Систематический ход анализа катионов I–III групп

Катионы III группы мешают обнаружению катионов II и I групп, поскольку они образуют осадки с Na₂HPO₄, (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂C₂O₄и другими реагентами, применяемыми при анализе катионов II и I групп. Следовательно, при проведении систематического анализа смеси катионов I–III аналитических групп необходимо в первую очередь отделить катионы III группы действием группового реагента (NH₄)₂S.

Полученный осадок сульфидов и гидроксидов катионов III группы растворяют и далее работают с ним, как описано на с. 34, а раствор, содержащий катионы I–II групп, используют для дальнейшего разделения ионов на группы, как описано на с. 26.

Раствор:NH4+Na+К+Mg 2+Са2+Ва2+ Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+

+ (NH4)2S

Раствор (I и II группы): NH4+Na+К+Mg 2+ Са2+Ва2+			Осадок (III группа): FeSFe2S3MnSZnS Al(OH)3↓Cr(OH)3↓
			+НNО3

Раствор (III группа): Fe2+Fe3+Mn2+Al3+Cr3+Zn2+

Рис. 5. Схема разделения катионов I–III групп

(при отсутствии в растворе фосфат-ионов PO₄^3–)

Схема разделения ионов I, II и III аналитических групп при проведении систематического анализа смеси катионов I–III групп(если в растворе отсутствуют фосфат-ионы PO₄^3–) представлена на рис. 5.

Систематический ход анализа катионов I–III групп в присутствии фосфат-ионов po43–

Присутствие в растворе фосфат-ионов PO₄^3–мешает отделению катионов III группы от катионов II и I групп.

Фосфаты катионов II группы и Mg²⁺не растворимы в воде, но растворимы в кислотах. Таким образом, если анализируемая проба катионов I–III групп имеет кислую реакцию среды, то даже при наличии в ней фосфатов осадок не образуется. Однако для обеспечения оптимальных условий осаждения катионов III группы групповым реагентом (NH₄)₂Sнеобходимо создать щелочную среду. При этом фосфаты катионов II группы иMg²⁺выпадают в осадок и остаются в нем вместе с сульфидами и гидроксидами катионов III группы.

Следовательно, при проведении систематического анализа смеси катионов I–III аналитических групп в присутствии фосфат-ионов PO₄^3–становится невозможным отделить катионы III группы действием группового реагента (NH₄)₂S. Чтобы провести такое разделение, необходимо сначалаудалить ионы PO₄^3–.Для этого существует ряд способов. Все они основаны наосажденииионовPO₄^3–под действием различных реагентов:

а)FeCl₃в присутствии ацетатного буфера (ацетатный метод);

б)SnCl₄в средеHCl;

в)нитрата циркония (IV) в средеHCl;

г)ионов висмута (III) в средеHNO₃и др.

Например,систематический ход анализа смеси катионов I–III аналитических групп в присутствии ионовPO₄^3–ацетатным методом(см. рис. 6) предполагает выполнение следующих операций в строго определённой последовательности:

1. обнаружение ионов Fe²⁺иFe³⁺в предварительных испытаниях;

2. окисление Fe²⁺доFe³⁺(если обнаружен);

3. осаждение иона PO₄^3–;

4. разделение железа (III), хрома (III) и алюминия (III), которые находятся в осадке в виде FePO₄и основных ацетатов;

5. обнаружение хрома (III) и алюминия (III);

6. анализ раствора, содержащего остальные катионы III группы вместе с катионами II и I групп (по обычной схеме систематического анализа).

Раствор:NH4+Na+К+Mg 2+Са2+Ва2+ Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+ PO43–

+ HNО3

Раствор:NH4+Na+К+Mg 2+Са2+Ва2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+ PO43–

+ FeCl3, ацетатный буфер

Раствор: NH4+Na+К+Mg 2+ Са2+Ва2+Mn2+Zn2+			Осадок: FePO4 Основные ацетаты Fe3+, Аl3+,Cr3+
			+ NаОН, Н2О2

Раствор: [Al(OH)6]3– CrО42–

Осадок: FePO4

Рис. 6. Схема разделения катионов I–III групп

(в присутствии фосфат-ионов PO₄^3–)

Лабораторная работа №2

«Анализ смеси катионов первой и второй группы».

Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов NH₄⁺, K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺.

Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.

1.Ознакомиться с техникой выполнения основных операций (см. приложение);

2. Изучить основные аналитические реакции указанных ионов, используя растворы их солей;

3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (см. приложение);

4. Получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в соответствии со схемой (см. схему 1,2) анализа и приведенным ниже ходом выполнения. Результаты анализа представить в виде таблицы

Таблица 1.

ион	Реагент, условия проведения реакции	Аналитическая реакция	Аналитический эффект
Ba2+	K2Cr2O7 в присутствии ацетатного буфера при нагревании	2Ba2++K2Cr2O7+H2O= 2BaCrO4 ↓+2K++2H+	Выпал желтый кристаллический осадок

Анализируемый раствор делят на три части: с одной проводят предварительные испытания, другую подвергают систематическому анализу, третью оставляют для проверки полученных результатов.

1. Предварительные испытания

(проводят с отдельными порциями исследуемого раствора)

1. Реакция среды.

Определяют рН раствора с помощью универсальной бумаги.

2. Обнаружение ионов NH₄⁺.

Определение проводят, действуя на исследуемый раствор раствором щелочи NaOH или КОН при нагревании:

NH₄⁺ + OH^– → NH₃↑ + H₂O.

Определение проводят в «газовой камере», состоящей из двух часовых стекол одинакового размера. На нижнее стекло помещают 1-2 капли анализируемого раствора, 1-2 капли 1н раствора NaOHи накрывают другим стеклом, на вогнутую поверхность которого прикреплен кусочек влажной индикаторной бумаги. Для ускарения реакции камеру слегка нагревают на водяной бане. Посинение индикаторной бумаги свидетельствует о наличии в растворе ионовNH₄⁺

3. Проба на присутствие ионов К⁺ (выполняется толь в случае отсутствия ионов NH₄⁺).

Если проба 1.2 дала отрицательный результат, на предметное стекло помещают каплю исследуемого раствора и нагревают его на плитке до появления каемочки сухой соли.

На некотором расстоянии от нее наносят каплю Na₂PbCu(NO₂)₆(реактив для обнаружения ионов К⁺). Реактив осторожно подводят к сухой каемочке соли и через 2-3 мин рассматривают выпавшие кристаллы под микроскопом. Форма кристаллов показана на рисунке в учебнике.

Если в растворе присутствуют ионы К⁺, то образуются кубические кристаллы К₂PbCu(NO₂)₆ черного или коричневого цвета. ИоныNH₄⁺образуют такие же кристаллы и поэтому мешают реакции. При выполнении этой реакции полезно провести холостой опыт.Выполнение холостого опыта.При проведении реакции обнаружения полезно сравнивать наблюдаемый эффект с результатом холостого опыта, в котором использовались все те же реагенты в тех же условиях, что и в основном, но в отсутствии определяемого иона. Заключения о наличии иона в системе можно делать лишь в то случае, если наблюдаемый эффект реакции гораздо интенсивнее, чем в холостом опыте.