Применение экстракции для разделения катионов Анализ смеси катионов цинка, кадмия и ртути(II)

Опыт 1. Разделение катионов цинка, кадмия и ртути(II)

Реактивы и оборудование: раствор HgCl₂, 2М HNO₃, раствор соли цинка, 30%-ный раствор NaOH, 20%-ный раствор натрия тартрата, 1%-ный раствор ЭДТА, 0,002%-ный раствор дитизона в четыреххлористом углероде, дистиллированная вода, универсальный индикатор, кристаллический натрия ацетат, натрия тиосульфат.

Для разделения катионов цинка, кадмия и ртути(II) можно использовать один экстракционный реагент – раствор дитизона CCl₄.

Избирательность разделения достигается путем регулирования pH водной фазы и введения комплексообразующих реагентов.

Схема разделения катионов Hg²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺

В растворе устанавливают pH = 1-2, экстрагируют раствором дитизона в CCl₄

Экстракт: Водная фаза:

ртути(II) дитизонат катионы цинка и кадмия. Устанавливают

оранжевого цвета pH=4, добавляют Na₂S₂O₃ и экстрагируют

раствором дитизона в CCl₄

Экстракт: Водная фаза:

цинка дитизонат катион кадмия. Устанавливают

красного цвета pH=8-10, экстрагируют

раствором дитизона в CCl₄

Экстракт: Водная фаза:

красного цвета не исследуют

Методика проведения опыта: В делительную воронку помещают 4-5 мл дистиллированной воды и по одной капле растворов солей цинка, кадмия и ртути(II). Добавляют 2 моль/л раствор HNO₃ до pH = 1-2 по универсальному индикатору и 1 мл раствора дитизона в CCl₄. Встряхивают 3 мин, органическую фазу сливают, а водную оставляют в той же воронке. Оранжевый цвет экстракта свидетельствует о наличии ртути(II).

К водной фазе, оставшейся в делительной воронке, добавляют сухой натрия ацетат до pH = 4-5, несколько кристаллов натрия тиосульфата и 1 мл раствора дитизона в CCl₄. Экстрагируют 3 мин. Цинка дитизонат окрашивает органический слой в красный цвет. Разделяют фазы, сливая органический слой в пробирку. Для проверки наличия цинка в органической фазе экстракт обрабатывают 10 каплями 30%-ного раствора NaOH. В присутствии цинка водная фаза окрашивается в красный цвет (отличие цинка дитизоната от дитизонатов всех других катионов).

К водной фазе, оставшейся в делительной воронке, добавляют 2-3 капли 20%-ного раствора натрия тартрата, 2-3 капли 30%-ного раствора NaOH (до pH = 8-10 по универсальному индикатору) и экстрагируют, добавив 1 мл 0,002%-ного раствора дитизона в CCl₄. Органический слой окрашивается в красный цвет.

Анализ смеси катионов VI аналитической группы

Опыт 2. Разделение катионов Cu²⁺, Hg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cd²⁺

Реактивы и оборудование: растворы солей меди(II), ртути(II), никеля(II), кобальта(II) и кадмия(II), 6М HCl, раствор соли олова(II), сухая соль NH₄SСN, изоамиловый спирт, 10%-ный раствор гидроксиламина солянокислого и раствор 2М NH₃∙Н₂O, раствор K₄[Fe(CN)₆]. Раствор диметилглиоксима в хлороформе, 30%-ный раствор NaOH, 2М HNO₃, 20%-ный раствор натрия тартрата, 20%-ный раствор ацетилацетона в хлороформе, 1%-ный раствор ЭДТА,0,02% и 0,002%-ные растворы дитизона в четыреххлористом углероде, дистиллированная вода, универсальный индикатор, кристаллический натрия ацетат, натрия тиосульфат, раствор 1М KI, раствор 1М H₂SO₄.

Схема разделения катионов Cu²⁺, Hg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cd²⁺

В растворе устанавливают pH = 5-7, экстрагируют ацетилацетоном

Экстракт: Водная фаза:

меди ацетилацетонат катионы Hg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cd²⁺

сине-зеленого цвета. Устанавливают pH=1-2, экстрагируют

Реэкстрагируют 6 моль/л HCl раствором дитизона в CCl₄

Органическая Водная фаза Экстракт: Водная фаза:

фаза: (реэкстракт): катионы ртути, катионы Ni²⁺, Co²⁺, Cd²⁺.

не исследуют катионы Cu²⁺; дитизонат Устанавливают pH 10,

обнаруживают оранжевого экстрагируют 0,002%-ным

Cu²⁺ реакцией с цвета раствором дитизона в CCl₄

K₄[Fe(CN)₆]

2.1. Предварительное обнаружение Ni²⁺ и Co²⁺

Методика проведения опыта: К 1-2 каплям испытуемого раствора добавляют 2-3 капли раствора соли олова(II) в HCl и сухую соль NH₄SСN. Экстрагируют изоамиловым спиртом. В присутствии кобальта экстракт окрашивается в синий цвет.

К капле испытуемого раствора добавляют 2 капли 20%-ного раствора натрия-калия тертрата, 2 капли 10%-ного раствора NH₂OH · HCl и раствор аммиака до pH ≈ 9. Экстрагируют насыщенным раствором диметилглиоксима в хлороформе. В присутствии никеля экстракт имеет желтую окраску (при высоких концентрациях Ni²⁺ экстракт окрашен в розовый цвет).

2.2. Обнаружение и отделение меди(II)

Методика проведения опыта: В делительную воронку помещают 4-5 мл исследуемого раствора и экстрагируют медь(II) 20%-ным раствором ацетилацетона в хлороформе, встряхивая воронку не менее 1 минуты. После разделения фаз органический слой отделяют и помещают в пробирку. В присутствии меди экстракт имеет сине-зеленую окраску. В этом случае к водной фазе в делительной воронке добавляют еще 1 мл раствора ацетилацетона в хлороформе и снова встряхивают 1 мин. Экстракты, содержащие ацетилацетонат меди, объединяют (о.ф.1). В водяной фазе, оставшейся в делительной воронке, находятся катионы Hg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺ (в.ф.1.).

Для доказательства присутствия меди в экстракте (о.ф.1.) в пробирку добавляют 20-30 капель 6 моль/л раствора HCl и встряхивают. Отбирают часть реэкстракта с  помощью глазной пипетки. Доказывают в нем наличие катиона меди реакцией с  K₄[Fe(CN)₆] (капельный вариант).

2.3. Обнаружение и отделение ртути(II)

Методика проведения опыта: К водной фазе делительной воронке (в.ф.1) добавляют 2 моль/л раствор HNO₃ до pH =1 по универсальной индикаторной бумаге, 1 мл 0,02%-ного раствора дитизона в CCl₄ и встряхивают 3 мин. Органическую фазу сливают в пробирку (о.ф.2), а водную оставляют в делительной воронке (в.ф.2). Оранжевый цвет экстракта свидетельствует о наличии ртути(II). Для подтверждения содержания ртути(II) органическую фазу 2 переносят в другую делительную воронку, промывают водой, реэкстрагируют ртуть 2 мл 1 моль/л раствора KI с добавлением 4 капель раствора 1 моль/л H₂SO₄ при энергичном встряхивании. Разделяют фазы и, к реэкстракту добавляют 2 моль/л раствор аммиака до pH = 8, после чего экстрагируют раствором дитизона. Оранжевая окраска свидетельствует о наличии дитизоната ртути(II).

2.4.  Обнаружения кадмия

Методика проведения опыта: К водной фазе 2 в делительной воронке, содержащей катионы кадмия, кобальта и никеля, добавляют 4-5 капель 20%-ного раствора натрия тартрата, 2 капли раствора диметилглиоксима в этаноле и 2-5 капель 30%-ного раствора NaOH до pH = 8-10. Экстрагируют 0,002%-ным раствором дитизона в CCl₄. В присутствии кадмия органический слой окрашивается в красный цвет. При добавлении к экстракту в отдельной пробирке 20-25 капель 1%-ного раствора ЭДТА и встряхивании органическая фаза приобретает темно-зеленую окраску.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Можно ли применять для экстракции в качестве органического растворителя такие вещества как хлороформ; этиловый спирт; амиловый спирт; ацетон? Ответ поясните.

2. Как можно обнаружить Co²⁺ в присутствии Fe³⁺ и Cu²⁺ реакцией с калия тиоцианатом

3. Напишите реакцию образования ртути дитизоната. В какой цвет окрашен этот хелатный комплекс?

4. В каких условиях образуется кадмия дитизонат? Напишите уравнение соответствующей реакции и укажите ее аналитический эффект.

5. Назовите хелатные комплексы меди, имеющие аналитическое значение. В какой цвет окрашены эти соединения?

6. Почему при обнаружении Cr³⁺ по реакции образования надхромовой кислоты образующуюся кислоту необходимо экстрагировать органическим растворителем?

7. Как отличить цинка дитизонат от дитизонатов других металлов?

8. Предложите экстракционный вариант разделения меди и кадмия; меди и ртути; ртути и цинка; ртути и кадмия.

9. Какие органические красители могут быть использованы в качестве реагентов для открытия сурьмы?

10. Что такое экстракция? Покажите на примере анализа катионов VI группы

11. Какие вещества, и в каких реакциях используются как маскирующие реагенты?

12. Хелатное соединение одинаково хорошо извлекается растворителем А, имеющим плотность 1,04 г/см³, и растворителем В с плотностью 1,32 г/см³. Какой из растворителей следует использовать?