Аналитические методы контроля окружающей среды (стр. 27 )

Открытие катиона Ag+.

Отделить осадок центрифугированием, центрифугат разделить на три части. К одной добавьте раствор йодида калия (должен выпадать желтый осадок), к другой - азотной кислоты (белый осадок). 

Вопросы для самоконтроля

Каковы особенности второй аналитической группы катионов? Почему групповым реагентом на катионы второй аналитической группы катионов является хлороводородная кислота? Как действует раствор аммиака на AgCl? Как открыть в анализируемом растворе ион серебра? Сопоставьте соотношение хлорида и иодида серебра к действию растворов аммиака и цианида калия и объясните наблюдающиеся различия? Почему необходимо быстрое отделение раствора от осадка после обработки осадка хлоридов серебоа и ртути (I) раствором аммиака? Как действует NН4OH на Hg2Cl2? Почему при действии хлорид – иона на комплексный ион [Ag(NH3)2]+ осадок не образуется, а при действии иодид -  иона выпадает осадок? Пользуясь таблицей произведения растворимости, определите, какими из ниже следующих реактивов можно полнее осадить ионы серебра из раствора нитрата серебра? Сравните растворимость галогенидов серебра? Почему ионы свинца невозможно полностью осадить расвтором НС1? как избежать образования растворимых комплексов Н[AgCl2] и H[PbCl3] при  осаждении катионов второй группы хлороводородной кислотой? Каковы свойства осадка хромата свинца? Как отделить осадок хлорида свинца от хлоридов серебра и ртути? Перечислите характерные свойства осадка хлорида серебра.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.

Третья группа катионов Ва2+, Са2+, Sr2+.

Групповым реактивом третьей группы является серная кислота.

Опыт №1.

В три пробирки налить по 3-4 капли соли бария, кальция, стронция и по 2-3 капли 2Н серной кислоты. Образуются белые кристаллические осадки.

Me Cl2 + H2SO4 → Me SO4↓ + 2HCl,

где  Ме – катионы  Ва2+, Са2+, Sr2+.

Осадки отцентрифугировать, промыть холодной водой. Проверить растворимость сульфатов в горячей воде. Растворимость сульфата кальция в присутствии сильно понижается. В отличие от сульфата бария и стронция растворимость сульфата кальция повышается в присутствии сернокислого аммония вследствие образования комплексной соли.

CaSO4↓ + (NH4)2SO4 ↔ (NH4)2 [Ca(SO4)2]

Эти данные широко используются при открытии ионов Ва2+, Са2+, Sr2+.

Опыт №2.

В три пробирки внести по 3-4 капли растворов солей Ва2+, Са2+, Sr2+ и прилить несколько капель гипсовой воды (насыщенный раствор CaSO4 х 2Н2О). При этом осадок сульфата бария выпадает сразу после смешения растворов в отличии от сульфатов стронция, которые выпадают после кипячения и стояния в течении 5-10 минут. Ионы кальция в гипсовой воде осадка не дают. Гипсовая вода служит реактивом на ионы стронция.

Действие общеаналитических реагентов.

Опыт №3.

В пробирки налить по 2-3 капли солей Ва2+, Са2+, Sr2+ прибавит по капле 2Н раствора NH4OH и NH4Cl, нагреть содержимое на водяной бане и подействовать несколькими каплями раствора карбоната аммония.

(NH4)2СО3  + Me Cl2 → МеСО3↓ + 2 NH4Cl

  белый осадок

Карбонат аммония используется для отделения катионов третьей группы.

Опыт №4.

В три пробирки налить по 2-3 капли солей Ва2+, Са2+, Sr2+ и добавить по капле 2Н раствора хромата калия. Образуются желтые кристаллические осадки BaCrO4 и  SrCrO4 , которые в воде практически не растворимы, но легко растворяются в соляной и азотной кислотах, катион кальция с CrO42- ионом осадка не образует. Хромат стронция растворяется ещё и в уксусной кислоте, в то время как хромат бария в этой кислоте не растворяется. Эта отличительная особенность в свойствах хроматов бария и стронция используется для открытия иона бария в присутствии иона стронция.

Характерные реакции катиона Ва2+.

Опыт №5.

К 2-3 каплям исследуемого раствора прибавляют 3-4 капли  K2Cr2O7, 5-7 капель CH3COONa и смесь нагревают. В присутствии Ва2+ выпадает желтый осадок. Реакции мешают ионы Ag+, Pb2+, Hg2+,  образующие с хромат ионом окрашенные осадки, поэтому катион Ва2+ открывают этим реактивом в, систематическом ходе анализа в присутствии ионов Sr2+.

Опыт №6.

Родизонат натрия с Ва2+ образуется красный осадок.

  О  О  O  O

О  ONa  О  O

О  ONa 

  О  O

  О  O

1 каплю нейтрального или слабокислого раствора наносят на полоску фильтровальной бумаги и смачивают пятно 0,1% водным раствором родизоната натрия и затем в присутствии 2Н раствора HCl вместе с Ва2+ появляется красное окрашивание. Ионы тяжелых металлов мешают этой реакции. Для удаления тяжелых металлов добавляют 6Н водный раствор NH3 до щелочной реакции, смеси нагревают до кипения. Осадок отделяют от раствора центрифугированием. 2-3 капли раствора наносят на фильтровальную бумагу и проводят реакцию на ион Ва2+.

Опыт №7.

Летучие соли бария BaCl2, Ba (NO3)2 окрашивают бесцветное пламя в желто-зеленый цвет.

Характерные реакции катиона Sr2+.

Опыт №8.

На полоску фильтровальной бумаги наносят каплю нейтрального раствора соли Sr2+ и каплю 0,1% раствора родизоната натрия. В присутствии стронция появляется буровато-красное пятно. Ион Ва2+ мешает этой реакции. Катионы тяжелых металлов, мешающие определению, отделяют от ионов стронция кипячением с водным раствором NH3. Осадок отделяют центрифугированием, Sr2+- ионы обнаруживают в центрифугате.

Опыт №9.

Если в растворе не обнаружено Ва2+, то Sr2+ открывается гипсовой водой (см. опыт №2). SrSO4 выпадает очень медленно и вывод о наличии ионов Sr2+ можно сделать лишь через 20-30 минут. Осаждение проводить в нагретых до 600-800 растворах.

Опыт №10.

Ион Sr2+ окрашивает бесцветное пламя в карминно-красный цвет.

Характерные реакции катиона Са2+.

Опыт №11.

К 3-4 каплям дистиллированной воды добавить каплю 0,5Н раствора NaOH, каплю ацетона и каплю 0,02% кальциона-реагента. Раствор окрашивается в ярко-синий цвет. При добавлении капли раствора соли кальция окраска переходит в розово-красную. Реакция специфична. Должны отсутствовать окислители и восстановители.

Опыт №12.

Испытуемый раствор нагревают до кипения, прибавляют 2Н раствора CH3COOН и 3-4 капли 2Н раствора оксалата аммония (NH4)2C2O4. Появляется белый осадок, нерастворимый в уксусной кислоте.

Вопросы для самоконтроля

Перечислите общеаналитические реактивы катионов третьей группы. Какого цвета осадки образуются при взаимодействии солей катионов третьей группы с хроматом калия? Какого цвета осадки образуются при взаимодействии солей катионов третьей группы с оксалатом аммония? Какой реакцией можно открыть Ва2+ - ион в присутствии Sr 2+ и Ca2+ - ионов? Каковы условия открытия Sr 2+ - иона гипсовой водой? Как можно отличить оксалат кальция от оксалатов стронция и бария? Какими реакциями можно открыть Са 2+ - ион в присутствии небольших количеств ионов бария и стронция? В какой цвет окрашивается пламя горелки при внесении в него соли бария? Соли стронция? Как можно растворить осадок сульфата бария? Для чего, переводя сульфаты катионов третьей аналитической группы в раствор кипячением с раствором соды, необходимо повторно сливать маточный раствор? Почему ион бария отделяют от ионов стронция и кальция действием хромата калия в уксуснокислой среде? Какой из реактивов сульфат-, карбонат-, оксалат натрия более полно осаждает ионы кальция из раствора? На чем основано отделение ионов стронция от ионов кальция с помощью насыщенного раствора сульфата аммония? Может ли осадок сульфата кальция помешать открытию ионов бария и стронция с систематическом анализе? Перечислите все условия обнаружения ионов бария действием. Объясните значение рН среды, роль уксусной кислоты, влияние на ход осаждения реакции гидролиза и применение ацетата натрия. Перечислите все условия реакции перевода сульфатов бария и стронция в их карбонаты. Осадок карбонатов бария  и  стронция не полностью растворили в уксусной кислоте. Что может быть в не растворившейся части? почему для осаждения ионов стронция применяют насыщенный раствор сульфата аммония, а не разбавленный?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.

Анализ смеси катионов первой, второй и третьей групп.

  Ход анализа раствора с осадком.

В отдельной пробе открывают катионы NH4+, нагревая его со щелочью. Раствор с осадком взбалтывают, делят на две части. Первая часть - для анализа, вторая - для контроля. Анализируемая смесь может содержать катионы NH4+, K+, Na+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Ag+, Pb2+, [Hg2] 2+ . Осаждают катионы второй группы и исследуют осадок. Для этого в коническую колбу берут 30-35 кап. анализируемого раствора (вместе с осадком) и, помешивая, прибавляют 3-4 кап. соляной кислоты. Проверяют на полноту осаждения. Осадок (1) отделяют фильтрованием и промывают водой, подкисленной несколькими кап. соляной кислоты. Осадок на фильтре может содержать соли  AgCl, PbCl2, Hg2Cl2, BaSO4, SrSO4, CaSO4, а фильтрат (1) катионы Ba2+, Sr2+, Ca2+, K+, Na+, NH42+, Pb2+. К фильтрату (1) приливают 12-15 кап. раствора сульфата аммония, нагревают 5-6 мин. На кипящей водяной бане, дают отстояться 10 мин. И центрифугируют. Полученный осадок (2) обрабатывают 30% раствором ацетата аммония при нагревании до полного удаления сульфата свинца. Оставшийся осадок промывают два раза дистиллированной  водой, переносят в фарфоровую чашку, добавляют 3-4 мл. раствора карбоната калия (IOH) и кипятят 5мин. Затем охлаждают, добавляют 2мл. воды, перемешивают, дают отстояться и прозрачный слой сливают. Снова перемешивают, добавляют 3мл. раствора карбоната калия, кипятят 5мин., фильтруют. Осадок промывают теплой водой, растворяют в пробе в 10-12 кап. уксусной кислоты, разбавляют 6-8 кап. дистиллированной воды.  Катионы Ba2+,  Sr2+,  Ca2+ открывают по способу изложенному в работе №3. Последний фильтрат может содержать катионы  Ca2+, K2+, Na+, NH4+, обнаружение их проводят частными реакциями (*).

Осадок (1) промывают в пробе 3-4 раза горячей водой, фильтруют, (фильтрат собирают и определяют катион Pb2+  частными реакциями ).

Осадок с фильтра переносят в пробу, прибавляют 10-12 кап. 25% раствора NH4OH, размешивают. Быстрое почернение смеси  от действия  NH4OH указывает на наличие катионов [Hg2] 2+. Раствор фильтруют и исследуют фильтрат на содержание Ag+.