Анализ смеси катионов с I по VI аналитическую группу

Анализ раствора без осадка. Анализируемый раствор может быть окрашенным или бесцветным. По окраске раствора можно высказать предположение о присутствии или отсутствии катионов, имеющих характерную окраску. Если раствор прозрачный и бесцветный, то отсутствуют катионы: Cr³⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

Некоторые предварительные предположения можно выдвинуть на основании измерения рН раствора. Если значение рН 2-4 (и раствор не содержит осадка), то в нем отсутствуют катионы Hg²⁺, Fe³⁺, так как в противном случае их продукты гидролиза выделялись бы в форме осадка при данных значениях рН.

Раствор делят на три части. Одну используют для предварительных испытаний, другую – для проведения систематического анализа, третью – для контроля.

1.Предварительные испытания. В отдельных порциях раствора определяют наличие катионов I-V групп действием групповых реагентов – растворами HCl, H₂SO₄, NaOH + H₂O₂ и NH₄OH. Обычно в отдельных порциях раствора предварительно открывают и некоторые индивидуальные катионы: Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Cu²⁺, катионы VI группы и другие ионы действием различных реагентов.

2.Отделение и открытие катионов I аналитической группы. Если в растворе присутствуют катионы первой аналитической группы, то их отделяют действием группового реагента – раствора HСl в виде смеси осадков хлоридов: AgCl, Hg₂Cl₂, PbCl₂ белого цвета. В данной смеси затем открывают каждый из указанных катионов согласно систематическому ходу анализа смеси катионов I группы.

3.Отделение и открытие катионов II аналитической группы. Фильтрат, оставшийся после отделения от анализируемого раствора осадков хлоридов катионов I группы, обрабатывают раствором H₂SO₄ с добавлением этанола. Выпадают белые осадки сульфатов катионов II группы: CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄. Смесь центрифугируют, отделяют осадки сульфатов, фильтрат оставляют для дальнейшего исследования.

К осадку сульфатов добавляют небольшое количество водного раствора соды Na₂CO₃, нагревают. Таким образом, осадки сульфатов переводят в карбонаты. Однократной обработки, как правило, недостаточно. Поэтому смесь после нагревания центрифугируют, отделяют центрифугат и осадок снова обрабатывают водным раствором соды. Данную операцию повторяют до отрицательной реакции на анионы сульфата в центрифугате.

Оставшийся осадок карбонатов CaCO₃, SrCO₃, BaCO₃ обрабатывают раствором СН₃СООН (2 моль/л) при нагревании. Осадок растворяется. В полученном растворе открывают катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ согласно ходу систематического анализа катионов II группы.

4.Предварительное открытие некоторых катионов III, IV, V аналитических групп. Раствор, оставшийся после отделения катионов I и II групп, может содержать катионы других групп.

В отдельных небольших порциях этого (или исходного) раствора можно открыть катионы: Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Cu²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, а также катионы VI группы.

Открытие катионов железа (II) и железа (III). Катионы Fe²⁺ открывают реакцией с K₃[Fe(CN)₆] в кислой среде (рН 2-3). Образуется темно-синий осадок "турнбулевой сини".

Катионы Fe³⁺ открывают реакцией с K₄[Fe(CN)₆] (рН = 3). Образуется осадок синего цвета "берлинская лазурь".

Открытие катионов Cr³⁺. Катионы хрома (III) открывают, окисляя их пероксидом водорода в присутствии щелочи до ионов хромата CrO₄^2-.

Открытие катионов Cu²⁺. Катионы меди (II) открывают в отдельной порции раствора реакцией с концентрированным раствором аммиака. При этом образуется аммиачный комплекс [Cu(NH₃)₄]²⁺ интенсивного синего цвета. Для открытия катионов меди можно использовать также раствор K₄[Fe(CN)₆] – выпадает красно-коричневый осадок.

Открытие катионов Mn²⁺. Катионы марганца (II) открывают в отдельной порции раствора с помощью окисления смесью пероксида водорода и щелочи. Выпадает коричнево-черный осадок MnO(OH)₂.

Открытие катионов Со²⁺. Катионы кобальта (II) открывают реакцией с KNCS или NH₄NCS раствор окрашивается в ярко-синий цвет вследствие образования комплекса [Co(NCS)₄]^2-.

Открытие катионов Ni²⁺. Если в растворе присутствуют катионы железа (II), то катионы никеля открывают капельной реакцией с диметилглиоксимом (реакция Чугаева) в аммиачной среде на фильтровальной бумаге – появляется окрашенная розовая полоса вследствие образования комплекса никеля (II) с диметилглиоксимом.

Открытие катионов Hg²⁺. Поверхность медной пластинки очищают с помощью азотной кислоты, затем наносят каплю раствора и протирают фильтровальной бумагой. Образуется белое зеркальное пятно вследствие появления амальгамы металлической ртути.

5.Отделение катионов III аналитической группы от катионов IV и V групп. После предварительного открытия ряда катионов в отдельных порциях раствора, к нему добавляют водный раствор NaOH (2 моль/л) в избытке и Н₂О₂. Нагревают смесь на кипящей водяной бане. В этих условиях катионы III группы остаются в растворе, а катионы IV и V групп переходят в осадок (смесь гидроксидов и основных солей).

В случае присутствия в растворе катионов хрома (III) смесь продолжают нагревать до изменения цвета раствора из зеленого (Cr³⁺) до желтого (CrO₄^2-). После нагревания смесь центрифугируют, осадок отделяют от центрифугата.

Осадок содержит катионы IV и V групп, а щелочной центрифугат – катионы III и VI групп. В части центрифугата открывают катионы III группы согласно систематическому ходу анализа катионов этой аналитической группы.

6.Разделение и открытие катионов IV и V аналитических групп. Полученный осадок гидроксидов, гидратированных оксидов и основных солей катионов IV и V обрабатывают при нагревании водным раствором HNO₃ (1:1) в присутствии пероксида водорода. Азотнокислый раствор нейтрализуют Na₂CO₃ до начала помутнения. Затем прибавляют избыток концентрированного раствора аммиака, нагревают до 40-50 °С. При этом катионы V группы остаются в растворе в виде комплексных аммиакатов состава [Co(NH₃)₆]²⁺, [Ni(NH₃)₆]²⁺, [Cu(NH₃)₄]²⁺, [Cd(NH₃)₄]²⁺, [Hg(NH₃)₄]²⁺; в осадке - гидроксиды катионов IV группы.

Смесь центрифугируют. Центрифугат, содержащий катионы V группы, отделяют от осадка, содержащего катионы IV группы. Центрифугат и осадок анализируют раздельно.

Осадок промывают раствором аммиака (2 моль/л), водой, растворяют в HNO₃ (2 моль/л) и в полученном растворе открывают катионы IV группы согласно систематическому ходу анализа катионов этой группы.

Аммиачный центрифугат (V группа) нейтрализуют раствором серной кислоты (1 моль/л) до слабо кислой реакции и в полученном растворе открывают катионы V группы согласно систематическому ходу анализа.

7.Открытие катионов VI аналитической группы. Катионы данной группы не имеют группового реагента, их открывают дробным методом в отдельных порциях раствора, полученного после отделения катионов I и II групп.

Анализ раствора с осадком. Если анализируемая смесь представляет собой раствор с осадком, то вначале осадок отделяют от раствора центрифугированием, затем осадок и раствор анализируют раздельно.

Наличие осадка свидетельствует о возможности присутствия в нем хлоридов катионов I группы, сульфатов катионов II группы. Раствор, отделенный от осадка, анализируют так, как описано в разделе "Анализ раствора без осадка".

Осадок испытывают на растворимость в разбавленных кислотах: СН₃СООН, HCl, HNO₃. Если он полностью растворяется, то его изучают как раствор без осадка (присоединяя его к центрифугату).

Если осадок не растворяется, то испытывают его растворимость в растворе HNO₃ (1:1), в водном 30 %-ном растворе CH₃COONH₄ (или СН₃СООNa). В азотной кислоте растворяется PbCl₂, в CH₃COONH₄ – PbSO₄.

Если осадок нерастворим во всех вышеперечисленных растворителях, то это указывает на возможное присутствие в нем хлоридов катионов I группы, сульфатов I и II групп.

Систематический анализ осадка. Отделенный от раствора осадок может содержать смесь хлоридов и сульфатов: AgCl, Hg₂Cl₂, PbSO₄, CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄, PbCl₂. Осадок обрабатывают кипящей дистиллированной водой. При этом PbCl₂ растворяется. Катионы свинца Pb²⁺ открывают в пробе соответствующими реакциями на данные катионы.

Смесь центрифугируют, осадок отделяют, промывают горячей водой до отрицательной реакции на катионы Pb²⁺ и прибавляют к нему концентрированный раствор аммиака. AgCl растворяется с образованием комплекса [Ag(NH₃)₂]⁺. Если в осадке присутствовал хлорид ртути (I) Hg₂Cl₂, то при обработке аммиаком осадок чернеет вследствие образования металлической ртути (Hg¯).

Раствор отделяют от осадка центрифугированием, и открывают в нем катионы серебра Ag⁺ специфическими реакциями на него.

Осадок обрабатывают раствором СН₃СООNH₄ до полного растворения сульфата свинца PbSO₄. В осадке остаются сульфаты катионов II группы, которые переводят в карбонаты действием раствора Na₂CO³, растворяют в СН₃СООН и в полученном растворе открывают катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ характерными реакциями.

Краткий анализ смеси катионов с I по VI аналитическую группу приведен в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Схема хода систематического анализа смеси катионов

с I по VI аналитическую группу