Лабораторна робота 1.2 Аналіз суміші катіонів і та іі аналітичних груп. Характерні реакції катіонів ііі і іv груп

Мета роботи – на прикладі аналізу суміші катіонів І та ІІ аналітичних груп закріпити знання про систематичний і дробний методи аналізу. Розширити відомості про ІІІ групу катіонів та характерні реакції для їх ідентифікації. Освоїти прийоми застосування добутку розчинності у практиці хімічного аналізу. Закріпити знання про ІV групу катіонів та характерні реакції для їх ідентифікації. Узагальнити знання про вплив кислотності середовища на перебіг аналітичних реакцій і усвідомити роль амфотерності у розділенні катіонів.

Основні теоретичні відомості

Аналітичні реакції, які дозволяють відкривати індивідуальні іони в окремих порціях складних сумішей називають дробними реакціями. Метод якісного аналізу, який базується на застосуванні таких реакцій називається дробним. При дробному методі застосовують найбільш специфічні реакції. Цей метод дає можливість відкривати обмежене число (до п’яти) іонів за їх спільної присутності. Повний аналіз багатокомпонентної суміші можна провести, якщо застосовувати систематичний хід аналізу. У цьому випадку дотримуються певного порядку і послідовності проведення аналізу. Спочатку за допомогою групових реактивів проводять реакції розділення іонів і лише потім за допомогою характерних реакцій відкривають окремі іони.

З усіх гетерогенних систем в аналітичній хімії найбільше значення мають системи «тверда фаза (осад) - рідка фаза (розчин)». З такого роду системами доводиться зустрічатися у процесах осадження, відділення, розчинення і промивання осадів.

Важливою кількісною характеристикою осадів є їх добуток розчинності (ДР). Добуток розчинності є добутком молярних концентрацій іонів електроліту в його насиченому розчині за певної температури. Так, для електроліту А_хВ_у, який дисоціює за рівнянням:

A_xB_y = xA^y+ + yB^x- ,

ДP_AxBy = [A^y+]^x [B^x-]^y .

Для практики аналізу важливим є правило постійності добутку розчинності: за умови встановлення рівноваги у насиченому розчині малорозчинного електроліту за певної температури, незалежно від зміни концентрацій окремих іонів, величина ДР залишається незмінною. З цього правила можна вивести дуже важливий для аналізу висновок: додавання у розчин одноіменного з осадом іона призводить до зменшення концентрації у розчині другого іона. Проте, збільшуючи концентрацію осаджувача, слід остерігатися можливості комплексоутворення і досягнення протилежного бажаному ефекта – збільшення розчинності осаду.

Добуток розчинності обчислюють за даними розчинності електроліту, одержаними експериментально. Табличні дані ДР дають можливість обчислити розчинність того чи іншого електроліту, а також об’єм розчинника, необхідного для переведення у розчин певної кількості речовини. За допомогою ДР можна визначити концентраційні умови утворення та розчинення осадів: якщо добуток концентрацій іонів у розчині більший за ДР, осад утворюється, якщо менший – розчиняється.

При проведенні аналітичних реакцій слід підтримувати певну кислотність розчину. Так, наприклад, реакція відкриття іонів натрію за допомогою гексагідростибіату калію можлива лише у нейтральному середовищі, а реакція ідентифікації катіонів барію у вигляді хромату повноцінно відбувається в оцтовокислому середовищі. Кількісно кислотність розчинів характеризується величиною водневого показника рН, який виводиться з іонного добутку води. Останній за 20°С дорівнює [H⁺][OH^-]=10^-14 . Звідси [H⁺]=[OH^-]=10^-7моль/дм³, а рН= -lg[H⁺]=-lg10^-7=7. У кислому середовищі [H⁺]>10^-7, а рН<7, у лужному [H⁺]<10^-7, а рН>7. Експериментально рН визначають за допомогою рідких індикаторів або індикаторного паперу, більш точно - за допомогою рН-метра.

Важливою властивістю катіонів IV групи є те, що відповідні гідроксиди є амфотерними, тобто вони розчиняються як у кислотах, так і у надлишку лугів. Останнє дозволяє відділяти ці катіони від катіонів інших п’яти груп у ході систематичного аналізу.