Контрольный анализ смесей катионов

Контрольный анализ смеси катионов

Оглавление

1. Контрольная задача № 1

Анализ раствора, содержащего катионы I, II и III аналитических групп

Цель работы. Обнаружение катионов I, II и III аналитических групп, содержащихся в анализируемой задаче.

Выполнение работы. Студент в чистую колбу получает у лаборантов анализируемую задачу, которая может представлять собой либо прозрачный бесцветный раствор, либо раствор с осадком, содержащим малорастворимые соединения кальция, стронция и бария (карбонаты, гидроксиды и т.д.). Задача не может содержать нерастворимые в кислотах сульфаты катионов III аналитической группы.

Если задача содержит осадок, то его следует растворить, добавляя по каплям при перемешивании 2М раствор СН3СООН. 

Ход анализа раствора, содержащего катионы I, II и III аналитических групп, включает в себя элементы как дробного, так и систематического методов анализа. Начинают анализ с дробного обнаружения ионов аммония, калия и натрия из отдельных порций анализируемого раствора, так как их открытию не мешают другие ионы, содержащиеся в задаче.

1. Для обнаружения NH4+-ионов 2-3 капли задачи помещают в чистую пробирку и проводят реакцию со щелочью. Посинение универсальной индикаторной бумаги свидетельствует о присутствии ионов аммония в анализируемом растворе (выделение NH3); в противном случае определяемые ионы в смеси отсутствуют.

2. Если ионы аммония в задаче отсутствуют, то дробное обнаружение ионов K+ проводят по реакции с кобальтинитритом натрия, результатом которой является образование желтого осадка.

В случае присутствия в смеси NH4+-ионов, которые мешают определению ионов калия, реакцию следует проводить следующим образом. При этом для определения берут 5-6 капель задачи, 5-6 капель формалина (40 % раствор формальдегида) и 1 каплю фенолфталеина. Затем осторожно по каплям добавляют раствор Na2CO3 до появления устойчивой красной окраски индикатора, что указывает на сильно щелочную среду (рН > 10), и полученную реакционную смесь около минуты нагревают на водяной бане. Затем раствор охлаждают под водопроводной водой, а осадок, образовавшийся после действия карбоната натрия и нагревания реакционной смеси на водяной бане, отделяют центрифугированием. Обнаружение ионов калия проводят в центрифугате, предварительно подкислив его 2 М раствором уксусной кислоты до рН = 5, и к 2-3 каплям полученного раствора добавляют 2-3 капли раствора кобальтинитрита натрия. Наблюдают образование желтого осадка. Если осадок не образуется, то потирают стенки пробирки стеклянной палочкой до помутнения раствора.

3. При обнаружении ионов натрия 1 каплю раствора цинкуранилацетата помещают на предметное стекло и под микроскопом проверяют его чистоту (в реактиве не должно содержаться никаких кристаллов). Затем добавляют 1 каплю задачи и через 1-2 минуты рассматривают реакционную смесь под микроскопом. Наличие октаэдрических и тетраэдрических кристаллов свидетельствует о присутствии ионов натрия.

Далее отделяют катионы II аналитической группы действием группового реагента (HCl). Для этого в коническую пробирку помещают 20-25 капель задачи вместе с имеющимся осадком и добавляют 4-5 капель концентрированного раствора хлороводородной кислоты. Полученную реакционную смесь с осадком перемешивают и выдерживают 4-5 минут. Наблюдают образование белого осадка.

ВНИМАНИЕ!!! Если после добавления HCl в пробирке осадка нет, то это означает, что в анализируемом растворе катионы II аналитической группы отсутствуют, и следует сразу приступать к обнаружению катионов III аналитической группы в полученном растворе.

Полученный осадок отделяют на центрифуге (осадок № 1) и проверяют полноту осаждения, осторожно добавив по стенке пробирки одну каплю концентрированной HCl. Если полнота осаждения достигнута, то центрифугат сливают в чистую коническую пробирку (раствор № 1). В противном случае следует доосадить катионы II аналитической группы, добавив 1-2 капли кислоты.

Осадок № 1 промывают подкисленной дистиллированной водой, для чего добавляют к нему 5 капель 2 М раствора HCl и 25 капель воды, перемешивают и центрифугируют. Центрифугат добавляют к раствору № 1, а осадок исследуют на содержание катионов II аналитической группы.

4. Для обнаружения ионов Pb2+ к осадку № 1 добавляют 25-30 капель дистиллированной воды, перемешивают и нагревают на водяной бане 1-2 минуты. Горячий раствор быстро на центрифуге отделяют от осадка, сливают в чистую пробирку (раствор № 2) и открывают в нем ионы Pb2+ по реакции с иодидом калия. Для этого к горячему центрифугату добавляют 2-3 капли раствора KI и охлаждают реакционную смесь под водопроводной водой. При наличии ионов свинца наблюдают образование желтого осадка («золотой дождь»). Обнаружить ион Pb2+ можно также по реакции с хроматом калия.

Если ионы свинца обнаружены, то PbCl2 удаляют из осадка хлоридов катионов II аналитической группы промыванием горячей водой. Для этого к осадку № 1 добавляют 25-30 капель дистиллированной воды, перемешивают, нагревают на водяной бане 1-2 минуты и центрифугируют. Горячий раствор сливают в чистую пробирку и проверяют на присутствие ионов свинца, для чего добавляют к нему 2-3 капли раствора иодида калия и охлаждают (в присутствии ионов свинца образуется желтый осадок). Операцию повторяют до отрицательной реакции на катион Pb2+ (желтый осадок не образуется).

ВНИМАНИЕ!!! Если в анализируемой задаче ионы ртути (I) и серебра отсутствуют, то в осадке № 1 содержится только хлорид свинца и при промывании горячей водой осадок № 1 должен полностью раствориться.

Оставшийся осадок (осадок № 2) исследуют на содержание ионов ртути (I) и серебра.

5. Для обнаружения ионов Hg22+ к осадку № 2 добавляют 6-8 капель 6 М раствора NH4OH и тщательно перемешивают. При наличии в осадке № 2 Hg2Cl2 наблюдают почернение осадка (осадок № 3), что подтверждает присутствие ионов Hg22+ в анализируемой задаче. В противном случае ион ртути (I) в задаче отсутствует.

ВНИМАНИЕ!!! Напоминаем, что в выполняемой студентами задаче присутствие ионов Hg22+ не предусмотрено, поэтому п.5 при анализе контрольной задачи № 1 следует пропустить.

Если в осадке № 2 присутствует хлорид серебра, то при действии на осадок раствора гидроксида аммония AgCl переходит в раствор в виде аммиачного комплекса. Раствор аммиаката серебра (раствор № 3) отделяют на центрифуге от осадка № 3, если он образовался, и в нем определяют серебро. При отсутствии Hg22+ осадок № 2 должен полностью раствориться.

6. Для обнаружения ионов Ag+ половину полученного раствора № 3 переносят в чистую коническую пробирку и добавляют 3-4 капли 6 М раствора азотной кислоты. При наличии ионов серебра наблюдают образование белого осадка хлорида серебра.

К оставшейся части раствора добавляют 3-4 капли раствора иодида калия. При наличии ионов серебра наблюдают образование желтого осадка иодида серебра. После определения катионов II аналитической группы приступают к анализу раствора №1, содержащего катионы III аналитической группы.

Для отделения катионов III аналитической группы в коническую пробирку помещают 20 капель раствора № 1, 10 капель 2 М раствора NH4OH и 10 капель 2 М раствора NH4Cl (рН = 9, контроль по универсальной индикаторной бумаге). Затем к полученному раствору прибавляют 10 капель раствора карбоната аммония, реакционную смесь хорошо перемешивают и нагревают на водяной бане 1-2 минуты. Образовавшийся осадок карбонатов бария, стронция и кальция центрифугируют (осадок № 4) и, не отделяя его от раствора, проверяют полноту осаждения. Для этого осторожно по стенке пробирки прибавляют 1 каплю раствора (NH4)2CO3 и, если в прозрачном центрифугате не наблюдается образования осадка (помутнение), то полнота осаждения достигнута. В противном случае в пробирку следует добавить 5 капель раствора карбоната аммония, перемешать содержимое пробирки, нагреть на водяной бане и снова проверить полноту осаждения.

Далее приступают к определению катионов третьей аналитической группы. При этом сначала осадок карбонатов бария, стронция и кальция (осадок № 4) промывают дистиллированной водой, для чего добавляют к нему 20-25 капель воды, перемешивают и центрифугируют. Затем центрифугат выливают в отходы, а к осадку осторожно по каплям при перемешивании добавляют 2 М раствор уксусной кислоты до полного растворения. При необходимости реакционную смесь нагревают на водяной бане. Полученный раствор (раствор № 4) используют для открытия ионов бария, стронция и кальция.

7. Для обнаружения ионов Ba2+ 3 капли раствора № 4 помещают в пробирку и прибавляют по 3 капли растворов ацетата натрия и дихромата калия. Образование желтого осадка указывает на присутствие ионов бария.

Обнаружить ионы бария в растворе № 4 можно также по реакции с перманганатом калия в кислой среде. Образование розового осадка свидетельствует о наличии бария в анализируемом растворе.

Если ионы Ba2+ обнаружены, то их следует удалить из раствора, так как они мешают обнаружению ионов стронция. Для этого ко всему раствору № 4 прибавляют несколько капель раствора ацетата натрия до рН = 5 (контроль по универсальной индикаторной бумаге), после чего добавляют по каплям раствор K2Cr2O7 до образования желтого осадка и появления оранжевой окраски раствора над ним, свидетельствующей об избытке дихромат-иона. Осадок BaCrO4 центрифугируют и проверяют полноту осаждения бария, добавив к центрифугату 1 каплю раствора дихромата калия. Если полнота осаждения достигнута, то центрифугат сливают в чистую коническую пробирку (раствор № 5), а осадок отбрасывают в отходы.

Для удаления избытка дихромата калия, окраска которого может мешать дальнейшим определениям, к центрифугату (раствор № 5) добавляют твердый карбонат натрия до щелочной реакции (раствор становится светло-желтым). Содержимое пробирки нагревают на водяной бане, после чего выпавший осадок, который может содержать карбонаты стронция и кальция (осадок № 5), отделяют центрифугированием, промывают несколько раз дистиллированной водой и растворяют в нескольких каплях 2 М раствора уксусной кислоты. Полученный раствор (раствор № 6) исследуют на присутствие ионов стронция.

8. Для обнаружения ионов Sr2+ 5 капель раствора № 6 помещают в пробирку и прибавляют 5 капель насыщенного раствора CaSO4 (гипсовая вода) и нагревают на водяной бане несколько минут. Помутнение раствора указывает на присутствие ионов стронция.

Если ионы стронция присутствуют, их осаждают из всего раствора № 6 добавлением избытка (8—10 капель) раствора сульфата аммония при нагревании. Осадок SrSO4 отделяют центрифугированием и отбрасывают, а в центрифугате (раствор № 7) обнаруживают ион кальция, который находится там в виде хорошо растворимого комплекса (NH4)2[Ca(SO4)2].

9. Кальций в растворе № 7 обнаруживают по реакции с оксалатом аммония или с помощью микрокристаллоскопической реакции. Для обнаружения ионов Са2+ к 2-3 каплям раствора № 7 добавляют 2-3 капли раствора оксалата аммония. Образование белого осадка указывает на присутствие ионов кальция.

Доказать присутствие ионов кальция в растворе № 7 можно также с помощью микрокристаллоскопической реакции, наличие характерных кристаллов гипса игольчатой формы подтверждает содержание ионов кальция в анализируемой задаче.

Если осадок в результате реакции не образуется или форма кристаллов не соответствует требуемой, то это означает, что ионы кальция в растворе № 7, а значит и в задаче, отсутствуют.

 

2. Контрольная задача № 2

Анализ раствора, содержащего катионы IVаналитической группы

Цель работы. Обнаружение катионов IV аналитической группы, содержащихся в анализируемой задаче.

Выполнение работы. Студент в чистую колбу получает у лаборантов анализируемую задачу, которая представляет собой прозрачный окрашенный раствор, содержащий только катионы IV аналитической группы.

При выполнении данной работы весьма информативным является предварительное наблюдение окраски исследуемого раствора, которое позволяет сделать предварительные заключения о присутствии в нем отдельных окрашенных ионов. Однако необходимо понимать, что эти выводы в обязательном порядке должны быть подтверждены с помощью реакций обнаружения, характерных для этих ионов.

Так как для катионов IV аналитической группы имеется достаточное число высокоселективных и специфических реакций, то анализ их смеси проводят дробным методом. Таким образом, при выполнении контрольной задачи № 2 последовательно определяют все катионы в отдельных порциях анализируемого раствора без предварительного разделения. Порядок обнаружения ионов при этом не имеет особого значения.

1. Исследуемый раствор помещают в пробирку и добавля­ют по каплям при помешивании стеклянной палочкой раствор 6 н. NaOH до сильнощелочной реакции (проба на лакмусовую бумагу) и еще 10-15 капель избытка (не более) до прекращения видимого растворения осадка гидроксидов. Осадки Сr(ОН)3, Аl(ОН)3, Zn(OH)2 и Sn(OH)2 переходят в раствор в виде Сr02-, Аl02-, Zn022- и Sn022-. Затем к раствору приливают 5-6 капель 3-го % раствора Н202, для окисления Сr02- в Сr042-. Хорошо перемешивают раствор, по окончании бурной реакции ставят пробирку в водяную баню и нагревают 2-3 мин. Избыток пероксида водорода удаляют кипячением.

Хром и олово окисляются до высших степеней окисле­ния. Желтая окраска раствора свидетельствует о наличии хро­мат-ионов Сr042-.

Для подтверждения образования хромат-иона к нескольким каплям раствора добавляют 2-3 капли 6 М раствора уксусной кислоты до рН = 5 (контроль по универсальной индикаторной бумаге), после чего добавляют 2-3 капли раствора соли бария. Наблюдают образование желтого осадка хромата бария.

Обнаружение ионов хрома можно также провести и по реакции образования надхромовой кислоты. Для этого 4-5 капель задачи помещают в коническую пробирку, добавляют 4-5 капель 6 М азотной кислоты, 5-6 капель раствора KMnO4 и нагревают на водяной бане в течение 1-2 минут. Фиолетовая окраска раствора указывает на то, что взятого количества перманганата хватило для окисления всех имеющихся в растворе восстановителей, в том числе и ионов Cr3+ до Cr2O72-. В противном случае следует добавить еще 1-2 капли раствора перманганата и повторить операцию. Добившись фиолетовой окраски, осадок образовавшегося диоксида марганца центрифугируют, а центрифугат сливают в чистую пробирку и охлаждают под водопроводной водой. Затем прибавляют к нему 8-10 капель изоамилового спирта, несколько капель раствора пероксида водорода и полученную реакционную смесь энергично встряхивают. При наличии ионов Cr3+ наблюдают окрашивание слоя изоамилового спирта в синий цвет.

Для отделения алюминия и олова в виде их гидро­ксидов уменьшают щелочность раствора, добавляя не­большое количество сухой соли аммония NH4C1 до прекра­щения выделения аммиака (проба фенолфталеиновой бу­мажкой на слабощелочную среду).

Помешивая палочкой, раствор упаривают на водя­ной бане до небольшого объема и наблюдают выпаде­ние белого аморфного осадка гидроксида алюминия и гидроксида олова.

Итак, в осадке находятся Аl(ОН)3 и Sn(OH)4, а в растворе — Сr042- и [Zn(NH3)4]2+.

Отделяют осадок от раствора центрифугированием. Про­мытый в воде осадок растворяют в 2 н. растворе НСl при на­гревании и в отдельных порциях раствора обнаруживают алю­миний (наблюдая появление характерной красной окраски алю­миниевого лака с ализарином в аммиачной среде) и олово (по реакции с Bi(N03)3 в щелочной среде) предварительно восста­новив Sn+IV в Sn2+ кипячением с металлическим железом в те­чение 1-2 мин.

2. Обнаружить ион Al3+ можно также по реакции образования гидроксида алюминия. Для этого 4-5 капель задачи помещают в коническую пробирку, добавляют 4-5 капель 2 М раствора NaOH, 4-5 капель 3 % раствора H2O2 и нагревают на водяной бане до прекращения выделения пузырьков газа. Затем образовавшийся бурый осадок центрифугируют и центрифугат сливают в чистую пробирку. К полученному раствору по каплям прибавляют насыщенный раствор NH4Cl до рН = 9 (контроль по универсальной индикаторной бумаге) и нагревают на водяной бане. Наблюдают образование аморфного осадка гидроксида алюминия в виде белых студенистых хлопьев.

3. В растворе открывают цинк (по реакции с тетрароданомеркуроатом аммония в присутствии малых коли­честв солей кобальта), предварительно разложив аммиакат цинка добавлением до кислой реакции (проба на лакмусовую бумагу) 2н. НСl или 2 н. CH3COOH.

Наличие цинка можно подтвердить реакцией с сульфидом натрия. Для этого 15-20 капель раствора задачи помещают в коническую пробирку, добавляют 1 мл 6 М раствора NaOH и 10 капель 3% раствора пероксида водорода. Реакционную смесь перемешивают и нагревают на водяной бане до прекращения выделения пузырьков газа. Образовавшийся осадок отделяют на центрифуге и 1 каплю центрифугата помещают в чистую пробирку, добавляют 1-2 капли раствора Na2S и наблюдают образование белого осадка.

3. Контрольная задача № 3

Анализ раствора, содержащего катионы Vаналитической группы

Цель работы. Обнаружение катионов V аналитической группы, содержащихся в анализируемой задаче.

Выполнение работы. Студент в чистую колбу получает у лаборантов анализируемую задачу, которая представляет собой прозрачный окрашенный раствор, содержащий только катионы V аналитической группы.

При выполнении данной работы весьма информативным является предварительное наблюдение окраски исследуемого раствора, которое позволяет сделать предварительные заключения о присутствии в нем отдельных окрашенных ионов. Однако необходимо понимать, что эти выводы в обязательном порядке должны быть подтверждены с помощью реакций обнаружения, характерных для этих ионов.

Так как для катионов V аналитической группы имеется достаточное число высокоселективных и специфических реакций, то анализ их смеси можно проводить как дробным методом, так и систематическим.

Анализ дробным путем (из отдельных порций раство­ра):

а)      открытие гидролизом сурьмы и висмута;

б)      открытие Fe3+ по реакции с роданидом аммония в солянокислой среде или с ферроцианидом калия;

в)      открытие Fe2+ по реакции с феррицианидом калия в солянокислой среде;

г)       открытие марганца по реакции с персульфатом аммония в присутствии AgN03;

д) открытие магния по реакции с гидрофосфатом натрия.

 

Систематический ход анализа.

1. При этом ходе анализа необходимо исходить из сильной гидролизуемости солей сурь­мы и висмута. Если смесь имеет осадок, следовательно, обяза­тельно присутствует сурьма, так как для удержания последней в растворе требуется очень кислая среда. В противном случае даже при небольшом разбавлении раствора выпадает осадок основной соли сурьмы.

Висмут может и не выпадать в осадок или выпадать частично, так как его основные соли более растворимы.

2. Анализ начинают с возможно более полного выде­ления в осадок основных солей сурьмы и висмута. Для это­го к смеси катионов добавляют возможно большее коли­чество воды, 2-3 капли 1-го % раствора NaCI и нагрева­ют. Осадок от раствора отделяют на центрифуге (осадок № 1), а центрифугат сливают в чистую пробирку (раствор № 1).

3.  Анализ осадка (осадок № 1). Осадки BiOCl и SbOCl растворя­ют в HNO3 (1:1) при нагревании для их разделения. BiOCl переходит в раствор (раствор № 2) в виде Bi(N03)3, который нейтрали­зуют содой (для удаления избытка HNO3) и открывают вис­мут гидролизом или с помощью реакций с гидроксокомплексом олова (станнитом натрия) и тиомочевиной.

            а) 2-3 капли раствора № 2 помещают в пробирку и добавляют 2-3 капли раствора гидроксокомплекса олова (станнита натрия). При наличии ионов висмута наблюдают образование черного осадка.

            б) 4-5 капель раствора № 2 помещают в пробирку и добавляют 4-5 капель раствора тиомочевины. При наличии ионов висмута наблюдают окрашивание раствора в желтый цвет.

4. Промытый дистиллированной водой осадок SbOCl (осадок № 2), не растворившийся в НNO3, растворяют в концентрированной НС1 (раствор № 3). Избыток НС1 нейтрализуют содой и опре­деляют наличие в смеси сурьмы.

Для обнаружения ионов Sb(III) на полоску фильтровальной бумаги наносят 1 каплю раствора фосфорномолибденовой кислоты, высушивают и добавляют 1 каплю раствора № 3. Затем выдерживают бумагу в парах воды над водяной баней. При наличии сурьмы наблюдают синюю окраску.

Обнаружить ионы сурьмы можно также по реакции с тиосульфатом. Для этого 3-4 капли раствора № 3 помещают в пробирку, добавляют 2-3 капли раствора Na2S2O3 и нагревают на водяной бане. При наличии сурьмы наблюдают образование кирпично-красного осадка.

5. Анализ центрифугата. Из центрифугата (раствор № 1), содержа­щего Fe3+, Fe2+, Mn2+, Mg2+ выделяют марганец в виде буро­го осадка МnО2. Для этого смесь катионов обрабатывают щелочью до полноты осаждения гидроксидов и небольшим количеством H202. Избыток Н202 удаляют кипячением. Об­разовавшиеся осадки растворяют в 2 н. НС1. При этом все гидроксиды растворяются с образованием хлоридов, кро­ме МnО2. Осадок Мn02 (осадок № 3) отделяют от раствора центрифуги­рованием. Центрифугат сливают в чистую пробирку (раствор № 3). Осадок Мn02 растворяют в концентрированной HN03 и проводят реакцию на марганец с персульфатом аммония.

Обнаружение ионов Mn2+ проводят также и по реакции с висмутатом натрия, для чего 3-4 капли раствора № 1 помещают в коническую пробирку, добавляют 3-4 капли 6 М раствора азотной кислоты и вносят в раствор с помощью стеклянной лопатки немного порошка NaBiO3. После перемешивания центрифугируют избыток висмутата натрия и при наличии ионов Mn2+ наблюдают малиновую (фиолетовую) окраску центрифугата.

6. Хлориды железа и магния, перешедшие в раствор (раствор № 3), разде­ляют с помощью действия концентрированного аммиака (до щелочной реакции) и нескольких кристалликов NH4C1 при нагревании. При этом FeCl3 переходит в осадок в виде Fe(OH)3 (осадок № 4), а магний остается в растворе (раствор № 4) в виде MgCl2, кото­рый открывают по реакции с гидрофосфатом натрия.

Для обнаружения ионов магния к 2-3 каплям раствора № 4 прибавляют 1-2 капли раствора гидрофосфата натрия и, при наличии магния, наблюдают образование белого осадка. Если осадок образовался, то 1 каплю суспензии помещают на предметное стекло и рассматривают форму кристаллов под микроскопом. Наличие характерных кристаллов магнийаммонийфосфата подтверждает присутствие ионов магния в анализируемой задаче.

Микрокристаллоскопическую реакцию обнаружения магния можно провести непосредственно на предметном стекле, для чего к 1 капле раствора № 4 добавляют 1 каплю раствора гидрофосфата натрия и полученный осадок рассматривают под микроскопом.

Если осадок в результате реакции не образуется или форма кристаллов не соответствует требуемой, то это означает, что ионы магния в растворе № 1, а значит и в задаче, отсутствуют.

7. Для обнаружения ионов Fe3+ осадок Fe(OH)3 (осадок № 4) растворяют в 2 н. НС1 и добавляют 1-2 капли раствора K4[Fe(CN)6]. При наличии ионов Fe3+ наблюдают образование темно-синего осадка «берлинской лазури».

Доказать присутствие Fe3+ можно также по реакции с роданидом аммония. В этом случае при наличии в задаче ионов железа(III) наблюдают красное окрашивание.

8. Для обнаружения ионов Fe2+ 2-3 капли задачи помещают в пробирку, добавляют 1 каплю 2 М раствора HCl и 1-2 капли раствора K3[Fe(CN)6]. При наличии ионов Fe2+ наблюдают образование темно-синего осадка «турнбулевой сини».

Последнее изменение: Среда, 19 Апрель 2017, 23:46