24. Анализ смеси катионов шести групп

Получив задачу, обратить внимание на окраску раствора, наличие осадка, рН раствора и сделать соответствующие предварительные выводы. Небольшую часть задачи оставить для повторения реакций обнаружения некоторых катионов. В процессе разделения катионов на группы нужно пробирки снабжать соответствующими этикетками.

24.1. Дробное обнаружение некоторых катионов.

24.1.1. Открыть ион аммония согласно 21.2.

24.1.2. Открыть ион калия следующим образом: к пяти каплям исходного раствора прибавить сухой соли Na₂СO₃ до рН > 7, перемешать палочкой, нагреть, центрифугировать (в осадке остаются все катионы, кроме шестой группы). Центрифугат подкислить уксусной кислотой до рН < 7 и в случае отсутствия иона аммония открыть К⁺ согласно 21.1. Если ион NH₄⁺ был открыт, то до подкисления CH₃COOH центрифугат нужно прокипятить для удаления аммиака, а затем подкислить уксусной кислотой и открыть ион калия.

24.1.3. Открыть ион Mn²⁺ капельной реакцией с бензидином. Реактивы наносить в следующей последовательности:

испытуемый раствор

NH₃(2-3 мин)

NH₄Cl

бензидин

синее или зеленое окрашивание.

Аммиак нужен, чтобы создать щелочную среду, а NH₄Cl – для того, чтобы связать ион кобальта в комплекс.

24.1.4. Открыть ион Fe²⁺: к трем каплям исходного раствора (рН=2-3) добавить K₃[Fe(CN)₆]. Выпадение синего осадка говорит о наличии иона Fe²⁺. В

Анализируемая смесь включает

Mg²⁺; Fe²⁺; Fe³⁺; Mn²⁺; Bi³⁺; Co²⁺; Ni²⁺; Cu²⁺; NH₄⁺; K⁺

Раствор 1 Осадок 1

дробно BiOCl↓

^белый

NH₄⁺ с реактивом Несслера + Na₂SnO₂ (до pH>7)

t

K⁺: 5-6 кап. + Na₂CO₃→

Bi⁰↓

^черный

Раствор 2 Осадок 2

K⁺ катионы V и IV групп

+ Na₃[Co(NO₂)₆]

K₂Na[Co(NO₂)₆]↓

^желтый

K⁺ + Fe²⁺ +[Fe(CN)₆]^3- → KFe[Fe(CN)₆]↓

Fe³⁺; Co²⁺; Cu^2+-→ совместный анализ ^синий

Fe³⁺ + 3SCN^- →[Fe(SCN)₃]⁰

^{красный} Осадок 3

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4-→ Cu₂[Fe(CN)₆] ↓ (коричневый) катионы IV и V групп

Co²⁺ +4SCN^-→ [Co(SCN)₄]^2- (синий)

Mn²⁺ + OH^- + бензидин → синий /капельно/ Раствор 3 + Na₂HPO₄

Mg²⁺; NH₄⁺ MgNH₄PO₄↓(белый)

Ni²⁺ + диметилглиоксим (красный)

/капельно/ t

Mg²⁺: 5-6 кап. + NH₄Cl (cух.) +NH₄OH+H₂O₂

Схема анализа смеси катионов IV, V и VI групп

присутствии ионов Mn²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ осадок может иметь не синий, а зеленый цвет, так как все эти ионы образуют осадки от желтого до бурого цвета. При встряхивании пробирки заметны крупицы синего осадка.

24.1.5. Открыть Fe³⁺ и Со²⁺: к трем каплям задачи (рН < 7) прилить изоамиловый спирт и прибавить сухой роданид калия (KSCN), встряхнуть. Окрашивание верхнего слоя в синий цвет указывает на наличие иона Co²⁺. Однако в присутствии ионов Fe³⁺ и Сu²⁺ реакция осложняется появлением красной (Fe(SCN)₃) и черной (Cu(SCN)₂) окрасок. Обесцвечивание красной окраски осуществляется прибавлением сухого NaF (встряхивать); удаление черной окраски - прибавлением сухого Na₂SO₃(встряхивать). В первом случае образуется бесцветный устойчивый комплекс [FeF₆]^3-, а во втором случае роданид двухвалентной меди восстанавливается до бесцветного CuSCN.

На этом основании можно сделать вывод о наличии или отсутствии ионов Fe³⁺ и Сu²⁺ (открытие таким методом меди (II) ненадежно).

24.1.6. Открыть ион Ni²⁺ капельной реакцией согласно 18.3. В отсутствие никеля можно открыть ион меди в исходном растворе добавлением избытка аммиака. Появление сине-фиолетового окрашивания подтверждает наличие Cu (II).

24.2. Систематический ход анализа.

24.2.1. Осаждение катионов первой и второй групп. Ко всей задаче (с осадком) прибавить по каплям сначала HCl до полного осаждения хлоридов первой группы, а затем H₂SO₄ до полного осаждения сульфатов второй группы. Центрифугировать нужно через 3-5 мин, чтобы успел выпасть осадок сульфата стронция.

Осадок 1	Раствор 1
AgCl, PbCl2, Hg2Cl2, PbSO4, BaSO4, SrSO4, (CaSO4)	III, IV,V, VI группы и (Ca2+)

К осадку прилить 3 капли H₂SO₄, перемешать, центрифугировать и центрифугат присоединить к раствору 1. При промывании кислотами растворяются основные соли висмута.

24.2.2. Открытие Са²⁺. Так как ионы кальция могут оказаться как в растворе 1, так и в осадке 1, то обнаружение его следует проводить следующим образом:

1) каплю раствора поместить на предметное стекло, высушить на воздухе до появления первых кристаллов и сразу посмотреть под микроскопом;

2) осадок 1 обработать 4-5 каплями воды, перемешать, центрифугировать и в растворе открыть CaSO₄ микрокристаллоскопическим методом.

24.2.3. Анализ осадка 1 провести согласно 8 из анализа смеси I и II групп с выщелачиванием катионов II группы.

24.2.4. Анализ исходного раствора. Для отделения III группы катионов к исходному раствору прибавить почти равный объем концентрированного NaOH, пять капель перекиси водорода, нагреть, перемешать, центрифугировать.

Осадок 2	Раствор 2
Fe(OH)3, MnO2, Co(OH)3, Cd(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, Mg(OH)2, Bi(OH)3, HgO	AlO2-, CrO42-, ZnO22-, K+, Na+, NH4+

Осадок 2 промыть водой, а раствор 2 упарить в фарфоровой чашке с целью повышения концентрации ионов приблизительно в три раза.

24.2.5. Анализ упаренного раствора 2.

24.2.5.1. Открытие иона Сr³⁺

При наличии явной желтой окраски раствора 2 фиксировать наличие ионов CrO₄^2-. Кроме того, каплю раствора нанести на фильтровальную бумагу и подействовать бензидином (в присутствии иона CrO₄^2- появляется синее окрашивание).

24.2.5.2. Открытие Al³⁺. 3-4 капли раствора 2 подкислить до рН=3-4 соляной кислотой и в этом растворе открыть алюминий реакцией с алюминоном согласно 10.1.

24.2.5.3. Открытие иона Zn²⁺. В чистую пробирку поместить одну каплю 0,02% CoCl₂ и 1-2 капли NH₄[Hg(SCN)₄], потереть палочкой и к этому раствору прибавить две капли предварительно подкисленного до рН≈3-4 раствора 2. Потереть палочкой. Появление голубого осадка говорит о наличии Zn²⁺.

24.2.6. Анализ осадка 2.

Осадок растворить при слабом нагревании в избытке 2н. HNO₃ (рН < 2). В раствор переходят ионы Fe³⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Bi³⁺, Cu²⁺. Темно-бурые осадки MnO₂, Co(OH)₃ в азотной кислоте не растворяются. Так как эти ионы открыты дробным методом в начале задачи, то этот бурый осадок 3 можно отделить и выбросить. К раствору 3 добавить сухой соды до рН=9-10 и полученный осадок обработать водным раствором крепкого аммиака, слегка нагреть, перемешивать в течение трех минут, центрифугировать.

Осадок 4	Раствор 4
(MgOH)2CO3, FeOHCO3, Bi(ОН)3	[Ni(NH3)6]2+, [Cu(NH3)4]2+ [Cd(NH3)4]2+, [Hg(NH3)4]2+

Осадок 4 промыть водой.

24.2.7. Обнаружение Mg²⁺_. К осадку 4 прилить 6-8 капель концентрированного NH₄Cl, перемешать, нагреть, центрифугировать. В полученном центрифугате (раствор 5) открыть ион Mg²⁺ действием Na₂HPO₄. Появлением мути или осадка MgNH₄PO₄ говорит о наличии Mg²⁺.

24.2.8. Обнаружение Bi³⁺. К осадку 5, оставшемуся после отделения Mg²⁺, прилить свежеприготовленный станнит натрия (14.5).

Если осадок получится не явно черный, то следует к нему прибавить хлороводородной кислоты до рН < 7. В присутствии висмута черный осадок остается.

24.2.9. Анализ раствора 4

В этом растворе остается обнаружить ионы Cu²⁺ и Cd²⁺.

Анализируемая смесь включает катионы шести аналитических групп*

дробно

в отдельной пробе осадить катионыI и II групп и провести анализ

NH₄⁺

(Ag⁺; Pb²⁺; Hg₂²⁺; Ca²⁺;Ba²⁺; Sr²⁺)

K⁺

+ HCl; H₂SO₄

Mn²⁺

Раствор 1 Осадок 1

Fe²⁺ Сa²⁺ BaSO₄;SrSO₄;

AgCl; PbCl₂;

Co²⁺; Fe³⁺; Cu²⁺ Hg₂Cl₂

Смотреть анализ

Ni²⁺ I и II групп

c выщелачиванием

Al³⁺; Cr³⁺; Zn²⁺

+NaOH(конц.)+ H₂O₂

Раствор 2 Осадок 2

дробно Fe(OH)₃; MnO₂; Co(OH)₃; Ni(OH)₂

AlO₂^- Cu(OH)₂; Mg(OH)₂

CrO₄^2- +HNO₃

ZnO₂^2-

Раствор 3 Осадок 3

Fe³⁺; Mg²⁺ MnO₂; Co(OH)₃

Ni²⁺; Cu^{2+ бурый}

+Na₂CO₃ сух.

NH₄OH (конц.)

Раствор 4 Осадок 4

[Ni(NH₃)₄]²⁺ (MgOH)₂CO₃

[Cu(NH₃)₄]²⁺ Fe(OH)CO₃

Bi(OH)₃

t

+ NH₄Cl (cух.), H₂O

Раствор 5 Осадок 5

Mg²⁺

+ Na₂HPO₄ Fe(OH)₃; Bi(OH)₃

+Na₂SnO₂

MgNH₄PO₄↓ Bi⁰↓

^{белый черный}

Схема анализа смеси катионов шести аналитических групп (* исключая Bi³⁺)

24.2.10. Открытие Cu²⁺. Несколько капель раствора 4 подкислить HCl до рН < 7 и прибавить 1-2 капли K₄[Fe(CN)₆]. Появление красно-бурого осадка указывает на наличие меди.

По выполненной работе составить подробный отчет, сделать вывод о составе полученной смеси ионов.