13.6. Ситуационные задачи по обнаружению катионов в исследуемом растворе

По результатам качественного анализа, приведенным в табл. 13.1, определите, какой катион содержится в каж­дом из предложенных растворов.

При обработке результатов анализа выясните, какую цель преследуют аналитические пробы и какой вывод сле­дует сделать на основании внешнего эффекта каждой пробы.

Для предполагаемого катиона запишите в ионной форме уравнения реакций, которые обусловили наблюдавшиеся при выполнении аналитических проб внешние эффекты.

ЭТАЛОН РЕШЕНИЯ СИТУАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ

ЗАДАЧА

При качественном анализе бесцветного раствора, предназна­ченного для внутривенного введения, получены следующие ре­зультаты аналитических проб.

1. При действии соляной кислоты - осадка нет.

2. При действии серной кислоты образуется белый осадок.

3. При действии гидроксида натрия наблюдается появление мутного раствора, что свидетельствует о том, что образующееся соединение мало растворяется в воде.

4. Добавление избытка раствора гидроксида натрия внешний эффект не изменяет.

5. Добавление раствора аммиака к анализируемому раствору дает внешний эффект, сходный с внешними эффектами в аналити­ческих пробах 3 и 4.

6. При приливании дихромата калия в присутствии ацетата на­трия не наблюдается выпадение желтого осадка.

7. Насыщенный раствор гипса CaSO₄ • 2H₂O не вызывает по­мутнения раствора.

8. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ дает белый мелкокристалличе­ский осадок. Этот осадок растворяется в минеральных кислотах, но не растворяется в уксусной кислоте даже при кипячении.

Ответ

Для решения задачи следует обратиться к табл. 6.3. «Кислотно-основная классификация катионов». Согласно результатам проб 1 и 2, в растворе содержится катион третьей аналитической группы. В эту аналитическую группу входят катионы Ва²⁺, Са²⁺ и Sr²⁺. Внеш­ние эффекты проб 6 и 7 говорят об отсутствии катионов Ва²⁺ и Sr²⁺. Белый мелкокристаллический осадок, образовавшийся в пробе 8, может быть только оксапатом кальция, так как этот осадок в отли­чие от оксалата бария не растворяется в уксусной кислоте даже при кипячении. Значит, исследуемый раствор содержит соль Са²⁺.

Запишем уравнения реакций. Проба 2: Са²⁺ + SO^2-₄ = CaSO₄↓.

Проба 8: Са²⁺ + С₂О^2-₄ = СаС₂О₄↓.

белый

Глава 14. Общая характеристика

АНИОНОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ.

ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ И АНАЛИЗ АНИОНОВ

Анионы образуются в основном р-элементами и некото­рыми d-элементами (Сr, Мn). Большинство р- и d-элементов имеют переменные степени окисления и способны образовывать анионы, различающиеся по своим окисли­тельно-восстановительным свойствам. Вследствие этого все анионы можно разделить на анионы-окислители (NO^-₃ , МnО₄, СrО^2-₄, [Fe(CN)₆]^3- и др.), анионы-восстановители (Сl^-, Вr^-, I^-, S^2-, SO₃^2-, S₂O^2-₃, С₂О^2-₄ и др.) и нейтральные анионы, не проявляющие ни восстановительных, ни окис­лительных свойств ( SO^2-₄, РО^3-₄, ВО^-₂ , В₄О₇^2-, СН₃СОО^-, СО₃^2- и др.). В анионах-окислителях кислотообразующий элемент проявляет высшую степень окисления, в анио­нах-восстановителях - низшую степень окисления. В кон­центрированной серной кислоте сульфат-анион имеет свойства только окислителя. Некоторые анионы (SO₃^2-, NO^-₃ ) в зависимости от условий проведения реакции про­являют свойства как окислителя, так и восстановителя.

При анализе смеси анионов-восстановителей с по­мощью окислителей, и наоборот, необходимо принимать во внимание значения стандартных потенциалов (Е⁰) обра­зующихся окислительно-восстановительных систем (см. табл. 3.1). Например, если в растворе содержится не­сколько анионов-восстановителей (Cl^-, Br^-, I^-, S^2-), то добавляемый окислитель — подкисленный раствор перманганата калия КМnО₄ - будет реагировать в первую очередь с самым сильным анионом-восстановителем S^2-, окисляя его до свободной серы. Это объясняется самой большой раз­ницей ОВ-потенциалов между образующимися системами:

МnО^-₄ + 8Н⁺/Мn²⁺ + 4Н₂О и S⁰/S^2-,

+ 1,51В - (-0,508В) = + 2,018В (см. табл. 3.1).

После окисления сульфид-ионов начнется взаимодейст­вие КМnО₄ соответственно с I^-, Вr ^-, а затем с Сl^- -ионами.

Классификация анионов основывается в большинстве случаев на различиях в растворимости солей бария и сере­бра соответствующих кислот (табл. 14.1).

В отличие от катионов анионы в большинстве случаев не мешают открытию друг друга. По этой причине обычно открытие анионов ведут дробным методом, т.е. в отдель­ных порциях исследуемого раствора. В соответствии с этим при анализе анионов групповые реагенты применя­ют не для разделения групп, а лишь для их обнаружения. Понятно, что если установлено отсутствие данной группы, то нет смысла проводить реакции на отдельные, входящие в нее анионы. Таким образом, проведение групповых ре­акций значительно облегчает анализ анионов.

Таблица 14.1. Классификация анионов

Номер группы	Характеристика группы	Анионы, образующие группу	Групповой реагент
1 2 3	Соли бария трудно растворимы в воде Соли серебра трудно растворимы в воде и разбавленной HNO3 Соли бария и серебра растворимы в воде	SO42- (сульфат-ион), SO32- (сульфит-ион), S2O32- (тиосульфат-ион), PO43- (фосфат-ион), BO-2 или B4O2-7 (борат- или тетраборат-ион) Cr2O2-7 (дихромат-ион) Или CrO2-4 (хромат-ион) C2O2-4 (оксалан-ион) CO2-3 (карбонат-ион) Cl- (хлорид-ион) Br- (бромид-ион) I- (йодид-ион) S2- (сульфид-илн) SCN- (роданид-ион) И др. NO-3 (нитрат-ион) NO-2 (нитрит-ион) СН3СОО- (ацетат-ион)	BaCl2 в нейтральном или слабощелочном растворе AgNO3 в присутствии НNO3 Группового реагента нет