Реакции обнаружения катионов V аналитической группы

Действие групповЫХ реактивОВ NaOH и NH₄OH

Едкие щелочи и раствор аммиака осаждают из растворов солей железа, марганца, магния и висмута соответствующие им гидроксиды:

1) соли железа(II)

FeCl₂ + 2 KOH → Fe(OH)₂↓ + 2 KCl

Fe²⁺ + 2 OH^- → Fe(OH)₂

FeCl₂ + 2 NH₄OH → Fe(OH)₂↓ + 2 NH₄Cl

Fe²⁺ + 2 NH₄OH → Fe(OH)₂↓ + 2 NH₄⁺

Железа (II) гидроксид зеленоватого цвета, на воздухе очень быстро окисляется до железа (III) гидроксида, вследствие чего его окраска постепенно переходит в бурую:

4 Fe(OH)₂↓ + O₂ + 2 H₂O → 4 Fe(OH)₃↓

Осадок Fe(OH)₂ хорошо растворим в соляной кислоте:

Fe(OH)₂↓ + 2 HCl → FeCl₂ + 2 H₂O

Fe(OH)₂↓ + 2 H⁺ → Fe²⁺ + 2 H₂O

2) соли железа (III)

FeCl₃ + 3 KOH → Fe(OH)₃↓ + 3 KCl

Fe³⁺ + 3 OH‾ → Fe(OH)₃

FeCl₃ + 3 NH₄OH → Fe(OH)₃↓ + 3 NH₄Cl

Fe³⁺ + 3 NH₄OH → Fe(OH)₃↓ + 3 NH₄⁺

Железа гидроксид (III) темно-бурого цвета, на воздухе и при нагревании в водной среде устойчив. Хорошо растворим в соляной кислоте и избытке щелочи:

Fe(OH)₃↓ + 3 HCl → FeCl₃ + 3 H₂O

Fe(OH)₃ + 3 H⁺ → Fe³⁺ + 3 H₂O

Fe(OH)₃↓ + 3 NaOH → Na₃[Fe(OH)₆]

Fe(OH)₃↓ + 3 ОH‾ → [Fe(OH)₆]³‾

3) соли марганца (II)

MnCl₂ + 2 KOH → Mn(OH)₂↓ + 2 KCl

Mn²⁺ + 2 OH‾ → Mn(OH)₂↓

MnCl₂ + 2 NH₄OH → Mn(OH)₂↓ + 2 NH₄Cl

Mn²⁺ + 2 NH₄OH → Mn(OH)₂↓ + 2 NH₄⁺

Марганца (II) гидроксид белого цвета, на воздухе окисляется до марганца (III) гидроксида Mn(OH)₃:

4 Mn(OH)₂↓ + O₂ + 2 H₂O → 4 Mn(OH)₃↓

При действии на марганца (II) гидроксид водорода пероксидом и другими окислителями образуется марганца (IV) оксид-гидроксид темно-бурого цвета:

Mn(OH)₂↓ + H₂O₂ → MnO(OH)₂↓ + H₂O

4) соли висмута

BiCl₃ + 3 KOH → Bi(OH)₃↓ + 3 КCl

Bi³⁺ + 3 OH‾ → Bi(OH)₃↓

BiCl₃ + 3 NH₄OH → Bi(OH)₃↓ + 3 NH₄Cl

Bi³⁺ + 3 NH₄OH → Bi(OH)₃↓ + 3 NH₄⁺

Висмута (III) гидроксид белого цвета, на воздухе и при нагревании в водной среде не изменяется. Осадок не растворяется в избытке щелочи.

5) соли магния

MgCl₂ + 2 KOH → Mg(OH)₂↓ + 2 KCl

Mg²⁺ + 2 OH‾ → Mg(OH)₂↓

Магния гидроксид белого цвета на воздухе и при нагревании в водной среде не изменяется. Осадок хорошо растворим в соляной кислоте. Его особенностью является способность растворяться и в солях аммония, вследствие чего Mg(OH)₂ не может быть осажден полностью водным раствором аммиака:

Mg(OH)₂↓ + 2 NH₄Cl → MgCl₂ + 2 NH₄OH

Mg(OH)₂↓ + 2 NH₄⁺ → Mg²⁺ + 2 NH₄OH

Опыт: В 5 пробирок, содержащих по 5 капель растворов солей железа (II), железа (III), марганца (II), висмута (III) и магния добавляют по 1-2 капли 2 н. раствора щелочи. Наблюдают выпадение осадков и изучают их растворимость в минеральных кислотах, щелочи и аммония хлориде. К осадку Mn(OH)₂ добавляют водорода пероксид. Наблюдают образование осадка.

Общеаналитические реакции катионов V группы

действие НАТРИЯ ГИДРОФОСФАТА (Na₂HPO₄)

Натрия гидрофосфат в аммиачной среде осаждает катионы Fe²⁺, Mn²⁺ и Bi³⁺ в виде соответствующих фосфатов белого цвета, Fe³⁺ – бело-желтого осадка, растворимого в сильных кислотах и не растворимого в уксусной кислоте, а катионы Mg²⁺ – в виде белого «ползущего» по стенкам пробирки осадка двойной соли магния-аммония фосфата:

2 Na₂HPO₄ + 2 NH₄OH + 3 FeCl₂ → Fe₃(PO₄)₂↓ + 4 NaCl + 2 NH₄Cl + 2 H₂O

грязно-белый

2 HPO₄²‾ + 2 NH₄OH + 3 Fe²⁺ → Fe₃(PO₄)₂↓ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

2 Na₂HPO₄ + 2 NH₄OH + 3 MnCl₂ → Mn₃(PO₄)₂↓ + 4 NaCl + 2 NH₄Cl + 2 H₂O

белый

2 HPO₄²‾ + 2 NH₄OH + 3 Mn²⁺ → Mn₃(PO₄)₂↓ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

Na₂HPO₄ + NH₄OH + Bi(NO₃)₃ → BiPO₄↓ + 2 NaNO₃ + NH₄NO₃ + H₂O

белый

HPO₄²‾ + NH₄OH + Bi³⁺ → BiPO₄ + 2 NH₄⁺ + H₂O

Na₂HPO₄ + NH₄OH + FeCl₃ → FePO₄↓ + 2 NaCl + NH₄Cl + H₂O

бело-желтый

HPO₄²‾ + NH₄OH + Fe³⁺ → FePO₄↓ + 2 NH₄⁺ + H₂O

Na₂HPO₄ + NH₄OH + MgCl₂ → MgNH₄PO₄↓ + 2 NaCl + H₂O

белый «ползущий»

HPO₄²‾ + NH₄OH + Mg²⁺ → MgNH₄PO₄↓ + 2 H₂O

Предельная открываемая концентрация катионов этой реакцией равна 1,2 мг/л.

ОПЫТ: В 5 пробирок, содержащих смесь 2-3 капель Na₂HPO₄ и 1-2 капель аммония гидроксида, добавляют по 5 капель растворов солей: в первую – железа (II), во вторую – железа (III), в третью – марганца (II), в четвертую – висмута (III) и в пятую – магния. Наблюдают выпадение осадков.

действие аммония КАРБОНАТа (NH₄)₂CO₃

Аммония карбонат (NH₄)₂CO₃ осаждает катионы Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Bi³⁺, Mg²⁺ из растворов их солей в виде соответствующих осадков:

FeCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → FeCO₃↓ + 2 NH₄Cl

белый зеленеющий

Fe²⁺ + CO₃²‾ → FeCO₃↓

2 FeCl₃ + 3 (NH₄)₂CO₃ + H₂O → 2 FeOHCO₃↓ + 6 NH₄Cl + CO₂↑

бурый

2 Fe³⁺ + 3 CO₃²‾ + H₂O → 2 FeOHCO₃↓ + CO₂

MnCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → MnCO₃↓ + 2 NH₄Cl

белый аморфный

быстро выпадающий

Mn²⁺ + CO₃²‾ → MnCO₃↓

2 MgCl₂ + 2 (NH₄)₂CO₃ + H₂O → (MgOH)₂CO₃↓ + 2 NH₄Cl + CO₂↑

белый аморфный

2 Mg²⁺ + 2 CO₃²‾ + H₂O → (MgOH)₂CO₃↓ + CO₂

2 Bi(NO₃)₃ + 3 (NH₄)₂CO₃ + H₂O → 2 BiOHCO₃↓ + 6 NH₄NO₃ + CO₂↑

белый

2 Bi³⁺ + 3 CO₃²‾ + H₂O → 2 BiOHCO₃↓ + CO₂

Все осадки хорошо растворимы в соляной кислоте. Например:

FeCO₃ + 2 HCl → FeCl₂ + H₂O + CO₂↑

FeCO₃ + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂O + CO₂

FeOHCO₃ + 3 HCl → FeCl₃ + 2 H₂O + CO₂↑

FeOHCO₃ + 3 H⁺ → Fe³⁺ + 2 H₂O + CO₂

ОПЫТ: В 5 пробирок, содержащих по 5 капель растворов солей железа (II), железа (III), марганца (II), висмута (III) и магния добавляют двукратный избыток раствора аммония карбоната. Наблюдают выпадение осадков и изучают их растворимость в соляной кислоте.

Специфические реакции катионов V аналитической группы

РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЖЕЛЕЗА (III)

1. Аммония роданид NH₄CNS или калия роданид KCNS с катионами Fe³⁺ образует железа (III) роданид, раствор которого обладает интенсивной кроваво-красной окраской:

FeCl₃ + 3 NH₄CNS ↔ Fe(CNS)₃ + 3 NH₄Cl

Fe³⁺ + 3 CNS‾ ↔ Fe(CNS)₃

Этой реакцией Fe³⁺ может быть обнаружен в присутствии любых катионов.

Предельная открываемая концентрация Fe³⁺ этой реакцией 10 мг/л, а предел обнаружения иона железа – 0,5 мкг.

ОПЫТ: К 3-5 каплям раствора соли железа (III) добавляют 1-2 капли аммония роданида. Наблюдают появление интенсивной окраски раствора.

2. Калия гексацианоферрат (II) K₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль) образует с катионами трехвалентного железа темно-синий осадок «берлинской лазури»:

4 FeCl₃ + 3 K₄[Fe(CN)₆] → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ + 12 KCl

4 Fe³⁺ + 3 [Fe(CN)₆]⁴‾ → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓

Осадок «берлинской лазури» растворяется в сильных кислотах и при добавлении избытка реагента. Обнаружению катионов Fe³⁺ данной реакцией мешают Mn²⁺ (грязно-белый осадок), Bi³⁺(бело-желтый осадок), Hg²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

Предельная открываемая концентрация катионов железа равна 30 мг/л, а предел обнаружения Fe³⁺ 0,2 мкг.

При действии данным реагентом на раствор соли железа (II) появляется голубой осадок, что не является доказательством образования берлинской лазури.

ОПЫТ: К 3-5 каплям раствора соли железа (III) добавляют 1-2 капли раствора желтой кровяной соли. Наблюдают выпадение осадка «берлинской лазури».

РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЖЕЛЕЗА (II)

1. Калия гексацианоферрат железа (III) K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль) образует с катионами Fe²⁺ осадок «турнбулевой сини»:

3 FeCl₂ + 2 K₃[Fe(CN)₆] → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓ + 6 KCl

3 Fe²⁺ + 2 [Fe(CN)₆]³‾ → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓

Осадок «турнбулевой сини» не растворим в кислотах, но разлагается щелочами с выделением гидроксидов железа (II) и железа (III).

Обнаружению катионов Fe²⁺ данной реакцией мешают Mn²⁺ (бурый осадок), Bi³⁺ (горчичный осадок), Hg²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

При действии данным реагентом на раствор соли железа (III) появляется темно-зеленый осадок, что не является доказательством образования «турнбулевой сини».

Предельная открываемая концентрация катионов железа равна 30 мг/л, а предел обнаружения 0,02 мкг.

ОПЫТ: К 3-5 каплям раствора соли железа (III) добавляют 1-2 капли раствора красной кровяной соли. Наблюдают выпадение осадка «турнбулевой сини».

РЕАКЦИЯ КАТИОНОВ МАРГАНЦА (Mn²⁺)

Наиболее характерной реакцией на Mn²⁺, дающей возможность обнаруживать его следы даже в присутствии смеси катионов всех аналитических групп, является реакция окисления до перманганат-иона MnO₄‾, обладающего интенсивной малиновой окраской. Для этого применяются различные окислители (PbO₂, NaBiO₃, (NH₄)₂S₂O₈ и другие), окислительный потенциал которых выше 1,52 В.

Окисление Mn²⁺ натрия висмутатом протекает по уравнению:

2MnSO₄ + 5NaBiO₃ + 16HNO₃ → 2HMnO₄ + 5Bi(NO₃)₃ + NaNO₃ + 2Na₂SO₄+ 7H₂O

Mn²⁺ + 4 H₂O – 5 ē → MnO₄‾ + 8 H⁺ 2

BiO₃‾ + 6 H⁺ + 2 ē → Bi³⁺ + 3 H₂O 5

2 Mn²⁺ + 5 BiO₃‾ + 16 H⁺ → 2 MnO₄‾ + 5 Bi³⁺ + 7 H₂O + 2 H⁺

Предел обнаружения иона марганца – 2 мкг.

ОПЫТ: В пробирку кладут небольшое количество (взятое на кончике шпателя) порошка NaBiO₃, приливают 5-6 мл 2 н. HNO₃ и 1-2 капли раствора соли марганца (II). Наблюдают окрашивание раствора в малиновый цвет.

РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ВИСМУТА (Bi³⁺)

1. При взаимодействии солей висмута (III) с небольшим количеством раствора KI выпадает черный осадок, растворяющийся в избытке реагента. Образующаяся комплексная соль окрашивает раствор в красновато-желтый цвет. Предельная открываемая концентрация Bi³⁺ этой реакцией равна 50 мг/л. Обнаружению висмута (III) мешают катионы Fe³⁺, Ag⁺, Pb²⁺, Cu²⁺ и др.

Bi(NO₃)₃ + 3 KI → BiI₃ ↓ + 3 KNO₃

Bi³⁺ + 3 I‾ → BiI₃

BiI₃ + KI → K[BiI₄]

BiI₃ + I‾ → [BiI₄]‾

ОПЫТ: К 3-5 каплям раствора соли висмута добавляют 1-2 капли раствора калия иодида. Наблюдают образование осадка, который затем растворяют в избытке KI.

2. Восстановление катионов Bi³⁺ до металлического висмута.

Если к раствору соли висмута прилить небольшое количество щелочного раствора соли двухвалентного олова, то из раствора немедленно (лучше при нагревании) выпадет бархатисто-черный осадок металлического висмута:

SnCl₂ + 4 NaOH → Na₂[Sn(OH)₄] + 2 NaCl

Sn²⁺ + 4 OH‾ → [Sn(OH)₄]²‾

Bi(OH)₃ + Na₂[Sn(OH)₄] → Bi↓ + Na₂[Sn(OH)₆]

Bi(OH)₃ + 3ē→ Bi + 3 OH‾ 2

[Sn(OH)₄]^2-+ 2 OH‾ – 2 ē → [Sn(OH)₆]²‾ 3

2 Bi(OH)₃ + 3 [Sn(OH)₄]²‾ → 2 Bi + 3 [Sn(OH)₆]²‾

Обнаружению мешают катионы железа (III) при их высокой концентрации в растворе.

ОПЫТ: К свежеприготовленному раствору SnCl₂ приливают КОН или NaOH до растворения образующегося вначале осадка Sn(OH)₂. Затем к полученному раствору K₂[Sn(OH)₄] приливают раствор соли висмута. Наблюдают образование осадка.

3. Гидролиз солей висмута протекает сравнительно легко и сопровождается образованием белого осадка висмутила, который растворяется в соляной кислоте и вновь выпадает при разбавлении раствора водой:

Bi(NO₃)₃ + H₂O ↔ BiONO₃↓ + 2 HNO₃

Bi³⁺ + H₂O ↔ BiONO₃↓ + 2 H⁺

Предельная открываемая концентрация висмута реакцией гидролиза его солей зависит от кислотности среды. В нейтральной среде она составляет 100-150 мг/л. Мешают катионы Sn²⁺, Fe³⁺.

ОПЫТ: Исследуемый раствор в 3-4 раза разбавляют водой. Наблюдают образовании белого осадка.

РЕАКЦИИ КАТИОНОВ МАГНИЯ (Mg²⁺)

1. Образование магния-аммония фосфата MgNH₄PO₄. Данная реакция на катион магния не является специфической и позволяет обнаруживать его только после выделения из смеси других катионов.

Предельная открываемая концентрация катионов этой реакцией равна 1,2 мг/л.

MgCl₂ + 2 NH₄OH → Mg(OH)₂↓ + 2 NH₄Cl

Mg²⁺ + 2 NH₄OH → Mg(OH)₂ + 2 NH₄⁺

Mg(OH)₂ + 2 NH₄Cl → MgCl₂ + 2 NH₄OH

Mg(OH)₂ + 2 NH₄⁺ → Mg²⁺ + 2 NH₄OH

MgCl₂ + Na₂HPO₄ + NH₄OH → MgNH₄PO₄↓ + 2 NaCl + H₂O

Mg²⁺ + HPO₄²‾ + NH₄OH → MgNH₄PO₄ + H₂O

Предел обнаружения катиона магния – 10 мкг. Мешают ионы, образующие малорастворимые фосфаты.

ОПЫТ: К 2-3 каплям раствора соли магния приливают NH₄OH до прекращения образования осадка магния гидроксида. Затем сюда же приливают раствор NH₄Cl до полного растворения полученного магния гидроксида.

К образовавшемуся аммонийному раствору магниевой соли по каплям приливают разбавленный раствор Na₂HPO₄. Наблюдают выпадение мелких белых кристаллов MgNH₄PO₄.

2. Образование магния гидроксокарбоната (MgOH)₂CO_3.Магния гидроксокарбонат выпадает из раствора в виде белого аморфного осадка. Приведенная реакция на катион магния не является специфической и позволяет обнаруживать данный катион только после его выделения из смеси других катионов.

2 MgCl₂ + 2 (NH₄)₂CO₃ + H₂O → (MgOH)₂CO₃↓ + CO₂ + 4 NH₄Cl

2 Mg²⁺ + 2 CO₃²‾ + H₂O → (MgOH)₂CO₃ + CO₂

ОПЫТ: К 2-3 каплям раствора соли магния приливают 2-3 капли раствора аммония карбоната. Наблюдают выпадение осадка.