Систематичний хід аналізу суміші катіонів ІІІ-ої аналітичної групи

1. Відкриття Fе²⁺

До порції контрольного розчину добавити 3-4 краплі НСІ i K₃[Fe(CN)₆]. Синій осад вказує на наявність Fе²⁺.

2. Відкриття Fе³⁺

До порції контрольного розчинудобавити 3-4 крапліНСІ і HCI i K₄[Fe(CN)₆] Синій осад вказує на наявність Fе³⁺.

Примітка: Якщо замість синіх осадів появиться блідо-голубе забарвлення розчину, то це свідчить лише про наявність домішок Fе²⁺ чи Fе³⁺.

3. Відкриття Zn²⁺ (попереднє)

До 8-10 крапель контрольного розчину додати стільки ж NН₄ОН, щоб розчин залишався слабокислим (проба метил-оранжем), додати надлишок сухого СаСО₃ і перемішати. Після виділення СО₂ відфільтрувати, додати до фільтрату розведений розчин НСІ (0,05) н, суміш нагріти і додати Nа₂S, Випадання білого осаду ZnS, розчинного в 2 н НСІ, вказує нанаявність Zn²⁺.

4. Відкриття Сo²⁺

До порції контрольного розчину додати насиченогорозчину NН₄SСN. Поява кроваво-червоного забарвлення вказує на наявність домішок іону Fе³⁺, який заважає відкриттюСо²⁺. Тому Fе³⁺ треба зв'язати у комплексну сполуку, (Fе(SСN)₃ + 6 NаF = Na₃[FеF₆] + 3NаSСN),додаючи сухого NаFдо повного зникнення червоного забарвлення.Потім додати 5-8 крапель амілового спиртуі перемішати. Синє забарвлення спиртового шару вказує нанаявність Со²⁺. Якщо синє забарвлення не появляється, то іон Со²⁺ відсутній.

5. Відкриття Мn²⁺

Відкриттю Мn²⁺ заважає іон Сl^-. До порції контрольного розчину додають 5-6 крапель АgNO₃. Поява осаду вказує на наявністьСl^-. Доцього розчину додати ще пару крапель АgNО₃ і НNО₃(конц.), щоб перевести Fе²⁺ у Fе³⁺ Осад відфільтрувати і викинути, а фільтрат розвести дистильованоюводою, додати пару крапель НNО₃ (конц.), всипати0,1 г сухого РbО₂ і нагріти. Поява малиново-фіолетовогозабарвлення вказує на наявністьіона Мn²⁺.

6. Вiдділення А1³⁺, Сг³⁺, Zn²⁺ від Fe³⁺, Mn²⁺, Со²⁺, Ni²⁺

До порції розчину додають 25% NаОН (надлишок) і нагрівають, потім при перемішуванні додaють5-6 крапель Н₂О₂ (3%) і продовжують нагрівати ще 2-3 хв.

Спочатку під дією NаОН всі катіони утворюють гідроксиди, але потім амфотерні гідроксиди в надлишку лугу розчиняються з утворенням аніонівА1О₂^-, CrО₂^-, ZnО₂^-, a Mn(OH)₂ перекисом водню окислюється до Мn(ОН)₂. Сг(ОН)₃ в надлишку NаОНтеж розчиняється з утворенням СrO₂^-, останній перекисом водню окислюється до СгО₄^2- і надає розчину жовтого забарвлення (попереднє визначення Сг³⁺).

Отже, в осаді будуть  Fe(OH)₃, МnO(OH)₂, Co(OH)₃, Ni(OH)₂.

Осад відфільтровують ізалишають для аналізу Со²⁺ і Ni²⁺. Фільтрат аналізують на наявність А1³⁺, Сг³⁺, Zn²⁺.

7. ВідкриттяСг³⁺

До фільтрату (пункт 6) додати 4-5 крапельконц. СН₃СООН і ВаСl₂. При наявності в розчині Сг³⁺ випадає жовтий осад ВаСгO₄. Осад відфільтровують і викидають. Фільтрат ділять на дві частини.

8.  Відкриття А1³⁺

До першої частини фільтрату додати насичений розчин NH₄C1 i NH₄OH до слаболужної реакції(рН = 9), нагрівають для видалення NН₄ОН. В присутності АІ³⁺ випадає білий осад АІ(ОН)з,

9. Відкриття Zn²⁺

До другої частини фільтрату додати Nа₂S і нагріти.При наявності Zn²⁺ випадає білий осадZnS.

Примітка: Внаслідок гідролізу Nа₂S в осад може випасти і Аl(ОН)₃,якщо катіон АІ³⁺ присутній в розчині. Тому осад уважно перевіряють на розчинність у НСІ і NаОН.Осад розділяють на дві частини. До однієї додають надлишок NаОН. Якщо осад зникне, то катіону Zn²⁺ немає. Якщо ж осад повністю не розчиняється, то Zn²⁺ присутній. До другої частини осаду додають НСІ. Розчинення осаду ще раз підтверджує наявність Zn²⁺.

10. Відкриття Ni²⁺

Осад (пункт 6) промити водою, розчинити в 2н. Н₂SО₄ і аналізувати на вміст Ni²⁺.Доутвореного розчину додати надлишок конц. NH₄OH, потім 3% Н₂О₂ і нагрівати поки не припиниться виділення О₂. Якщо з’явиться осад, його відфільтрувати і викинути, а до фільтрату додати реактиву Чугаєва (диметилгліоксиму). При наявностіNi²⁺з'явиться червоно-рожевий осад.

Завдання

1. Записати рівняння відповідних реакцій (молекулярні та іонні) до кожного з виконуваних дослідів. Обґрунтувати умови виконання реакцій та способи їх виконання.

2. Сформулювати висновки щодо виконаної роботи та підготувати відповіді на питання для самоконтролю.

Питання для самоконтролю

1. На чому ґрунтуються хімічні методи якісного аналізу?

2. Як класифікують методи аналізу за величиною наважки, способом їх проведення?

3. Які фізико-хімічні методи використовують у якісному аналізі?

4. Які хімічні реакції називають аналітичними та які умови їх проведення?

5. Назвіть особливості специфічних, групових та селективних реакцій.

6. Що таке чутливість якісної реакції і чим вона характеризується?

7. У чому суть систематичного ходу аналізу? У яких випадках використовують цей метод?

8. У яких випадках використовують дробний метод аналізу, у чому його суть?

9. Що таке аналітична група катіонів? Які ви знаєте аналітичні групи? Назвіть катіони, які відносяться до кожної з цих аналітичних груп.

10. Що таке груповий реагент, чим він відрізняється від індивідуального реагента?

11. Назвіть групові реагенти І, ІІ і ІІІ груп.

12. Поясніть, чому пеша аналітична група не має групового реагента?

13. На чому ґрунтується класифікація катіонів на певні аналітичні групи?

14. Який посуд і обладнання потрібні для виконання аналітичних реакцій?

15. Яка техніка виконання краплинних реакцій? Якою чутливістю вони характеризуються?

16. Опишіть техніку виконання мікрокристалоскопічних реакцій. Яка їх чутливість?

17. Яких основних правил роботи слід дотримуватись у хімічній лабораторії під час проведення хімічного аналізу? Що потрібно робити у разі випадкового отруєння токсичними газами, концентрованими кислотами або лугами?

18. Що таке s-елементи? Де вони розміщені в періодичній системі хімічних елементів?

19. Катіони яких s-елементів належать до першої аналітичної групи і чому до неї входять катіони амонію та магнію?

20. Як відокремити катіон амонію від інших катіонів першої аналітичної групи?

21. Яким чином перевіряють повноту видалення солей амонію з досліджуваного розчину?

22. Складіть рівняння реакції термічного розкладання таких солей амонію: фосфату, гідрогенкарбонату, нітрату і броміду.

23. Напишіть формули малорозчинних солей Калію і Натрію. Які з них використовують для виявлення цих йонів у розчині?

24. Який реактив використовують для виявлення йонів К⁺ мікрометодом? У чому суть цього методу?

25. Яка дробна реакція на іони Натрію є найчутливішою? Напишіть рівняння цієї реакції.

26. У який колір забарвлюють полум'я солі Натрію і Калію? Поясніть причину цього явища.

27. Вкажіть біологічну роль і вміст в організмі катіонів Калію й Натрію.

28. Які сполуки, що містять катіони першої аналітичної групи, використовують в агрономічній практиці?

29. До якої родини хімічних елементів належать катіони другої аналітичної групи? Складіть їхні електронні формули.

30. Яка роль катіонів Кальцію в життєдіяльності організму? З якими продуктами харчування вони надходять в організм людини?

31. Які сполуки Кальцію використовують в агрономічній практиці і для чого?

32. Назвіть характерний реактив на іони Ва²⁺. Чи відомий такий реактив на йони Са²⁺?

33. Як відокремити іони Ва²⁺ від інших катіонів другої аналітичної групи?

34. На якій реакції ґрунтується відокремлення катіонів Са²⁺ від катіонів Sr²⁺?

35. Як практично виконують пробу на повноту осадження того чи іншого катіона?

36. Користуючись таблицею добутку розчинності ДР малорозчинних електролітів (додаток 2), назвіть найменш розчинну сіль Кальцію і Барію.

37. У який колір забарвлюють полум'я леткі солі катіонів другої аналітичної групи? Чим це пояснюється?

38. Чи характерні реакції утворення комплексних сполук для катіонів s-елементів? Які сполуки утворюються при розчиненні кальцій сульфату в амоній сульфаті та при взаємодії йонів Кальцію з жовтою кров'яною сіллю?

39. Як перетворити сульфати кальцію і барію на карбонати? Для чого здійснюють таке перетворення в систематичному аналізі катіонів другої аналітичної групи?

40. Чому радіонуклід ⁹⁰Sr дуже небезпечний для організму людини і тварин? Як він потрапляє в довкілля і який період його піврозпаду?

41. Які сполуки Барію використовують в агрономічній практиці і з якою метою?

42.  Які катіони відносяться до Ш-ї аналітичної групи? Груповий реагент катіонів Ш-ї аналітичної групи, умови осадження.

40. Поясніть, чому груповий реагент осаджує одні катіони III аналітичної групи (перерахуйте які) у вигляді сульфідів, а інші – у вигляді гідрооксидів?

41. Що є критерієм поділу катіонів Ш-ї аналітичної групи на дві підгрупи? Агробіологічне значення катіонів Ш-ї групи.

42. Напишіть реакції з допомогою яких можна виявити катіон А1³⁺.

43. Який катіон Ш-ї аналітичної групи можна відкрити з допомогою реагента К₄[Fе(СN)₆ ]? Напишіть відповідну реакцію і умови її проведення.

44. Напишіть реакцію катіона Fе³⁺ з роданідом амонію.

45. Напишіть рівняння реакції окиснення Fе²⁺ до Fе³⁺ нітратною кислотою.

46. Напишіть рівняння реакції окиснення Мп²⁺двоокисом свинцю до МnО₄^-.

47. Якісні реакції на катіон Zn²⁺з Н₂S і з лугами. Доведіть амфотерність Zn(ОН)₂

48. Якісні реакції іона Со²⁺.

49. Якісні реакції іона Ni²⁺.

50. Якісні реакції катіону Сг³⁺. Доведіть амфотерність гідрооксидів алюмінію і хрому.

АНАЛІЗ АНІОНІВ

Хоча загальноприйнятого поділу аніонів на групи немає, аніони здебільшого класифікують на три аналітичні групи (див. табл. 5). Такий поділ базується на різній розчинності у воді солей, які вони утворюють з йонами барію та аргентуму.

До першої групи аніонів належать: сульфат-іони SО₄^2-, фосфат-іони РО₄^3-, карбонат-іони СО₃^2-, сульфіт-іони SO₃^2-, силікат-іони SiO₃^2-, тіосульфат-іони S₂О₃^2-,борат ВО₂^- або тетраборат-іони В₄О₇^2-. Усі перелічені аніони з катіонами Барію утворюють солі, що важко розчиняються у воді, але розчиняються в розбавлених кислотах, за винятком BaSO₄.

Груповим реактивом є барій хлорид ВаС1₂.

До другої групи аніонів належать: хлорид-іони Сl^-, бромід-іони Вг^-, йодид-іони I^-, сульфід-іони S^2- тощо. Перелічені аніони з катіонами Аргентуму утворюють солі, які важко розчиня­ються у воді та розбавленій нітратній кислоті. Груповим реактивом є аргентум нітрат AgNО₃ за наявності нітратної кислоти HNО₃.

До третьої групи аніонів належать: нітрат-іони NO₃^-, нітрит-іони  NO₂^- тощо, які не утворюють важкорозчинних солей з іонами Барію та Аргентуму. Ця група аніонів не має групового реактиву.

На відміну від аналізу катіонів для виявлення аніонів використовують дробний метод аналізу за допомогою специфічних реакцій. Групові реактиви використовують не для розділення груп аніонів, а для виявлення аніонів з тієї чи іншої групи. Це значно полегшує і прискорює аналіз, оскільки в разі негатив­ної реакції з груповими реактивами не потрібно виявляти в до­сліджуваному розчині аніони цієї групи.