Лабораторные работы.
Аналитические реакции катионов второй и третьей аналитических групп по кислотно-основной классификации:
Ag (I) , Hg (I), Pb (II), Ca (II) , Ba (II) , Sr (II)
Обнаружение катионов второй группы.
Аналитические реакции катионов серебра Ag (I).
а) Реакция с хлоридами, бромидами, иодидами (фармакопейная). В одну пробирку вносят 2-3 капли раствора NaCl, в другую столько же раствора NaBr, а в третью - столько же KI. В каждую пробирку добавляют по 3-5 капель раствора AgNO3:
CI - + Ag+ → AgCI↓ (белый осадок)
Br - + Ag+ → AgBr↓ (бледно – желтый осадок)
I - + Ag+ → AgI↓ (желтый осадок)
С увеличением концентрации галогенидов растворимость осадков увеличивается из-за образования [AgХ2 – ] и [AgХ4 3-] , в небольших количествах образуются также [AgХ32-].
Хлорид серебра растворяется не только в аммиаке, но и в карбонате аммония, так как в результате кислотно-основных реакций последний содержит достаточное количество аммиака. В аммиаке AgI нерастворим, AgBr растворим частично. Все галогениды серебра легко растворяются в КСN или в Na2S2O3, так как образующиеся цианидные или тиосульфатные комплексы серебра значительно устойчивее аммиачных.
Выполнение реакции. В одну пробирку вносят 2-3 капли раствора NaCI, в другую – столько же капель раствора NaBr, в третью – столько же раствора KI. В каждую пробирку добавляют по 3-5 капель раствора нитрата серебра AgNO3. Наблюдается помутнение растворов и выпадение осадков AgCl, AgBr и AgI.
Испытывают растворимость осадков, прибавляя в каждую пробирку по 5-10 капель концентрированного аммиака. При этом осадок AgCl растворяется полностью, осадок AgBr – частично, осадок AgI – не растворяется.
Раствор [Ag(NH3)2]Cl из первой пробирки делят на две примерно равные части. В одну из них прибавляют несколько капель раствора HNO3, в другую – несколько капель раствора KI. Наблюдается выпадение осадков AgCl и AgI соответственно.
б) Реакция с хроматом калия. В пробирку вносят 2-3 капли раствора AgNO3, прибавляют 1-2 капли раствора K2CrO4. Выпадает краснокирпичный осадок.
2Ag+ + CrO42- → Ag2CrO4↓
Если проводить эту реакцию в уксусно-кислой среде, то образуется красно-бурый осадок Ag2Cr2O7.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 2-3 капли раствора нитрата серебра AgNO3 , прибавляют 1-2 капли раствора хромата калия K2CrO4 . Выпадает кирпично–красный осадок.
в) Реакция с формальдегидом (фармакопейная). В пробирку вносят 3-4 капли раствора AgNO3, прибавляют несколько капель раствора NaOH. Выпадает буро-коричневый осадок гидроксида серебра, который тут же разлагается на воду и оксид серебра Ag2O (темно-коричневый осадок). Затем прибавляют раствор аммиака до растворения выпавшего осадка Ag2O, несколько капель разбавленного формальдегида и слегка нагревают пробирку. Стенки пробирки покрываются блестящей зеркальной пленкой металлического серебра.
Схема реакции:
AgNО3 + NH3∙H2O → AgOH↓ + NH4NO3
2AgOH → Ag2O ↓ + H2O
Ag2O ↓ + 4NH3∙H2O → 2[Ag(NH3)2]OH + 3H2O
2[Ag (NH3)2] OH + CH2O → 2Ag ↓ + 3NH3 ↑ + HCOONH4 + H2O
Выполнение реакции. В чистую, тщательно промытую (раствором хромовой смеси, а затем дистиллированной водой) пробирку вносят 3-4 капли раствора AgNO3, прибавляют несколько капель раствора аммиака до растворения выпавшего осадка оксида серебра Ag2O, несколько капель разбавленного раствора формальдегида и слегка нагревают пробирку (избегать сильного нагревания!). Стенки пробирки покрываются тонкой блестящей зеркальной пленкой металлического серебра.
г) Реакция с сероводородом H2S или сульфидом аммония (NН4)2S. В пробирку вносят 2-3 капли AgNO3, прибавляют несколько капель H2S или (NН4)2S. Образуется черно-коричневый осадок сульфида серебра:
2 Ag+ + S2-→ Ag2S↓
Сульфид серебра не растворяется в холодных разбавленных кислотах, щелочах, сульфидах щелочных металлов и разбавленных растворах KCN, но легко растворим в разбавленной азотной кислоте:
3Ag2S↓ + 8HNO3 → 6AgNO3 + 2NO↑ + 4H2O
Выполнение реакции. К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы серебра, добавляют 1-2 капли 30%-ного раствора CH3COOH и 1-2 капли сульфида аммония. Образуется черный осадок сульфида серебра.
д) Реакция с гидроксидом натрия NaOH. В пробирку вносят 2-3 капли AgNO3, прибавляют несколько капель раствора NaOH. Образуется черный осадок оксида серебра:
2Ag+ + 2OH- → Ag2O↓ + H2O
е) Реакция с карбонатом натрия Na2CO3. В пробирку вносят 2-3 капли раствора AgNO3, прибавляют несколько капель раствора Na2CO3 , образуется белый осадок карбоната серебра:
2Ag+ + CO3-2 → Ag2CO3↓
Ag2CO3 растворим в уксусной и разбавленных минеральных кислотах.
Аналитические реакции катионов ртути Hg (I).
а) Реакция с хлорид-ионами. В пробирку вносят 5 капель раствора Hg2(NO3)2 и прибавляют столько же раствора хлорида натрия, выпадает белый осадок каломели Hg2Cl2. Осадок разделяют на 2 части. К одной части прибавляют концентрированную азотную кислоту - осадок растворяется. К другой части прибавляют несколько капель раствора аммиака - осадок чернеет.
Hg22+ + 2Cl - → Hg2Cl2↓
Hg2Cl2↓ → Hg↓ + HgCl2
3Hg2Cl2 + 8HNO3 → 3HgCl2↓ + 3Hg (NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
Hg2Cl2↓ + 2NH3 → NH2HgCl + Hg↓ + NH4Cl
Выполнение реакции. В пробирку вносят ~5 капель раствора нитрата ртути (I) Hg2(NO3)2 и прибавляют такое же количество раствора хлорида натрия. Выпадает белый осадок каломели. Осадок разделяют на две части. К одной части прибавляют концентрированную азотную кислоту – осадок растворяется. К другой части прибавляют несколько капель раствора аммиака – осадок чернеет.
б) Реакция с металлической медью Сu. На свежеочищенную медную поверхность наносят каплю раствора Hg2(NO3)2. Через некоторое время на поверхности образуется серое пятно амальгамы меди, которое после протирания поверхности мягкой тканью или фильтровальной бумагой становится блестящим:
Hg22+ + Cu → 2Hg↓ + Cu2+
Выполнение реакции. На свежеочищенную (промытую раствором аммиака и затем дистиллированной водой или протертую наждаком) медную поверхность (например, на медную монету) наносят каплю раствора Hg2(NO3)2 . Через некоторое время на поверхности образуется серое пятно амальгамы меди, которое после протирания поверхности мягкой тканью или сухой фильтрованной бумагой становится блестящим.
Если медную монету полностью погрузить в раствор Hg2(NO3)2 , а затем после извлечения из раствора через некоторое время протереть мягкой тканью или сухой фильтрованной бумагой, то вся монета становится блестящей.
в) Реакция с хромат-ионами. В пробирку вносят 3-4 капли раствора K2CrO4 прибавить Hg2(NO3)2, выпадает красный осадок хромата ртути:
Hg22+ + CrO42- → Hg2CrO4↓
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-4 капли раствора Hg2(NO3)2, прибавляют 1-2 капли раствора хромата калия K2CrO4 . Выпадает красный осадок хромата ртути (I).
г) Реакция с сероводородом H2S или сульфидом натрия Na2S. В пробирку вносят 3-5 капель раствора Hg2(NO3)2, прибавляют столько же раствора Na2S, выделяется черный осадок HgS:
Hg22+ + S2- → HgS↓ + Hg↓
д) Реакция с гидроксидом натрия NaOH. В пробирку вносят 3-5 капель раствора нитрата ртути Hg2(NO3)2, прибавляют столько же раствора NaOH. Выпадает черный осадок оксида ртути, нерастворимый в избытке реактива.
Hg22+ + 2OH - → Hg2O↓ + H2O
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3- 4 капли раствора Hg2(NO3)2 и прибавляют 2-3 капли раствора NaOH или KOH. Выделяется черный осадок оксида ртути (I).
е) Реакция с карбонатом натрия Na2CO3. В пробирку вносят 3-5 капель раствора нитрата ртути Hg2(NO3)2, прибавляют 5 капель Na2CO3. Выпадает желтый осадок карбоната ртути:
Hg22+ + CO32- → Hg2CO3↓
Осадок быстро темнеет вследствие разложения:
Hg2CO3↓ → HgO + Hg + CO2↑
ж) Реакция с иодидом калия KI. В пробирку вносят 5 капель раствора Hg2(NO3)2, прибавляют 1 каплю раствора KI. Выпадает зеленый осадок иодида ртути:
Hg22+ + 2I - → Hg2I2↓
Большой избыток реактива разлагает Hg2I2, причем выделяется металлическая ртуть:
Hg2I2↓ + 2I - → [ HgI4]2- + Hg↓
Аналитические реакции катионов свинца Pb (II).
а) Реакция с хлорид-ионами. В пробирку вносят 3-4 капли раствора нитрата свинца, прибавляют 3-4 капли раствора хлорида натрия. Выпадает белый осадок хлорида свинца:
Pb2+ + 2Cl - → PbCl2↓
PbCl2 растворим в кипящей воде и концентрированной НCl, с образованием комплексного иона [PbCl 4]2-.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-4 капли раствора свинца
Pb(NO3)2, прибавляют 3-4 капли раствора хлорида натрия. Выпадает белый осадок хлорида свинца.
К полученной смеси приливают ~1,5 мл дистиллированной воды и нагревают до растворения осадка. При охлаждении раствора из него снова выпадает осадок хлорида свинца в виде игл.
б) Реакция с иодид-ионами (фармакопейная). В пробирку вносят 3-5 капель раствора нитрата свинца, прибавляют 3 капли раствора иодида калия. Выпадает желтый осадок иодида свинца:
Pb2+ + 2I - → PbI2↓
К осадку прибавляют по несколько капель воды, подкисленной уксусной кислотой и нагревают смесь до полного растворения осадка. При охлаждении раствора PbI2 выделяется в виде золотых чешуек.
Так же PbI2 растворим в избытке иодида калия:
PbI2↓ + 2I - → [PbI4]2-
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-5 капель раствора нитрата свинца Pb(NO3)2, прибавляют три капли раствора иодида калия KI. Выпадает желтый осадок иодида свинца.
К смеси 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.
в) Реакция с хромат-ионами. В пробирку вносят 2-3 капли раствора Pb(NO3)2, 2-3 капли раствора ацетата натрия и 3 капли раствора хромата калия. Выпадает желтый кристаллический осадок хромата свинца:
Pb2+ + CrO42- → PbCrO4↓
Осадок не растворяется в уксусной и разбавленной азотной кислотах, в водном аммиаке, но растворяется в щелочах.
PbCrO4↓ + 4OH - → [Pb(OH) 4]2- + CrO42-
Выполнение реакции. В пробирку вносят 2-3 капли раствора Pb(NO3)2, 2-3 капли раствора ацетата натрия и ~3 капли раствора хромата калия или дихромата калия. Выпадает желтый кристаллический осадок хромата свинца.
г) Реакция с сульфат-ионами. В пробирку вносят 5 капель раствора нитрата свинца, прибавляют столько же капель раствора сульфата натрия. Выпадает белый осадок сульфата свинца:
Pb2+ + SO42- → PbSO4↓
Осадок растворяется при нагревании в щелочах:
PbSO4↓ + 4OH - → [Pb(OH)4]2- + SO42-
Осадок растворяется в 30% растворе ацетата аммония или тартрате аммония при нагревании:
2PbSO4↓ + 2CH3COO - → 2[Pb(CH3COO)]+ + 2SO42-
В этих реакциях свинец в виде комплексных соединений переходит в раствор. При добавлении к полученным растворам CH3COOН и К2Cr2O7 выпадает желтый осадок PbCrO4.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 5 капель раствора Pb(NO3)2, прибавляют столько же капель раствора сульфата натрия или калия. Выпадает белый осадок сульфата свинца. Осадок делят на две части, помещая их в две разные пробирки. К одной части прибавляют раствор щелочи, к другой – 30%-й раствор ацетата аммония. Осадок растворяется в обоих случаях.
д) Реакция с сульфид-ионами (фармакопейная). В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли свинца и прибавляют 2-3 капли раствора сульфида натрия. Выпадает черный осадок сульфида свинца:
Pb2+ + S2- → PbS↓
Осадок растворяется в азотной кислоте.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли свинца (II) и прибавляют 2-3 капли раствора сульфида натрия или сероводородной воды. Выпадает черный осадок сульфида свинца PbS.
е) Реакция с карбонатом натрия Na2CO3. В пробирку вносят 4-5 капель раствора соли свинца, прибавляют столько же раствора Na2CO3. Выпадает белый осадок (PbOH)2CO3, растворимый в щелочах.
2Pb2+ + CO32- + 2H2O → (PbOH)2CO3↓ + 2H+
(PbOH)2CO3↓ + 6OH - → 2PbO22- + 4H2O + CO32-
ж) Реакция с гидроксидом натрия NaOH. В пробирку вносят 3-5 капель раствора соли свинца, прибавляют 3-5 капель раствора щелочи. Выпадает белый осадок: Pb2+ + 2OH - → Pb(OH)2↓
Осадок растворим в щелочах: Pb(OH)2↓+ 2OH - →[Pb (OH)4]2-
Обнаружение катионов третьей группы.
Аналитические реакции катионов кальция Са (II).
а) Реакция с оксалатом аммония (фармакопейная). Катионы Са2+ образуют с оксалатом аммония (NH4)2С2O4 белый кристаллический осадок оксалата кальция СаС2O4·Н2О, практически нерастворимого в воде и уксусной кислоте, но легко растворимого в минеральных кислотах:
Ca2+ + C2O42- + H2O → CaC2O4∙H2O↓
CaC2O4∙H2O↓ + H+ → Ca2+ + HC2O4- + H2O
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3 капли раствора CaCI2, прибавляют каплю раствора уксусной кислоты и 3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок оксалата кальция.
б) Реакция с серной кислотой или растворимыми сульфатами. В пробирку вносят 5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют 2-3 капли раствора серной кислоты. Выпадает белый осадок сульфата кальция.
Ca2+ + SO42- + 2H2O → CaSO4∙2H2O↓
Выполнение реакции. Каплю раствора хлорида кальция CaCI2 наносят на предметное стекло, прибавляют каплю раствора серной кислоты и слегка упаривают смесь. Под микроскопом наблюдают образовавшиеся игольчатые кристаллы гипса в виде красивых сросшихся пучков или звездочек.
в) Реакция с гидроксидом натрия. В пробирку вносят 4-5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют 2-3 капли раствора щелочи. Выпадает белый осадок гидроксида кальция:
Ca2+ + 2OH - → Ca(OH)2↓
Осадок выпадает только из концентрированной щелочи, заметно растворяется в воде.
г) Реакция с карбонатом натрия. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют 3 капли раствора Na2CO3. Выпадает аморфный осадок белого цвета:
Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
Осадок растворяется в минеральной и уксусной кислоте.
д) Реакция с гексацианоферратом (II) калия. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида кальция, 2-3 капли раствора NH4Cl. Нагревают раствор до кипения и прибавляют 5-6 капель насыщенного раствора гексацианоферрата (II) калия. Выпадает белый кристаллический осадок при рН>7:
Ca2+ + K[Fe(CN)6]3- + NH4+ → Ca(NH4) K[Fe(CN)6]↓
Осадок нерастворим в уксусной кислоте. Это позволяет отличить его от SrСO3, который может образоваться в присутствии карбонат-ионов в щелочных растворах. Реакции мешают ионы бария и магния.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-4 капли насыщенного водного раствора CaCI2, 2-3 капли раствора аммиака. Нагревают раствор до кипения и прибавляют 5-6 капель свежеприготовленного насыщенного раствора гексацианоферрата (II) калия. Выпадает белый кристаллический осадок.
е) Реакция с фторидами натрия и аммония. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют столько же раствора NaF или NH4F. Выпадает белый осадок:
Ca2+ + 2F - → CaF2↓
ж) Реакция окрашивания пламени. Каплю раствора кальция внести на кончике платиновой проволоки в бесцветное пламя горелки и наблюдать изменение окраски пламени. Соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.
Выполнение реакции. На кончике платиновой или нихромовой проволоки, смоченной раствором HCI, вносят в пламя газовой горелки несколько кристалликов соли кальция или каплю раствора хлорида кальция. Пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.
Аналитические реакции катионов стронция Sr (II).
а) Реакция с серной кислотой или растворимыми сульфатами. В пробирку вносят 1-2 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 2-3 капли серной кислоты или сульфата натрия. Выпадает белый кристаллический осадок сульфата стронция:
Sr2+ + SO42- → SrSO4↓
Нагревание раствора на водяной бане ускоряет образование осадка сульфата стронция SrSO4.
Выполнение реакции. 1) Реакция с «гипсовой водой». В пробирку вносят 4 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 5-6 капель «гипсовой воды», нагревают на водяной бане и оставляют на ~10-15 мин. Постепенно выделяется белый осадок сульфата стронция.
2) Реакция с серной кислотой. В пробирку вносят 1-2 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 2-3 капли раствора серной кислоты. Выпадает белый кристаллический осадок сульфата стронция.
б) Реакция с гидроксидом натрия NaOH. В пробирку вносят 2-3 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 2-3 капли H2SO4. Выпадает белый осадок Sr(OH)2.
в) Реакция с карбонатом натрия Na2CO3. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида стронция, прибавляют столько же капель раствора карбоната натрия и осторожно нагревают пробирку с раствором. Выпадает белый осадок карбоната стронция, растворимый в уксусной и минеральных кислотах:
Sr2+ + CO32- → SrCO3↓
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида стронция, прибавляют столько же капель раствора карбоната аммония (NH4)2CO3 и осторожно нагревают пробирку с раствором. Выпадает белый осадок карбоната стронция.
г) Реакция с фторидами натрия и аммония. В пробирку вносят раствор хлорида стронция, прибавляют раствор фторида натрия или фторида аммония. Выпадает белый осадок фторида стронция 
, который разлагается при нагревании с концентрированной серной кислотой.
д) Реакция с оксалатом аммония (фармакопейная). Катионы Sr2+ образуют с оксалатом аммония (NH4)2С2O4 белый кристаллический осадок оксалата стронция СаС2O4, практически нерастворимого в воде и уксусной кислоте, но легко растворимого в минеральных кислотах:
Sr2+ + C2O42- → SrC2O4↓
SrC2O4↓+ H+ → Sr2+ + HC2O4-
Аналитические реакции катионов бария Ba (II).
а) Реакция с серной кислотой или растворимыми сульфатами. В пробирку вносят 2-3 капли BaCl2, прибавляют по каплям раствор H2SO4 или Na2SO4. Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, нерастворимый в разбавленных сильных кислотах. Растворимость его сильно повышается в концентрированной H2SO4 вследствие образования HSO4- .
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓
Выполнение реакции. В пробирку вносят 2-3 капли раствора BaCl2 , прибавляют по каплям раствор H2SO4. Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария.
б) Реакция с гидроксидом натрия. В пробирку внести 3-5 капель раствора BaCl2, прибавляют раствор NaOH. Выпадает белый осадок Ba(OH)2 из концентрированных растворов, растворимый в минеральных кислотах и уксусной кислоте:
Ba2+ + 2OH - → Ba(OH)2↓
Ba(OH)2↓ + 2H+ → Ba2+ + H2O
в) Реакция с карбонатом натрия Na2CO3. В пробирку внести 3-5 капель раствора BaCl2, прибавляют раствор Na2CO3. Выпадает белый осадок BaCO3. Осадок растворяется в минеральных кислотах и в уксусной кислоте:
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓
BaCO3↓ + 2H+ → Ba2+ + H2O + CO2↑
г) Реакция с хроматом калия K2CrO4. Хромат калия образует желтый осадок хромата бария в нейтральном или уксуснокислом растворе ионов Ва2+.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида бария, прибавляют раствор хромата калия. Выпадает желтый осадок BaCrO4, который растворяется в минеральных кислотах и не растворяется в уксусной кислоте.
Ba2+ + CrO42- → BaCrO4↓
д) Реакция с гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6]. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида бария, прибавляют 3-5 капель раствора K4[Fe(CN)6], выпадает белый осадок K2Ba[Fe(CN)6]. Осадок растворим в минеральных кислотах:
Ba2+ + K2[Fe(CN)6]2- → BaK2[Fe(CN)6]↓
е) Реакция с фторидами натрия NaF или аммония NH4F. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида бария, прибавляют раствор фторида натрия или фторида аммония. Выпадает белый осадок фторида бария, который разлагается при нагревании с концентрированной серной кислотой:
Ba2+ + 2F - → BaF2↓
ж) Реакция с двузамещенным фосфатом натрия Na2HPO4. В пробирку вносят 4-5 капель раствора двузамещенного фосфата натрия и 4-5 капель раствора хлорида бария. Выпадает белый хлопьевидный осадок ВаНРО4:
Ba2+ + HPO42- → BaHPO4↓
Осадок растворим в разбавленных кислотах.
