Основи аналітичної хімії МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБIТ З АНАЛІТИЧНОЇ ХIМIЇ для студентів біологічного та географічного факультетів Передмова Методичні рекомендації написано для студентів біологічного та географічного факультетів, що вивчають аналітичну хімію. До видання, що пропонується, внесено в максимально стислому і скороченому вигляді лише основні теоретичні положення аналітичної хімії та найтиповіші лабораторні роботи. Вивчення їх дозволить студентами біологічного та географічного факультетів одержати достатні відомості з питань теорії і практики якісного й кількісного аналізу. Аналітична хімія - наука про методи визначення складу речовини. Курс аналітичної хімії складається з двох розділів - якісного та кількісного аналізу. Якісний аналіз завжди передує кількісному, тому що перш ніж визначити скільки , треба знати що визначати. Крім того, від якісного складу речовини залежить вибір тих чи інших методів аналізу для встановлення кількісних співвідношень. Існує близько 50 методів аналізу. Їх можна розділити на дві групи: 1) хімічні та фізико-хімічні, 2) фізичні. При виконанні аналізу хімічним або фізико-хімічним методами головним є проведення хімічної реакції. При використанні фізичних методів якісний склад речовини, що аналізується, виявляють вимірюючи величину певної фізичної характеристики. ЯКІСНИЙ АНАЛІЗ Вище відмічено, що в основі хімічних методів аналізу лежать хімічні реакції. В якісному аналізі використовують лише ті хімічні реакції, які супроводжуються певним зовнішнім ефектом : утворенням або розчиненням осаду, утворенням або руйнуванням забарвленої розчинної сполуки, виділенням газоподібної речовини. Такі реакції називаються аналітичними, а реактиви, за допомогою яких вони проводяться, - аналітичними реагентами. Успішне застосування аналітичних реагентів залежить від чутливості аналітичних реакцій. Під чутливістю реакції розуміють ту найменшу кількість речовини (іона), яку можна виявити за допомогою зазначеного реагенту. Кількісно чутливість реакції характеризується межею визначення (г/мл) та мінімальним об’ємом розчину (V мл) з таким вмістом речовини. Залежно від кількості речовини, що використовується для аналізу, розрізняють макро-, мікро- та напівмікроаналіз . Метод аналізу, для якого беруть 0,1 - 1 г речовини, називають макрометодом, меньше 0,01 г речовини – мікрометодом, 0,01 - 0,1 г речовини - напівмікрометодом. При виборі аналітичного реагенту велике значення має його специфічність, що характеризує розмаїття іонів, з якими цей реагент дає подібний зовнішній ефект реакції. Ті реагенти, що дають можливість виявляти один вид іонів у присутності інших, називають специфічними . Звичайно, специфічних реагентів, що реагують тільки з одним видом іонів, дуже мало. Аналітичні реагенти, які взаємодіють з обмеженим числом видів іонів, називають вибірковими або селективними. Крім специфічних і селективних реагентів, розрізняють ще групові та загальні реагенти, які реагують із більшою кількістю іонів. Як правило, у розчині, що досліджується, присутні декілька різновидів іонів. Причому, багато з них дають схожі реакції та заважають при визначенні одних іонів у присутності інших. Тому не можна проводити реакції виявлення окремих різновидів іонів у довільній послідовності. Їх треба комбінувати таким чином, щоб при визначенні певних іонів усі інші, що заважають, були усунуті. Послідовність реакцій, що відповідає цій вимозі, називається систематичним ходом аналізу . При цьому іони розділяють за допомогою так званих групових реагентів, які осаджують різні іони цілими групами. Це має велике значення, а саме: складна задача аналізу суміші іонів розкладається на ряд більш простих задач. Окрім цього, груповим реагентом можна встановити відсутність певної групи іонів. Вплив сторонніх іонів на реакцію, що є характерною для даного виду іонів, залежить від їх концентрації та умов проведення реакцій. Іони, які заважають проведенню реакції, часто зв’язують у стійкі комплекси (маскують), а це спрощує та прискорює процес аналізу, оскільки дозволяє виявляти одні іони в присутності інших. Для виявлення катіонів та аніонів використовують різні схеми аналізу. Виявлення катіонів . Існують різні класифікації катіонів на аналітичні групи. Так, сірководнева класифікація грунтується на неоднаковій розчинності карбонатів і сульфідів металів у воді та кислотах (табл. 1). Цей метод розподілу катіонів на групи є класичним, ним завжди користуються в складних випадках, саме цей метод є арбітражним. Крім сірководневої класифікації при попередніх долсіджуваннях речовин, у польових умовах користуються й іншими класифікаціями – кислотноосновною, аміачно-фосфатною тощо. У даному посібнику аналіз суміші катіонів рекомендується проводити дробносистематичним методом із використанням безсірководневого методу розділення катіонів на групи - кислотно- основного. Груповими реагентами кислотно-основного методу є соляна та сірчана кислоти, луг та гідроксид амонію. За їх допомогою катіони розділяють на групи, а потім аналізують останні на присутність тих чи інших катіонів. Таблиця 1. Розподіл катіонів на групи за сульфідною класифікацією Групи Катіони Груповий реагент і умови осадження Одержання системи Характеристика одержаних сполук І K+ , Na+ , NH4+, Mg2+ Відсутній Сульфіди і карбонати, розчинні у воді, основний карбонат магнію (MgOH)2 CO3 –тільки у присутності солей амонію ІІ Ba2+ , Sr2+ , Ca2+ Карбонат амонію (NH4 )2 CO3 в нейтральному або слаболужному середовищі Осади карбонатів: BaCO3 , SrCO3 , CaCO3 Сульфіди, розчинні у воді, розчинні у розведених кислотах ІІІ Al3+ , Cr3+ , Fe3+ , Fe2+ , Ni2+ , Co2+ , Mn2+, Zn2+ Сульфід амонію (NH4 )2 S у нейтральному середовищі Осади гідроксидів: Al(OH)3 , Сr(OH)3 Осади сульфідів: FeS, Fe2 S3 ,NiS, CoS, MnS, ZnS Сульфіди, нерозчинні у воді, розчинні у розведених кислотах IV Pb2+ , Bi3+ , Cu2+ , Cd2+ , Hg2+ Сірководень H2 S у кислому середовищі Осади сульфідів: PbS, Bi2 S3 ,CuS, CdS, HgS Сульфіди, нерозчинні у воді, розведених кислотах (крім нітратної) і в полісульфіді амонію V Sn2+ , Sn4+ , As3+ , As5+ , Sb3+, Sb5+ Сірководень H2 S у кислому середовищі Осади сульфідів: SnS, SnS2 ,As2 S3 , As2 S5 , Sb2 S3 , Sb2 S5 Сульфіди, нерозчинні в розведених кислотах , розчинні в сульфідах (крім SnS) і полісульфідах лужних металів або амонію Таблиця 2. Розподіл катіонів на групи за кислотно-лужною класифікацією Група Катіони Груповий реагент, умови осадження Одержані системи Характеристика одержання сполук І Na+ , K+ , NH4 + Відсутній Хлориди, сульфати, гідроксиди, розчинні у воді ІІ Ag+, Pb2+, Hg22+ Хлороводнева кислота HCl Осади хлоридів: AgCl, PbCl2 , Hg2 Cl2 Хлориди, нерозчинні у воді і розведених кислотах ІІІ Ba2+, Sr2+, Ca2+ Сірчана кислота H2SO4 Осади сульфатів: BaSO4 , SrSO4 , CaSO4 Сульфати, нерозчинні у воді і розведених кислотах ІV Zn2+ , Al3+ , Cr3+ , Sn2+ , Sn4+ , As3+ , As5+ Гідроксид натрію або калію (NaOH, KOH) Розчини, що містять комплексні аніони: Zn(OH)4 2- - тетрагідроксоцинкат (ІІ)Al(OH4 )- - тетрагідроксоалюмінат (ІІІ) – Cr(OH)6 3- - гексагідроксохромат (ІІІ) – Sn(OH)6 2- - гексагідроксостанат (ІV) – Sn(OH)4 2- - тетрагідроксостанат (ІІ) – AsO3 3- ортоарсеніт-; AsO4 3- - арсеніт Гідроксиди, нерозчинні у воді; внаслідок амфотерності - розчинні у лугах V Mg2+ , Mn2+ , Bi3+ , Fe2+ , Fe3+ , Sb3+ , Sb5+ Водний розчин аміаку NH3 . H2O Осади гідроксидів: Mg(OH)2 , Mn(OH)2 , Bi(OH)3 , Fe(OH)2 , Fe(OH)3 , Sb(OH)3 , H3 SbO4 Гідроксиди, нерозчинні у воді та лугах VI Cu2+ , Hg2+ , Cd2+ , Co2+, Ni2+ Водний розчин аміаку NH3 . H2O Розчини, що містять комплексні катіони: [Cu(NH3 )4 ]2+ - тетраамінмідь (ІІ)- [Hg(NH)3 ]4 2+ - тетраамінртуть (ІІ) – [Cd(NH)3 ]4 2+ - тетраамінкадмій – [Co(NH)3 ]6 2+ - гексаамінкобальт (ІІ) – [Ni(NH3 )6 ]2+ - гексааміннікель (ІІ) – Гідроксиди, нерозчинні у воді та лугах, розчинні у водному розчині аміаку За кислотно-основною класифікацією катіони поділяються на шість аналітичних груп (див. табл. 2). При виявленні аніонів зазвичай користуються дробними реакціями, хоча аніони прийнято ділити на аналітичні групи (див. табл. 3). Метою лабораторного практикуму з якісного аналізу є вивчення методів виявлення та розділення катіонів та аніонів у розчинах, а також проведення аналізу індивідуальних речовин. Студенти повинні вивчити характерні реакції на катіони й аніони, знати умови проведення цих реакцій, вплив сторонніх іонів, уміти розділяти іони за допомогою групових реагентів, навчитися виявляти катіони й аніони в складних сумішах. У процесі виконання лабораторних робіт студенти мають отримати практичні навички проведення хімічних реакцій у розчинах напівмікро- та краплинним методом; робити вірні висновки з отриманих даних; засвоїти способи розділення та виявлення іонів у розчинах як при систематичному ході аналізу, так і при виконанні реакцій дробним шляхом. Для виконання реакцій напівмікрометодом використовують пробірки. Краплинні реакції виконують на предметних скельцях або фільтрувальному папері. Відділення осадів від рідкої фази проводять за допомогою скляних воронок і паперових фільтрів. Випарюють розчини у порцелянових чашечках. Таблиця 3. Класифікація аніонів за розчинністю солей барію і срібла Групи Аніони Груповий реагент і умови осадження Характеристика одержаних сполук І SO42-, SO32-, CO32-, PO43-, SiO3 2- , (BO2 - ) Хлорид барію BaCl2 , у нейтральному або слабколужному середовищі Солі барію, нерозчинні у воді ІІ Cl- , Br- , I- , S2- , (SCN- , CN- ) Нітрат срібла AgNO3 у розчині нітратної кислоти HNO3 Солі срібла, нерозчинні у воді і розведеній нітратній кислоті ІІІ NO3 - , NO2 - , CH3 COO- Відсутній Солі барію і срібла розчинні у воді Після вивчення реакцій на іони кожної групи студенти виконують контрольні задачі. Задача - це розчин невідомого складу, який містить суміш катіонів або аніонів декількох груп (або суміш усіх груп аніонів). Студенти повинні проаналізувати розчин за запропонованою або складеною самостійно схемою і результати аналізу перевірити у викладача. Після вивчення кожної групи катіонів (аніонів) слід подати звіт у вигляді протоколу, в якому потрібно навести рівняння всіх проведених реакцій на кожен катіон (аніон) і вказати властивості отриманого продукту реакції, умови проведення реакції, зазначити, які іони заважають виявленню даного іона за цією реакцією; записати короткий хід аналізу контрольної задачі та одержані результати. Після виконання контрольних задач студенти складають колоквіум з якісного аналізу. Тема 1. Вивчення реакцій на катіони I аналітичної групи + + + До катіонів І аналітичної групи належать катіони лужних металів K , Na (Li , Rb , Cs ), а також іон амонію NH4 подібною до розчинності солей лужних металів. + + + , оскільки розчинність його солей є І аналітична група не має групового та загальних реагентів, за допомогою яких можна було б перевести зазначені катіони в осад. + Характерні реакції на іони К Гідротартрат натрію NaHC4 Н4 О6 утворює з іонами калію білий кристалічний осад гідротартрату калію: KNO3 + NaHC4 H4 O6 = KHC4 H4 O6 ↓ + NaNO3 Oсад не розчиняється в оцтовій кислоті, але розчиняється в розведених мінеральних кислотах: KHC4 H4 O6 ↓ + HCl = H2 C4 H4 O6 + KCl та в лугах з утворенням середніх солей: KHC4H4O6 ↓+ NaOH = KNaC4H4O6 + H2O , KHC4H4O6 ↓+ KOH = K2C4H4O6 + H2O Осад KHC4H4O6 можна одержати також дією винної кислоти, але в цьому випадку до досліджуваного розчину треба додати декілька краплин розчину ацетату натрію CH3COONa для того, щоб у результаті реакції не утворювалась сильна мінеральна кислота: KNO3 + H2C4H4O6 + CH3COONa = KHC4H4O6↓ + NaNO3 + CH3COOH Розчинність солі KHC4H4O6 досить помітно зростає при нагріванні. Виконання реакції До 0,5-1,0 мл нейтрального або оцтового розчину, що містить досить високу концентрацію іонів калію, додати такий самий об’єм розчину NaHC4H4O6. Обережно потерти стінки пробірки скляною паличкою. Через деякий час випаде білий кристалічний осад. Визначенню іонів калію заважають іони амонію, які утворюють осад NH4HC4H4O6. Гексанітрокобальтат (ІІІ) натрію (Кобальтинітрит натрію) Na3[Co(NO2)6] утворює з іонами калію жовтий осад, нерозчинний в оцтовій кислоті: 2KNO3 + Na3[Co(NO2)6] = K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaNO3 Cильні кислоти та луги розкладають реагент: Na3 [Co(NO2 )6 ] + 5HCl → CoCl2 + NO + 3NaCl + 5HNO2 Na3[Co(NO2)6] ↓+ 3NaOH = Co(OH)3↓ + 6NaNO2 Отже, реакцію проводять у нейтральному або оцтовокислому середовищі. Виконання реакції На скляну пластинку помістити 1-2 краплини досліджуваного розчину і додати 2-3 краплини Na3[Co(NO2)6]. Утворюється жовтий осад K2Na[Co(NO2)6]. Заважають виявленню калію іони NH4+, Pb2+, Hg22+ та деякі інші. Забарвлення полум’я Леткі сполуки калію забарвлюють полум’я в блідо-фіолетовий колір. Виконання реакції Платинову дротину змочити розчином хлороводневої кислоти та прожарити у полум’ї до зникнення забарвлення. Чисту прожарену дротину вмістити у досліджуваний розчин (або суху сіль) і внести в полум’я. У присутності калію полум’я забарвлюється в блідо-фіолетовий колір. Виявленню іонів К+ цим способом заважають іони натрію. Характерні реакції на іони Na+ Цинкуранілацетат Zn(UO2)3(CH3COO)8 утворює з іонами Na+ у нейтральному або оцтовокислому розчині зеленкувато-жовтий кристалічний осад, нерозчинний в оцтовій і мінеральних кислотах: NaNO3 + Zn(UO2)3(CH3COO)8 + CH3COOH = NaZn(UO2)3(CH3COO)9↓ + HNO3 Виконання реакції До однієї краплини досліджуваного розчину на скляній пластинці додати 2-3 краплини розчину реагенту, обережно потерти скляною паличкою. Утворення зеленувато-жовтого осаду свідчить про наявність іонів натрію. Осад краще розглядати на темному фоні. Присутність 20-кратної кількості К+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Mn2+, Ba2+, Al3+, Cr3+, Fe3+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Cd2+, Bi3+, Cu2+, Pb2+ та Hg2+ не заважає виявленню натрію. Заважають виявленню Na+ іони: Ag+, Hg22+, PO43-, AsO43-, AsO33-. Якщо в досліджуваному розчині концентрація іонів К+ висока, то можуть утворитися голчасті кристали солі калію. Для того щоб солі калію розчинилися, осад обробляють водою. Гексагідроксостибат (V) калію K[Sb(OH)6] утворює з іонами натрію білий кристалічний осад гексагідроксостибату (V) натрію Na[Sb(OH)6], помітно розчинний у воді при кімнатній температурі та гарно - при нагріванні: NaNO3 + K[Sb(OH)6] = [Na{Sb(OH)6]↓ + KNO3 У кислому середовищі, в присутності навіть оцтової кислоти, реагент розкладається з утворенням білого аморфного осаду метастибатної (V) кислоти: K[Sb(OH)6] + HCl = HSbO3↓ + KCl + 3H2O, У сильнолужному середовищі осад Na[Sb(OH)6] досить гарно розчиняється. Виконання реакції До 0,5 мл нейтрального або слабколужного досліджуваного розчину додати такий самий об’єм розчину K[Sb(OH)6] і потерти стінки пробірки скляною паличкою. У присутності іонів натрію випадає білий кристалічний осад. Виявленню Na+ заважають іони амонію. Внаслідок гідролізу у водних розчинах солей амонію містяться іони водню, які розкладають реагент з утворенням HSbO3, що може призвести до помилки: NH4+ + H2O = NH4OH + H+ Забарвлення полум’я Леткі сполуки натрію забарвлюють полум"я у жовтий колір . Характерні реакції на іони NH4+ Їдкі луги (КОН або NaOH) при нагріванні з розчинами солей амонію виділяють аміак: NH4NO3 + NaOH = NH3↑ + NaNO3 + H2O NH4+ + OH- = NH3↑ + H2O Аміак можна виявити а) за специфічним запахом; б) якщо червоний колір лакмусового папірця, змоченого водою, змінюється на синій; в) фільтрувальний папір, змочений розчином нітрату ртуті (І) Hg2(NO3)2 чорніє. Почорніння фільтрувального паперу зумовлюється виділенням вільної ртуті у вигляді дрібнодисперсного чорного осаду: + - 2 2Hg2(NO3)2 + NH3 + H2O = 2Hg↓ + NH + 3NH4 NO3 Виконання реакції До 0,5-1,0 мл досліджуваного розчину додати 1-2 мл розчину NaOH і обережно нагріти майже до кипіння. Виділяється газоподібний аміак. Реакція є специфічною. Інші катіони не заважають виявленню NH4+. Реактив Неслера (K2[HgI4]+KOH) з іонами NH4+ утворює червоно-бурий осад йодиду дийододимеркурамонію NH2Hg2I3: I I 2 + - NH4NO3 + 2K2[HgI4] + 2KOH =NHI + 5KI + KNO3 + 2H2O Hg Виконання реакції На скляну пластинку помістити 1-2 краплини досліджуваного розчину і додати 2-3 краплини розчину реагенту. Утворюється червоно-бурий осад. Визначенню NH4+ заважають іони, що утворюють з лугом забарвлені та нерозчинні у воді гідроксиди (Fe3+, Cr3+, Ni2+ тощо), а також іони Sb3+, Sn3+, Hg2+, які при взаємодії з йодид-іоном руйнують реактив. Видалення іонів NH4+ Іони NH4+ заважають виявленню іонів К+, тому перед виявленням калію треба повністю видалити з розчину іони амонію. При прожарюванні будь-якої солі амонію вона розкладається. Солі амонію, утворені кислотами-неокисниками, розкладаються з виділенням аміаку: NH4Cl + NH3↑ + HCl (NH4)3PO4 = 3NH3↑ + H2O + HPO3 Солі амонію з аніонами-окисниками розкладаються з утворенням сполук азоту, в яких він має різний ступінь окиснення: 3(NH4)2SO4 = N2↑ + 4NH3↑ + 3SO2↑ + 6H2O NH4NO3 = N2O↑ + 2H2O NH4NO2 = N2↑ + 2H2O (NH4)2Cr2O7 = N2↑ + 4H2O + Cr2O3 Тема 2. Вивчення реакцій на катіони ІІ аналітичної групи До катіонів ІІ аналітичної групи належать Pb2+, Hg22+, Ag+. Груповий реагент - розведена хлороводнева кислота НСl (CHCl=0,3 моль/л). Дія групового реагенту HCl Іони Pb2+, Hg22+ та Ag+ при взаємодії з хлороводневою кислотою утворюють білі осади PbCl2 (кристалічний), Hg2Cl2 (у вигляді порошку), AgCl (аморфний, сироподібний). Осади погано розчиняються у воді та розведених мінеральних кислотах: Pb(NO3)2 + 2HCl = PbCl2↓ + 2HNO3; Hg2(NO3)2 + 2HCl = Hg2Cl2↓ + 2HNO3; AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3; Виконання реакції До 0,5-1 мл розчинів Ag+, Pb2+, Hg22+ (в окремих пробірках) додати 3-4 краплини розведеної HCl. Випадають білі осади. PbCl2 осаджується не повністю через те, що він частково розчиняється у воді при кімнатній температурі; PbCl2 добре розчиняється в гарячій воді, а також у розчинах NaOH і СH3 COONH4 та в концентрованій HCl з утворенням комплексних сполук: PbCl2↓ + 4NaOH = Na2[Pb(OH)4] + 2NaCl, PbCl2↓ + 2CH3COONH4 = (CH3COO)2Pb + 2NH4Cl, PbCl2↓ + 2HCl = H2[PbCl4] Розчинність PbCl2 у гарячій воді використовують для відокремлення іонів Pb2+ від Ag+ та Hg22+. AgCl розчиняється в концентрованій НСl та в гідроксиді амонію NH4OH з утворенням комплексних сполук: AgCl↓ + HCl + H[AgCl2], AgCl↓ + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O Безбарвний комплекс [Ag(NH3)2]Cl руйнується при дії HNO3 або КІ, внаслідок чого випадають осади AgCl та AgI відповідно. Розчинення AgCl в аміаку з наступним виділенням осаду при дії HNO3 або KI використовується в аналізі для відокремлення Ag+ від Hg22+ і виявлення його в розчині. Hg2Cl2 (каломель) розчиняється в концентрованій HNO3 при нагріванні. При дії NH4OH на осад Hg2Cl2 утворюється суміш білого осаду хлориду меркурамонію та дрібнодисперсної металевої ртуті, внаслідок чого осад забарвлюється в чорний колір: Hg2Cl2 + 2NH4OH = NH2HgCl↓ + Hg↓ + NH4Cl + 2H2O білий чорний Цю реакцію застосовують для виявлення іонів Hg22+ у присутності Ag+ та Pb2+. Дія загальних реагентів Усі реакції із загальними реагентами виконуються таким чином: до 0,5 мл розчину солі досліджуваного іона в пробірці додати 3-4 краплини реагенту, дію якого вивчають. Їдкі луги (NaON або KOH) в еквівалентних кількостях утворюють з іонами Pb2+, Hg22+ та Ag+ нерозчинні у воді гідроксиди: Pb(NO3)2 + 2NaOH = Pb(OH)2↓ + 2NaNO3, Нg2(NH3)2 + 2NaOH = Hg2(OH)2↓ + 2NaNO3, AgNO3 + NaOH = AgOH↓ + NaNO3 Осади AgOH i Hg2(OH)2 швидко розкладаються з утворенням бурого Ag2O i чорного Hg2O осадів. 2AgOH = Ag2O + H2O Hg2(OH)2 = Hg2O + H2O При дії надміру їдкого лугу розчиняється тільки осад Pb(OH)2 з утворенням тетрагідроксоплюмбіту натрію : Pb(OH)2↓ + 2NaOH = Na2[Pb(OH)4], Гідроксид амонію NH4OH в еквівалентних кількостях утворює з іонами Pb2+ i Ag+ осади Pb(OH)2 i AgOH. AgOH відразу ж темніє внаслідок утворення оксиду срібла Ag2O. У надмірі NH4 OH розчиняється лише Ag2 O: Ag2O + 4NH4OH = 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O З іонами Hg22+ взаємодія відбувається за такою реакцією: 2 + - 2Hg2 (NO3 )2 + 4NH4 OH → Hg↓ +3NH4 NO3 + 3H2 O +NH Утворюється білий осад нітрату меркурамонію і металева ртуть. Йодид калію КІ в еквімолярних кількостях утворює з іонами Hg22+, Ag+ i Pb2+ осади йодидів: PbI2 - жовтого, Hg2I2 - світло-зеленого, AgI - світложовтого кольорів. Pb(NO3)2 + 2KI = PbI2↓ + 2KNO3 Hg2(NO3)2 + 2KI + Hg2I2↓ AgNO3 + KI = AgI↓ + KNO3 Усі осади погано розчинні у воді, розведених мінеральних кислотах і нерозчинні в NH4OH. Йодид свинцю розчиняється у воді при нагріванні, після охолодження осад PbI2 виділяється знову, але вже у формі блискучих золотистих кристаликів, які називають "золотим дощем". Осади PbI2 i Hg2I2 розчиняються в надмірі йодиду калію з утворенням комплексних сполук: PbI2↓ + 2KI = K2[PbI4] Hg2I2↓ + 2KI = K2[HgI4] + Hg↓ (Розчинення осаду Hg2I2 супроводжується виділенням металевої ртуті). Осад AgI розчиняється в надмірі КІ лише частково: AgI + KI = K[AgI2] Карбонати натрію Na2CO3 та амонію (NH4)2CO3 утворюють з іонами Pb2+, Hg22+ i Ag+ білі осади карбонатів срібла Ag2CO3, основного карбонатy свинцю Pb2(OH)2CO3 i жовтий осад карбонатy ртуті (І) Hg2CO3. Ці осади розчинні в кислотах; Ag2CO3 розчиняється також у надмірі (NH4 )2 (CO3 ). Гідрофосфат натрію Na2HPO4 утворює з іонами Pb2+ та Hg22+ білі осади фосфату Pb3(PO4)2 i гідрофосфату Hg2HPO4 відповідно; з іонами Ag+ утворюється жовтий осад фосфату срібла Ag3PO4. Усі ці осади розчинні в мінеральниих кислотах; Pb3(PO4)2 розчиняється також у NaOH, Ag3PO4 - y NH4ОН. Хромат калію K2CrO4 і дихромат калію K2Cr2O7 утворюють з іонами Pb2+ , Hg22+ i Ag+ осади хроматів (виняток: Ag+ утворює з K2 Cr2 O7 темночервоний осад Ag2Cr2O7) відповідно жовтого, червоного і цеглисто-червоного кольору: Pb(NO3 )2 + K2 CrO4 = PbCrO4 ↓ + 2KNO3 2Pb(NO3 )2 + K2 Cr2 O7 + H2 O = 2PbCrO4 + 2HNO3 + 2KNO3 Hg2 (NO3)2 + K2CrO4 = Hg2CrO4↓ + 2KNO3 2Hg2 (NO3 )2 + K2 Cr2 O7 + H2 O = 2Hg2 CrO4 + 2HNO3 + 2KNO3 2AgNO3 + K2CrO4 = Ag2CrO4↓ + 2KNO3 2AgNO3 + K2Cr2O7 = Ag2Cr2O7↓ + 2KNO3 PbCrO4 погано розчиняється в розведеній HNO3, але легко розчиняється в NaOH i CH3COONH4. Hg2CrО4 не розчиняється в розведеній HNO3; Ag2CrO4 добре розчиняється в розведеній HNO3 і NH4OH. Сірчана кислота H2SO4 або сульфат натрію Na2SO4. Розведена сірчана кислота або розчинні сульфати з іонами Pb2+ утворюють білий осад PbSO4: Pb(NO3)2 + H2SO4 = PbSO4↓ + 2HNO3 Осад розчиняється при нагріванні в лугах внаслідок утворення тетрагідроксоплюмбіту натрію: PbSO4↓ + 4NaOH = Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4 а також в ацетаті амонію: PbSO4 + 4CH3COONH4 = (NH4)2[Pb(CH3COO)4] + (NH4)2SO4 та концентрованій сірчаній кислоті з утворенням кислої солі: PbSO4 + H2 SO4 = Pb(HSO4 )2 З іонами Hg22+ i Ag+ білі осади Hg2SO4 i Ag2SO4 утворюються тільки з концентрованих розчинів. Фери- і фероціанід калію K3[Fe(CN)6] i K4[Fe(CN)6] взаємодіють з іонами Ag+, Hg22+ i Pb2+, утворюючи осади різного складу й кольору. Сірководень H2S і тіосульфат натрію Na2S2O3 у середовищі розведеної хлороводневої кислоти та при нагріванні з іонами Pb2+, Hg22+ i Ag+ утворюють чорні осади сульфідів PbS, HgS, Ag2S, нерозчинні в хлороводневій кислоті; PbS i Ag2S розчиняються в азотній кислоті при нагріванні, а Hg - у царській водці. Наприклад: 3PbS + 8HNO3(розв.) = 3Pb(NO3)2 + 3S↓ + 2NO↑ + 4H2O 3 S2- - 2e = S0 2 NO3 - + 3e + 4H+ = NO + 2H2 O Характерні реакції на катіони II аналітичної групи Pеакції іонів свинцю Йодид калію КІ утворює з іонами Pb2+ жовтий осад (реакція "золотого дощу"): Pb(NO3)2 + 2KI = PbI↓ + 2KNO3 Реакцію проводять у нейтральному або слабколужному середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі свинцю в пробірці додати 2-3 краплини розчину йодиду калію. Утворюється жовтий порошкоподібний осад. Долити в пробірку 4-5 мл дистильованої води і 3-4 краплини оцтової кислоти. Суміш нагріти до повного розчинення осаду і поступово охолодити. Утворюється осад у вигляді золотистих блискучих кристаликів. Ag+, Hg22+ та інші іони, які утворюють осади з йодидом калію, заважають виявленню Pb2+. Сірчана кислота Н2SO4 або сульфат натрію Na2SO4 з іонами Pb2+ утворюють дрібнокристалічний осад: Pb(NO3)2 + H2SO4 = PbSO4↓ + 2HNO3 Реакцію проводять у нейтральному або слабкокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі свинцю додати 3-4 краплини розведеної сірчаної кислоти (або сульфату натрію). Утворюється білий осад. Іони Ag+ i Hg22+, якщо їх концентрація в розчині не дуже велика, не заважають виявленню Pb2+; заважають іони ІІІ аналітичної групи (Ba2+, Sr2+, Ca2+), які утворюють при взаємодії із сірчаною кислотою аналогічні осади. Хромат калію K2 CrO4 з іонами Pb2+ утворює жовтий порошкоподібний осад: Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4↓+ 2KNO3 Реакцію проводять у нейтральному або оцтовокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі свинцю додати 3-4 краплини розчину хромату калію. Випадає жовтий осад. Ag+, Hg+ та інші іони, що утворюють осади з K2CrO4, заважають виявленню Pb2+. Реакції іонів Hg22+ Гідроксид амонію NH4OH у присутності іонів Hg22+ утворює чорний осад: Hg2Cl2 + 2NH4OH = NH2HgCl↓ + Hg↓ + NH4Cl + 2H2O + - 2 2Hg(NO3 )2 + 4NH4 OH = 2Hg↓ + 3NH4 NO3 + 3H2 O + NH Виконання реакції На смужку фільтрувального паперу нанести краплину розчину Hg2(NO3)2 і додати 1-2 краплини розчину NH4OH. У присутності Hg22+ випадає чорний осад. Іони срібла у великих кількостях та деякі іони V і IV аналітичних груп заважають виявленню ртуті (І) за допомогою цієї реакції. Хлорид олова (ІІ) SnCl2 відновлює іони Hg22+ до металевої ртуті Hg чорного кольору: Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg↓ + SnCl4 Реакцію проводять у розчині хлороводневої кислоти. Виконання реакції До 0,5 мл розчину солі ртуті (І) додати 4-5 краплин розчину SnCl2 y HCl. Спочатку утворюється білий осад Hg2Cl2, який швидко чорніє внаслідок відновлення ртуті до металевої. Іони Ag+, Hg2+ заважають виявленню ртуті (І). Металева мідь відновлює іони Hg22+ до металевої ртуті. Hg2(NO3)2 + Cu = 2Hg↓ + Cu(NO3)2 Ртуть, що виділяється на поверхні мідної пластинки, утворює блискучу амальгаму. Реакцію проводять у слабкокислому середовищі (розведена нітратна кислота). Виконання реакції На мідну пластинку (або монету) нанести 1-2 краплини досліджуваного розчину. Через 1-2 хвилини пластинку промити проточною водою і протерти фільтрувальним папером або клаптиком тканини. У присутності ртуті утворюється блискуча пляма. Іони Hg2+ i Ag+ заважають виявленню Hg22+цією реакцією. Реакції іонів Ag+ Іони Ag+ у розчині виявляють за допомогою трьох послідовних реакцій. 1. При дії хлороводневої кислоти утворюється білий осад: AgNO3 + HCl = AgCl↓ + HNO3 2. Осад хлориду срібла розчиняється у надлишку аміаку з утворенням безбарвного комплексу діамоносрібло (І)-хлорид: AgCl↓ + 2NH4OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O 3. При дії на комплекс [Ag(NH3)2]+ нітратної кислоти або йодиду калію утворюється білий осад AgCl або жовтий осад AgI: [Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 = AgCl↓ + 2NH4NO3 [Ag(NH3)2]Cl + KI + H2O = AgI↓ + KCl + 2NH4OH Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі срібла додати 1-2 мл розведеної хлороводневої кислоти для осадження AgCl (перевірити на повноту осадження), осад відфільтрувати, промити 3-4 рази розведеною НСl і обробити його на фільтрі розчином аміаку. Фільтрат зібрати в чисту пробірку. Додати до фільтрату розчин HNO3 до кислої реакції середовища (перевірити синім лакмусовим папірцем). Утворення білого осаду свідчить про наявність іонів срібла в досліджуваному розчині. Тема 3. Вивчення реакцій на катіони ІІІ аналітичної групи До катіонів ІІІ аналітичної групи належать іони лужноземельних металів Ba2+, Sr2+, Ca2+. Груповим реагентом є розведен сірчана кислота. Дія групового реагенту H2SO4 Катіони Ba2+, Sr2+ i Ca2+ утворюють з груповим реагентом білі дрібнокристалічні осади сульфатів, нерозчинні в кислотах, а також у розчинах лугів. Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ +2HNO3 Sr(NO3)2 + H2SO4 = SrSO4↓ + 2HNO3 Ca(NO3)2 + H2SO4 = CaSO4↓ + 2HNO3 Розчинність осадів зростає в ряду BaSO4, SrSO4, CaSO4; розчинність CaSO4 досить велика, і для повного видалення його з розчину застосовують етиловий спирт як висолювач. Перевести в розчин осади сульфатів барію, стронцію і кальцію можна шляхом багаторазової обробки (5-6 разів) насиченим розчином карбонату амонію (NH4)2CO3 при нагріванні та подальшим розчиненням карбонатів BaCO3, SrCO3 i CaCO3, що утворилися, в оцтовій кислоті CH3COOH. BaSO4↓ + Na2CO3 = BaCO3↓ + Na2SO4 BaCO3↓ + 2CH3COOH = Ba(CH3COO)2 + H2O + CO2 Сульфат кальцію, на відміну від сульфатів барію та стронцію, розчиняється в надмірі сульфату амонію (NH4)2SO4 з утворенням розчинної безбарвної комплексної сполуки CaSO4↓ + (NH4)2SO4 = (NH4)2 [Ca(SO4)2 ] Цю реакцію використовують в аналізі для відокремлення Ca2+ від Ba2+ та Sr2+. Виконання реакції До 1-2 мл розчину солей барію, стронцію та кальцію (в окремих пробірках) додати 3-4 краплини розведеної сірчаної кислоти. Утворюються білі осади. Дія загальних реагентів Їдкі луги (NaOH або KOH ) та гідроксид амонію NH4 OH, не заюруднені карбонатами (внаслідок поглинання СО2 з повітря), не осаджують катіони ІІІ аналітичної групи, тому що їхні гідроксиди є сильними основами і досить добре розчиняються у воді. Карбонати натрію Na2CO3 та амонію (NH4)2CO3 утворюють з іонами барію, стронцію та кальцію білі аморфні (на холоді) або кристалічні (при нагріванні) осади карбонатів, наприклад: Ba(NO3)2 + (NH4)2 CO3 = BaCO3↓ + 2NH4NO3 Осадження проводять у нейтральному або слабколужному середовищі при нагріванні. Осади легко розчиняються в оцтовій і розведених мінеральних кислотах (крім сірчаної), наприклад: BaCO3 + 2CH3COOH + Ba(CH3COO)2 + CO2↑ + H2O Гідрофосфат натрію Na2HPO4 у нейтральному середовищі утворює з іонами барію, стронцію та кальцію білі аморфні осади гідрофосфатів, наприклад: BaCl2 + Na2HPO4 = BaHPO4↓ + 2NaCl У лужному середовищі (навіть у слабколужному) утворюються білі кристалічні осади середніх солей, наприклад: 3Ba(NO3)2 + 2Na2HPO4 + 2NH4OH = Ba3(PO4)2↓ + 4NaNO3 + 2NH4NO3 + 2H2O Усі осади фосфатів та гідрофосфатів розчиняються в оцтовій, а також у розведених хлороводневій та нітратній кислотах. Оксалат амонію (щавлевокислий амоній (NH4)2C2O4 у нейтральному або слабколужному середовищі утворює з іонами барію, стронцію та кальцію білі дрібнокристалічні осади оксалатів, наприклад: Ba(NO3)2 + (NH4)2C2O4 = BaC2O4↓ + 2NH4NO3 Усі осади добре розчиняються в розведених HCl i HNO3. В оцтовій кислоті при кип’ятінні частково розчиняються ВаC2O4 i SrC2O4, а CaC2O4 не розчиняється. Реакцію з оксалатом амонію використовують при аналізі для виявлення іонів кальцію в розчині, але тільки після відокремлення барію і стронцію. Хромат калію K2CrO4 у нейтральному середовищі утворює з іонами барію та стронцію жовті порошкоподібні осади, наприклад: Ba(NO3)2 + K2CrO4 = BaCrO4↓ + 2KNO3 Осад SrCrO4 утворюється лише при досить великій концентрації іонів стронцію в розчині. Осади добре розчиняються в розведених хлороводневій та нітратній кислотах. В оцтовій кислоті не розчиняється осад BaCrO4. Цю властивість використовують в аналізі для виявлення іонів барію в присутності стронцію та кальцію, а також для відокремлення іонів Ва2+. Гексаціаноферат (ІІ) калію К4 [Fe(CN)6 ] утворює з іонами кальцію та барію білі дрібнокристалічні осади, наприклад: Ca(NO3)2 + K4[Fe(CN)6] = K2Ca[Fe(CN)6]↓ + 2KNO3 У присутності солей амонію утворюються менш розчинні сполуки: Ca(NO3)2 + NH4Cl + K4[Fe(CN)6] = CaNH4K[Fe(CN)6]↓ + KCl + 2KNO3 Осади нерозчинні в оцтовій кислоті. Реакцію з K4[Fe(CN)6] використовують при аналізі для виявлення іонів кальцію, але лише після відокремлення барію. Характерні реакції на катіони ІІI аналітичної групи Реакції іонів Ва2+ Дихромат калію K2Cr2O7 утворює з іонами барію жовтий осад хромату барію BaCrO4. 2Ba(NO3)2 + K2Cr2O7 + H2O = 2BaCrO4↓ + 2KNO3 + 2HNO3 Утворення осаду ВаCrO4 зумовлюється тим, що внаслідок гідролізу (взаємодія дихромат-іонів з водою) у розчині, крім іонів Сr2O72-, присутні також іони СrO42-: Cr2O72- + H2O = 2CrO42- + 2H+ Хромат барію менш розчинний, ніж дихромат. Саме тому і випадає осад ВаCrO4. Хромат барію добре розчиняється в розведених хлороводневій та нітратній кислотах. Тому реакцію виявлення Ва2+ проводять у присутності ацетату натрію СН3СООNa. При цьому сильна кислота замінюється слабкою - оцтовою, в якій хромат барію не розчиняється: K2Cr2O7 + 2BaCl2 + H2O + 2NaCH3COO = 2BaCrO4 ↓ + 2KCl +2NaCl + 2CH3 COOH Іони стронцію та кальцію не заважають виявленню іонів барію цією реакцією. Заважають іони металів, які утворюють нерозчинні в оцтовій кислоті хромати (наприклад, Pb2+, Ag+, Hg22+, Hg2+). Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі барію додати 3-4 краплини розчину ацетату натрію СН3СООNa і 3-4 краплини розчину дихромату калію. Утворюється жовтий осад. Родизонат натрію утворює з іонами барію червоний осад родизонату барію: O O OONa O + Ba(NO3 )2 =Ba + 2NaNO3 OONa O O O Осад не розчиняється в оцтовій і розведеній хлороводневій кислотах. Реакцію проводять у солянокислому розчині. В цих умовах іони стронцію та кальцію не заважають виявленню іонів барію. Виконання реакції На смужку фільтрувального паперу нанести 2 краплини розчину родизонату натрію і ще 2 краплини розведеної хлороводневої кислоти. У центр плями, що утворилася, помістити краплину розчину солі барію. Утворюється червоний осад родизонату барію. Забарвлення полум’я Леткі солі барію (хлориди, нітрати) забарвлюють полум"я пальника у жовтозелений колір. Заважають іони Cu2+, Na+ та деякі інші. Реакції іонів Sr2+ Гіпсова вода - насичений розчин СaSO4 - утворює з іонами Sr2+ білий дрібнокристалічний осад (каламуть) сульфату стронцію: Sr(NO3)2 + CaSO4 = SrSO4↓ + Ca(NO3)2 Реакцію проводять при нагріванні майже до кипіння, осад утворюється через деякий час. Іони Ва2+ і Pb2+ заважають виявленню Sr2+, утворюючи осади при кімнатній температурі та відразу ж після додавання гіпсової води. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі стронцію додати 0,5-1 мл гіпсової води. Вміст пробірки нагріти до кипіння. Утворення осаду спостерігають через 5-10 хвилин потому. Родизонат натрію утворює з іонами стронцію червоно-бурий осад родизонатту стронцію: O O OONa O + Sr(NO3 )2 = Sr + 2NaNO3 OONa O O O Осад розчиняється в розведеній хлороводневій кислоті. Реакцію проводять у нейтральному середовищі. Іони кальцію і лужних металів не заважають цій реакції. Іони барію заважають виявленню іонів стронцію цією реакцією. Виконання реакції На смужку фільтрувального паперу нанести краплину розчину солі стронцію та змочити вологу пляму краплиною родизонату натрію. Пляма забарвлюється в бурувато-червоний колір. Якщо пляму змочити розведеною хлороводневою кислотою, вона знебарвлюється. Забарвлення полум’я Леткі солі стронцію забарвлюють полум’я пальника в карміново-червоний колір. Заважають іони кальцію та деякі інші. Реакції іонів Са2+ Оксалат амонію (щавлевокислий амоній) (NH4)2C2O4 з іонами кальцію утворює білий дрібнокристалічний осад оксалату кальцію СаС2О4: Ca(NO3)2 + (NH4)2C2O4 = CaC2O4↓ + 2NH4NO3 Оксалат кальцію розчиняється в мінеральних кислотах і не розчиняється в оцтовій кислоті. Реакцію проводять у нейтральному або оцтовокислому середовищі. Іони Ba2+ i Sr2+ заважають виявленню іонів Ca2+. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі кальцію додати 0,5-1 мл розчину оксалату амонію. При цьому з концентрованого розчину відразу, а з розведеного поступово випадає білий дрібнокристалічний осад. Гексаціаноферат (ІІ) калію K4[Fe(CN)6] утворює з іонами кальцію в присутності хлориду амонію NН4Cl білий дрібнокристалічний осад: Ca(NO3)2 + NH4Cl + K4[Fe(CN)6] = KCl + 2KNO3 + CaNH4K[Fe(CN)6]↓ Реакцію проводять у нейтральному середовищі. Іони барію заважають виявленню іонів кальцію. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі кальцію додати 2-3 краплини розчину хлориду амонію і 0,5-1 мл розчину гексаціаноферату (ІІ) калію. Утворюється білий осад. Забарвлення полум’я Леткі солі кальцію забарвлюють полум"я пальника в цеглисто-червоний колір. Заважають іони стронцію та деяких інших елементів. Лабораторна робота № 1 Аналіз суміші катіонів І, II та III аналітичних груп І група: NH4+, K+, N+ ІІ група: Pb2+, Ag+, Hg22+ ІІІ група: Ba2+, Sr2+, Ca2+ Виявлення NH4+. До 0,5-1 мл розчину, що досліджується, додати 1-2 мл розчину NaOH, суміш нагріти майже до кипіння. Аміак, що виділяється, визначити за запахом або за допомогою червоного лакмусового папірця, змоченого водою (червоний колір змінюється на синій). Відокремлення Pb2+, Ag+ i Hg22+. До 2-3 мл розчину задачі додати 2 мл розведеної хлороводневої кислоти. Осаду, що утворився, дати трохи відстоятися і перевірити на повноту осадження, додавши до розчину ще 2-3 краплини HCl. Осад відфільтрувати, прозорий фільтрат зібрати в пробірку і залишити для виявлення іонів, які в ньому знаходяться. Осад: PbCl2, AgCl, Hg2Cl2 (PbCl2 осаджується частково). Розчин: NH4+, K+, Na+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Pb2+ (залишок). Осад на фільтрі промити 3-4 рази хлороводневою кислотою (промивну рідину відкинути). Виявлення Pb2+. Лійку з осадом помістити над чистою пробіркою. Осад на фільтрі обробити 3-5 мл гарячої води. (Воду нагріти до кипіння в іншій пробірці). До окремої порції одержаного розчину додати один із характерних реагентів на іони свинцю: йодид калію (реакція "золотого дощу") або розчин сірчаної кислоти (утворення білого осаду сульфату свинцю). Виявлення Ag+. Лійку з осадом, що залишився, помістити над іншою чистою пробіркою. Осад на фільтрі обробити 2-3 мл розчину NH4OH. До одержаного прозорого розчину додати розчин нітратної кислоти до кислої реакції середовища (останнє перевірити за допомогою синього лакмусового папірця). Утворення білого осаду (каламуті) свідчить про наявність іонів Ag+ . Виявлення Hg22+. Почорніння осаду на фільтрі при обробці розчином аміаку (див. виявлення Ag+) вказує на присутність іонів Hg22+ у досліджуваному розчині. Відокремлення домішки Pb2+. До фільтрату, одержаного після відокремлення Pb2+, Ag+ i Hg22+, додати краплинами розчин аміаку до лужної реакції середовища (перевірити рожевим лакмусовим папірцем) і потім ще 1-2 краплини. Осад, що утворився, відфільтрувати і відкинути. Осад: Pb(OH)2 Розчин: NH4+, K+, Na+, Ba2+, Sr2+, Ca2+ Фільтрат використати для виявлення K+, Na+, Ba2+, Sr2+, Ca2+. Виявлення K+ i Na+. 2-3 мл одержаного після відокремлення Pb(OH)2 фільтрату помістити у фарфорову чашечку, випарити досуха на пісочній бані, потім чашечку із залишком прожарити на відкритому полум’ї пальника до припинення виділення білого диму і ще 1-2 хвилини. Після охолодження чашечки до сухого залишку додати 1-2 мл дистильованої води і перемішати паличкою. 1-2 краплини одержаного розчину помістити на скляну пластинку і перевірити повноту видалення NH4+ реактивом Неслера. При негативній реакції на іони амонію 1-2 краплини прозорого розчину із фарфорової чашечки помістити на скляну пластинку і для виявлення іонів калію додати 2-3 краплини розчину гексанітрокобальтату (ІІІ) натрію. Утворення жовтого осаду свідчить про наявність іонів калію в досліджуваному розчині. Виявлення Na+. Краплину прозорого розчину з фарфорової чашечки помістити на скляну пластинку і додати 2-3 краплини розчину цинкуранілацетату Zn(UO2)3(CH3COO)8. При наявності в досліджуваному розчині іонів натрію утворюється зеленувато-жовтий осад. Виявлення Ba2+, Sr2+, Ca2+. До частини фільтрату, який залишився після відокремлення Pb(OH)2, додати 23 мл розчину карбонату амонію (NH4)2CO3, суміш трохи нагріти. Перевірити повноту осадження додавши ще 1-2 краплини розчину (NH4)2CO3. Осад відфільтрувати (фільтрат відкинути). Осад: BaCO3, SrCO3, CaCO3. Лійку з осадом помістити над чистою пробіркою, осад на фільтрі обробити 3-4 мл оцтової кислоти СН3СООН. В одержаному розчині виявити іони Ba2+, Sr2+ i Ca2+. Виявлення Ва2+. До 1-2 мл одержаного розчину додати 3-4 краплини ацетату натрію CH3COONa і розчин дихромату калію K2Cr2O7 до забарвлення рідини над осадом в оранжевий колір, що свідчить про наявність надлишку реактиву. Осад: BaCrO4 (жовтого кольору). Розчин: Sr2+, Ca2+. Осад відфільтрувати і відкинути. Фільтрат дослідити на вміст Sr2+ i Ca2+. Виявлення Sr2+. До 1 мл одержаного прозорого фільтрату додати 1 мл гіпсової води (насичений розчин сульфату кальцію CaSO4 ). Суміш нагріти до кипіння і дати постояти 5-10 хвилин. Випадає білий дрібнокристалічний осад, що свідчить про наявність стронцію в розчині. Виявлення Са2+. До 1 мл розчину, одержаного після розчинення осадів карбонатів BaCO3, SrCO3, CaCO3 в оцтовій кислоті CH3COOH, додати 2 мл розчину сульфату амонію (NH4)2SO4. Осад: BaSO4, SrSO4, CaSO4 (частково). Розчин: (NH4)2[Ca(SO4)2] Осад відфільтрувати і відкинути. До прозорого фільтрату додати 0,5-1 мл розчину оксалату амонію (NH4)2C2O4 або 1-2 краплини розчину аміаку і 0,5-1 мл розчину гексаціаноферату (ІІ) калію K4[Fe(CN)6]. Утворення білих осадів у першому і другому випадках свідчить про наявність іонів кальцію в досліджуваному розчині. Контрольні запитання 1. Назвати малорозчинні солі катіонів І, ІІ та ІІІ аналітичних груп. 2. Який реагент слід використати, щоб розчинити осади: а) хлориду свинцю; б) йодиду ртуті (І); в) сульфіду срібла; г) хромату свинцю; д) сульфату барію; е) оксалату кальцію ? 3. Який реагент слід використати, щоб відділити: а) іони кальцію від іонів стронцію; б) іони амонію від іонів калію; в) іони барію від іонів кальцію; г) іони свинцю від іонів барію; д) іони срібла від іонів кальцію; е) іони свинцю від іонів срібла і ртуті (І) ? 4. До окремих порцій розчину, що містить катіони І-ІІІ аналітичних груп, додали: а) (NH4)2CO3 + NH4OH + NH4Cl - випав білий осад; б) NaOH - розчин залишився прозорим; в) K4[Fe(CN)6] + NH4Cl - розчин залишився прозорим. Що можна сказати про склад розчину? Присутність чи відсутність яких катіонів можна вважати доведеною? 5. До окремих порцій розчину, що містить катіони І-ІІІ аналітичних груп, додали: а) K2Cr2O7 + CH3COONa - утворився жовтий осад; б) NaOH - утворився білий осад; в) Zn(UO2)3(CH3COO)8 - утворився світло-салатовий осад. Присутність чи відсутність яких катіонів можна вважати доведеною? Тема 4. Вивчення реакцій на катіони ІV аналітичної групи До ІV аналітичної групи належать іони металів, гідроксиди яких мають амфотерні властивості й розчинні в надлишку лугу: Al3+, Cr3+, Zn2+, As (III, V), Sn (II, IV), Be2+, Ga3+, In3+, Ge4+. Груповим реагентом є надмір лугу (NaOH або KOH). Дія групового реагенту З еквівалентною кількістю лугу NaOH (KOH) іони Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn (II, IV) утворюють білі осади гідроксидів Al(OH)3, Zn(OH)2, Sn(OH)2 i Sn(OH)4 та сіро-зелений осад Cr(OH)3; As (III,V) у розчинах (крім сильнокислих) знаходиться у вигляді аніонів AsO33- та AsO43- і не утворює осадів при дії лугів: Al(NO3)3 + 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaNO3 Cr(NO3)3 + 3NaOH = Cr(OH)3↓ + 3NaNO3 Zn(NO3)2 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + 2NaNO3 SnCl2 + 2NaOH = Sn(OH)2 ↓ + 2NaCl SnCl4 + 4NaOH = Sn(OH)4 ↓ + 4NaCl При дії надлишку лугу осади, що утворилися, розчиняються з утворенням комплексних іонів. При розчиненні Al(OH)3, Zn(OH)2, Sn(OH)2 та Sn(OH)4 утворюються безбарвні розчини, при розчиненні Cr(OH)3 розчин набуває темно-зеленого кольору. Al(OH)3 ↓ + NaOH = Na[Al(OH)4 ] Cr(OH)3 ↓ + NaOH = Na[Cr(OH)4 ] Zn(OH)3 ↓ + 2NaOH= Na2 [Zn(OH)4 ] Sn(OH)2 ↓ + 2NaOH= Na2 [Sn(OH)4 ] Sn(OH)4 ↓ + 2NaOH= Na2 [Sn(OH)4 ] Виконання реакцій До 0,5-1 мл розчинів солей катіонів IV аналітичної групи (в окремих пробірках) додати спочатку краплинами розчин NaOH; до осадів, що утворилися, додати надлишок (2-3 мл) NaOH. Дія загальних реагентів Гідроксид амонію NH4OH в еквівалентних кількостях утворює з іонами Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+ та Sn4+ осади гідроксидів. Іони AsO43- та AsO33- при дії NH4OH осадів не утворюють. У надмірі NH4OH розчиняється лише осад Zn(OH)2 з утворенням безбарвного розчинного аміакату цинку Zn(OH)2 + 4NH4OH = [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O Всі осади гідроксидів розчинні в оцтовій та розбавлених мінеральних кислотах. Карбонат натрію Na2CO3, калію K2CO3 та амонію (NH4)2CO3 осаджують іони Al3+, Cr3+, Sn2+ та Sn4+ у вигляді відповідних гідроксидів, позаяк карбонати цих елементів повністю гідролізують у водних розчинах: 2AlCl3 + 3Na2CO3 = Al2(CO3)3 + 6NaCl Al2(CO3)3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2 або загалом 2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2 2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Cr(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2 SnCl2 + Na2CO3 +H2O = Sn(OH)2↓ + 2NaCl + CO2 SnCl4 + 2Na2CO3 + 2H2O = Sn(OH)4↓ + 4NaCl + 2CO2 2ZnCl2 + 2Na2CO3 + H2O = Zn2(OH)2CO3↓ + 4NaCl + CO2 Осад Zn2(OH)2CO3 розчиняється в надлишку (NH4)2CO3, в оцтовій та розбавлених мінеральних кислотах. Іони AsO33- та AsO43- з карбонатами осадів не утворюють. Гідрофосфат натрію Na2HPO4 утворює з іонами Al3+, Zn2+, Sn2+ та Sn4+ білі, а з Cr3+ - зеленуватий осади середніх фосфатів: AlCl3 + 2Na2HPO4 = AlPO4↓ + NaH2PO4 + 3NaCl CrCl3 + 2Na2HPO4 = CrPO4↓ + NaH2PO4 + 3NaCl 3ZnCl2 + 4Na2HPO4 = Zn3(PO4)2↓ + 2NaH2PO4 + 6NaCl 3SnCl2 + 4Na2HPO4 = Sn3(PO4)2↓ + 2NaH2PO4 + 6NaCl 3SnCl4 + 8Na2HPO4 = Sn3(PO4)2 ↓ + 4NaH2PO4 + 12NaCl Іони AsO33+ та AsO43+ з Na2HPO4 осадів не утворюють. Осади AlPO4 та CrPO4 нерозчинні в оцтовій кислоті, однак добре розчинні в розбавлених мінеральних кислотах та розчинах лугів. Осад Zn3(PO4)2 розчинний в оцтовій та мінеральних кислотах, а також у розчинах лугів та гідроксиду амонію. Тіосульфат натрію Na2S2O3, сірководень H2S та сульфід амонію (NH4)2S. Тіосульфат натрію Na2S2O3 та сірководень H2S у середовищі достатньо концентрованої (близько 6 н) НCl з іонами Sn2+, Sn4+, AsО33- та AsO43- при нагріванні утворюють осади сульфідів: шоколадно-коричневий SnS та жовті SnS2, As2S3, As2S5. Осади нерозчинні в розбавленій HCl , проте розчинні в 2 н HNO3 (при нагріванні) та в NaOH. Іони Al3+, Cr3+, Zn2+ та Sn2+ осаджуються при дії (NH4)2S у слабколужному середовищі (створюється додаванням NH4OH). При цьому іони Zn2+ та Sn2+ утворюють сульфіди ZnS та SnS, а іони Al3+ та Cr3+ внаслідок гідролізу їх сульфідів утворюють осади гідроксидів Al(OH)3 та Cr(OH)3. Zn(NO3)2 + (NH4)2S = ZnS↓ + 2NH4NO3 Al(NO3)3 + 3(NH4)2S + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3NH4NO3 + 3NH4 HS Cr(NO3)3 + 3(NH4)2S + 3H2O = 2Cr(OH)3↓ + 3NH4NO3 + 3NH4 HS Білий осад сульфіду цинку ZnS нерозчинний в оцтовій кислоті, проте добре розчиняється в розбавлених мінеральних кислотах. Іони Sn4+, AsO33- та AsO43- y лужному середовищі при дії (NH4)2S осадів не утворюють; у сильнолужному середовищі Sn2+ при дії (NH4)2 S також не осаджується. Характерні реакції на катіони Al3+ Їдкий натр NaOH з наступним додаванням сухого хлориду амонію NH4Cl. При дії на іони Al3+ надлишку NaОН утворюється безбарвний розчинний алюмінат натрію Na[Al(OH)4 ], який руйнується при додаванні сухого NH4Cl. При цьому утворюється білий аморфний осад Al(OH)3: Al(NO3)3 + 4NaOH = NaAl(OH)4 + 3NaNO3 NaAl(OH)4 + NH4Cl = Al(OH)3↓ + NaCl + NH4OH Виявленню алюмінію за допомогою цих реакцій заважають іони Cr3+ та Sn (II, IV). Виконання реакцій До 0,5-1 мл розчину солі алюмінію додати розчин NaOH до повного розчинення осаду, що утворився. Дoдати 2-3 мл води і дрібку сухого NH4Cl, суміш нагріти. Утворюється каламуть білого кольору. Алізарин S утворює з іонами Al3+ малорозчинну комплексну сполуку яскравочервоного кольору - алізариновий лак. Сполука розчинна в розбавлених мінеральних кислотах, але нерозчинна в оцтовій кислоті. Виявленню алюмінію заважають іони Сr3+, Zn2+, Sn2+ та інших металів, які утворюють малорозчинні гідроксиди. Для усунення впливу Сr3+ його переводять в СrO42-, а інші іони зв’язують у нерозчинні сполуки за допомогою К4[Fe(CN)6]. Виконання реакції (краплинний варіант) На смужку фільтрувального паперу помістити одну краплину розчину K4[Fe(CN)6] і в центр плями, що утворилася, - одну краплину досліджуваного розчину. При цьому іони, що заважають, осаджуються у вигляді фероціанідів і залишаються в центрі плями O OHOH OH + AlCl3 + 3NH4 OH = + 3NH4 Cl + 2H2 O SO3 NaSO3 Na O O а іони Al3+ за рахунок капілярних сил дифундують на периферію. Щоб прискорити цей процес, слід нанести в центр плями одну-дві краплини дистильованої води. Пляму обробти газуватим аміаком (потримати фільтрувальний папір над отвором склянки з концентрованим розчином NH4OH). Після цього нанести на периферійну частину плями 1-2 краплини розчину алізарину S та знову обробити газуватим аміаком. За вказаних умов сам реактив (алізарин S) набуває фіалкового забарвлення. Тому, для підвищення контрастності слід обробити пляму розбавленим розчином оцтової кислоти. У присутності алюмінію спостерігається червонорожева пляма на жовтому фоні (алізарин S має жовте забарвлення в оцтовокислому середовищі). Характерні реакції на катіони Сr3+ Щоб виявити іони Сr3+, їх найчастіше окиснюютть до хромат (CrO42-)- або дихромат (Cr2O72-)-іонів. Процес окиснення може відбуватись як у лужному, так і в кислому середовищі. У лужному середовищі для окиснення Сr3+ використовують пероксид водню Н2О2, пероксид натрію Nа2О2, бромну воду (розчин Вr2 у воді), хлорну воду (розчин Сl2 у воді) та інші. Найчастіше окиснення іонів Сr3+ до хромат-іонів у лужному середовищі проводять за допомогою пероксиду водню: 2CrCl3 + 3H2O2 + 10NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaCl + 8H2O 2 Cr3+ - 3e + 8OH- = CrO42- + 4H2O 3 O22- + 2e = 2O2- Реакцію проводять у присутності надміру NаОН у розчині. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить Сr3+, додати 2-4 мл розчину NаОН, вміст пробірки добре перемішати, потім додати 5-10 краплин розчину Н2О2. Після припинення бурхливої реакції вміст пробірки нагріти до кипіння (обережно!). Додавання Н2О2 і нагрівання повторювати доти, доки темно-зелене забарвлення розчину не зміниться на чисто-жовте. Наявність іонів СrO42-, що утворилися, треба підтвердити, використовуючи один із таких реактивів: а) хлорид барію BaCl2. Частину отриманого розчину підкислити оцтовою кислотою СН3СООН до кислої реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем) і додати кілька краплин розчину BaCl2. Na2CrO4 + BaCl2 = BaCl2↓ + 2NaCl У присутності CrO42- утворюється жовтий осад хромату барію. б) бензидин H2 N NH2 На смужку фільтрувального паперу нанести одну краплину розчину бензидину; у центр плями, що утворилася, нанести одну краплину розчину, що одержали. Поява насичено-синього забарвлення вказує на наявність іонів СrO42- у розчині (утворюється продукт окиснення бензидину хромат-іонами). Виявленню СrO42- заважають деякі інші окисники, що окиснюють бензидин з утворенням такого ж самого синього продукту реакції. Для окиснення Cr3+ до дихромат-іонів Cr2O72- у кислому середовищі можна використовувати персульфат амонію (NH4)2S2O8, діоксид свинцю PbO2, вісмутат натрію NaBiO3 та ін. Як приклад розглянемо реакцію з вісмутатом натрію. 2Cr(NO3)3+3NaBiO3+6HNO3=H2Cr2O7+3NaNO3+3Bi(NO3)3+2H2O 1 2Cr3+ - 6e + 7H2O = Cr2O72- + 14H+ 3 BiO3- + 2e + 6H+ = Bi3+ + 3H2O Реакцію проводять у присутності надміру HNO3. Виконання реакції До 3-4 краплин розчину, що містить іони Сr3+, додати 1-2 мл НNO3 і дрібочку сухого NаBiO3; вміст пробірки нагріти до кипіння. Наявність іонів Сr2O72- підтверджують реакцією одержання надхромової кислоти. Для цього до приблизно 1 мл розчину, що отримали, додати 5-10 краплин пероксиду водню, 3-4 краплини H2 SO4 та 1 мл ефіру. Вміст пробірки злегка струсити; у присутності іонів Сr2O72- верхній органічний шар забарвлюється в синій колір внаслідок утворення надхромої кислоти Н2CrO6 (пероксид хрому СrO5). Забарвлення швидко зникає. K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2H2CrO6 + K2SO4 + 3H2O K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2CrO5 + K2SO4 + 5H2O Характерні реакції на катіони Zn2+ Сірководень Н2S у творює з іонами Zn2+ білий осад ("каламуть") сульфіду цинку ZnS. Zn(NO3)2 + H2S = ZnS↓ + 2HNO3. Реакцію проводять у середовищі оцтової кислоти, оскільки осад розчинний у мінеральних кислотах, але нерозчинний в оцтовій кислоті; до реакційної суміші додають також ацетат натрію СН3COONa. Zn(NO3)2 + H2S + 2CH3COONa = ZnS↓ + 2NaNO3 + 2CH3COOH Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі цинку додати 3-4 краплини розчину СН3COONa та 5-7 краплин розчину Н2S. Утворюється каламуть білого кольору. Виявленню цинку цією реакцією заважають іони, які утворюють з Н2S сульфіди, нерозчинні в оцтовій кислоті (до них належать: усі катіони ІІ аналітичної групи; Sn2+ та Sn4+ з ІV аналітичної групи; усі катіони V та VI аналітичних груп). Осад ZnS утворюється і в лужному середовищі; у цьому випадку як реагент використовують сульфід натрію Na2S. У цих умовах катіони ІV аналітичної групи не заважають виявленню цинку. Фероціанід калію К4[Fe(CN)6] утворює з іонами Zn2+ білий осад ("каламуть") подвійної солі К2Zn3[Fe(CN)6]2 Осад розчинний у NaOH (KOH) та NH4OH. Реакцію проводять у кислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Zn2+, додати 0,5-1 мл розчину К4[Fe(CN)6]. Утворюється каламуть білого кольору. Всі катіони, які утворюють осади з К4[Fe(CN)6], заважають виявленню Zn2+. Характерні реакції на катіони Sn2+ та Sn4+ Сірководень Н2S утворює з іонами Sn2+ та Sn4+ відповідно шоколаднокоричневий та жовтий осади сульфідів, нерозчинні в розбавленій НCl: H2SnCl4 + H2S = SnS↓ + 4HCl H2SnCl6 + 2H2S = SnS2↓ + 6HCl Реакції проводять у середовищі 0,3-6 н HCl. Обидва сульфіди розчинні в концентрованій НCl; SnS2 розчиняється також у NаОН. При взаємодії з концентрованою НNO3 осади SnS та SnS2 перетворюються на білий осад нерозчинної олов"яної кислоти Н2SnO3. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Sn2+ або Sn4+, додати 3-4 краплини концентрованої НСl і декілька краплин розчину H2S . Утворюєтться шоколадно-коричневий (SnS) або жовтий (SnS3) осад. Усі катіони, які в цих умовах утворюють осади з Н2S, заважають виявленню Sn2+ та Sn4+ . Солі вісмуту (ІІІ) BiCl3 або Bi(NO3)3 відновлюються катіонами Sn2+ до металевого вісмуту, забарвленого в чорний колір. 3SnCl2 + 2BiCl3 + 18NaOH = 2Bi↓ + 3Na2SnO3 + 12NaCl + 2H2O 3 Sn2+ - 2e = Sn4+ 2 Bi3+ + 3e = Bi0 Реакцію проводять у сильнолужному середовищі. Іони Sn4+ перед виявленням необхідно відновити до Sn2+ за допомогою металевого заліза. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Sn2+, додати розчин NаОН до повного розчинення білого осаду Sn(ОН2, який утворюється на початку реакції. До прозорого розчину додати 2-3 краплини розчину ВіCl3 або Ві(NO3)3 . Утворюється чорний осад. Виявленню олова заважають іони Hg22+, Hg2+, Ag+. Солі ртуті (І та ІІ) т а срібла відновлюються іонами Sn2+. Кінцевим продуктом відновлення є металева ртуть, забарвлена в чорний колір, або срібло (відповідно). 2HgCl2 + SnCl2 = Hg2 Cl2 ↓ + SnCl4 ; Hg2 Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SnCl4 2AgNO3 + SnCl2 + 2HCl = 2Ag↓ + SnCl4 + 2HNO3 2Hg2+ + 2e = Hg22+ Реакцію проводять у кислому середовищі (НСl). Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину SnCl2 додати 1-2 краплини розчину Hg2(NO3)2 або Hg(NO3)2. Утворюється сірий осад, який з часом чорніє. Іноді з"являються дрібненькі краплини ртуті. Виявленню олова заважають іони Ag+. Диметилгліоксим (реактив Чугаєва) (скорочено позначають Н2Dm) утворює з іонами Sn2+ у присутності Fe2+ забарвлену в червоний колір сполуку, до складу якої входять Sn2+, Fe2+ та H2Dm. Сполука здатна екстрагуватися бутиловим або ізобутиловим спиртом. Виконання реакції До 1 мл розчину, що містить іони олова, додати 3-4 краплини концентрованої НСl, залізні ошурки і прокип"ятити протягом 1-2 хвилин. Розчин охолодити і додати лужний розчин H2Dm до лужної реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем), а потім іще 1 мл. Знову додати НСl до кислої реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем), додати 1 мл бутилового або ізобутилового спирту та струсити вміст пробірки. У присутності олова органічний шар (верхній) набуває червоного кольору. Для порівняння необхідно провести "сліпий" дослід. Виявленню олова не заважають інші катіони. Характерні реакції на іони AsO33+ та AsO43- Сірководень Н2S з іонами AsO33- та AsO43- утворює жовті осади сульфідів As2S3 та As2S5: 2Na3AsO3 + 3H2S + 6HCl = As2S3↓ + 6NaCl + 6H2O 2Na3AsO4 + 5H2S + 6HCl = As2S5↓ + 6NaCl + 8H2O Реакції проводять у середовищі 6 н НСl при нагріванні. Обидва сульфіди розчинні в NаОН, НNО3 (при нагріванні), NН4ОН, проте нерозчинні в НСl. Виконання реакції До 1 мл розчину солі арсену додати 1 мл концентрованої НСl, вміст пробірки підігріти й додати декілька краплин розчину Н2S. Утворюється жовтий осад. Виявленню арсену заважають усі іони, що утворюють сульфіди, нерозчинні в НСl (Pb2+, Ag+, Hg22+, Hg2+, Sn2+, Sn4+, Bi3+ та ін.). Нітрат срібла AgNO3 утворює з іонами AsO33- та AsO43- осади Ag3AsO3 та Ag3AsO4 жовтого та коричневого кольору відповідно. Na3AsO3 + 3AgNO3 = Ag3AsO3↓ + 3NaNO3 Na3AsO4 + 3AgNO3 = Ag3AsO4↓ + 3NaNO3 Осади нерозчинні в СН3СООН, проте розчинні в НNО3 тa NH4 OH. Реакцію проводять у нейтральному або оцтовокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі арсену додати 3-4 краплини розчину AgNO3. Утворюється жовтий (Ag3AsO3) або коричневий (Ag3AsO4) осад. Виявленню арсену заважають іони, які утворюють забарвлені осади з AgNO3. Магнезіальна суміш (суміш MgCl2, NH4OH та NH4Cl) утворює з іонами AsO43- білий дрібнокристалічний осад ("каламуть") подвійної солі магніюамонію арсенату МgNH4AsO4. Na2HAsO4 + MgCl2 + NH4OH → MgNH4AsO4↓ + 2NaCl + 2H2O Реакцію проводять у слабколужному середовищі, у присутності NH4Cl. Осад розчиняється в CH3COOH та в мінеральних кислотах. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Mg2+, додати краплинами розчин NH4OH до утворення незначного осаду ("каламуті"), потім додати дрібку сухого хлориду амонію NH4Cl та 3-4 краплини розчину Na2HAsO4. Утворюється білий осад. Усі іони, які утворюють малорозчинні сполуки з Mg2+ та AsO43-, заважають виявленню арсену. Молібденова рідина (суміш молібдату амонію (NH4)2MoO4 та HNO3) при нагріванні утворює з іонами АsO43- дрібнокристалічний яскраво-жовтий осад амонійної солі арсеномолібденової гетерополікислоти. H3AsO4 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 = = (NH4)3[As(Mo12 O40 )]↓ + 21NH4NO3 + 12H2O Реакцію проводять у присутності надлишку НNO3. Осад нерозчинний у НNO3, проте розчинний у NаOH. Виконання реакції До 1 мл розчину, що містить іони АsO43-, додати 5-6 мл молібденової рідини. Вміст пробірки нагріти майже до кипіння та залишити приблизно на 5 хвилин. Утворюється яскраво-жовтий осад. Іони АsO33- не рагують з молібденовою рідиною. Щоб їх виявити, потрібно попередньо окиснити їх до АsO43- концентрованою азотною кислотою або Н2O2. Виявленню АsO43- заважають іони PO43-. Металевий цинк відновлює AsO33- та AsO43- до газуватого арсину AsH3, наприклад: Na3AsO4 + 4Zn + 5NaOH + 7H2O = 4Na2 [Zn(OH)4 ] + AsH3↑ 1 AsO43- + 8e + 11H+ = AsH3 + 4H2O 4 Zn0 - 2e = Zn2+ Реакцію проводять у лужному середовищі. АsH3 , що виділяється, виявляють за допомогою смужки фільтрувального паперу, змоченого розчином AgNO3; смужка чорніє внаслідок виділення металічного срібла за реакцією 6AgNO3 + AsH3 = AsAg3 ⋅3AgNO3 ↓ +3HNO3 AsAg3 ⋅3AgNO3 + 3H2 O =H3 AsO3 + 3HNO3 + 6Ag↓ Виконання реакції До 2 мл розчину NаОН додати 1-2 гранули металевого цинку. Вміст пробірки нагріти до початку реакції розчинення та додати 3-4 краплини розчину солі арсену. Пробірку закрити ватним тампоном, змоченим розчином ацетату свинцю Рb(CH3COO)2 (для поглинання можливої домішки сірководню). Зверху пробірку закрити фільтрувальним папером, змоченим розчином АgNO3. У присутності арсену на папері через декілька хвилин з’являється темна пляма. Розчин йоду І2 знебарвлюється, якщо його додавати до розчину, що містить іони АsO33-; це відбувається внаслідок окиснення арсеніту до АsO43-. Na3AsO3 + I2 + H2O = Na3AsO4 + 2HI AsO33- - 2e + H2O = AsO43- + 2H+ I2 + 2e = 2I- Реакцію проводять у слабколужному середовищі (створюють за допомогою бікарбонату натрію NаHCO3). Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони АsO33-, додати 3-4 краплини розчину NаHCO3, а потім, краплинами, розчин І2, який знебарвлюється. Виявленню АsO33- заважають більшість відновників. Тема 5. Вивчення реакцій на катіони V аналітичної групи До V аналітичної групи належать катіони: Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+, Sb(III і V). Груповим реагентом є розчин лугу NаОН. Дія групового реагенту Іони Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+ утворюють з груповим реагентом аморфні осади гідроксидів, а Sb (ІІІ і V) - осади відповідних кислот. FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4 Fe(NO3)3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaNO3 Mn(NO3)2 + 2NaOH = Mn(OH)2↓ + 2NaNO3 Mg(NO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2NaNO3 Bi(NO3)3 + 3NaOH = Bi(OH)3↓ + 3NaNO3 При вивченні реакцій на Sb (ІІІ і V), як правило, використовують солянокислі розчини, в яких стибій знаходиться у вигляді сполук H3[SbCl6] та H[SbCl6]. H3[SbCl6] + 6NaOH = HSbO2↓ + 6NaCl + 4H2O H[SbCl6] + 6NaOH = HSbO3↓ + 6NaCl + 3H2O Усі осади, крім Fe(OH)2 та Fe(OH)3, білого кольору. Осад Fe(OH)3 має червоно-буре забарвлення, Fe(OH)2 - блідо-зелене. Осади Fe(OH)2, Fe(OH)3, Mn(OH)2, Mg(OH)2, Bi(OH)3 нерозчинні в надлишку NаОН. Щoйно осаджені HSbO2 та HSbO3 добре розчинні в надлишку NаОН. Усі осади добре розчинні в соляній кислоті; в азотній кислоті розчинні всі, за винятком HSbO2 та HSbO3. Осади Fe(OH)2 та Mn(OH)2 окиснюються киснем повітря і набувають з часом бурого забарвлення. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 Виконання реакцій До 0,5-1 мл розчинів солей Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+, [SbCl6]3- та [SbCl6]- (в окремих пробірках) додати по 3-4 краплини розчинy NаОН (у випадку [SbCl6]3- та [SbCl6]- додати по 5-10 краплин NаОН). Дія загальних реактивів Виконання реакцій Усі реакції із загальними реактивами виконувати таким чином: у серію пробірок вмістити по 0,5 мл солей іонів, які вивчають, і додати по 3-4 краплини відповідного реактиву. Гідроксид амонію NН4ОН взаємодіє з іонами V аналітичної групи аналогічно NаОН і утворює з ними такі самі осади гідроксидів. Осади Fe(OH)3, Bi(OH)3, HSbO2 та HSbO3 не розчиняються в надлишку NH4OH. Mn(OH)2, Mg(OH)2 та Fe(OH)2 розчином NН4ОН осаджуються не повністю; у присутності солей амонію розчинність цих осадів значно підвищується. Карбонати натрію Nа2СО3, калію К2СО3 та амонію (NН4)2СО3 утворюють з іонами Fe2+ та Mn2+ білі осади карбонатів FeCO3 та MnCO3; Fe3+ утворює червоно-бурий осад основної солі Fe(OH)CO3, який при кип’ятінні переходить у гідроксид Fe(OH)3; Mg2+ утворює білий осад основної солі Mg2(OH)2CO3, розчинної у присутності солей амонію; Ві3+ утворює осад Ві(ОН)3; Sb(III) та Sb(V) - осади HSbO2 та HSbO3 відповідно. Іони Fe2+, Mn2+ та Mg2+ карбонатом амонію (NH4)2 CO3 осаджуютться не повністю. Гідрофосфат натрію Nа2НРО4 утворює з іонами Fe2+ та Mg2+ білі осади гідрофосфатів FeHPO4 та MgHPO4. Іони Mn2+, Fe3+ та Bi3+ утворюють осади середніх фосфатів: білі - Mn3(PO4)2 та BiPO4, жовтий - FePO4. Усі осади, за винятком FePO4 та BiPO4, розчинні в оцтовій кислоті СН3СООН. Осад FePO4 розчиняється в мінеральних кислотах (HCl, HNO3, H2SO4); ВіРО4 розчиняється в НСl, проте погано розчинний в HNO3 (розбавленій). Фери- та фероціанід калію K3[Fe(CN)6] та K4[Fe(CN)6] утворюють з іонами Fe2+, Fe3+, Mn2+ та Bi3+ осади різного складу та забарвлення. Mg2+ та Sb (III, V) з цими реагентами не взаємодіють. Осади Fe3[Fe(CN)6]2 та Fe4[Fe(CN)6]3 забарвлені настільки інтенсивно, що можуть бути використані для виявлення іонів Fe2+ та Fe3+ у присутності багатьох інших іонів у розчині. Сульфід амонію (NH4)2S у нейтральному або слабколужному середовищі утворює з іонами Fe2+, Fe3+, Mn2+ та Bi3+осади сульфідів: чорні - FeS, Fe2S3, Bi2S3 та тілесний - MnS; іони Mg2+ та Sb (III i V) осадів не утворюють. Осади FeS, Fe2S3, MnS розчинні в CH3COOH, HCl та HNO3. Осад Bi2S3 розчинний лише в НNO3 при нагріванні. Сірководень Н2S та тіосульфат натрію Na2S2O3 у середовищі розбавленої НСl при нагріванні утворюють з іонами Ві3+, [SbCl6]3- та [SbCl6]- чорний осад сульфіду вісмуту Ві2S3 та оранжеві осади сульфідів стибію Sb2S3 та Sb3S5, нерозчинні в розбавленій НСl. Sb2S3 та Sb2S5 розчинні в концентрованій НСl, а Bi2S3 - у розбавленій НNO3 при нагріванні. Характерні реакції на катіони Fe2+ Фериціанід калію (червона кров"яна сіль) K3[Fe)CN)6] утворює з іонами Fe2+ темно-синій осад турнбулевої сині. 3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN6]2↓ + 3K2SO4 Реакцію проводять у нейтральному середовищі або в середовищі розбавленої НСl. Виконання реакції У пробірку вміщують одну краплину розчину солі Fe2+ і додають 3-4 краплини розчину К3[Fe(CN)6]. Утворюється темно-синій осад. Інші катіони не заважають виявленню катіона Fe2+. Заважають луги. 2,2'-дипіридил ( ) утворює з іонами Fe2+ розчинну N N комплексну сполуку, забарвлену в червоний колір. Реакцію проводять у середовищі розбавленої НСl. Виконання реакції На скляну пластинку помістити 1 краплину розчину солі Fe2+, 1 краплину розведеної НСl і 2-3 краплини розчину 2,2'-дипіридилу. Розчин забарвлюється в червоний колір. Характерні реакції на катіони Fe3+ Фероціанід калію ("жовта кров"яна сіль") К4[Fe(CN)6] утворює з іонами Fе3+ темно-синій осад берлінської блакиті (лазурі). Реакцію проводять у нейтральному середовищі або в розбавленому розчині НСl. Виконання реакції На скляну пластинку помістити 1 краплину розчину солі Fе3+ і додати 3-4 краплини розчину К4[Fe(CN)6]. Утворюється темно-синій осад. Виявленню Fе3+ заважають іони Сu2+ та луги. Роданід амонію NH4SCN утворює з іонами Fе3+ розчинну комплексну сполуку, яка має насичене червоне забарвлення. Fe(NO3)3 + 6NH4SCN + (NH4)3[Fe(SCN)6] + 3NH4NO3 Реакцію проводять у слабкокислому середовищі. З водного розчину сполуку можна екстрагувати органічним розчинником - аміловим спиртом. Червоне забарвлення комплексу не з’являється в присутності фториду натрію NаF, який зв’язує іони Fе3+ у більш стійкий безбарвний комплекс. Fe(NO3)3 + 6NaF = Na3[FeF6] + 3NaNO3 Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Fе3+, додати 1 мл розчину NН4SCN . Розчин забарвлюється в насичено-червоний колір. У присутності іонів Cu2+, Hg22+, Hg2+, Bi3+ та деяких інших необхідно додавати великий надмір NН4SCN. Характерні реакції на катіони Mn2+ Для виявлення Мn2+ необхідно окиснити його до перманганат-іонів МnO4-, при цьому розчин набуває рожево-фіолетового забарвлення. Окиснення можна проводити як у кислому, так і в лужному сердовищі. У кислому середовищі як окисники використовують дихромат калію К2Cr2O7, діоксид свинцю РbO2, вісмутат натрію NaBiO3 та ін. Наприклад: 2Mn(NO3)2 + 5NaBiO3 + 16HNO3 = 2HMnO4 + 5Bi(NO3)3 + 7H2O + 5NaNO3 2 Mn2+ - 5e + 4H2O = MnO4- + 8H+ 5 BiO3- + 2e + 6H+ = Bi3+ + 3H2O Реакцію проводять у розчині НNO3 з дуже розбавленим розчином солі марганцю. Виконання реакції У пробірку помістити 1 краплину розчину, що містить іони Мn2+, додати 5-6 мл НNO3 і дрібку сухого NaВіО3. Розчин набуває рожево-фіалкового забарвлення. Ця реакція дає можливість виявити Мn2+ у присутності всіх катіонів. У лужному середовищі як окисники використовують: пероксид водню Н2О2, пероксид натрію Na2О2, хлорну воду (розчин Сl2 у воді), бромну воду (розчин Вr2 у воді). Всі ці окисники окиснюють Мn2+ до чотиривалентного. І лише гіпоброміт натрію NaBrO в присутності каталізатора (розчин CuSO4)) і при нагріванні окиснює Мn2+ до перманганат-іонів МnO4-, забарвлених у рожевофіолетовий колір. Цю реакцію проводять у сильнолужному середовищі, використовуючи дуже розбавлений розчин солі Мn2+. CuSO4 2MnCl2 + 5NaBrO + 6NaOH → 2NaMnNO4 + 5NaBr + 4NaCl + 3H2O to 2 Mn2+ - 5e + 8OH- = MnO4- + 4H2O 5 BrO- + 2e + H2O = Br- + 2OH- Виконання реакції У пробірку помістити 1(!) краплину розчину, що містить іони Мn2+, додати 1 краплину розчину CuSO4 і 5-6 мл щойно виготовленого розчину NaBrO. Вміст пробірки добре перемішати, нагріти до кипіння (обережно!), прокип’ятити 1 хвилину і залишити на деякий час. Розчин над осадом набуває рожевофіалкового забарвлення. Виявленню Мn2+ за допомогою цієї реакції не заважають інші катіони. Характерні реакції на катіони Mg2+ Магнезіальна суміш (Na2 HPO4 в суміші з гідроксидом амонію NH4 OH та хлоридом амоніюNH4 Cl) утворює з іонами Мg2+ білий дрібнокристалічний осад магнійамонійфосфату. NH4 Cl Mg(NO3)2 + NH4OH + Na2HPO4 → MgNH4PO4↓ + 2NaNO3 + H2O Осад розчинний в оцтовій кислоті та розбавлених мінеральних кислотах. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі магнію додати 1-2 краплини NН4ОН. Після появи невеликої каламуті додати сухий NН4Сl до її повного зникнення. Після цього до прозорого розчину додати 3-4 крапллини розчині Nа2НРО4. Утворюється білий осад. Виявленню Мg2+ заважають більшість катіонів ІІ, ІІІ, ІV, V та VІ аналітичних груп. Титановий жовтий (органічний реагент) утворює в сильнолужному середовищі з іонами Мg2+ яскраво-рожевий осад. Виконання реакції У пробірку внести 5-6 краплин розчину солі магнію, додати 5-6 краплин щойно виготовленого розчину титанового жовтого, 2 мл розчину NаОН і добре перемішати. Утворюється яскраво-рожевий осад. Усі катіони, які утворюють з NаОН малорозчинні гідроксиди, заважають виявленню магнію. Характерні реакції на катіони Ві3+ Гідроліз (взаємодія з водою) . При розведенні водою розчини солей вісмуту легко гідролізують з утворенням білих осадів основних солей, наприклад: BiCl3 + H2O = BiOCl↓ + 2HCl Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі вісмуту додати 5-6 мл Н2О. З"являється каламуть білого кольору. Виявленню Ві3+ заважають іони Sb (III, V) та Sn (II, IV). Хлорид олова (ІІI) SnCl2 у сильнолужному середовищі відновлює іони Ві3+ до металевого вісмуту, який має чорне забарвлення. 2BiCl3 + 3SnCl2 + 18NaOH = 2Bi↓ + 3Na2SnO3 + 12NaCl + 9H2O 2 Bi3+ + 3e → Bi0 3 Sn2+ - 2e → Sn4+ Виконання реакції В окрему пробірку внести 0,5-1 мл розчину хлориду олова (ІІ), додати до нього розчин NаОН, поки не розчиниться утворений спочатку білий осад Sn(ОН)2. До отриманого таким чином прозорого розчину додати 2-3 краплини розчину, що містить іони Ві3+. Утворюється чорний осад. Виявленню Ві3+ заважають іони Hg22+, Hg2+та Ag+ (частково Pb2+). Йодид калію КI утворює з іонами Ві3+ чорний осад йодиду вісмуту ВіІ3, який легко розчиняється в надмірі КІ з утворенням оранжевого розчинного комплексу К[ВіІ4 ]. Bi(NO3)3 + 3KI = BiI3↓ + 3KNO3 BiI3 + KI (надмір) = K[BiI4 ]. Реакцію проводять у кислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Ві3+, додавати краплинами розчин КІ (1-2 краплини). До чорного осаду, що утворився, додати надлишок розчину КІ. Осад розчиняється і набуває оранжевого кольору. Виявленню Ві3+ заважають іони Fe3+, Hg22+ Sb (V) та багато окисників. Тіосечовина SC(NH2)2 утворює з іонами Ві3+ розчинну комплексну сполуку, забарвлену в червоно-оранжевий колір Bi[SC(NH2)2]9Cl3. Реакцію проводять у солянокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Ві3+, додати дрібку сухої тіосечовини. Розчин забарвлюється в червоно-оранжевий колір. Виявленню Ві3+ заважають іони Fe3+, Hg22+ та Sb (V). Негативну дію стибію можна усунути, якщо додати виннокислий натрій Nа2С4Н4О6, який утворює зі стибієм стійкий безбарвний комплекс. Характерні реакції на катіони Sb (III, V) Гідроліз (взаємодія з водою). При розведенні водою кислі розчини, що містять сполуки стибію, легко гідролізують з утворенням білих осадів основних солей. Наприклад: H3SbCl6 + H2O = SbOCl↓ + 5HCl HSbCl6 + H2O = SbOCl3↓ + 3HCl Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі стибію (ІІІ або V) додати 5-6 мл Н2О. Утвориться каламуть білого кольору. Виявленню стибію заважають іони Bi3+, Sn2+ та Sn4+. Дія металів. Активні метали (Al, Zn, Sn, Fe) відновлюють Sb (III i V) із його сполук до вільного металу, який має в цьому разі вигляд чорних пухнастих пластівців. Наприклад: 2H3SbCl6 + 3Fe = 2Sb↓ + 3FeCl2 + 6HCl 2HSbCl6 + 5Fe = 2Sb↓ + 5FeCl2 + 2HCl Реакцію проводять у середовищі НСl. Виконання реакції У пробірку внести 0,5-1 мл розчину солі стибію, додати 1-2 краплини концентрованої НСl та залізні ошурки. З"являється чорний пухнастий осад. Виявленню стибію заважають усі метали, які в ряду напруг стоять праворуч від заліза. Сірководень Н2S із розчинів, що містять Sb (III i V) , осаджує оранжеві осади сульфідів Sb2S3 та Sb2S5. 2H3SbCl6 + 3H2S = Sb2S3↓ + 12HCl 2HSbCl6 + 5H2S = Sb2S5 + 12HCl Реакцію проводять у середовищі 3 н НСl. Обидва сульфіди розчинні в концентрованій НСl та в NаОН. При взаємодії з концентрованою НNО3 обидва сульфіди перетворюються на білий осад малорозчинної стибієвої кислоти НSbО3. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить сіль Sb(III) або Sb (V), додати 2-3 краплини концентрованої НСl і пропускати через розчин повільний струмінь Н2S. З"являється оранжевий осад. Усі катіони, які утворюють з Н2S у цих умовах забарвлені осади сульфідів, заважають виявленню стибію. Метиловий фіолетовий (органічний реагент) з іонами SbCl6- утворює іонний асоціат фіолетового кольору, який екстрагується органічними розчинникaми - толуолом або бензолом. Реакцію проводять у середовищі 1-2 н НСl. У реакцію з метиловим фіолетовим вступає лише щойноокислений стибій (V). Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить стибій (ІІІ) чи (V), додати 1-2 краплини концентрованої НСl та 3-4 краплини розчину двохлористого олова SnCl2 (для відновлення всього стибію до Sb (III)). Після цьoго додавати краплинами (!) 10%-ний розчин нітриту натрію NаNО2 до зникнення бурого забарвлення розчину, яке виникає спочатку, і потім ще 1-2 краплини. Розчин відстоюють 1-2 хвилини. При цьому стибій окиcнюється до Sb (V) (утворюється комплексний іон [SbCl6]-). Для видалення надлишку NаNО2 (який заважає подальшому проходженню реакції) до розчину додати суху сечовину СО(NH2)2 у такій кількості, щоб розчин перестав пінитись. Суміш розбавити водою до 5-6 мл, додати 2-3 краплини 0,2%-ного розчину метилового фіолетового та 1 мл толуолу. Вміст пробірки струшувати 1-2 хвилини. У присутності стибію органічний шар (верхній) набуває синього кольору. Для порівняння слід провести "сліпий" дослід. Інші катіони не заважають виявленню стибію. Тема 6. Вивчення реакцій на катіони VІ аналітичної групи До катіонів VІ аналітичної групи належать іони Со2+, Ni2+, Cu2+, Hg2+, Cd2+. Груповим реагентом є гідроксид амонію NH4ОН (у надмірі) у суміші з NH4Cl. Дія групового реагенту NH4ОН З невеликою кількістю гідроксиду амонію іони Co2+, Ni2+, Cu2+ та Cd2+ утворюють осади, спочатку основних солей, а далі - гідроксидів. Co(NO3)2 + 2NH4OH = Co(OH)2↓ + 2NH4NO3 Ni(NO3)2 + 2NH4OH = Ni(OH)2↓ + 2NH4NO3 Cu(NO3)2 + 2NH4OH = Cu(OH)2↓ + 2NH4NO3 Cd(NO3)2 + 2NH4OH = Cd(OH)2↓ + 2NH4NO3 Iони Hg2+ утворюють осад солі меркурамонію, наприклад, хлорид меркурамонію: HgCl2 + 2NH4 OH = NH2 HgCl + NH4 Cl + 2H2 O Осади Cd(OH)2 та NH2HgNO3 - білого кольору; осади Co(OH)2, Ni(OH)2 та Cu(OH2 забарвлені відповідно в рожевий, світло-зелений та блакитний колір. При дії надміру NН4ОН осади Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, а також і Cd(OH)2 розчиняються з утворенням комплексних сполук аміакатів. Утворення розчинного аміакату ртуті проходить при дії надлишку NН4ОН у суміші з хлоридом амонію NН4Сl (при нагріванні): NH2HgCl + 2NH4OH + NH4Cl = [Hg(NH3)4]Cl2 + 2H2O t0 Аміакати ртуті (ІІ) та кадмію - безбарвні, нікелю та міді - яскраво-синього кольору, кобальту - брудно-жовтого. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчинів солей катіонів VІ аналітичної групи (в окремих пробірках) додати спочатку краплинами розчин NН4ОН, до осадів, що утворилися, - концентрований розчин NН4ОН до повного розчинення цих осадів. У пробірку, що містить іони Нg2+, додати також дрібку сухого NН4Сl; суміш підігріти. Дія загальних реактивів Усі реакції із загальними реактивами виконувати таким чином: у декілька пробірок внести по 0,5 мл розчинів солей іонів, які вивчають, і додати по 3-4 краплини відповідного реагенту. Луги NаОН або КОН утворюють з усіма катіонами VІ аналітичної групи осади гідроксидів, нерозчинних у надлишку реагенту. Всі осади добре розчинні в мінеральних кислотах (НСl, НNО3, Н2SO4). Білий гідроксид ртуті Нg(ОН)2 досить швидко розкладається з утворенням жовтого оксиду ртуті (ІІ). Hg(OH)2 = HgO↓ + H2O Карбонати натрію Na2СО3, калію К2СО3 та амонію (NH4)2СО3 осаджують іони нікелю у вигляді зеленого карбонату NiСО3, а іони кобальту, ртуті, міді та кадмію - у вигляді основних солей: червоного Co2(OH)2CO3, червоно-бурого HgCO3 ⋅3HgO, зеленого Cu2(OH)2CO3 та білого Cd2(OH)2CO3. Усі осади легко розчинні в кислотах. Карбонати нікелю, а також основні карбонати коб альту, міді та кадмію розчинні також у NH4ОН та надмірі (NH4)2СО3. Гідрофосфат натрію Nа2HРО4 утворює з іонами Ni2+, Co2+, Cd2+ та Hg2+ осади середніх фосфатів: зелений Ni3(PO4)2, фіолетовий Co3(PO4)2, білі Cd3(PO4)2 та Hg3(PO4)2. Іони Cu2+ утворюють світло-блакитний осад змінного складу. Всі осади, за винятком Hg3 (PO4 )2 , розчинні в оцтовій та мінеральних кислотах, а також у гідроксиді амонію. Осад Hg3(РО4)2 добре розчинний лише в НСl Фери- та фероціанід калію K3[Fe(CN)6] та K4[Fe(CN)6] К3[Fe(CN)6] утворює червоно-бурий осад Со3[Fe(CN)6]2 та жовто-бурий Nі3[Fe(CN)6]2. Іони Cu2+, Hg2+ та Cd2+ осадів з цим реагентом не утворюють. З К4[Fe(CN)6] взаємодіють усі іони, крім Hg2+, з утворенням зеленуватого осаду Со2[Fe(CN)6], жовто-зеленого Nі2[Fe(CN)6], білого Cd2[Fe(CN)6], червоно-бурого Cu2[Fe(CN)6]. Осад Cu2[Fe(CN)6] забарвлений настільки інтенсивно, що використовується для виявлення іонів Cu2+ у присутності всіх інших катіонів у розчині (лише іони Fe3+ якоюсь мірою заважають виявленню Cu2+). Більшість осадів нерозчинні в розведеній НСl, проте розчинні в надлишку NН4ОН. Сульфід амонію (NH4)2S у нейтральному та слабколужному середовищі утворює з усіма катіонами VІ аналітичної групи осади сульфідів: жовтий CdS та чорні CoS, NiS, CuS, HgS. Щойно осаджені осади NiS та CoS розчиняються навіть в оцтовій кислоті. Через деякий час вони переходять у менш розчинну модифікацію і розчиняються лише в НNО3 при нагріванні. Осад CdS нерозчинний у розведеній НСl, проте досить добре розчинний у концентрованій НСl та розведеній НNО3. CuS нерозчинний у НСl, але добре розчинний у розведеній НNО3 при нагріванні. HgS pозчинний лише в коцентрованій НNО3 або в суміші концентрованої НСl та НNО3 (царській водці) при нагріванні. Сірководень Н2S у середовищі розбавленої НСl осаджує осади сульфідів CuS, HgS, CdS. Тіосульфат натрію Na2S2O3 осаджує із солянокислих розчинів при нагріванні лише сульфіди міді (І) та ртуті (ІІ). Іони Со2+, Ni2+ та Cd2+ не осаджуються Na2S2O3. Характерні реакції на катіони Со2+ Роданід амонію NН4SCN (розчин у аміловому спирті або ацетоні) утворює з іонами Со2+ розчинну комплексну сполуку, забарвлену в синій колір. Сполука нейстійка у водному розчині, але стає стійкою при вилученні (екстракції) її аміловим спиртом; органічний шар (верхній) набуває при цьому синього кольору ("синє кільце"). Со(NO3)2 + 4NH4SCN = (NH4)2[Co(SCN)4] = 2NH4NO3 Реакцію проводять у нейтральному або слабкокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі Со2+ додати 5-6 краплин розчину роданіду амонію NН4SCN в аміловому спирті (не перемішувати!). Шар амілового спирту набуває синього забарвлення. Виявленню Со2+ заважають іони Fe3+, Cu2+, Hg22+ та Hg2+. Шкідливий вплив Fe3+ усувають, додаючи до розчину, який аналізують, сухий фторид натрію NaF, який зв’язує іони Fе3+ у стійкий безбарвний комплекс Na3[FeF6]. Вплив Cu2+, Hg22+та Hg2+ усувають, додаючи суху тіосечовину SC(NH2)2 або тіосульфат натрію Na2S2O3, які в середовищі розбавленої НСl зв’язують ці іони в стійкі безбарвні комплексні сполуки. α-нітрозо-β-нафтол ( OH- реактив IІльїнського) утворює з іонами Со2+ червоний осад, нерозчинний у розбавлених мінеральних кислотах. Реакцію проводять у середовищі розбавленої НСl та при нагріванні. Виконання реакції Реакцію можна проводити в пробірці або на смужці фільтрувального паперу (краплинний варіант): а) до 0,5 мл розчину солі Со2+ додати 3-4 краплини НСl та 3-4 краплини щойно виготовленого розчину α-нітрозо-β-нафтолу і суміш нагріти. З’являється червоний осад; б) на смужку фільтрувального паперу вміщують 1 краплину розчину солі Со2+, 1-2 краплини НСl та 1-2 краплини розчину α-нітрозо-β-нафтолу. З’являється червона пляма. Виявленню Со2+ заважають іони Fe3+, Fe2+, Cu2+, Hg22+ та Hg2+, які утворюють забарвлені осади; проте всі ці осади, крім осаду з Fе3+, розчинні в НСl. Шкідливий вплив перелічених катіонів можна також усунути, додаючи фосфат амонію. Fе3+ зв’язують фторидом натрію NaF. Характерні реакції на катіони Ni2+ HOOH Диметилгліоксим: H3 C CH3 (скорочено позначають H2 Dm) утворює з іонами Ni2+ яскраво-рожевий осад, розчинний у мінеральних кислотах та лугах, проте погано розчинний у NН4ОН. Реакцію проводять у слабкому аміачному середовищі. Виконання реакції Реакцію можна проводити в пробірці або на смужці фільтрувального паперу (краплинний варіант): а) до 0,5 мл розчину солі Nі2+ додати розчин NН4ОН до появи запаху аміаку та 5-6 краплин спиртового розчину диметилгліоксиму (не перемішувати!). У верхній частині суміші утворюється яскраво-рожевий осад; б) на смужку фільтрувального паперу нанести одну краплину розчину солі Ni2+, 2 краплини розчину NН4ОН та 2-3 краплини розчину Н2 Dm. З’являється червоне забарвлення. Гідроксид амонію NН4ОН , якщо його взяти у надмірі, утворює з іонами Nі2+ розчинну комплексну сполуку - аміакат нікелю яскраво-синього кольору. Ni(NO3)2 + 6NH4OH = [Ni(NH3)6](NO3)2 + 6H2O Виконання реакції До 0,5 мл розчину солі Nі2+ додавати (краплинами!) розчин концентрованого NН4ОН, поки не розчиниться осад, що утворюється спочатку. Розчин набуває яскраво-синього кольору. Виявленню Nі2+ заважають іони Сu2+, які також у цих умовах утворюють яскраво-синій аміакат. У присутності іонів Со2+ синє забарвлення аміакату нікелю набуває зеленкуватого відтінку. У присутності катіонів, що утворюють з NН4ОН нерозчинні гідроксиди або розчинні аміакати, при виявленні Nі2+ необхідно додавати великий надмір NН4ОН та залишати суміш на деякий час для відстоювання осаду. Характерні реакції на катіони Cu2+ Фероціанід калію К4[Fe(CN)6] утворює з іонами Сu2+ червоно-бурий осад, малорозчинний у розбавлених мінеральних кислотах, проте розчинний у надмірі NН4ОН. 2Cu(NO3)2 + K4[Fe(CN)6] = Cu2[Fe(CN)6]↓ + 4KNO3 Реакцію проводять у нейтральному або слабкокислому середовищі. Виконання реакції До 1 краплини розчину солі Сu2+ додати 5-6 краплин розчину К4[Fe(CN)6]. Утворюється червоно-бурий осад. Виявленню міді певною мірою заважають іони Fе3+ та луги. Гідроксид амонію NН4ОН , якщо його взяти у надмірі, утворює з іонами Сu2+ розчинну комплексну сполуку - аміакат міді, забарвлений у яскраво-синій колір. Сu(NO3)2 +4NH4OH = [Cu(NH3)4](NO3)2 + 4H2O Виконання реакції До 0,5 мл розчину солі Сu2+ додати (краплинами!) розчин концентрованого NН4ОН до розчинення осаду, що утворився спочатку. Розчин набуває яскравосинього кольору. Виявленню Сu2+ заважають іони Nі2+. У присутності іонів Со2+ синє забарвлення аміакату міді набуває зеленкуватого відтінку. У присутності катіонів, що утворюють з NН4ОН малорозчинні гідроксиди або розчинні аміакати, необхідно при виявленні міді додавати великий надмір NН4ОН та залишати суміш на деякий час для відстоювання осаду. Йодид калію КІ при взаємодії з іонами Сu2+ виділяє вільний I2, який екстрагують органічним розчинником - бензолом. При цьому органічний шар (верхній) набуває рожево-фіалкового кольору. 2Cu(NO3)2 + 4KI = Cu2I2↓ + I2 + 4KNO3. Реакцію проводять у нейтральному або слабкокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5 мл розчину солі Сu2+ додати 1 мл бензолу та 5-6 краплин розчину КІ. Вміст пробірки струсити. Верхній шар набуває рожево-фіалкового забарвлення. Виявленню Сu2+ заважає Fе3+. Характерні реакції на катіони Нg2+ Металева мідь відновлює іони Нg2+ до Нg0 . Ртуть, що виділяється на поверхні мідної пластинки, утворює блискучу амальгаму. Нg(NO3)2 + Cu = Hg↓ + Cu(NO3)2 Реакцію проводять у слабкокислому середовищі (розбавлена НNО3). Виконання реакції На мідну пластинку нанести 1-2 краплини розчину солі Нg2+. Через 1-2 хвилини пластинку промити проточною водою і насухо витерти фільтрувальним папером. У присутності іонів Нg2+ утворюється блискуча ("нікельована") пляма. Виявленню Нg2+ заважають іони Hg22+ та Ag+. Двохлористе олово SnCl2 відновлює іони Hg2+ до Hg0 , яка в дрібнодисперсному стані має вигляд осаду чорного кольору. 2HgCl2 + SnCl2 = Hg2Cl2↓ + SnCl4 Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg0↓ + SnCl4 Реакцію виконують у солянокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5 мл розчину солі Нg2+ додати краплинами розчин SnCl2 до перетворення білого осаду Hg2Cl2, що утворюється спочатку, на чорний Нg0. Іони Ag+, Hg22+ та інших металів, що відновлюються розчином SnCl2 до вільних металів, заважають виявленню Нg2+. Йодид калію КI утворює з іонами Нg2+ червоно-оранжевий осад йодиду ртуті (ІІ). Осад нерозчинний у розбавлених кислотах, але розчинний у надлишку КІ з утворенням безбарвної комплексної сполуки К2[HgI4]. Нg(NO3)2 + 2KI = HgI2↓ + 2KNO3 НgI2↓ + 2KI = K2[HgI4] Реакцію проводять у нейтральному або слабкокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі Нg2+ додати (по одній!) 2-3 краплини розчину КІ. Утворюється червоно-оранжевий осад. Виявленню Нg2+ заважають іони Сu2+ та Ві3+. Характерні реакції на катіони Сd2+ Сірководень H2 S у середовищі розбавленої (0,3 н) НСl утворює з іонами Сd2+ жовтий осад, нерозчинний у розбавленій НСl, але розчинний у концентрованій НСl і розбавленій НNО3 при нагріванні. Сd(NO3)2 + H2S = CdS + 2HNO3 Реакцію проводять у середовищі розбавленої (близько 0,3 н) НСl. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину солі Сd2+ додати 2-3 краплини НСl та 5-6 краплин сірководневої води (розчин Н2S у воді). Утворюється жовтий осад. Виявленню Сd2+ заважають усі іони, які утворюють сульфіди, малорозчинні в кислотах. Тому перед виявленням Сd2+ необхідно відділити всі іони, що заважають. Цього досягають, осаджуючи їх тіосульфатом натрію Nа2S2O3 у середовищі розбавленої НСl. Іони Сd2+ тіосульфатом натрію не осаджуються. Лабораторна робота № 2 Хід аналізу суміші катіонів IV - VI аналітичних груп ІV група: Al3+, Cr3+, Zn2+, As(III, V), Sn (II, IV) V група: Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+, Sb (III, V) VІ група: Cu2+, Hg2+, Ni2+, Co2+, Cd2+. Досліджуваний розчин (задача) може бути прозорим, а може містити осад (залежно від кислотності середовища). Якщо розчин задачі містить осад, то для виявлення всіх катіонів беруть розчин разом з ним. Дробні реакції Виявлення Fe2+. Цю реакцію проводять у першу чергу, оскільки Fе2+ легко окиснюється киснем повітря до Fе3+. До 0,5 мл розчину задачі додати кілька краплин НСl та 1 мл розчину К3[Fe(CN)6]. Поява темно-синього осаду вказує на наявність Fe2+. Виявлення Мn2+. До 1-2 краплин розчину задачі додати 5-6 мл НNО3 та невеличку дрібку сухого вісмутату натрію NaВіО3. Поява рожево-фіалкового забарвлення свідчить про наявність Мn2+ у розчині. Виявлення Нg2+. До 1 мл розчину задачі додати 0,5 мл НNО3. У розчин внести мідну пластинку і через 1-2 хвилини промити її проточною водою та витерти насухо фільтрувальним папером (після цього добре вимити руки!). Поява на пластинці блискучої плями свідчить про наявність іонів ртуті в розчині. Виявлення Аs (III, V). До 1 мл розчину задачі додати 10-12 краплин концентрованої НNО3. Суміш у пробірці прокип’ятити протягом 1-2 хвилин (обережно!). Після цього додати 5-6 краплин молібденової рідини, нагріти до кипіння та залишити на 5-10 хвилин. Утворення яскраво-жовтого осаду вказує на наявність арсену в розчині. Виявлення Fе3+. До 0,5 мл розчину задачі додати кілька краплин НNО3 та 1 мл роданіду амонію NH4SCN або калію KSCN. Забарвлення розчину в насичено-червоний колір свідчить про наявність Fе3+. Виявлення Аl3+. Див. краплинний варіант реакції алюмінію з алізарином (с. ). Результат не можна вважати достовірним, необхідна перевірка при систематичному ході аналізу. Виявлення Sn (II, IV). До 2 мл розчину задачі додати 3-4 краплини концентрованої НСl та залізні ошурки, прокип’ятити суміш протягом 1-2 хвилин. Після охолодження суміші додати лужний розчин диметилгліоксиму H2 Dm до лужної реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем) і потім ще 1 мл. Додати НСl до кислої реакції середoвища (перевірити лакмусовим папірем). Потім додати 1 мл бутилового (або ізобутилового) спирту і збовтати вміст пробірки. У присутності олова органічний шар (верхній) набуває червоного кольору. Для порівняння провести "сліпий" дослід. Виявлення Cu2+. До 0,5 мл розчину задачі додати 2-3 краплини НСl та 10-12 краплин розчину К4[Fe(CN)6]. Суміш залишити на 2-3 хвилини. Утворення червоно-бурого осаду свідчить про наявність Сu2+ у розчині. Результат не можна вважати достовірним, необхідна перевірка при систематичному ході аналізу. Виявлення Sb (III, V). До 1-2 мл розчину задачі додати 1-2 краплини концентрованої НСl та 3-4 краплини розчину двохлористого олова SnCl2 . Після цього додавати краплинами (!) 10%-ний розчин нітриту натрію NаNO2, поки не зникне бурувате забарвлення, що спочатку утворюється, і ще 1-2 краплини. Розчин залишити на 2-3 хвилини, а потім, щоб позбутися лишку NаNO2, додавати до нього невеликими порціями суху сечовину СО(NO2)2, поки розчин не перестане пінитись. Суміш розбавляють водою до 5-6 мл, додають 2-3 краплини 0,2%-ного розчину метилового фіолетового та 1 мл толуолу. Суміш перемішують. У присутності стибію органічний шар (верхній) набуває синього кольору. Для порівняння провести "сліпий" дослід. Виявлення Ni2+: а) на смужку фільтрувального паперу нанести 1 краплину розчину задачі, 2 краплини насиченого розчину фосфату амонію (NH4 )3 PO4 (для зв’язування іонів, які заважають) і на периферію плями нанести 1-2 краплини спиртового розчину диметилгліоксиму. У присутності Nі2+ з’являється рожеве забарвлення; б) до 0,5 мл розчину задачі додати 2-3 мл розчину (NH4 )3 PO4 та 2-3 краплини розчину NH4ОН, добре перемішати скляною паличкою, а потім обережно (!) по стінці пробірки додати 1-1,5 мл спиртового розчину диметилгліоксиму (не перемішувати!). Утворення у верхній частині суміші яскраво-рожевого осаду свідчить про наявність Nі2+ у розчині. Виявлення Со2+: а) до 0,5 мл розчину задачі додати таку саму кількість за об’ємом тіосечовини і трохи NH4F. Суміш у пробірці струшувати 1-2 хвилини, дати відстоятись, а потім обережно по стінці пробірки додати 10-15 краплин роданіду амонію NH4SCN в аміловому спирті (не перемішувати!). У присутності Со2+ шар амілового спирту набуває синього кольору. б) на смужку фільтрувального паперу нанести 1 краплину розчину задачі, 2 краплини насиченого розчину фосфату амонію (NH4)3 PO4 (для зв"язування іонів, які заважають) і на периферію плями нанести 1-2 краплини розчину αнітрозо-β-нафтолу. У присутності Со2+ з’являється червоне забарвлення. Відокремлення та виявлення Zn2+, Cr3+, Al3+. До 1 мл розчину задачі додати 5-6 мл розчину NаОН і суміш добре перемішати скляною паличкою. Далі додавати (краплинами!) 10-12 краплин пероксиду водню Н2О2, поки не припиниться бурхлива реакція. Після цього суміш знову перемішати і нагрівати 1 хвилину. Додавання Н2О2 і нагрівання повторити ще 2-3 рази, осад Fe(OH)3, MnO(OH)2, Mg(OH)2, Bi(OH)3 , Cu(OH)2, HgO, Ni(OH)2, Co(OH)3 , Cd(OH)2 відфільтрувати та відкинути. Фільтрат CrO42-, Zn(OH)42-, Al(OH)4-, Sb(V), As(V), Sn(IV) зібрати в чисту пробірку й використати для виявлення Cr3+, Zn2+ та Al3+. Виявлення Сr3+. На смужку фільтрувального паперу нанести 1 краплину розчину бензидину і в центр плями - 1 краплину отриманого фільтрату. Поява насичено-синього забарвлення вказує на наявність хрому в розчині. Виявлення Zn2+. До 1-2 мл фільтрату додати 3-4 краплини розчину сульфіду натрію . Поява каламуті білого кольору свідчить про наявність цинку в розчині. Виявлення Al3+. Для виявлення Аl3+ необхідно попередньо видалити з отриманого фільтрату стибій та олово , що заважають виявленню. Для цього до 2-3 мл фільтрату додати краплинами(!) НNО3 до кислої реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем) і потім ще 5-6 краплин. Осад відфільтрувати і відкинути. Фільтрат використати для виявлення Al3+. Осад: Н3SbO4, Н2SnO3. Фільтрат: Al3+, Zn2+, Cr2O72-, AsO43- До 2 мл цього фільтрату додати краплинами (!) розчин NаОН до лужної реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем) і потім ще 1 мл. До отриманого розчину додати сухий NН4Cl до насичення. Вміст пробірки трохи підігріти. Утворення невеликого білого аморфного осаду свідчить про наявність Аl3+. Відокремлення та виявлення Mg2+, Bi3+, Cu2+ . До 1-2 мл розчину задачі додати 3-4 мл концентрованого розчину NН4ОН і суміш добре перемішати паличкою. Далі по краплині (!) додати 10-12 краплин пероксиду водню Н2О2, поки не припиниться бурхлива реакція. Суміш перемішати паличкою і нагрівати 1 хвилину. Додавання Н2О2 і нагрівання повторити ще 2-3 рази. Осад Mg(OH)2, Bi(OH)3, Fe(OH)3 , Al(OH)3, MnO(OH)2, NH2HgCl, H2SbO4, H2SnO3 відфільтрувати і використати для виявлення Mg2+ та Bi3+. Фільтрат [Cu(NH3)4]2+ , [Zn(NH3)4]2+ , [Ni(NH3)6]2+ , [Co(NH3)6]3+ , AsO43-, CrO42- зібрати в чисту пробірку й використати для виявлення Сu2+ . Виявлення Mg2+ . Осад на фільтрі промити тричі дистильованою водою. Воронку з осадом помістити над чистою пробіркою, осад на фільтрі обробити 3-4 мл насиченого розчину NН4Cl (приготувати в окремій пробірці). До отриманого прозорого та безбарвного pозчину додати 1-2 краплини розчину NН4OH і потім 3-4 краплини розчину гідрофосфату натрію Na2НРО4. Поява білого осаду свідчить до наявність магнію. Виявлення Ві3+. Частину осаду, який залишився на фільтрі, перенести за допомогою скляної палички в чисту пробірку і розчинити у невеликій кількості НСl (додавати краплинами!). В отриманому розчині перевірити наявність Ві3+: а) до 0,5 мл розчину додати 3-4 краплини розчину двохлористого олова SnCl2 для відновлення Fe3+ до Fe2+, потім по краплині(!) додати 5-6 краплин розчину йодиду калію КІ. Поява чорного осаду, який розчиняється у надлишку КІ з утворенням оранжевої розчинної комплексної сполуки КВіІ4, свідчить про наявність Ві3+; б) до 0,5 мл розчину додати 4-5 краплин розчину тартрату натрію Na2C4H4O6 і дрібку сухої тіосечовини SC(NH2)2. Поява червоно-оранжевого забарвлення свідчить про наявність Ві3+. Виявлення Cu2+. На скляну пластинку помістити 1-2 краплини підкисленого фільтрату і декілька краплин розчину фероціаніду калію К4[Fe(CN)6]. Дати суміші постояти 2-3 хвилини. Утворення червоно-бурого осаду свідчить про наявність міді. Контрольні запитання 1. Який реагент слід використати, щоб виявити: а) іони Zn2+ у присутності Al3+; б) іони Ni2+ у присутності Cu2+, Co2+, Hg2+; в) Hg2+ у присутності Co2+ та Ni2+; г) Cu2+ у присутності Fe3+ ; д) Fe3+ у присутності інших катіонів V аналітичної групи; е) Hg2+ у присутності інших катіонів IV, V та VI аналітичних груп; є) Mn2+ у присутності інших катіонів IV, V та VI аналітичних груп ? 2. Який реагент слід використати, щоб відділити: а) іони Zn2+ від Al3+; б) іони Cr3+ від Zn2+; в) Zn2+ від Hg2+ та Cu2+; г) Cd2+ від Hg2+, Cu2+ ? 3. Який реагент слід використати, щоб: а) відокремити Mg2+ із суміші осадів Mg(OH)2, Fe(OH)3, MnO(OH)2; б) розчинити осад Cr(OH)3; в) розчинити осад Ni(OH)2; г) розчинити осад NH2HgCl; д) не розчинився осад ZnS; е) не розчинився осад Cu2[Fe(CN)6] ? 4. До окремих порцій задачі на суміш катіонів IV, V та VI аналітичниих груп додали розчин таких реактивів: а) NаОН - випав білий осад, який не розчинився в надлишку NаОН і не побурів при зберіганні на повітрі; в) SnCl2 - не спостерігали ніякого ефекту. Що можна сказати про склад розчину? Які іони напевне відсутні в розчині? Наявність яких іонів можлива? 5. До окремих порцій розчину задачі на суміш катіонів IV, V, VI аналітичних груп додали такі реактиви: а) K3[Fe(CN)6] - випав синій осад; б) надмір NH4OH - розчин над осадом набув синього кольору; в) KSCN в аміловому спирті - ніякого ефекту не спостерігалось. Що можна скaзати про склад розчину? Відсутність або присутність яких іонів можна вважати доведеною? Наявність яких іонів можлива? 6. Який реагент слід використати, щоб виявити: а) Cu2+ у присутності інших катіонів VІ аналітичної групи; б) Sn (II, IV) у присутності інших катіонів ІV, V та VI аналітичних груп; в) Ві3+ у присутності інших катіонів IV, V та VI аналітичних груп; г) As (III, V) у присутності інших катіонів ІV, V та VI аналітичних груп? Тема 7. Вивчення реакцій на аніони Усі аніони поділяють на три аналітичних групи. І група: SO42-, CO32-, SO32-, SiO32-, PO43-, BO33-, (BO2-, B4O72-), F-, C2O42- та ін. Груповим реагентом є хлорид барію BaCl2 у нейтральному або слабколужному середовищі. ІІ група: Cl-, Br-, I-, S2-, SCN-, CN- та ін. Груповим реагентом є азотнокисле срібло AgNO3 у середовищі розбавленої HNO3. ІІІ група: NO2-, NO3-, CH3COO- та ін. Ця група не має групового реагенту. Вивчення реакцій на аніони І аналітичної групи Дія групового реагенту BaCl2 Хлорид барію з іонами SO42-, SO32-, CO32-, SiO32-, PO43-, BO33-, (BO2-, B4O72-), F- утворює білі осади відповідних солей. Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl Na2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ + 2NaCl Na2SO3 + BaCl2 = BaSO3↓ + 2NaCl Na2SiO3 + BaCl2 = BaSiO3↓ + 2NaCl 2Na3PO4 + 3BaCl2 = Ba3(PO4)2↓ + 6NaCl 2NaBO2 + BaCl2 = Ba(BO2)2↓ + 2NaCl 2NaF + BaCl2 = BaF2↓ + 2NaCl Усі реакції проводять у нейтральному або слабколужному середовищі. Осад сульфату барію BaSO4 не розчиняється в оцтовій СН3СООН та мінеральних (HCl, HNO3) кислотах. Осади карбонату барію ВаСО3 та сульфіту барію ВаSO3 розчиняються в СН3СООН, НСl та НNО3 з утворенням газоподібних СО2 та SО2 відповідно. Реакція ВаSO3 з СН3СООН відбувається дуже повільно. BaCO3↓ + 2CH3COOH = Ba(CH3COO)2 + CO2↑ + H2O BaSO3↓ + 2HCl = BaCl2 + SO2↑ + H2O Осади ВаСО3 та ВаSO3 розчиняються також при взаємодії з СО2 та SO2 відповідно, з утворенням розчинних кислих солей: BaCO3↓ + CO2 + H2O = Ba(HCO3)2 BaSO3↓ + SO2 + H2O = Ba(HSO3)2 Осади Ва3(РО4)2 та Ва(ВО2)2 легко розчиняються в оцтовій, соляній та азотній кислотах. Осад ВаSiO3 руйнується кислотами з утворенням желеподібного осаду силіцієвої кислоти Н2SiO3. Осади Ва(ВО2)2 та ВаSiO3 осаджуються лише з досить концентрованих розчинів, оскільки мають схильність до утворення пересичених розчинів. Осад ВаF2 не розчиняється в СН3СООН, але розчиняється в НСl та НNО3. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчинів, що містять аніони І аналітичної групи (в окремих пробірках), додати по 3-4 краплини розчину ВаCl2. Характерні реакції на сульфат-іони SO42- Хлорид барію ВаCl2 утворює з іонами SO42- білий дрібнокристалічний осад сульфату барію: Na2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2NaCl Осад не розчинний у розбавлених мінеральних кислотах та лугах, але частково розчиняється в концентрованій Н2SO4 з утворенням кислої солі: ВаSO4 + H2SO4(конц) =Ba(HSO4)2 Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони SO42-, додати 10-12 краплин НСl та 3-4 краплини розчину ВаСl2. Утворюється білий осад. Інші аніони не заважають виявленню SO42-. Характерні реакції на карбонат-іони СО32- Оцтова кислота СН3СООН та мінеральні кислоти (НСl, HNO3) виділяють із розчинів, що містять СО32-, вуглекислий газ: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑ Виконання реакції До 1-2 мл розчину, що містить іони СО32-, додати (по одній!) 3-4 краплини НСl. Після додавання кожної краплини кислоти вміст пробірки струшувати та спостерігати виділення дрібних бульбашок газу (СО2), який не має ні кольору, ні запаху. Виявленню СО32- заважають іони SO32-, S2-, NO2-. Характерні реакції на сульфіт-іони SO32- Соляна кислота НСl виділяє з розчинів, що містять іони SO32- , газуватий двооксид сірки (сірчистий ангідрид) SO2. Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2↑ Виконання реакції До 1-2 мл розчину, що містить іони SO32- , додати (краплинами!) 3-4 краплини НСl . Після додавання кожної краплини кислоти суміш у пробірці необхідно струшувати та спостерігати виділення дрібних бульбашок SO2 - безбарвного газу з різким запахом. Виявленню SO32- заважають іони CO32-, S2-, NO2-. Йодна вода (розчин I2 у воді) знебарвлюється, якщо до неї додавати розчин, що містить іони SO32- . При цьому відбувається окислення SO32- до SO42-. Na2SO3 + I2 + H2O = Na2SO4 + 2HI 1 SO32- - 2e + H2O = SO42- + 2H+ 1 I20 + 2e = 2I- Реакцію проводять у нейтральному або слабколужному середовищі. Виконання реакції До 2-3 мл розчину йодної води додати по краплині розчин, що містить іони SO32- . Спостерігається знебарвлення йодної води. Виявленню SO32- заважають іони S2- . Перманганат калію КМnО4 знебарвлюється при взаємодії з розчином, що містить іони SO32-, оскільки SO32- окислюється при цьому до SO42-. 5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O 2 MnO42- + 5e + 8H+ = Mn2+ + 4H2O 5 SO32- - 2e + H2O = SO42- + 2H+ Реакцію проводять у присутності Н2SO4. Виконання реакції До 2-3 мл розчину КМnО4 додати 4-5 краплин Н2SO4 і краплинами(!) розчин, що містить іони SO32-. Забарвлення перманганату послаблюється, згодом розчин знебарвлюється. Виявленню SO32- заважають іони S2-, I-, Br- та NO2-. Характерні реакції на силікат-іони SiO32- Хлорид амонію NH4Cl виділяє з розчинів, що містятть іони SiO32-, аморфний (желеподібний) осад силіцієвої кислоти (реакція краще проходить при нагріванні). Na2SiO3 + 2NH4Cl + 2H2O = H2SiO3 + 2NH4OH + 2NaCl Виконання реакції До 2-3 мл розчину, що містить іони SiO32- , додати дрібку сухого NH4Cl. Суміш підігріти. З"являється желеподібний осад. Інші аніони не заважають виявленню SiO32-. 3 - Характерні реакції на фосфат-іони РО4 Магнезіальна суміш (суміш MgCl2, NH4OH та NH4Cl) утворює з іонами РО43- білий дрібнокристалічний осад (каламуть) подвійної солі - магнійамонійфосфату. NH4Cl Na2HPO4 + MgCl2 + NH4OH → MgNH4PO4↓ + 2NaCl + H2O Реакцію проводять у слабколужному середовищі у присутності хлориду амонію NH4Cl. Осад розчинний у СН3СООН та в мінеральних кислотах (HCl, HNO3, H2SO4). Виконання реакції До 1-2 мл розчину, що містить іони РО43-, додати 1-2 краплини NН4ОН, дрібку сухого NН4Cl та 3-4 краплини розчину MgCl2. Утворюється білий осад. Усі іони, що утворюють малорозчинні сполуки з іонами Mg2+ та РО42-, заважають виявленню фосфат-іонів. Молібденова рідина (суміш молібдату амонію (NH4)2MoO4 та HNO3) утворює з іонами РО43- дрібнокристалічний лимонно-жовтий осад амонійної солі фосфорномолібденової гетерополікислоти. Na2HPO4 + 12(NH4)2MoO4 + 23HNO3 = = (NH4)3[P(Mo3O10)4]↓ + 21NH4NO3 + 2NaNO3 + 12H2O Реакцію проводять у надлишку HNO3 у розчині. Осад нерозчинний у HNO3, проте розчинний у NаОН. Виконання реакції До 1 мл розчину, що містить іони РО43-, додати 10-12 краплин концентрованої HNO3, нагріти до кипіння та прокип’ятити 2-3 хвилини. Після цього додати 5-6 мл молібденової рідини і знову нагріти, потім залишити на 5 хвилин. Утворюється яскраво-жовтий осад. Виявленню РО43- заважають іони AsO43- та SiO32-, утворюючи подібні за зовнішнім виглядом осади. Вплив цих іонів можна усунути, додаючи винну кислоту. Характерні реакції на борат-, метаборат- та тетраборат-іони BO33-, BO2-, B4O72- Метиловий спирт СН3ОН у присутності концентрованої H2SO4 утворює з боратами летку сполуку - борнометиловий ефір, який при згорянні забарвлює полум’я в яскраво-зелений колір. Виконання реакції 2-3 мл розчину, що містить іони ВО2- (ВО33- або В4О72-), внести до порцелянової чашки та випарити досуха. До сухого залишку додати 3-4 краплини концентрованої Н2SO4 та 10-15 краплин метилового спирту СН3ОН. Суміш у чашці перемішати паличкою та відразу (!) запалити. З’являються спалахи зеленого кольору. Виявленню ВО33-, ВО2- чи В4О72- не заважають інші аніони, заважають іони Cu2+ , Ba2+ . Характерні реакції на фторид-іони F- Сірчана кислота H2SO4. Для виявлення іонів F- використовують здатність фторидів при реакції з концентрованою H2SO4 виділяти газуватий фтористий водень НF, що призводить до руйнування скла (НF взаємодіє з SіО2 - складовою частиною скла). 2NaF + H2SO4 = 2HF↑ + Na2SO4 SiO2 + 4HF = SiF4↑ + 2H2O SiF4 + 4H2O = H4SiO4↓ + 4HF↑ Виконання реакції 3-4 мл розчину, що містить іони F-, внести до порцелянової чашки та випарити досуха. Сухий залишок перенести в пробірку, додати 3-4 краплини концентрованої H2SO4. Через 1-2 хвилини пробірку обережно (!) сполоснути водою. У присутності іонів F- дно пробірки стає матовим. Вивчення реакцій на аніони II аналітичної групи Дія групового реагенту AgNO3 Нітрат срібла утворює з іонами Cl-, Br-, I- та S2- осади відповідних солей. NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3 KBr + AgNO3 = AgBr↓ + KNO3 KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3 Na2S + 2AgNO3 = Ag2S↓ + 2NaNO3 Усі реакції проводять у середовищі розведеної (2н) НNО3. Білий осад хлориду срібла AgCl нерозчинний у розведених мінеральних кислотах, проте розчинний у NH4ОН та в 10-12%-ному розчині карбонату амонію (NH4)2СО3. Розчинність AgCl у (NH4)2СО3 використовують для відокремлення Сl- від іонів Вr- та І- і подальшого його виявлення. Жовтуватий осад броміду срібла AgBr нерозчинний у розведених кислотах та в розчині (NH4)2СО3, проте розчинний у NH4ОН. Світло-жовтий осад йодиду срібла AgI нерозчинний у жодному з перелічених реагентів. Чорний осад сульфіду срібла Ag2S нерозчинний у жодному з перелічених реагентів, проте при нагріванні розчиняється в 2н НNО3. Виконання реакцій До 0,5-1 мл розчинів, що містять аніони ІІ аналітичної групи, в окремих пробірках додати по 5-6 краплин НNО3 та по 3-4 краплини розчину AgNO3. Характерні реакції на хлорид-іони Cl- Нітрат срібла AgNO3 у середовищі розведеної НNО3 утворює з іонами Cl- білий осад хлориду срібла AgCl. На відміну від AgBr та AgI осад AggCl розчиняється в 10-12%-ному розчину карбонату амонію (NH4)2СО3, і це використовують для відокремлення Cl- від іонів Br- та I- і подальшого його виявлення. Іони Cl- виявляють у розчині за допомогою трьох послідовно проведених реакцій: а) NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3 - утворюється білий осад; б) AgCl + (NH4)2CO3 = [Ag(NH3)2]Cl + CO2 + H2O - осад AgCl розчиняється з утворенням безбарвного розчину аміакату срібла; в) [Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 = AgCl↓ + 2NH4NO3 або [Ag(NH3)2]Cl + KI + 2H2O = AgI↓ + KCl + 2NH4OH - знову утворюється білий осад AgCl або світло-жовтий осад AgI. Виконання реакції До 1-2 мл розчину, що містить іони Сl-, додати 10-12 краплин НNО3 та 2 мл розчину азотнокислого срібла AgNО3 (до припинення реакції утворення осаду AgCl ). Осад відфільтрувати, промити 3-4 рази водою. Лійку з осадом вставити в чисту пробірку й осад на фільтрі обробити 2-3 мл розчину карбонату амонію (NH4)2СО3. До отриманого прозорого фільтрату додати: а) розчин НNО3 до кислої реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем). Утворення білої каламуті вказує на наявність у досліджуваному розчині іонів Cl- ; б) розчин КІ - утворення світло-жовтого осаду вказує на наявність Сl- у досліджуваному розчині. Характерні реакції на бромід-іони Br- Хлорна вода (розчин Сl2 у воді) виділяє з розчинів, що містять іони Вr-, вільний бром Вr2, який екстрагується органічним розчинником бензолом. Органічний шар при цьому набуває жовтого або жовто-бурого кольору. бензол 2NaBr + Cl2 → Br2 + 2NaCl Бром, який при цьому виділяється, вступає в реакцію з надміром хлорної води. Утворюється блідо-жовта, майже безбарвна сполука ВrCl. Br2 + Cl2 = 2 BrCl Реакцію проводять у кислому середовищі. Виконання реакції До 1-2 краплин(!) розчину, що містить іони Вr-, додати 1 мл води, 2-3 краплини Н2SО4 та 1-1,5 мл бензолу. Після цього додавати хлорну воду порціями по 3-5 краплин, постійно перемішуючи суміш. Спостерігати спочатку появу жовтого забарвлення, а потім його послаблення. Виявленню Вr- заважають іони І-, а також велика кількість відновників у досліджуваному розчині. Характерні реакції на йодид-іони I- Хлорна вода (розчин Сl2 у воді) виділяє з розчинів, що містять іони І-, вільний І2, який екстрагується органічним розчинником бензолом. Органічний шар при цьому набуває рожево-фіолетового кольору: 2КІ + Сl2 → I2 + 2KI Йод, що виділяється, вступає в реакцію з надлишком хлорної води. При цьому утворюється безбарвна йоднувата кислота НІО3: І2 + 5Cl2 + 6H2O = 2HIO3 + 10HCl 1 I2 - 10e + 6H2O = 2IO3- + 12H+ 5 Cl2 + 2e = 2Cl- Реакцію проводять у кислому середовищі. Виконання реакції До 1-2 краплин(!) розчину, що містиить іони І-, додати 1 мл води, 2-3 краплини Н2SО4 та 1-1,5 мл бензолу. Після цього додавати хлорну воду порціями по 3-5 краплин і перемішувати суміш. Спостерігати спочатку появу рожевофіолетового забарвлення, а потім його зникнення. Виявленню І- заважають відновники у великій кількості. Солі міді (наприклад, сірчанокисла мідь CuSO4 ) виділяють з розчинів, що містять іони І-, вільний І2. бензол 2CuSO4 + 4KI → Cu2I2↓ + 2K2SO4 + I2 Реакцію проводять у слабкокислому середовищі. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони І-, додати 1-1,5 мл бензолу та 3-4 краплини розчину CuSO4. Збовтати вміст пробірки. Органічний шар набуває рожево-фіолетового забарвлення. Виявленню І- заважає наявність відновників у досліджуваному розчині. Нітрит натрію NaNO2 (або нітрит калію KNO2) у присутності кислоти (?) виділяє з розчинів, що містять І-, вільний І2. 2KI + 2NaNO2 + 4HCl = I2 + 2NO + 2KCl + 2H2O + 2NaCl 2I- - 2e = I2 NO2- + e + 2H+ = NO + H2O Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони І-, додати 2-3 краплини Н2SO4, 1-1,5 мл бензолу та 3-4 краплини розчину нітриту натрію NaNO2. Вміст пробірки збовтати. Оpганічний шар набуває рожево-фіолетового забарвлення. Виявленню І- заважає наявність великих кількостей відновників у досліджуваному розчині. Характерні реакції на сульфід-іони S2- Соляна кислота НСl виділяє з розчинів, що містять сульфід-іони S2-, сірководень H2S. Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S↑ Виконання реакції До 1-2 мл розчину, що містить іони S2-, додати (по одній!) 3-4 краплини НСl. Після додавання кожної краплини НСl вміст пробірки необхідно струшувати. Виділення газуватого сірководню H2S можна виявити: а) за характерним запахом; б) за почорнінням фільтрувального папірця, змоченого розчином ацетату свинцю Pb(CH3COO)2 . Внаслідок реакції Pb(CH3COO)2 + H2S = PbS↓ + 2CH3COOH утворюється чорний осад сульфіду свинцю PbS. Інші аніони не заважають виявленню S2- за цією реакцією. Нітропрусид натрію Na2[Fe(CN)5NO] у середовищі NаОН утворює з сульфід-іонами S2- червоно-фіалкову сполуку. Аніони SO32- утворюють з цим реагентом червоний продукт реакції, але лише в нейтральному середовищі, а в лужному не заважають виявленню S2-. Виконання реакції До 0,5-1 мл розчину, що містить іони S2-, додати 2-3 краплини розчину NаОН та 3-4 краплини розчину нітропрусиду натрію. З’являється червоно-фіалкове забарвлення. Інші аніони не заважають виявленню S2-. Солі кадмію (наприклад, нітрат кадмію Cd(NO3)2 )