Анализ смеси катионов III группы

Цель работы: провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺.

Сущность работы. Согласно сульфидной классификации ионы Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺ относятся к III аналитической группе. На некоторые из них есть селективные реакции, с помощью которых можно открыть конкретный ион в присутствии всех остальных, не проводя разделение. Так, ионы Fe²⁺, Fe³⁺ и Zn²⁺ открывают в предварительных испытаниях, действуя реагентами K₃[Fe(CN)₆], K₄[Fe(CN)₆] и дитизоном соответственно. Другие ионы, находящиеся в растворе, не мешают их обнаружению.

Однако многие ионы III аналитической группы необходимо отделить друг от друга перед проведением характерных реакций. В лабораторной работе для этой цели используется пероксидный метод систематического анализа смеси катионов III группы, предполагающий использование избытка NаОH в присутствии Н₂О₂.

Разделение с применением Н₂О₂ и избытка NаОН основано на различных окислительно-восстановительных свойствах катионов III группы и амфотерном характере гидроксидов Al(OH)₃, Cr(OH)₃ и Zn(OH)₂. В ходе разделения сначала все ионы вступают в реакцию со щелочью, образуя нерастворимые гидроксиды:

Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2↓ Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3↓ Mn2+ + 2OH– = Mn(OH)2↓

Cr3+ + 3OH– = Cr(OH)3↓ Zn2+ + 2OH– = Zn(OH)2↓ Al3+ + 3OH– = Al(OH)3↓

Затем при добавлении избытка щелочи амфотерные гидроксиды растворяются:

Cr(OH)₃↓ + 3OH^– = [Cr(OH)₆]^3–

Zn(OH)₂↓ + 2OH^– = [Zn(OH)₄]^2–

Al(OH)₃↓ + 3OH^– = [Al(OH)₆]^3–

В результате часть катионов остается в растворе, а часть находится в осадке в виде малорастворимых гидроксидов. Затем под действием Н₂О₂ в щелочной среде происходит окисление гидроксидов Fe(OH)₂ и Mn(OH)₂ в осадке и гидроксохромита [Cr(OH)₆]^3– в растворе:

2Fe(OH)₂↓ + Н₂О₂ = 2Fe(OH)₃↓

Mn(OH)₂↓ + Н₂О₂ = MnО(OH)₂↓ + Н₂О

2[Cr(OH)₆]^3– + 3Н₂О₂ = 2CrО₄^2– + 8Н₂О + 2ОН^–

В результате разделения ионов внутри III аналитической группы получаются раствор и осадок следующего состава:

 

Fe2+, Fe3+, Mn2+, Al3+, Cr3+, Zn2+

+ NаОН, Н2О2, t °

 

 

Раствор: [Zn(OH)4]2–, [Al(OH)6]3–,

Осадок: Fe(OH)3↓, МnО(OH)2↓

При анализе раствора необходимо провести обнаружение только ионов Al³⁺ и Cr³⁺, поскольку Zn²⁺ открывается в предварительных испытаниях.

При анализе осадка необходимо открыть только ионы Mn²⁺, так как наличие или отсутствие ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ также устанавливается в ходе предварительных испытаний. Растворять осадок не надо, потому что используется характерная реакция обнаружения Mn²⁺ по образованию комплексного соединения H[Mn(C₂O₄)₂] при действии раствора щавелевой кислоты на осадок MnО(OH)₂.

Однако проведению этой реакции мешает Fe(OH)₃. Его необходимо замаскировать до выполнения реакции на Mn²⁺, если по результатам предварительных испытаний в пробе обнаружены ионы Fe²⁺ и/или Fe³⁺. Маскирующим агентом является NaF, который образует с ионами Fe³⁺ прочные фторидные комплексы:

Fe(OH)₃¯ + 6NaF ® Na₃[FeF₆] + 3NaOH

Для обнаружения отдельных ионов в лабораторной работе используют следующие характерные реакции:

Ион	Реагент, условия проведения реакции	Аналитическая реакция	Аналитический эффект
Fe2+	K3[Fe(CN)6], 2 н. НСl	3Fe2++ 2K3[Fe(CN)6] ® ® Fe3[Fe(CN)6]2¯ + 6K+	Образование синего осадка
Fe3+	K4[Fe(CN)6], 2 н. HCl	4Fe3+ + 3K4[Fe(CN)6] ® ® Fe4[Fe(CN)6]3¯ + 12K+	Образование синего осадка
Zn2+	дитизон H2Dz (капельная реакция на фильтровальной бумаге)	Zn2+ + 2H2Dz ® Zn(HDz)2 + + 2H+	Появление розового пятна
Cr3+	1) H2О2, NaOH 2) H2О2, амиловый спирт, H2SO4	1) 2Cr3+ + 3H2О2 + 10OH– ® ® 2CrО42– + 8Н2О 2) CrО42– + Н2О2 ® H2CrO6	1) Появление желтой окраски раствора 2) Появление синей окраски органического слоя

 

Al3+	HCl, ализарин, NH4OH (конц.), СН3СООН (капельная реакция на фильтровальной бумаге)	[Al(OH)6]3– + 3H+ → Al(OH)3 Al(OH)3 + С14Н6О2(ОН)2 → «алюминиевый лак»	Появление красно-розового пятна
Mn2+	Н2С2О4	2MnO(OH)2¯ + 5H2C2O4 → ® 2H[Mn(C2O4)2] + 2СО2↑ + + 6H2O	Появление малиново-розового окрашивания

Выполнение работы. Получают пробу для проведения анализа, записывают ее номер в лабораторный журнал. Описывают внешний вид раствора (окраска, прозрачность). Далее используют отдельные порции исследуемого раствора для проведения предварительных испытаний и систематического хода анализа.