Идентификация катионов неорганических веществ

Групповой реагент карбонат аммония (NH₄)₂СОз с раствором соли магния образует белый аморфный осадок основной соли (MgOH)₂CO₃, растворимый в избытке NH₄Cl:

2MgCl₂ + 2(NH₄) ₂CO₃ + Н₂О → (MgOH) ₂CO₃↓+ СО₂­ + 4NH₄Cl,

2Mg²⁺ + 2CO₃^2- + Н₂О → (MgOH)₂CO₃↓ + CO₂­.

Едкие щелочи и гидроксид аммония образуют с растворами солей магния белый аморфный осадок Mg(OH)₂, хорошо растворимый в кислотах и растворах аммонийных солей:

Mg²⁺ + 2OН‾ → Mg(OH)₂↓.

Растворение в кислотах:

Mg(OH)₂ + 2H⁺ → Mg²⁺ + 2Н₂O.

Растворение в растворах аммонийных солей:

Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺ ↔ Mg²⁺ + 2NH₄OH.

Ион Ва²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NН₄)₂СО₃ осаждает катион Ва²⁺ из растворов его солей в виде белого аморфного постепенно кристаллизующегося осадка ВаСО₃:

BaCl₂ + (NH₄) ₂CO₃ → ВаСО₃↓ + 2NH₄Cl,

Ва²⁺ + CO₃²‾ → ВаСО₃↓.

Осадок хорошо растворим в кислотах, в том числе и слабых.

Дихромат калия К₂Сг₂O₇ образует с раствором соли бария желтый осадок ВаСгO₄, нерастворимый в уксусной кислоте, в отличие от хромата стронция (хромат кальция хорошо растворяется в воде):

2Ba²⁺ + Сг₂O₇^2- + Н₂O → 2ВаСгO₄↓ + 2H⁺.

Реакцию проводят при избытке CH₃COONa, который реагирует с образующимися ионами Н⁺, смещая равновесие вправо вследствие образования малодиссоциированной уксусной кислоты:

СН₃СОO‾ + Н⁺ → СН₃СООН.

Ион Ba²⁺ также можно обнаружить с помощью сульфат-иона SO₄²‾:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Образуется творожистый белый осадок.

Ион Са²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NН₄)₂СО₃ осаждает из растворов солей кальция аморфный белый осадок СаСО₃, который при нагревании переходит в кристаллический:

CaCl₂ + (NH₄) ₂CO₃ → СаСО₃↓ + 2NH₄C1,

Ca²⁺ + CO₃²‾ → СаСО₃↓.

Осадок легко растворяется в минеральных и уксусной кислотах.

Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но не растворимый в уксусной кислоте:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ → СаС₂O₄↓ + 2NH₄C1,

Ca²⁺ + С₂O₄²‾ → СаС₂O₄↓.

Аналогичный осадок дают ионы Ва²⁺ и Sr²⁺. Поэтому этой реакцией можно обнаружить Са²⁺ только при отсутствии ионов бария и стронция.

Ион Sr²⁺

Групповой реагент карбонат аммония (NН₄)₂СО₃ осаждает карбонат стронция белого цвета, растворимый в уксусной, соляной и азотной кислотах:

SrCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → SrCO₃↓ + 2NH₄C1.

Насыщенный раствор гипса CaSO₄ ^. 2H₂O (гипсовая вода) образует с ионами Sr²⁺ белый осадок сульфата стронция:

Sr²⁺ + SO₄²‾ → SrSO₄↓.

Однако при действии гипсовой воды ион стронция дает не обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. Появление осадка ускоряют нагреванием.

Реакция служит для обнаружения Sr²⁺ только при отсутствии Ba²⁺, которой с гипсовой водой вызывает помутнение, появляющееся сразу, так как растворимость BaSO₄ меньше растворимости SrSO₄ (K_s⁰(BaSO₄) = 1,1 ^. 10^-10, K_s⁰(SrSO₄) = 2,8 ^. 10^-7).

Гипсовая вода не образует осадков с растворами солей кальция ни на холоду, ни при нагревании. Этим ион Ca²⁺ отличается от ионов Ba²⁺ и Sr²⁺.

Ион NH₄⁺

Влажная лакмусовая бумажка в растворе аммиака становится синей, потому что водный раствор аммиака – слабое основание, фенолфталеин подтверждает это - становится малиновым. Стеклянная палочка, смоченная в концентрированной соляной кислоте, при внесении в атмосферу аммиака вызывает появление густого белого дыма, вызванного выделением хлорида аммония

NH₃ + HCl → NH₄Cl.

Качественные реакции на рассмотренные выше и некоторые другие катионы представлены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Качественные реакции на некоторые катионы

Катион	Воздействие или реактив	Наблюдаемая реакция
Li+	Пламя	Карминово-красное окрашивание
Na+	Пламя	Жёлтое окрашивание
K+	Пламя	Фиолетовое окрашивание
Са2+	Пламя	Кирпично-красное окрашивание
(NН4)2СО3	CaCl2 + (NH4) 2CO3 → СаСО3↓ + 2NH4C1 осадок белого цвета
(NH4)2C2O4	CaCl2 + (NH4)2C2O4 → СаС2O4↓ + 2NH4C1 осадок белого цвета
Mg2+	(NН4)2СО3	2MgCl2 + 2(NH4) 2CO3 + Н2О → (MgOH) 2CO3↓+ СО2­ + 4NH4Cl белый аморфный осадок, растворимый в избытке NH4Cl
NaOH	Mg2+ + 2OН‾ → Mg(OH)2↓ белый аморфный осадок
Sr2+	Пламя	Карминово-красное окрашивание
(NН4)2СО3	SrCl2 + (NH4)2CO3→ = SrCO3↓ + 2NH4C1 белый осадок, растворимый в уксусной кислоте
CaSO4 . 2H2O	Sr2+ + SO42-→ SrSO4↓ белый осадок
Ва2+	Пламя	Жёлто-зелёное окрашивание
SO42‾	Ва2+ + S042‾ → BaS04 белый творожистый осадок, не раствори­мый в кислотах
Cu2+	Вода	Гидратированные ионы Cu2+ имеют голубую окраску
NH4OH	Cu2+ + 4 NH4OH → [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O ярко-синее окрашивание
Pb2+	S2‾	Pb2+ + S2‾ → PbS↓ осадок чёрного цвета
J‾	Pb2+ + J‾ → PbJ2↓ осадок жёлтого цвета
Ag+		Аg+ + Cl‾ → AgCl белый осадок нерастворимый в HNO3 , но растворимый в контентрированном растроре аммиака

Продолжение табл. 6.1

Fe2+	K3[Fe(CN)6]	2K3[Fe(CN)6] + 3Fe2+ → Fe3[Fe(CN)6]2 + 6К+ осадок турнбулевой сини
Fe3+	K4[Fe(CN)6]	3K4[Fe(CN)6] + 4Fe3+ → Fe4[Fe(CN)6]3 + 12К+ осадок берлинской лазури
КNCS	Fe3+ + 3 NCS‾ → Fe(CNS)3 кроваво-красное окрашивание
Al3+	Щёлочь	Выпадение осадка гидроксида алюминия при приливании первых порций щелочи и его растворение при дальнейшем приливании
NH4+	Щёлочь, нагрев	t 0 NH4+ + ОН‾ → NH3 + Н20 запах аммиака
H+ кислая среда	Индикаторы: лакмус, метилоранж	Красное окрашивание

 

Специфические реакции на некоторые анионы представлены в табл. 6.2

Таблица 6.2

Специфические реакции на некоторые анионы

 

Анион	Реактив	Наблюдаемая реакция
S042‾	Ва2+	Ва2+ + S042 ‾ → BaS04 выпадение белого осадка, нерастворимого в кислотах
N03‾	Концентрированная H2SO4 и Сu, нагревание смеси	Образование голубого раствора, содержащего ионы Сu2+, выделение газа бурого цвета (NO2)
H2S04 +FeSO4	Возникновение окраски от фи­олетовой до коричневой (реакция «бурого кольца») сульфата нитрозо-железа (II) [Fe(H20)5NO]2+
Раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте	вещество интенсивного синего цвета
РО43‾	Ag+	ЗАg+ + Р043‾ → Аg3Р04 осадок светло-жёлтого цвета
	смесь MgCI2, NH4CI и NH4OH (магнезиальная смесь)	HPO42‾ + Mg2+ + NH4OH → MgNH4PO4↓ + H2O белый кристаллический осадок , растворимый в HCI и CH3COOH, но не растворимый в аммиаке
СrO42‾	Ва2+	Ва2+ + СrO42‾ → BaCr04 желтый осадок, не раствори­мый в уксусной кислоте, но растворимый в HCI
S2‾	Рb2+	Pb2+ + S2‾ → PbS черный осадок

Продолжение табл. 6.2

СО32‾	Са2+	Са2+ + С032‾ → СаСОз белый осадок, растворимый в кислотах
Н+ (сильная кислота)	СО32‾ + 2Н+ → Н2О + СО2↑ выделение углекислого газа
SO32‾	Н+	2Н+ + SO32‾ → Н20 + S02↑ характерный запах S02
F‾	Са2+	Са2+ + 2F‾ →CaF2↓ белый осадок
Cl‾	Аg+	Аg+ + Cl‾ → AgCl белый осадок нерастворимый в HNO3 , но растворимый в контентрированном растроре аммиака
Br‾	Аg+	Ag+ + Br‾ = AgBr светло-жёлтый осадок нерастворимый в HNO3,темнеет на свету
J‾	Аg+	Аg+ + J‾ АgJ жёлтый осадок нерастворимый в HNO3 и концентрированном NH3, темнеет на свету
ОН‾ (щелочная среда)	индикаторы: лакмус фенолфталеин	синее окрашивание малиновое окрашивание

Пример 1. Для обнаружения в растворе катионов кальция используют …
1) нитрат аммония 2) сульфид аммония 3) оксалат аммония 4) хлорид аммония

Решение: Для обнаружения в растворе катионов кальция используют оксалат аммония:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = СаС₂O₄↓ + 2NH₄C1,

Ca²⁺ + С₂O₄^2- = СаС₂O₄↓.

Пример 2. Присутствие нитрат-ионов в растворе можно доказать, используя в качестве реактива …
1) магнезиальную смесь 2) дифениламин 3) раствор щелочи 4) раствор иода

Решение.

Добавление нескольких капель раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте к раствору, содержащему нитрат-ионы, приведет к появлению синей окраски раствора:

NO₃^– + дифениламин вещество интенсивного синего цвета