 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Реакции и ход анализа смеси катионов группы гидроксидов, нерастворимых в растворах гидроксидов NaOH и KOH
(пятая аналитическая группа катионов)
К пятой аналитической группе относятся катионы Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+, Sb3+, Sb5+.
Эти элементы, за исключением висмута и магния, имеют переменную степень окисления и обладают тенденцией к комплексообразованию. Гидроксиды катионов пятой группы, кроме сурьмы (III), не обладают амфотерностью и не образуют растворимых комплексных соединений. Они количественно осаждаются избытком гидроксидов NaOH или KOH, которые являются групповым реагентом.
Частные реакции катиона Fe2+
Растворы солей железа (II) окрашены в бледно-зеленый цвет, разбавленные растворы бесцветны.
1. Гидроксиды NaOH, KOH осаждают катион Fe2+ в виде гидроксида железа (II) Fe(OH)2:
Fe2+ + 2 OH- Û Fe(OH)2
Свежеосажденный осадок имеет белый цвет. Однако на воздухе в результате частичного окисления кислородом осадок приобретает серо-зеленый цвет:
4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 ® 4 Fe(OH)3
ОПЫТ. В пробирку налейте 2–3 капли раствора сульфата железа (II), добавьте 5 капель дистиллированной воды и 2 капли гидроксида натрия. Обратите внимание на цвет и характер осадка.
2. Раствор аммиака образует с катионом Fe2+ осадок гидроксида железа (II):
NH4OH + FeSO4 ® Fe(OH)2¯ + (NH4)2SO4
Условия проведения опыта:
1. Реакция должна проводиться при рН = 12–13.
2. Присутствие солей аммония препятствует выпадению осадка.
3. Кислород воздуха вызывает изменение окраски вследствие частичного окисления катионов Fe2+.
ОПЫТ. В пробирку поместите 2–3 капли раствора сульфата железа (II), добавьте 4–5 капель 10%-ного раствора хлорида или сульфата аммония, а затем 2–3 капли раствора гидроксида аммония. Проверьте, образуется ли осадок.
3. Гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6] образует с катионом Fe2+ синий осадок турнбулевой сини гексацианоферрата (III) железа (II):
2 [Fe(CN)6]3- + 3 Fe2+ ® Fe3[Fe(CN)6]2
Осадок не растворяется в кислотах.
Условия проведения опыта:
1. Реакцию необходимо проводить при рН=3.
2. Свободные гидроксиды NaOH, KOH вызывают разложение турнбулевой сини.
3. Катионы Fe3+ и другие катионы пятой группы не мешают проведению реакции.
ОПЫТ. Налейте в пробирку 2–3 капли раствора сульфата железа (II), добавьте 4–5 капель дистиллированной воды и 2 капли раствора гексацианоферрата (III) калия. Обратите внимание на цвет осадка. Проверьте растворимость его в кислотах и щелочах.
4. Диметилглиоксим (реактив Чугаева)
образует с катионом Fe2+ внутрикомплексную соль карминово-красного цвета состава:
ОПЫТ. На предметное стекло поместите каплю анализируемого раствора, добавьте каплю реактива и каплю гидроксида аммония. В присутствии катиона Fe2+ раствор окрашивается в карминово-красный цвет.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится при рН=9 (в аммиачной среде).
2. Обнаружению катионов Fe2+ мешают катионы Mn2+, Ni2+.
5. aa-дипиридил дает с катионом Fe2+
в кислых растворах комплексное соединение красного цвета:
ОПЫТ. На предметное стекло поместите 2 капли анализируемого раствора и добавьте 2–3 капли 0,1 н. раствора соляной кислоты и каплю солянокислого раствора реактива. При наличии катиона Fe2+ образуется красное окрашивание.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится при рН < 7.
2. Для окисления используют 32%-ную азотную кислоту.
3. Реакция протекает лучше при нагревании.
Частные реакции катиона Fe3+
Растворы солей, содержащих катион Fe3+, имеют желтую или красно-бурую окраску.
1. Гидроксиды KOH, NaOH и гидроксид аммония NH4OH образует с катионом Fe3+ красно-бурый осадок Fe(OH)3:
Fe3+ + 3 OH- ® Fe(OH)3
Гидроксид железа (III) в отличие от гидроксида хрома и гидроксида алюминия не растворяется в избытке щелочи. ПР Fe(OH)3 =3,2 × 10-38 очень мало, следовательно, Fe(OH)3 не будет растворяться и в солях аммония.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится при рН> 7.
2. Реакцию можно проводить в присутствии солей аммония.
ОПЫТ. Возьмите 3–4 капли раствора хлорида железа (III), добавьте 3–4 капли дистиллированной воды и 2–3 капли щелочи. Обратите внимание на характер и цвет осадка. Половину осадка вместе с жидкостью перенесите в другую пробирку. В первую пробирку добавьте 5–7 капель раствора хлорида аммония NH4Cl, а во вторую – 4–5 капель соляной кислоты. Где будет растворяться осадок? Напишите уравнения химических реакций.
2. Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] образует с катионом Fe3+ темно-синий осадок берлинской лазури гексацианоферрата (II) железа (III) Fe4[Fe(CN)6]3. Реакцию лучше вести в слабокислых растворах.
ОПЫТ. Возьмите в пробирку 2–3 капли раствора сульфата железа (III), добавьте 3–4 капли дистиллированной воды, 1–2 капли соляной кислоты и 2 капли раствора гексацианоферрата (II) калия. Образуется синий осадок или окрашивание. Реакцию можно проводить капельным методом на фильтровальной бумаге или на предметном стекле (или фарфоровой пластинке). Катионы Fe2+ и др. не мешают открытию катионов Fe3+.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится при рН < 3.
2. Свободные щелочи разлагают берлинскую лазурь.
3. Избыток K4[Fe(CN)6] нежелателен, так как может вызвать образование растворимой формы берлинской лазури.
3. Роданид аммония NH4SCN образует с катионом Fe3+ роданид железа кроваво-красного цвета. Наличие ионов Fe2+ не мешает реакции:
Fe3+ + 6 SCN- Û [Fe(SCN)6]3-
ОПЫТ. В пробирку налейте 2–3 капли раствора сульфата железа (III), прибавьте 4 капли воды и 2 капли раствора роданида калия. Обратите внимание на окраску раствора.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится при рН< 3.
2. Для полноты протекания реакции необходимо использовать концентрированные растворы NH4SCN или KSCN.
Частные реакции катиона Mn2+
Растворы солей марганца имеют бледно-розовую окраску, а разбавленные растворы - бесцветны.
1. Гидроксиды KOH, NaOH осаждают Mn2+ c образованием белого осадка гидроксида марганца (II), растворимого в кислотах, но нерастворимого в щелочах:
Mn2+ + 2 OH- ® Mn(OH)2
Осадок на воздухе буреет вследствие перехода Mn2+ в катион Mn4+, при этом образуется MnO2 × 2 H2O по реакции:
Mn(OH)2 + 0,5 O2 + H2O ® MnO2 . 2 H2O
ОПЫТ. Возьмите в пробирку 3–4 капли раствора сульфата марганца, добавьте 3–4 капли воды и 4–5 капель раствора щелочи. Образуется белый осадок, который изменяет свою окраску до желто-бурой. Реакция проводится при рН = 9–10. Осадок не растворяется в разбавленной азотной кислоте.
2. Раствор аммиака осаждает катион Mn2+ в виде Mn(OH)2. В присутствии солей аммония осаждение не происходит. Mn(OH)2 растворим в разбавленной серной кислоте и в избытке гидроксида аммония.
ОПЫТ. Налейте в пробирку 2–3 капли раствора сульфата марганца, добавьте 2–4 капли воды и 3 капли раствора аммиака. Получается белый осадок, растворимый в минеральных кислотах и в избытке гидроксида аммония (особенно в присутствии солей аммония).
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится при рН=9–10.
2. Наличие катионов NH4+ способствует растворению осадка.
3. Окисление катиона Mn2+ в анион MnO4-.
Эта реакция имеет очень большое значение для обнаружения катиона Mn2+, так как позволяет открыть его в присутствии катионов всех аналитических групп. В качестве окислителей можно использовать оксид свинца PbO2, персульфат аммония (NH4)2S2O8 и другие окислители с окислительно-восстановительным потенциалом выше 1,51 В.
а) Окисление оксидом свинца:
2 Mn(NO3)2 + 5 PbO2 + 6 HNO3 ® 2 HMnO4 + 5 Pb(NO3)2 + 2 H2O
2 Mn2+ + 5 PbO2 + 4 H+ ® 2 MnO4- + 5 Pb2+ + 2 H2O
ОПЫТ. Возьмите в пробирку немного оксида свинца PbO2, добавьте туда 5–7 капель азотной кислоты и нагрейте. Через 1–2 мин. отцентрифугируйте диоксид свинца, обратите внимание на окраску раствора. Если окраска раствора будет малиновой, то оксид свинца PbO2 содержит следы марганца и для опыта непригоден. Если же окраска отсутствует, то прибавьте каплю разбавленного в десять раз исследуемого на катион Mn2+ раствора и перемешайте его.
Условия проведения опыта:
1. Реакция должна проходить при рН<2.
2. Хлорид марганца использовать для проведения реакции нельзя!
3. Анионы-восстановители мешают открытию ионов Mn2+ в виде MnO4-, поэтому их следует предварительно удалить.
4. Умеренное нагревание способствует проведению реакции.
б) Окисление персульфатом аммония (NH4)2S2O8 в присутствии нитрата серебра (катализатора):
2 MnSO4 + 5 (NH4)2S2O8 + 8 H2O ® 2 HMnO4 + 5 (NH4)2SO4 + 7 H2SO4
2 Mn2+ + 5 S2O82- + 8 H2O ® 2 MnO4- + 10 SO42- + 10 H+
ОПЫТ. Возьмите немного персульфата аммония и поместите в пробирку, прибавьте 8 капель 2 н. раствора азотной кислоты, 2 капли раствора нитрата серебра и нагрейте. В нагретую смесь внесите на палочке разбавленного испытуемого на катион Mn2+ раствора и перемешайте. Если окраска слабая, то можно еще прибавить испытуемого на катион Mn2+ раствора. Если же, наоборот, выпадет бурый осадок MnO2 × 2 H2O, то следовательно концентрация катиона Mn2+ слишком велика. В этом случае опыт повторите, разбавив испытуемый на катион Mn2+ раствор водой (1 капля раствора и 4 капли воды) и нагрейте. Катионы Mn2+ окисляются в марганцевую кислоту, имеющую характерный малиновый цвет.
Условия проведения опыта:
1. Опыт проводится при рН< 2.
2. Реакция протекает в присутствии катализатора (ионов Ag+).
3. Концентрация соли марганца должна быть минимальной.
4. Восстановители Cl-, Br-, I- и др. мешают проведению реакции.
5. Нагревание способствует протеканию реакции.
Частные реакции катиона Bi3+
1. Гидролиз - одна из характерных реакций на висмут.
ОПЫТ. Возьмите раствор хлорида висмута BiCl3 и сильно разбавьте водой. При этом выпадает белый осадок основной соли хлорида висмута:
BiCl3 + 2 H2O ® Bi(OH)2Cl ¯ + 2 HCl
Образовавшаяся основная соль неустойчива, выделяет молекулу воды, образуя новую основную соль – хлорид висмутила:
Bi(OH)2Cl ® BiOCl ¯ + H2O
Условия проведения опыта:
1. Реакцию гидролиза лучше проводить с хлоридом висмута BiCl3, так как хлорид висмутила BiOCl менее растворим, чем нитрат висмутила BiONO3.
2. Если используется нитрат висмута Bi(NO3)3, то необходимо к раствору добавить 2–3 капли хлорида аммония NH4Cl.
3. Соли сурьмы мешают проведению реакции.
4. Хлорид висмутила не растворяется в винной кислоте (в отличие от хлорида стибила SbOCl).
2. Гидроксиды KOH, NaOH образуют с катионом Bi3+ белый осадок гидроксида висмута Bi(OH)3, растворимый в кислотах, но нерастворимый в щелочах:
Bi3+ + 3 OH- ® Bi(OH)3
ОПЫТ. В пробирку поместите 3–4 капли раствора хлорида висмута BiCl3 и прибавьте 2–3 капли раствора щелочи. Выпадает белый осадок.
3. Восстановление катионов Bi3+ до металлического висмута (осадок черного цвета).
ОПЫТ. Возьмите 3 капли раствора хлорида олова (II), прибавьте избыток гидроксида натрия, чтобы первоначально выпавший осадок Sn(OH)2 растворился:
SnCl2 + 2 NaOH ® 2 NaCl + Sn(OH)2 ¯ или H2SnO2
Sn2+ + 2 OH- ® Sn(OH)2
Sn(OH)2 + 2 NaOH ® Na2[Sn(OH)4]
Sn(OH)2 + 2 OH- ® [Sn(OH)4]2-
К полученному щелочному раствору прибавьте 2 капли раствора соли висмута. Выпадает черный осадок металлического висмута:
Bi(NO3)3 + 3 NaOH ® Bi(OH)3 ¯ + 3 NaNO3
Bi3+ + 3 OH- ® Bi(OH)3
2 Bi(OH)3 + 3 Na2[Sn(OH)4] ® 2 Bi ¯ + 3 Na2[Sn(OH)6]
2 Bi(OH)3 + 3 [Sn(OH)4]2- ® 3 [Sn(OH)6]2- + 2 Bi ¯
Условия проведения опыта:
1. Для проведения реакции используется свежеприготовленный раствор хлорида олова (II) SnCl2.
2. Не следует брать большой избыток щелочи.
3. Проведению реакции мешают катионы Ag+, Hg2+ и др.
4. Микрокристаллоскопическая реакция.
ОПЫТ. К капле раствора хлорида висмута прибавьте крупинку иодида калия KI и хлорида рубидия RbCl или хлорида цезия CsCl. Образуются красные шестиугольные кристаллы комплексной соли пентаиодовисмутата (III) рубидия Rb2[BiI5].2,5H2O или пентаиодовисмутата (III) цезия Cs2[BiI5].2,5H2O.
Аналогичные кристаллы образуют катион Sb3+. Открытию катиона Bi3+ мешает присутствие больших количеств катионов Sn2+ и Pb2+.
Частные реакции катиона Mg2+
1. Гидроксиды KOH и NaOH образуют с катионом Mg2+ белый аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)2, растворимый в кислотах и солях аммония.
ОПЫТ. В первую пробирку возьмите 4 капли раствора соли магния, прибавьте 4 капли насыщенного раствора хлорида аммония NH4Cl. Во вторую пробирку возьмите 4 капли раствора соли магния и прибавьте 4 капли воды (чтобы концентрации растворов были одинаковые). Затем в обе пробирки прибавьте осадитель – гидроксид аммония NH4OH. Почему не выпадает осадок в первой пробирке? Дайте объяснение.
2. Гидрофосфат натрия Na2HPO4 образует с катионом Mg2+ в присутствии гидроксида и хлорида аммония NH4OH и NH4Cl белый кристаллический осадок фосфата магния-аммония MgNH4PO4:
MgSO4 + Na2HPO4 + NH4OH ® MgNH4PO4 ¯ + Na2SO4 + H2O
Mg2+ + HPO42- + NH4OH ® MgNH4PO4 + H2O
Хлорид аммония добавляется, чтобы не выпал аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)2.
ОПЫТ. Возьмите 3–4 капли раствора соли магния и смешайте с 4–6 каплями раствора гидрофосфата натрия Na2HPO4. После этого прибавьте к раствору по одной капле 2 н. раствора аммиака, перемешивая раствор после каждой капли. Вначале аммиак нейтрализует прибавленную кислоту, причем образуется хлорид аммония NH4Cl, препятствующий образованию гидроксида магния Mg(OH)2. После окончания реакции выпадает характерный кристаллический осадок - фосфат магния-аммония.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится в аммиачной среде при рН=8.
2. Избыток катионов NH4+ мешает выпадению осадка MgNH4PO4.
3. Не следует брать избыток соляной кислоты.
4. Катионы всех аналитических групп, кроме первой, могут мешать проведению реакции.
3. Микрокристаллоскопическая реакция.
ОПЫТ. Каплю раствора соли магния, содержащую немного хлорида аммония, поместите на предметное стекло и обработайте в парах 25%-ного раствора аммиака. Затем поместите в каплю кристаллик гидрофосфата натрия Na2HPO4 × 12 H2O и рассмотрите кристаллы под микроскопом.
4. Магнезон I (пара-нитробензолазорезорцин) или магнезон II (пара-нитробензолазо-a-нафтол) в щелочной среде дают красную или красно-фиолетовую окраску. Эти реакции основаны на свойстве гидроксида магния адсорбировать некоторые красители.
ОПЫТ. На фарфоровую пластинку (предметное стекло) поместите 1–2 капли анализируемого на катион Mg2+ раствора и добавьте 1–2 капли щелочного раствора реактива. Появляется синяя окраска или синий осадок. Если раствор имеет сильнокислую реакцию, то появляется желтая окраска. В данном случае к раствору надо добавить несколько капель щелочи.
Условия проведения опыта:
1. Реакцию необходимо проводить в щелочной среде при рН>10.
2. Реакции мешает наличие солей аммония.
Частные реакции иона Sb3+
1. Гидролиз. При действии воды на соли сурьмы они подвергаются гидролизу в большей степени, чем соли висмута:
SbCl3 + H2O Û SbOCl ¯ + 2 HСl
ОПЫТ. Несколько капель раствора соли сурьмы разбавьте водой – выпадает белый осадок хлорида стибила или хлорида антимонила.
Условия проведения опыта:
1. рН среды должен быть не меньше 3–4. В избытке кислоты осадок может не образоваться.
2. Нагревание способствует выпадению осадка.
3. Наличие винной кислоты в растворе препятствует выпадению осадка (в отличие от соединений висмута).
2. Тиосульфат натрия Na2S2O3 образует с катионом Sb3+ при нагревании красный осадок оксосульфида сурьмы (III) Sb2OS2:
2SbCl3 + 2 Na2S2O3 + 3 H2O ® Sb2OS2 ¯ + 2 H2SO4 + 4 NaCl + 2 HCl
2 Sb3+ + S2O32- + 3 H2O ® Sb2OS2 + 2 SO42- + 6 H+
При наличии ионов Bi3+ выпадает черный осадок, который будет маскировать окраску оксосульфида сурьмы.
ОПЫТ. В пробирку налейте 2–3 капли раствора хлорида сурьмы (III), добавьте каплю серной кислоты и 5–6 капель воды, бросьте кристаллик тиосульфата натрия и нагрейте. Выпадает красный осадок оксосульфида сурьмы.
Условия проведения опыта:
1. Избыток серной кислоты разлагает реактив с образованием оксида серы (IV) SO2 и серы.
2. Наличие катионов Cu2+, Hg2+ и др., образующих труднорастворимые сульфиды, мешает проведению реакции.
3. Восстановление иона Sb3+ до металлической сурьмы. Восстановить катионы Sb3+ до металлической сурьмы можно металлами, стоящими в ряду напряжения левее сурьмы.
ОПЫТ. На хорошо очищенную наждачной бумагой цинковую, алюминиевую, железную пластинку нанесите каплю подкисленного соляной кислотой анализируемого раствора. После некоторого времени поверхность пластины под каплей становится черной (выделение металлической сурьмы):
3 Zn + 2 SbCl3 ® 2 Sb ¯ + 3 ZnCl2
Условия проведения опыта:
1. Раствор, содержащий ионы Sb3+, должен иметь кислую реакцию рН=1–2.
2. Испытуемый раствор не должен иметь сильных окислителей.
3. Почернение пластины происходит через 2–3 минуты.
Частные реакции катиона Sb5+
1. Гидролиз. При разбавлении растворов солей сурьмы водой образуется белый осадок (основная соль сурьмы), растворимый в избытке соляной кислоты:
[SbCl6]- + 2 H2O ® SbO2Cl ¯ + 5 Cl- + 4 H+
2. Гидроксиды NaOH, KOH и аммиака образуют с катионом Sb5+ белый осадок метасурьмяной кислоты:
[SbCl6]- + 5 OH- ® HSbO3 ¯ + 6 Cl- + 2 H2O
3. Металлы - цинк, олово, магний, железо - действуют на катион Sb5+ также, как и на катион Sb3+.
4. Метиловый фиолетовый в солянокислых средах дает с катионом Sb5+ фиолетовое окрашивание.
ОПЫТ. В пробирку поместите 2–3 капли анализируемого раствора, 2–3 капли соляной кислоты концентрированной и 1–2 капли раствора нитрита натрия NaNO2. Затем добавьте 3 капли насыщенного раствора мочевины и слегка нагрейте. 2 капли приготовленного раствора поместите в пробирку и налейте 1 мл 0,01%-ного водного раствора реагента. При наличии Sb5+ раствор приобретает фиолетово-синюю окраску.
Условия проведения опыта:
1. Для окисления иона Sb (III) добавляют раствор нитрита натрия NaNO2 (лучше использовать кристаллический нитрит натрия).
2. Для удаления избытка иона NO2- добавляют насыщенный раствор мочевины.
3. Необходимо проведение контрольного опыта.
ОПЫТ. В пробирку налейте 2–3 капли дистиллированной воды, добавьте 2–3 капли концентрированной соляной кислоты HСl, 1–2 капли раствора нитрита натрия и 3 капли насыщенного раствора мочевины и слегка нагрейте. После этого 2 капли приготовленного раствора поместите в пробирку и добавьте 2 мл 0,01%-ного водного раствора реагента. Раствор не должен иметь фиолетовой окраски.
Поиск по сайту: