Качественный анализ катионов I аналитической группы

Реакции катиона калия К⁺

1. Гидротартрат натрия NaHC4H4O6 (кислая соль винной кислоты) об-

разует с растворами солей калия белый кристаллический осадок:

КСl + NaHC4H4O6 = КНС4Н4О6↓ + NaCl,

К+ + НС4Н4О6^- = КНС4Н4О6↓.

Осадок растворим в минеральных кислотах и щелочах (образование

средних солей). Составьте и запишите соответствующие уравнения реакций.

Опыт. В пробирку налить 4 - 5 капель раствора соли калия (КСl, KNO3,

K2SO4), прибавить равный объем гидротартрата натрия. Перемешать реакци-

онную смесь стеклянной палочкой (если осадок не выпадает, слегка потереть

ею о стенки пробирки) и охладить раствор под струей водопроводной воды.

Чтобы убедиться в том, что осадок кристаллический, следует, закрыв про-

бирку, сильно наклонить ее и рассмотреть прилипшие к стенкам и ко дну

кристаллы КНС4Н4О6 (при подобном испытании аморфные и мелкокристаллические осадки легко отстают от стенок пробирки). Испытать действие кислот и щелочей на осадок. Для этого, взмутив раствор, разделить его на три пробы. К первой добавить 1 - 2 капли сильной кислоты, ко второй - щелочи. К содержимому третьей пробы прибавить 2 капли дистиллированной воды и нагреть на водяной бане, осадок растворится. Он также растворяется при добавлении холодной воды. Реакция эта сравнительно малочувствительна (предельное разбавление 1:1000). На основании вышеизложенного можно сделать заключение об условиях проведения реакции. Реакцию необходимо проводить в нейтральной среде, при охлаждении и при достаточно большой концентрации ионов калия (разбавленные растворы можно предварительно упарить). Открытию катиона К+ мешают ионы NH₄⁺, образующие с реактивом аналогичный осадок.

2. Гексанитрокобальтат (III) натрия Na3[Co(NO2)6] образует с катио-

ном К+ кристаллический желтый осадок комплексной соли гексанитро-(III)

кобальтата натрия-калия:

2КС1 + Na3[Co(NO2)6] = K2Na[Co(NO2)6] ↓+ 2NaCl,

2К⁺ + Na⁺ + [Co(NO2)6]^3- = K2Na[Co(NO2)6] ↓.

Осадок растворим в сильных кислотах (образование нестойкой кислоты

Н3[Со(NO)2)6]). Присутствие щелочей мешает реакции, так как щелочь раз-

лагая реактив, образует темно-бурый осадок Со(ОН)3.

Опыт. В пробирку налить 1 - 2 капли раствора КС1, прибавить 1 - 2 кап-

ли раствора реактива. Если осадок не выпадает, потереть стеклянной палоч-

кой о стенки пробирки. Убедиться в том, что осадок кристаллический. Раз-

делить осадок на две части. К первой добавить сильную кислоту до рас-

творения осадка, ко второй - 4-5 капель уксусной кислоты СН3СООН (осадок

не растворяется). Следовательно, реакцию необходимо проводить в нейтральной или слабокислой среде. Кроме того, следует учесть, что реактив

должен быть свежеприготовленным, т. к. он сравнительно быстро разлагает-

ся и его бурая окраска переходит в розовую. Катион NH4+ мешает обнаруже-

нию иона К+. Реакция более чувствительная, чем первая (предельное разбав-

ление составляет 1: 13000).

 

3. Гексанитрокупрат (II) натрия-свинца Na2Pb[Cu(NO2)6] образует с

катионами К+ черные или коричневые кристаллы кубической формы:

2КС1 + Na2Pb[Cu(NO2)6] = K2Pb[Cu(NO2)6]↓ + 2NaCl,

2К⁺ + Рb²⁺ + [Cu(NО2)6]^2- = K2Pb[Cu(N02)6]↓.

Опыт А) В пробирку налить 2-3 капли раствора КС1, прибавить равный

объем реактива, дать постоять и рассмотреть образовавшийся осадок.

Б) Реакцию можно выполнять микрокристаллоскопическим методом. На

чистое, сухое предметное стекло нанести каплю раствора соли калия, выпа-

рить досуха, охладить и обработать каплей реактива. Через минуту рассмот-

реть образовавшиеся кристаллы под микроскопом (рис. 1).

Условия проведенения реакции - в слабокислой или нейтральной среде

(рН = 6 ÷ 7). Реакция достаточно чувствительная, обнаруживаемый минимум

7,5 мкг.

Рис. 1. Кристаллы K2Pb[Cu(NO2)6]

 

 

4. Окрашивание пламени. Ионы К+ окрашивают пламя в бледно-

фиолетовый цвет.

Опыт. Платиновую или нихромовую проволочку тщательно очистить,

для чего смочить ее в растворе НС1 и прокалить в пламени горелки до пол-

ного исчезновения окраски пламени. Ушком раскаленной проволочки при-

коснуться к кристаллам соли калия и внести его в пламя горелки. Фиолетовое

окрашивание пламени лучше наблюдать через синее стекло или флакон с

раствором индиго.

 

Реакции катиона натрия Na⁺

1. Гексагидроксостибат (V) калия K[Sb(OH)₆] образует с катионом Na⁺

белый кристаллический осадок Na[Sb(OH)₆]:

NaCl + K[Sb(OH)₆] = Na[Sb(OH)₆]↓ + KC1,

Na⁺ + [Sb(OH)₆]- = Na[Sb(OH)₆]↓.

Осадок растворим в щелочи:

Na[Sb(OH)₆] + 2NaOH = Na₃SbO₄ + 4H₂O.

Кислоты разлагают реактив с образованием аморфного осадка метасурь-

мяной кислоты HSbO₃:

К [Sb(OH)₆] + HC1 = HSbO₃↓+ КС1 + ЗН₂О.

Опыт. В пробирку налить 2 - 3 капли раствора соли NaCl, прибавить рав-

ный объем реактива, перемешать стеклянной палочкой и, если осадок не вы-

падает, потереть ею о стенки пробирки и охладить. Убедиться в том, что оса-

док кристаллический.

Реакция малочувствительная, обнаруживаемый минимум - 0,3 мг.

Реакция проводится в строго нейтральной среде при достаточно большой

концентрации ионов Na+ в растворе, при охлаждении и в отсутствии катио-

нов NH₄⁺.

 

2. Окрашивание пламени. Соли натрия окрашивают пламя в желтый

цвет. Окраска устойчивая, не исчезает в течение нескольких секунд. Реакция

очень чувствительная; предел обнаружения этой реакции составляет 3 ∙ 10-4

мкг, поэтому с ее помощью можно открывать ион Na+ как примесь в реакти-

вах. Вывод о присутствии натрия надо делать с большой осторожностью,

только при очень яркой окраске пламени.

Опыт. Реакция проводится так же, как и на ион К⁺.

 

Реакции катиона аммония NH₄⁺

1. Щелочи NaOH и КОН при нагревании разлагают соли аммония с вы-

делением газообразного аммиака:

NH₄C1 + NaOH = NH₃↑ + Н₂О + NaCl.

Опыт. В пробирку поместить 2 - 3 капли соли аммония, прибавить 1 - 2

капли раствора щелочи (не касаясь края пробирки) и нагреть. Выделение

аммиака можно обнаружить по характерному запаху (специфическая реак-

ция) или по изменению окраски влажной индикаторной бумаги, поднесен-

ной к отверстию пробирки. Красная лакмусовая бумага синеет.

Реакция чувствительная, обнаруживаемый минимум - 0,01 мкг.

 

2. Реактив Несслера - раствор тетраиодомерурат (II) калия K2[HgJ4] и

КОН образует с солями аммония красно-бурый аморфный осадок иодида

оксодимеркурат (II) аммония [NH2Hg2O]J:

NH4Cl + 2K2[HgJ4] + 4KOH =  +J↓ + 7KJ + KCl + 3H2O.

 

Опыт. К капле разбавленного раствора соли аммония на предметном

стекле (или в пробирке) добавить 1-2 капли реактива Несслера. Наблюдать

выпадение осадка. Реакция очень чувствительная (обнаруживаемый минимум - 0,25 мкг). Условия проведения опыта: при выполнении опыта необходимо брать избыток реактива Несслера, так как осадок растворим в солях аммония; открытию катиона NH₄⁺ мешают катионы Fe3+, Cr3+, Co2+, Ni2+ и другие, образующие окрашенные осадки с КОН.

 

Реакции на катион лития Li⁺

 

1. Реакция с двузамещенным гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄

Гидрофосфат натрия Na₂HPO₄ в нейтральной или слабощелочной среде образует с катионами лития белый осадок фосфата (ортофосфата) лития

3Li⁺ + HPO^{2 -} ₄ =  Li₃PO₄ + H⁺

Для увеличения полноты осаждения при проведении реакции добавляют этанол, поскольку в водно-этанольной среде растворимость фосфата лития уменьшается. Фосфат лития растворим в растворах кислот и солей аммония. Реакцию проводят обычно в аммиачной среде для связывания выделяющихся ионов водорода.Мешают все катионы, образующие нерастворимые (малорастворимые) в воде фосфаты.

Опыт. В пробирку вносят 10 капель раствора соли лития, прибавляют столько же капель концентрированного раствора аммиака, несколько капель этанола и 15 капель гидрофосфата натрия. Через  5 мин выпадает белый мелкокристаллический осадок, растворимый в уксусной кислоте.

 

2. Реакция с растворимыми фторидами

Фторид-ионы осаждают из водных растворов солей лития белый осадок малорастворимого в воде фторида лития LiF. Растворимость фторида лития в воде уменьшается в присутствии аммиака.Мешают катионы Mg²⁺,Ca²⁺, Sr²⁺,Ba²⁺,Cu²⁺,Pb²⁺, также дающие осадки фторидов.

Опыт. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли лития, 1- 2 капли концентрированного аммиака и 4-5 капель раствора фторида аммония NH₄F. Смесь нагревают. Медленно выпадает аморфный осадок фторида лития. Осадок растворяется в уксусной кислоте.