Контрольная задача № 1.

Анализ смеси катионов первой аналитической группы: Li⁺,Na⁺,K⁺,NH₄⁺.

Катионы первой аналитической группы не имеют группового реагента.

Пусть для анализа взят раствор, содержащий смесь растворимых солей катионов I аналитической группы. Требуется разделить катионы и открыть их. Открытию катионов натрия и калия мешают катионы аммония и лития, поэтому вначале открывают катионы аммония и лития, а затем после их удаления, открывают катионы натрия и калия.

А) Анализ в присутствии катионов литияLi⁺. Катионы лития мешают открытию катионов натрия и калия, поэтому в их присутствии вначале в отдельных пробаханализируемого раствора открывают катионы лития и аммония, после чего эти катионы удаляют, а в остатке открывают катионы натрия и калия.

Открытие и удаление катионов лития Li⁺.

Катионы лития открывают реакцией с раствором двузамещенного ортофосфата натрия Na₂HPO₄ в нейтральной или слабо щелочной среде – образуется белый осадок ортофосфата лития Li₃РO₄.

Катионы лития также открывают окрашиванием пламени газовой или спиртовой горелки.

Методика: на кончике графитового стержня или на нихромовой проволочке вносят в пламя горелки несколько кристалликов соли лития. Пламя окрашивается в карминово–красный цвет.

Отделение катионов лития. Отбирают небольшую порцию анализируемого раствора (8-10 капель), прибавляют к ней 1-2 капли 2М раствора аммиака, 2-3 капли этанола, 4-5 капель 1М раствора (NH₄)₂HPO₄. Полученную смесь нагревают до кипения, отделяют центрифугированием (или фильтро-ванием) образовавшийся осадок ортофосфата литияLi₃PO₄и проверяют полноту отделения катионов лития прибавлением в центрифугат раствора (NH₄)₂HPO₄(при полном удалении катионов лития не должен появляться осадок – раствор остается прозрачным).

Б) Анализ в отсутствии катионов лития Li⁺.

Открытие и удаление катионов аммония NH₄⁺. Отбирают в две пробирки примерно по 5 капель анализируемого раствора. В одну из них (пробаI) прибавляют 5 капель водного 1М раствора гидроксида натрияNaOH(или 1М раствора содыNa₂CO₃), в другую (проба 2) – 5 капель 1М раствора гидроксида калия КОН (или 1моль/л раствора поташа К₂СО₃). Нагревают обе пробирки на водяной бане. При наличии в растворе ионов аммония выделяется газообразный аммиак, который окрашивает влажную красную лакмусовую бумагу в синий цвет.

Присутствие катионов аммония подтверждают также в отдельной пробе (1-2 капли) исходного анализируемого раствора с помощью реактива Несслера – образуется красно-бурый осадок состава [Hg₂N]I*H₂O.

.

В случае присутствия NH₄⁺их удаляют для того, чтобы они не мешали последующему открытию К⁺иNa⁺. Для этого обе пробирки с пробами 1 и 2 нагревают до полного удаления аммиака (до тех пор, пока при внесении в пары влажной розовой лакмусовой бумаги она перестает синеть). Затем в пробе 1 открывают катионы калия, а в пробе 2- катионы натрия.

Удаление катионов аммония с формальдегидом. Сущность метода состоит в том, что катионы аммония в щелочной среде реагируют с формальдегидом с образованием гексаметилентетрамина (уротропина), который не мешает открытию катионов натрия и калия:

4NH₄⁺+ 4OH^- + 6HCHO = (CH₂)₆N₄ + 10H₂O

Для проведения реакции к 3-4 каплям центрифугата, полученного после удаления катионов лития, приливают столько же 40%-го раствора формальдегида и 1 каплю фенолфталеина. Смесь обрабатывают раствором соды до появления красной окраски раствора (рН>9), нагревают 1-2 мин, охлаждают, подкисляют уксусной кислотой до исчезновения красной окраски. В полученном растворе открывают катионы К⁺. Если вместо соды прибавлять раствор поташа, то в полученном растворе открывают катионыNa⁺.

Открытие катионов натрия Na⁺. После удаления ионов аммония из пробы 2 к ней прибавляют несколько капель разбавленной уксусной кислоты до нейтрализации раствора. Каплю полученного раствора помещают на предметное стекло, слегка упаривают и рядом с нею наносят каплю раствора цинкуранилацетата. Через 1-2 мин после соприкосновения обеих капель наблюдают под микроскопом образование характерных желтых октаэдрических и тетраэдрических кристаллов натрийцинкуранилацетата состава NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉*9H₂O.

Для контроля катионы натрия открывают также микрокристаллоскопической реакцией с гексагидроксостибатом калия К[Sb(OH)₆]- образуется белый микрокристаллический осадок гексагидроксостибата натрияNa[Sb(OH)₆]. Открытию катионов натрия этой реакцией мешают даже следовые количества ионов аммония, в присутствии которых образуется белый аморфный осадок метасурьмяной кислотыHSbO₃. Выпадение белого аморфного, а не кристаллического осадка (что определяется при рассмотрении под микроскопом) еще не свидетельствует о присутствии катионов натрия в исследуемом растворе. Катион натрия также открывают (фармакопейный тест) окрашиванием пламени газовой или спиртовой горелки.

Методика: на кончике графитового стержня (или на нихромовой либо платиновой проволочке) вносят в пламя газовой горелки несколько кристалликов соли натрия (например, NaCl). Пламя окрашивается в ярко-желтый цвет. Окраска не исчезает в течение нескольких секунд.

Открытие катионов калия К⁺. После удаления ионов аммония в пробе 1 к ней прибавляют 3-4 капли 2М раствора уксусной кислоты и 2 капли раствора гексанитрокобальтата (III) натрияNa₃[Co(NO₂)₆]- образуется желтый осадок гексанитрокобальтата (III) натрия и калия

NaK₂[Co(NO)_{2 6}].

Соли калия при внесении их в пламя горелки окрашивают его в фиолетовый цвет.

Методика: на кончике графитового стержня (или на нихромовой либо платиновой проволочке) вносят в пламя газовой горелки несколько кристалликов соли калия. Пламя окрашивается в фиолетовый цвет.

Результаты систематического хода анализа оформляют в таблицу.

Исследуемая систе-ма (раствор, осадок, центрифугат, фильтрат и т.д.)	Реагент, условия реакции (нагрева-ние, охлаждение)	Наблюдения (ана-литические приз-наки, уравнения реакций)	Вывод (о составе системы, об открытии ионов)