Качественные реакции на катионы и анионы

Катионы

Реактив, уравнение реакции, признаки присутствия данного катиона,  открываемый  минимум (чувствительность  реакции)

Калий

К⁺

В нейтральной или уксуснокислой среде:

1) Кобальтинитрит натрия Na₃[Co(NO₂)₆] образует желтый  кристаллический осадок:

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

Микрокристаллоскопическая реакция с Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] – образуются черные кристаллы кубической формы (открываемый минимум - 0,15 мг К⁺; предельное  разбавление 1:7,5^.10⁴).

2) Окрашивает пламя в фиолетовый цвет.

Натрий 

Na⁺

1) Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом  Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈ – образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок, имеющий форму тетраэдров или октаэдров; открываемый минимум - 12,5 мг Na⁺; предельное разбавление 1:5^.10³

Na⁺+Zn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₈ + CH₃COO^- + 9H₂O → NaZn(UO₂)₃(C₂H₃O₂)₉ ^.  9H₂O

2) Окрашивание пламени – желтое

Аммоний 

NH₄⁺

1) При действии щелочей при нагревании выделяется аммиак, который обнаруживают по характерному запаху, по посинению влажной лакмусовой бумаги или по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли ртути (I).

NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃ + H₂O

(NH₄⁺ + OH^-→ NH₃ + H₂O)

2) Реактив Несслера K₂[HgI₄] в щелочной среде образует оранжево-коричневый осадок;

Магний 

Mg²⁺

1) Магнезон–I (или Магнезон–II) в отсутствие NH₄⁺ дают синее окрашивание;

2) Оксихинолин (при рН = 10 – 12) дает зеленовато-желтый кристаллический осадок  (чувствительность реакции - 0,1 мг иона магния)

3) Карбонаты щелочных металлов дают белый осадок карбоната магния, легко растворимый  в кислотах: Mg²⁺ + CO₃^2- → MgCO₃

Кальций

Са²⁺

1) Окрашивает пламя в кирпично-красный цвет.

2) Щавелевокислый аммоний (оксалат аммония) в уксуснокислом растворе образует белый кристаллический осадок (в отсутствие Ва²⁺ и Sr²

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄→ 2NH₄Cl + CaC₂O₄

(Сa²⁺ + C₂O₄^2- → CaC₂O₄)

3) Микрокристаллоскопическая реакция с H₂SO₄: характерная форма кристаллов в виде длинных игл или пластинок  (чувствительность -  0,1 мг  Са ²⁺)

Барий 

Ва²⁺

1) В уксуснокислой среде хромат калия  К₂СrО₄  или  К₂Cr₂O₇ + CH₃COONa  дают  ярко-желтый осадок  хромата бария.

2) Серная кислота и ее соли  образуют  белый кристаллический осадок сульфата бария, нерастворимого в кислотах и щелочах:

 Ba²⁺ + SO₄ ^2- →BaSO₄

Гипсовая вода (насыщенный раствор СаSO₄) с Ва²⁺ на холоде вызывает медленное образование осадка (тогда как для ее взаимодействия с ионами Sr²⁺ требуется  нагревание).

3) Окрашивает пламя в желто-зеленый цвет.

Алюминий 

Al³⁺

1) Гидроксиды щелочных металлов образуют белый студенистый осадок Al(OH)₃, растворимый в кислотах с образованием соли соответствующей кислоты; он также растворим в растворах щелочей с образованием комплексных ионов [Al(OH)₄]^-:

Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃         Al(OH)₃ + OH^- → [Al(OH)₄]^-

(Гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства)

В отличие от гидроксида цинка, Al(OH)₃ не растворяется в NH₄OH.

2) Прокаливание гидроксида алюминия с солью кобальта дает синее  окрашивание  («тенарову синь»- Со(AlO₂)₂).

3) Оксихинолин дает желтый осадок; Ализарин красный S, Хинализарин или Алюминон - красные осадки.      

Хром

Cr ³⁺

1)      Окислители (например, перманганат калия, пероксид водорода, бромная вода)  превращают зеленые или фиолетовые соединения хрома (III) в соединения хрома (VI)- хроматы СrO₄^2- (желтого цвета) в щелочной среде или дихроматы  Cr₂O₇^2- (оранжевого цвета) в кислой среде.

2) Гидроксиды щелочных металлов образуют серо-голубой осадок Сr(OH)₃, проявляющий амфотерные свойства - растворяется в растворах кислот и в избытке щелочей и NH₄OH.

Железо

Fe ³⁺

1) Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль) образует темно-синий осадок берлинской лазури;

4K₄[Fe(CN)₆] + 4Fe³⁺ →12К⁺ + 4КFe^III[Fe^II(CN)₆]  

2) Гидроксиды щелочных металлов и NH₄OH образуют гидроксид железа (III)  красно-бурого цвета, растворимый в кислотах и нерастворимый в избытке щелочей (отличие от гидроксидов алюминия и хрома).

Fe³⁺ + 3OH^- → Fe(OH)₃

3) Роданид калия или аммония вызывает кроваво-красное окрашивание раствора

FeCl₃ + 3NH₄SCN → 3NH₄Cl + Fe(SCN)₃

Железо

Fe²⁺

1) Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль) образует темно-синий осадок турнбуллевой сини;

3K₃[Fe(CN)₆] + 3Fe²⁺ → 3KFe^II[Fe^III(CN)₆] + 6K⁺  

Недавно было установлено, что берлинская лазурь и турнбуллева синь – это одно и то же вещество, т.к. комплексы, образующиеся в данных реакциях находятся  между собой  в равновесии:

KFe^III[Fe^II(CN)₆] ↔ KFe^II[Fe^III(CN)₆]

Цинк

Zn²⁺

1) Гидроксиды щелочных металлов образуют белый амфотерный осадок  Zn(OH)₂, который растворим в NH₄OH c образованием комплексных соединений:

Zn²⁺ + 2OH^- → Zn(OH)₂        Zn(OH)₂ + 4NH₃ → [Zn(NH₃)₄](OH)₂

При прокаливании гидроксида цинка с соединениями кобальта образуется  окрашенная в зеленый цвет масса – «риманова зелень», представляющая собой цинкат кобальта СоZnO₂.

2) H₂S при рН = 2,2 дает белый осадок ZnS

Никель

Ni²⁺

1) Гидроксид натрия образует бледно-зеленый студенистый осадок Ni(OH)₂; . Осадок растворим в кислотах и в NH₄OH и нерастворим в избытке щелочи.

2) Сероводород не осаждает NiS из сильнокислых растворов; черный осадок сульфида никеля образуется только при рН 4 – 5.

3) Диметилглиоксим (реактив Чугаева) образует красно-фиолетовый осадок;     

Серебро

Ag⁺

1) Соляная кислота дает белый творожистый осадок, растворимый в аммиаке, при подкислении HNO₃ аммиачного раствора снова выпадает белый осадок;

Ag⁺ + Cl^-→ AgCl

AgCl + 2NH₄OH → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H₂O

 [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- + 2H⁺→ AgCl + 2NH₄⁺

2) Сероводород осаждает черный сульфид серебра;

Медь

Cu²⁺

1) Растворы солей Сu²⁺ окрашены в голубой цвет; Cu²⁺ окрашивает пламя в зеленый цвет.

2) Сероводород образует черный осадок сульфида меди CuS; Осадок нерастворим в соляной и серной кислотах, но растворяется в горячей концентрированной НNO_3.

3) Гидроксиды щелочных металлов осаждают  голубой  осадок  Сu(OH)₂, который при нагревании дегидратируется и превращается в черный осадок оксида меди CuO:

Cu²⁺ + 2OH^-→ Cu(OH)₂

Cu(OH)₂ → CuO + H₂O

Гидроксид меди растворяется в концентрированных растворах аммиака, образуя аммиакат меди интенсивно синего цвета (реактив Швейцера; растворяет целлюлозу):

Cu(OH)₂ + 4NH₃ →[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH^-

Анион

Реактив, уравнение реакции, признаки присутствия данного аниона,  открываемый  минимум (чувствительность  реакции)

F^-

1) AgNO₃ не образует осадка, т.к. фторид серебра растворим в воде (в отличие от других галогенидов серебра).

2) Хлорид кальция дает белый осадок фторида кальция.

Cl^-

1) В азотнокислой среде AgNO₃ дает белый осадок, растворимый в NH₄OH. Открываемый минимум - 1 мг Cl^-, предельное разбавление  1:10⁵.

Br^-

1) В азотнокислой среде AgNO₃ образует светло-желтый осадок. Чувствительность реакции - 20 мг  Br ^-, предельное разбавление 1:2^.10⁵.

2) Хлорная вода окисляет бромид-анион до свободного брома, который окрашивает органический растворитель в соломенно-желтый цвет. Фуксин, обесцвеченный гидросульфитом, окрашивается свободным бромом в синий цвет. Чувствительность реакции 50 мг Br^-.

2Br^- + Cl₂ → 2Cl^- + Br₂

I^-

1) Нитрат серебра образует темно-желтый осадок AgI, нерастворимый в растворах HNO₃, и NH₄OH (в отличие от хлоридов и бромидов серебра, растворимых в аммиаке).

2) Хлорная вода окисляет йодид-анион до йода: 2I^- + Cl₂ → I₂ + 2Cl^-

3) Открываемый минимум - 40 мг I^-; предельное разбавление 1:2,5^.10⁴ Выделившийся йод можно открыть с помощью крахмала, который окрашивается йодом в синий цвет, или, взбалтывая раствор с органическим растворителем, который приобретает красновато-фиолетовую окраску. При прибавлении избытка хлорной воды окраска исчезает, т.к. свободный йод окисляется до бесцветной йодноватой кислоты:

I₂ + 5Cl₂ + 6H₂O →2HIO₃ + 10H⁺ + 10Cl^-

Другие окислители (перманганат калия, дихромат калия и др.) в кислом растворе также окисляют йодид-анион до йода:

Cr₂O₇ ^2- + 2I^- + 14H⁺→ 2Cr³⁺ + 3I₂ + 7H₂O

2MnO₄^- + 10I^- + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 5I₂ + 8H₂O

S^2-

1) Хлористоводородная и др. кислоты при взаимодействии с сульфидами  выделяют  сероводород, который имеет запах тухлых яиц:

S^2- + 2H⁺ → H₂S

2) Сульфид-анион с катионами многих тяжелых металлов образует разноцветные осадки: ZnS (белый), CdS (желтый), CuS, PbS, NiS (черный), HgS (красный) и др.

3) Нитропруссид натрия в щелочном растворе дает красно-фиолетовое окрашивание.

SO₃^2-

1) Йодная  вода или раствор перманганата калия обесцвечивается.

2) Разбавленные минеральные кислоты выделяют сернистый газ SO₂, который обесцвечивает  раствор KMnO₄  или йода.

SO₄^2-

1) Хлорид  бария  дает  белый осадок, нерастворимый в HNO₃:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄

CO₃^2-

1) Минеральные кислоты разлагают карбонаты (и гидрокарбонаты) с образованием углекислого газа СO₂, который с известковой водой образует белый осадок:

CO₃^2- + 2H⁺→ H₂O + CO₂           Ca(OH)₂ + CO₂→ CaCO₃

SiO₃^2-

1) Минеральные кислоты выделяют гель кремниевой кислоты

СН₃СОО^-

1) При растирании в ступке уксуснокислой соли с гидросульфатом калия появляется характерный запах уксусной кислоты (сильная кислота вытесняет из соли слабую):

CH₃COOK + KHSO₄ → CH₃COOH + K₂SO₄

2) Хлорид железа (III) дает на холоде интенсивно-красное окрашивание (вследствие гидролиза до основной соли), при нагревании бурый осадок (образуется конечный продукт гидролиза - гидроксид железа (III)).

3) Этиловый спирт (в присутствии концентрированной Н₂SO₄) образует сложной эфир, имеющий специфический фруктовый запах.