Cuando una solución desconocida contiene una mezcla de varios iones metálicos diferentes, los cationes pueden identificarse mediante una serie sistemática de precipitaciones selectivas, denominada análisis cualitativo. En cada paso del análisis, se agrega un reactivo de precipitación diferente. Estos reactivos precipitan selectivamente algunos cationes como sales insolubles, que pueden eliminarse, mientras que los demás continúan en la solución.

En soluciones acuosas, hay 22 cationes que se encuentran comúnmente y se pueden dividir en cinco grupos en función de los productos de solubilidad de sus sales insolubles. Los cationes del grupo 1 son iones metálicos que forman cloruros insolubles. La mayoría de las sales de cloruro son solubles en agua.

Entonces, cuando la solución acuosa de los iones metálicos se trata con ácido clorhídrico seis molar, un precipitado indicaría un ion metálico del grupo 1, como plata, plomo, o mercurio. Si no se forma un precipitado, esto indica que no hay cationes del grupo 1 presentes en la solución. Después esta mezcla se centrifuga o filtra para separar el precipitado sólido y el sobrenadante acuoso.

A continuación, se burbujea gas sulfuro de hidrógeno a través del sobrenadante ácido. La reacción entre los iones metálicos y el sulfuro de hidrógeno produce protones y sulfuro metálico. Debido a la adición de ácido clorhídrico en el paso anterior, la alta concentración de protones desplaza el equilibrio hacia los reactivos.

Por lo tanto, en condiciones ácidas, solo los iones metálicos del grupo 2 que forman sales de sulfuro altamente insolubles precipitan, mientras que otros sulfuros metálicos que son ligeramente más solubles permanecen en la solución. A continuación, se precipitan los cationes del grupo 3, que consisten en sulfuros e hidróxidos insolubles en bases. Se agrega hidróxido de sodio al sobrenadante del paso anterior para establecer las condiciones básicas.

Esta adición agota los protones de la reacción de precipitación del sulfuro metálico y el equilibrio se mueve hacia los productos. Como resultado, muchos sulfuros metálicos que eran solubles en condiciones ácidas ahora se vuelven insolubles y forman precipitados. Además, los iones metálicos que forman hidróxidos insolubles, como el hierro, el aluminio y el cromo, precipitan de la solución.

Cuando se separa esta mezcla, solo quedan los iones de metales alcalinos y alcalinotérreos en la solución. Los metales alcalinotérreos, que constituyen los cationes del grupo 4, forman fosfatos insolubles. La adición de hidrogenofosfato de diamonio al sobrenadante básico hace que precipiten los iones de magnesio, calcio, bario y estroncio.

El líquido decantado de este paso contiene los cationes del grupo 5. Estos cationes no forman sales insolubles y deben identificarse individualmente. Si la adición de hidróxido de sodio a la solución en los pasos anteriores liberó un gas con el olor característico del amoníaco, entonces los iones de amonio estaban presentes en la mezcla.

Los iones de sodio y potasio se pueden identificar con una prueba de llama. Los iones de sodio producen una llama de color amarillo brillante mientras que una llama violeta indica la presencia de iones de potasio.