2. Экспериментальная часть

1. Лабораторная работа «Качественное определение катионов

и анионов» (6 часов)

2.1.1 Краткая характеристика метода

Анализируемый образец может представлять собой раствор с осадком и без осадка или сухой материал, состоящий из смеси соединений. Качественный анализ образца проводят дробным методом, обнаруживая ионы с помощью специфических реакций. Анализ начинают с обнаружения катионов, а именно с катиона аммония, так как он может быть введен в ходе определения с соответствующими реагентами. Затем проводят определение анионов и делают вывод о составе анализируемого образца.

2. 1. 2 Обнаружение катионов

2. 1. 2. 1 Обнаружение NH⁺₄

Для обнаружения иона аммония используют два способа:

1) реакция со щелочью. 2–3 капли раствора или соли аммония обрабатывают несколькими каплями 2н раствора щёлочи. Выделяющийся газообразный аммиак обнаруживают по изменению цвета индикаторной бумаги или в обычной пробирке, обращая внимание на запах выделяющегося газа. Едкие щёлочи разлагают соли аммония с выделением газообразного аммиака:

NH₄Cl + NaOH = NH₄OH + NaCl ;

NH₄OH = NH₃ ↑₊ H₂O;

2) Реакция с реактивом Несслера. 2–3 капли испытуемого раствора обрабатывают избытком щёлочи для осаждения окрашенных гидроксидов, мешающих наблюдению окраски осадка, образующегося в результате реакции катиона аммония с реактивом Несслера.

Осадок гидроксидов отделяют от раствора центрифугированием и к центрифугату добавляют реактив Несслера. Реактив Несслера (смесь комплексной соли K₂[HgJ₄c KOH) образует с катионом NH₄⁺ красно-бурый осадок:

NH₄Cl +2K₂[HgJ₄] + 4KOH = [ O<Hg-Hg>NH₂ ]J +KCl +7KJ+ 3H₂O.

2.1.2. 3 Обнаружение Са²⁺

Для обнаружения иона Са²⁺ используют два метода:

1) микрокристаллоскопическая реакция в виде гипса. К 1–2 каплям испытуемого раствора добавляют 1 каплю 2 М раствора H₂SO₄, дают постоять несколько минут, отделяют осадок от раствора. Каплю раствора переносят на предметное стекло, выпаривают до появления каемки и рассматривают кристаллы под микроскопом:

CaCl₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2HCl;

2) окрашивание пламени:

Летучие соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.

2.1.2.4 Обнаружение Fe²⁺ и Fe³⁺

Ионы Fе²⁺ и Fe³⁺ необходимо обнаруживать из первоначального раствора, поскольку в ходе анализа при действии ряда групповых реагентов (H₂S, NaOH, H₂O₂ и др.) происходит изменение степени окисления ионов железа.

Обнаружение Fe²⁺: к 1–2 каплям испытуемого раствора добавляют 1–2 капли HCl (1:1) и 1–2 капли K₃[Fe(CN)₆]. Образование характерного тёмно-синего осадка (турнбулевой сини) указывает на присутствие Fe²⁺:

3 Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- = Fe₃[ Fe(CN)₆ ]₂;

Обнаружение Fe³⁺ : к 1–2 каплям испытуемого раствора добавляют 1–2 капли HCl (1:1) и 1–2 капли K₄ [Fe(CN)₆]. Образование характерного синего осадка (берлинская лазурь) указывает на присутствие Fe³⁺:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆ ]^4- = Fe₄[Fe(CN)₆ ].

2.1.2.5 Обнаружение Co²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺

Указанные катионы обладают специфическими реакциями, что позволяет обнаруживать их в отдельных порциях первоначального раствора.

Обнаружение Co²⁺: к 2–3 каплям испытуемого раствора добавляют раствор CH₃COONa для создания рН 4–5, добавляют несколько капель раствора NH₄F (или NaF ) для связывания Fe³⁺ в комплекс, несколько капель NH₄NCS и экстрагируют изоамиловым спиртом:

CoCl₂ + 4NH₄NCS = (NH₄)₂[ Co(NCS)₄] + 2NH₄Cl.

Тетрароданокобальтат аммония имеет сине-голубую окраску. В присутствии комплексного соединения [Co(CNS)]^2- органический слой растворителя окрашивается в синий цвет.

Обнаружение Ni²⁺ : к 1–2 каплям испытуемого раствора добавляют раствор NH₄F (или NaF) для связывания Fe³⁺ и Cu²⁺, добавляют водный раствор аммиака (NH₄OH) до запаха и 1–2 капли раствора диметилглиоксима (C₄H₈N₂O₂). В присутствии Ni²⁺ образуется характерный осадок ало-красного цвета.

NiSO₄ + 2NH₄OH + 2C₄H₈N₂O₂ = Ni(C₄H₇N₂O₂)  + (NH₄)₂SO₄ + 2H₂О).

Обнаружение Cr³⁺: к 3–4 каплям испытуемого раствора добавляют 3–4 капли 30 %-ного раствора CH₃COOH, 3–4 капли раствора CH₃COONa и избыток (10–12 капель) 5 %-ного раствора ЭДТА (комплексона 3). Содержимое пробирки нагревают на водяной бане. В присутствии Cr³⁺ появляется фиолетовая окраска комплексного соединения Cr³⁺ c ЭДТА.