ify">тва при  действии аналитического реагента с  образованием продуктов с замет-

ными  признаками.

       Аналитические реагенты  подразделяются  на  специфические  (характер-

ные), селективные (избирательные) и групповые.

      Специфическими называются реагенты, которые дают характерную  реак-

цию только с одним ионом и позволяют  обнаружить его в смеси многих  дру-

гих  ионов.

      Селективные реагенты позволяют обнаруживать несколько  веществ  или

ионов.

       Групповыми   называются    реагенты,    которые    обнаруживают    ионы

определённой  аналитической группы.

        В качестве   аналитических   реакций чаще   всего   используют   реакции

образования окрашенных соединений, выделение  или  растворение  осадков,

газов, образование кристаллов характерной  формы, окрашивание пламени га-

зовой горелки, образование  соединений, люминесцирующих  в растворах. На

результаты  проведения аналитических реакций влияют температура, концен-

трация  растворов, pH среды, присутствие других веществ (мешающих, маски-

рующих, катализирующих процессы).

      

Лабораторная  работа № 1

Принципы  качественного анализа

Качественные  реакции на катионы

Цель  работы: Знакомство с качественными реакциями на отдельные катионы.

Реакции иона калия K⁺

1. Гексанитрокобальтат  натрия – комплексная соль Na₃[Co(NO₂)₆] – образует с растворами солей калия, т.е. с ионами K⁺, желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата калия-натрия: 2K⁺ + Na⁺ + [Co(NО₂)₆]^3- = K₂Na[Co(NО₂)₆]¯

Нельзя  реакцию проводить в щелочной и сильно кислой среде.

В щелочной среде реактив разлагается по уравнению:

[Co(NО₂)₆]^3- + 3ОН^- = Со(ОН)₃ ¯+ 6NO₂^-

Разлагается он и в присутствии сильных кислот. Однако уксусная кислота, будучи кислотой слабой, реактива не разрушает. Поэтому обнаружение иона K⁺ с помощью гексанитрокобальтата натрия проводят в нейтральном или уксуснокислом растворе.

      Следует также иметь в виду, что раствор  реактива Na₃[Co(NО₂)₆] при хранении постепенно разлагается (происходит порозовение раствора). Пользоваться нужно лишь свежеприготовленным раствором реактива.

Нельзя  обнаружить ион K⁺ в присутствии иона NH₄⁺ , так как последний с раствором Na₃[Co(NО₂)₆] тоже образует желтый кристаллический осадок:

2NH₄⁺ + Na⁺ + [Co(NО₂)₆]^3- = ¯ (NH₄)₂Na[Co(NО₂)₆]

Ионы Mg²⁺ ,Ba²⁺ и Ca²⁺ обнаружению иона K⁺ не мешают.

Опыт 1. В коническую пробирку внести 2 капли раствора соли калия, прибавить 1 каплю разбавленного раствора уксусной кислоты и 2 капли раствора Na₃[Co(NО₂)₆].Проделать аналогичный опыт с раствором соли аммония. Какой вывод следует сделать из этого опыта?

      2. Окрашивание пламени. Соли калия  или их растворы окрашивают  бесцветное пламя газовой горелки в фиолетовый цвет. Этот способ обнаружения калия является вспомогательным.

Опыт 2. Взять платиновую или нихромовую проволочку, впаянную в стеклянную палочку. Очистить проволочку от следов солей натрия прокаливанием. Для этого смочить ее в концентрированной соляной кислоте и прокалить в пламени горелки (до полного исчезновения окраски пламени). Очищенную проволочку смочить анализируемым раствором и снова внести в бесцветное пламя. Наблюдать окраску пламени через индиговую призму или синее стекло.

      Ничтожные количества соединений натрия маскируют окраску пламени. Синее стекло или индиговая призма, поглощают желтые лучи и фиолетовое окрашивание будет заметно в присутствии солей натрия.

Реакции иона натрия Na⁺

Опыт 3. Очистить платиновую или нихромовую проволочку, обмакнуть ее в исследуемый раствор и внести в бесцветное пламя горелки. Наблюдать желтое окрашивание пламени. Способ очень чувствительный. Поэтому о присутствии натрия можно судить лишь в том случае, если желтый цвет пламени будет ярким и не исчезает 10-15 сек.

Реакции иона аммония NH₄⁺

      1. Реактив Несслера – щелочный  раствор комплексной соли K₂[HgJ₄] – с растворами солей аммония или аммиака образует характерный красно-бурый осадок йодистого оксодимеркураммония:

                                                                   

                NH₄⁺ + 2[HgJ₄]^2- + 4OH^- =[                    NH₂]J¯ + 7J^- + 3H₂O    

                                                                   

При очень  малых количествах NH₄⁺ осадок не образуется, но раствор окрашивается в желто-бурый или желтый цвет.

Опыт 4. В пробирку поместить 1 каплю раствора соли аммония и прибавить 3 капли реактива Несслера (реактив всегда брать в избытке). Наблюдать выпадение красно-бурого осадка. Продолжить опыт, разбавив 1 каплю раствора соли аммония 20 каплями (1 мл) дистиллированной воды. Взять 1 каплю этого раствора, поместить его в другую пробирку и прибавить туда 3 капли реактива Несслера. Заметить окраску раствора. Какой вывод следует из этого опыта? Изучаемая реакция весьма чувствительна. Ионы I и II групп не мешают  реакции. Мешают катионы высших групп, образующие в щелочной среде цветные осадки гидроксидов.

      2. Едкие щелочи при нагревании  с солями аммония выделяют  аммиак:

NH₄⁺  + OH^- « NH₄OH.

NH₄OH = H₂O + NH₃­.

Опыт 5. В коническую пробирку поместить 3 капли раствора аммонийной соли. Внести туда же 3-5 капель 2 н раствора NaOH так, чтобы им не смочить стенок пробирки. Держать у отверстия пробирки, не касаясь ее стенок, полоску индикаторной бумаги, смоченную дистиллированной водой. Пробирку со смесью осторожно подогреть на водяной бане. Наблюдать изменение цвета бумажки, производимое выделяющимся аммиаком.

Реакции иона магния Mg²⁺

      1. Едкие щелочи и гидроксид аммония  с растворами солей магния  образуют белый аморфный осадок Mg(OH)₂, хорошо растворимый в кислотах и растворах аммонийных солей: Mg²⁺ + 2OH^- = Mg(OH)₂¯.

      Растворение в кислотах: Mg(OH)₂ + 2H⁺ = Mg²⁺ + 2H₂O.

      Растворение в растворах аммонийных солей:

      Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺ ↔ Mg²⁺ + 2NH₄OH.

Реакция обратима. При достаточной концентрации в растворе ионов NH₄⁺ они связывают ионы OH^-, в результате чего величина ПР_Mg(OH)2 не достигается, а значит осадок Mg(OH)₂ не образуется. Чтобы отделить Mg²⁺ от K⁺ и Na⁺ в виде Mg(OH)₂, надо предварительно удалить ион NH₄⁺ (прокаливанием).

Опыт 6. Поместить в пробирку 2 капли раствора соли магния и прибавить столько же раствора едкого натра. Наблюдать выпадения осадка Mg(OH)₂.  Прибавить в эту же пробирку 5 капель раствора NH₄Cl.  Что происходит? Повторить первую часть опыта – получить осадок Mg(OH)₂. Проверить его растворимость в какой-либо кислоте.

      2. Гидрофосфат натрия Na₂HPO₄ в присутствии растворов NH₄Cl и NH₄OH образует с растворами солей магния белый кристаллический осадок двойной соли:                      Mg²⁺ + HPO₄^2- + NH₄OH = MgNH₄PO₄↓ + H₂O

      Раствор NH₄Cl добавляется для предотвращения выпадения иона Mg²⁺ в виде Mg(OH)₂, когда к раствору прибавляется NH₄OH. В свою очередь NH₄OH добавляется для предотвращения образования аморфного осадка кислой соли MgHPO₄. В его же присутствии образуется двойная соль MgNH₄PO₄.

Опыт 7. К 2 каплям исследуемого раствора прибавить 2 капли 2 н. раствора NH₄OH и 3 или более капель 2 н. раствора NH₄Cl (до полного растворения белой мути гидроксида магния). Раствор хорошо перемешать. Прибавить 3 капли 2 н. раствора Na₂HPO₄ и снова перемешать. Осадок выпадает медленно. Осаждение ускоряет охлаждение раствора и интенсивное перемешивание его.

      3. Оксихинолин C₉H₆NOH с аммиачным раствором соли магния образует зеленовато-желтый кристаллический осадок:

Mg²⁺ + 2NH₄OH + 2 C₉H₉NOH = Mg(C₉H₆NO)₂↓ + 2NH₄⁺ + 2H₂O.

      Необходимо  реакцию выполнять в аммиачной  среде, так как в среде, близкой  к нейтральной (pH 6-8), выделяется осадок реактива.

Опыт 8. На фарфоровую пластинку поместить 2 капли раствора NH₄Cl, 2 капли раствора NH₄OH, а затем 2 капли спиртового раствора оксихинолина. Содержимое перемешать стеклянной палочкой. Наблюдать выпадение кристаллического осадка. Реакция с оксихинолином применяется как проверочная.

      4. Карбонат аммония – реактив  на катионы II группы – с  раствором соли магния образует  белый аморфный осадок основной  соли (MgOH)₂CO₃.

2Mg²⁺ + 2CO₃^2- + H₂O = (MgOH)₂CO₃↓ + CO₂↑.

      Однако, в присутствии достаточного количества ионов NH₄⁺ осадка не образуется. Это свойство используется для отделения Mg²⁺ от катионов II группы.

Опыт 9. В две пробирки поместить по 2 капли раствора соли магния, в первую прибавить 2 капли раствора NH₄Cl, а затем в обе пробирки прибавить по 2 капли раствора (NH₄)₂CO₃. Содержимое пробирок перемешать и нагреть на водяной бане. Объяснить, почему в первой пробирке не выпадает осадок? Осадок (вместе с раствором) второй пробирки разделить на две части. К одной части прибавит 2-3 капли какой-либо кислоты, к другой части – столько же раствора NH₄Cl. В чем растворяется осадок основной соли магния?

Реакции иона бария Ba²⁺

      1. Бихромат калия K₂Cr₂O₇ образует с раствором соли бария желтый осадок BaCrO₄, растворимый в HCl или HNO₃, но нерастворимый в уксусной кислоте.                             2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O ↔ 2BaCrO₄↓ + 2H⁺.

      Реакцию следует вести в присутствии  избытка CH₃COONa, который реагирует с образующимися ионами H⁺, смещая равновесие вправо:

CH₃COO^- + H⁺ ↔ CH₃COOH.

Опыт 10. В пробирку поместить 2 капли раствора BaCl₂, прибавить 3 капли раствора CH₃COONa и 2 капли раствора K₂Cr₂O₇. Наблюдать образование желтого осадка. Описанной реакцией ион Ba²⁺ обнаруживается в присутствии иона Ca²⁺, так как CaCrO₄ растворим в воде.

      2. Соли бария и их растворы окрашивают пламя в желто-зеленой цвет. Используется в качестве проверочной реакции.

Опыт 11. Получить осадок BaСrO₄ (см. оп. 10). Осадок растворить в 1 капле концентрированной HCl. Очищенную платиновую или нихромовую проволочку смочить этим раствором и внести в пламя газовой горелки. Наблюдать желтовато-зеленый цвет пламени.

Реакции иона кальция Ca²⁺

      1. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но нерастворимый в уксусной кислоте:                                    Ca²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄↓.