Результаты систематического хода анализа оформляют в таблицу.

Исследуемая система (раствор, осадок, центрифугат, фильтрат и т.д.)	Реагент, условия реакции (нагревание, охлаждение)	Наблюдения (аналитические признаки, уравнения реакций)	Вывод (о составе системы, об открытии ионов)

Лабораторная работа № 10. Анализ смеси катионов первой, второй и третьей группы.

Цель: Провести систематический анализ смеси катионов первой, второй и третьей групп по кислотно-основной классификации.

Ход работы:

Исследуемый раствор, содержащий смесь всех трех групп катионов может быть с осадком и без осадка. Осадок может содержать хлориды AgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂, или сульфаты BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄, или все вместе.

Анализ смеси катионов трех групп проводится поэтапно:

Этап № 1.

• В отдельной пробе открывают катион NH₄⁺ нагреванием с раствором NaOH. Отбирают в пробирку 5 капель анализируемого раствора, прибавляют к ней 5 капель водного 1 М раствора NaOH. Нагревают на водяной бане. При наличии NH₄⁺ выделяется газообразный аммиак, который окрашивает красную влажную лакмусовую бумагу в синий цвет.Присутствие катионов аммония подтверждают также в отдельной пробе с помощью реактива Несслера – образуется красно-бурый осадок.

• В случае присутствия катионов NH₄⁺ их удаляют нагреванием для того, чтобы они не мешали дальнейшему определению.

Этап № 2.

Анализируемую смесь делят на 2 части. Одну часть используют для проведения систематического анализа, а вторую – оставляют для контроля.

• Отбирают в пробирку 1,5 – 2 мл исследуемого раствора, добавляют на холоду групповой реагент 2-ой группы катионов – 2М раствор HCl до полного выделения осадка, состоящего из смеси хлоридов серебра AgCl, ртути (I) Hg₂Cl₂, и свинца PbCl₂ (осадок I).

• Смесь центрифугируют и проверяют полноту осаждения хлоридов, прибавляя к прозрачному центрифугату (центрифугат I) 1 –2 капли раствора HCl. Осадок промывают 15 –20 каплями воды, подкисленной 2н НСl (для понижения растворимости PbCl₂).

Этап № 3.

• К осадку (I) прибавляют небольшой объем горячей дистиллированной воды и смесь нагревают до кипения. При этом хлорид свинца переходит в раствор, а хлориды серебра и ртути (I) остаются в осадке.

• Горячую смесь центрифугируют. В центрифугате открывают Pb²⁺ реакцией с КI (к 3 –5 каплям центрифугата добавляют 2-3 капли КI) – образуется желтый кристаллический осадок иодида свинца PbI₂, который при нагревании растворяется, а при охлаждении вновь выпадает в виде золотисто – желтых кристаллов.

• К оставшемуся осадку в пробирке прибавляют небольшой объем (5 – 7 капель) раствора концентрированного аммиака, смесь перемешивают, слегка нагревают на водяной бане и центрифугируют. AgCl переходит в раствор в виде бесцветной комплексной соли [Ag(NH₃)₂]⁺.

• Раствор делят на 2 части: к одной прибавляют раствор КI, к другой – концентрированный раствор HNO₃. При наличии Ag⁺ в первой пробирке выпадает желтый осадок AgI, во второй – белый осадок AgCl.

• Осадок хлорида ртути (I) Hg₂Cl₂, оставшийся после обработки аммиаком смеси хлоридов серебра и ртути (I), должен почернеть, так как при реакции Hg₂Cl₂ с аммиаком выделяется металлическая ртуть, придавая осадку черный цвет:

Hg₂Cl₂ + 2 NH₃ → HgNH₂Cl (белый) + Hg (черный) + NH₄Cl.

Этап № 4.

Центрифугат (I) содержит катионы I и III групп и некоторое количество катионов Pb²⁺.

• К центрифугату (I) приливают 12 –15 капель раствора сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ или раствор серной кислоты. Выпадает белый осадок сульфатов катионов третьей аналитической группы – СаSO₄, SrSO₄, BaSO₄, а также сульфат свинца PbSO₄ (катионы свинца Pb²⁺ были неполностью отделены на предыдущем этапе при обработке раствора хлороводородной кислотой, поскольку PbCl₂ заметно растворим в Н₂О) (осадок II).

• Убеждаются в полноте осаждения катионов 3- ей группы (раствор не должен мутнеть при добавлении нескольких капель (NH₄)₂SO₄ или H₂SO₄). Смесь центрифугируют (центрифугат (II)).

Этап № 5.

• Осадок (II) обрабатывают 30% раствором ацетата аммония CH₃COONH₄ или натрия CH₃COONa при нагревании на водяной бане для удаления PbSO₄, который переходит в раствор. Операцию повторяют до отрицательной реакции на катионы Pb²⁺ (проба с дихроматом калия в отдельной порции раствора) (осадок (III)).

Этап № 6 –7.

• К осадку (III) сульфатов CaSO₄, SrSO₄, BaSO₄ прибавляют 2 –3 мл насыщенного водного раствора карбоната натрия Na₂CO₃, смесь перемешивают и нагревают несколько минут на водяной бане. Сульфаты переходят в карбонаты.

• Однократной обработки недостаточно, поэтому смесь после нагревания центрифугируют, отделяют центрифугат и осадок снова обрабатывают насыщенным раствором соды Na₂CO₃ как описано выше. Операцию обработки осадка раствором Na₂CO₃ повторяют до отрицательной реакции на сульфат – ионы в центрифугате.

• Промывают осадок теплой дистиллированной водой и к промывным водам прибавляют раствор BaCl₂. Если не наблюдается образование мути (BaSО₄), то обработку осадка раствором Na₂CO₃ прекращают (сульфаты Са²⁺, Sr²⁺ и Ва²⁺ полностью перешли в карбонаты).

• Осадок (IV) карбонатов растворяют в 10 – 15 каплях 2М уксусной кислоты при нагревании и разбавляют его 6 – 8 каплями дистиллированной воды. В полученном растворе затем открывают каждый катион третьей группы:

1. Обнаружение и отделение катионов Ва²⁺.

В пробирку берут 5 – 7 капель испытуемого раствора, прибавляют 5 –7 капель уксусной кислоты или ацетата Na и 5 – 7 капель раствора дихромата калия К₂Cr₂O₇. Если образуется желтый кристаллический осадок, то это указывает на присутствие катионов Ва²⁺.

Если присутствуют катионы Ва²⁺, то их удаляют из раствора, прибавляя СН₃СООNa и избыток К₂Сr₂О₇ до полного осаждения хромата бария.

2. Обнаружение катионов Sr²⁺.

Центрифугат (или фильтрат) после проверки на полноту осаждения катионов Ва²⁺ в количестве 2 – 3 капель помещают в пробирку, при помощи пипетки добавляют 2 – 3 капли гипсовой воды, нагревают на водяной бане до 70⁰С и дают стоять 15 – 20 мин. Образование белого осадка говорит о присутствии в испытуемом растворе катионов Sr²⁺. Последний проверяют на пламени горелки. Карминово – красное окрашивание указывает на присутствие Sr²⁺.

3. Обнаружение катионов Са²⁺.

К 4 – 5 каплям центрифугата в конической пробирке добавляют равный объем раствора карбоната натрия, перемешивают стеклянной палочкой. Образовавшийся осадок карбонатов стронция и кальция отделяют центрифугированием и промывают дистиллированной водой (с целью удаления избытка хромат – ионов), растворяют в 2М растворе уксусной кислоты и добавляют раствор сульфата аммония (NH₄)₂SO₄. При этом катион Sr²⁺ осаждается в виде SrSO₄, а Са²⁺ остается в основном в растворе. Осадок отделяют, а фильтрат (центрифугат) делят на две части. К первой половине добавляют раствор оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄, а ко второй половине прибавляют гексацианоферрат (II) калия и хлорид аммония NH₄Cl. Появление белого кристаллического осадка указывает на наличие Са²⁺.

Центрифугат (II) может содержать катионы Са²⁺, К⁺, Na⁺, NН₄⁺. Обнаружение их проводят частными реакциями.