1 курс / Химия / Lab_rab_po_analitich_khimii_kachestv_anz

Частны е реакции катион а F e .

Растворы

солей F e -

окраш ены в бледно-зелены й цвет, р а з­

бавленны е растворы бесцветны .

1.

Гидроксиды N aO H и

К О Н осаж даю т

катион F e '- в ви­

де гидроксида ж ел еза

F e (O H )2:

F e" + 2 0 H ' = F e ( 0 H ) s .

С веж еосаж денны й

осадок имеет

белый цвет.

Н а

воздухе

в результате частичного окисления кислородом

.в

Fe;(O H ) 3

осадок приобретает серо-зелены й цвет:

4 Fe (О Н ) 2 + 2 Н 20 + 0 2 = 4 F e ( O H ) s .

2.

Раствор аммиака

такж е

дает

с катионом

Fe

'

осадок

F e (O H )2, но осаж ден и е это

не полное, так как осадок

раство­

рим

в

аммонийны х

солях,

чем

отличается

от

F e (O H )3,

А 1(О Н ) 3 и С г(О .Н )8:

F e S 0 4 + 2 N H 40 H - * > F e (0 H ) 2 + (N H 4) 2S 0 4 .

3.

Феррицианид

калия K s[F e(C N )6] обр азует

с

катионом

Fe'*

синий

осадок

ф еррицианида

двухвалентного

ж ел еза

(турнбуллева

си н ь ):

3 F e ” +

2 [F e (C N )6],//

= F e3[F e (C N )6]2 .

О садок

не

растворяется

в кислотах. Катионы

Fe

и д р у ­

гие катионы пятой группы не м еш аю т этой реакции.

4.

Диметилглиоксим

(реактив

Ч угаева)

о бр азует

с

Fe '

внутрикомплексную соль карминово-красного цвета. Реакцию

выполняют капельным

методом .

Н а

часовое «ли

предм етное

стекло поместите каплю р а ­

створа Fe ', добавьте каплю реактива и каплю гидроксида

аммония. П оявляется

карм иново-красное окраш ивание.

О бнаруж ению

F e"

этой

реакцией м еш аю т катионы

М п "

и

N i" .

.

'

Частные

реакции

катиона Fe

"

•

Растворы

солей

« атиона

F e‘ 'и м ею т ж елтую

или

красно­

вато-бурую окраску.

1.

Гидроксиды N aO H

и

К О Н

даю т с

ионом

Fe

"красно-

бурый осадок

F e (O H )3, растворимы й в кислотах,

но н ераство­

римый в избы тке щелочи:

F e - + 3 0 H ' = F e ( 0 H ) 3

31

Реакцию м ож н о			проводить в		присутствии солей			аммония.
2.	Ферроцианид		калия K4[F e(C N )e]			о бр азует с		катионом
F e ” *	темно-синий осадок ф ерроцианида					трехвалентного ж е л е ­
за (берлинская л а з у р ь ):
	4Fe”-+ 3[Fe(CN)d,",= Fe4[Fe(CN)6]3.
Р еакцию лучш е			вести в слабокислы х растворах.					Катионы
F e “	и др уги е не м еш аю т открытию F e" '					этой реакцией.
3.	Роданид	аммония N H 4C N S			обр азует с		катионом F e'"
роданид ж ел еза		кроваво-красного цвета:
		F e -		+ 3 C N S /=	Fe(CNS)3.
Н аличие ионов			F e	' и других	ионов	пятой	ргуппы не		м е­
ш ает реакции.
		Частные реакции катиона М п "
Растворы солей			М п " имеют бледно-розовую				окраску,		р а з­
бавленны е растворы бесцветны .
1.	Гидроксиды N aO H и К О Н				осаж даю т катион М п " с о б ­

разованием белого осадка гидроксида м арганца, растворим ого

в кислотах,	но нерастворим ого в избы тке щелочи:
	Мп" + 2 О Н ' = М п (О Н ) 2 .
О садок	на в оздухе бы стро	буреет вследствие окисления
М п (О Н ) 2 до Н 2М п 0 3:
	2 М п (О Н ) 2 + 0 2 = 2 Н 2М п 0 3
2. Раствор аммиака д а ет с		катионом М п "	осадок гидро­
ксида м арганца. В присутствии		солей аммония	осаж ден и е не
происходит,	так как М п (О Н ) 2	подобно F e (O H ) 2 растворим
в аммонийны х солях.
3. Окисление катиона М п" в ион М п О /. Эта реакция и м еь
ет очень больш ое значение для		обнаруж ения	катиона М п",

так как позволяет открывать его в присутствии катионов всех

аналитических групп. В качестве	окислителей м ож но	исполь­
зовать диоксид свинца Р Ь 0 2	и персульф ат	аммония
(N H 4) 2S 20 8.

32

В озьм ите в пробирку нем ного		твердого		персульф ата		ам ­
мония, прибавьте 8 —	1 0 капель 2	н.	азотной	кислоты	и 2	кап­
ли раствора A g N 0 3	(к атал и затор ).		С месь нагрейте.		В н агре­

тую см есь, не вынимая пробирку из плам ени горелки, внесите

на палочке разбавленного раствора

соли

м арганца.

П оявля ­

ется м алиновая

окраска,

характерная

дл я

аниона

М п 0 4':

2 M nS 0 4 +

5 (NH4 )2S2 0 s +

8

Н 2Т) =

2 НМПО4

+

.5 (NH4)2 S0 4 +

7 H2 SO4 ,

2

M n" +

5 S20 8" +

8

H20

=

2 M n 0 4' +

10 SO*" +

16 H ',

К онцентрация соли м арганца

до л ж н а

быть

минимальной.

П ри больш ой

концентрации

катиона

М п “

образую щ ийся

ион

M nCV

восстанавливается до Н 2М п 0 3, вы падает бурый осадок .

Частные

реакции

катиона M g 1

1. Гидроксиды

N aO H

я

К О Н

обр азую т

с катионом

M g"

белый

аморфны й

осадок

M g (O H )2,

растворимы й

в

кислотах

и солях аммония.

2. Гидрофосфат натрия

N a 2H P 0 4

д а ет

с катионом

M g"

в присутствии

N H 4 O H

и

N H

4 C I

белы й

кристаллический

о са ­

д ок ф осф ата магния-аммония:

MgSCU + Na2 H P 0 4 +

NH4OH = .M gN H 4P 0 4 I

+

Na2S 0 4 + H20 ,

M g" +

H P 0 4" +

NH4OH. = MgNH4 P 0 4 + H20 .

Х лорид аммония добавляю т,

чтобы не

вы пал

аморфный

осадок гидроксида м арганца.

К

раствору

соли

магния

прибавьте

N H 4O H

,и

столько

N H 4 C I , чтобы

вы падаю щ ий

вначале

осадок

растворился. З а ­

тем к раствору добав ьте по каплям

N a 2H P 0 4 ,

перем еш ивая

содерж и м ое

пробирки.

В ы падает

кристаллический

осадок.

В отсутствии

N H 4O H

ион M g" дает

с

N a 2H P 0 4 м ало хар ак ­

терный аморфны й осадок M g H P 0 4.

Катионы всех групп, кроме первой, могут ме'.иать прове­

дению

этой реакции.

3.

Магнезон

(лара -н и тробензолазорезорц и н )

з

щ елочной

ср ед е

д а ет с катионом

M g "

синее

окраш ивание.

Щ елочной

раствор

м агнезона — красно-фиолетовы й «раси тель .

При. а д ­

сорбции

его

гидроксидом магния окраска

становится синей.

3 Зак, 12

•

33

В озьм ите в пробирку 1— 2 мл раствора соли магййй,		д о ­
бавьте 1— 2 мл щ елочного раствора реактива.	П оявляется
синяя окраска или синий осадок . Реакция идет при pH >		10.
Если раствор имеет кислую реакцию , появляется	ж елтая	ок-
раска. В этом случае к раствору надо добавить	щ елочи.	Р е ­
акции меш ает катион N H 4‘ .

Частные реакции катиона B i” ‘

1. Действие воды (гидролиз). Это одна из характерны х

реакций на висмут. При сильном разбавлении водой хлорид и нитрат висмута гидролизую тся с образованием м алораство­ римых основных солей:

		BiC ls +		2 Н 20 = B i (О Н ) 2С1 \ + Н С 1 .
О бразовавш аяся				основная	соль неустойчива,		вы деляет		м о­
лекулу воды,		обр азуя новую основную соль:
			B i(O H ) 2Cl' — ВЮС1 +			Н 20 .
Реакцию		гидролиза лучш е проводить с хлоридом висмута,
так как хлористы й висмутил					BiO C l	менее растворим ,			чем
нитрат висмутила B i 0 N 0 3.
Если используется нитрат					висмута, то необходим о			к	р а ­
створу добавить 2— 3 капли хлорида аммония N H 4C1.
2.	Гидроксиды N aO H и К О И даю т с катионом B i "							белый
осадок B i(O H )3, растворимый в кислотах.
3.	Восстановление катионов B i " до м еталлического								вис­
мута.	Х лористое		олово S nC l2		в щ елочной ср еде		восстанавли ­
вает	висмут-ион		до	м еталлического		висмута,	вы падаю щ его

ввиде черного осадка.

Реакцию ведут следую щ им образом : к раствору SnCla прибавляю т щ елочи до растворения образовавш егося вначале

осадка S n (O H )2. К		полученному	таким образом щ елочному
раствору	станнита	прибавляю т	несколько	капель	испы туе­
мого на	B i"' раствора. В присутствии Bi			" обр азуется		чер­
ный осадок м еталлического висмута.
Д л я	успеш ного	проведения	реакции	необходим о		брать
свеж еприготовленны й раствор S nC l2. О бнаруж ению					B i	этой
реакцией м еш аю т катионы A g \

34

Сводная таблица реакций катионов V аналитической группы

К а т и о н ы

Реактивы			F e”		F e'"		Mn"	|	Bi"'	Mg"
Р азбав­			--		-				Целый
ление	раст­								осадок
вора водой и									BiOCl
нагревание									или
(гидролиз)									BiONOa
Едкие ще­		Зелено­			Бурый оса­	Белый оса­			Белый	Белый оса­
лочи	(груп­ ватый осадок док Fe(O H ' ) 3					док			осадок	док
повой	реак­ F e(O H )2,			на		М п(О Н )2,			B i(O H ) 3	Mg(OHi) 2
тив)		воздухе		бу­		на	воздухе
		реет				буреет
Углекис­		Белый оса-			Бурый оса­	Белый оса­			Белый	Белый оса­
лый калий и док			F eC 0 3, док			док	МпСОз		осадок	док
натрий		буреот		на	FeOHCOe				ВЮНСОз (M gOH )2COs
		воздухе			1
Na2H P 0 4		Белый оса­			Ж елтова­	Белый оса­			Белый	Белый оса­
		док			тый осадок	док			осадок	док
		Fe3 (P 0 4) 2			F e P 0 4	Мп3 (Р 0		41)2	B iP 0 4	M g H P 0 4
K4[Fe(CN)e]		Белый оса­			Синий оса­	Зеленова­			Белый	-
		док			док	тый	осадок		осадок
		Fe2[Fe(CN)6]			F eJF e(C N )e]«Mn2[Fe(CNi) б]				(гидро­
		на	воздухе						лиз)
		синеет							BiOCl
K3[Fe(CN)e]		Синий оса­			—	Белый оса­			То же	—
		док				док
		Fe3[Fe(CN;)6]2				Mn3[Fe(CN- ) 6] 2
KCNS	или				Кроваво-				Ж елтая
n h 4c n s					красное ок­				ьли бу­
					рашивание				рая ок­
					раствора				раска
Щелочной		Белый оса­			Бурый оса­	Белый оса­			Черный
раствор		док F e(O H )2, док Fe(O H ) 3				док			осадок
SnCl2		буреет		на		М п(О Н )2,			Bi
		воздухе				буреет		на
						воздухе
3*										35

								Иродолжениё
	Реактивы			К а т и о н ы
		Fe"	F e -	!	Мп"	|	ВГ"	Mg”
	РЬОг или	—	—		Окисление			—
	(N H )2 S20 8				до М пО /
	в азотно-кис­				(малиновая
	лой среде				окраска)
	Диметнл-	Карминово­	—				--	---
	ГЛИОКСИМ	красная ок­
		раска
	Магнезон	—	—		—		- —	Синяя ок­
	в щелочном							раска

растиоре

Ход анализа смеси катионов V группы

О ткрытие катионов этой группы м ож но .производить д р о б ­

ным м етодом из отдельны х порций анализируем ого раствора.

Открытие катионов железа:

F e"	м ож но открыть		реакцией	с	ф еррицианидом				калия
K s[F e(C N )6] и реакцией с диметилглиоксимом .
F e " открывают ф ерроцианидом				калия K4[F e (C N )6]					в сол я ­
нокислой ср еде и роданидом аммония N H 4CN S.
Открытие катиона марганца производится окислением М п"
в М п О /	персульфатом		аммония	(N H ^ S j-O g		и	присутствии
H N 0 3 и A g;N 03.
Открытие катиона		висмута осущ ествляется					реакцией			со
свеж еприготовленны м		раствором		хлористого		олова		S n C b		в
сильнощ елочной ср еде		(восстановление Bi " до м еталлического
висм ута).
Открытие катиона		магния удобн о			производить			реакцией

со щ елочным раствором м агнезона. Катион M g" м ож но откры ­ вать гидроф осф атом натрия N a 2H P 0 4, но эту рекцию н еобхо ­

дим о	производить только	в отсутствии	всех остальны х	катио­
нов V	группы. П оступаю т	следую щ им	образом : к отдельной
пробе	анализируем ого раствора приливаю т хлористы й			ам м о­
ний и углекислы й аммоний. При этом			все катионы V	группы

36

выпадают в осадок в виде соответствующих солей, а катионы магния остаются в растворе. Осадок отфильтровывают и к фильтрату добавляют N H 4O H и по каплям раствор Na2H P 0 4. При наличии в фильтрате катиона Mg'* выпадает белый кри­ сталлический осадок M g N H 4P 0 4.

Контрольные вопросы и задачи

1.Охарактеризуйте положение в периодической системе

истроение атомов элементов, образующих катионы V анали­

тической группы.

2.Какими свойствами обладают оксиды и гидроксиды магния и железа?

3.Какие характерные валентноегл проявляет марганец? Каковы оксиды, соответствующие этим валентностям, их хи­ мический характер?

4.Как можно получить манганиты, манганаты и перман­ ганаты? Каковы их свойства и применение?

5.Каковы важнейшие природные соединения марганца,

железа и висмута?

6.Составьте ионные и молекулярные уравнения гидроли­ за нитрата висмута по трем ступеням.

7.Вычислите К гидролиза хлорида магния по обеим сту­ пеням, если Ki диссоциации гидроксида магния равна 3- 1СН!,

аК 2 = 3 •10-8.

8.Составьте уравнение окисления катионов двухвалент­ ного марганца диоксидом свинца в кислой среде.

9.Объясните, почему гидроксид магния, труднораствори­ мый в воде, растворяется в растворе хлорида аммония.

10.Рассчитайте, можно ли обнаружить катион Fe-” родани­

дом аммония, если имеется 0,001 %-ный раствор соли FeCl'3, а предельная открываемая концентрация Fe-'-этой реакцией

10мг/л.

11.Составьте уравнение восстановления катиона Bi ' до металлического висмута соединением олова в щелочной среде.

12.Найдите растворимость гидроксидов двух- и трехва­

лентного железа, если n P teюш.2 = 4,8 •.10-16, П Р р„(он		=
= 3,8 •10-38.
13. Как можно разделить смесь катионов Fe	М п "	и
M g " ?

Напишите уравнения соответствующих реакций.

37

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Ж 7

РЕАКЦИИ И ХОД АНАЛИЗА КАТИОНОВ ШЕСТОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ (Си", Со , Ni )

Катионы данной группы даю т со щ елочами осадки гидро­ ксидов, растворимы х в аммиаке с образованием комплексны х соединений — аммиакатов. П оэтом у N H 4OH в избы тке явля­ ется групповым' реактивом ш естой группы катионов..

Хлористы е, азотнокислы е и сернокислы е соли меди, кобаль ­

та и никеля в в о д е растворимы . С ледовательно,						больш инство
осадков, образуем ы х катионами				этих металлов,		переходит в
раствор при обработк е их соляной, азотной или серной кисло­
тами, О собенно легко под действием этих кислот растворяю тся
оксиды , гидроксиды и карбонаты				указанны х металлов. Б оль ­
ш инство осадков,			образуем ы х этими		катионами,	растворимы
такж е в аммиаке.
Растворы		солей	меди, кобальта и никеля и м ею т'харак тер ­
ную окраску.
		Частные реакции		катиона С и --
Растворы		солей	меди голубого	(или зеленого)		цвета.
1	. Гидроксиды N aO H и К О Н				даю т с катионом С и ” гол у­
бой	осадок Си (О Н ) 2, при нагревании				чернеющ ий	вследствие

превращ ения в СиО:

С и ” + 2 О Н ' = Си (О Н ) 2 ,

С и (О Н ) 2 н^-р СиО + Н 20 .

2.Раствор аммиака в небольш ом количестве о са ж д а ет ка­

тион Си ' в виде зелено-голубой основной соли, легко раство­ римой в избы тке реактива с образованием комплексного ам ­ миаката меди сине-ф иолетового цвета:

2 C u S 0 4 + 2 N H 4O H = Cu2 ( 0 H ) 2S 0 4 + (N H 4) 2S 0 4 ,

Си2 (О Н ), S 0 4 +		(N H 4)j S 0 4 +	6 n h 4 o h =
=	2 [C u .(N H ,)4] S 0 4 + 8 Н , 0 .
Эту реакцию	удобн о	использовать	для открытия катиона

С и” в присутствии катионов всех групп.

38

3. Ферроцианид калия fC t[Fe(G N )6]	с	катионом Си" дает
красно-буры й осадок ф ерродианида меди:
‘2 С и - + [F e (С М '.Г '" = Си2	[Fe	(C N )el .

Осадок не растворим в разбавленных кислотах.

4. Тиосульфат натрия N a 2S 20 3 в кислой ср еде обр а зу ет с

катионом Си ' тем но-буры й осадок CuS:

Си S 0 4 -f- N a2 S , 0 3 = C uS 20 3 + N a 2 S 0 4 , C uS 20 „ + H 20 = CuS j + H ,S 0 4 .

К 1— 2 мл раствора соли м еди прилейте равный объ ем разбавленной H 2S 0 4 и добавьте несколько кристалликов тио­

сульф ата натрия, смесь прокипятите. В ы падает темно-буры й осадок сульф ата меди.

Этой реакцией пользую тся для отделения ионов Си" от ионов Ni".

Частные реакции катиона Со"

В	водных растворах соли кобальта имею т розово-ф иолето­
вую окраску.
1.	Гидроксиды NaOFI и К О Н осаж даю т катион Со" в				виде
основной соли		двухвалентного	кобальта синего цвета,		в и з­
бытке	щ елочи	превращ аю щ ейся	в гидроксид двухвалентного
кобальта розового цвета:
	СоС12 - f N aO H = |		CoOHCI +	N n C l,
	Со О НС 1 + N aO H =		Со (О Н )2 +	N aC l.

2. Раствор аммиака в небольш ом количестве обр азует с

катионом кобальта основную соль, которая в избы тке ам м иа­ ка растворяется с образованием комплексной соли — аммиака та кобальта грязно-ж елтого цвета:.

СоС12 + N H 4OH = CoOHCI + N H 4C1.

CoOHCI f 5 N H 4OH + N H .C 1 = [Co (N H 3)6] Cl2 + 6 H 20 .

П олученны й ам м иакат неустойчив на воздухе и постепенно, в присутствии окислителей (наприм ер, Н 20 2) мгновенно п ер е­

ходит в ам м иакат трехвалентного кобальта виш нево-красного цвета,

39

3.

Роданид аммония (или

калия) N H 4C N S (K C N S )

об р а ­

зует с катионом С о ” комплексную соль синего цвета:

СоС12 + 4 N H 4C N S Z (N H 4>8

[Co (C N S )J - f 2 N H 4C1,

C o - - f 4 C N S ' ^ [C o (C N S 'J " .

Ион

[C o fC N S )^ "

неустойчив

и

легко р азлагается в водны х

растворах, но более устойчив

в

органических растворителях.

*•

В

пробирку

налейте

1— 2

мл раствора соли кобальта,

3 — 5 мл

насы щ енного раствора

роданида аммония

или калия

и

1 —

2

мл см еси

эф ира

с амиловым спиртом

и

взболтайте.

О краш ивание верхнего слоя в ярко-синий ц в е т —-признак при­

сутствия катиона С о".

Реакция м ож ет использоваться как специфическая на к а ­

тион С о".

Частные реакции

катиона N i"

В

водных растворах соли никеля имею т зеленую окраску.

1.

Гидроксиды N aO H

и К О Н

осаж даю т катион N i" в виде

устойчивого на воздухе гидроксида никеля светло-зеленого

цвета:

N i" .+

2 0 H ' =

N l(O H )a .

2.

Раствор аммиака

в небольш ом количестве

обр азует

с

катионом N i" основную соль, растворим ую в избы тке реактива

с образованием комплексного ам м иаката никеля,

имею щ его

синий с красноваты м оттенком цвет и устойчивого на воздухе:

N iC !2 + N H 4OH — N lO H C l - f N H 4C1,

N iO H C l + X !i,C l + 5 N H 4OH =

[Ni (N H 3)6] C l2 +

6 H 20 .

3. Диметилглиоксим

(реактив Чугаева) в аммиачной ср е­

де

дает

с катионом N i"

ало-красны й осадок внутрикомплекс-

ной соли.

В

пробирку

внесите

1— 2

мл раствора соли никеля,

добавьте

3 — 4 мл концентрированного раствора аммиака

и

несколько капель дим етилглиоксим а. Раствор

окраш ивается

в интенсивный розовы й цвет, затем обр азуется

ало-красны й

осадок .

40