Лабораторная работа №1. Качественные реакции катионов первой аналитической группы NH4+, Na+, К+, (Mg2+)

Качественные реакции катионов первой аналитической группы NH₄⁺, Na⁺, К⁺, (Mg²⁺)

Цель работы:изучить качественные реакции катионов первой аналитической группы.

Реактивы:

NaOH (10–15%-ный водный раствор); Na₂CO₃ или K₂CO_{3 (ТВ.)}; NaHC₄H₄O₆ (10–15%-ный водный раствор); Na₃[Co(NO₂)₆] (свежеприготовленный); реактив Несслера K₂HgJ₄ (щелочной раствор); формалин (33%-ный раствор формальдегида СН₂О).

Оборудование: пробирки; штатив; спиртовка; химические стаканы; стеклянные палочки; воронки; бумажные фильтры; нихромовая проволока для петли; плитка.

Общая характеристика катионов первой аналитической группы

К первой аналитической группе анионов относятся Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, (Mg²⁺) и некоторые другие катионы. Все эти катионы не имеют общего группового реактива и поэтому они одновременно не могут быть осаждены каким-либо реактивом. Это отличает I группу катионов от всех остальных групп, имеющих групповые реактивы. Отличительной чертой катионов I аналитической группы является то, что большинство их солей хорошо растворимы в воде. Наиболее растворимыми являются соединения натрия и калия. Так, например, хорошо растворяются в воде хлориды, фториды, карбонаты, сульфаты, фосфаты, сульфиды, гидроксиды и многие другие соединения натрия и калия. Катионы I аналитической группы бесцветны, поэтому их соли образуют бесцветные растворы. Окрашенными соединениями являются хроматы (желтые), бихроматы (оранжевые), манганаты (зеленые), перманганаты (малиново-красные), гексацианоферраты (II) (желтые), гексацианоферраты (III) (красные), гексанитрокобальтаты (III) (желтые и красные). Окраску этих соединений обусловливают соответствующие анионы. Все катионы I аналитической группы, кроме ионов аммония, устойчивы к действию окислителей и восстановителей.

Выводы:

1. NH₄⁺–ионы можно открыть в присутствии всех остальных катионов I аналитической группы при помощи едкого натра или едкого кали.

2. Mg²⁺–ионы, если они будут присутствовать в этой группе, можно открыть в присутствии всех остальных катионов I аналитической группы при помощи гидрофосфата натрия в присутствии NH₄OH.

3. Na⁺–ионы можно открыть в присутствии остальных катионов I аналитической группы при помощи ацетата уранила и, еще лучше, при помощи ацетата цинк-уранила.

4. К⁺–ионы невозможно открыть в присутствии остальных катионов I аналиттической группы, так как NH₄⁺–ионы реагируют аналогичным образом со всеми рективами, образующими осадки с К⁺–ионами.

5. Открытие К⁺–ионов можно проводить реактивами – NaHC₄H₄O₆ и Na₃[Co(NO₃)₆] в присутствии Na⁺ и Mg²⁺–ионов.

6. Так как открытию К⁺–ионов мешают NH₄⁺-ионы, то при обнаружении К⁺–ионов необходимо предварительно удалять соли аммония.

7. Для удаления солей аммония с целью открытия ионов калия, можно воспользоваться реакцией с NaOH или Na₂CO₃. При длительном кипячении указанных реактивов со смесью катионов первой аналитической группы соли аммония разлагаются с выделением аммиака, а соли магния образуют осадок гидроксида магния или гидроксикарбоната магния.

Свойство гидроксикарбоната магния растворяться в растворах солей аммония (в частности, в NH₄Cl) может быть использовано для отделения ионов магния от карбонатов катионов второй аналитической группы, которые практически не растворяются в растворах солей аммония.

При выполнении лабораторной работы следует соблюдать последовательность опытов, указанную в таблице. В отчете уравнения проведенных реакций записываются в молекулярной и ионной формах.

Таблица 3 - Действие реактивов на катионы первой аналитической группы

Реактивы	Катионы
Na+	K+	NH4+
NaOH, KOH	–	–	Выделяется NH3 (при кипячении)
Na2CO3, K2CO3 (при нагревании)	–	–	Выделяется NH3 (при кипячении)
Na2HPO4	–	–	Выделяется NH3 (при кипячении)
KH2SbO4	Образуется белый кристаллический осадок NaH2SbO4, который растворяется в воде при нагреваниии, в щелочах на холоду	–	Образуется белый аморфный осадок HSbO3, который растворяется в соляной кислоте и щелочах
NaHC4H4O6	–	Образуется кристаллический осадок KHC4H4O6, который растворяется в воде при нагревании, в щелочах и кислотах на холоду	Образуется белый кристаллический осадок NH4HC4H4O6, который растворяется в щелочах и кислотах
Na3[Co(NO2)6]	–	Образуется желтый кристаллический осадок K2Na[Co(NO2)6 Растворяется в минеральных кислотах	Образуется желтый кристаллический осадок (NH4)2Na[Co(NO2)6], который растворяется в минеральных кислотах
UO2(CH3COO)2 или (Zn(UO2)3(CH3COO)8	Образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок CH3COONa × (CH3COO)2UO или лимонно-желтый NaZn(UO2)3(CH3COO)9	–	–
Реакция окрашивания пламени	Пламя окрашивается в желтый цвет	Пламя окрашивается в фиолетовый цвет
Реактив Несслера K2HgJ4	–	–	[OHg2NH2]J Оранжевый осадок
Формалин	–	–	Образуется уротропин