Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Цель работы: научиться проводить качественные реакции на катионы 4 аналитической группы
Реагенты: 1H ZnCl2, NaOH, (NH4)2S, K4[Fe(CN)6], Zn(NO3)2, Co(NO3)2, AlCl3, Al2(SO4)3, CH3COOH, (NH4)2CO3, SnCl2, Na2S, Bi(NO3)2, HgCl2, Sn(OH)4, HCl, Cr(OH)3, H2O2, Cr(SO4 )3, Cr(NO3)3, NH4OH, NH4Cl, ализарин, алюминон.
Ход работы:
Аналитические реакции Zn2+
Реакция с щелочами. Катионы Zn2+ образуют с гидроксидами щелочных металлов белый осадок гидроксида цинка Zn(OH)2 , растворяющийся в избытке щелочи с образованием бесцветного гидроксокомплекса [Zn(OH)4]2-
Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2
Zn(OH)2 + 2OH- → [Zn(OH)4]2-
Методика. В пробирку вносят 5-6 капель раствора хлорида цинка ZnCl2, прибавляют 1-2 капли раствора NaOH. Выпадает белый осадок гидроксида цинка. Продолжают прибавлять по каплям раствор NaOH при перемешивании содержимого пробирки. Осадок растворяется.
Реакция с раствором аммиака. Как и щелочи, аммиак вначале образует с катионами Zn2+, который при дальнейшем прибавлении раствора аммиака растворяется с образованием бесцветного аммиачного комплекса цинка [Zn(NH3)4]2+:
Zn2+ + 2NH4OH → Zn(OH)2 + 2NH4+
Zn(OH)2 + 4NH3 → [Zn(NH3)4](OH)2
Методика аналогична предыдущей.
Реакция с сульфид-ионами (фармакопейная). Катионы Zn2+ образуют с сульфид-ионами S2- в нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде (2≤ pH≤ 9) , белый осадок сульфида цинка ZnS:
Zn2+ + S2- → ZnS
Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в растворах HCl и других минеральных кислот. Реакцию часто проводят в уксусной среде, так ка в этих условиях открытию Zn2+ не мешают остальные катионы четвертой аналитической группы, за исключением олова (II).
Методика. К 2-3 каплям раствора ZnCl2 прибавляют 1-2 капли свежеприготовленного раствора сульфида аммония (NH4)2S. Выпадает белый осадок сульфида цинка.
Реакция с гексоцианоферратом (II ) калия (фармакопейная). Катионы Zn2+ образуют (быстрее – при нагревании) с K4[Fe(CN)6]4- в нейтральной или слабокислой среде белый осадок смешанного гексацианоферрата (II) калия и цинка K2Zn3[Fe(CN)6]2 :
2K+ + 3Zn2+ + 2[Fe(CN)6]4- → K2Zn3[Fe(CN)6]2
Осадок нерастворим в разбавленной HCl; растворяется в щелочах, поэтому реакцию нельзя проводить в щелочной среде. Мешают все катионы, образующие малорастворимые ферроцианиды. Катионы Al3+ и Cr3+ не мешают. Предельная концентрация при обнаружении катионов цинка составляет ≈ 1 мкг/мл = 10-6 г/мл.
Методика. В пробирке к 5-10 каплям раствора ZnCl2 прибавляют 5-6 капель раствора K4[Fe(CN)6]. Смесь нагревают до кипения. Выпадает белый осадок гексацианоферрата(II) цинка.
Реакция с дитизоном (дифенилтиокарбазоном). При смешивании хлороформного раствора дитизона (экстракционный реагент) с водным щелочным раствором, содержащим катионы Zn2+, образуется дитизонатный комплекс цинка красного цвета, экстрагирующийся из водной фазы в органическую. Хлороформный слой принимает более интенсивную красную окраску, чем водный.
Методика. В пробирку вносят 5-10 капель раствора ZnCl2 , прибавляют постепенно несколько капель раствора NaOH до растворения выпавшего белого осадка гидроксида цинка и ≈5 капель хлороформного раствора дитизона. Пробирку встряхивают несколько раз. После расслоения смеси хлороформный слой окрашивается в красный цвет.
Реакция образования «зелени Ринмана». При нагревании смеси нитрата цинка Zn(NO3)2 и нитрата кобальта Co(NO3)2 протекает реакция образования смешанного оксида кобальта и цинка CoZnO2 зеленого цвета – так называемой «зелени Ринмана»:
Zn(NO3)2 + Co(NO3)2 → CoZnO2 + 4NO2 +O2
Методика. В пробирке или в фарфоровом тигле смешивают ≈5 капель раствора Zn(NO3)2 и ≈ 5 капель раствора Co(NO3)2. смесь нагревают до кипения и кипятят около минуты. Горячим раствором смачивают полоску фильтровальной бумаги, высушивают ее и озоляют в фарфоровом тигле на газовой горелке. Образуется зола зеленого цвета.
Аналитические реакции катиона алюминия Al3+
Реакция со щелочами. Катионы Al3+ при реакциях со щелочами в растворах дают белый осадок гидроксида алюминия Al(OH)3, который растворяется в избытке щелочи с образованием гидроксокомплекса [Al(OH)6]3- (иногда гидроксокомплексам алюминия в растворе приписывают состав [Al(OH)4]-):
Al3+ +3OH- → Al(OH)3
Al(OH)3 + 3 OH- → [Al(OH)6]3-
Наиболее полное осаждение гидроксида алюминия происходит при pH≈5-6. Осадок Al(OH)3 растворяется в кислотах, но не растворяется в аммиаке.
При добавлении солей аммония к щелочному раствору (особенно – при нагревании), полученному после растворения гидроксида алюминия, гидроксокомплексы алюминия разрушаются и снова выпадает осадок гидроксида алюминия:
[Al(OH)6]3- + 3NH4+ → Al(OH)3 + 3NH3 + H2O
Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида алюминия AlCl3 и прибавляют по каплям раствор NaOH. Выпадает белый осадок гидроксида алюминия. Продолжают прибавление по каплям раствора NaOH. Осадок растворяется.
К раствору прибавляют несколько кристаллов хлорида аммония и нагревают смесь. Снова выпадает осадок гидроксида алюминия.
Реакция с аммиаком. Катионы Al3+ образуют с аммиаком, как и с щелочами, белый аморфный осадок гидроксида алюминия:
Al3+ + 3NH3*H2O → Al(OH)3 + 3NH4+
В избытке раствора аммиака осадок не растворяется, в отличии от действия щелочей.
Методика – аналогична предыдущей.
Реакция с нитратом кобальта – образование «тенаровой сини» (фармакопейная). При прокаливании соли алюминия, смоченной разбавленным раствором нитрата кобальта Co(NO3)2, образуется смешанный оксид алюминия и кобальта (алюминат кобальта) Co(AlO2)2 синего цвета – так называемая «тенаровая синь»:
2Al2(SO4)3 + 2Co(NO3)2 → Co(AlO2)2 + 4NO2 + 6SO3 +O2
Методика. Полоску фильтровальной бумаги смачивают вначале 1-2 каплями раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3, а затем 1-2 каплями разбавленного раствора нитрата кобальта. Бумагу высушивают, помещают в фарфоровый тигель и озоляют на газовой горелке. Получают золу синего цвета – «тенаровую синь».
Реакция с ализарином. Ализарин – 1,2-диоксиантрахинон, а также некоторые его производные при реакциях с катионами Al3+ в аммиачной среде образуют малорастворимые комплексные соединения ярко-красного цвета, называемые «алюминиевыми лаками».
Реакцию можно капельным методом на фильтровальной бумаге.
Методика. На лист фильтровальной бумаги наносят 1-2 капли раствора соли алюминия. Бумагу держат 1-2 минуты в парах аммиака – над склянкой с концентрированным раствором аммиака. Пары аммиака, соприкасаясь с влажным пятном, образуют на бумаги гидроксид алюминия.
На пятно наносят каплю раствора ализарина и снова держат бумагу в парах аммиака. Пятно вначале окрашивается в фиолетовый цвет (цвет фона ализарина). Бумагу подсушивают, наносят на неё 1-2 капли раствора уксусной кислоты и снова высушивают. Пятно становится розово-красным.
Реакция с алюминоном. Катион Al3+ при взаимодействии с алюминоном – аммонийной солью ауринтрикарбоновой кислоты (обозначим ее для краткости NH4L) образует в уксусной или аммиачной среде комплекс красного цвета (по-видимому, состава Al(OH)2L). Точно строение комплекса в растворе неизвестно.
Реакция высокочувствительна. Мешают катионы Ca2+, Cr3+, Fe3+, также образующие окрашенные комплексы с алюминоном.
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли алюминия, 2-3 капли раствора уксусной кислоты и 3-5 капель 0,01%-го раствора алюминона. Смесь нагревают на водяной бане, прибавляют несколько капель раствора аммиака до щелочной реакции (по лакмусовой бумаге) и 2-3 капли раствора карбоната аммония. Выпадает красный хлопьевидный осадок.
Аналитические реакции катиона Sn 2+
Реакция с щелочами. Соединения олова(II) при взаимодействии с щелочами выделяют из растворов белый осадок гидроксида олова(II) Sn(OH)2, растворимый в избытке реагента с образованием гидроксокомплекса [Sn(OH)4]2-:
Sn2++2OH- → Sn(OH)2
Sn(OH)2+2OH- → [Sn(OH)4]2-
Осадок Sn(OH)2 растворяется в кислотах.
Методика. В пробирку вносят несколько капель раствора соли олова(II) (обычно - солянокислого) и прибавляют по каплям раствор NaOH: вначале до выпадения белого осадка Sn(OH)2, а затем - до его растворения.
Реакция с аммиаком. При прибавлении раствора аммиака к раствору, содержащему олово(II), выделяется белый осадок гидроксида олова Sn(OH)2, который не растворяется в избытке аммиака:
Sn2+ + 2NH3H2O → Sn(OH)2 + 2NH4Cl
Методика проведения реакции аналогична предыдущей.
Реакция с сульфид-ионами. При взаимодействии олова(II) с сульфид-ионами S2- из раствора выпадает тёмно-коричневый осадок сульфида олова(II) SnS:
Sn2+ + S2- → SnS
Осадок не растворяется в щелочах, в избытке раствора сульфида натрия.
Методика. К нескольким каплям раствора соли олова(II) прибавляют несколько капель раствора сульфида натрия Na2S (или же сульфида аммония (NH4)2S либо сероводородной воды). Выпадает бурый осадок сульфида олова(II) SnS.
Реакция с солями висмута(III). Олово(II) является хорошим восстановителем. Так, при взаимодействии с висмутом(III) в щелочной среде оно восстанавливает висмут(III) до металлического висмута, само окисляясь до олова(IV):
2Bi3+ + 3[Sn(OH)4]2- + 6OH- → 2Bi + 3[Sn(OH)6]2-
Металлический висмут, выделяясь в тонкодисперсном состоянии, образует осадок чёрного цвета.
Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора соли олова(II) и прибавляют по каплям раствор NaOH. Вначале выпадает белый осадок Sn(OH)2, который при дальнейшем прибавлении NaOH растворяется. К полученному щелочному раствору прибавляют 1-2 капли раствора нитрата висмута(III). При перемешивании смеси выпадает черный осадок металлического висмута.
Реакция с хлоридом ртути(II). Олово(II) восстанавливает соединения ртути(II) до металлической ртути, выделяющейся, как и металлический висмут, в виде чёрного осадка. Реакция протекает в две стадии. Вначале ртуть(II) восстанавливается до ртути(I), а затем - до металлической ртути:
[SnCl4]2- + 2HgCl2 → Hg2Cl2↓ + [SnCl6]2-
[SnCl4]2- + Hg2Cl2 → 2Hg + [SnCl6]2-
Методика. В пробирку вносят 3-5 капель солянокислого раствора хлорида олова(II) и прибавляют 2-3 капли раствора хлорида ртути(II) - сулемы Hg2(NO3)2. Выпадает белый осадок каломели Hg2Cl2, который постепенно чернеет за счёт выделяющейся металлической ртути.
Аналитические реакции Sn 4+
Олово(IV) обычно открывают, предварительно восстановив его металлическим железом, магнием, алюминием и т.д. до олова(II). Затем проводят реакции, характерные для олова(II), как описано в предыдущем разделе.
Реакция олова(IV) с щелочами. При медленном (по каплям) прибавлении раствора щелочи к раствору, содержащему олово(IV), вначале выпадает белый осадок Sn(OH)4, который называют α-оловянной кислотой - состав осадка можно также представить формулой H2SnO3H2O. Свежеосаждённый осадок растворяется в избытке раствора щелочи с образованием гидроксокомплексов олова(IV) состава [Sn(OH)6]2-. Реакцию можно описать условной схемой:
Sn4++4OH- → Sn(OH)4
Sn(OH)4+2OH- → [Sn(OH)6]2-
Иногда (особенно - в "старых" руководствах) последнюю реакцию представляют в виде:
Sn(OH)4 + 2OH- → SnO32- + 3H2O
С образованием станнат-ионов SnO32- . Обе схемы эквивалентны, поскольку гидроксокомплексу соответствует также формула SnO32-H2O.
При стоянии раствора с осадком α-оловянной кислоты последняя постепенно "стареет" и превращается в β-оловянную кислоту H2SnO3, трудно растворимую в щелочах и в хлороводородной кислоте.
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли олова(IV) и по каплям прибавляют раствор NaOH. Вначале выпадает белый осадок, который растворяется при добавлении избытка раствора щелочи.
Реакция восстановления олова(IV) до олова(II). Для восстановления олова(IV) до олова(II) можно применять различные восстановители. При восстановлении олова(IV) металлическим железом в солянокислой среде реакция протекает по схеме:
[SnCl6]2- + Fe → [SnCl4]2- + Fe2+ + 2Cl-
Олово(II), полученное после восстановления олова(IV), открывают реакциями с солями висмута(III), с хлоридом ртути(II) и др.
Методика. В пробирку вносят 8-10 капель раствора соли олова(IV), 2-3 капли концентрированной HCl, прибавляют немного железных опилок или железных стружек и нагревают смесь до кипения. Через 3-5 минут отфильтровывают оставшееся металлическое железо и в фильтрате открывают олово(II), как описано выше в предыдущем разделе.
Аналитические реакции катионов Cr3+
Реакции с щелочами и с аммиаком. Катионы Cr3+ c растворами щелочей или аммиака образуют осадок гидроксида хрома(III) Cr(OH)3 серо-зеленого или сине-фиолетового цвета:
Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3
Cr3+ + 3NH3H2O → Cr(OH)3 + 3NH4+
Осадок Cr(OH)3, обладающий амфотерными свойствами, растворяется как в щелочах, так и в кислотах:
Cr(OH)3 + 3OH- → [Cr(OH)6]3-
Cr(OH)3 + 3HCl + 3H2O → [Cr(H2O)6]3+ + 3Cl-
В растворе аммиака гидроксид хрома(III) растворяется лишь частично с образованием фиолетового комплекса [Cr(NH3)6]3+:
Cr(OH)3 + 6NH3H2O → [Cr(NH3)6]3+ + 3OH- + 6H2O
Методика. В две пробирки вносят по несколько капель соли хрома(III). В пробирки прибавляют по каплям: в первую - раствор NaOH, во вторую - раствор аммиака до выпадения серо-зеленого (или сине-фиолетового) осадка. При прибавлении в первую пробирку (по каплям) раствора NaOH и перемешивании осадок растворяется с образованием раствора зеленого цвета. Добавление (по каплям) во вторую пробирку раствора аммиака приводит лишь к частичному растворению осадка. Раствор над осадком становится фиолетовым.
Реакции окисления катионов хрома(III) до хромат-ионов и дихромат-ионов. Катионы Cr3+ при взаимодействии с окислителями (пероксидом водорода, перманганатом калия и др.) окисляются до хромат-анионов CrO42- или до дихромат-анионов Cr2O72-, окрашивающих раствор в жёлтый (окраска хромат-ионов) или желто-оранжевый (окраска дихромат-ионов) цвет.
А) Окисление пероксидом водорода. Окисление пероксидом водорода H2O2 проводят обычно в щелочной среде при нагревании:
2[Cr(OH)6]3- + 3H2O2 = 2CrO42- + 2OH- + 8H2O
Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли хрома(III), прибавляют 4-5 капель 2моль/л раствора NaOH, 2-3 капли 3%-го раствора H2O2 и нагревают до изменения зеленой окраски раствора (цвет аквакомплексов [Cr(H2O)6]3+) на желтую (цвет хромат-ионов CrO42-). Раствор сохраняют для получения надхромовой кислоты (см. ниже).
Б) Окисление перманганатом калия. Перманганат калия KMnO4 в сернокислой среде при нагревании окисляет катион Cr3+ до дихромат-иона, что можно описать схемой:
10Cr3+ + 6MnO42+ + 11H2O = 5Cr2O72- + 6Mn2+ + 22H+
Раствор окрашивается в желто-оранжевый цвет.
При прибавлении избытка раствора перманганата калия окисляется катион марганца(II) Mn2+ и выделяется бурый осадок MnO(OH)2:
2MnO4- + 3Mn2+ + 7H2O → 5MnO(OH)2 + 2H+
Увеличение кислотности среды препятствует образованию осадка MnO(OH)2.
Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора сульфата или нитрата (но не хлорида!) хрома(III), 3-4 капли раствора серной кислоты, смесь нагревают и прибавляют к ней по каплям раствор KMnO4 до приобретения раствором желто-оранжевой окраски. При дальнейшем прибавлении раствора KMnO4 выпадает бурый осадок MnO(OH)2.
Заполните таблицу 4:
Таблица 4
| Открываемый катион | Реагент | Уравнение химической реакции | Наблюдаемые явления |
| Zn2+
| |||
|
Al3+
| |||
| Sn2+ | |||
| Sn4+ | |||
| As3+ | |||
| As5+ | |||
| Cr3+
| |||
Приведите схему анализа катионов 4 группы:
Выполнение работы проверил(а)
_____________________________ Дата_______________
Дата: 2019-02-02, просмотров: 407.