Обнаружение катионов

Реакции ионов NH₄⁺:

1. Реакция с едкими щелочами – NaOH (или КОН).

Соли аммония при нагревании с едкими щелочами разлагаются с выделением аммиака:

NH₄⁺ + OH^–  NH₃ + H₂O.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 5-6 капель исследуемого раствора, 5-6 капель раствора щелочи и нагревают на водяной бане. Присутствие иона аммония обнаруживают по характерному запаху и изменению окраски влажной универсальной индикаторной бумаги (синий или сине-зеленый цвет), поднесенной к отверстию пробирки (к стенкам не прикасаться!).

2. Реакция с реактивом Несслера (раствором K₂[HgI₄] в KOH).

Щелочной раствор K₂[HgI₄] при взаимодействии с ионами аммония образует красно-бурый аморфный осадок:

NH₄⁺ + 2[HgI₄]^2– + 4OH^– → [NH₂Hg₂O]I↓ + 7I^– + 3Н₂О.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2-3 капли исследуемого раствора, добавляют 5-6 капель реактива Несслера (необходим избыток!). В присутствии ионов аммония выпадает красно-бурый осадок.

 Если контрольный образец был желтого цвета (возможно присутствие Fe³⁺), к раствору перед добавлением реактива Несслера приливают 4-5 капель винной кислоты (для предотвращения выпадения бурого осадка Fe(OH)₃).

Реакции ионов Ca²⁺:

1. Реакция с оксалатом аммония ((NH₄)₂C₂O₄).

Оксалат- ионы образуют с ионом Са²⁺ белый кристаллический осадок, растворимый в сильных кислотах (НС1 или HNO₃), но нерастворимый в СН₃СООН:

Са²⁺ + С₂О₄^2– → СаС₂О₄↓.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 1-2 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄. Выпадение белого кристаллического осадка свидетельствует о наличии ионов Са²⁺. Осадок проверяют на растворимость в HNO₃, СН₃СООН и NaOH.

 Белый осадок с оксалатами также могут образовывать ионы Ba²⁺ и Pb²⁺. Однако BaC₂O₄ практически полностью растворяется в СН₃СООН, а PbC₂O₄ растворим в щелочах.

2. Реакция с серной кислотой (микрокристаллоскопическая).

Серная кислота образует с ионами Са²⁺ игольчатые кристаллы CaSO₄·.2H₂O. Форма кристаллов зависит от концентрации ионов Са²⁺.

Выполнение реакции: На предметное стекло помещают 2 капли исследуемого раствора, рядом 2 капли разбавленной H2SO4. Соединяют растворы стеклянной палочкой (чистой!) и через минуту рассматривают под микроскопом. Появление игольчатых кристаллов (рис.) указывает на присутствие ионов Са2+.

 Образование белого осадка с очень мелкими кристаллами сразу после смешивания растворов может свидетельствовать о наличии ионов Ba²⁺ или Pb²⁺, но не кальция.

Реакции ионов Ba²⁺:

Реакция с хроматом калия (К₂СrO₄) или дихроматом калия (К₂Сr₂О₇).

Хромат- (дихромат-) ионы образуют с ионами Ва²⁺ желтый кристаллический осадок:

Ва²⁺ + СrО₄^2– → ВаСrО₄↓,

2Ва²⁺ + Сr₂О₇^2– + Н₂О → 2BaCrO₄↓ + 2Н⁺.

Осадок ВаСrО₄ растворяется в сильных кислотах (HNO₃ или HCl), но нерастворим в СН₃СООН. Полнота осаждения ВаСrО₄ при реакции с К₂Сr₂О₇ обеспечивается добавлением ацетатной буферной смеси (рН = 4 – 5).

Выполнение реакции: К 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют 4-5 капель ацетатной буферной смеси и 1-2 капли раствора К₂СrO₄ (или К₂Сr₂О₇). Выпавший желтый осадок свидетельствует о наличии ионов бария. Осадок проверяют на растворимость в HNO₃ и СН₃СООН.

 Желтый осадок с хромат- (дихромат-) ионами в этих же условиях образуют ионы Pb²⁺, но РbСrО₄ , в отличие от ВаСrО₄, малорастворим в HNO₃.

Реакции ионов Pb²⁺:

1. Реакция с иодидом калия (KI).

Иодид- ионы образуют с ионами свинца осадок желтого цвета:

Рb²⁺ + 2I^– → РbI₂↓.

Образующийся осадок растворим в избытке KI, горячей воде и уксусной кислоте. При резком охлаждении раствора, полученного растворением РbI₂ в горячей воде и уксусной кислоте, осадок снова выпадает в виде блестящих золотистых кристаллов (реакция «золотого дождя»).

Выполнение реакции: К 1-2 каплям исследуемого раствора добавляют 1-2 капли KI (избегать избытка реактива!). Образование желтого осадка свидетельствует о присутствии ионов Pb²⁺. К полученному осадку приливают несколько капель воды, 3-4 капли раствора СН₃СООН, нагревают на водяной бане до растворения осадка и резко охлаждают под струей холодной воды, наблюдая образование блестящих золотистых кристаллов.

 В присутствии ионов Fe³⁺ и Cu² из-за образования I₂ появляется бурая окраска раствора (осадка).

2. Реакция с хроматом калия (К₂СrO₄) или дихроматом калия (К₂Сr₂О₇).

Хромат- (дихромат-) ионы образуют с ионами Pb²⁺ желтый кристаллический осадок:

Pb²⁺ + СrО₄^2– → PbСrО₄↓,

2Pb²⁺ + Сr₂О₇^2– + Н₂О → 2PbCrO₄↓ + 2Н⁺.

Осадок РbСrО₄ малорастворим в HNO₃, не растворяется в СН₃СООН, но легко растворяется в растворах щелочей. Полнота осаждения РbСrО₄ при реакции с К₂Сr₂О₇ обеспечивается добавлением ацетатной буферной смеси (рН = 4 – 5).

Выполнение реакции: К 2-3 каплям исследуемого раствора добавляют 4-5 капель ацетатной буферной смеси и 1-2 капли раствора К₂СrO₄ (или К₂Сr₂О₇). Выпавший желтый осадок свидетельствует о наличии ионов свинца. Осадок проверяют на растворимость в HNO₃, СН₃СООН и NaOH.

 Желтый осадок с хромат- (дихромат-) ионами в этих же условиях образуют ионы Ba²⁺ (см. выше).

Реакции ионов Al³⁺:

Реакция с ализарином (1,2-диоксиантрахиноном).

Ализарин образует с гидроксидом алюминия малорастворимое внутрикомплексное соединение ярко-красного цвета – «алюминиевый лак»:

Выполнение реакции: В пробирку вносят 2-3 каплям исследуемого раствора и несколько капель раствора NH₄OH до образования осадка Al(ОН)₃. Пробирку нагревают и вносят в нее 3-4 капли ализарина. Осадок Al(ОН)₃ должен окраситься в ярко-красный цвет.

Реакции ионов Fe ²⁺:

 В растворе при хранении ионы Fe ²⁺ легко окисляются до Fe³⁺ , поэтому стандартный раствор FeSO₄ готовят из сухой соли непосредственно перед анализом.

1. Реакция с гексацианоферратом (III) калия (K₃[Fe(CN)₆]).

Гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль) с катионом Fe²⁺ образует синий осадок турнбулевой сини:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3– → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓.

Осадок не растворяется в кислотах, но разлагается щелочами. При избытке реагента осадок приобретает зеленый оттенок.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям исследуемого раствора приливают 1-2 капли раствора HCl и 2-3 капли раствора K₃[Fe(CN)₆]. В присутствии ионов Fe²⁺ раствор окрашивается в синий цвет и выпадает синий осадок.

2. Реакция с реактивом Чугаева (диметилглиоксимом).

Диметилглиоксим в аммиачной среде (рН 6-9) образует с катионами Fe²⁺ растворимую в воде внутрикомплексную соль ярко-красного цвета:

При добавлении раствора H₂O₂ красная окраска соединения исчезает.

Выполнение реакции: В пробирку вносят 2-3 капли исследуемого раствора, 2-3 капли разбавленного раствора NH₄OH и 2-3 капли раствора диметилглиоксима. В присутствии Fe²⁺ раствор окрашивается в красный цвет. Затем прибавляют 4-5 капель раствора H₂O₂. Изменение окраски раствора на желтую (или коричневую) подтверждает наличие ионов Fe²⁺.

 Определению мешают ионы Ni²⁺, однако соединения никеля с диметилглиоксимом не взаимодействуют с раствором H₂O₂.

Реакции ионов Fe ³⁺:

1. Реакция с гексацианоферратом (II) калия (K₄[Fe(CN)₆]).

Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) с катионом Fe³⁺ образует синий осадок берлинской лазури:

4Fe³⁺ + 3Fe(CN)₆^4– → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓.

Осадок не растворяется в кислотах, но разлагается щелочами.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям исследуемого раствора приливают 1-2 капли раствора HCl и 2-3 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. В присутствии ионов Fe³⁺ раствор окрашивается в синий цвет и выпадает синий осадок.

2. Реакция с тиоцианатом (роданидом) аммония (NH₄CNS).

Ионы Fe³⁺ образуют с тиоцианат- ионами в кислой среде комплексы кроваво-красного цвета, состав которых зависит от концентрации тиоцианата:

Fe³⁺ + пSCN ^– → [Fe(SCN)]^3-n.

Выполнение реакции: В пробирку вносят 1-2 капли исследуемого раствора, 1 каплю раствора HNO₃ (или HCl) и 1-2 капли раствора NH₄SCN (или KSCN). В присутствии ионов Fe³⁺ раствор окрашивается в кроваво-красный цвет. Реакцию можно проводить капельным методом на фильтровальной бумаге.

 Ионы Сu²⁺ образуют с реактивом комплекс [Cu(SCN)₄]²⁺ желто-бурого цвета.

Реакции ионов Ni²⁺:

Реакция с реактивом Чугаева (диметилглиоксимом).

Диметилглиоксим в аммиачной среде (рН 6-9) образует с катионами Ni²⁺ осадок в виде внутрикомплексного соединения розово-красного цвета:

Осадок растворим в сильных кислотах и концентрированном растворе NH₃.

Выполнение реакции: В пробирку вносят 2-3 капли исследуемого раствора, 2-3 капли разбавленного раствора NH₄OH и 2-3 капли раствора диметилглиоксима. В присутствии Ni²⁺ выпадает розово-красный осадок.

 Определению мешают ионы Fe²⁺, образующие с диметилглиоксимом растворимое внутрикомплексное соединение ярко-красного цвета (см. выше).

Реакции ионов Cu²⁺:

1. Реакция с раствором аммиака (NH₃H₂O или NH₄OH).

Водный раствор аммиака, добавленный в эквивалентных количествах, осаждает ион Cu²⁺ в виде осадка основной соли голубовато-зеленого цвета. В избытке NH₄OH осадок растворяется с образованием аммиачного комплекса ярко-синего цвета:

2CuSO₄ + 2NH₄OH → (CuOH)₂SO₄↓ + (NH₄)₂SO₄,

(CuOH)₂SO₄ + 8NH₄OH → 2[Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2– + 2ОН^– + 8Н₂О.

Выполнение реакции: В пробирку вносят 3 капли исследуемого раствора и 1-2 капли разбавленного раствора NH₄OH. К полученному осадку приливают 2-3 капли концентрированного раствора аммиака. Выпадение голубовато-зеленого осадка, в концентрированном аммиаке переходящего в ярко-синий раствор, свидетельствует о присутствии ионов Cu²⁺.

2. Реакция с гексацианоферратом (II) калия (K₄[Fe(CN)₆]).

Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) с катионом Cu²⁺ образует осадок красно-бурого цвета:

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^2– → Cu₂[Fe(CN)₆]↓.

Осадок не растворяется в разбавленных кислотах, но разлагается щелочами и растворяется в концентрированном аммиаке.

Выполнение реакции: К 2-3 каплям исследуемого раствора приливают 1-2 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. В присутствии ионов Cu²⁺ выпадает красно-бурый осадок. Реакцию можно проводить на полоске фильтровальной бумаги капельным методом.

 Определению мешают ионы Fe³⁺, образующие ярко окрашенный осадок с реактивом (см. выше).

Реакции ионов Zn²⁺:

Реакция с гексацианоферратом (II) калия (K₄[Fe(CN)₆]).

Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) с катионом Zn²⁺ кремово-белый аморфный осадок соли K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂, нерастворимый в разбавленной HCl, но растворимый в щелочах:

2K⁺ + 3Zn²⁺+2[Fe(CN)₆]^4– → K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂↓.

Выполнение реакции: К 5-6 каплям исследуемого раствора приливают 5-6 капель раствора K₄[Fe(CN)₆]. В присутствии ионов Zn²⁺ выпадает белый осадок.

 Определению мешают ионы Fe³⁺ и Cu²⁺, образующие ярко окрашенные осадки с реактивом (см. выше).