III. Систематический ход анализа (раствор задачи)

1. Если в предварительных испытаниях в растворе были обнаружены катионы II–III групп их осаждают действием небольшого избытка растворов HCl и H₂SO₄.

Осадок, содержащий хлориды и сульфаты катионов II и III групп, анализируют путём последовательной обработки его различными реагентами. Если при действии какого-либо реагента в растворе обнаружен компонент, который растворяется при действии данного реагента, то обработка осадка повторяется несколько раз до полного удаления растворяющегося компонента из осадка.

1.1. Обнаружение катионов Pb²⁺ и удаление PbCl₂.

Для открытия катионов Pb²⁺ используют реакцию с KI или К₂CrO₄.

Предварительно осадок на фильтре обработать горячей водой, в которой растворится PbCl₂. Затем провести характерную реакцию обнаружения Pb²⁺ в фильтрате. Если катионы свинца обнаружены, осадок следует обработать горячей водой до полного его удаления из осадка и отрицательной реакции на Pb²⁺ в фильтрате.

1.2. Обнаружение катионов Hg₂²⁺ и удаление Hg₂Cl₂.

Обнаружение проводят характерной реакцией диспропорционирования с NH₃.

Часть осадка после удаления PbCl₂ перенести на часовое стекло или в фарфоровую чашку и обработать раствором аммиака. Почернение свидетельствует о присутствии Hg₂Cl₂. Записать уравнения происходящих реакций. Если ионы ртути обнаружены, тогда ко всему осадку добавляют по 1 мл 0,5М HCl и Br₂+H₂O для растворения хлорида ртути(II). В фильтрате можно обнаружить Hg₂²⁺, что подтверждает наличие Hg₂²⁺ в исходной смеси. Если катионы ртути не обнаружены, обработку осадка смесью растворов HCl и Br₂+H₂O не проводить.

1.3. Обнаружение катионов Ag⁺ и отделение AgCl.

Осадок промыть 25%-ным раствором NH₃. К фильтрату добавить раствор азотной кислоты до кислой среды для разрушения комплекса. В присутствии Ag⁺ обнаруживается образование белого осадка AgCl.

1.4. Удаление PbSo4.

Если обнаружены катионы Pb²⁺, для удаления сульфата свинца осадок обработать 2М раствором едкого натра при нагревании до полного удаления PbSO₄ из осадка. Полноту удаления можно проверить следующим образом: подкислить часть фильтрата для разрушения [Pb(OH)₄]^2- и открыть катионы свинца одной из характерных реакций с KI или K₂CrO₄.

1.5. Переведение сульфатов катионов III группы в карбонаты.

Оставшийся осадок, после анализа II группы, перенести в пробирку, добавить насыщенный раствор карбоната натрия и нагреть при перемешивании. Слить раствор, осадок обработать новой порцией Na₂CO₃. Обработку осадка повторять несколько раз до полного перевода сульфатов в карбонаты (повторять 3–4 раза).

1.6. Растворение карбонатов III группы.

К осадку после многократной обработки содой добавить 2М раствор уксусной кислоты и нагреть. Осадок должен раствориться. Если не весь осадок растворился, его нужно отделить, уксуснокислый фильтрат сохранить, осадок вновь обработать содой. Затем растворить в кислоте и присоединить к первому раствору. После всех обработок в растворе должны присутствовать катионы бария, стронция и следы катионов кальция.

1.7. Обнаружение и отделение катионов Ba²⁺.

Проводится характерной реакцией с бихроматом калия K₂Cr₂O₇ (рН 4–5).

К части уксуснокислого раствора добавить несколько капель ацетата натрия для создания буферного раствора, и затем раствор бихромата калия при нагревании. В присутствии катионов бария выпадает желтый осадок хромата бария. Если катионы Ba²⁺обнаружены, то их необходимо удалить из всего уксусного раствора, добавляя ко всему раствору CH₃COONa и K₂Cr₂O₇ по каплям до полного осаждения BaCrO₄. Раствор с осадком нагревают 1–2 минуты. Проверить на полноту удаления реакцией с бихроматом.

1.8. Отделение и обнаружение катионов Sr²⁺.

Обнаружение катионов стронция проводят с гипсовой водой (при нагревании).

Если в растворе были обнаружены катионы бария, то к фильтрату, после их удаления, добавить насыщенный раствор карбоната натрия до щелочной реакции и нагреть. Катионы стронция и кальция осаждаются в виде карбонатов. Раствор профильтровать. Осадок, содержащий карбонаты, промыть водой, затем растворить в 2М уксусной кислоте на фильтре.

В отдельной порции фильтрата обнаружить катионы стронция реакцией с гипсовой водой при нагревании на водяной бане. Образование через некоторое время белого необильного осадка указывает на присутствие катионов стронция.

Если катионы стронция обнаружены, то ко всему фильтрату добавить насыщенный раствор сульфата аммония, катионы стронция осаждаются, катионы кальция остаются в растворе в виде комплексной соли (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]. Отфильтровать.

1.9. Открытие катионов Ca²⁺.

Фильтрат после отделения катионов стронция разделить на 2 пробирки. В одной подтвердить присутствие катионов кальция реакцией с оксалатом аммония, в другой – добавлением спирта или ацетона, вызывающего осаждение сульфата кальция вследствие уменьшения его растворимости. Рассмотреть образовавшиеся кристаллы под микроскопом.

2. Для разделения катионов IV, V и VI групп используют амфотерность гидроксидов IV группы, не растворимость гидроксидов V группы в аммиаке и способность к образованию растворимых аммиакатов катионов VI группы.

2.1. Отделение катионов IV группы и обнаружение катионов Cr³⁺.

К 1 мл исходного раствора добавить избыток 10% NaOH до щелочной реакции (рН 9–10), 1 мл 3% раствора пероксида водорода и 1–2 минуты кипятить или нагревать на водяной бане. Полученный раствор с осадком профильтровать. В осадок перейдут катионы V и VI аналитических групп. В фильтрате находятся катионы IV группы в виде гидроксокомплексов. Обратить внимание на цвет фильтрата и осадка? Желтый цвет фильтрата указывает на возможное наличие CrO₄^2- (катиона Cr³⁺ в задачи), проверить предположение можно реакцией получения надхромовой кислоты с последующей экстракцией. Записать происходящие уравнения реакций. Разрушить гидроксокомплексы действием 2М раствора соляной кислоты:

[Me(OH)_n]^m-n + nH⁺ ⇆ nH₂O + Me^m+

2.2. Обнаружение катионов Al³⁺, Zn²⁺ и Sn⁴⁺.

В растворе после разрушения комплексов открыть катионы характерными реакциями. Катион Al³⁺ с ализарином; катион Zn²⁺ – дитизоном; катион Sn⁴⁺ – реакцией окисления (с Hg(NO₃)₂) или с солями висмута Bi(NO₃)₃ в щелочной среде.

2.3. Обнаружение катионов Mn²⁺.

Оставшийся осадок после отделения IV группы, содержащий катионы V и VI групп, проверить на присутствие Mn(IV), внося шпателем небольшую часть осадка в нагретую окислительную смесь PbO₂ + HNO₃ с последующим нагреванием или используя реакцию с (NH₄)₂S₂O₈.