Классификация анионов

№ группы	Анионы	Групповой реагент
I	SO42-, SO32-, S2O32-, CO32-, PO43-, AsO33-, AsO43-, B4O72-, F-, C2O42-, CrO42-, Cr2O72-	BaCl2 в нейтральной или слабощелочной среде
II	Cl-, Br-, I-, S2-, SCN-, CN-, BrO3-, IO3-	AgNO3 в 2М HNO3
III	NO3-, NO2-, CH3COO-, ClO3-, MnO4-	нет

2. Схемы разделения и систематического анализа катионов по кислотно-основной и сероводородной классификациям

Предварительные испытания

1. Отсутствие окраски анализируемого раствора или образца позволяет предположить отсутствие катионов Cr³⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺

2. Гидролиз. Если реакция раствора нейтральная, то катионы Sn(II,IV), Sb(III,V), Bi³⁺, Hg²⁺ отсутствуют.

3. Проба с H₂SO₄. Если нет осадка, отсутствуют катионы Pb²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺.

4. Проба с HCl. Если отсутствует осадок, нет катионов Ag⁺, Hg₂²⁺.

Схема разделения катионов по кислотно-основной классификации

Схема разделения катионов по сероводородной классификации

3. Химические и инструментальные методы идентификации катионов и анионов

1. Ионы NH₄⁺

NH₄⁺ + OH^- → NH₃↑ + H₂O посинение лакмусовой бумажки

Реактив Несслера

NH₄⁺ + 2[HgI₄]^2– + 4OH^– → [ ]I↓ +7I^– + 3H₂O

2. Ионы Na⁺

Микрокристаллоскопическая реакция с уранилацетатом натрия

CH₃COONa + (CH₃COO)₂UO₂ = CH₃COONa·(CH₃COO)₂UO₂ осадок зеленовато-желтого цвета и характерные тетраэдры и октаэдры

Реакцию можно проводить с цинкуранилацетатом ZnAc₂·3UO₂Ac₂. Идентификации натрия не мешают NH₄⁺, Mg²⁺,K⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺.

Метод пламенной фотометрии.

Аналитический сигнал – свет, испускаемый атомами при переходах их внешних электронов.

Длина волны λ – качественная характеристика. Качественный анализ основан на зависимости ΔE = hν.

Интенсивность излучения I – количественная характеристика сигнала, зависящая от концентрации определяемого элемента С:

I = k·C

Схема пламенного фотометра представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема пламенного фотометра

Окраска пламени: Na – желтый цвет K – фиолетовый Sr – карминово-красный Ba – желто-зеленый Ca – кирпично-красный

Li – красный Rb, Cs – фиолетовый B, Cu, Bi – зеленый Pb, As, Sb – голубой

Атомно-эмиссионный метод используют для качественной идентификации элементов на стилоскопе, при этом источником света, в котором происходит атомизация, возбуждение атомов и испускание света, является электрический разряд. При наличии в образце натрия в эмиссионном спектре наблюдается яркий желтый дублет (две близко расположенные линии) при 589 нм.

3. Ионы K⁺

2K⁺ + Na⁺ + [Co(NO₂)₆]^3- → K₂Na[Co(NO₂)₆]↓ желтый осадок

Мешают ионы аммония, устранить их мешающее действие можно отгонкой солей аммония NH₄Cl NH₃↑ + HCl

4. Ионы Ca²⁺

Ca²⁺ + SO₄^2– + 2 H₂O → CaSO₄·2H₂O гипс, микрокристаллоскопическая реакция (звездочки)

5. Ионы Ag⁺

Ag⁺ + Cl^– → AgCl↓

AgCl↓ + HCl → HAgCl₂, избыток осадителя вреден

AgCl↓ + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]Cl

[Ag(NH₃)₂]Cl + KI → AgI↓ + 2NH₃ + KCl

6. Ионы Fe²⁺

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓ турнбулева синь

красная кровяная соль

7. Ионы Fe³⁺

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ берлинская лазурь

желтая кровяная соль

В действительности выпадающий синий осадок имеет один и тот же состав с плавающим зарядом:

KFe[Fe(CN)₆]

III II

II III

Fe³⁺ + 4SCN^– → [Fe(SCN)₄]^–, используется при фотометрическом определении железа(III)

8. Ионы Cu²⁺

Cu²⁺ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺, сходный по цвету аммиакат дает Ni²⁺

Cu²⁺ + Fe → Cu↓ + Fe²⁺

9. Ионы Ni²⁺

[Ni(NH₃)₆]²⁺ + 2H₂Dm → Ni(HDm)₂↓ + 2NH₄⁺ + 4NH₃

10. Ионы Co²⁺

Co²⁺ + 4SCN^- [Co(SCN)₄]^2–, необходимо маскирование железа(3+)

11.Ионы Cr(3+)

2[Cr(OH)₄]^– + 2OH^– + 3H₂O₂ → 2CrO₄^2– + 8H₂O

12. Ионы Mn²⁺ идентифицируют окислением их с помощью PbO₂, (NH₄)₂S₂O₈, NaBiO₃. Реакции мешают хлорид-ионы:

2MnO₄^- + 16H⁺ + 10Cl^- → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5Cl₂↑

Окисление персульфатом аммония проводят в присутствии катализатора солей серебра:

2Ag⁺ + S₂O₈^2- → 2Ag²⁺ + 2SO₄^2-

Далее ионы Ag²⁺ окисляют ионыMn²⁺, а сами восстанавливаются:

Mn²⁺ + 5Ag²⁺ + 4H₂O → MnO₄^– + 5Ag⁺ + 8H⁺

Суммарно:

2Mn²⁺ + 5S₂O₈^2– + 8H₂O → 2MnO₄^– + 10SO₄^2– + 16H⁺

Реакция окисления висмутатом натрия:

2Mn²⁺ + 5BiO₃^– + 14H⁺ → 2MnO₄^– + 5 Bi³⁺ + 5Na⁺ + 7H₂O

Для проведения берут одну каплю(!) исследуемого раствора, чтобы не протекала реакция диспропорционирования Mn²⁺ → MnO₂↓ ← MnO₄^–.

13. Ионы Bi³⁺ обнаруживают по протеканию реакции гидролиза:

Bi³⁺ + Cl^– + H₂O → BiOCl↓ + 2H⁺ белый осадок

Реакция с тиомочевиной:

Bi³⁺ + 3(NH₂)CS → [Bi(SC(NH₂)₂)₃]³⁺ желтый комплекс

14.Ионы CO₃^2–, HCO₃^–

CO₃^2– + 2H⁺ → H₂CO₃ (H₂O + CO₂↑) выделение углекислого газа

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O помутнение известковой воды

15. Ионы H₂PO₄^–, HPO₄^2-, PO₄^3- реакция с модибденовой жидкостью

PO₄^3– + 3NH₄⁺ + 12MoO₄^2– + 24H⁺ → (NH₄)₃[PMo₁₂O₄₀]↓ + 12 H₂O

желтый осадок фосфоромолибдата аммония

Еще один метод идентификации c магнезиальной смесью:

Mg²⁺ + HPO₄^2– + NH₄OH → MgNH₄PO₄↓ + H₂O

16. Ионы SO₄^2–

SO₄^2– + Ba²⁺ → BaSO₄↓ белый кристаллический осадок, не растворим в HCl, HNO₃

17. Ионы Cl^–

Cl^– + Ag⁺ → AgCl↓ белый творожистый осадок, растворимый в аммиаке

AgCl↓ + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^–

Подкисление [Ag(NH₃)₂]⁺ + Сl^– + 2H⁺ → AgCl↓ + 2NH₄⁺

18. Хлор активный

Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂

синее окрашивание с крахмалом и фиолетовое в вазелиновом масле

19. Ионы NO₃^– обнаруживают с дифениламином по появлению синего окрашивания

Идентификацию и количественное определение можно также проводить с помощью ион-селективного электрода:

Е = Е° – 0,059 lg a(NO₃^–)

20. Ионы СН₃СОО^–

СН₃СООNa + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + Na₂SO₄ запах уксуса

При добавлении этилового спирта образуется летучий эфир с характерным запахом (этилацетат).

Для определения ацетат-ионов можно использовать реакцию с хлоридом железа(III):

FeCl₃ + 3CH₃COONa → Fe(CH₃COO)₃ + NaCl

3Fe(CH₃COO)₃ + 2H₂O → [Fe₃(CH₃COO)₆(OH)₂]CH₃COO + 2CH₃COOH,

выпадает красно-бурый осадок комплексного соединения.

1. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В 2-х книгах. – М.: Химия, 1990. – Кн.2. – С. 537-562.

2. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. В 2-х частях. – М.: Высшая школа, 1982. – Ч.1. – С. 149-168, 189-193, 202-206, 224-238, 240-250, 252-271.

3. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Аналитика. В 2-х книгах. – М.: Высшая школа, 2001. – Кн.1. – С. 288-301, 320-592.

4. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. – М.: Химия, 1973. – С.13-32, 121-147, 187-205, 316-371, 409-419, 444-452.

4. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Т.1. – М.: Химия, 1970. – С.145-147, 180-181, 200-201, 246-247, 302-305, 327, 339-341, 342-344, 345-385, 386–428.