Качественный химический анализ электролитов

Анализ растворов электролитов – это ионный анализ, так как любой электролит в растворе распадается на ионы: положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы.

1. Систематический анализ катионов

начинается с выделения отдельных групп катионов с помощью групповых реагентов. Согласно кислотно-основной классификации, катионы делятся на 6 групп.

№ группы Катионы Групповой реагент
1 Ag+, Pb2+, Hg22+ 2N раствор НСl
2 Ba2+, Ca2+, Sr2+ 2N раствор Н2SO4
3 Al3+, Cr3+, Zn2+, Sn2+ избыток 2N раствора NaOH
4 Mn2+, Fe2+, Fe3+, Sb2+, Bi3+, Mg2+ избыток концентрированного pаствора NH3
5 Cu2+, Ni2+, Co2+, Cd2+ избыток концентрированного pаствора NH3
6 K+, Na+, NH4+ нет
Последовательность разделения катионов на группы можно представить схемой, показанной на рисунке.


Катионы 1 группы осаждаются 2N раствором HCl в виде труднорастворимых в воде и кислотах хлоридов, например:
Ag+ + HCl → AgCl↓ + H+.
Хлорид свинца PbCl2 растворяется в воде, особенно горячей, значительно лучше, чем хлориды серебра и ртути (I). Это можно использовать для отделения катиона свинца от других катионов 1 группы.

После отделения осадка хлоридов катионов 1 группы катионы 2 группы осаждаются 2N раствором H2SO4 в виде нерастворимых в воде и кислотах сульфатов, например:
Ba2+ + H2SO4 → BaSO4↓ + 2H+.
Осадок сульфата бария выпадает мгновенно, а осадок сульфата кальция только из достаточно концентрированных растворов. Это позволяет выделить ион кальция из смеси катионов 2 группы. Ba2+ химически более активен, чем Ca2+ и Sr2+, поэтому анализ катионов внутри группы следует начинать с иона бария.

Обнаружение катионов 3 группы основано на амфотерности их соединений. К раствору, отделенному от осадков хлоридов катионов 1 группы и сульфатов катионов 2 группы, добавляют избыток 2 N раствора NaOH. При этом катионы 3, 4 и 5 групп образуют нерастворимые основания:
Al3+ + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3Na+
Ni2+ + 2NaOH → Ni(OH)2↓ + 2Na+
Mg2+ + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2Na+.
Но в избытке NaOH гидроксиды 3 группы катионов растворяются вследствие своей амфотерности:
Al(OH)3↓+ NaOH → Na[Al(OH)4],
а остальные катионы остаются в осадке.

Если к отделенному осадку добавить избыток концентрированного раствора аммиака, в раствор перейдут катионы 5 группы, так как они способны образовывать комплексные соединения – аммиакаты:
Ni(OH)2↓ + 6NH4OH → [Ni(NH3)6](OH)2 + 6H2O.
Нерастворимая часть осадка представляет собой гидроксиды катионов 4 группы.

Большинство соединений 6 группы хорошо растворяется в воде, поэтому при последовательном осаждении катионов 1, 2, 3, 4 и 5 групп они остаются в растворе. Группового реагента 6 группа катионов не имеет, катионы этой группы определяются с помощью специфических реакций.

Разделив катионы на группы, приступают к определению отдельных катионов. Для этого осадки 1, 2, 3 растворяют и в полученных растворах, а также в растворах I и II проводят специфические качественные реакции.

2. Систематический анализ анионов
 
Все анионы на основании различной растворимости их бариевых и серебряных солей можно разделить на три группы:
№ группы Анионы Групповой реагент
1 SO42-, CO32-, SiO32-, PO43- BaCl2 в нейтральном или щелочном растворе
2 Cl‾, Br‾, I‾ AgNO3 в присутствии HNO3
3 NO3‾, CH3COO‾ нет
Анионы 1 группы образуют с BaCl2 кристаллические осадки белого цвета, растворимые в минеральных кислотах (за исключением осадка ВаSO4):
CO32‾ + BaCl2 → Ba CO3↓ + 2 Cl‾.
 
Анионы 2 группы осаждаются AgNO3 в виде нерастворимых галогенидов:
Cl‾ + AgNO3 → AgCl↓ + NO3‾.
Осадок AgCl белого цвета, осадок AgBr – слегка желтоватый, AgI – светло-желтый. Осадки нерастворимы в кислотах.

Анионы 3 группы образуют растворимые в воде соли, и на них нет группового реагента.

При анализе анионов можно также провести качественные пробы на наличие анионов неустойчивых кислот (H2CO3, H2SO3), анионы-окислители (CrO42‾ , Cr2O72‾ и др.) и анионы-восстановители ( C2O42‾, Cl‾, Br‾, I‾ и др.).

Если при добавлении к анализируемой пробе 2N раствора HCl наблюдается выделение пузырьков газа, в пробе присутствуют анионы угольной или сернистой кислот.

Для определения анионов-окислителей к анализируемой пробе добавляют 2-3 капли 2N H2SO4, 0,5 мл бензола и 2 капли KI. Фиолетовое окрашивание бензольного слоя указывает на наличие анионов-окислителей.

Для определения анионов-восстановителей к 2-3 каплям смеси 2N H2SO4 и 1N KMnO4 добавляют 3 капли анализируемой пробы. Отсутствие фиолетовой окраски указывает на наличие анионов-восстановителей.

После обнаружения группы анионов осуществляется идентификация отдельного иона с помощью специфических реакций.