Вопросы по IV-VI группам катионов

1. Как ведут себя катионы IV группы при добавлении эквивалентного количества щелочи и ее избытка?

2. Почему для катионов IV группы в качестве группового реагента нельзя использовать раствор аммиака?

3. Напишите характерную реакцию для катиона Al³⁺.

4. В чем заключается отличие окисления ионов Cr³⁺ в кислой и щелочной среде?

5. При проведении качественной реакции на цинк добавляют раствор ацетата натрия. Для чего это делают (показать уравнением реакции)?

6. Как ведут себя катионы V группы при добавлении эквивалентного количества щелочи и ее избытка?

7. Чем по составу отличаются осадки «турнбулевой сини» и «берлинской лазури»?

8. При проведении качественной реакции на Fe³⁺ добавляют избыток тиоцианата. Для чего это делают (показать уравнением реакции)? Что наблюдалось при проведении этой реакции в присутствии фторида натрия?

9. В чем заключается отличие окисления ионов Mn²⁺ в кислой и щелочной среде?

10. Какие реакции происходят и что наблюдается при действии на катионы висмута равного объема йодида калия и его избытка?

11. Какого цвета аммиачные комплексы катионов VI группы? Что происходит с аммиакатом кобальта при стоянии на воздухе и почему?

12. Как ведут себя катионы VI группы при добавлении недостатка и избытка щелочи?

13. Что происходит при добавлении к некоторым катионам VI группы йодида калия? Какие катионы из других групп мешают данным определениям?

14. Почему идет реакция ионов Cu²⁺ с металлическими Al, Fe, Zn?

15. Для чего в качественной реакции на кобальт используется избыток тиоцианата?

16. Напишите уравнение реакции взаимодействия катиона никеля с реактивом Чугаева.

СХЕМА ХОДА АНАЛИЗА СМЕСИ КАТИОНОВ I – VI ГРУПП

I. Предварительные испытания

Проводится предварительный анализ полученной смеси катионов I–VI групп, определяются:

• Цвет раствора (делается вывод о наличии окрашенных катионов);

• рН раствора;

• Наличие или отсутствие осадка и его цвет.

Если задача с осадком, необходимо проверить его растворимость в кислоте (осадок растворился – могут быть хлориды, карбонаты II группы и/или гидроксиды, карбонаты катионов IV–VI групп); в щелочах (осадок растворился – это может быть сульфат свинца, гидроксиды IV и V групп); сделать соответствующие выводы. Если не происходит полного растворения в указанных реагентах осадка, возможно присутствие MeCl_n, MeSO₄, SbOCl, BiOCl.

• Наличие катионов II–VI групп в растворе в отдельных пробах групповыми реагентами.

II. Обнаружение некоторых катионов дробным методом (в растворе задачи)

Если раствор задачи с осадком, необходимо отобрать прозрачную надосадочную жидкость или профильтровать часть раствора задачи в отдельную пробирку и затем провести дробное обнаружение катионов I–VI групп.

1. Открытие катионов NH₄⁺, K⁺, Na⁺.

1.1. Обнаружение катионов NH₄⁺.

Анализ смеси начинают с обнаружения NH₄⁺, который мешает дальнейшему открытию К⁺. Обнаружение NH₄⁺ проводят специфической реакцией со щёлочью (при нагревании). Для этого к отдельной порции (3–5 капель) раствора задачи прилить равный объем NaOH (KOH) и нагреть на водяной бане. Выделившийся NH₃ определяют по посинению влажной универсальной индикаторной бумаги или по характерному запаху аммиака. Записать уравнение реакции и сделать вывод о наличии катиона аммония.

1.2. Обнаружение катионов Nа⁺.

Для открытия катиона Na⁺ используют специфическую реакцию с K[Sb(OH)₆] (при рН 7–8).

Однако прежде необходимо удалить мешающие катионы II–III групп присутствующие в растворе. Для этого к части исходного раствора добавить насыщенный раствор К₂СО₃ до щелочной реакции (рН 10–12, контролировать по индикатору), отделить осадок фильтрованием и отбросить, записать уравнения происходящих реакций (указать состав осадка).

К полученному фильтрату добавить 2N раствор CH₃COOH до рН 7–8 и открыть Na⁺ с помощью K[Sb(OH)₆]. Выпадение белого кристаллического осадка, переходящего в аморфный при действии соляной кислоты, свидетельствует о наличии катиона натрия. Записать уравнение реакции и сделать соответствующий вывод.

1.3. Обнаружение катионов К⁺.

Обнаружение К⁺ проводят реакцией с Na₃[Co(NO₂)₆] (при рН 4–6).

Для удаления мешающих катионов поступают аналогично п. 2.2, однако для осаждения берут Nа₂СО₃. Указать состав полученного осадка.

При наличии катионов NH₄⁺ фильтрат (после отделения мешающих катионов) перенести в фарфоровую чашку, слегка упарить и добавить несколько капель конц. HNO₃. Выпарить досуха (под тягой!) и прокалить. Операцию повторяют несколько раз до полного удаления катиона NH₄⁺. Для проверки полноты удаления, перенести часть сухого остатка на предметное стекло, растворить в 1–2 каплях дистиллированной воды и добавить реактив Несслера. Отрицательная реакция указывает на полное удаление катионов аммония. Записать уравнения происходящих реакций.

К остатку в фарфоровой чашке добавить около 1 мл дистиллированной воды, подкислить 2М СН₃СООН до рН 4–6 (по индикатору) и в растворе открыть ион калия с Na₃[Co(NO₂)₆]. Образование жёлтого осадка, не разлагающегося при нагревании, указывает на присутствие катионов калия. Записать уравнение реакции и сделать вывод о наличии катиона К⁺.

2. Обнаружение катионов Ca²⁺.

Проводят характерной микрокристаллоскопической реакцией образования гипса.

Предварительно катионы III группы и свинца отделяют в виде сульфатов (раствором серной кислоты), используя сравнительно большую растворимость CaSO₄ в воде. Осадок отфильтровывают, к фильтрату добавляют спирт или ацетон для понижения растворимости CaSO₄ и кристаллы рассматривают под микроскопом.

3. Открытие катионов Fe²⁺ и Fe³⁺.

Для открытия используют характерные реакции Fe²⁺ с K₃[Fe(CN)₆] и Fe³⁺ с K₄[Fe(CN)₆] (описание см. в разделе характерные реакции).

4. Открытие катионов Ni²⁺.

Для обнаружения катионов никеля используют диметилглиоксиматную реакцию с реактивом Чугаева (рН 9–10). Если в растворе обнаружены катионы Fe²⁺ их предварительно окисляют пероксидом водорода (или HNO₃ к.) и маскируют фторид-ионами.

5. Открытие катионов Co²⁺.

Проводят характерной реакцией с KNO₂ (рН 4–5, при нагревании) или реакцией с NH₄SCN экстрагируя комплекс C₅H₁₁OH (этой реакции мешают катионы Fe³⁺ – можно замаскировать добавлением фторид- (NH₄F, KF, NaF) или фосфат-ионов (Na₂HPO₄)).