Отметить вид задачи, определить рН по универсальному индикатору, сделать выводы о наличии или отсутствии некоторых ионов.
12.1. Если нет осадка, сделать пробу на катионы I и II групп. Для этого к капле раствора прибавить каплю 2 н. HCl, если нет осадка – прибавить каплю 2н. H2SO4. В случае отсутствия осадка в отдельной пробе открыть ион кальция микрокристаллоскопической реакцией, а затем провести анализ исходного раствора на III группу катионов согласно п. 11.
12.2. Если есть белый осадок, то во всей задаче прибавлять по каплям 2 н. HCl и 2 н. H2SO4 до полноты осаждения, дать постоять 3-5 минут, перемешать, центрифугировать.
| Раствор I | Осадок I |
| Al3+, Cr3+, Zn2+(Ca2+),H+ | AgCl, PbCl2, Hg2Cl2, PbSO4, BaSO4, SrSO4, (CaSO4) |
12.3. Анализ раствора (I)
Открытие иона Ca2+
Необходимо проделать микрокристаллоскопическую реакцию согласно п. 5.2.
12.4. Открытие ионов Al3+, Cr3+, Zn2+ проделать согласно п. 11.
12.5. Анализ осадка (I)
Осадок промыть водой от остатков кислоты и ионов третьей группы и анализировать.
12.6. Анализ осадков AgCl, PbCl2, Hg2Cl2, PbSO4, BaSO4, SrSO4, CaSO4.
Отделение AgCl и открытие Hg22+ и Ag+ . К осадку (I) прилить 12-15 капель разбавленного раствор аммиака, перемешать. Быстрое потемнение осадка говорит о наличии ионов ртути (I). Центрифугировать, слить раствор (II) с осадка (II) в чистую пробирку и открыть в нем ион серебра с помощью азотной кислоты.
Отделение солей свинца и открытие его. К осадку (2) (PbSO4, PbCl2, BaSO4, SrSO4, CaSO4, Hg) прибавить 10-15 капель концентрированного раствора щелочи, нагреть, перемешать и центрифугировать (раствор (III) , осадок (III)). В растворе (III) открыть ион свинца согласно п. 2.2. Если открыты ионы свинца, их надо полностью удалить, повторяя обработку щелочью.
Анализ осадка (III) (BaSO4, SrSO4,Hg) выполнять согласно п. 7.1.
По выполненной работе составить подробный отчет, сделать вывод о составе полученной смеси ионов.
Четвёртая группа катионов
В четвёртой гидроксидной группе катионов изучаются ионы Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+ .
Групповыми реактивами являются растворы аммиака и щёлочи, которые осаждают эти ионы в виде гидроксидов, нерастворимых в избытке реактивов.
13. Общая характеристика катионов четвёртой группы
13.1. Степень окисления
Из четвёртой аналитической группы только ион магния (3s2) не вступает в реакции окисления-восстановления и имеет постоянную степень окисления +2.
В данную группу входят ионы железа (4s23d6) со степенью окисления +2 и +3. В ходе анализа ион Fe2+ обычно окисляется до иона Fe3+ (даже кислородом воздуха). Поэтому открытие двухвалентного железа проводят в начале анализа дробным методом. Если в анализируемой смеси присутствует Fe2+, то в результате его окисления всегда будет присутствовать и ион Fe3+.
Висмут (6s2 6p3) входит в V-А группу ПСМ и может проявлять степени окисления +3 и +5. Перевести его в степень окисления +5 можно только очень сильным окислителем, поэтому в условиях анализа имеют дело только с ионом Bi3+.
Анализируемая смесь включает
Ag + ; Pb 2+ ; Hg 2 2+ ; Ca 2+ ; Ba 2+ ; Sr 2+ ; Al 3+ ; Cr 3+ ; Zn 2+
+ HCl; H2SO4
 |
Раствор 1 Осадок 1
дробно AgCl ; Hg 2 Cl 2 ; PbCl 2 ; PbSO 4 ; BaSO 4 ; SrSO 4
Ca2+; Al3+; Cr3+; Zn2+ промыть; + NH4OH изб.
Сa2+ /микрокристаллоскопически/ Раствор 2 Осадок 2
[Ag(NH3)2]+ Pb(OH)2; Hg0↓; SrSO4; BaSO4
Al3+ +H+ +I- + NaOH изб.
/реакция с алюминоном/
t AgCl↓ AgI↓
Cr3+ + H2O2 + OH- → CrO42- +… Раствор 3 Осадок 3
CrO42- + бензидин [Pb(OH)4]2-
/капельно/ +HNO3 (pH<7) + Na2CO3
K2CrO4 /выщелачивание/
Zn2+ → PbCrO4
/СoCl20,02% + [(NH3)2Hg(SCN)4]/ желтый Раствор 4 Осадок 4
не исследуется BaCO3↓
SrCO3↓
Осадок 6 +CH3COOH
Осадок 7 ВaCrO4 ↓ (pH<7)
SrSO4 ↓ Раствор 5 Осадок 5
Раствор 6 K2Cr2O7 Ba2+; Sr2+ не исследуется
(NH4)2SO4, t CH3COONa
Раствор 7
[Ca(SO4)2]2-
Схема анализа смеси катионов I, II и III аналитических групп
Марганец (4s2 3d5) – элемент VII-В группы ПСМ – может проявлять степени окисления от +2 до +7. В анализе катионов имеем дело с ионом Mn2+ и оксидом MnO2.
В присутствии щёлочи гидроксид марганца Mn(OH)2 быстро окисляется кислородом воздуха до MnO2, что используется в анализе для его открытия:
2Mn(OH)2¯ + O2 ® 2MnO(OH)2¯ или MnO2¯
телесный воздух бурый бурый
Свойства гидроксидов
Все гидроксиды IV аналитической группы имеют основные свойства.
Гидроксид магния Mg(OH)2 – белый аморфный осадок, легко растворяется в солях аммония. Например:
Mg(OH)2¯ + 2NH4Cl « 2NH4OH +MgCl2
В присутствии ионов аммония концентрация ионов ОН- в растворе над осадком Mg(OH)2 значительно понижается, так как избыток ионов NH4+ связывает ионы ОН-, находящиеся в равновесии с осадком Mg(OH)2 (NH4++ОН-« NH4ОН), и вследствие этого произведение концентраций [Mg2+] и [OH-] становится меньше ПР Mg(OH)2 = 5·10-12, т.е. раствор по отношению к Mg(OH)2 становится ненасыщенным и осадок растворяется.
В щелочной среде серо- зеленый осадок Fe(OH)2окисляется кислородом воздуха или перекисью водорода до бурого Fe(OH)3.
4Fe(OH)2¯ + O2 + 2H2O ® 4Fe(OH)3¯
4 Fe(OH)2 + OH- - e ® Fe(OH)3¯
1 O2 + 2H2O + 4e ® 4OH-
2Fe(OH)2 +H2O2 ® 2Fe(OH)3¯
2 
Fe(OH)2 + OH- - e ® Fe(OH)3
1 H2O2 + 2e ®2OH-
Гидроксид марганца Mn(OH)2 – амфотерный осадок телесного цвета. На воздухе или при действии Н2О2 быстро окисляется до MnO(OH)2 или (MnO2) – осадок бурого цвета, который плохо растворяется в кислотах – это используется для отделения его от остальных гидроксидов.
MnSO4 + H2O2 + 2NH4OH ® MnO(OH)2¯ + (NH4)2SO4 + H2O
бурый
Mn2+ + H2O2 + 2OH- ® MnO(OH)2¯ + H2O
2MnSO4 + O2 + 4NH4OH ® 2MnO(OH)2¯ + 2(NH4)2SO4
воздух бурый
2Mn2+ + O2 +4OH- ® 2MnO(OH)2¯
MnO2 или MnO(OH)2 – соединения Mn4+ - имеют амфотерный характер, но плохо растворяются и в кислотах. и в щелочах.
Гидроксид висмута Bi(OH)3 – белый осадок, растворяется в кислотах, но не растворяется в щелочах. На воздухе и при действии Н2О2 не окисляется.
В щелочной среде легко восстанавливается ионом Sn2+ до металлического висмута. Эта реакция применяется для открытия иона Bi3+.
2Bi(OH)3 + 3SnCl2 + 6NaOH ® 2Bi¯ + 3H2SnO3 + 6NaCl + 3H2O
чёрный
При нагревании гидроксид висмута (III) переходит в нерастворимый гидроксид висмутила (BiО+ - висмутил-ион):
t0
Bi(OH)3 ® BiOOH¯ + H2O
жёлтый
Гидролиз солей
Все растворимые соли сильных кислот катионов четвёртой группы подвергаются гидролизу и имеют кислую реакцию. Сильнее других гидролизуются соли висмута – это обстоятельство используется для его обнаружения. Значения рН солей IV аналитической группы:
pH(Bi3+) = 1; pH(Fe3+) = 2; pH(Mg2+) = 5;pH(Mn2+) = 6; pH(Fe2+) = 3.
Например:
BiCl3 + 2H2O « Bi(OH)2Cl¯ + 2HCl - II ступень гидролиза
Эта основная соль неустойчива и по мере образования тут же выделяет молекулу воды, образуя новую основную соль BiOCl, в которой место двух гидроксильных групп занимает атом кислорода:
Bi(OH)2Cl ® BiOCl¯ + H2O
13.4. Комплексообразование
Из катионов IV группы ярко выраженную способность к комплексообразованию проявляют ионы Fe2+ и Fe3+, что используется для их открытия в ходе анализа.
Окраска соединений
Растворы солей магния и висмута бесцветны; соли марганца (II) – бледно-розовые; железа (II) – бледно-зелёные; железа (III) – цвета ржавчины.
Техника безопасности
Руководствоваться общими правилами работы в химической лаборатории. Помнить, что соли висмута ядовиты.
Лабораторная работа № 4
«Изучение свойств катионов I V аналитической группы и анализ их смеси»
Цель работы: изучение свойств солей, гидроксидов ионов Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+; знакомство с методами разделения и обнаружения их.
13.7. Общие реакции катионов четвёртой группы
Проделать реакции, характеризующие свойства катионов IV группы по табл. 5. Реакции на каждый катион по пунктам 1,2,3 проводить в одной пробирке.
Таблица 5
| Реактив | Условия реакций | Катионы | ||||
| Fe2+ | Fe3+ | Mn2+ | Bi3+ | Mg2+ | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 NH4OH | избыток | Fe(OH)2¯ грязно-зелёный | Fe(OH)3¯ бурый | Mn(OH)2¯ белый, на воздухе темнеет | Bi(OH)3¯ белый | Mg(OH)2¯ белый, растворим в NH4Cl |
| 2 NH4OH + H2O2 | нагревание | Fe(OH)3¯ | Fe(OH)3¯ | MnO2¯ бурый | Bi(OH)3¯ белый | Mg(OH)2¯ |
| 3 NH4OH + NH4Cl | сухая соль | Fe2+ | Fe(OH)3¯ | Mn2+ | Bi(OH)3¯ белый | Mg2+ |
| 4 Na2CO3 | FeCO3¯ белый | Fe(OH)СO3¯ бурый | MnCO3¯ белый | Bi(OH)CO3¯ белый | (MgOH)2CO3¯ белый | |
| 5 Na2HPO4 | Fe3(PO4)2¯ белый | FePO4¯ желтоватый | Mn3(PO4)2¯ белый | BiPO4¯ белый | MgHPO4¯ белый | |
| 6 K3[Fe(CN)6] | KFe[Fe(CN)6] ¯ синий (турнбуллева синь) | - | Mn3[Fe(CN)6]2¯ бурый | Bi(OH)3¯ | - | |
| 7 K4[Fe(CN)6] | Fe2[Fe(CN)6] ¯ белый, на воздухе синеет (окисляется) | KFe[Fe(CN)6] ¯ Синий (берлинская лазурь) | Mn2[Fe(CN)6] ¯ зелёный | BiOCl¯ гидролиз | - | |
Дата: 2019-02-02, просмотров: 289.
