Аналітична хімія Теми 29-30 (лекція)

Тема 29: Реакції катіонів IV групи, групи реактивів.

До четвертої аналітичної групи відносять катіони, здатні утворювати амфотерні гідроксиди. Для виявлення і розділення катіонів цієї групи широко використовують реакції утворення і розчинення осадів, одержання комплексних сполук, окиснення та відновлення.

Близькі електронна будова і радіус катіонів четвертої аналітичної групи обумовлює однакове їх відношення до сильних основних гідроксидів – лугів. Взаємодія катіонів четвертої аналітичної групи з надлишком лугу (NaOH чи KOH) є груповими реакціями. Продуктами цієї взаємодії є аніони Zn(OH)₄^2-, Sn(OH)₄^2-, Sn(OH)₆^2-, Al(OH)₆^3-, Cr(OH)₆^3-.

Важливіші реакції виявлення.

1. Реакції йонів Zn²⁺.

1.1. NaOH, KOH – натрій чи калій гідроксиди.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі цинку, додають 5-6 краплин розчину натрій гідроксиду. Спостерігають утворення білого осаду цинк гідроксиду , який має амфотерні властивості і тому розчиняється в кислотах і лугах.

ZnSO₄ + 2NаОН= Zn(OH)₂ + Nа₂SO₄

Zn(OH)₂+ 2NаОН= Nа₂[Zn(OH)₄]

1.2. NH₃∙Н₂O – розчин амоніаку .

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі цинку, додають 5-6 краплин розчину NH₃∙Н₂O . Спостерігають утворення білого осаду цинк гідроксиду , який розчиняється в надлишку амоніаку з утворенням комплексної сполуки.

ZnSO₄ + 2NH₃ + 2H₂O = Zn(OH)₂ + (NH₄)₂SO₄

Zn(OH)₂ + 6NH₃ = [Zn(NH₃)₆]²⁺ + 2OH^-

1.3. K₄[Fe(CN)₆] – калій гексаціаноферат(ІІ).

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі цинку, додають стільки ж краплин розчину K₄[Fe(CN)₆]. Спостерігають утворення білого осаду K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂, який не розчиняється в кислотах, а розчиняється в лугах з утворенням цинкату.

3ZnSO₄ + 2K₄[Fe(CN)₆] = K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂↓+ 3K₂SO₄

1.4. Дитизон (дифенілтіокарбазон).

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі цинку, додають суміш рівних об’ємів розчину ацетатної кислоти й розчину натрій ацетату і 2-4 мл розчиненого в СНСl₃ дитизону. Спостерігають утворення комплексної сполуки червоного кольору, яка добре розчиняється в хлороформі, бензені та інших органічних розчинниках.

1.5. (NH₄)₂[Hg(SCN)₄] - амоній тетрамеркурат (ІІ).

У пробірку поміщають 4-5 крапель розчину солі цинку, додають 2-3 краплі розчину солі (NH₄)₂[Hg(SCN)₄] і спостерігають утворення білого осаду. Реакції заважають йони Cо²⁺ та Cu²⁺. В присутності Cu²⁺ в кислому середовищі утворюється осад оливковозеленого кольору, а присутності Cо²⁺ - темно-синього.

ZnSO₄ + (NH₄)₂[Hg(SCN)₄] = Zn[Hg(SCN)₆] + (NH₄)₂SO₄

Zn²⁺ + 2[Hg(SCN)₄]^2- + Cu²⁺= Zn[Hg(SCN)₆]•Cu[Hg(SCN)₆]↓

2. Реакції йонів Al³⁺.

2.1. NaOH, KOH – натрій чи калій гідроксиди.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі алюмінію, додають 5-6 краплин розчину натрій гідроксиду. Спостерігають утворення білого осаду алюміній гідроксиду , який має амфотерні властивості і тому розчиняється в кислотах і лугах.

AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃ + 3NaCl

Al³⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃

Al(OH)₃+ 3NaOH = Na₃[Al(OH)₆]

2.2. NH₃∙Н₂O – розчин амоніаку.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі алюмінію, додають 5-6 краплин розчину NH₃∙Н₂O . Спостерігають утворення білого осаду алюміній гідроксиду .

AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ + NH₄Cl

2.3. Алізариновий червоний S.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі алюмінію, додають розчин натрій гідроксид до сильно лужної реакції. Якщо випадає осад, його відокремлюють і до прозорого розчину додають 1-2 краплі розчину алізарину. Спочатку з’являється фіолетове забарвлення, потім додають краплями розчин ацетатної кислоти до зникнення фіолетового забарвлення. У присутності йонів алюмінію розчин забарвлюється в червоний колір.

12.4. Алюмінон.

У пробірку поміщають 3-4 краплини розчину солі алюмінію, додають 2-3 краплі розчину ацетатної кислоти і 3-5 крапель розчину алюмінону. Нагрівають суміш на водяній бані, перемішують, додають розчин амоніаку до лужної реакції (проба на лакмус) і 2-3 краплі амоній карбонату . У присутності йонів алюмінію, залежно від концентрації, розчин забарвлюється в червоний колір або випадає червоний осад.

3. Реакції йонів Cr³⁺.

3.1 Н₂О₂ – окислення гідроген пероксидом .

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі хрому, додають розчин лугу (до розчинення осаду Cr(OH)₃ ), 5-7 краплин 3% розчину Н₂О₂. Отриману суміш нагрівають і спостерігають утворення CrO₄^2- жовтого кольору. Вміст пробірки охолоджують і додають розведену H₂SO₄ до переходу жовтого забарвлення в оранжеве. У другій пробірці готують суміш із рівних невеликих об’ємів розведеного розчину H₂SO₄, органічного розчинника (амілового спирту) і 3% розчину Н₂О₂. До отриманої суміші приливають розчин оранжевого кольору з першої пробірки і після енергійного струшування спостерігають синє забарвлення органічного шару, обумовлене утворенням надхромової кислоти.

Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O₂ + 10NaOH = Na₂CrO₄ + 3Na₂SO₄ + H₂O

Сr³⁺ + 2H₂O₂ + 4OH^- = CrO₄^2- + 4H₂O

Na₂Cr₂O₇ + 4H₂O₂ + H₂SO₄ = 2CrO₅ + 5H₂O + Na₂SO₄

CrO₅ + H₂O = H₂CrO₆ або H₃CrO₈ (H₇CrO₁₀)

Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ + 2H⁺ = 2CrO₅ + 5H₂O

3.2. KMnO₄ – калій тетраоксоманганат.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі хрому, додають 3-4 краплі 2 М розчину H₂SO₄, 3-4 краплі розчину калій тетраоксоманганату, суміш нагрівають. Спостерігають зміну кольорів.

2Сr(NO₃)₃ + 2KMnO₄ + 5H₂O = H₂Cr₂O₇ + 2MnO(OH)₂↓ + 2KNO₃ + 4HNO₃

2Cr³⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂O = Cr₂O₇^2- + 2MnO(OH)₂↓ + 6H⁺

4. Реакції йонів Sn²⁺.

4.1. HgCl₂ – меркурій (ІІ) хлорид.

У пробірку поміщають 4-5 краплини розчину солі стануму(ІІ), додають 1-2 краплі розчину HgCl₂ . Спостерігають випадання чорного осаду Hg.

SnCl₂ + 2HgCl₂ = SnCl₄ + Hg₂Cl₂

Hg₂Cl₂ + SnCl₂ = SnCl₄+ 2Hg

Sn²⁺ + 2Hg²⁺ + 2Cl^- = Hg₂Cl₂ + Sn⁴⁺

Hg₂Cl₂ + Sn²⁺= Sn⁴⁺+ 2Hg + 2Cl

4.2. Bi(NO₃)₃ – бісмут(ІІІ) нітрат.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі стануму(ІІ), приливають надлишок NaOH і додають 1-2 краплі розчину Bi(NO₃)₃. Спостерігають випадання чорного осаду Bi.

3Na₂SnO₂ + 2Bi(NO₃)₃ + 6NaOH = 2Bi + 3Na₂SnO₃ + 6NaNO₃ + 3H₂O

5. Реакції йонів As³⁺.

5.1. AgNO₃– аргентум нітрат.

У пробірку поміщають 4-5 краплин розчину солі Na₃AsO₃, додають 2-3 краплі розчину AgNO₃. Спостерігають випадання осаду Ag₃AsO₃.

Na₃AsO₃ + 3AgNO₃ = Ag₃AsO₃ + 3NaNO₃

AsO₃^3- + 3Ag⁺ = Ag₃AsO₃