Систематический анализ катионов по кислотно-основному методу.

Сначала будут рассмотрены схемы анализа смесей катионов каждой аналитической группы, а затем – ход анализа смеси катионов всех аналитических групп.

2.2.1. Анализ смеси катионов первой аналитической группы: Li⁺, Na⁺, К⁺, NН⁺.

Катионы первой аналитической группы не имеют группового реагента. Катионы Li⁺ и NH4⁺ мешают открытию катионов Na⁺ и К⁺, поэтому из анализируемого раствора их нужно удалять. Вначале в отдельных пробах анализируемого раствора открывают катионы Li⁺ и NН4⁺, после чего эти ноны удаляют, а в остатке открывают К⁺, Nа⁺.

I. Предварительные испытания (проводят в отдельной порции анализируемого раствора).

1. Открытие катионов Li⁺:

а) раствор + Na2РО4 → белый Li3PO4 ↓ (рН=7-8);

б) раствор + NH4F → LiF ↓ (белый)

2.2.4. Анализ смеси катионов четвертой аналитической группы: Zn²⁺, Аl³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, As³⁺, Cr³⁺, As⁵⁺.

При анализе раствора, содержащего катионы четвертой аналитической группы, сначала целесообразно провести предварительные испытания, а затем систематический анализ.

I. Предварительные испытания.

1. Открытие Сr³⁺ (если они присутствуют, раствор должен быть сине-зеленым):

[Cr(H₂О)₆]³⁺ (зеленый)+ Н₂О₂(3%) + NaOH изб. → СrО₄^2- (желтый)

2. Открытие Sn²⁺: Sn²⁺ + NaOH + Bi(NO₃)₃ (1-2 капли) → Вi ↓ +[Sn(OH)₆]^2-

3. Открытие As³⁺ (AsO3^3- в растворе): AsO3^3- + AgNO₃ → Ag₃AsO₃↓ желтый, аморфный

4. Открытие As⁵⁺ (AsO₄^3- в растворе): AsO₄^3- + AgNO₃ = Ag₃AsO₄ аморфный осадок шоколадного цвета

II. Систематический анализ (см. схему 4).

2.2.5. Анализ смеси катионов пятой аналитической группы: Mg²⁺, Mn²⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Bi³⁺

Некоторые катионы данной аналитической группы удобнее открыть в предварительных испытаниях. Систематический анализ смеси катионов проводят по схеме 5.

1. Предварительные испытания.

1. Открытие ионов Fe²⁺: 4Fe²⁺ +3 K₃[Fe(CN)₆] → Fe₄[Fe(CN)₆]₃ +9K⁺ – темно-синий осадок «турнбуленовой сипи»

2. Открытие ионов Fe³⁺ (если ионы присутствуют в растворе, последний имеет желтоватую окраску):

а) 4Fe³⁺ + 3K₄[Fe(CN)₆] → Fe₄[Fe(CN)₆]₃ +12K⁺ – темно-синий осадок «берлинской лазури»

б)Fe³⁺ + 6SCN^– → [Fe(SCN)₆]^3- – красное окрашивание раствора

3. Открытие ионов Мn²⁺:

а) Mn²⁺ + NaBiO₃ +Н⁺ → МnO₄^– + Bi³⁺ + Na⁺

б) Мn²⁺ + РbO₂ + H⁺ → МnО₄^– + Рb²⁺

МnO₄^– – ноны окрашивают раствор в малиновый цвет.

4. Открытие ионов Bi³⁺ (реакцию проводят о щелочной среде, рH=10):

Bi(OH)₃ +[Sn(OH)₄]^2-→ Bi↓ + [Sn(OH)₆]^2- черный

2.6. Анализ смеси катионов шестой аналитической группы: Сu ²⁺, Сd ²⁺, Hg ²⁺, Cо ²⁺, Ni ²⁺.

Перед проведением систематического анализа в отдельных пробах анализируемого раствора можно открыть некоторые катионы с помощью характерных для них реакций.

Некоторые выводы можно сделать по окраске анализируемого раствора: так, аквакатионы Ni²⁺ придают раствору зеленоватую окраску, Со²⁺ – розовую, Сu²⁺ – голубую.

Отдельную порцию раствора можно обработать водным раствором аммиака и проанализировать окраску раствора, зная, что водные растворы аммиачных комплексов металлов окрашены следующим образом:

[Cu(NH3)4]²⁺ – синий;

[Co(NH3)6]²⁺ – сине-фиолетовый;

[Co(NH3)4]²⁺ – желтый;

[Cd(NH3)4]²⁺, [Hg(NH3)4]²⁺ – бесцветные.

Систематический анализ проводят в соответствии со схемой 6.

2.2.7. Анализ смеси наиболее распространенных катионов всех шести аналитических групп: Na⁺, К⁺, NH4⁺, Ag⁺, Pb²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, Cr³⁺, Mg²⁺, Bi³⁺, Mn²⁺, Fе³⁺, Fе³⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

Примерная схема анализа такого раствора заключается в следущем.

Анализируемый раствор может быть окрашенным или бесцветным. По окраске раствора высказывают предположени е о присутствии или отсутствии катионов, имеющих характерную окраску. Например, если раствор прозрачный и бесцветный, можно предположить, что он не содержит катионы Сr³⁺, Fe³⁺, Сu²⁺, Со²⁺, Ni²⁺.

Некоторые предположения можно сделать и на основании измерения рН pacтвора (например, с помощью универсальной индикаторной бумаги). Если значение pН раствора находится в пределах рН = 2 – 4 и раствор не содержит осадка, то о нем отсутствуют Sn(II), Sn(IV), Sb(III), Sb(V), Bi(III), Hg(II), Fe (III), т.к. в противном случае продукты их гидролиза выделились бы в форме осадков.

Анализируемый раствор обычно делят на 3 части. Одну часть используют для предварительных испытании, другую – для проведения систематического анализа, третью оставляют для контроля.

I. Предварительные испытания.

В отдельных небольших порциях анализируемого раствора (объемом примерно 0,3 – 0,5 мл) определяют наличие катионов II – VI аналитических групп действием групповых реагентов.

1. Открытие катионов II аналитической группы (Ag⁺, Pb²⁺): анализируемый раствор + HCl → образование осадка белого цвета.

2. Открытие катионов III аналитической группы (Са²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺) (свинец (II) относится ко II аналитической группе, но дает осадок PbSO₄): анализируемый раствор + H₂SO₄ → образование осадка белого цвета.

3. Открытие катионов IV, V, VI аналитических групп: анализируемый раствор + NaOH + Н₂О₂, t → образование осадка.

Если при добавлении избытка NaOH осадок полностью растворяется, значит, анализируемый раствор содержит катионы IV аналитической группы (Zn²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, Cr³⁺) и не содержит катионы V и VI аналитических групп. Также в предварительных испытаниях в отдельных порциях раствора открывают некоторые индивидуальные катионы.

4. Открытие катионов NH₄⁺:

a). NH₄⁺ + КОH → NH₃↑ – запах, влажная лакмусовая бумажка синеет.

б) NH₄⁺ + K₂[HgJ₄], КОН (реактив Несслера) — [(JHg)₂NH₂]J ↓ – красно-бурый осадок.

5. Открытие ионов К⁺ (если NН₄⁺ удалены): K⁺ + Na₃[Co(NО₂)₆] → ↓ NaK₂[Co(NО₂)₆] – желтый

6. Открытие ионов Na (если NH₄⁺ удалены): Na⁺ + K[Sb(OH)₆] → ↓ Na[Sb(OH)₆] – белый мелкокристаллический

7. Открытие ионов Fe²⁺: Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → темно-синий осадок «турнбулеповой сини».

8. Открытие ионов Fe³⁺: Fe³⁺ + K₄[Fe(CN)₆] → темно-синий осадок «берлинской лазури».

9. Открытие ионов Мn²⁺: Мn²⁺ + NaBiO₃ → MnO₄^– – раствор малиновый.

10. Открытие ионов Сr³⁺:

а) Сr³⁺ + H2O2 + NaOH изб. → СrO4^2- синий или зеленый раствор

б) Сr³⁺ + КМnO4 + H2SO4 → СrO4^2- + Мn²⁺ – желтый раствор

11. Открытие ионов Bi³⁺:

а) Bi³⁺ + Sn²⁺ → Bi ↓ + Sn⁴⁺ – черный

б) Bi³⁺ + Сl^– + Н2О → BiOCl ↓, осадок растворяется в избытке HCl – белые хлопья

12. Открытие ионов Сu²⁺: Сu²⁺ + NH3*H2O → ярко-синий раствор (мешает Ni²⁺).

13. Открытие ионов Ni²⁺: Ni²⁺ + диметилглиоксим → красное окрашивание (мешает Cu²⁺).

14. Открытие ионов Со²⁺: Со²⁺ + реактив Ильинского (α-нитрозо-β-нафтол) → пурпурно-красный осадок (мешают Fe³⁺, Сu²⁺).

II. Систематический анализ.

Определив наличие катионов различных групп, приступают к их разделению помощью групповых реагентов. Ход выполнения систематического анализа описан в схеме 7.

Анализ раствора с осадком.

Если анализируемый объект представляет собой раствор с осадком, то вначале эту смесь центрифугируют, отделяют осадок от раствора и обе фазы анализируют отдельно.

Наличие осадка свидетельствует о присутствии в нем малорастворимых в воле соединений, например, хлоридов катионов второй аналитической группы (AgCl, РbСl), сульфатов катионов II и III аналитической группы (CaSO₄, SrSO₄, SrSO₄. BaSO₄, PbSO₄, Ag₂SO₄), продуктов гидролиза катионов других групп и т.д.

Осадок испытывают на растворимость в разбавленном растворе уксусной кислоты (растворятся фосфаты двухзарядных катионов: Mg²⁺, Са²⁺, Сr²⁺, Ва²⁺, Мn²⁺); в разбавленном растворе хлороводородной кислоты (растворятся фосфаты трехзарядных катионов Fe³⁺, Сr³⁺, Bi³⁺, Al³⁺ и карбонаты всех катионов); в разбавленной и более концентрированной (1:1) азотной кислоте (растворятся BiOCl, РbС1₂), в водном растворе винной кислоты (растворится SbOCl), в водном 30%-м растворе ацетата аммония (растворится PbSO₄).