Систематический ход анализа

2.1. Разделение катионов на группы. К 10–12 каплям исследуемого раствора приливают 1–2 капли NH₄ОН и по каплям – NH₄Сl (для растворения осадка Мg(ОН)₂, который может образоваться при действии NH₄ОН). Даже если осадок не образовался, все равно надо добавить 1–2 капли NH₄Сl для создания буферного раствора.

Затем приливают к раствору избыток (NH₄)₂СО₃ и нагревают содержимое пробирки на водяной бане до 60–70ºС. Если осадок карбонатов катионов II группы образовался, то его отделяют центрифугированием. Чтобы убедиться в полноте осаждения катионов II группы, к прозрачному раствору над осадком добавляют несколько капель (NH₄)₂СО₃. Если раствор мутнеет, прибавляют еще (NH₄)₂СО₃, нагревают, центрифугируют и снова проверяют полноту осаждения.

После проведения групповой реакции катионы I и II групп оказываются разделенными: фильтрат содержит катионы I группы, а осадок – катионы II группы в виде карбонатов.

2.2. Анализ фильтрата.

Удаление NH₄⁺. Фильтрат переносят в фарфоровый тигель, ставят его на плитку и выпаривают досуха. Затем оставляют тигель на плитке на 20–30 мин для прокаливания сухих солей. Когда прекратится выделение белого дыма, тигель снимают с плитки тигельными щипцами и дают ему остыть. Добавляют в тигель несколько капель дистиллированной воды для растворения сухого остатка.

В полученном растворе проверяют полноту удаления ионов NH₄⁺ с помощью реактива Несслера. Для этого каплю раствора переносят на часовое стекло и добавляют 1–2 капли реактива Несслера. Если выпадает красно-бурый осадок, то раствор содержит заметные количества ионов . Если образуется желтое окрашивание, то в растворе есть следовые количества ионов . В случае положительной пробы с реактивом Несслера выпаривание и прокаливание продолжают проводить до тех пор, пока проба не даст отрицательный результат. Полезно сделать холостой опыт, поместив на такое же стекло 1–2 капли реактива Несслера и сравнивая окраски основной и холостой проб.

Обнаружение K⁺ выполняют, как описано выше, если в предварительных испытаниях его не проводили.

Обнаружение Мg²⁺. Ионы Мg²⁺ открывают, используя одну из реакций:

– к 2–3 каплям раствора прибавляют несколько капель NH₄Cl, NH₄OH и Na₂HPO₄. В присутствии Mg²⁺ выпадает белый осадок магнийаммонийфосфата NH₄MgPO₄;

– к 2–3 каплям раствора добавляют несколько капель 2 н. раствора KОН. Содержимое пробирки нагревают на водяной бане. Образование белого аморфного осадка указывает на присутствие ионов Мg²⁺.

Обнаружение ионов Na⁺ можно проводить только в отсутствие ионов Мg²⁺ и NH₄⁺, используя микрокристаллоскопическую или пробирочную реакцию с KH₂SbO₄.

Проведение реакций в отсутствие ионов Мg²⁺

1. Микрокристаллоскопическая реакция с KH₂SbO₄. Каплю раствора, полученного после удаления ионов NH₄⁺, выпаривают досуха на предметном стекле. Затем прямо на высохшую каплю наносят каплю раствора KH₂SbO₄. Если ионы Na⁺ присутствуют, то под микроскопом отчетливо видны бесцветные прозрачные кристаллы зернообразной формы (рис. 3). Кристаллы образуются в месте соединения капли реактива и высушенной капли. Часто кристаллы встречаются только в определенном месте капли и их нужно поискать. При выполнении этой реакции необходимо провести холостой опыт, т. к. в растворе самого реактива практически всегда под микроскопом заметны кристаллы. Они имеют другую форму, которая отличается от формы, приведенной на рис. 3.

2. Пробирочная реакция с KH₂SbO₄. В пробирку наливают 2–3 капли раствора, полученного после удаления ионов NH₄⁺. Затем создают строго нейтральную среду, добавляя пипеткой раствор HNO₃ или KOH до рН 7 по индикаторной бумаге. К нейтральному раствору прибавляют равный объем раствора реактива KH₂SbO₄ и перемешивают стеклянной палочкой. Образование белого кристаллического (не аморфного!) осадка свидетельствует о наличии в растворе ионов Na⁺. Для ускорения образования осадка надо потереть палочкой о стенки пробирки и охладить ее содержимое.

Проведение реакции с предварительным отделением ионов Мg²⁺

Если ионы Мg²⁺ были обнаружены в предыдущем испытании, то их необходимо предварительно отделить. Для этого к отдельной порции раствора из тигля добавляют несколько капель 2 н. раствора KОН, нагревают на водяной бане и центрифугируют. Проверяют полноту осаждения Мg²⁺, снова центрифугируют и отбрасывают осадок Мg(ОН)₂.

Полученный фильтрат нейтрализуют 2 н. раствором НСl до рН 7 по индикаторной бумаге (избыток кислоты недопустим из-за разложения KH₂SbO₄ в кислой среде!) и выпаривают досуха в фарфоровом тигле. Сухой остаток растворяют в 2–3 каплях дистиллированной воды. В полученном растворе обнаруживают ионы Na⁺ микрокристаллоскопической реакцией с KH₂SbO₄ (рис. 3).

2.3. Анализ осадка

Растворение осадка. Осадок карбонатов растворяют в 8–10 каплях 2 н. уксусной кислоты, добавляя ее небольшими порциями и перемешивая содержимое пробирки стеклянной палочкой.

Обнаружение Ва²⁺. Отдельную порцию полученного уксуснокислого раствора нагревают на водяной бане и добавляют несколько капель CH₃COONa. Затем добавляют избыток K₂Cr₂O₇ так, чтобы раствор стал оранжевым. Если при этом выпадает желтый мелкокристаллический осадок, то в анализируемом растворе присутствуют ионы Ва²⁺.

После охлаждения в раствор над осадком добавляют еще несколько капель K₂Cr₂O₇, проверяя таким образом полноту осаждения ионов Ва²⁺. После полного осаждения ионов Ва²⁺ осадок ВаCrО₄ отделяют центрифугированием, а фильтрат используют для обнаружения ионов Са²⁺.

Обнаружение Са²⁺. Катионы открывают в отдельной пробе раствора, не содержащего ионов Ba²⁺. Для этого к 1–2 каплям раствора прибавляют 2–3 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄ и нагревают раствор на водяной бане. В присутствии катионов кальция образуется белый кристаллический осадок оксалата кальция.

При отсутствии ионов Ва²⁺ в анализируемом растворе пробу на наличие ионов Са²⁺ лучше провести в свежей порции уксуснокислого раствора, полученного при растворении осадка карбонатов.

Лабораторная работа № 2