой группы дробным методом.

Систематический ход анализа смеси катионов I÷VI групп приведен в таблице 2.

Дробный анализ катионов

Ниже в таблице 3 приведены реагенты (Р), аналитические реакции, методики эксперимента и аналитические сигналы для выполнения качественного анализа смеси катионов в растворе Задачи (З) дробным способом.

Дробный анализ анионов

Качественный анализ анионов выполняют дробным путем, поэтому их не делят на аналитические группы, а классификация, основанная на различной растворимости в воде солей бария и серебра соответствующих кислот, имеет целью упорядочение (табл.4).

Таблица 2