Реакции катионов 3-й аналитической группы

Реактивы	Al^3+	Cr^3+	Zn^2+	Sn(II), Sn(IV)
NaOH, KOH или NH3, без остатка	Al(OH)3 ¯, белый гель	Cr(OH)3 ¯, серо-зеленый или серо-фиолетовый	Zn(OH)2 ¯, белый	Sn(OH)2 ¯ або Sn(OH)4 ¯, белые
NaOH або KOH в остатке	Al(OH)4^‑, бесцветный раствор	Cr(OH)4^‑, зеленый раствор	Zn(OH)4^2‑, бесцветный раствор	Sn(OH)3 ^‑, Sn(OH)5 ^‑, бесцветный раствор
NH3 в остатке	Al(OH)3 ¯, белый гель	Cr(OH)3 ¯, серо-зелений	Zn(NH3)4^2+, бесцветный раствор	Sn(OH)2 ¯, или Sn(OH)4 ¯
H2O2 (щелочная среда)	Al(OH)4^‑, бесцветный раствор	CrO4^2‑, желтый раствор	Zn(OH)4^2‑, бесцветный раствор	Sn(OH)5 ^‑, бесцветный раствор
Н2О2 (среда HCl)	Al^3+	Н2CrO6, синий раствор	Zn^2+	SnCl6^2‑, бесцветный раствор
Ализарин	Красный лак	Лак	Лак	Лак

Таблица 9 (продолжение)

Реактиви	Al^3+	Cr^3+	Zn^2+	Sn(II), Sn(IV)
Дитизон с СCl4 (сильно щелочная среда)	‑	‑	Малиновые растворы в воде и у СCl4	‑
(NH4)2{Hg(SСN)4}	‑	ZnHg(SCN)4 ¯, белый в присутствии очень разбавленного раствора Со^2+– синий	‑	‑

 

Лабораторная работа 5. Анализ катионов 3-й группы

В систематическом анализе катионов раствор, с которого обособленно первой и второй группы, является сильно кислым. Нейтрализуйте его, добавляя раствор с с (NaOH) = 6 моль/л.
Тогда катионы 3-5-й группы могут образовывать осадки гидроксидов. Отделяя катионы 3-й группы от 4-5-й групп, 10-15 капель раствора нейтрализован (с осадком, если тот образовался) поместите в фарфоровую чашку, добавьте 10 5 капель перекиси водорода и 15 октября капель раствора с с (NaOH)= 6 моль/л.
Чашку нагрейте на песчаной бане, перемешивая и не доводя до кипения. При этом избыток перекиси водорода разлагается, выделяя пузырьки кислорода. После такой обработки раствор содержит оксо и гидроксосоединения элементов в таких окислительных состояниях: Zn (II), Al (III), Cr (VI), Sn (IV), небольшие количества Cu (II) и Cd (II), а также Ca (II) и щелочных металлов. Осадок содержит гидроксиды катионов 4 -5-й групп и может содержать SnО(ОН)₂(s), если в объекте анализа много олова. Этот осадок оставляют для анализа 3 и 4 й групп (см ниже, лабораторная работа 8, стр. 82). Раствор должен быть бесцветным, а при наличии Cr (VI) - желтым. Содержимое чашки вылейте в пробирку и отделите на центрифуге от осадка. Из прозрачного раствора обнаруживают катионы 3 й группы.

Проявляя станум, до 2-3 капель этого раствора (его рН должен быть равен» 1) добавьте 2-3 капли раствора дитиола. В зависимости от содержания станум, при его наличии выпадает красный осадок или раствор окрашивается в красный цвет.

Если станум обнаружено, его следует отделить, потому что он мешает реакции обнаружения алюминия с Морин. Отделяя станум, к раствору добавьте (в вытяжном шкафу) по каплям раствор Na₂S, контролируя, достигнуты избытка реагента, капельной реакцией с нитратом свинца на фильтровальной бумаге. Во время осаждения олова среда должна оставаться кислым.

Схема хода анализа катионов 3-й группы

3-6 групп ы катионов

NaOH, H2O2

Bi(OH)3¯, MnO(OH)2¯, Fe(OH)3¯, SbO(OH)3¯, Ni(OH)3¯, Co(OH)3¯, HgO¯, Mg(OH)2¯, Cu(OH)2¯, Cd(OH)2¯

Al(OH)4^‑, Zn(OH)3^‑, Sn(OH)6^2‑, CrO4^2‑, Ca^2+, 6-я группа катионов

NH4NO3

Al(OH)3 ¯, Sn(OH)4 ¯

Zn(NH3)4^2+ CrO4^2‑

HCl

Al^3+, SnCl6^2‑

Выявление Zn

Выявление Cr

Выявление Al

Выявление Sn

Отделить осадок SnS₂(s) и части раствора добавьте раствор NaАс к рН» 4. На фильтровальную бумагу нанесите 2-3 капли раствора морина, подсушите, осветите УФ - излучателем и добавьте 1-2 капли раствора - или того, что образовался после удаления SnS₂(s), или того, в части которого обнаружили станум. О наличии алюминия свидетельствует зеленая флуоресценция, не исчезает, если продукт обработать раствором с
с (HCl)=2 моль/л.

Проявляя цинк, части раствора, оставшегося после отделения гидроксидов алюминия и олова, добавьте уксусную кислоту к рН = 5-7, и нанесите каплю раствора на часовое стекло. Добавьте по капле раствора Со(NО₃)₂ (очень разбавленного, «для цинка») и раствора (NН₄)₂Нg(SСN)₄. Поверхность стекла потрите стеклянной палочкой. Не позднее чем за 2 минуты при наличии цинка должно выпасть голубой (а не ярко синий!!) осадок. Рекомендуем осуществлять контрольный опыт, сравнивая результат с полученным в системе без Zn²⁺ - иона.

Проявляя хром, на фильтровальную бумагу нанесите кап-лю раствора анализируют, а рядом - каплю раствора ацетата бензидина. Синий цвет там, где перекрываются пятна растворов, свидетельствует о наличии хрома.

A групa катионов

Катионы 4 й группы является гидролизованными. Соли Вi (III) и Sb (III) легко гидролизуются в воде до осадков основных солей. В условиях отделения 3-й группы от 4-х и 5-й (щелочная среда в присутствии Н₂О₂) образуются осадки Fe(OH)₃(s), MnO(OH)₂(s), SbO(OH)₃(s). В отличие от соединений катионов 5-й группы, они не растворяются в аммиаке в присутствии Н₂О₂.

В катионов Zn²⁺ и Al³⁺, с заполненными внешними 8- и 18-электронными оболочками, постоянная степень окисления. Способными к окислительно-востановленных преобразований является Fe, Mn, Bi и Sb, существующих в окислительных состояниях: Fe (II) и Fe (II и) Mn (II), Mn (IV), Mn (VI) и Mn (VII) Bi, Bi (III) и Bi (V); Sb (0), Sb (III) и Sb (V). Хром и станум действием Н₂О₂ в среде NaOH окисляют до CrO₄^2- и Sn(OH)₆^2-. Окислительно-восстановительные свойства проявляются по-разному в кислой и щелочной средах. Восстановительные свойства Sn(II) усиливаются с увеличением рН.

Катионы 4-й группы склонны к образованию комплексов. В анализе используют оранжевый комплекс ВiI₄^-. В солянокислых растворах сурьма (III) и стихий (V) существуют в хлоридных комплексах SbCl₆^3- и SbCl₆^-. Железа (II) и железа (III) часто маскируют, переводя их в бесцветные комплексы. Если Mn (II), Bi (III) и Sb (III) являются бесцветными, то Fe²⁺ - бледно-зеленый, гидролизованный Fe³⁺ - желтый, Mn²⁺ - бледно-розовый, MnО₄^- - фиолетовый.

Лабораторная работа 6. Реакции катионов 4-й группы

Железа (II) и железа (III)

6.1.1. Осаждения Fe(OH)₂(s) и Fe(OH)₃(s), их свойства. В отдельные пробирки налейте по 2-3 капли растворов FeSO₄ и FeCl₃, в каждую добавьте равный объем раствора с с (NH₃) = 3 моль/л. Осадки отделите, разделите на 2 части и испытайте их растворимость в кислоте и в лугу.

Запишите уравнения реакций. Почему употребляют свежеприготовленный раствор FeSO₄? Как он меняется под действием воздуха? Найдите lg K реакций образования гидроксокомплексов железа. Почему, готовя растворы Fe (iii), их подкисляют? Исследуйте зависимость растворимости Fe(OH)₂(s) и Fe(OH)₃(s) от рН по КЛД. Или в условиях анализа Fe(OH)3(s) является заметно амфотерными?

6.1.2. Реакция Fe (II) с диметилглиоксимом (диацетилдиоксимом),

К раствору FeSO₄ добавьте кристаллик виннокислого натрия, каплю раствора диацетилдиоксиму и 1-2 капли раствора с с (NH₃)=3 моль/л. Красная окраска раствора обусловлено внутрикомплексные составом, что, в отличие от соединения никеля, растворимый в воде.

Запишите уравнения реакций. В чем роль аммиачные среды? Какие реакции железа (II) маскируют тартраты (соли винной кислоты)?

6.1.3. Реакция Fe³⁺ с тиоцианатом. K 2-3 каплям раствора FeCl₃ добавьте равный объем насыщенного раствора NH₄SCN, с с (КSCN)=2 моль/л.

Запишите Ваши наблюдения и уравнения реакций.

6.1.4. Реакции Fe³⁺ с K₄Fe(CN)₆ и Fe²⁺ с K₃Fe(CN)₆. В
одну из пробирок поместите 1-2 капли раствора FeCl₃, а в другую столько же раствора FeSO₄. В первую добавьте 1 каплю раствора K₄Fe(CN)₆, а во вторую - раствора K₃Fe(CN)₆.

Сравните осадки, образовавшиеся. По одним представлениям – это

K⁺ + Fe³⁺ + Fe(CN)₆^4‑ D КFe[Fe(CN)₆](s),

K⁺ + Fe²⁺ + Fe(CN)₆^3‑ D КFe[Fe(CN)₆](s),

где продуты не отличаются друг от друга, по другим - это «берлинская лазурь», Fe₄[Fe(CN)₆]₃(s), образующийся во втором случае в результате предыдущего окислительно-восстановительного преобразования,

Fe(CN)₆^3‑ + е^‑ D Fe(CN)₆^4‑, Fe²⁺ – е^‑ D Fe³⁺.

Интенсивную окраску характерно для соединений в которые тот же элемент входит в различных степенях окисления.

6.1.5. Окисления Fe²⁺ к Fe³⁺. К 2-3 каплям раствора FeSO₄ добавьте 2 3 капли раствора с с (NаОН)=6 моль/л и 5-10 капель раствора Н₂О₂ с массовой долей 3%.

Запишите уравнения реакций, в том числе окисления гидроксида железа (II) в гидроксид железа (III) в щелочной среде. Найдите их lg K.

Висмут (III)

6.2.1. Осаждения Вi(OH)₃ (s). К 2 каплям раствора Ві(NО₃)₃ добавьте 3-4 капли раствора с с (NH₃)=3 моль/л. Осадок, а не промывая, разделите на 2 пробирки и проверьте его растворимость в с (HCl)=3 моль/л и с (NаОН)=6 моль/л. (Реакции осуществляют также на темной капельной пластинке).

Запишите уравнения реакций (учесть комплексы Ві³⁺ с Cl). Проявляет висмут (III) амфотерные свойства?

6.2.2. Образование хлорида бисмутилу. К 2-3 каплям раствора Ві(NО₃)₃ добавьте 1-2 капли раствора с
с (NH₄Cl) =4 моль/л и разведите смесь тройным объемом воды.

Отметьте цвет осадка. Исследуйте его растворимость в с (HCl) = 3 моль/л.

Запишите уравнения реакций. Почему растворы солей висмута (III) готовят с добавлением соответствующих кислот?

6.2.3. Восстановление висмута (III) станум (II). Повторите опыт 4.4.2.

6.2.4. Реакция висмута (III) с КІ. До 1 капли раствора Ві(NО₃)₃ добавьте 1 каплю раствора с с (КІ) = 0,5 моль/л. Выпадает черный осадок. Добавьте еще раствор КІ, перемешивая, пока осадок растворится. Раствор разведите водой, причем осадок образовывается снова.

Запишите уравнения реакций. Как убедиться, что, взаимодействуя с висмута, иодид не окисляется до элементного иоду, что также в растворе желтый, в осадке темный и растворимый в КІ?

Марганец

6.3.1. Осаждения Mn(OH)₂(s), MnO(OH)₂(s) и их свойства. В 2 пробирки налейте по 1-2 капли раствора Mn(NO₃)₂, в одну из них добавьте каплю раствора Н₂О₂ с массовой долей 3%, затем в каждую пробирку по 2-3 капли раствора с с (NH₃)=3 моль/л.

Отметьте разницу в цветах осадков, отделите, промойте событие раствором с с (НNО₃)= 3 моль/л. К тому из них, не растворился, добавьте несколько капель раствора Н₂О₂. Или теперь осадок растворился?

Запишите уравнения реакций между формами, во соответствующих областях рН. Найдите lg K реакций.

6.4.3. Реакция сурьмы (V) с родамином. На белую капельную пластинку нанести каплю раствора SbCl₃, добавьте 2 капли раствора с с (NаNО₂)=2 моль/л, затем 2 капли раствора родамина Б

Как влияет NаNО₂ на окислительный состояние сурьмы? Напишите уравнения реакций.

6.3.2. Окисления Mn²⁺ к MnО₄^-. В пробирку внесите каплю раствора Mn(NO₃)₂, добавьте дистиллированной воды до верха пробирки, содержание вылейте и добавьте 5 капель дистиллированной воды. Каплю разбавленного раствора нанесите на капельную пластинку, добавьте каплю раствора НАс и несколько кристалликов КIО₄.

Отметьте цвет раствора. Запишите уравнения реакций. К какой форме восстанавливается тетраоксоиодат (VII)? Какой
lg K линейной комбинации реакций?

Таблица 10