Лабораторная работа ''Реакции катионов V группы''. Анализ катионов 5 группы
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Цель работы: научиться проводить качественные реакции на катионы 5 аналитической группы

Реагенты: 1H MgCl2, 1H NaOH, 1H NH4Cl, 1H Na3PO4, 1H NH4OH, 8-оксихинолин, спиртовой хинализарин, 1H Na2S, 1H KJ, 1H SnCl2, 1H Bi(NO3)3, 2M NaOH, 2M MnCl2, 2M H2O2, конц. HNO3, конц. MnSO4, конц. Mn(NO3)2, конц. FeSO4, конц. HCl, конц. K3[Fe(CN)6], конц. FeCl3, конц. Fe2(SO4)3, K4 [Fe(CN)6], конц. KSCN.

 

Ход работы:

Аналитические реакции катиона магния Mg2+

Реакции с щелочами и аммиаком. Катионы Mg2+ при действии щелочей и аммиака образуют белый аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)2:

Mg2+ + 2OH- → Mg(OH)2

Mg2+ + 2NH3 + H2O = Mg(OH)2 + 2NH4+

При реакции с аммиаком достигнется неполное осаждение катионов Mg2+ в виде Mg(OH)2, так как гидроксид магния частично растворяется в растворах солей аммония (особенно – в концентрированных) вследствие смещения последнего равновесия влево при увеличении концентрации катионов аммония.

         Осадок Mg(OH)2 не растворяется в щелочах, но растворяется в кислотах:

Mg(OH)2 + 2H+ = Mg2+ + 2H2O

Методика. В две пробирки вносят по 5-6 капель раствора соли магния и прибавляют по каплям: в одну – раствор NaOH, в другую – раствор аммиака до выпадения белого амфотерного оксида.

Реакция гидрофосфатом натрия (фармакопейная). Катионы Mg2+ образуют с гидрофосфатом натрия в присутствии катионов аммония и аммиака (аммиачный буфер) белый мелкокристаллический осадок магнийаммонийфосфата NH4MgPO4:

Mg2+ + HPO42- + NH3 → NH4MgPO4

При проведении реакции катионов Mg2+ с гидрофосфатом натрия в отсутствии катионов аммония и аммиака выпадает белый аморфный осадок гидрофосфата магния MgHPO4.

Методика.

Первый вариант. В пробирку вносят 2 – 3 капли раствора соли магния, прибавляют по 1 – 2 капли раствора NH4Cl, аммиака и Na3PO4. Раствор мутнеет и образуется белый осадок NH4MgPO4.

Реакция с 8-оксихинолином. Катионы Mg2+ образуют с 8-оксихинолином в аммиачной среде при pH≈8 – 13 (лучше – при нагревании) желто-зелёный кристаллический осадок внутрикомлексного соединения – оксихинолината магния.

 Осадок оксихинолиата магния растворим в минеральных кислотах и в уксусной кислоте.

 Реакция высокочувствительна: предел обнаружения 0,25 мкг. Мешают катионы, также образующие комплексы 8-оксихинолином (Cu2+, Zn2+, Cd2+, Fe3+ и др.)

 Методика. В пробирку вносят 2 – 3 капли раствора хлорида магния, 2 капли раствора аммиака и прибавляют по каплям раствор хлорида аммония до растворения первоначально выпавшего белого осадка гидроксида магния Mg(OH)2. К раствору прибавляют по каплям раствор 8-оксихинолина до выпадения желто-зеленого осадка оксихинолината магния.

 Реакция с хинализарином. Катион Mg2+ при взаимодействии с хинализарином в щелочной среде дает синий осадок комплексного соединения – хинализарината магния.

Строение комплекса точно неизвестно. Раствор самого хинализарина в щелочной среде имеет фиолетовую окраску.

При небольшом содержании катионов магния в растворе осадок не выпадает, а раствор окрашивается в васильково-синий цвет.

Реакция высокочувствительна: предел обнаружения 0.25 мкг. Мешают катионы алюминия.

Методика. В пробирку вносят 3–4 кали раствора MgCl2, 2–3 капли спиртового раствора хинализарина и 2–3 капли раствора NaOH. Выпадает синий осадок хинализарината магния, а раствор окрашивается в васильково-синий цвет.

Аналитические реакции Bi 3+

Соли висмута(III) гидролизуются в водных растворах с образованием осадков малорастворимых оксосединений – солей висмутила, формально содержащих катион висмутила BiO+ (например, BiOCl, BiONO3 и др.) Если соль висмута(III) растворить в воде, то получают мутный раствор вследствие образования частиц продуктов гидролиза. Для подавления гидролиза и получения прозрачных растворов соль висмута(III) присутствует в форме хлоридных комплексов – в растворе HCl, в котором висмут(III) присутствует в форме хлоридных комплексов [BiCl6]3-. На практике обычно используют солянокислые растворы хлорида висмута(III).

Реакции с щелочами и аммиаком. При прибавлении растворов щелочей или аммиака к раствору соли висмута(III) выпадает белый осадок гидроксида Bi(OH):

[BiCl6]3-+ + 3OH- → Bi(OH)3 + 6Cl-

Осадок растворяется в минеральных кислотах. При нагревании белый осадок Bi(OH)3 желтеет вследствие образования оксогидроксида висмута(III) BiO(OH) (гидроксида висмутила):

Bi(OH)3 →BiO(OH) + H2O

Методика. В пробирку вносят несколько капель солянокислого раствора хлорида висмута(III) и прибавляют по каплям раствор NaOH до выпадения белого осадка Bi(OH)3

 Реакция с сульфид-ионами (фармакопейная). Висмут(III) при реакции в сульфид-ионами в кислой среде образует черно-коричневый осадок сульфида висмута(III) Bi2S3:

2[BiCl6]3- + 3S2-→Bi2S3 + 12Cl-

Осадок не растворяется в разбавленных минеральных кислотах, за исключением разбавленной HNO3, в которой он растворяется с выделением свободной серы:

Bi2S3 + 8HNO3 →2Bi(NO3)3 + 2NO + 2S + 4H2О

Осадок сульфида висмута растворяется в присутствии хлорида железа(III) FeCl3 – также с выделением свободной серы:

Bi2S3 + 6FeCl3 → 2BiCl3 + 6FeCl2 + 3S

Методика. В пробирку вносят 3 – 4 капли солянокислого раствора хлорида висмута(III) и прибавляют по каплям раствор (NH4)2S, или Na2S, или сероводородной воды. Выпадает черно-коричневый осадок сульфида висмута Bi2S3 .

Реакция с иодидами (фармакопейная). При прибавлении растворов иодидов к кислым растворам висмута(III) выпадает черный осадок иодида висмута(III) BiI3, растворимый в избытке реагента с образованием желто-оранжевого раствора, содержащего тетрайодовисмутат(III)-ионы [BiI4]-:

[BiСl6]3- + 3I-→ BiI3 + 6Cl-

BiI3 + I- → [BiI4]-

Разбавление полученного раствора водой приводит к выпадению осадка BiI3 с последующим его гидролизом и образованием желто-оранжевого оксоиодида висмута BiOI. Суммарно реакцию гидролиза можно описать схемой:

[BiI4]- + H2O→ BiOI + 3I- + 2H+

Методика. В пробирку вносят около 5 капель солянокислого раствора хлорида висмута(III) и прибавляют по каплям раствора KI до выпадения черного осадка иодида висмута(III). Дальнейшее прибавление избытка раствора KI приводит к растворению осадка и образованию оранжевого раствора. При прибавлении воды к этому раствору и его нагревании образуется оранжевый осадок иодида висмутила BiOI.

Реакция восстановления висмута(III) до висмута (0) соединениями олова(II). В щелочной среде (pH ≈ 10) олово(II) восстанавливает висмут(III) до металлического висмута (0), выделяющегося в виде черного осадка. Олово(II) при этом окисляется до олова(IV):

2Bi(OH)3 + 3[Sn(OH)4]2- → 2Bi0 + 3[Sn(OH)6]2-

При большом избытке щелочи и нагревании выпадает также черный осадок металлического олова вследствие протекания реакции диспропорционирования:

2[Sn(OH)4]2-→ [Sn(OH)6]2- + Sn + 2OH-

При недостатке щелочи может выпасть черный осадок оксида олова(II) SnO:

[Sn(OH)4]2-→ SnO + 2OH- + H2O-

Методика. В пробирку вносят 2 капли солянокислого раствора хлорида олова (II), 8-10 капель 2 моль/л раствора NaOH до растворения первоначально выпавшего осадка Sn(OH)2 и добавляют 1-2 капли раствора соли висмута (III). Выпадает осадок чёрного цвета – металлический висмут.

 

Аналитические реакции катиона Mn2+.

Аквакомплексы [Mn(H2O)6]2+ марганца окрашены в бледно-розовый цвет, поэтому водные растворы солей марганца (II) при достаточно больших концентрациях имеют бледно-розовую окраску. Сильно разбавленные водные растворы солей марганца (II) практически бесцветны. Реакции со щелочами. При прибавлении растворов щелочей или аммиака к растворам, содержащим катионы Mn2+, выпадает осадок гидроксида марганца (II) состава Mn(OH)2:

Mn2+, + 2OH- → Mn(OH)2

При стоянии осадок бурее за счет окисления кислородом воздуха до черно-коричневого оксогидроксида марганца (VI) состава MnО(OH)2 (H2MnO3):

Mn(OH)2 + О2 → 2MnО(OH)2

При действии щелочей на растворы солей марганца (II) в присутствии пероксида водорода образующийся вначале гидроксида марганца (II) Mn(OH)2 окисляется пероксидом водорода до черно-коричневого цвета MnО(OH)2:

Mn2+, + 2OH- + Н2О2 → MnО(OH)2 + H2O

Осадок Mn(OH)2 растворяется в разбавленных растворах сильных кислот и в насыщенном растворе хлорида аммония:

Mn(OH)2 + 2Н+→ Mn2+ + 2H2O

Осадок MnО(OH)2 не растворяется при действиях этих реагентов.

Методика.

а) В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли марганца (II) и прибавляют по каплям раствор NaOH до прекращения выпадения белого осадка Mn(OH)2. При стоянии осадок темнеет вследствие образования MnО(OH)2.

б) К свежевыпавшему осадку Mn(OH)2, полученному, как описано выше, прибавляют по 3-4 капли растворов NaOH и Н2О2. Белый осадок Mn(OH)2 переходит в черно-коричневый MnО(OH)2.

Реакции окисления катионов Mn2+ до перманганат-ионов. Катионы Mn2+ под действием различных окислителей окисляются до перманганат-ионов MnO4, окрашивающих раствор в малиново-фиолетовый цвет. В качестве окислителей применяют висмутат натрия NaBiO3, персульфат аммония (NH4)2S2O8, диоксид PbO2 и др. Чаще всего используют висмутат натрия. Реакцию окисления катионов Mn2+ до MnO4- используют для открытия этих катионов в растворе.

Реакции окисления проводят в отсутствие хлорид-ионов СГ , так как они восстанавливаются перманганат-ионами до хлора Cl2 :

2MnO4- + 10Cl - + 16H+→ 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O

     a) Окисление висмутатом натрия в кислой среде протекает по схеме :

2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+→ 2MnO4- + 5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O

Избыток висмутата натрия может маскировать окраску раствора.

Методика. В пробирку вносят ~5 капель концентрированной HNO3, несколько крупинок висмутата натрия. Смесь перемешивают и прибавляют к ней 1–2 капли раствора сульфата MnSO4 или нитрата Mn(NO3)2 марганца(II) (но не хлорида MnCl2!).

Раствор окрашивается в малиново-фиолетовый цвет.

    Реакция с сульфид-ионами. Катионы Mn2+ с сульфид-ионами S2- образуют осадок сульфида марганца(II) MnS розовато-телесного цвета:

Mn2+ + S2- → MnS

Осадок растворяется в разбавленных кислотах.

Методика. В пробирку вносят 3–4 капли раствора соли марганца(II) и прибавляют 1–2 капли раствора сульфида аммония (NH4)2S (или сульфида натрия Na2S) или сероводородной воды. Выпадает осадок сульфида марганца(II) телесно-розового цвета.

Аналитические реакции катиона Fe2+

Аква-ионы железа(II) [Fe(H2O)6]2+

Практически бесцветны, поэтому растворы солей железа(II) обычно не окрашены.

Реакции с щелочами и аммиаком. Катионы Fe2+ образуют с щелочами и аммиаком белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)2 :

Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2

Гидроксид Fe(OH)2 растворяется в кислотах, но не растворяется в щелочах. При стоянии на воздухе гидроксид железа(II) окисляется до железа(III) кислородом воздуха и образования красно-бурого гидроксида железа(III) Fe(OH)3 :

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

При действии щелочей на растворы солей железа(II) в присутствии пероксида водорода сразу образуется красно-бурый осадок Fe(OH)3 гидроксида железа(III) :

2Fe2+ + 4OH- + H202 →2Fe(OH)3

Методика.

а) В пробирку вносят 5 – 6 капель раствора соли железа(II) и по каплям прибавляют раствор NaOH до прекращения выпадения белого осадка Fe(OH)3. На воздухе осадок постепенно темнеет.

б) К свежеприготовленному, как описано выше, белому осадку Fe(OH)2 прибавляют по

2 -3 капли растворов NaOH и H2O2. Окраска осадка изменяется до красно-бурой.

Реакция с гексацианоферратом (III) калия – феррицианидом калия (фармакопейная).

Катионы Fe2+ реагируют с феррицианидом калия K3[Fe(CN)6] в кислой среде с образованием темно-синего осадка «турнбулевой сини».

4Fe2+ + 4[Fe3+(CN)6]3-→ Fe3+4[Fe2+(CN)6]3 + [Fe2+(CN)6]4-

По составу, структуре и свойствам осадок «турнбулевой сини» идентичен осадку «берлинской лазури», получаемому при прибавлении раствора ферроцианида калия.

K4[Fe(CN)6) к растворам солей железа(III) (см. далее «Аналитические реакции катионов железа(III) Fe3+»)

Реакция очень чувствительна, предел обнаружения 0,05 мкг. Осадок «турнбулевой сини» не растворяется в кислотах, но разлагается в щелочной среде.

Методика. В пробирку вносят 2 – 3 капли раствора соли железа (II), прибавляют 1 – 2 капли раствора HCl и 2 – 3 капли раствора феррицианида калия K3[Fe(CN)6]. Раствор окрашивается в синий цвет и выделяется синий осадок «турнбулевой сини».

Реакция с сульфид-ионами (фармакопейная). Катионы Fe+2 образуют с сульфид-ионами в нейтральной или аммиачной среде черный осадок сульфида железа(II) FeS:

Fe2+ + S2- → FeS

Осадок растворяется в разбавленных минеральных кислотах и в уксусной кислоте.

Методика. В пробирку вносят 3 – 4 капли раствора соли железа(II) и прибавляют 2 – 3 капли раствора сульфида аммония (NH4)2S (или сульфида натрия). Выпадает черный осадок сульфида железа (II).

 

Аналитические реакции катион a Fe3+  

Аква-ионы железа(II) [Fe(H2O)6]3+ в водных растворах окрашены в желтый цвет и частично гидролизованы до растворимых гидроксо-аквакомплексов [Fe(OH)n(H2O)6-n]3-n , также окрашенных в желто-бурый цвет. Поэтому водные растворы солей железа (III) имеют желтую или красновато-бурую окраску.

Реакции с щелочами и аммиаком. Катионы Fe3+ при взаимодействии с щелочами и аммиаком в водных растворах образуют красно-бурый осадок гидроксида железа (III):

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3

Осадок растворим в разбавленных кислотах; не растворяется в насыщенном растворе хлорида аммония (в отличие от белого осадка гидроксида железа(II) Fe(OH)2 , а так же в растворах щелочей.

Методика. В пробирку вносят 3 – 4 капли раствора соли железа (III) и прибавляют 3 – 4 капли раствора NaOH, выпадает красно-бурый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)3

Реакция с гексацианоферратом(II) калия – с ферроцианидом калия (фармакопейная).

Катионы Fe3+ в кислой среде (рH ≈ 2 – 3 ) реагируют с ферроцианидом калия с образованием темно-синего осадка «берлинской лазури».

4Fe3++3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3

Реакция высокочувствительна: открываемый минимум ~0,05 мкг, предельное разбавление ~105 мл/г. Мешают, как и при получении осадка «турнбулевой сини», окислители и восстановители. Окислители окисляют ферроцианид до феррицианида, а восстановители восстанавливают железо(III) до железа(II).

Как и в случае «турнбулевой сини», осадок «берлинской лазури» не растворяется в кислотах, разлагается при прибавлении раствора щелочи :

Fe4[Fe(CN)6]3 + 12OH- → 4Fe(OH)3 + 3[Fe(CN)6]4-

Методика. В пробирку вносят 2 – 3 капли раствора соли железа(III) , прибавляют 1 – 2 капли раствора HCl и 2 капли раствора K4[Fe(CN)6]. Раствор окрашивается в синий цвет и выпадает темно-синий осадок «берлинской лазури».

Реакция с тиоцианат-ионами (фармакопейная). Катиона Fe3+ реагируют с тиоцианат-ионами NCS- (лучше – в кислой среде при рH≈3) с образованием тиоцианатных комплексов железа(III) красного цвета.

Реакция протекает по схеме :

[Fe(H2O)6]3+ + nNCS- = [Fe(NCS)n(H2O)6-n]3-n + nH2O

Реакция высокочувствительна: предел обнаружения катионов железа(III) составляет 0,25 мкг. Мешают многие вещества: окислители, восстановители, ртуть(II), фториды, иодиды, фосфаты, цитраты, тартаты и другие соединения. Катионы железа(II) Fe2+ не мешают.

Методика. В пробирку вносят 3 – 4 капли раствора соли железа(III) и прибавляют 2 – 3 капли раствора тиоцианата аммония NH4NCS или калия KNCS. Раствор окрашивается в красный цвет.

    Реакция с сульфид-ионами (фармакопейная). Катионы Fe3+ при взаимодействии с сульфид-ионами S2- в нейтральных или слабо-аммиачных растворах образуют черный осадок сульфида железа(III) Fe2S3:

2Fe3+ + 3S2- → Fe2S3

Осадок растворяется в минеральных кислотах.

Методика. В пробирку вносят 3 – 4 капли раствора соли железа(III) и прибавляют 2 – 3 капли раствора сульфида аммония (NH4)2S (или Na2S) либо сероводородной воды.

Выделяется черный осадок сульфида железа(III).

 

Заполните таблицу 5:

Таблица 5

Открываемый катион Реагент Уравнение химической реакции Наблюдаемые явления

Mg2+

     
     
     
     

Bi3+

     
     
     
     

Mn2+

 

 


Fe2+

     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

Fe3+

     
     
     

 

Приведите схему анализа катионов 5 группы:

 
 
 
 
 
 
 

 

 

Выполнение работы проверил(а)

_____________________________ Дата_______________


Дата: 2019-02-02, просмотров: 295.