Аналитические реакции важнейших катионов

    Оксалат аммония (NH4)2C2O4 осаждает ионы Са2+ в виде белого кристаллического осадка CaC2O4 :

CaCI2 + (NH4)2C2O4 = ↓CaC2O4 + 2NH4CI.

    Осадок растворяется в сильных кислотах и не растворим в уксусной кислоте.

Гексацианоферрат(II) калия) K4[Fe(CN)6] образует с ионами Са2+ в присутствии аммонийной буферной смеси белый кристаллический осадок:

CaCI2 + 2NH4CI + K4[Fe(CN)6] = ↓Ca(NH4)2[Fe(CN)6] + 4HCI.

Выполнение.

   К 3-4 каплям раствора соли кальция прибавьте 2-3 капли NH4OH и NH4CI, а затем 3-4 капли K4[Fe(CN)6] , содержимое пробирки нагрейте.

Осадок Ca(NH4)2[Fe(CH)6] растворяется в сильных кислотах и не растворяется в уксусной (испытайте).

   Карбонаты натрия, калия образуют с ионами кальция белый кристаллический осадок СаСО3:

CaCI2 + Na2CO3 = ↓CaCO3 + 2NaCI.

Ш группа катионов

    К третьей аналитической группе катионов относятся ионы Al3+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Zn2+.

    Сернистые соединения катионов этой группы не растворимы в воде (в отличие от первой и второй групп), но растворимы в разбавленных в минеральных кислотах (в отличие от четвёртой и пятой групп). Вследствие этого сероводород не осаждает катионы третьей группы из кислых растворов. Из нейтральной растворов сероводород тоже либо вовсе не осаждает катионы третьей группы, так как либо осаждение их оказывается неполное (Zn2+), так как образуются свободные кислоты. Поэтому для полного осаждения катионов третьей группы в виде сернистых соединений вместо сероводорода применяется его хорошо диссоциированные соли.                                                                                                                                          

Групповой реактив на катионы третьей группы – сернистый аммоний (NH4)S.

Хлористые, сернокислые, и азотнокислые соли этих элементов растворимы в воде. Растворы их вследствие гидролиза имеют слабокислую реакцию.

Реакции катионов кальция.

     Реакция с ферроцианидом калия K4[Fe (CN)6].

Этот реактив с солями кальция в присутствии солей аммония образует белый кристаллический осадок ферроцианида кальция и аммония Ca(NH4)2[Fe(CN)6]:

CaCl2 + 2NH4Cl + K4 [Fe (CN) 6] = Ca (NH4)2[Fe (CN) 6] + 4KCl

или в ионном виде:

Ca2+ + 2 NH4+ + [Fe (CN) 6]4- = Ca (NH4)2[Fe (CN) 6]

Выполнение.

К 3—5 каплям раствора CaCl2 прибавить по 3—5 капель NH4Cl и NH4OH и 5—6 капель раствора K4[Fe(CN)6]. Смесь нагреть 2—3 минуты на водяной бане.

Наблюдать выпадения осадка. В уксусной кислоте этот осадок не растворяется

Реакция катионов А13+

    Сульфид аммония (NH4)2S из растворов солей алюминия выделяет белый осадок гидроксидов алюминия: 3(NH4)2S + 2А1С13 + 6Н20 = 2А1(ОН)3| + 3H2Sf + 6NH4C1, 2А13+ + 3S2" + 6Н20 = 2А1(ОН)3| + 3H2Sf.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли алюминия прибавляют 2 капли раствора сульфида аммония. Наблюдают выпадение осадка.

    Едкие щелочи с солями алюминия образуют белый осадок гидроксида алюминия:

А1С13 + ЗКОН = А1(ОН)34 + ЗКС1, АНН-+ ЗОН" = А1(ОН)3|.

Вследствие амфотерного характера гидроксида алюминия осадок растворяется в разбавленных кислотах и в избытке щелочи, образуя алюминат щелочного металла

А1(ОН)3 + КОН = КА102 + 2Н20.

Выполнение.

К 2 каплям раствора соли алюминия прибавляют сначала 1 каплю раствора щелочи, а затем избыток ее. Наблюдают выпадение осадка гидроксида алюминия и последующее его растворение.

    Сухой хлорид аммония NH4C1 выделяет из растворов алюминатов щелочных металлов гидроксид алюминия-:

NaA102 + NH4C1 -f Н20 = А1(ОН)3| + NaCl + NH3f, АЮ2 + NHt + Н20 = А1(ОН),| + NH3j. Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли алюминия добавляют избыток раствора щелочи до растворения выпавшего осадка гидроксида. К полученному раствору добавляют сухой хлорид аммония. Пробирку несколько раз встряхивают, нагревают на водяной бане и наблюдают выпадение осадка.

    Ализарин (1,2-диоксиантрихинон) образует с гидроксидом алюминия ярко-красное соединение, так называемый «алюминиевый лак». Это одна из наиболее   чувствительных реакций на ион А13+. Ионы Сг3+ и Zn2+ мешают проведению этой реакции. Эту реакцию можно проводить полумикрометодом или капельным методом.

Выполнение.

     В пробирку помещают 3 капли соли алюминия и добавляют раствор аммиака до слабощелочной реакции среды [образование А1 (ОН) 3]. Нагревают реакционную смесь до кипения и добавляют к ней 4—5 капель раствора ализарина. Образуется адсорбционное соединение ализарина с гидроксидом алюминия, окрашенное в ярко-красный цвет.

    Выполнение капельным методом. На кусочек толстой фильтровальной бумаги наносят каплю раствора соли алюминия и ждут, пока жидкость впитается. После этого держат бумагу 1—2 мин над горлышком открытой капельницы с концентрированным раствором аммиака. Пятно смачивают раствором ализарина. Появление ярко-красного окрашивания — признак наличия ионов А13+.

Реакции катионов цинка.

     Реакция с гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6]3.

K4[Fe(CN)6] образует с ионами цинка белый осадок железистосинеродистого калия и цинка:

3ZnCl2 + 2K4[Fe(CN)6] = Zn3K2[Fe(CN)6]2 + 6KCl

или в ионном виде:

3Zn2+ + 2 K+ 2[Fe(CN)6] = Zn3K2[Fe(CN)6]2

Выполнение.

К 4—5 каплям раствора соли цинка прибавить 4—5 капель раствора реактива. Нагреть смесь до кипения. Наблюдать образование осадка.

В кислотах не растворяется, но растворяется в едких щелочах с образованием цинката.

IV группа катионов.

Реакция катионов Си2+

    Сероводород H2S осаждает из растворов солей меди (II) в нейтральной среде (или слабокислой) черный осадок сульфида меди (II):

CuS04 + H2S = CuS| + H2S04, Cu2+ + S2- =CuSj.

   Осадок растворяется при нагревании в азотной кислоте, даже в разбавленной.

Выполнение.

    В пробирку помещают 5 капель раствора соли меди (II) и пропускают сероводород.

    Едкие щелочи из раствора солей меди (II) выделяют на холоду голубой осадок гидроксида меди:

CuS04 + 2КОН = Cu(OH)2 J + K2S04, Cu2+ + 20H- = Cu(OH)2|.

Выполнение.

К 2 каплям раствора соли меди (II) добавляют 2 капли раствора щелочи и наблюдают выпадение осадка.

   Водный раствор аммиака, взятый в избытке, образует с солями меди (II) комплексный аммиакат меди синего цвета:

CuS04 + 4NH3 = [Cu(NH3)4]S04, Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+.

Реакция является наиболее характерной для иона Си2+ и чаще всего применяется для его обнаружения.

Выполнение.

К 2 каплям раствора соли меди (II) добавляют избыток раствора аммиака.

V группа катионов.                                                

     Сернистые соединения этих элементов не растворимы в разбавленных кислотах. От сернистых соединений катионов 4-й группы сернистые соединения катионов 5-й группы отличает растворимостью в многосернистом аммонии с образованием так называемых сульфосолей. Это позволяет отделить сернистые соединения мышьяка, сурьмы, олова от не растворимых в многосернистом аммонии сернистые соединения 4-й группы.

     Групповой реактив на ионы 5-й группы – многосернистый аммоний, который представляет собой смесь (NH4)2S с (NH4)2S2, (NH4)2S3 и другими подобными соединениями вплоть до (NH4)2S9. Многосернистый аммоний готовят, растворяя серу в сернистом аммонии. Он является окислителем.

Реакции катионов свинца Pb2+

     Реакция с хроматом калия. При этом образуется желтый осадок хромата свинца, растворимый в концентрированной щелочи, в HNO3. В отличие от хромата серебра нерастворим в NH4OH.

     Выполнение реакции. В пробирку помещают 2-3 капли раствора соли свинца, добавляют 2-3 капли раствора K2CrO4 и наблюдают образование желтого осадка. Осадок отделяют, делят на три части, переносят в разные пробирки и проводят реакции со щелочью, HNO3, NH4OH.

     Реакция с иодидом калия. При комнатной температуре образуется желтый осадок PbI2: Pb2++2KI =>PbI2↓+2K+

     Эта соль довольно хорошо растворима в воде, при 25°С растворимость составляет 1,3*10-3моль/л. При охлаждении горячего раствора PbI2 выпадает в форме красивых золотисто-желтых кристаллов.

Выполнение.

      В пробирку помещают 4-5 капель раствора соли свинца, добавляют 1-2 капли уксусной кислоты, 2-3 капли воды и нагревают до кипения, добавляя по капле воду, пока осадок не растворится. Содержимое пробирки медленно охлаждают, наблюдая образование кристаллов.

Реакция с дитизоном (дифенилтиокарбазоном):

-N=N-C-NH-NH-S

     Этот реактив в виде раствора в хлороформе образует с ионами Pb2+ ярко окрашенное комплексное соединение кирпично-красного цвета. Реакция высокочувствительна. Катионы Ag+ мешают определению Pb2+.

     Выполнение реакции. В пробирку помещают 4-5 капель раствора соли свинца, добавляют 2-3 капли раствора дитизона в хлороформе, взбалтывают и наблюдают окрашивание хлороформного слоя в красный цвет.

2