1 группа катионов. 2 Первая аналитическая группа катионов K, Na, nh4
 Скачать 59 Kb.
|
|
2.2.1. Первая аналитическая группа катионов: K+, Na+, NH4+. К первой аналитической группе катионов относятся катионы K+, Na+, NH4+. Калий и натрий входят в первую группу периодической системы и обладают ярко выраженными металлическими свойствами. Их ионы имеют законченные восьмиэлектронные оболочки. Почти все соли катионов этой группы и их гидроксиды хорошо растворимы в воде. Гидроксиды калия и натрия – сильные щелочи, которые в водных растворах полностью ионизированы. Соли калия и натрия, образованные слабыми кислотами, подвергаются гидролизу, и растворы их имеют рН > 7. Соли же их, образованные сильными кислотами, гидролизу не подвергаются, и растворы их имеют нейтральную реакцию среды. Раствор аммиака в воде – слабое основание. Соли, образованные им и сильными кислотами, подвергаются гидролизу, и растворы их имеют рН < 7. В отличие от солей калия и натрия соли аммония разлагаются при нагревании, поэтому могут быть удалены при прокаливании. 1. Почти все соли калия, натрия и аммония, а также их гидроксиды хорошо растворимые соединения в воде. 2. Открытие катионов калия и натрия проводят в нейтральных, слабокислых или слабощелочных растворах. 3. Открытие катионов аммония проводят в сильно щелочном растворе при нагревании. 4. Открытие катионов I аналитической группы проводят из концентрированных растворов. Хорошая растворимость солей калия, натрия и аммония обуславливает также отсутствие для них общеаналитических и групповых реактивов. Следовательно, каждый из этих катионов первой аналитической группы можно обнаружить при отсутствии мешающих катионов в данном растворе, которые из раствора должны быть удалены. Соли катионов аммония в растворе и в сухом виде различаются при нагревании с выделением аммиака. t NH4Cl = H3N↑ + HCl t (NН4)2SO4 = 2H3N↑ + H2SO4 Этим свойством солей аммония пользуются для удаления катиона аммония из раствора солей смеси первой аналитической группы: раствор, содержащий катион аммония выпаривают досуха, а сухой остаток подвергают прокаливанию, находящиеся в этом остатке соли аммония разлагаются с выделением H3N↑. Реакции катионов калия К+. 1. Гексанитритокобальтат(III) натрия Na3[Co(NO2)6] в нейтральном или уксуснокислом растворе дает желтый кристаллический осадок гексанитритокобальтат(III) калия и натрия. 2KCl + Na3[Co(NO2)6] = K2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaCl Реакции мешают соли аммония, которые с данным реактивом образуют аналогичный осадок. 2NH4Cl + Na3[Co(NO2)6] = (NH4)2Na[Co(NO2)6]↓ + 2NaCl Чтобы открыть катион калия, катион аммония из раствора удаляют выше указанным способом. 2. Винная кислота или кислый тартрат натрия (соли винной кислоты называют тартратами) осаждают катионы калия К+ из нейтральных или слабокислых растворов в виде мелких кристаллов гидротартрата калия белого цвета, реакцию следует проводить на холоду (охлаждать пробирку в холодной воде) и при создании центров кристаллизации (слегка стеклянной палочкой потереть о стенки пробирки). KNO3 + H2C4H4O6 → KHC4H4O6 + HNO3 HNO3 + CH3COONa → CH3COOH +NaNO3 KNO3 +H2C4H4O6 +CH3COONa → KHC4H4O6 ↓ + NaNO3 + CH3COOH гидротартрат калия NaHC4H4O6 + KCl = KHC4H4O6↓ + NaCl Данной реакции мешают катионы аммония, которые дают аналогичный белого цвета мелкокристаллический осадок. NaHC4H4O6+ NH4Cl = NH4HC4H4O6↓ + NaCl Выполнение реакции. 3-5 каплям исследуемого раствора прибавить 3-4 капли 1н раствора винной кислоты и 2н раствора ацетата натрия CH3COONa. Осторожно потирать стеклянной палочкой о стенки пробирки и охлаждать пробирку в холодной воде. В присутствии калия выпадает белый кристаллический осадок. 3. Окрашивание пламени. Соли калия, особенно хлориды и нитраты, окрашивают бесцветное пламя горелки в бледно-фиолетовый цвет. Выполнение реакции. Платиновую или нихромовую проволоку предварительно очистить. Для этого на маленькое часовое стекло налить концентрированной соляной кислоты HCl и погрузить в него проволоку. Затем поместить в пламя горелки, если пламя окрасится, опять очистить проволоку кислотой – пока пламя горелки перестанет окрашиваться. Очищенную проволоку погрузить в исследуемый раствор и затем ввести ее в бесцветное пламя горелки. В присутствии калия К+ пламя окрашивается в фиолетовый цвет, анализ проводят в вытяжном шкафу. 4. Хлорная кислота HClO4 В нейтральных растворах солей калия осаждает белый кристаллический осадок перхлората калия KClO4. Перхлорат калия немного растворим в воде, но почти не растворим в 97% этиловом спирте, насыщенном хлорной кислотой, и еще менее растворим в бутиловом спирте. Хлорная кислота не дает осадка с катионом аммония NH4+. Следовательно, хлорная кислота применима как реактив на катион калия в присутствии катиона аммония. Реакции катионов натрия Na+.
NaCl + K[Sb(OH)6]→ Na[Sb(OH)6]↓ + KCl При проведении реакции, катионы аммония и магния должны быть удалены, раствор должен быть нейтральным или слабощелочным и достаточно концентрированным, реакцию проводить на холоду. Выполнение реакции. К 3-5 каплям исследуемого раствора прибавляют по каплям 2н раствор щелочи калия (КОН) до сильнощелочной реакции (проба на лакмус). Нагревают смесь до кипения, если выпадет осадок, его отделяют центрифугированием и к прозрачному раствору после отделения осадка по каплям прибавляют 2н раствор соляной кислоты HCl. Для нейтрализации избытка КОН и получения слабощелочной реакции, проверить лакмусом. При кислой или нейтральной реакции прибавляют 1-2 капли 2н щелочи калия КОН. Затем выпаривают раствор до объема 3-5 капель и прибавляют 2-3 капли раствора K[Sb(OH)6]; потирают стенки пробирки стеклянной палочкой, пробирку охлаждают в струе холодной воды. Выпадение белого кристаллического осадка говорит о присутствии катионов натрия Na+; хлопьевидный осадок не служит доказательством присутствия катиона натрия, так как это может быть осадок метасурьмяной кислоты. 2. Окрашивание пламени. Соединения натрия окрашивают пламя горелки в желтый цвет. Выполнение реакции аналогично катионам калия. Реакции катионов аммония NH4+.
t NH4Cl + KOH → KCl + NH3 ↑ + H2O Присутствие аммиака можно обнаружить по запаху, по посинению влажной индикаторной бумажки или же по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором нитрата ртути (I).   Hg2  Hg2(NO3)2 + 4H3N + H2O = [O NH2]NO3 + 2Hg↓ + 3NH4NO3Hg при этой реакции происходит дисмутация однозарядной ртути на двухзарядную и металлическую. Двухзарядная ртуть в виде радикала  Hg O Hg замещает 2 атома водорода в ионе аммония, получается оксидимеркуриат аммония.Дисмутацией или диспропорционированием называется реакция самопроизвольного изменения электровалентности элемента в соединении, которое превращается при этом в 2 соединения: одно, содержащее этот элемент в более высоком, другое – в более низком валентном состоянии, чем первоначальное. Выполнение реакции. В пробирку помещают анализируемый раствор, прибавляют 3-5 капель 2н раствора КОН, сверху пробирки кладут влажную индикаторную бумагу или полоску фильтровальной бумаги, смоченную раствором Hg2(NO3)2. Смесь слегка нагревают. Посинение универсальной бумаги или почернение фильтровальной указывает на присутствие NH4+.
 HgN  H4Cl + 2 K2[HgJ4] + 4 KOH → [O NH2]J ↓ + KCl + 7 KJ + 3 H2OHg Выполнение реакции. В пробирку вносят каплю исследуемого раствора, прибавляют 5-10 капель воды и 3-4 капли раствора Несслера (реактив должен быть взят в избытке). В присутствии катионов аммония или аммиака выпадает оранжево-коричневый аморфный осадок. Данной реакции мешают: Fe2+, Fe3+, Cr3+, Co2+, Ni2+,Cu2+,Hg2+, Sb3+, Sn2+. Открытие катиона NH4+ реактивом Несслера в присутствии катионов, дающих окрашенные нерастворимые гидроксиды. В пробирку помещают 2-3 капли исследуемого раствора прибавляют 0,5 мл раствора тартрата калия, натрия массовой долей 50% KNaC4H4O6, который с большинством катионов образует растворимые комплексные ионы, и 3-5 капель реактива Несслера. В присутствии H3N или NH4+ выпадает оранжево-коричневый осадок. 3. Термическое разложение солей аммония. NH4Cl = ↑H3N + HCl Если в состав соли входит анион нелетучей кислоты, не являющийся окислителем, то выделяется только H3N↑. (NH4)3PO4 = 3H3N↑ + H2O + HPO3 При разложении соли аммония, анион которой является окислителем, аммиак окисляется до элементарного азота или до оксидов азота. (NH4)2Cr2O7 = N2 + 4H2O + Cr2O3 NH4NO3 = N2O + 2H2O Выполнение реакции. В маленькую фарфоровую чашку вносят 2-3 мл исследуемого раствора. Ставят чашку на электроплитку под тягой, выпаривают раствор досуха, затем медленно прокаливают остаток до полного удаления белого дыма, чашку охлаждают и прибавляют 3-5 капель дистиллированной воды и проверяют отсутствие катионов аммония реактивом Несслера, который можно получить: Hg(NO3)2 + 2KJ = HgJ2↓ + 2KNO3 красного цвета HgI2 + 2KI = K2[HgJ4] – комплексное соединение, тетраиодомеркуриат(II) калия, его щелочной раствор и есть реактив Несслера. Ход анализа смеси катионов первой группы: калия, натрия, аммония. К небольшой порции раствора прибавляют щелочь калия или натрия, нагревают и вносят индикаторную бумажку или фильтровальную, смоченную нитратом однозарядной ртути, при обнаружении катионов аммония который из раствора удаляют. Удаление катиона аммония выпариванием раствора и прокаливанием до полного разложения солей аммония; проба на полноту удаления NH3 из одной капли прокаленного раствора в присутствии реактива Несслера не дает красно-бурого осадка. Прокаленный раствор делят на 2 порции, из одной открывают катион К+ гексанитритокобальтатом (Ш) натрия в нейтральной или слабокислой среде, выпадение желтого осадка говорит о присутствии катионов К+. Из другой порции прокаленного раствора открываем катион Na+ гексагидроксостибиатом (V) калия K[Sb(OH)6] в нейтральной, слабокислой среде, на холоду при создании центров кристаллизации. Выпадение белого кристаллического осадка говорит о присутствии катиона Na+. Вопросы для самостоятельной работы. 1. Почему открытие катиона калия винной кислотой должно производиться в нейтральной среде? Подтвердите уравнениями реакций. 2. Почему осаждение катиона Na+ гексагидроксостибиатом(V) калия должно производиться в нейтральной среде, а не в щелочной или кислой? 3. Почему для полноты осаждения катиона К+ следует использовать не свободную винную кислоту, а ее натриевую соль? Напишите уравнения реакций. 4. Почему перед открытием катиона К+ необходимо удалить катион NH4+? |