1.2. Систематический анализа катионов при их совместном присутствии.

Порядок разработки схемы качественного анализа катионов

при их совместном присутствии

1. Определить аналитические группы по кислотно-основной классифика­ции, к которым принадлежат катионы, анализ которых необходимо про­вести.

2. Составить уравнения реакций, необходимых для разделения катионов на аналитические группы. Указать групповые реактивы и условия про­ ведения реакций.

3. Определить оптимальную последовательность, в которой следует выде­лять катионы, принадлежащие каждой из аналитических групп.

4. Кратко описать аналитические операции (осаждение, отделение раствора от осадка, нагревание и т.п.) необходимые для разделения катионов на аналитические группы.

5. Составить уравнения реакций, необходимых для открытия катионов, после их разделения по аналитическим группам. Для каждого катиона достаточно привести 2-3 наиболее специфические и чувствительные аналитические реакции.

6. Для каждой реакции указать аналитический реактив, аналитический эф­фект (например, если образуется осадок, описать его внешний вид, окраску) и условия проведения реакции (рН, температуру, присутствие дополнительных реагентов и др.).

6. Отметить фармакопейные реакции.

6. Отметить катионы из числа присутствующих в исследуемом растворе, которые мешают проведению каждой из приведенных аналитических реакций.

9. Если в исследуемом растворе содержатся несколько катионов, принадлежащих одной аналитической группе, открытие которых приведенными­ в п. 5. аналитическими реакциями при совместном присутствии не­ возможно, составить уравнения реакций, необходимых для разделения этих катионов.

10. Определить оптимальную последовательность, в которой следует открывать катионы, принадлежащие одной аналитической группе.

11. Последовательно описать все аналитические операции, необходимые для открытия каждого из катионов в исследуемом растворе, а также со провождающие их аналитические эффекты. Из каждого аналитического эффекта сделать соответствующий вывод.

Лабораторная работа №7

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

Цель: Провести систематический анализ смеси катионов первой группы по кислотно-основной классификации.

Ход работы:

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 лития Li⁺.

Катионы лития мешают открытию катионов натрия и калия, поэтому в их присутствии вначале в отдельных пробах анализируемого 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.

3Li⁺ + HPO₄^2- = Li₃PO₄ ↓ + H⁺

Катионы лития также открывают окрашиванием пламени газовой или спиртовой горелки.

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 фильтрованием) образовавшийся осадок ортофосфата лития Li₃PO₄ и 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⁺.

Открытие катионов аммония: Отбирают в две пробирки примерно по 5 капель анализируемого раствора. В одну из них (проба I) прибавляют 5 капель водного 1М раствора гидроксида натрия NaOH (или 1М раствора соды Na₂CO₃), 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.

Удаление катионов аммония: В случае присутствия NH₄⁺ их удаляют для того, чтобы они не мешали последующему открытию К⁺ и Na⁺. 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.

• Открытие катионов натрия Na⁺.

1). 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.

2). Для контроля катионы натрия открывают также микрокристаллоскопической реакцией с гексагидроксостибатом калия К[Sb(OH)₆]- образуется белый микрокристаллический осадок гексагидроксостибата натрия Na[Sb(OH)₆]. Открытию катионов натрия этой реакцией мешают даже следовые количества ионов аммония, в присутствии которых образуется белый аморфный осадок метасурьмяной кислоты HSbO₃ . Выпадение белого аморфного, а не кристаллического осадка (что определяется при рассмотрении под микроскопом) еще не свидетельствует о присутствии катионов натрия в исследуемом растворе.

3). 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⁺.

1). После удаления ионов аммония в пробе 1 к ней прибавляют 3-4 капли 2М раствора уксусной кислоты и 2 капли раствора гексанитрокобальтата (III) натрия Na₃[Co(NO₂)₆]- образуется желтый осадок гексанитрокобальтата (III) натрия и калия NaK₂[Co(NO)_{2 6}].

2К⁺ + Na₃[Co(NO₂)₆] = K₂Na[Co(NO₂)₆] + 2Na⁺

2). 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.