Качественный анализ катионов
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.
| Ион | Реакция | Эффект | Условия 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
- \(\ce{NH4Cl + NaOH ->[t] NaCl + NH3 ^ + H2O}\) — при нагревании хлорида аммония со щёлочью выделяется аммиак.
- \(\ce{MgCl2 + Na2HPO4 + NH3 + 6H2O -> MgNH4PO4*6H2O v + 2NaCl}\) — в присутствии аммиака осаждается фосфат магния-аммония.
- \(\ce{2MgNH4PO4*6H2O ->[t] Mg2P2O7 + 2NH3 ^ + 13H2O}\) — 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.
| Ион | Реагент | Эффект |
|---|---|---|
| \(\ce{Al^3+}\) | 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
- \(\ce{2CuSO4 + K4[Fe(CN)6] -> Cu2[Fe(CN)6] v + 2K2SO4}\) — при добавлении реагента к раствору соли меди образуется красно-бурый осадок.
- \(\ce{SnCl2 + 2HgCl2 -> SnCl4 + Hg2Cl2 v}\); \(\ce{SnCl2 + Hg2Cl2 -> SnCl4 + 2Hg v}\) — при восстановлении ртути сначала образуется белый осадок, а затем выделяется серая металлическая ртуть.
- \(\ce{Na[Al(OH)4] + NH4Cl -> Al(OH)3 v + NaCl + NH3 ^ + H2O}\) — 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
- \(\ce{Na2B4O7 ->[t] 2NaBO2 + B2O3}\) — при нагревании буры образуется оксид бора.
- \(\ce{CoO + B2O3 ->[t] Co(BO2)2}\) — 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 %.