Порядок і рекомендації щодо виконання роботи і група катіонів

1. Реакції катіонів К⁺

1.1. Гідротартрат натрію NaHC₄H₄O₆ утворює із солями калію дрібнокристалічний осад, розчинний у гарячій воді, сильних кислотах і лугах, але нерозчинний в оцтовій кислоті.

1.2. Гексанітрокобальтат (ІІІ) натрію виділяє з розчинів солей К⁺ кристалічний осад подвійної солі:

2KCl + Na₃[Cо(NO₂)₆] = K₂Na[Cо(NO₂)₆] + 2NaCl .

Зафіксуйте колір осаду і складіть іонне рівняння реакції.

Наведена реакція є чутливою (межа розведення 1׃1300), проте реактив у лужному і сильно кислому середовищах нестійкий, тому цю характерну реакцію на іони К⁺ слід проводити у нейтральному або слабко кислому середовищі та за відсутністю іонів амонію.

1.3. Леткі солі калію забарвлюють безбарвне полум'я пальника у блідо-фіалковий колір.

2. Реакції катіонів Na⁺

2.1. Гексагідроксостибіат (V) калію осаджує з розчинів солей натрію осад білого кольору. Складіть молекулярне та іонне рів­няння реакції. Реакцію можна виконувати лише у нейтральному середовищі, оскільки у кислому середовищі реактив перетворюється у стибіатну кислоту Н[Sb(OH)₆], яка випадає в осад, а у лужному – осад розчиняється з утворенням NaSbO₄. Складіть рівняння відповідних реакцій.

2.2. Найчутливішою на катіони Na⁺ є реакція з цинкуранілацетатом у середовищі оцтової кислоти (мінімальна концентрація іонів Na⁺ , що може бути визначена, дорівнює 0,01γ):

NaCl + Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ + CH₃COOK = =NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ + KCl .

Зафіксуйте колір осаду, що утворився.

2.3. Всі леткі солі натрію забарвлюють полум'я газового пальника в інтенсивно-жовтий колір.

3. Реакції катіонів NH₄⁺

3.1. Луги виділяють з розчинів солей амонію при нагріванні аміак, який можна виявити біля отвору пробірки за запахом або за зміною забарвлення вологого червоного лакмусового папірця. За­пишіть рівняння розкладу хлориду амонію лугом і процесів, які відбуваються на лакмусовому папірці. Ця характерна реакція цінна тим, що дозволяє визначити NH₄⁺ у присутності будь-яких катіонів усіх аналітичних груп.

3.2. Реактив Несслера утворює з солями амонію характерний осад:

NH₄Cl + 2K₂[HgI₄] + 4KOH = [NH₂Hg₂OI₂]I + 7KI + KCl + +3H₂O .

Зафіксуйте колір осаду. Реакція дуже чутлива, проте відкриттю іонів амонію заважають катіони Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺ та деякі інші. Їх можна замаскувати за допомогою тартрату калію-натрію, який з наведеними катіонами утворює безбарвні комплекси.

3.3. Видалення катіонів амонію, що заважають визначенню K⁺, ґрунтується на леткості його солей. Прогрійте на електричній плитці фарфоровий тигель з хлоридом амонію. Запишіть спостереження і поясніть їх за допомогою рівняння хімічної рівноваги.

Іі група катіонів

1. Реакції катіонів Ag⁺

1.1. Соляна кислота та її солі у водних розчинах утворюють з іонами Ag⁺ білий драглистий осад, який розчиняється в аміаку з утворенням диамінокомплексу; останній легко руйнується азотною кислотою. Виконайте ці реакції, що є характерними для визначення іонів Ag⁺, напишіть рівняння реакції у молекулярному та іонному вигляді.

1.2. Їдкі луги утворюють з катіонами Ag⁺ осад Ag₂O, нерозчинний у надлишку лугу, але добре розчинний в азотній кислоті і надлишку аміаку. Зафіксуйте колір осаду та напишіть рівняння реакцій утворення осаду і його розчинення.

1.3. Хромат калію утворює з іонами Ag⁺ осад, випадінню якого перешкоджає наявність у розчині аміаку сильних кислот. За допомогою рівнянь реакцій поясніть причину цього явища. Катіони Pb²⁺, Ba²⁺ та деякі інші заважають проведенню реакції, утворюючи осади іншого забарвлення. Який колір має хромат срібла?

1.4. Бромід та йодид калію осаджують іони Ag⁺ у вигляді блідо-жовтого і жовтого осадів відповідно, що розчиняються у ціаніді калію та тіосульфаті натрію, утворюючи комплекси срібла. Напишіть відповідні рівняння реакцій.

1.5. Гідрофосфат натрію Na₂HPO₄ осаджує іони Ag⁺ у вигляді середньої солі, розчинної в аміаку, амонійних солях і сильних кислотах. Який колір має осад? Поясніть за допомогою рівнянь реакцій, чим зумовлено розчинення ортофосфату срібла.

2. Реакції катіонів Hg₂²⁺

2.1. Груповий реактив утворює з катіонами Hg₂²⁺ осад білого кольору. Напишіть рівняння реакції в іонному вигляді. Цей осад взаємодіє з розчином аміаку згідно рівнянню реакції:

Hg₂Cl₂ + 2NH₄OH = [NH₂Hg]Cl +Hg +NH₄Cl + 2H₂O .

Що спостерігається? Чому наведена реакція є характерною на іони Hg₂²⁺?

2.2. Луги взаємодіють з катіонами Hg₂²⁺ з утворенням осаду оксиду ртуті (І). Напишіть іонне рівняння реакції та визначте колір осаду. Чому, як і у випадку срібла, луги осаджують оксид, а не гідроксид ртуті (І)?

2.3. Хромат калію утворює з катіонами Hg₂²⁺ осад, нерозчинний у лугах і розведеній азотній кислоті. Напишіть іонне рів­нян­ня реакції осадження, зафіксуйте колір осаду.

2.4. Хлорид олова (IІ) утворює з Hg₂²⁺ білий осад, який з часом темніє внаслідок відновлення ртуті:

Hg₂Cl₂ + Sn²⁺ = 2Hg + Sn⁴⁺ + 2Cl^- .

Напишіть рівняння реакції осадження.

2.5. Металічна мідь відновлює іони Hg²⁺ до вільного стану. Напишіть рівняння реакції. Чому ця та попередня реакції відбуваються?

3. Реакції катіонів Pb²⁺

3.1. Груповий реактив та розчинні хлориди утворюють з катіонами Pb²⁺ білий осад. Напишіть іонне рівняння реакції. Дослідіть розчинність осаду в гарячій воді та поясніть, як цією властивістю PbCl₂ можна скористатись для відокремлення Pb²⁺ від інших катіонів ІІ групи.

3.2. Луги осаджують Pb²⁺ у вигляді білого гідроксиду. Експериментально доведіть амфотерність гідроксиду свинцю та складіть рівняння відповідних реакцій. Чому Pb(OH)₂ не розчиняється у надлишку аміаку?

3.3. Йодид калію утворює з розчинними солями свинцю жовтий осад. Для проведення характерної на іони Pb²⁺ реакції, відомої під назвою “реакції золотого дощу”, у пробірку, яка містить суміш нітрату свинцю і йодиду калію, додайте дистильованої води та нагрійте майже до кипіння. Потім розчин охолодіть під струменем холодної води. Опишіть спостереження і поясніть їх.

3.4. Хромат калію взаємодіє з іонами Pb²⁺ з утворенням осаду, розчинного у лугах і 3 н розчині азотної кислоти. Соляна кислота руйнує осад хромату свинцю. Чи це підтверджується візуальними спостереженнями? Складіть рівняння всіх зазначених реакцій. Порівняйте кольори осадів хроматів срібла, ртуті (І) і свинцю.

3.5. Сірчана кислота та її розчинні солі осаджують катіони Pb²⁺ у вигляді білого сульфату. При нагріванні останніх з розчинами лугів утворюються розчинні плюмбіти. Складіть рівняння реакцій.

Контрольні питання, запитання та завдання

1. У чому полягають задачі та особливості основних розділів аналітичної хімії?

2. Охарактеризуйте найважливіші методи якісного аналізу.

3. Які основні вимоги висуваються до якісних аналітичних реакцій?

4. Дайте пояснення поняттю “специфічність аналітичної реакції”.

5. Чим відрізняються реакції розділення, відокремлення і відкриття іонів?

6. Складіть таблицю кислотно-основної класифікації катіонів.

7. При температурі 25ºС розчинність хлориду натрію дорівнює 36,0г в 100г води. Чому дорівнює масова частка NaCl у насиченому розчині?

8. Ступінь дисоціації вугільної кислоти в 0,1 н розчині становить 2,11·10^-3. Чому дорівнює константа дисоціації?

9. Чому катіони амонію заважають визначенню саме катіонів калію? Обґрунтуйте відповідь за допомогою рівнянь реакцій.

10. Чому І аналітична група катіонів не має групового реактиву?

11. Складіть рівняння розчинення гідротартрату калію у сильній кислоті та лузі.

12. Напишіть рівняння розкладу гексанітрокобальтату (ІІІ) натрію у лужному середовищі.

13. Складіть рівняння термічного розкладу наступних амонійних солей: (NH₄)₂SO₄, (NH₄)₂Cr₂O₇, (NH₄)₂CO₃, NH₄NO₃, NH₄NO₂.

14. Мінімальна концентрація визначення іонів К⁺ у вигляді K₂[PtCl₆] дорівнює 1 г у 10000 cм³. Знайдіть значення меж розведення розчину і мінімальної концентрації іонів К⁺, що може бути визначена.

15. Випишіть формули та дайте назви подвійним солям і комплексним сполукам, які застосовуються при аналізі катіонів І та ІІ груп.

16. Напишіть вирази констант стійкості для наступних комплексних іонів: [Pd(NH₃)₂(H₂O)Cl]⁺, [Co(CN)₆]^4-, [Au(CN)₂Br₂]^-. Чому дорівнює координаційне число і заряд центральних атомів?

17. Константа стійкості комплексу [Ag(NH₃)₂]⁺ становить 1,4·10⁷. Чому дорівнює концентрація іонів срібла у 0,01 М розчині аміакату срібла?

18. Чому дорівнює валентність і ступінь окиснення ртуті у катіоні Hg₂²⁺?