1.7.7. Отделение иона аммония. Ион NH₄⁺ мешает обнаружению ионов Na⁺ и К⁺, поэтому его необходимо удалить из раствора перед обнаружением этих ионов. Для удаления иона аммония обычно используют летучесть его солей при нагревании.

Выполнение реакций. В пробирку помещают 6-8 капель раствора, содержащего соль аммония, добавляют одну каплю фенолфталеина и Na₂CO₃(сухую соль) или концентрированный раствор NaOH до ярко малиновой окраски (рН=10). Содержимое пробирки нагревают, прозрачный центрифугат переносят в фарфоровую чашку, выпаривают досуха до исчезновения белого дыма. Сухой остаток растворяют в 3-4 каплях дистиллированной воды и в 1 капле раствора проверяют полноту удаления иона аммония реактивом Несслера. Если NH₄⁺ полностью не удален, операцию повторяют до полного удаления иона аммония из раствора.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается VI аналитическая группа катионов от других групп кислотно-основной классификации?

2. Можно ли обнаружить катион К⁺ в присутствии катиона NH₄⁺ ?

3. Можно ли обнаружить катион Na⁺ в присутствии катиона NH₄⁺?

4. Какая из реакций обнаружения катиона NH₄⁺ является специфической?

5. Почему при обнаружении катиона NH₄⁺ щелочами необходимо нагревание и смачивание индикаторной бумаги?

6. Какие реактивы используют для обнаружения катиона К⁺?

7. Почему анализ смеси катионов VI группы начинают с обнаружения катиона NH₄⁺?

8. Как можно удалить катион NH₄⁺ из анализируемого раствора?

9. Как проверить полноту удаления иона NH₄⁺?

1.8 СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ ХОД АНАЛИЗА СМЕСИ КАТИОНОВ I, II, VI АНАЛИТИЧЕСКИХ ГРУПП

В исследуемом растворе могут содержаться: Ag⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, NH₄⁺, K⁺. Исследуемый раствор может быть с осадком или без осадка.

Из общего раствора без разделения на группы с помощью селективных реакций можно открыть:

- NH₄⁺ - реактивом Несслера (п.1.7.6.) или нагреванием со щелочами (п.9.4.1);

- Na⁺ - дигидроантимонатом калия (п.1.7.3.).

1.8.1. Отделение катионов I группы от катионов II и VI аналитических групп.

К 20-30 каплям исследуемого раствора с осадком (если он есть) прибавляют при перемешивании 15-20 капель 2 М раствора HCl до полного осаждения хлоридов I группы. Большого избытка HCl следует избегать, так как он может привести к частичному растворению осадка за счет образования комплексов. Осадку дают некоторое время постоять, смесь центрифугируют и делают пробу на полноту осаждения катионов первой группы. Центрифугат переносят в чистую пробирку и оставляют для дальнейшего анализа, в осадке содержатся хлориды первой аналитической группы: AgCl, PbCl₂.

Анализ катионов первой аналитической группы

1.8.2. Открытие Pb²⁺.

Осадок, полученный по п. 1.8.1. обрабатывают 10 каплями дистиллированной воды, нагревают при перемешивании 2-3 минуты. при этом хлорид свинца растворяется, а хлорид серебра остается в осадке. Горячий раствор центрифугируют. прозрачный центрифугат переносят в чистую пробирку (быстро) и испытывают на присутствие в нем ионов Pb²⁺ реакциями с KI (п. 1.2.4.) или K₂Сr₂O₇ (п.1.2.3.).

1.8.3. Удаление PbCl₂.

Если свинец присутствует, его необходимо удалить из осадка. Для этого к осадку, полученному в п.1.8.2., прибавляют избыток (20-30 капель) дистиллированной воды и нагревают до кипения, все время перемешивая раствор, горячую смесь центрифугируют и центрифугат, содержащий PbCl₂, отбрасывают. Такую обработку проводят до отрицательной реакции на ионы свинца.

1.8.4. Отделение Ag⁺.

К осадку, полученному в п. 1.8.3., прибавляют 4-8 капель концентрированного NH₄OH и хорошо перемешивают 1-2 минуты. При этом хлорид серебра растворяется с образованием комплексной соли [Ag(NH₃)₂]Cl. Содержимое пробирки центрифугируют и центрифугат переносят в чистую пробирку.

1.8.5. Открытие Ag⁺.

К центрифугату, содержащему аммиакатный комплекс серебра, прибавляют 1-2 капли фенолфталеина и по каплям при перемешивании 6 М HNO₃ до исчезнования окраски. Образование белого осадка (мути) AgCl указывает на присутствие иона Ag⁺:

[Ag(NH₃)₂]Cl + 2 HNO₃ > AgClv + 2NH₄NO₃.

На другую порцию раствора можно подействовать 1 каплей раствора КВr. Образование желтого осадка свидетельствует о наличии ионов Ag⁺ в растворе (п.1.2.1).

1.8.6. Отделение катионов II аналитической группы.

К центрифугату, полученному по п. 1.8.1., добавляют 28-30 капель этилового спирта (для уменьшения растворимости сульфата кальция) и по каплям 2 М серную кислоту, все время перемешивая раствор, до полного осаждения сульфатов II группы. Затем добавляют еще 3-5 капель 2 М H₂SO₄. Раствору с осадком дают постоять 5-10 минут, центрифугируют и, не отделяя осадка, проверяют полноту осаждения сульфатов. Добившись полного осаждения, центрифугируют и отделяют осадок сульфатов II группы от раствора, содержащего катионы VI группы.

Анализ катионов II аналитической группы.

1.8.7. Перевод сульфатов в карбонаты (содовая вытяжка). К осадку, полученному по п. 1.8.6., прибавляют 20 капель насыщенного раствора соды и нагревают несколько минут, время от времени хорошо перемешивая содержимое пробирки. Затем центрифугируют содержимое пробирки, центрифугат отбрасывают, а осадок вновь обрабатывают раствором соды и так до тех пор, пока раствор над осадком не покажет отрицательной реакции на сульфат-ионы (к 2-3 каплям раствора добавляют 2-3 капли 2 М BaCl₂. К выпавшему осадку добавляют избыток (10 капель) 2 М НСl, если осадок растворился, можно считать, что сульфаты полностью перешли в карбонаты). Убедившись в полноте перевода сульфатов в карбонаты, осадок тщательно промывают 2-3 раза горячей дистиллированной водой (тщательное промывание необходимо для удаления сульфат-иона. Если этого не сделать, то при дальнейшей обработке осадка уксусной кислотой часть катионов снова будет осаждена в виде сульфатов).

1.8.8. Растворение осадков карбонатов.

Осадок, полученный по п.1.8., обрабатывают по каплям горячей уксусной кислотой до полного растворения осадка.

BaCO₃ + 2CH₃COOH > Ba(CH₃COO)₂ + H₂O + CO₂

СаCO₃ + 2CH₃COOH > Са(CH₃COO)₂ + H₂O + CO₂

Обнаружение Ва²⁺

1.8.9. Отделение Ва²⁺.

Если Ва²⁺ открыт, его необходимо удалить из раствора, так как он мешает дальнейшему ходу анализа. Для этого ко всему центрифугату, полученному в п. 1.8.8., прибавляют 4-5 капель CH₃COONа (для создания рН = 4-5) и по каплям K₂Cr₂O₇ до тех пор, пока жидкость не окрасится в оранжево-желтый цвет.

Появление окраски свидетельствует об избытке Cr₂O₇^2- в растворе и, следовательно, о полноте осаждения хромата бария. После 2-3 минутного нагревания при перемешивании, осадок центрифугируют и отбрасывают, а центрифугат подвергают дальнейшему анализу.

1.8.10. Удаление избытка ионов Cr₂O₇^2-.

Оранжевая окраска раствора затрудняет в дальнейшем открытие ионов стронция и кальция и от нее необходимо избавиться. для этого в раствор добавляют твердый Na₂CO₃ до щелочной реакции (рН = 9-10) и нагревают при перемешивании 2-3 минуты. Выпавший осадок центрифугируют и промывают несколько раз горячей дистилированной водой, центрифугат отбрасывают, а в осадке остается SrCO₃ и СаCO₃, которые подвергают дальнейшему анализу. Открытие Са²⁺ проводят с хромом темно-синим (п.1.3.8) или с оксалатом аммония (п.1.3.7).

Анализ катионов VI аналитической группы

Центрифугат, полученный по п.1.8.6., кипятят до полного удаления спирта (по запаху), затем из раствора удаляют ион аммония (как описано в п.1.7.7.).

Открытие ионов К⁺

В растворе, из которого удален NH₄⁺, определяют К⁺ реакцией с кобальтинитритом натрия (п. 1.7.1).

Открытие ионов Na⁺

Проверяют наличие ионов натрия реакцией с дигидроантимонатом калия (п. 1.7.3.).

1.9 АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ

III, IV и V аналитических групп.

В исследуемом растворе могут содержаться катионы: Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Cd²⁺ Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺. Раствор может быть окрашенным или бесцветным, с осадком или без него.

Предварительные испытания. В предварительных испытаниях проверяют наличие ионов:

Cr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺.

- Cr³⁺ открывают реакцией окисления в кислой среде до Cr₂O₇^2- (п.1.4.4.) и превращением последнего с помощью Н₂О₂ в перекись хрома CrO₅ (п.1.4.5.).

- Fe²⁺ обнаруживают гексацианоферратом (III) калия (п.1.5.1.).

- Fe³⁺ обнаруживают гексацианоферратом (II) калия (п.1.5.3.).

- Mn²⁺ открыают реакциями окисления в кислой среде с висмутатом натрия (п.1.5.5.) или с персульфатом аммония.

- Ni²⁺ открывают реакцией с диметилглиоксимом (п.1.6.7.).

- Cu²⁺ обнаруживают по реакции образования аммиачного комплекса меди (п.1.6.3.) или ферроцианидом калия (п.1.6.1.).

- Cо²⁺ открывают роданидом аммония (п.1.6.5.).

Систематический ход анализа смеси катионов III, IV и V аналитических групп.

1.9.1. Отделение III группы от IV- V групп.

К исследуемому раствору, содержащему катионы III - V аналитических групп, прибавляют 5-6 капель пероксида водорода и концентрированного 6 М раствора гидроксида натрия до полного осаждения, а затем избыток щелочи. Раствор нагревают в течение 3-5 минут при тщательном перемешивании стеклянной палочкой, избыток перекиси водорода удаляют кипячением, при этом катионы третьей группы остаются в растворе, IV -V выпадают в осадок.

Анализ смеси катионов третьей аналитической группы

В отдельной порции центрифугата, полученного по п.1.9.1., проверяют наличие ионов Cr³⁺ (п.1.4.4. и 1.4.5.).

1.9.2. Раствор, содержащий катионы III аналитической группы, разливают на 2 пробирки, в одной из них открывают Zn²⁺ реакциями с дитизоном (п.1.4.7.). Открытию катиона цинка реакцией с дифенилкарбазоном мешают ионы CrO₄^2-, поэтому их удаляют из анализируемого раствора действием хлорида бария в уксуснокислой среде, доводят рН до 4-5 раствором CH₃COOH и прибавляют 2 М раствор BaCl₂ до получения желтого осадка BaCrO₄. После центрифугирования осадок выбрасывают, а в центрифугате определяют Zn²⁺.

1.9.3. Во второй пробирке открывают Al³⁺ реакцией с ализарином (п.6.3.1). Обнаружению Al³⁺ этой реакцией мешают ионы CrO₄^2-. Для того, чтобы удалить эти ионы поступают следующим образом: к раствору, предназначенному для открытия алюминия, добавляют сухую соль NH₄Cl и кипятят до полного удаления аммиака (проба с лакмусовой бумажкой). При этом в осадок выпадают гидроокиси алюминия и олова, а в растворе остаются ZnO₂^2- и CrO₄^2-.

NaAlO₂ + NH₄Cl + H₂O > Al(OH)₃v + NH₄OH + NaCl;

Na₂SnO₂ + 2NH₄Cl + 3H₂O > Sn(OH)₂v + 2NH₄OH + 2NaCl.

Осадок отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой, растворяют в 2 М HCl при нагревании и открывают Al³⁺ реакцией с ализарином.

1.9.4. Разделение катионов IV - V аналитических групп.

К осадку гидроокисей, полученных по п.1.9.1., прибавляют при нагревании 3-4 капли перекиси водорода и затем 2М HNO₃ до полного растворения осадка. H₂O₂ прибавляют для растворения MnO(OH)₂. Полученный раствор нейтрализуют, добавляя по каплям 2 М раствор соды до появления слабой мути, затем добавляют двукратный объем концентрированного раствора аммиака и нагревают до 40-50°С. При этом катионы пятой группы остаются в растворе в виде комплексных соединений аммиакатов, а катионы четвертой группы выпадают в осадок в виде гидроокисей.

1.9.5. Анализ катионов IV аналитической группы.

Осадок, полученный в п.1.9.4., и содержащий гидроокиси катионов IV аналитической группы, отделяют от центрифугата, промывают 2-3 раза дистиллированной водой, в которую добавлено несколько капель 2М NaOH. Затем обрабатывают насыщенным раствором NH₄Cl. При этом гидроокиси железа и марганца остаются в осадке, а ионы магния переходят в раствор, который отделяют от осадка центрифугированием.

1.9.6. В центрифугате, полученном по п.1.9.5, содержащем ионы Mg²⁺, открывают его реакциями с Na₂HPO₄ (п.1.5.11), магнезоном I (п.1.5.12), или титановым желтым (п.1.5.13).

1.9.6. В осадке, полученном по п.1.9.5, проверяют наличие ионов Fe³⁺ реакциями с ферроцианидом (III) калия (п.1.5.3) и Mn²⁺ - реакциями окисления (п.1.5.5). Для этого осадок предварительно растворяют в азотной кислоте.

1.9.7. Анализ смеси катионов V аналитической группы проводят в центрифугате, полученном по п.1.9.5. Аммиакаты разрушают 2 M раствором серной кислоты, доведя среду до слабокислой.

Из отдельных порций раствора открывают Сo²⁺ роданидом аммония (п.1.6.5) и Ni²⁺ реакцией с диметилглиоксимом (п.1.6.7).

Для разделения ионов Сu²⁺ и Сd²⁺, находящихся в центрифугате (п.1.9.4), используют реакцию с тиосульфатом натрия. Для этого к 10 каплям раствора добавляют 2 M H₂SO₄ до рН = 2 и 12-15 капель насыщенного раствора тиосульфата натрия и нагревают. Содержимое пробирки центрифугируют. Центрифугат переносят в чистую пробирку и кипятят до полного удаления сероводорода (проба с фильтровальной бумагой, смоченной раствором соли свинца). В центрифугате определяют Cd²⁺ реакцией с сульфидом натрия (п.1.6.8) или иодидом калия (п.1.б.9).

Осадок промывают водой с 1-2 каплями нитрата аммония и переводят в раствор, добавляя 3 - 4 капли HNO₃ и 1-2 капли КNO₂ или NaNO₂. Образующаяся при реакции

HNO₃ + КNO₂ > KNO₃ + HNO₂

азотистая кислота разлагается, давая окислы азота NO и NO₂ , каталитически ускоряющие реакцию растворения Сu₂S в азотной кислоте.

Сu₂S + 16HNO₃ > 6Cu(NO₃)₂ + 4NO^ + 3Sv + 8H₂O

В полученном растворе открывают Cu²⁺ реакциями с аммиаком (п.1.6.3) или ферроцианидом калия (II) (п.1.6.1).

Контрольные вопросы:

1. В чем сущность операции «содовая вытяжка»?

2. При действии концентрированного раствора аммиака на смесь катионов VI группы получили бесцветный раствор. О присутствии или отсутствии каких катионов это свидетельствует?

3. Какими реактивами можно разделить следующие катионы: Zn²⁺ и Сu²+? А1³+ и Ni²⁺? Mg²⁺ и Cd²⁺? Mg²⁺ и Fe³⁺? Cu²⁺ и Cd²⁺?

4. Присутствие каких катионов возможно в анализируемой смеси, если при растворении ее в воде образовался белый осадок?

5. Как можно растворить осадки Fe(OH)₃, Mg(OH)₂, Cd(OH)₂, MnO(OH)₂?

Размещено на Allbest.ru