Лабораторная работа 4. Реакции катионов 3-й группы

Алюминий

4.1.1. Осаждения Al(OH)₃(s), его амфотерность. В пробирку налейте 3 капли раствора Al(NO₃)₃ и добавьте 3 капли раствора аммиака. Раствор с осадком поделите на 2 пробирки. Осадки отделите на центрифуге, промойте. В 1 в пробирку добавьте раствор с с (HNO₃) =3 моль/л, а в 2 в - раствор с с (NaOH)=6 моль/л до растворения. К раствору в 2 и пробирке добавьте равный объем раствора NH₄Cl и нагрейте смесь на водяной бане.

Объясните наблюдения за КЛД для системы Al(OH)₃(s) - рН. В каком интервале рН алюминий (III) практически полностью осаждается? Запишите уравнения реакций, учитывая образования анионных гидрокомплексов и роль NH₄⁺ как катионной кислоты Бренстеда.

4.1.2. Реакция Al(III) с Морин. Нанесите на плотную фи-льтрувальний бумагу каплю насыщеного спиртового раствора (желательно недавно приготовленного) Морин, желтого красителя из экзотических деревьев, подсушите и нанесите

на нее каплю раствора Al(NO₃)₃. Бумага облучения ультрафиолетовым (УФ) светом. Отметьте цвет флуоресценции лака Al(OН)₃ с морином.

Цинк (II)

4.2.1. Осаждения Zn(OH)₂(s) и его амфотерность. Исходя из раствора Zn(NO₃)₂, выполните операции, указанные в опыте 4.1.1 для Al(OH)₃.

Отметьте сходство и разницу в результатах. Какие комплексы цинка (II), не характерные для алюминия (III), обусловливают разницу? Запишите уравнения реакций и найдите их lg K. Постройте КЛД для Zn(OH)₂(s) - рН.

4.2.2. Реакция Zn(II) с (NH₄)₂Hg(SCN)₄. Предостережение: остатки солей ртути (яд!), Входящей в состав реактива, сливать в специальный посуду.

На часовое стекло нанесите по капле растворов Zn(NO₃)₂, разбавленного Co(NO₃)₂, а затем (NH₄)₂Hg(SCH)₄. Поверхность часового стекла потрите стеклянной палочкой. Через несколько секунд (не более чем 2 мин) выпадает голубой осадок смешанной фазы ZnHg(SCN)₄(s) и CoHg(SCN)₄(s).

4.2.3. Микрокристаллоскопичный вариант реакции. На предметное стекло нанесите каплю раствора ZnCl₂ и каплю раствора с c (HAc)=3 моль/л. Немного нагрейте и обработайте каплей раствора (NH₄)₂Hg(SCH)₄.

Реакция Zn^2+ с Hg(SCH)4^2- в присутствии СО^2+.	Реакция Zn^2+ с Hg(SCH)4^2+ и небольшого количества Сu^2+, которая предоставляет осадочные голубой окраски. Используется, чтобы выявить как Zn^2+, так и Сu^2+).

Образуются характерные кристаллы - кресты и дендриты. Если концентрация Zn²⁺ малая, то форма кристаллов - треугольники и клинья. Наличие других ионов металлов изменяет вид кристалов.

Экстракционное отделения комплекса цинка (II) с тиоцианатом.

3 капли раствора Zn(NO₃)₂ подкислить равным объемом раствора с с (HCl)=3 моль/л, добавьте 3-4 капли раствора NH₄SCH. Эта смесь не должно окрашенной (при розовом окрасе через примеси железа (III) в реактивах добавьте NaF, маскируя железо (III) в устойчивые бесцветные комплексы).

К смеси добавьте равный объем метилизобутилкетона и энергично перемешайте. Органических фазу отберет пипеткой в ​​отдельную пробирки, куда внесите равный объем раствора с с (NH₃) = 3 моль/л. Перемешайте. Отберет водяной слой реэкстракт, подкислите его уксусной кислотой (проверьте среду) и выявить Zn (II), как описано в предыдущем пункте. Аналоґiчнi операции выполните с раствором Al(NO₃)₃ и SnCl₂, чтобы убедиться, что они не дают реакции. Хром (VI) в кислой среде окисляет тиоцианат и мешает реакции, но при анализе хром (VI) отделяют раньше за цинк (II).

Запишите уравнения реакции. Можно использовать экст-ракцiю и реекстракцiю, чтобы концентрировать цинк (II)?

Хром

4.3.1. Осаждения Cr(OH)₃(s) и его амфотерность. К 3 каплям раствора Cr(NO₃)₃ в пробирке добавьте 3 капли раствора аммиака. Раствор с осадком разделение на 2 пробирки. Осадки отделите на центрифуге и промойте. К осадка в 1 и пробирке добавьте раствор с с (HNO₃) = 3 моль/л, а в 2 и - раствор с с (NaOH) = 6 моль/л до растворения.

На основе КДД для системы Cr(OH)₃(s) - рН объясните наблюдения. Запишите уравнения реакций.

4.3.2. Окисления хрома (III) до хрома (VI). До 2-3 капель раствора Cr (NO₃) ₃ в пробирке постепенно добавьте раствор с с (NaOH) = 6 моль/л до растворения осадка Cr(OH)₃(s), что выпадает сначала, а потом 2-3 капли раствора H₂O₂ с массовой долей 3%. Подогрейте смесь на водяной бане до перехода цвета раствора в желтый, присущий Иону CrO₄^2-.

Замечания. Чтобы определить возможность окислительно-восстановительного преобразования, рассмотрим реакцию, в которой исходные реагенты и продукты являются преобладающими в той области рН, реализуется в системе. К примеру,

	Cr^3+ + 4 OH^‑	D	Cr(OH)4^‑,	lg b4 = 28,6,
	Cr(OH)3	D	Cr^3+ + 3 OH^‑,	‑ lg b3 = ‑24,0,
	H2O	D	H^+ + OH^‑,	lg Kw = ‑14,0
	Cr(OH)3 + H2O	D	Cr(OH)4^‑ + H^+,	‑9,4,

откуда, по ЗДМ,

[Cr(OH)₄^‑] × [H⁺] / [Cr(OH)₃] = 10^‑9,4,
[Cr(OH)₄^‑] / [Cr(OH)₃] = 10^{(‑9,4 + pH)},

[Cr(OH)₄^‑] / [Cr(OH)₃] > 1 при pH > 9,4.

Константу преобразования между превосходящими при 9,4<pH<11,65 продуктами вычислят с линейной комбинации
реакцій

 

 

	Cr(ОН)4^‑	D	Cr^3+ + 4 OH^‑,	‑ lg b4 = 28,6,
	Cr^3+ + 4 H2O	D	HCrO4^‑ + 7 H^+ ‑ 6e^-,	‑60,8,
	HCrO4^‑	D	H^+ + CrO4^2‑,	‑ lg K H1 = ‑6,51,
	H2O2 + 2 H^+ + 2 e^‑	D	2 H2O,	59,8
	H^+ + OH^‑	D	H2O,	-lg Kw = 14,0,
2 Cr(OH)4^‑ + 3H2O2 +2 OH^‑ D 2CrO4^2‑ + 8 H2O,	242,0.

При pH>11,65 преобладающим участником, вместо H₂O₂, становится HO₂^-.

Какие окислители можно предложить для окисления хрома (III) в кислой среде? Запишите уравнения реакций и вычислить их lg K.

4.3.3. Реакция CrO4^2- с бензидином. На фильтровальную бумагу нанесите каплю предварительно разбавленного раствора

K₂CrO₄ (1:20), а рядом каплю уксуснокислого бензидина. На пересечении пятен образуется синий цвет «бензидиновой синие»,

Запишите уравнения полуреакций и их линейную комбинацию. Проследите аналогию с окислением гидрохинона в хiнгiдрон. Есть ли «бензидиновая синь» характерной реакцией только на хром (VI)?

4.3.4. Реакция CrO₄^2- с дифенилкарбазидом. В пробирки введите каплю раствора К₂CrO₄, долейте доверху водой и вылейте ее содержимое. Чтобы выявить хром (IV), достаточно разбавленного раствора, оставшегося на стенках. Добавьте в пробирку 10 капель дистиллированной воды, 1-2 капли раствора с с (H₂SO₄) = 3 моль/л и раствор дифенилкарбазида до красно-фиолетовой окраски. Продукт окисления реагента - дифенилкарбазон, образует комплекс с необычным окислительным состоянием, хромом (II),

D

+ 2 H^+ + 2 e^‑,

Станум (II) и станум (IV)

4.4.1. Осажде ния Sn(OH)₂(s) и Sn(OH)₄(s), их амфотерность. В отдельных пробирках в солянокислых растворов SnCl₂ и SnCl₄ добавьте раствор с с (NaOH) = 6 моль/л до выделения
белых осадков. Разделите каждую из суспензий на две части, осадки отделите на центрифуге. Проверьте их растворимость в кислоте и лугу. Запишите уравнения реакций, учитывая, что в исходных растворах станум находится в анионных хлорокомплексах.

4.4.2. Восстановительные свойства станум (II).
(а) Восстановление бисмута (III). К 2 каплям раствора SnCl₂ добавьте по каплям раствор с с (NaOH)=6 моль/л, пока осадок,
выделившийся не расходились оказывается. В отдельной пробирке, смешивая растворы Bi(NO₃)₃ и NaOH, получите осадок Bi(OH)₃(s). Смешайте содержимое пробирок, определите цвет осадка.

Запишите уравнения реакций превращения олова (II) и бисмута (III) в соответствующие гидроксокомплексы и осадок гидроксида, а также окислительно-восстановительные реакции в щелочной среде.

(б) Восстановление (NH₄)₃[PMо₁₂O₄₀], тетрада-оксододекамолибдофосфату (VI) триамонию. К 2 каплям раствора NaHPO₄ добавьте 10 капель молибденовой жидкости (раствора (NH₄)₂MоO₄ в азотной кислоте). После того, как состав пробирки охладится, разведите его, добавив 2 мл дистиллированной воды, и по каплям добавьте раствор SnCl₂. Появляется коллоидная «молибденовая синь», содержащий молибден в различных степенях окисления.

Что легче восстанавливается: молибден (VI) в исходной соли или в гетерополикислотах?

4 .4.3. Восстановление олова (VI). В 2 пробирки внесите по 5 капель раствора SnCl₄ и по 2-3 капли раствора с
с (HCl) = 12 моль/л. В одну из пробирок поместите кусочек металлического цинка, а во вторую - железа. Оба раствора испытайте на присутствие олова (II) по одной из изученных Вами реакций.

Запишите уравнения реакций восстановления хлорокомплексив олова (VI) и вычислите их условные lg K ".

 

 

4.4.4. Микрокристаллоскопических реакция. На тщательно вымытое предметное стекло микроскопа нанесите каплю раствора с с (SnCl4) = 3 моль/л, добавьте каплю раствора с с (NH3)=3 моль / л и каплю раствора с с (НCl)=2 моль/л. Предметное стекло осторожно нагрейте до появления кайма вокруг раствора, SnCl4 + 2 NH4^+ + 2 Cl^‑ D D (NH4)2SnCl6(s). Образец охладите, поставьте на предметный столик микроскопа, установить увеличение в пределах 56 и наблюдайте визуально (возможна фоторегистрация). На фото представлены кристаллы: (а) - через 10 мин. после начала кристаллизации; (Б) - после 20 мин.; (В) - после 30 мин.

4.4.3. Реакция олова (IV) с дитиол. К 2 каплям раствора SnCl₄ в пробирку добавьте каплю раствора с с (HCl)=12 моль/л и по 3 капли раствора дитиол. Отметьте цвет раствора, обусловлен соединением

 

4.4.5. Окраска пламени. В чашку внесите 1-2 капли раствора соли станум в любом окислительном состоянии, добавьте 5-6 капель раствора с с (HCl) =12 моль/л и кусочек металлического цинка. В большую пробирку налейте водопроводной воды как хладагента. В жидкость которая находится в чашке, вставьте дно пробирки и внесите на некоторое время в бесцветное пламя газовой горелки. На дне пробирки появляются огоньки василькового-синего цвета, которые бегают. Следует вносить пробирку в конец пламени, неглубоко. Экономьте время, иначе весь станум восстановится к металла продуктами неполного сгорания газа, и эффект исчезнет.

Таблица 9