Как доказать наличие соответствующих катионов и анионов в растворе: а) барий хлорида; б) ферум(III) сульфата; в) аммоний ортофосфата?

Ниже — как я бы делал качественный анализ для каждого раствора и как фиксировал признаки. Даю минимальный набор реактивов и уравнения (ионные).

а) Раствор BaCl₂ (катион Ba²⁺, анион Cl⁻)

Катион Ba²⁺

1. Добавляю раствор сульфата (Na₂SO₄ или разб. H₂SO₄).
   Наблюдение: сразу белый, очень мелкокристаллический осадок, нерастворимый в кислотах.
   Ионное уравнение:
   Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (белый)

2. (Доп. подтверждение) Хроматная проба: к капле добавляю K₂CrO₄.
   Наблюдение: жёлтый осадок BaCrO₄, растворимый в сильной кислоте.
   Ионное: Ba²⁺ + CrO₄²⁻ → BaCrO₄↓ (жёлтый)

3. (Быстрая экспресс-проба) Пламенная проба: пламя становится яблочно-зелёным — характерно для Ba²⁺.

Анион Cl⁻

1. Добавляю AgNO₃ в кислой среде (подкисляю HNO₃, чтобы убрать карбонаты/фосфаты).
   Наблюдение: творожистый белый осадок AgCl, темнеет на свету. Растворим в NH₃·H₂O; снова выпадает при подкислении.
   Ионные уравнения:
   Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ (белый)
   AgCl + 2 NH₃ ⇄ [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl⁻ (растворение)
   [Ag(NH₃)₂]⁺ + 2 H⁺ → Ag⁺ + 2 NH₄⁺ (реосаждение при добавлении кислоты)

б) Раствор Fe₂(SO₄)₃ (катион Fe³⁺, анион SO₄²⁻)

Катион Fe³⁺

1. Тиоцинатная проба: к капле раствора прибавляю несколько капель KSCN.
   Наблюдение: интенсивное кроваво-красное окрашивание комплекса [Fe(SCN)]²⁺.
   Ионное: Fe³⁺ + SCN⁻ ⇄ [Fe(SCN)]²⁺ (красный)

2. Гидроксидная проба: прибавляю раствор щёлочи (NaOH) каплями.
   Наблюдение: бурый студенистый осадок Fe(OH)₃, растворимый в кислоте.
   Ионное: Fe³⁺ + 3 OH⁻ → Fe(OH)₃↓ (бурый)

Анион SO₄²⁻

1. Отдельную порцию раствора подкисляю HCl/HNO₃ (чтобы подавить осадки карбонатов/фосфатов) и добавляю BaCl₂.
   Наблюдение: белый мелкий осадок BaSO₄, не растворяется в кислотах и при нагревании.
   Ионное: Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (белый)

Замечание: анализ на SO₄²⁻ обязательно в кислой среде; Fe³⁺ мешать не будет, так как BaSO₄ практически нерастворим.

в) Раствор (NH₄)₃PO₄ (катион NH₄⁺, анион PO₄³⁻)

Катион NH₄⁺

1. Проба со щёлочью и нагреванием: к раствору добавляю NaOH и слегка нагреваю.
   Наблюдение: запах аммиака; увлажнённая красная лакмусовая/универсальная бумага над горлышком синеет.
   Ионное: NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O

2. (Более чувствительная) Несслеров реактив: капля реактива к подщелоченной пробе.
   Наблюдение: жёлто-коричневое/бурое окрашивание или осадок.
   Схема реакции (укрупнённо): NH₃ + «реактив Несслера» → бурый амидомеркурий-йодидный комплекс ↓

Анион PO₄³⁻

1. «Молибдатная» проба: подкисляю раствор HNO₃, затем добавляю раствор (NH₄)₂MoO₄ и слегка нагреваю.
   Наблюдение: жёлтый кристаллический осадок аммоний-фосфомолибдата.
   Сокращённо (схема): PO₄³⁻ + MoO₄²⁻ + H⁺ + NH₄⁺ → (NH₄)₃[PMo₁₂O₄₀]↓ (жёлтый)

2. Альтернатива (магнезиальная смесь): при избытке NH₃ и NH₄Cl добавляю Mg²⁺.
   Наблюдение: белый кристаллический осадок магний-аммоний-фосфата.
   Ионное: Mg²⁺ + NH₄⁺ + PO₄³⁻ → MgNH₄PO₄↓ (белый)

Технические тонкости, чтобы не «наловить» ложных выводов

• Все пробы на SO₄²⁻ и Cl⁻ делаю в кислой среде (HNO₃ или HCl), чтобы исключить выпадение карбонатов/фосфатов/гидроксидов металлов.

• Для Fe³⁺ перед «молибдатной» пробой (если берёте ту же навеску) лучше убрать железо осаждением Fe(OH)₃ в щёлочи и фильтровать; но проще проводить пробы на катион и анион в отдельных порциях раствора.

• Для NH₄⁺ греть умеренно, бумагу держать над горлышком, а не окунать, чтобы не загрязнить раствор.

Этих тестов достаточно, чтобы однозначно подтвердить пары ионов в каждом из трёх растворов.