3. Систематический ход анализа. Осаждение катионов II–III групп

Если в предварительных испытаниях были обнаружены катионы II–III групп осаждение можно провести совместно, действием 6М HCl и 2N H₂SO₄, чтобы количественно осадить Pb²⁺, который в осадке будет в виде двух соединений: хлорида и сульфата.

Для этого к 1–2 мл раствора задачи (с взмученным осадком) добавить несколько капель 6М HCl до полноты осаждения хлоридов и 2N H₂SO₄ до полного осаждения сульфатов. Избытка кислот следует избегать, чтобы не растворить хлориды II группы и не увеличить растворимость PbSO₄.

Раствор с осадком слегка нагреть на водяной бане при перемешивании, охладить, отфильтровать. Осадок, содержащий катионы II–III групп, промыть холодной водой. Раствор содержит катионы I группы и частично Са²⁺.

Обнаружение катионов Са²⁺. Проводят реакцией с серной кислотой (в присутствии спирта или ацетона) или реакцией с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄. Кристаллы CaSO₄ рассмотреть под микроскопом; проверить растворимость CaC₂O₄ в уксусной кислоте при нагревании.

4. Анализ осадка. Обнаружение катионов II группы

Осадок, содержащий хлориды и сульфаты катионов II и III групп, анализируют путём последовательной обработки его различными реагентами. Если при действии какого-либо реагента в растворе обнаружен компонент, который растворяется при действии данного реагента, то обработка осадка повторяется несколько раз до полного удаления растворяющегося компонента из осадка.

4.1. Обнаружение катионов Pb²⁺ и удаление PbCl₂.

Для открытия катионов Pb²⁺ используют реакцию с KI или К₂CrO₄.

Предварительно осадок на фильтре обработать горячей водой, в которой растворится PbCl₂. Затем провести характерную реакцию обнаружения Pb²⁺ в фильтрате. Если катионы свинца обнаружены, осадок следует обработать горячей водой до полного его удаления из осадка и отрицательной реакции на Pb²⁺ в фильтрате.

4.2. Обнаружение катионов Hg₂²⁺ и удаление Hg₂Cl₂.

Обнаружение проводят характерной реакцией диспропорционирования с NH₃.

Часть осадка после удаления PbCl₂ перенести на часовое стекло или в фарфоровую чашку и обработать раствором аммиака. Почернение свидетельствует о присутствии Hg₂Cl₂. Записать уравнения происходящих реакций. Если ионы ртути обнаружены, тогда ко всему осадку добавляют по 1 мл 0,5М HCl и Br₂+H₂O для растворения хлорида ртути(II). В фильтрате можно обнаружить Hg₂²⁺, что подтверждает наличие Hg₂²⁺ в исходной смеси. Если катионы ртути не обнаружены, обработку осадка смесью растворов HCl и Br₂+H₂O не проводить.

4.3. Обнаружение катионов Ag⁺ и отделение AgCl.

Осадок промыть 25%-ным раствором NH₃. К фильтрату добавить раствор азотной кислоты до кислой среды для разрушения комплекса. В присутствии Ag⁺ обнаруживается образование белого осадка AgCl.

4.4. Удаление PbSO₄.

Если обнаружены катионы Pb²⁺, для удаления сульфата свинца осадок обработать 2М раствором едкого натра при нагревании до полного удаления PbSO₄ из осадка. Полноту удаления можно проверить следующим образом: подкислить часть фильтрата для разрушения [Pb(OH)₄]^2- и открыть катионы свинца одной из характерных реакций с KI или K₂CrO₄.

5. Обнаружение катионов III группы

5.1. Переведение сульфатов катионов III группы в карбонаты.

Оставшийся осадок, после анализа II группы, перенести в пробирку, добавить насыщенный раствор карбоната натрия и нагреть при перемешивании. Слить раствор, осадок обработать новой порцией Na₂CO₃. Обработку осадка повторять несколько раз до полного перевода сульфатов в карбонаты (повторять 3–4 раза).

5.2. Растворение карбонатов III группы.

К осадку после многократной обработки содой добавить 2М раствор уксусной кислоты и нагреть. Осадок должен раствориться. Если не весь осадок растворился, его нужно отделить, уксуснокислый фильтрат сохранить, осадок вновь обработать содой. Затем растворить в кислоте и присоединить к первому раствору. После всех обработок в растворе должны присутствовать катионы бария, стронция и следы катионов кальция.

5.3. Обнаружение и отделение катионов Ba²⁺.

Проводится характерной реакцией с бихроматом калия K₂Cr₂O₇ (рН 4–5).

К части уксуснокислого раствора добавить несколько капель ацетата натрия для создания буферного раствора, и затем раствор бихромата калия при нагревании. В присутствии катионов бария выпадает желтый осадок хромата бария. Если катионы Ba²⁺обнаружены, то их необходимо удалить из всего уксусного раствора, добавляя ко всему раствору CH₃COONa и K₂Cr₂O₇ по каплям до полного осаждения BaCrO₄. Раствор с осадком нагревают 1–2 минуты. Проверить на полноту удаления реакцией с бихроматом.

5.4. Отделение и обнаружение катионов Sr²⁺.

Обнаружение катионов стронция проводят с гипсовой водой (при нагревании).

Если в растворе были обнаружены катионы бария, то к фильтрату, после их удаления, добавить насыщенный раствор карбоната натрия до щелочной реакции и нагреть. Катионы стронция и кальция осаждаются в виде карбонатов. Раствор профильтровать. Осадок, содержащий карбонаты, промыть водой, затем растворить в 2М уксусной кислоте на фильтре.

В отдельной порции фильтрата обнаружить катионы стронция реакцией с гипсовой водой при нагревании на водяной бане. Образование через некоторое время белого необильного осадка указывает на присутствие катионов стронция.

Если катионы стронция обнаружены, то ко всему фильтрату добавить насыщенный раствор сульфата аммония, катионы стронция осаждаются, катионы кальция остаются в растворе в виде комплексной соли (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]. Отфильтровать.

5.5. Открытие катионов Ca²⁺.

Фильтрат после отделения катионов стронция разделить на 2 пробирки. В одной подтвердить присутствие катионов кальция реакцией с оксалатом аммония, в другой – добавлением спирта или ацетона, вызывающего осаждение сульфата кальция вследствие уменьшения его растворимости. Рассмотреть образовавшиеся кристаллы под микроскопом.

6. Вывод. Сделать вывод о катионном составе задачи. Описать решение аналитической экспериментальной задачи по рекомендованному плану с уравнениями происходящих реакций или результаты занести в таблицу. Проверить решение у преподавателя.