Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов Fe2+, Fe3+, Zn2+, Al3+, Cr3+, Mn2+.
Сущность работы. Согласно сульфидной классификации ионы Fe2+, Fe3+, Zn2+, Al3+, Cr3+, Mn2+ относятся к III аналитической группе. На некоторые из них есть селективные реакции, с помощью которых можно открыть конкретный ион в присутствии всех остальных, не проводя разделение. Так, ионы Fe2+, Fe3+ и Zn2+ открывают в предварительных испытаниях, действуя реагентами K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6] и дитизоном соответственно. Другие ионы, находящиеся в растворе, не мешают их обнаружению.
Однако многие ионы III аналитической группы необходимо отделить друг от друга перед проведением характерных реакций. В лабораторной работе для этой цели используется пероксидный метод систематического анализа смеси катионов III группы, предполагающий использование избытка NаОH в присутствии Н2О2.
Разделение с применением Н2О2 и избытка NаОН основано на различных окислительно-восстановительных свойствах катионов III группы и амфотерном характере гидроксидов Al(OH)3, Cr(OH)3 и Zn(OH)2. В ходе разделения сначала все ионы вступают в реакцию со щелочью, образуя нерастворимые гидроксиды:
| Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2↓ Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3↓ Mn2+ + 2OH– = Mn(OH)2↓ | Cr3+ + 3OH– = Cr(OH)3↓ Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2↓ Al3+ + 3OH– = Al(OH)3↓ |
Затем при добавлении избытка щелочи амфотерные гидроксиды растворяются:
Cr(OH)3↓ + 3OH– = [Cr(OH)6]3–
Zn(OH)2↓ + 2OH– = [Zn(OH)4]2–
Al(OH)3↓ + 3OH– = [Al(OH)6]3–
В результате часть катионов остается в растворе, а часть находится в осадке в виде малорастворимых гидроксидов. Затем под действием Н2О2 в щелочной среде происходит окисление гидроксидов Fe(OH)2 и Mn(OH)2 в осадке и гидроксохромита [Cr(OH)6]3– в растворе:
2Fe(OH)2↓ + Н2О2 = 2Fe(OH)3↓
Mn(OH)2↓ + Н2О2 = MnО(OH)2↓ + Н2О
2[Cr(OH)6]3– + 3Н2О2 = 2CrО42– + 8Н2О + 2ОН–
В результате разделения ионов внутри III аналитической группы получаются раствор и осадок следующего состава:
| Fe2+, Fe3+, Mn2+, Al3+, Cr3+, Zn2+ |
  + NаОН, Н2О2, t °
|
Раствор: [Zn(OH)4]2–, [Al(OH)6]3–, 
| Осадок: Fe(OH)3↓, МnО(OH)2↓ |
При анализе раствора необходимо провести обнаружение только ионов Al3+ и Cr3+, поскольку Zn2+ открывается в предварительных испытаниях.
При анализе осадка необходимо открыть только ионы Mn2+, так как наличие или отсутствие ионов Fe2+ и Fe3+ также устанавливается в ходе предварительных испытаний. Растворять осадок не надо, потому что используется характерная реакция обнаружения Mn2+ по образованию комплексного соединения H[Mn(C2O4)2] при действии раствора щавелевой кислоты на осадок MnО(OH)2.
Однако проведению этой реакции мешает Fe(OH)3. Его необходимо замаскировать до выполнения реакции на Mn2+, если по результатам предварительных испытаний в пробе обнаружены ионы Fe2+ и/или Fe3+. Маскирующим агентом является NaF, который образует с ионами Fe3+ прочные фторидные комплексы:
Fe(OH)3¯ + 6NaF ® Na3[FeF6] + 3NaOH
Для обнаружения отдельных ионов в лабораторной работе используют следующие характерные реакции:
| Ион | Реагент, условия проведения реакции | Аналитическая реакция | Аналитический эффект |
| Fe2+ | K3[Fe(CN)6], 2 н. НСl | 3Fe2++ 2K3[Fe(CN)6] ® ® Fe3[Fe(CN)6]2¯ + 6K+ | Образование синего осадка |
| Fe3+ | K4[Fe(CN)6], 2 н. HCl | 4Fe3+ + 3K4[Fe(CN)6] ® ® Fe4[Fe(CN)6]3¯ + 12K+ | Образование синего осадка |
| Zn2+ | дитизон H2Dz (капельная реакция на фильтровальной бумаге) | Zn2+ + 2H2Dz ® Zn(HDz)2 + + 2H+ | Появление розового пятна |
| Cr3+ | 1) H2О2, NaOH 2) H2О2, амиловый спирт, H2SO4 | 1) 2Cr3+ + 3H2О2 + 10OH– ® ® 2CrО42– + 8Н2О 2) CrО42– + Н2О2 ® H2CrO6 | 1) Появление желтой окраски раствора 2) Появление синей окраски органического слоя |
| Al3+ | HCl, ализарин, NH4OH (конц.), СН3СООН (капельная реакция на фильтровальной бумаге) | [Al(OH)6]3– + 3H+ → Al(OH)3 Al(OH)3 + С14Н6О2(ОН)2 → «алюминиевый лак» | Появление красно-розового пятна |
| Mn2+ | Н2С2О4 | 2MnO(OH)2¯ + 5H2C2O4 → ® 2H[Mn(C2O4)2] + 2СО2↑ + + 6H2O | Появление малиново-розового окрашивания |
Выполнение работы. Получают пробу для проведения анализа, записывают ее номер в лабораторный журнал. Описывают внешний вид раствора (окраска, прозрачность). Далее используют отдельные порции исследуемого раствора для проведения предварительных испытаний и систематического хода анализа.