Качественный анализ катионов — Неорганическая химия для олимпиад

Качественный анализ катионов

9 заданий

Катионы s-элементов и аммоний

Чтобы обнаружить катион в растворе, к нему добавляют реагент и наблюдают характерный признак реакции: образование осадка, изменение окраски или выделение газа. Для ионов щелочных металлов осадочные реакции немногочисленны, поэтому при их распознавании особенно полезна окраска пламени. Ионы аммония определяют иначе: при нагревании со щёлочью они образуют аммиак.

ИонРеакцияЭффектУсловия и помехи
\(\ce{NH4+}\)Нагревание с NaOH.Выделяется \(\ce{NH3}\) с характерным запахом; влажная лакмусовая бумажка синеет.Реакция специфична.
\(\ce{NH4+}\)Добавление реактива Несслера.Образуется бурый осадок.Реакция очень чувствительна.
\(\ce{Na+}\)Окрашивание пламени.Пламя становится жёлтым.Следы натрия распространены, поэтому необходим холостой опыт.
\(\ce{Na+}\)Добавление \(\ce{K[Sb(OH)6]}\).Образуется белый кристаллический осадок.Нужна нейтральная среда.
\(\ce{K+}\)Наблюдение пламени через синее стекло.Видна фиолетовая окраска.Без стекла жёлтая окраска натрия мешает наблюдению.
\(\ce{K+}\)Добавление \(\ce{Na3[Co(NO2)6]}\).Образуется жёлтый осадок.Мешают ионы \(\ce{NH4+}\).
\(\ce{Mg^2+}\)Добавление \(\ce{Na2HPO4}\) в присутствии \(\ce{NH3}\) и \(\ce{NH4Cl}\).Образуется белый кристаллический осадок \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\).Смесь аммиака и соли аммония служит аммонийным буфером.
\(\ce{Ca^2+}\)Добавление \(\ce{(NH4)2C2O4}\).Образуется белый осадок, растворимый в HCl.Обнаружению мешают \(\ce{Ba^2+}\) и \(\ce{Sr^2+}\).
\(\ce{Ba^2+}\)Добавление \(\ce{K2CrO4}\) в ацетатном буфере.Образуется жёлтый осадок \(\ce{BaCrO4}\).В этих условиях \(\ce{Sr^2+}\) и \(\ce{Ca^2+}\) не мешают.

Условия реакции не менее важны, чем выбор реагента. Например, фосфат магния-аммония осаждают в аммонийном буфере, а хромат бария — в ацетатном. Для обнаружения бария используют также образование \(\ce{BaSO4}\). Если требуется не только обнаружить, но и количественно определить магний, осадок фосфата магния-аммония прокаливают. По массе полученной гравиметрической формы рассчитывают количество магния в исходной пробе.

scienceРеакции катионов s-элементов и аммония

  1. \(\ce{NH4Cl + NaOH ->[t] NaCl + NH3 ^ + H2O}\) — при нагревании хлорида аммония со щёлочью выделяется аммиак.
  2. \(\ce{MgCl2 + Na2HPO4 + NH3 + 6H2O -> MgNH4PO4*6H2O v + 2NaCl}\) — в присутствии аммиака осаждается фосфат магния-аммония.
  3. \(\ce{2MgNH4PO4*6H2O ->[t] Mg2P2O7 + 2NH3 ^ + 13H2O}\) — при прокаливании осадка образуется гравиметрическая форма магния.

boltВлияние ионов аммония на обнаружение калия

Ионы \(\ce{NH4+}\) и \(\ce{K+}\) близки по размеру. С кобальтинитритом, перхлоратом и тетрафенилборатом они образуют сходные по внешнему виду осадки, поэтому результат осадочной реакции нельзя приписывать калию, пока в пробе присутствует аммоний. Перед обнаружением калия ионы аммония удаляют прокаливанием сухого остатка.

Катионы d- и p-металлов

Для катионов d- и p-металлов характерны разнообразные осадочные реакции, реакции комплексообразования и окислительно-восстановительные реакции. Некоторые осадки растворяются в избытке реагента, а при изменении условий вновь выпадают. Поэтому при распознавании учитывают всю последовательность наблюдений, а не только первый появившийся осадок.

ИонРеагентЭффект
\(\ce{Al^3+}\)NaOH добавляют по каплям, затем в избытке.Белый осадок растворяется в избытке щёлочи; при добавлении \(\ce{NH4Cl}\) он выпадает вновь.
\(\ce{Zn^2+}\)Добавляют избыток \(\ce{NH3}\); для подтверждения используют \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\).Осадок растворяется в избытке аммиака; с \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) образуется белый осадок.
\(\ce{Cr^3+}\)Добавляют избыток NaOH и \(\ce{H2O2}\), затем нагревают.Зелёный раствор желтеет вследствие образования хромата.
\(\ce{Mn^2+}\)Добавляют \(\ce{NaBiO3}\) в присутствии \(\ce{HNO3}\).Образуются малиновые ионы \(\ce{MnO4-}\).
\(\ce{Fe^2+}\)Добавляют \(\ce{K3[Fe(CN)6]}\).Образуется синий осадок.
\(\ce{Fe^3+}\)Добавляют KSCN.Раствор становится кроваво-красным.
\(\ce{Co^2+}\)Добавляют KSCN в присутствии ацетона.Раствор приобретает синюю окраску.
\(\ce{Ni^2+}\)Добавляют диметилглиоксим в присутствии \(\ce{NH3}\).Образуется алый осадок.
\(\ce{Cu^2+}\)Добавляют избыток \(\ce{NH3}\); для подтверждения используют \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\).Раствор становится тёмно-синим; с \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) образуется красно-бурый осадок.
\(\ce{Ag+}\)Добавляют HCl.Образуется белый осадок, растворимый в \(\ce{NH3}\).
\(\ce{Pb^2+}\)Добавляют KI.Образуется жёлтый \(\ce{PbI2}\); при перекристаллизации наблюдают «золотой дождь».
\(\ce{Hg^2+}\)Добавляют KI.Образуется красный \(\ce{HgI2}\), растворимый в избытке KI.
\(\ce{Sn^2+}\)Добавляют \(\ce{HgCl2}\).Сначала образуется белый \(\ce{Hg2Cl2}\), затем появляется серый осадок Hg.

Эти наблюдения позволяют различать ионы даже тогда, когда первоначальный признак сходен. Так, гидроксиды алюминия и цинка растворяются в избытке щёлочи, но гидроксид цинка растворяется также в избытке аммиака. Для алюминия используют и реакцию с ализарином, а для цинка — образование белого ZnS. Ионы \(\ce{Fe^3+}\) обнаруживают не только по реакции с \(\ce{SCN-}\), но и с помощью \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\). Для свинца, помимо \(\ce{PbI2}\), характерно образование \(\ce{PbCrO4}\).

scienceРеакции катионов d- и p-металлов

  1. \(\ce{2CuSO4 + K4[Fe(CN)6] -> Cu2[Fe(CN)6] v + 2K2SO4}\) — при добавлении реагента к раствору соли меди образуется красно-бурый осадок.
  2. \(\ce{SnCl2 + 2HgCl2 -> SnCl4 + Hg2Cl2 v}\); \(\ce{SnCl2 + Hg2Cl2 -> SnCl4 + 2Hg v}\) — при восстановлении ртути сначала образуется белый осадок, а затем выделяется серая металлическая ртуть.
  3. \(\ce{Na[Al(OH)4] + NH4Cl -> Al(OH)3 v + NaCl + NH3 ^ + H2O}\) — при добавлении хлорида аммония к раствору алюмината натрия вновь выпадает гидроксид алюминия.

Окраска пламени и перлы

Осадочные реакции требуют добавления реагентов, тогда как окраска пламени позволяет быстро получить предварительные сведения о составе пробы. Этот признак используют для s-элементов и некоторых других элементов: Li окрашивает пламя в малиновый цвет, Na — в жёлтый, K — в фиолетовый, Ca — в кирпично-красный, Sr — в карминово-красный, Ba — в жёлто-зелёный. Для Cu характерна зелёная окраска, а в присутствии хлорида — голубая. Бор (в виде смеси борной кислоты с этанолом) обнаруживают по зелёной окраске пламени.

Другой способ распознавания основан на окраске перлов буры. Буру плавят на ушке платиновой проволоки (урок 158). Полученное стекловидное вещество растворяет оксиды металлов и приобретает окраску: соединения кобальта дают синюю, хрома — зелёную, железа — жёлто-бурую. Для марганца характерна фиолетовая окраска в окислительном пламени. Соединения меди окрашивают перл в голубой цвет в окислительном пламени и в красно-бурый — в восстановительном.

boltОграничения метода окраски пламени

Окраска пламени служит предварительным признаком. Сильная жёлтая окраска натрия может затруднять наблюдение других цветов; окраски кальция и стронция похожи, а результат для солей меди зависит от условий. Поэтому вывод подтверждают осадочной реакцией.

scienceОбразование перлов буры

  1. \(\ce{Na2B4O7 ->[t] 2NaBO2 + B2O3}\) — при нагревании буры образуется оксид бора.
  2. \(\ce{CoO + B2O3 ->[t] Co(BO2)2}\) — при взаимодействии с оксидом кобальта перл приобретает синюю окраску.

push_pinГлавное

Катионы распознают по характерному признаку реакции, обязательно учитывая её условия и мешающие ионы. \(\ce{NH4+}\) обнаруживают по выделению \(\ce{NH3}\) при нагревании со щёлочью или реактивом Несслера; \(\ce{Na+}\) — по жёлтому пламени и осадку \(\ce{Na[Sb(OH)6]}\), а \(\ce{K+}\) — по фиолетовому пламени, наблюдаемому через кобальтовое стекло, и осадку \(\ce{K2Na[Co(NO2)6]}\). Для \(\ce{Mg^2+}\) характерен осадок \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\) в аммиачном буфере; для \(\ce{Ca^2+}\) — осадок оксалата и кирпичная окраска пламени; для \(\ce{Ba^2+}\) — осадки \(\ce{BaCrO4}\) в уксуснокислой среде и \(\ce{BaSO4}\). Гидроксид \(\ce{Al^3+}\) растворяется в щёлочи, но не в аммиаке; алюминий обнаруживают также ализарином. Гидроксид \(\ce{Zn^2+}\) растворяется и в щёлочи, и в избытке аммиака; для цинка характерен белый ZnS. Ионы \(\ce{Fe^2+}\) обнаруживают с помощью \(\ce{K3[Fe(CN)6]}\), а \(\ce{Fe^3+}\) — с помощью \(\ce{SCN-}\) или \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\). Ионы \(\ce{Cu^2+}\) образуют тёмно-синий \(\ce{[Cu(NH3)4]^2+}\) и красно-бурый \(\ce{Cu2[Fe(CN)6]}\); \(\ce{Ag+}\) образует AgCl, а \(\ce{Pb^2+}\) — \(\ce{PbI2}\) и \(\ce{PbCrO4}\). Ионы \(\ce{Mn^2+}\) окисляют висмутатом до \(\ce{MnO4-}\), а \(\ce{Cr^3+}\) — с помощью \(\ce{H2O2}\)/NaOH до хромата. Для \(\ce{Ni^2+}\) применяют диметилглиоксим, для \(\ce{Co^2+}\) характерен синий \(\ce{[Co(SCN)4]^2-}\), а \(\ce{Sn^2+}\) при взаимодействии с \(\ce{HgCl2}\) образует сначала белый, затем серый осадок.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.