Занятие 7. Анализ катионов шестой аналитической группы

(Сu²⁺, Нg²⁺, Cd²⁺, Cо²⁺ и Ni²⁺)

Цель: Ознакомить студентов с характерными и специфически­ми реакциями катионов VI аналитической группы, а также с проведе­нием систематического анализа смеси катионов VI группы. Подгото­вить студентов к самостоятельному выполнению систематического анализа смеси катионов VI аналитической группы.

Задачи: Приобретение студентами умений и навыков по вы­полнению характерных и специфических реакций на катионы VI анали­тической группы, а также по проведению систематического анализа катионов данной группы.

К шестой аналитической группе катионов относятся катионы Сu²⁺, Нg²⁺, Cd²⁺, Cо²⁺ и Ni²⁺. Из характеристики катионов данной группы известно, что все они со щелочами образуют осадки, растворимые в избытке водного раствора аммиака с образованием соответствующих комплексных солей - аммиа­катов.

1. Едкие щелочи (NaOH, КОН) со всеми катионами шестой группы образуют аморфные осадки или оксидов (Нg²⁺), или гидроксидов (Сu²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺), или гидроксосолей (Со²⁺):

СuSO₄ + 2 КОН ® ¯Сu(ОН)₂ + K₂SO₄

голубой

HgCl₂ + 2 КОН ® ¯ HgO + 2 KC1 + H₂O

желтый

CdCl₂ + 2 КОН ® ¯ Cd(OH)₂ + 2 KC1

белый

NiCl₂ + 2 КОН ® ¯Ni(OH)₂ + 2 KC1

зеленый

CoCl₂ + КОН ® ¯CoOHCl + KC1

синий

Эти осадки растворяются в минеральных кислотах и водном растворе аммиака (кроме HgO, который в NH₄OH нерастворим).

2. Раствор аммиака NH₄OH (не в избытке) осаждает катионы шестой группы в виде трудно растворимых соединений:

2CuSO₄ + 2NH₄OH ® ¯ (CuOH)₂SO₄ + (NH₄) ₂SO₄

голубой

HgCl₂ + 2 NH₄OH ® ¯ [NH₂Hg]Cl + NH₄C1 + 2 H₂O

белый

CdCl₂ + 2 NH₄OH ® ¯ Cd(OH)₂ + 2 NH₄C1

NiCl₂ + NH₄ OH ® ¯ NiOHCl + NH₄C1

зеленый

CoCl₂ + NH₄ OH ® ¯ CoOHCl + NH₄C1

синий

Все осадки растворимы в минеральных кислотах, аммиаке и со­лях аммония:

(CuOH)₂SO₄ + 6 NH₄OH + (NH₄)₂SO₄ ® 2[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 8Н₂О

лазурно-синий

[NH₂Hg]Cl + 2 NH₄OH + NH₄C1 ® [Hg(NH₃)₄]Cl₂ + 2 H₂O

бесцветный

Cd(OH)₂ + 2 NH₄OH + 2NH₄C1 ® [Cd(NH₃)₄]Cl₂ + 4 H₂O

бесцветный

NiOHCl + 5 NH₄OH + 2NH₄C1 ® [Ni(NH₃)₆]Cl₂ + 6 H₂O

синий

CoOHCl + 5 NH₄OH + 2NH₄C1 ® [Co(NH₃)₆]Cl₂ + 6 H₂O

грязно-желтый

Образование аммиакатов кадмия, никеля и меди протекает лег­ко: при добавлении небольшого избытка NH₄OH. В отличие от них, меркураммония хлорид [NH₂Hg]Cl превращается в растворимый аммиа­кат только под воздействием концентрированного NH₄OH, а кобальтата (II) гидроксохлорид - под воздействием избытка концентриро­ванного NH₄OH.

Реакции обнаружения катионов меди (С u²⁺)

1. Взаимодействие катионов меди с аммиаком.

Как уже отмечалось выше, катионы Сu²⁺ в избытке раствора ам­миака переходят в комплексный ион [Cu(NH₃)₄]²⁺ который обладает характерным лазурно-синим цветом. Предельная открываемая концентрация катионов Сu²⁺ этой реак­цией равна 10 мг/л.

Если в растворе имеется Ni²⁺ в значительной концентрации по сравнению с Сu²⁺, то окраска аммиаката никеля будет маскировать окраску медно-аммиачной комплексной соли. В таком случае катионы меди следует предварительно выделить из раствора.

2. При взаимодействии с аммония роданидом NH₄CNS катионы ме­ди (II) образуют черный осадок, который постепенно бледнеет вследствие его разложения:

CuSO₄ + 2 NH₄CNS ® ¯Cu(CNS)₂ + (NH₄)₂SO₄

Сu²⁺ + 2CNS^- ® ¯ Cu(CNS)₂

2 Cu(CNS)₂ ® 2 CuCNS¯ + (CNS)₂

родан

Предельная открываемая концентрация катионов меди этой реак­цией меньше 1 мг/л. Другие катионы VI группы не мешают открытию Сu²⁺ этой реакцией.

3. При взаимодействии с натрия тиосульфатом выпадает бурый осадок Cu₂S. Реакция протекает в кислой среде при нагревании.

2 CuSO₄ + 2Na₂S₂O₃ + 2H₂O ® Cu₂S¯ + S¯ + 2 H₂SO₄ + 2Na₂SO₄

2 Cu²⁺ + 2 S₂O₃^2- + 2 H₂O ® Cu₂S¯ + S¯ + 4 H⁺ + 2 SO₄^2-

Реакции обнаружения катионов ртути (II) (Hg²⁺)

Реагентом на Hg²⁺ является KI, образующий ярко-красный оса­док HgI₂, растворимый в избытке реагента:

Hg(NO₃)₂ + 2 KI ® HgI₂¯ + 2 KNO₃

Hg²⁺ +2I^- ® HgI₂¯

HgI₂ + 2 KI ® K₂[HgI₄]

HgI₂ + 2I^- ® [HgI₄]^2-

бесцветный раствор

Применяя микроспособы, можно использовать эту реакцию для открытия Hg²⁺ в присутствии всех катионов любых аналитических групп. Один из таких способов заключается в том, что в раствор осто­рожно погружают кончик стеклянной палочки, смоченной раствором KI, при этом вокруг палочки образуется яркое оранжево-красное кольцо HgI₂, которое очень быстро исчезает.

Реакции обнаружения катионов кадмия (Cd²⁺)

Катионы кадмия c избытком KI и NH₄OH образуют белый осадок комплексной соли [Сd(NН₃)₄]I₂:

Сd(NO₃)₂ + 4 NH₄OH + 2 KI ® [Сd(NН₃)₄]I₂¯ + 2 КNO₃ + 4 H₂O

Cd²⁺ + 4 NH₄OH + 2 I^- ® [Сd(NН₃)₄]I₂¯ + 4 H₂O

Открытию Cd²⁺ этой реакцией не мешают ни один из других ка­тионов. Открываемая концентрация составляет не менее 50-100 мг/л.

Реакции обнаружения катионов кобальта (Со²⁺)

К раствору, содержащему ионы Со²⁺, приливают избыток концентриро­ванного раствора NH₄CNS и около 0,5 мл амилового спирта и этило­вого эфира:

CoCl₂ + 4 NH₄CNS ® (NH₄)₂[Co(CNS)₄] + 2 NH₄Cl

Co²⁺ + 4 CNS^- ® [Co(CNS)₄]^2-

После отстаивания раствора на его поверхность всплывает тем­но-синий спирто-эфирный слой, окраска которого обусловлена нали­чием недиссоциированных молекул (NH₄)₂[Co(CNS)₄].

Обнаружению катионов Со²⁺ этой реакцией мешают катионы Fe³⁺, Bi³⁺. Однако этого можно избежать, если выполнить реакцию капельным ме­тодом.

Выполнение опыта: на фильтровальную бумагу наносят 1 каплю раствора NH₄CNS, 1 каплю исследуемого раствора и снова 1 каплю NH₄CNS. Обрабатывают смесь парами аммиака и высушивают. При наличии в растворе кобаль­та, высушенное пятно приобретает интенсивно-синюю окраску по пе­риферии.

Реакции обнаружения катионов никеля (Ni²⁺)

Специфическим реактивом на катион Ni²⁺ является диметилглиоксим (реактив Л. А. Чутаева).

В результате этой реакции образуется внутрикомплексная соль диметилглиоксимина никеля, обладающая характерной ало-красной ок­раской:

CН₃ ¾ C = NOH CH₃ ¾ C = NO ON = C ¾ СН₃

Ni²⁺ +2 | ® | Ni | + 2H⁺

CН₃ ¾ C = NOH CН₃ ¾ C = NOH HON = C ¾ СН₃

Эта реакция легко протекает в аммиачной среде, когда никель предварительно переведен в комплексный аммиакат.

При добавлении диметилглиоксима к аммиачному раствору соли никеля выпадает ало-красный осадок комплексной соли.

Обнаружению катиона Ni²⁺ этой реакцией мешают только катионы Fe^{2 +}, которые легко перевести в Fe³⁺ окислением водорода перокcидом. Предельная открываемая концентрация Ni²⁺ диметилглиоксимом равна 4 мг/л.

Вопросы для самоконтроля:

1 Какие реакции характерны для Со²⁺ и Ni²⁺?

2 При помощи какой реакции можно обнаружить катион Hg²⁺ в присутствии катионов всех аналитических групп? Составьте соответствующие уравнения химической реакции.

3 При помощи какой реакции можно обнаружить катион Cd²⁺ в присутствии катионов всех аналитических групп? Составьте соответствующие уравнения химической реакции.

4 Предложите схему систематического анализа смеси катионов: Cu²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺.

5 Буферные растворы. Классификация буферных растворов. Ме­ханизм буферного действия. Расчет рН буферных растворов.

6 Задача: Как изменится рН формиатного буферного раствора, со­держащего, 0,01 моль муравьиной кислоты и 0,02 моль натрия форми-0,005 моль азотной кислоты и б) 0,001 моль калия гидроксида? рКа(НСООН) = 3,7.

7 Задача: Рассчитайте рН гидрофосфатного буферного раствора в одном литре которого содержится 0,01 моль NaH₂PO₄ и 0,005 моль Na₂HPО₄. Как изменится рН раствора при добавлении к нему: а) 0,0001 моль HCL; б) 0,0001 моль NaOH? рКа (Н₂РО₄) = 7,2

Систематический ход анализа смеси катионов

Дата добавления: 2015-06-30