Качественные реакции катионов

Методика. Каплю раствора хлорида кальция СаС1₂ наносят на предметное стекло, прибавляют каплю раствора серной кислоты и слегка упаривают смесь. Под микроскопом наблюдают образовавшиеся игольчатые кристаллы гипса CaSО₄*2H₂О в виде красивых сросшихся пучков или звездочек.

3.2. Реакция с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂О₄.
Катионы кальция образуют с оксалатом аммония белый кристаллический осадок оксалата кальция:
Ca²⁺ +C₂О₄^2-  → CaC₂О₄↓
Реакцию проводят в слабокислой среде (рН = 6-6,5) в присутствии уксусной кислоты, в которой оксалат кальция не растворяется.
Осадок СаС₂О₄ нерастворим в растворе аммиака, но растворяется в разбавленных минеральных кислотах с образованием щавелевой кислоты, например:
СаС₂О₄↓ + 2HCI →  СаС1₂ + Н₂С₂О₄
Открываемый минимум — около 100 мкг. Мешают катионы стронция, бария и другие, дающие такие же осадки.

Методика. В пробирку вносят три капли раствора СаСl₂, прибавляют каплю раствора уксусной кислоты и 3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок оксалата кальция.

Аналитические реакции катиона стронция Sr²⁺.

3.3. Реакция с сульфат-ионами (SO₄^2-).
Катионы Sr²⁺ образуют с сульфат-ионами белый кристаллический осадок сульфата стронция SrSO₄:
Sr²⁺ +  SO₄^2- →SrSO₄↓
Мешают катионы бария Ва²⁺, Са²⁺, Рb²⁺.
Осадок нерастворим в кислотах и щелочах, в отличие от сульфата кальция нерастворим в растворе сульфата аммония.
Осадок сульфата стронция образуется при нагревании раствора стронция с "гипсовой водой" (насыщенным водным раствором сульфата кальция). Реакция  Sr²⁺  + CaSO_{4(гипсовая вода)}  →SrSO₄↓+ Ca²⁺ идет, т.  к. растворимость сульфата стронция ниже растворимости сульфата кальция.

При нагревании осадка SrSО₄ с раствором соды он, как и сульфат кальция, переходит в осадок SrCO₃, растворимый в кислотах:
SrSО₄↓ + Na₂CО₃ →SrCО₃+ Na₂SО₄
SrCО₃↓ + 2 HCl → SrCl₂ + CО₂ + H₂О.

Методика. а) Реакция с "гипсовой водой". В пробирку вносят 4 капли раствора хлорида стронция SrCl₂, прибавляют 5-6 капель "гипсовой воды'",  нагревают на водяной  бане и оставляют на   10-15   минут. Постепенно выделяется белый осадок сульфата стронция.
б) Реакция с серной кислотой. В пробирку вносят 1-2 капли раствора SrCl₂,  прибавляют 2-3   капли раствора серной  кислоты.  Выпадает белый кристаллический осадок сульфата стронция.

Аналитические реакции катионов бария Ва²⁺.

3.4. Реакция с сульфат ионами (SO₄^2-).
Катионы бария Ва²⁺ образуют с сульфат-ионами SО₄^2- белый кристаллический осадок сульфата бария:   Ва²⁺ + SO₄^2-   → BaSО₄↓
Мешают катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺

Осадок нерастворим в щелочах и кислотах. При нагревании с растворами карбонатов (например, соды) сульфат бария превращается в малорастворимый карбонат бария, который растворяется в кислотах:
BaSО₄↓ + Na₂CО₃ → ВаСО₃ ↓+ Na₂SО₄
BaCО₃↓ + 2НС1 → BaС1₂ + CО₂+ H₂О.

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора ВаСЬ и прибавляют по каплям раствор H₂SО₄. Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария.

3.5. Реакция с дихромат-ионами (С₂О₇^2-).
В присутствие ацетат-ионов ионы Ва²⁺ образуют с дихромат-ионами желтый осадок хромата бария:
2Ва²⁺ + Сг₂О₇^2- + 2СН₃СОО^— + Н₂О → 2ВаСrO₄ ↓ +  2CH₃СООН
Образование осадка хромата ВаСrO₄ , а не дихромата бария ВаСг₂O₇ объясняется меньшей растворимостью хромата в воде.
В водных растворах дихроматов устанавливается равновесие:
Сг₂O₇^2— + H₂O → 2СrO₄^2— + 2Н⁺
Для нейтрализации ионов водорода в раствор вносят ацетат натрия. Ацетат-ионы СН₃СОО^— связывают иолы водорода в слабую уксусную кислоту CH₃СООН, и равновесие образования хромат-ионов из дихромат-ионов смещается вправо. Полнота осаждения хромата бария возрастает.
Осадок хромата бария растворяется в сильных кислотах, но не растворяется в уксусной кислоте.

Мешают Ag⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Со²⁺, Ni²⁺ и другие катионы, дающие осадки хроматов. Катионы Са²⁺, Sr²⁺ не мешают открытию катионов бария.

Методика. В пробирку вносят 5 капель раствора ВаСl₂ и прибавляют 5 капель раствора дихромата калия К₂Сг₂O₇ и 4-5 капель раствора     ацетата     натрия     CH₃COONa. Выпадает желтый кристаллический осадок хромата бария.
В таблице 3 охарактеризованы продукты некоторых аналитических реакций катионов третьей аналитической группы по кислотно-основной классификации.

4. Аналитические реакции катионов четвертой аналитической группы: Zn²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, Cr³⁺.
Аналитические реакции катиона цинка Zn²⁺.

4.1. Реакция с щелочами (NaOH, КОН и. др.).
Катионы цинка Zn²⁺ образуют с гидроксидами щелочных металлов белый осадок, растворяющийся в избытке щелочи с образованием бесцветного гидрокомплекса:
Zn²⁺ + 2OH^— → Zn(OH)₂↓
Zn(OH)₂↓+ 2OH^—→ [Zn(OH)₄] ^2-

Методика. В пробирку вносят 5-6 капель раствора хлорида цинка, прибавляют 1-2 капли раствора NaOH. Выпадает белый осадок гидроксида цинка. Продолжают прибавлять по каплям раствор NaOH при перемешивании. Осадок растворяется.

4.2. Реакция с сульфид-ионами (S^2-).

В нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде (4<рН<9) катионы цинка образуют с сульфид-ионами белый осадок сульфидацинка:
Zn²⁺+ S^2- → ZnS↓
Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в растворах минеральных кислот. Реакцию часто проводят в уксусно­кислой среде, так как в этих условиях открытию Zn²⁺ не мешают остальные катионы четвертой аналитической группы, за исключением олова (II).

Методика. К 2-3 каплям раствора ZnCl₂ прибавляют 1-2 капли свежего раствора сульфида аммония (NH₄)₂S. Выпадает белый осадок сульфида цинка.

4.3. Реакция с дитизоном (дифенгштиокарбазоном).
При смешении хлороформного раствора дитизона (экстракционный реагент) с водным щелочным раствором, содержащим катионы Zn2+, образуется дитизонатный комплекс цинка красного цвета, экстрагирующийся из водной фазы в органическую. Хлороформный слой принимает более интенсивную красную окраску, чем водный. Протекание реакции предположительно можно описать следующей схемой:
Zn²⁺ + H₂D → [Zn(HD)₂] + 2Н⁺

2* означает, что ион цинка связывается с двумя остатками дитизона. Наличие щелочи способствует протеканию реакции.
Реакция высокочувствительна: предел обнаружения 0,025 мкг. Мешают катионы, образующие дитизонатные комплексы (Cd²⁺, Pb²⁺, Sn²⁺).

Методика. В пробирку вносят 5-10 капель раствора ZnCl₂, прибавляют   постепенно   несколько    капель   раствора   NaOH   до растворения выпавшего осадка и около 5 капель хлороформного раствора дитизона. Пробирку встряхивают несколько раз. Хлороформный слой окрашивается в красный цвет.

Аналитические реакции катиона алюминия AI³⁺.

4.4. Реакция с щелочами.
Катионы AI³⁺ при реакции с щелочами в растворах дают белый осадок   гидроксида   алюминия   А1(ОН) ₃,   который   растворяется   в избытке щелочи с образованием гидрокомплекса [Аl(ОН) ₄]^— :
Аl³⁺ + 3ОН^—  → Аl(ОН)₃↓
Аl(ОН)₃↓ + ОН^—  → [Аl(ОН) ₄] ^—
Наиболее полное осаждение происходит при рН = 5-6. Осадок Аl(ОН) ₃ растворяется в кислотах, но не растворяется в аммиаке.
При нагревании щелочного раствора комплексной соли с хлоридом аммония гидроксокомплексы алюминия разрушаются и снова выпадает осадок гидроксида алюминия:
[Аl(ОН) ₄] ^—  + NH₄⁺→ Аl(ОН)₃↓  + NH₃ ↑ +  Н₂O

Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора соли алюминия, по каплям добавляют раствор NaOH. Выпадает белый осадок. Продолжают прибавление NaOH, осадок растворяется. При добавлении к полученному раствору несколько кристаллов NH₄C1 и нагревании осадок А1(ОH)₃ выпадает вновь.

4.5. Реакция с ализарином (1,2-диоксиантрахинон).

Ализарин в реакциях с катионами алюминия Аl³⁺ в аммиачной среде образует малорастворимые комплексные соединения ярко-красного цвета, называемые "алюминиевыми лаками":

Комплекс устойчив в уксуснокислой среде. Реакция высокочувствительна: предел обнаружения 0,5 мкг. Мешают катионы, образующие комплексы с ализарином: (Zn²⁺, Sn²⁺, Cr²⁺, Mn²⁺, Fe³⁺ и др.).

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли алюминия, 2-3 капли раствора щелочи (появляется белый осадок). Добавляют 1-2 капли раствора ализарина и 1-2 капли уксусной кислоты. Раствор окрашивается в красный цвет, возможно помутнение раствора.

4.6. Реакция с алюминоном (аммонийной солью ауринтрикарбоиовой кислоты).
В    уксуснокислой    или    аммиачной    среде    катион    Al³⁺    при взаимодействии  с  алюминоном   (для  краткости  обозначим NH₄L), образует комплекс красного цвета, по-видимому, состава Al(OH)₂L.
Реакция высокочувствительна. Метают катионы Са²⁺, Сu²⁺, Сг³⁺, Fe³⁺, также образующие окрашенные комплексы с алюминоном.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли алюминия, 2-3 капли раствора уксусной кислоты и 3-5 капель 0,01%-го раствора алюминона. Смесь нагревают на водяной бане, прибавляют несколько капель раствора аммиака до щелочной реакции (по лакмусовой бумаге) и 2-3 капли раствора карбоната аммония. Выпадает красный хлопьевидный осадок.

Аналитические реакции катиона олова (II) Sn²⁺ .

4.7. Реакция с щелочами.
Соединения олова (II)   при взаимодействии с щелочами выделяют из раствора белый осадок гидроксида олова Sn(OH) ₂, растворимый в избытке реагента с образованием гидроксокомплекса [Sn(OH)₄]^2-  :
Sn²⁺ + 2OН^— →Sn(OH)₂ ↓
Sn(OH)₂↓ + 2OH^—  → [Sn(OH)₄]^2-
Осадок Sn(OH)₂ растворяется в кислотах.

Методика. В пробирку вносят несколько капель раствора соли олова (II), прибавляют по каплям раствор NaOH: вначале до выпадения белого осадка Sn(OH)₂, а затем — до его растворения.

4.8. Реакция с солями висмута (III).
Олово (II) — хороший восстановитель. Так, при взаимодействии с висмутом (III) в сильно-щелочной среде оно восстанавливает висмут до металла, окисляясь до олова (IV):
2Bi³⁺ + 3[Sn(OH)₄] ^2- + 6ОН^—  → 2 Bi ↓ + 3[Sn(OH)₆] ^2-
Металлический висмут, выделяясь в тонкодисперсном состоянии, образует осадок черного цвета.

Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора олова (II) и прибавляют по каплям раствор NaOH. Вначале выпадает белый осадок гидроксида олова, который при дальнейшем прибавлении NaOH растворяется. К полученному щелочному раствору прибавляют 1-2 капли раствора нитрата висмута (III). При перемешивании смеси выпадает черный осадок металлического висмута.
Если осадок не образовался, скорее всего, неправильно создана среда (проверьте характер среды по индикаторной бумаге) или же приготовьте свежий раствор олова.

Аналитические реакции катиона хрома (III) Сг³⁺.

4.9. Реакции со щелочами и аммиком.
Катионы Сг³⁺ с растворами щелочей или аммиака образуют осадок гидроксида хрома (III) серо-зеленого или сине-фиолетового цвета:
Сr³⁺ + 3ОН^— → Сr(ОН) ₃ ↓
Сr³⁺+ 3NH₃*H₂O → Сr(ОН) ₃ ↓+ 3NH₄⁺
Осадок  Сг(ОН) ₃  обладает     амфотерными     свойствами,     т.е. растворяется как в щелочах, так и в кислотах:
Сr (ОН) ₃ ↓+ 3ОН^— → [Cr(OH)₆] ^3-
Сr (ОН) ₃ ↓+ 3HCl + 3H₂O → [Сг(Н₂O)₆]^3- + 3Сl^—
В   растворе   аммиака   гидроксид   хрома (III)   растворяется   лишь частично с образованием фиолетового комплекса [Сr(NН₃) ₆] ³⁺
Сr (ОН) ₃ ↓+ 6NH₃*H₂O → [Сr (NН₃)₆] ³⁺  + 3ОН^— + 6Н₂O

Методика. В две пробирки вносят по несколько капель соли хрома (III). В них добавляют по каплям: в первую — раствор NaOH, во вторую — раствор аммиака до выпадения серо-зеленого (или сине-фиолетового)   осадка.   При   прибавлении   в   первую   пробирку   (по каплям) раствора NaOH и перемешивании осадок растворяется с образованием раствора зеленого цвета. Добавление (по каплям) во вторую пробирку раствора аммиака приводит лишь к частичному растворению осадка. Раствор над осадком становится фиолетовым.

4.10. Реакции окисления катионов хрома пероксидом водорода и другими окислителями
Катионы Сг³⁺ при взаимодействии с окислителями (пероксидом водорода, перманганатом калия и др.) окисляются до хромат-ионов СrO₄^2-   (желтая   окраска)   или   до   дихромат-ионов   СrO₇^2-   (желто-оранжевая окраска):

а)  Окисление пероксидом водорода.
Окисление пероксидом водорода Н₂O₂ проводят обычно в щелочной среде при нагревании:
2[Cr(OH)₆]^3-   + 3Н₂O₂ = 2СгO₄^2- + 2OН^—  + 8Н₂O

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли хрома (III), добавляют 4-5 капель 2 моль/л раствора NaOH, 2-3 капли 3%-го раствора Н₂O₂ и нагревают до изменения зеленой окраски раствора (цвет аквакомплексов [Сr(Н₂O)₆]^3-) на желтую (цвет хромат-ионов).

б)  Окисление перманганатом калия.
Перманганат калия КМnO₄ в сернокислой среде при нагревании окисляет катион Cr³⁺ до дихромат-иона Сr₂O₇^2- : 10Cr ³⁺ + 6МnO₄^—  + 11Н₂O = 5Сr₂O₇^2- + 6Мn ²⁺ + 22Н⁺

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли хрома (III) (не хлорида!), прибавляют 3-4 капли раствора серной кислоты, нагревают и прибавляют к ней по каплям раствор КМnO₄ до желто-оранжевой окраски раствора. При дальнейшем прибавлении реагента выпадает бурый осадок МnO₂.
В таблице 4 приведены продукты некоторых аналитических реакций катионов четвертой аналитической группы по кислотно-основной классификации.

5. Аналитические реакции катионов пятой аналитической группы: Mg²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.
Аналитические реакции катиона магния Mg²⁺.

5.1. Реакции с щелочами и аммиаком.
Катионы Mg²⁺ при действии щелочей и аммиака образуют белый аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH):
Mg²⁺+2OH^— → Mg(OH)₂↓
Mg²⁺ + 2NH₃ * Н₂O ↔ Mg(OH)₂ + 2NH₄⁺
При   реакции   с   аммиаком   достигается   неполное   осаждение катионов   Mg²⁺ в виде гидроксида, т.к. гидроксид магния частично растворяется       в       растворах       солей       аммония,       особенно концентрированных.
Осадок Mg(OH) ₂ не растворяется в щелочах, но растворяется в кислотах:
Mg(OH)₂ + 2Н⁺  → Mg²⁺  + 2Н₂O

Методика. В две пробирки вносят по 5-6 капель раствора соли магния и прибавляют по каплям: в одну — раствор NaOH, а в другую раствор аммиака до выпадения белого аморфного осадка.

5.2.  Реакция с гидрофосфатом натрия (NaHPO₄).
Катионы Mg²⁺ образуют с гидрофосфатом натрия в присутствии аммиачного буферного раствора белый мелкокристаллический осадок магний-аммоний фосфатаNH₄MgPO₄:
Mg²⁺ + HPO₄^2- + NH₃ =NH₄MgPO₄↓
Осадок магний-аммоний фосфата растворяется в минеральных кислотах и в уксусной кислоте:
NH₄MgPO₄↓ + 3НС1 →Н₃РО₄ + MgCl₂ + NH₄Cl
NH₄MgPO₄↓ + 2 CH₃COOH → NH₄H₂PO₄ + (CH₃COO)₂Mg
Реакция образования NH₄MgPO₄ достаточно чувствительна: предел обнаружения 0,01 мкг. Мешают катионы Li⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ и другие, дающие малорастворимые фосфаты.

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли магния, прибавляют по 1-2 капли растворов NH₄C1, аммиака и Na₂HPO₄. Раствор мутнеет и образуется белый осадок NH₄MgPO₄.

5.3. Реакция с магнезоном I (п -нитробензолазорезорцином).
В щелочной среде магнезон I, имеющий красную окраску, образует с катионами магния Mg²⁺ комплекс синего цвета, сорбирующийся на осадке гидроксида магния.
Реакция высокочувствительна: предел обнаружения 0,5 мкг. Мешают многие катионы (Cd²⁺, Sn²⁺, Cr²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ и др.), также образующие окрашенные комплексы с магнезоном.

Методика. На предметное стекло наносят каплю раствора соли магния и прибавляют каплю щелочного раствора магнезона I. Образуется синий осадок. При малых концентрациях катионов магния осадок не выделяется, а раствор окрашивается в синий цвет.

Аналитические реакции висмута (III) Bi³⁺.

5.4. Реакция гидролиза.

Разбавление водой растворов солей висмута (III) приводит к их гидролизу с выделением белого осадка оксохлорида висмута BiOCl:
BiCl₃ + Н₂O ↔ BiOCl ↓+ 2НС1
[BiC1₆]^3- + Н₂O  ↔  BiOCl ↓ + 2НС1 + 3С1^—
При прибавлении раствора НСl и нагревании осадок растворяется (обратная реакция).

5.5. Реакция восстановления висмута (III) до металла
В щелочной среде (рН ~ 10) олово (II) восстанавливает висмут (III) до металлического висмута (0), выделяющегося в виде черного осадка. Олово (II)   при этом окисляется до олова (IV):
2Bi(OH)₃ + 3[Sn(OH)₄] ^2- → 2Bi↓ + 3[Sn(OH)₆] ^2-
При большом избытке щелочи и нагревании выпадает также черный осадок металлического олова вследствие протекания реакции диспропорционировапия:
2[Sn(OH)₄] ^2- → Sn + [Sn(OH)₆]^2-+ 2OH^—

Методика. В пробирку вносят 2 капли солянокислого раствора хлорида олова (II), 8-9 капель 2 моль/л раствора NaOH до растворения первоначально выпавшего осадка Sn(OH)₂ и добавляют 1-2 капли раствора соли висмута (III). Выпадает осадок черного цвета — металлический висмут. Особенности проведения этой реакции изложены выше (см. 4.8).

Аналитические реакции катиона марганца (II) Мп²⁺.

5.6. Реакция окисления катионов Мп²⁺ до пермангапат-ионов.
Катионы Мn²⁺ под действием различных окислителей окисляются до перманганат-ионов МnO₄^—, окрашивающих раствор в малино-фиолетовый цвет. В качестве окислителей применяют висмутат натрия NaBiO₃, персульфат аммония (NH₄)₂S₂O₈, диоксид свинца РbO₂ и др. Чаще всего используют висмутат натрия.
Реакции окисления проводят в отсутствие хлорид-ионов Сl^—, т.к. они восстанавливаются перманганат-ионами до хлора Сl₂:
2МnO₄ + 10С1^— + 16Н⁺ → 2Мn²⁺ + 5Сl₂ + 8Н₂O

а) Окисление висмутатом. натрия в кислой среде протекает по схеме:
2Mn²⁺ + 5NaBiO₃+ 14Н⁺ → 2MnO₄^—  + 3Bi³⁺ + 5Na⁺ + 7Н₂O
Избыток висмутата натрия может маскировать окраску раствора. Методика. В пробирку вносят 5 капель концентрированной HNO₃ и   несколько  крупинок висмутата натрия.  Смесь перемешивают  и добавляют к ней 1-2 капли раствора сульфата MnSO₄ или нитрата Mn(NO₃) ₂ (но не хлорида МnCl₂).  Пробирку оставляют в штативе в вертикальном положении, через некоторое время раствор над реакционной смесью окрашивается в малиново-фиолетовый цвет.

б) Окисление персульфатом аммония.
Реакцию проводят в кислой среде в присутствии катализатора солей серебра (AgNO₃) при нагревании:
2Мп²⁺ + 5S₂O₈^2- + 8Н₂O → 2МnO₄^— + 10SO₄²⁺ + 16H⁺
Катализатором могут быть также соли кобальта и меди.
В горячем растворе возможно разложение перманганат-ионов, которое замедляется в присутствии ортофосфорной кислоты Н₃РO₄.

Методика. В пробирку внося несколько кристалликов (NH₄)₂S₂O₈ (или — 0,5 мл насыщенного раствора (NH₄)₂S₂O₈, прибавляют ~2 мл раствора HNO₃ (или H₂SO₄), 2-3 капли раствора AgNO₃, 1-2 капли концентрированного раствора Н₃РО₄. Нагревают смесь до кипения и прибавляют каплю раствора соли марганца (II). Раствор окрашивается в малиновый цвет.

Аналитические реакции катиона железа (II) Fe²⁺.

Аквакатионы железа (II) [Fe(H₂O)₆]²⁺  практически бесцветны, поэтому солей железа (II) обычно не окрашены.

5.7. Реакции с щелочами и аммиаком.
Катионы Fe²⁺ образуют со щелочами и аммиаком зеленоватый осадок гидроксида железа (II) (в отсутствие кислорода воздуха он белый):
Fe²⁺ + 2OН^— →Fe(OH)₂↓
Гидроксид Fe(OH)₂ растворяется в кислотах, но не растворяется в щелочах. При стоянии на воздухе гидроксид железа (II) постепенно темнеет вследствие окисления железа (II) до железа (III) кислородом воздуха и образования красно-бурого гидроксида железа (III):
4Fe(OH)₂ ↓ + O₂ + 2Н₂O → 4Fe(OH)₃↓
В   щелочной   среде   железо   (II)   легко   окисляется   пероксидом водорода, образуется красно-бурый осадок гидроксида железа(III):
2Fe²⁺ + Н₂O₂ + 4OH^—  →2Fe(OH)₃↓

Методика. а) В пробирку вносят 5-6 капель раствора железа (II) и по каплям добавляют раствор NaOH до прекращения выпадения осадка Fe(OH)₂. Нa воздухе осадок постепенно темнеет.

б) К свежеприготовленному, как описано выше, белому осадку Fe(OH)₂ прибавить по 2-3 капли растворов NaOH и H₂О₂. Окраска осадка изменяется до красно-бурой.

5.8. Реакция с калия гексацианоферратом (III) (красной кровяной солью или феррицианидом калия)
Катионы Fe²⁺ реагируют с K₃[Fe(CN)₆] в кислой среде с образованием темно-синего осадка "турнбуленовой сини". Ранее полагали, что состав этого осадка соответствует формуле Fe₃[Fe(CN)₆]₂*xH₂О с переменным числом молекул воды. Позднее было доказано, что уже при образовании этого осадка осуществляется окислительно-восстановительный процесс с переносом электронов от «внешнего» железа (II) к «внутреннему» железу (III):
Fe²⁺  + [Fe⁺³ (CN)₆] ^3-  → Fe³⁺ + [Fe⁺²(CN)₆] ^4-
Образующиеся катионы Fe³⁺ и анионы [Fe⁺²(CN)₆] ^4- дают темно-синий осадок конечного продукта Fe₄⁺³[Fe⁺²(CN)₆]₃*xH₂O, названного "турнбуленовой синью":
4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4— →Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓
Суммарное уравнение реакции:
4Fe²⁺ + 4[Fe⁺³ (CN)₆] ^3-  → Fe₄⁺³[Fe⁺²(CN)₆]₃↓ + [Fe⁺²(CN)₆]^4-

По составу, структуре и свойствам осадок ''турнбуленовой сини идентичен осадку ''берлинской лазури", получаемому при прибавлении K₄[Fe(CN)₆] к растворам солей железа (III).
Реакция очень чувствительна: предел обнаружения 0.05 мкг. Осадок "турнбуленовой сини'" не растворяется в кислотах, но разлагается в щелочной среде.

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли железа (II), прибавляют' 1-2 капли раствора HCl и 2-3 капли раствора ферроцнанида калия K₃[Fe(CN)₆]. Раствор окрашивается в синий цвет и выделяется синий осадок ''турнбуленовой сини".

Аналитические реакции катиона железа (III) Fe³⁺.

Аквакатионы железа (III) [Fe(H₂O)₆]³⁺ окрашены в желтый цвет, поэтому водные растворы солей железа (III) имеют желтую или красновато-бурую окраску.

5.9. Реакция с щелочами и аммиаком.
Катионы Fe³⁺ при взаимодействии со щелочами и аммиаком в водных растворах образуют красно-бурый осадок гидроксида железа (III):
Fe³⁺ + 3ОН^— → Fe(OH) ₃↓
Осадок растворим в разбавленных кислотах. Он не растворяется в насыщенном растворе хлорида аммония (в отличие от осадка Ре(ОН)₂), а также в растворах щелочей.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли железа (Ш) и прибавляют 3-4 капли раствора NaOH. Выпадает красно-бурый осадок гидроксида железа (III).

5.10. Реакция с калия гексацианоферратом (III)(желтой кровяной солью гит ферроцгшнидом калия)
Катионы Fe³⁺ в кислой среде (рН=2-3) реагируют с ферроцианидом калия с образованием темно-синего осадка "берлинской лазури". Состав осадка описывают формулой Fe₄[Fe(CN)₆]₃*xH₂O с переменным количеством молекул воды. Этот осадок неустойчив в щелочной среде, но стабилен в кислом растворе, поэтому реакцию проводят в кислой среде при рН ~ 2-3. Реакция образования чистой "'берлинской лазури" протекает по схеме:
4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆] ^4-→ Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓
Реакция высокочувствительна. Открываемый минимум около 0,05 мкг. Мешают, как и при получении "турнбуленевой сини" окислители и восстановители.
Как и в случае с "турнбуленовой синью", осадок "берлинской лазури" не растворяется в кислотах и разлагается при прибавлении раствора щелочи:
Fe₄[Fe(CN)₆]₃ ↓ + 12OH^— → [Fe(CN)₆]^4- + 4Fe(OH)₃ ↓

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли железа (III), прибавляют 1-2 капли раствора НСl и 2 капли раствора K₄[Fe(CN)₆]. Раствор окрашивается в синий цвет, выпадает осадок "берлинской лазури".

5.11. Реакция с тиоционат (роданид) ионами SCN^—
Катионы Fe³⁺ реагируют с тиоцинат-ионами SCN^— (лучше в кислой среде при рН ~ 3) с образованием тиоционатных комплексов железа (Ш) красного цвета:
[Fe (H₂O)₆._n] ³ + nSCN^—     → [Fe(SCN)_n(H₂O)₆._n]^3-n + nH₂O, n = 1,2,3,…6.
В   зависимости   от   соотношения   концентраций   реагентов   могутдоминировать комплексы различного состава. Все они имеют красную окраску и находятся в равновесии.
Реакция высокочувствительна: предел обнаружения катионов железа (III) составляет 0,25 мкг. Мешают многие вещества: окислители, восстановители, ртуть (II), фториды, фосфаты, иодиды, цитраты, тартраты и другие соединения. Катионы железа (II) не мешают.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли железа (III) и прибавляют 3-4 капли раствора тиоционата аммония или калия. Раствор окрашивается в красный цвет.
В таблице 5 охарактеризованы продукты некоторых реакций катионов пятой аналитической группы по кислотно-основной классификации.

6.   Аналитические реакции катионов шестой аналитической группы: Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺.
Аналитические реакции катиона меди (II) Сu²⁺.

Аквакатионы меди (II) [Cu(H₂O)₄]²⁺ окрашены в голубой цвет, поэтому водные растворы содей меди (II) имеют голубую окраску с разными оттенками.

6.1. Реакции с щелочами.
При прибавлении раствора щелочи к раствору соли меди (II) выпадает осадок гидроксида меди (II) Сu(ОН)₂ имеющий окраску от сине-зеленой до голубой:
Cu²⁺+2OH^— → Cu(OH)₂ ↓
При     последующем     кипячении     реакционной    смеси     осадок гидроксида меди разлагается до черного оксида меди (II):
Cu(OH)₂ ↓ → CuO ↓  + Н₂O
Осадок Сu(ОН)₂ растворяется в кислотах, в растворе аммиака (с образованием комплекса  [Cu(NH₃)₄]²⁺ синего  цвета), комплексообразующих органических кислотах (винная, лимонная):
Cu(OH)₂ ↓ + 2Н⁺→ Сu²⁺ + 2Н₂O
Cu(OH)₂ ↓ + 4NH₃*Н₂O → [Cu(NH₃)₄]²⁺+ 2OH^— + 4Н₂O
Cu(OH)₂ ↓  + 2 Н₂Tartr → [Cu(Tartr)₂]^2-+ 2H₂O + 2Н⁺

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли меди (II) и прибавляют 1-2 капли раствора NaOH. Образуется осадок гидроксида меди голубого или сине-зеленого цвета. Смесь осторожно нагревают до кипения и кипятят до потемнения осадка вследствие образования черного оксида меди (II).

6.2.  Реакция с аммиаком (NН₃).
При постепенном прибавлении раствора аммиака к раствору соли меди (II), выпадает осадок основной соли меди (сине-зеленого цвета), который растворяется в избытке аммиака с образованием комплексного катиона ярко-синего цвета:
СuCl ₂ + NH₃*H₂O_{(недостаток)}  → CuOHCl ↓+ NH₄Cl
Сu(ОН)Cl↓+ 4 NH₃*H₂O_{(избыток )}→ [Cu(NH₃)₄] ²⁺  + 4 Н₂O + OH^—  + Сl^—.
При единовременном добавлении избытка раствора аммиака голубой раствор сразу же переходит в ярко синий:
СuCl ₂ + 4 NH₃*H₂O _{(избыток)} → [Cu(NH₃)₄] ²⁺+ 2С l^—  + 4 Н₂O.
В кислой среде комплексный катион меди разрушается и окраска из ярко-синей переходит в голубую (цвет аквакомплекса меди (II)):
Cu(NH₃)₄]²⁺    + 4Н₃O⁺   → [Cu(H₂O)₄]²⁺+ 4NH₄⁺
Мешают катионы Со²⁺, Ni²⁺ и Sn²⁺, образующие аммиачные окрашенные комплексы.

Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора соли меди (II) и прибавляют по каплям разбавленный раствор аммиака при перемешивании смеси. Выпадающий вначале голубой (или голубовато-зеленый) осадок основной соли меди (II), затем осадок растворяется с образованием ярко-синего раствора. Прибавляют по каплям разбавленный раствор одной из кислот — HCl, HNO₃ или H₂SO₄. Окраска раствора из ярко-синей переходит в голубую.

6.3.  Реакция с тиосульфатом натрия (Na₂S₂O₃).
При кипячении смеси подкисленного раствора соли меди (II) с избытком тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ происходит восстановление меди (II) до меди (I) Cu₂S, кроме того образуется осадок серы. Выпадающий темно-бурый осадок — смесь сульфида меди (I) и серы. Реакция, по-видимому, протекает по схеме:
2Сu²⁺ + 2S₂O₃ ^2- + 2Н₂O →  Cu₂S↓+ S↓ + 4Н⁺ + 2SO₄^2-

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли меди (II), 2-3 капли разбавленного раствора H₂SО₄ и несколько кристалликов тиосульфата натрия. Выпадает темно-бурый осадок смеси сульфида меди (I) и свободной серы.

Аналитические реакции катиона кадмия Cd²⁺.
Аквакомплексы кадмия  [Cd(H₂O)_n]²⁺     в     водных    растворах бесцветны.

6.4. Реакции с щелочами и аммиаком.

При прибавлении раствора щелочи или аммиака к раствору соли кадмия выпадает белый осадок гидроксида кадмия:
Cd²⁺ + 2OH^—   → Cd(OH)₂ ↓
Осадок нерастворим в избытке щелочи, но растворяется в избытке аммиака    с    образованием    бесцветного    аммиачного    комплекса [Cd(NH₃)₄]²⁺:
Cd(OH)₂↓ + 4NH₃*H₂O  →  [Cd(NH₃)₄]²⁺ + 4H₂O
Осадок гидроксида кадмия растворяется в кислотах:
Cd(OH)₂ ↓ + 2H₃O⁺ → [Cd(H₂O) ₃]²⁺

Методика. В две пробирки вносят по 3-4 капли раствора соли кадмия. В одну из них прибавляют 1 — 2 капли растворов NaOH или КОН. Выпадает белый осадок гидроксида кадмия Cd(OH)₂, который не растворяется в избытке щелочи. В другую пробирку прибавляют по каплям раствор аммиака. Образующийся вначале белый осадок гидроксида кадмия растворяется в избытке аммиака.

Аналитические реакции катиона ртути (II) Hg²⁺.
6.5. Реакция с иодидом калия (KI).

Катионы Hg²⁺ дают с иодид-ионами Г в водном растворе красно-оранжевый осадок иодида ртути (И), который при избытке иодид-ионов растворяется с образованием бесцветного тетраиодомеркурат-
иона:
Hg²⁺+2J^—  → HgJ₂↓
HgJ₂ ↓ + 2 J^—    →  [HgI₄]^2-
Мешают катионы Pb²⁺, Cu²⁺, Ag ⁺, Bi³⁺ и некоторые другие, а также окислители.

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли ртути (II) и прибавляют каплю разбавленного (5%) раствора иодида калия. Выпадает красный осадок иодида ртути (II) HgJ₂. Осадок растворяется в избытке КJ.

Аналитические реакции катиона кобальта (II) Со²⁺.

Аквакатионы кобальта (II) [Со(Н₂O)₆]²⁺ окрашены в розовый цвет, поэтому водные растворы солей кобальта (II) имеют розовую окраску.

6.6. Реакции с щелочами.
Катионы Со²⁺ при реакции с щелочами образуют вначале синий осадок гидроксида кобальта (II) (например, CoOHCI). Окраска затем переходит в розовый осадок гидроксила кобальта (II) Со(ОН)₂. Так, при взаимодействии хлорида кобальта (II) со щелочью реакция протекает по схеме:
СоСl₂ + 2ОН^— _{(недостаток)}  →  СоОНСl ↓ _(синий) + Сl^—
СоОНСl ↓ _(синий) + ОН^— → Со(ОН)₂ ↓ _{(розовый)} + Сl^—
Розовый гидроксид кобальта (II) Со(ОН)₂ медленно буреет вследствие окисления кислородом воздуха до черно-бурого гидроксида кобальта (III):
4Со(ОН)₂↓+ O₂ + 4Н₂O → 4Со(ОН)₃↓

Методика. В пробирку вносят 3 капли раствора хлорида кобальта (II) и медленно, по каплям, при непрерывном перемешивании смеси, приливают водный раствор щелочи до образования синего осадка CoOHCl, переходящего при дальнейшем добавлении щелочи в розовый осадок Со(ОН)₂, который через некоторое время чернеет за счет окисления до Со(ОН)₃:

6.7.  Реакции с аммиаком (NH₃).
При реакции катионов Со²⁺ с аммиаком вначале также как в 6.6 образуется синий осадок основной соли. Дальнейшее прибавление раствора аммиака приводит к растворению осадка с образованием гексамминкобальт (II) катионов грязно-желтого цвета:
СоСl₂ + NH₃*H₂O → СоОНСl ↓+ NH₄Cl
СоОНСl ↓+ 5NH₃*H₂O + NH₄Cl → [Co(NH₃)₆]Cl₂ + 6Н₂O
На воздухе раствор постепенно принимает вишнево-красный цвет вследствие    окисления    Со    (II)    до    Со    (III)    с    образованием хлоропентаммин-кобальт — анионов [Со(NН₃) ₆Сl]²⁺ вишнево-красного цвета:
4[Со⁺²(NН₃)₆]Сl₂ + O₂ + 6Н₂O → 4[Co⁺³(NH₃)₅Cl](OH)₂  + 4NH₄Cl
В  присутствии   пероксида  водорода  и   солей  аммония   реакция окисления [Со(NH₃)₆]²⁺ до [Со(NН₃)₆С1]²⁺ протекает мгновенно:
2[Co(NH₃)₆]Cl₂ + H₂O₂ + 2NH₄C1 + 2H₂O → 2[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ + 4NH₃*H₂0

Методика. В пробирку вносят 3 капли раствора хлорида кобальта (II) и медленно, по каплям, прибавляют раствор аммиака до выпадения синего осадка CoOHCl, затем несколько кристаллов хлорида аммония и продолжают прибавление раствора аммиака при перемешивании смеси до полного растворения осадка и образования желтого раствора. При стоянии на воздухе раствор постепенно меняет окраску на вишнево-красную.

6.8. Реакция с тиоционат (роданид) ионами SCN^—.
Катионы кобальта (II) в слабокислой среде реагируют с тиоционат-ионами SCN" с образованием синего комплекса тетратиоцианатоко-бальт (II)-иона [Co(NCS)₄]^2- :
Со²⁺ + 4SCN^—  ↔ [Co(SCN)₄]^2-
Комплекс     в     водных    растворах    неустойчив,     и    равновесие комплексообразования   смещено   в   сторону   образования   розового аквакомплекса кобальта (II). Поэтому реакцию проводят при избытке тиоционат-ионов, чтобы сместить равновесие вправо.
В растворах органических растворителей (изоамиловый спирт, эфир, ацетон и др.) устойчивость комплекса повышается, поэтому при проведении данной реакции водный раствор, содержащий катионы Со²⁺, смешивают с небольшим количеством органического растворителя. При этом тетратиоционатный комплекс кобальта (II) переходит в органическую фазу, окрашивая ее в синий цвет.
Предел обнаружения ионов кобальта (II) этой реакции около 0,5 мкг.
Проведению реакции мешают катионы железа (III), меди (II), также образующих с ними окрашенные комплексы. Мешающее действие этих катионов можно устранить, восстановив их хлоридом олова (II) до железа (II) и меди(I).
Мешающее действие катионов Fe³⁺ устраняют также, связывая их в устойчивые бесцветные комплексы. Таким маскирующим агентом является фторид натрия NaF. Он связывает ионы железа (III) в
бесцветный комплекс:
Fe³⁺ + 6 F^—   →  [Fe F₆]³⁺
В качестве маскирующих агентов используют также оксалат-ионы С₂O₄^2- и ортофосфат-ионы РO₄^3-, также образующие бесцветные комплексы железа (III).

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли кобальта (II), прибавляют 8-10 капель насыщенного раствора тиоциоиата калия KNCS или аммония NH₄NCS (или несколько кристаллов одной из этих солей). 5-6 капель органического растворителя (изоамилового спирта) и встряхивают смесь. Верхний слой органической фазы окрашивается в синий цвет.

6.9. Реакция с реактивом Ильинского (1 -нитрозо-2-нафтол или α-нитрозо-β-нафтол).

Кобальт (II) в этой реакции окисляется до кобальта (III), который с 1-нитрозо-2-нафтолом    образует    внутрикомплексное соединение, выделяющееся в виде пурпурно-красного осадка. Если 1-нитрозо-2-нафтол (реактив Ильинского) условно обозначить  HL, реакцию можно описать схемой (после окисления кобальта):
Со³⁺ + 3HL→ [CoL₃] +3H⁺
Реакцию проводят в нейтральной или слабокислой среде. Мешают катионы меди (II).

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли кобальта (II), 1-2 капли уксусной кислоты, 2-3 капли 1%-го раствора реактива Ильинского. При осторожном нагревании наблюдают выделение пурпурно-красного осадка внутрикомплексного соединения.

Аналитические реакции катиона никеля (II) Ni²⁺.

Аквакатионы никеля (II) [Ni(H₂O)₆]²⁺ окрашены в зеленый цвет, поэтому водные растворы солей никеля (II) имеют зеленую окраску.

6.10. Реакция со щелочами.

Катионы никеля (11) Ni²⁺ осаждаются щелочами из водных растворов в виде малорастворимого гидроксида никеля. (II) Ni(OH)₂ зеленого цвета:
Ni²⁺ + 2OН^—  → Ni(OH)₂↓
Осадок растворяется в растворах кислот и аммиака:
Ni(ОН)₂ ↓ + 2Н⁺→Ni²⁺ + 2Н₂O
Ni(ОН)₂ ↓ + 6NH₃*H₂O → [Ni(NH₃)₆]²⁺ + 2OН^— + 6Н₂O

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли никеля (II) и   прибавляют   по   каплям   при   перемешивании   раствор   щелочи. Выпадает светло-зеленый осадок.

6.11. Реакция с аммиаком (NH₃).

Аммиак осаждает из растворов солей никеля (II) светло-зеленые осадки основных солей никеля (II), например:
Ni(NO₃)₂ + NH₃*H₂O → NiOHNO₃↓+ NH₄NO₃
NiCl₂ + NH₃*H₂O → NiOHCI↓ + NH₄C1
2NiSO₄ + NH₃*H₂O →  (NiOH)₂SO₄↓+ (NH₄)₂SO₄ и т.д.
В избытке аммиака осадок основной соли никеля (II) растворяется с образованием комплексных гексаминникель (II) — катионов синего цвета, например:
NiOHCI↓ + 6NH₃*H₂O → [Ni(NH₃)₆]²⁺ + OH^— + Сl^— + 6H₂O

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора хлорида никеля (II) NiCl₂ (нитрата Ni(NO₃)₂ или сульфата NiSO₄) и прибавляют по каплям при перемешивании раствор аммиака до выпадения зеленого осадка NiOHCl. При перемешивании продолжают добавление концентрированного раствора аммиака до полного растворения осадка и образования синего цвета.

6.12. Реакция с реактивом Чугаева (диметилглиоксимом).
Катионы никеля Ni²⁺ при взаимодействии с диметилглиоксимом при рН = 6-9 образуют малорастворимое в воде внутрикомплексное соединение розово-красного цвета бисдиметилглиоксиматоникель (II):

Схема реакции: Ni²⁺ + 2H₂Dm → [Ni (HDm) ₂]| + 2H⁺
Обычно реакцию проводят в среде аммиака.
Осадок растворяется в сильных кислотах и щелочах, нерастворим в растворах аммиака.
Катионы кобальта (II) в малых концентрациях не мешают определению никеля. Мешают катионы Cu²⁺, Pb²; Fe²⁺, Fe³⁺. Эта реакция, впервые предложенная Л. Ф. Чугаевым, является наиболее характерной на катионы никеля (II) и высокочувствительной: предел обнаружения равен 0,16 мкг.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли никеля (II), прибавляют 3-4 капли концентрированного аммиака и 1 каплю спиртового раствора диметилглиоксима. Выпадает розово-красный  осадок комплекса.
В таблице 6 охарактеризованы продукты некоторых аналитических реакций катионов шестой аналитической группы по кислотно-основной классификации.

Таблица 2. Продукты некоторых аналитических реакций катионов второй аналитической группы по кислотно-основной классификации

Таблица 3. Продукты некоторых аналитических реакций катионов третьей аналитической группы по кислотно-основной классификации

Таблица 4. Продукты некоторых аналитических реакций катионов четвертой аналитической по кислотно-основной классификации

Таблица 5. Продукты некоторых аналитических реакций катионов пятой аналитическойпо кислотно-основной классификации

Таблица 6. Продукты некоторых аналитических реакций катионов шестой аналитической группы по кислотно-основной классификации