Определение катионов кислотно-основным методом анализа
Для обнаружения ионов при их совместном присутствии в растворе, каком-либо природном или промышленном объекте применяют дробный или систематический методы анализа. Дробный метод анализа заключается в обнаружении иона посредством специфической реакции. Применение этого метода ограничено, поскольку таких реакций немного.
В процессе систематического анализа проводится предварительное разделение всех ионов на так называемые аналитические группы и обнаружение того или иного иона осуществляется в присутствии ограниченного числа других ионов. Систематический ход анализа обычно проводят «мокрым» путем, так как реакции между ионами обычно протекают в водных растворах.
Существуют разные схемы систематического анализа, основанные на различном отношении групп ионов к действию определенных реагентов. Наиболее распространены кислотно-щелочная и сероводородная схемы анализа катионов. Сероводородный метод анализа катионов является классическим. Он основан на различной растворимости сульфидов, гидроксидов, карбонатов и хлоридов.
Качественные реакции на катион серебра
В этом методе катионы делят на пять аналитических групп. У каждой из них есть свой групповой реагент, за исключением первой группы катионов. В качестве группового реагента используется такой реактив, который реагирует со всеми катионами данной группы в одних и тех же условиях и дает возможность отделить катионы данной группы.
Групповыми реагентами являются хлороводородная кислота, сероводород, сульфид аммония, карбонат аммония. Кислотно-щелочной метод анализа катионов основан на различной растворимости в воде хлоридов и сульфатов и на различной растворимости гидроксидов в воде, избытке щелочи и водном растворе аммиака. Групповыми реактивами являются хлороводородная и серная кислота, щелочь и водный раствор аммиака. В кислотно-щелочном методе катионы делят на шесть аналитических групп.
В соответствии с кислотно-щелочной схемой анализа принята следующая классификация катионов:
ИсточникАналитические реакции катионов I группы
Катионы серебра (Ag + ) образуют осадки со многими реагентами. Для открытия катионов серебра (I) чаще всего используют реакции образования осадков с анионами: Cl − , Br − , I − , CrO4 2− .
1.Катионы Ag + при взаимодействии с растворимыми хлоридами, бромидами и иодидами образуют соответствующие осадки:
Ag + + Cl − → AgCl↓ (3.1); Ag + + Br − → AgBr↓ (3.2);
белый осадок желтоватый осадок
Ag + + I − → AgI↓ (3.3).
Осадок хлорида серебра растворяется в концентрированном растворе аммиака с образованием комплексного соединения:
При подкислении раствора данного комплекса вновь выпадает осадок хлорида серебра:
При добавлении к раствору комплекса [Ag(NH3)2]Cl раствора иодида калия KI образуется осадок иодида серебра AgI↓ желтоватого цвета:
Осадок хлорида серебра растворяется также в концентрированном растворе соляной кислоты и растворах хлоридов, в растворе цианида калия KCN и растворе тиосульфата натрия Na2S2O3 с образованием растворимых комплексов:
Как отличить платину от серебра двумя способами.
AgCl↓ + Cl − → [AgCl2] − ; (3.7)
AgCl↓ + 2 KCN → K[Ag(CN)2] + KCl ; (3.8)
Открытию катионов серебра (I) реакцией с ионами хлорида мешают катионы Pb 2+ , Hg2 2+ , образующие малорастворимые осадки хлоридов.
2.При взаимодействии с концентрированным раствором H2SO4 или растворами сульфатов катион Ag + осаждается в виде белого осадка сульфата:
3.При взаимодействии с карбонатами щелочных металлов катион Ag + осаждается в виде желтого осадка карбоната:
4.При взаимодействии катионов серебра Ag + с анионами хромата CrO4 2− в нейтральной среде (рН ≈ 6,5-7,5) выпадает осадок хромата серебра кирпично-красного цвета:
Осадок растворим в кислотах; в концентрированном растворе аммиака с образованием комплексного соединения:
Если реакцию между катионом Ag + и анионом хромата CrO4 2− проводить в щелочной среде, то в осадок выпадает оксид серебра Ag2O. В уксуснокислой среде образуется бихромат серебра Ag2Cr2O7↓, осадок красно-бурого цвета.
Данной реакции мешают все катионы, образующие малорастворимые хроматы (Sr 2+ , Ba 2+ , Hg2 2+ , Hg 2+ , Pb 2+ ).
5.Среди других реакций катионов серебра Ag + наиболее употребительны следующие. При взаимодействии катионов серебра Ag + с сероводородом H2S или растворами сульфидов образуется черно-коричневый осадок сульфида серебра Ag2S. Со щелочами образуется черный осадок оксида серебра Ag2O.
С тиоцианатом калия KNCS образуется белый осадок тиоцианата серебра AgNCS, растворимый в избытке реагента. С тиосульфатом натрия Na2S2O3 образуется белый осадок тиосульфата серебра Ag2S2O3, растворимый в избытке реагента. С гидрофосфатом натрия Na2HPO4 образуется желтый осадок ортофосфата серебра Ag3PO4. С гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6] и гексацианоферратом (III) калия K3[Fe(CN)6] образуются белый осадок Ag4[Fe(CN)6] и кирпично-красный осадок Ag3[Fe(CN)6] соответственно.
3.2 Аналитические реакции катионов ртути (I) Hg2 2+
1.Катионы Hg2 2+ при взаимодействии с анионами хлорида в растворах образуют белый осадок каломели Hg2Cl2:
На свету осадок каломели постепенно чернеет вследствие образования тонкодисперсной металлической ртути:
Осадок каломели Hg2Cl2 не растворяется в разбавленной HNO3, но растворяется в концентрированной HNO3:
При добавлении к осадку каломели раствора аммиака он темнеет вследствие выделения тонкодисперсной металлической ртути:
Иногда протекание данной реакции (при взаимодействии с водным раствором аммиака) описывают следующим уравнением:
2.При взаимодействии катиона Hg2 2+ с серной кислотой выпадает белый осадок сульфата ртути (I):
Осадок выпадает из концентрированных растворов реагентов.
3.Восстановление катиона Hg2 2+ металлической медью до металлической ртути:
Hg2 2+ + Cu → 2 Hg↓ + Cu 2+ . (3.20)
Этой реакции мешают катионы Hg 2+ , дающие подобный результат.
На очищенную раствором HNO3 или водным раствором NH4OH медную пластину наносят каплю раствора соли ртути, например, Hg2(NO3)2. Через некоторое время на поверхности образуется серое пятно амальгамы меди и ртути. Это пятно после протирания поверхности фильтровальной бумагой становится блестящим, как зеркало. Это доказывает наличие в растворе катиона ртути (I).
4.Реакция с водным раствором аммиака. Катионы Hg2 2+ взаимодействуют с аммиаком в водном растворе с образованием черного осадка, представляющего смесь тонкодисперсной металлической ртути и соли, содержащей катион [OHg2NH2] + :
5.Катионы Hg2 2+ при взаимодействии с ионами иодида образуют зеленый осадок иодида ртути (I) Hg2I2, растворимый в избытке реактива с образованием прозрачного бесцветного комплексного соединения [Hg2I4] 2– и металлической ртути:
6.Карбонаты натрия и калия осаждают катионы ртути (I) в виде карбоната ртути (I) желтого цвета:
Осадок карбоната ртути нестойкий и постепенно темнеет вследствие протекания реакции:
7.Катионы Hg2 2+ образуют с анионом хромата CrO4 2− осадок кирпично-красного цвета Hg2CrO4:
Данной реакции мешают все катионы, образующие малорастворимые хроматы (Sr 2+ , Ba 2+ , Pb 2+ ). Осадок растворяется в азотной кислоте.
8.Щелочи (NaOH, KOH) осаждают катионы ртути Hg2 2+ из растворов в виде черного осадка оксида ртути (I):
9.Другие реакции катионов ртути (I). Катионы Hg2 2+ при взаимодействии с анионами сульфида S − образуют черный осадок, представляющий смесь соединений HgS + Hg; с анионами оксалата С2О4 2− они образуют белый осадок Hg2C2O4; с анионами фосфата – белый осадок (Hg2)3(PO4)2. При взаимодействии с растворами солей K4[Fe(CN)6] и K3[Fe(CN)6] катионы ртути (I) образуют соответственно светло-желтый осадок Hg4[Fe(CN)6] и желто-зеленый осадок (Hg2)3[Fe(CN)6]2.
3.3 Аналитические реакции катионов свинца (II) Pb 2+
1.Катионы свинца образуют с анионами хлорида Cl − (при рН < 7) белый осадок хлорида свинца PbCl2:
Pb 2+ + 2 Cl − → PbCl2↓. (3.28)
Хлорид свинца хорошо растворяется в воде, особенно при нагревании, поэтому катион свинца Pb 2+ осаждаются из растворов в виде хлорида неполностью. Осадок PbCl2 растворяется в горячей воде, а при охлаждении раствора он вновь выпадает в виде осадка, но уже в форме игл.
Из разбавленных щелочных растворов выпадает осадок гидроксида свинца; из концентрированных щелочных растворов осадки PbCl2 и Pb(OH)2 не выпадают.
К осадку прибавляют 1,5-2,0 мл дистиллированной воды и нагревают до его растворения. При охлаждении раствора из него снова выпадает осадок хлорида свинца в виде игл.
2.Катионы свинца при взаимодействии с растворами иодидов образуют желтый осадок иодида свинца, растворимый в избытке реактива с образованием анионов тетрайодидоплюбата (II) [PbI4] 2− :
Pb 2+ + 2 I − → PbI2↓ (3.29); PbI2↓ + 2 I − → [PbI4] 2− . (3.30)
Осадок PbI2 растворяется в воде при нагревании и в растворе уксусной кислоты. При охлаждении водного раствора PbI2 из него выпадают кристаллы иодида свинца золотисто-желтого цвета.
К смеси осадка и раствора прибавляют несколько капель воды, подкисленной уксусной кислотой, и нагревают до полного растворения осадка. При медленном охлаждении пробирки (ее погружают в холодную воду или оставляют остывать на воздухе) выпадают красивые блестящие золотисто-желтые чешуйчатые кристаллы иодида свинца. Испытывают растворимость осадка PbI2 в горячей воде и уксусной кислоте.
3.Катионы свинца Pb 2+ при взаимодействии с анионами сульфата SO4 2− образуют белый осадок сульфата свинца:
Осадок растворяется при нагревании в щелочах (в отличие от осадков CaSO4, SrSO4, BaSO4):
Осадок сульфата свинца растворяется также в концентрированной серной кислоте с образованием гидросульфата:
Осадок PbSO4 растворяется в 30 %-ном растворе ацетата натрия (или аммония):
Открытию катионов свинца в виде сульфата мешают катионы: Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Hg2 2+ .
4.Щелочи и раствор аммиака при взаимодействии с катионом Pb 2+ образуют белый осадок гидроксида свинца:
Pb 2+ + 2 ОН − → Pb(OH)2↓. (3.35)
Осадок растворим в кислотах и щелочах:
В избытке раствора аммиака осадок Pb(OH)2 не растворяется.
5.Растворы карбонатов щелочных металлов осаждают катион Pb 2+ в виде осадка карбоната свинца белого цвета:
или в виде оксокарбоната:
6.Катионы свинца образуют с анионами хромата CrO4 2− (или бихромата Cr2O7 2− в уксуснокислой среде) желтый кристаллический осадок хромата свинца PbCrO4:
Осадок хромата свинца не растворяется в уксусной и разбавленной азотной кислотах, в водном растворе аммиака, но растворяется в щелочах с образованием бесцветного комплекса [Pb(OH)4] 2− :
Содержимое пробирки делят на несколько частей и испытывают растворимость осадка в азотной кислоте, растворе аммиака и растворе щелочи. Только в растворе щелочи осадок растворяется.
7.Другие реакции катионов свинца. Катионы Pb 2+ образуют белый осадок PbMoO4 при взаимодействии с раствором молибдата аммония (NH4)2MoO4; белый осадок ферроцианида свинца Pb2[Fe(CN)6] при взаимодействии с гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6]; белый осадок фосфата свинца Pb3(PO4)2 при взаимодействии с гидрофосфатом натрия Na2HPO4; черный осадок сульфида свинца PbS (растворимый в азотной кислоте) при взаимодействии с раствором сероводорода H2S или растворами растворимых сульфидов (Na2S, K2S).
В табл. 3.1 представлены продукты некоторых аналитических реакций катионов I аналитической группы по кислотно-основной классификации и свойства данных продуктов.
Источник