Анализ смеси катионов четвертой аналитической группы
Тема: Катионы четвертой аналитической группы.
Задание: Внимательно прочитайте теоретический материал, запишите основные характерные качественные реакции катионов алюминия, хрома, цинка, мышьяка, олова.
Общая характеристика катионов четвертой аналитической группы
Катионы 4-ой аналитической группы Al3+, Cr3+ Zn2+ As3+ As5+ Sn2+ Sn4+
Групповым реагентом на катионы 4-ой группы являются щелочи, при взаимодействии с которыми образуются осадки гидроксидов, растворимые в избытке реактива. Осадки растворяются в избытке реактива, т.к. ионы обладают амфотерными свойствами.
Гидроксиды катионов также растворяются в кислотах, образуя соли катионов с анионами кислот.
Катионы алюминия и цинка в растворах имеют постоянную ст. окисления, остальные переменную и в зависимости от нее проявляют свойства окислителей или восстановителей.
Действие группового реактива
Катионы 4-ой ан. группы осаждаются из растворов едкими щелочами, осадки растворяются в избытке реактива. Едкие щелочи являются групповыми реагентами на катионы 4-ой аналитической группы. При осаждении едкими щелочами образуются осадки гидроксидов катионов 4-ой группы, кроме мышьяка:
AlCl3+3NaOH→Al(OH)3↓+3NaCl
CrCl3+3NaOH→Cr(OH)3↓+3NaCl
ZnCl2+2NaOH→Zn(OH)2↓+2NaCl
SnCl2+2NaOH→Sn(OH)2↓+2NaCl
SnCl4+4NaOH+2H2O→H2[Sn(OH)6]↓+6NaCl
H2[Sn(OH)6]→ Sn(OH)4↓+2 H2O
Осадки гидроксидов проявляют амфотерные свойства и растворяются в избытке щелочи, образуя соли соответствующих кислот:
|
|
|
Al(OH)3+NaOH→NaAlO2+2H2O
Cr(OH)3+NaOH→NaCrO2+2H2O
Zn(OH)2+2NaOH→Na2ZnO2+2H2O
Sn(OH)2+2NaOH→Na2SnO2+2H2O
H2[Sn(OH)6]+2KOH→ K2[Sn(OH)6]↓+2H2O
При растворении гидроксидов в кислотах образуются соли катионов4-ой группы:
Al(OH)3+3HCl→AlCl3+3H2O
Cr(OH)3+ 3HCl→CrCl3+3H2O
Zn(OH)2+ 2HCl→ZnCl2+2H2O
Sn(OH)2+ 2HCl→SnCl2+2H2O
H2[Sn(OH)6]+6HCl→H2[SnCl6]+6H2O
В случае осаждения Sn4+ при осаждении едкими щелочами и растворении осадка в избытке щелочей образуется комплексное соединение – гексагидроксо(4) станнат водорода и его соли, которое при растворении в соляной кислоте образует - гексахлоро(4) станнат водорода. Катионы As(3) и As(5) при взаимодействии со щелочами образуют растворимые в воде соли мышьяковистой и мышьяковой кислот:
AsCl3+ 3NaOH→H3AsO3+3NaCl
H3AsO3+3NaOH→ Na3AsO3+ 3H2O
AsCl5+ 5NaOH→H3AsO4+5NaCl+H2O
H3AsO4+3NaOH→ Na3AsO4+ 3H2O
В сильнокислой среде соли мышьяковистой и мышьяковой кислот образуют соли соответствующих катионов As(3) и As(5) :
Na3AsO3+6HCl→ AsCl3+3NaCl+3H2O
H3AsO4+8HCl→ AsCl5+3NaCl+4H2O
Поэтому в сильнокислых растворах легко обнаруживаются катионы As(3) и As(5)
Карбонаты щелочных металлов осаждают катион цинка в виде основной соли:
2Zn2++3CO32-+2H2O→Zn2(OH)2CO3↓+2HCO3-, которая растворима в аммиаке и кислотах.
Катионы алюминия, хрома, олова (2) и (4) сопровождаются карбонатами вследствие гидролиза в виде гидроксидов:
|
|
|
3AlCl3+2Na2CO3→Al2(CO3)3+6NaCl
Al2(CO3)3+3H2O→ 2Al(OH)3↓+3CO2↑
Качественные реакции обнаружения катионов
Реакции катионов алюминия Al3+
1. Реакция с гидроксидом аммония:
AlCl3+3NH4OH→Al(OH)3↓+3NH4Cl
Образуется белый осадок, нерастворимый в избытке реактива, но растворимый в щелочах и кислотах. Из алюминатов гидроксид алюминия аммиаком не осаждается.
2. Реакция с ализарином (стр. 132)
В аммиачной среде образуется ярко-красное комплексное соединение ализаринат алюминия «алюминиевый лак». Реакция проводится на бумаге. Катионы хрома, цинка и олва (2) мешают проведению реакции.
3. Реакция с алюминоном(стр. 133)
Аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты (алюминон) образует с катионом алюминия комплексное соединение красного цвета.
4. Реакция с нитратом кобальта:
2Al2(SO4)3+ 2CO(NO3)2→2Co(AlO2)2+6SO3↑+4NO2↑+O2↑
Реакция проводится на фильтровальной бумаге, которая смачивается раствором соли алюминия, азотной кислотой, подсушивается и после смачивания разбавленным раствором нитрата кобальта сжигается. Полученный пепел окрашен в синий цвет вследствие образования алюмината кобальта – тенаровой сини. Проведению реакции мешают цинк, хром, медь(2), никель (2).
|
|
|
Реакции катионов хрома Cr3+
1. Реакция с гидроксидом аммония:
Cr3++3NH4OH→Cr(OH)3↓+3NH4Cl
Cr(OH)3+6NH4OH→[Cr(NH3)6](OH)3+6H2O
Раствор гидроксида аммония осаждает серо-зеленый осадок гидроксида хрома, который растворяется в избытке реактива с образованием комплексного соединения гидроксида гексаммина хрома.
2. Реакция с окислителями:
При действии окислителей, например, пероксида водорода, хлора, перманганата калия на катион хрома (3) образуются соли хромовой и дихромовой кислоты. Хроматы желтого цвета образуются в щелочной среде:
Cr3++2OH-→CrO2-+2H+
CrO2-+3H2O2+2OH-→2CrO42-+4H2O
Дихроматы, имеющие оранжевый цвет, образуются при воздействии окислителей в кислой среде:
10Cr3++6MnO4-+11H2O→5Cr2O72-+6Mn2++22H+
При большом избытке перманганата калия может образовываться бурый осадок дигидроксида оксида марганца (4):
KMnO4+3MnSO4+7H2O→5MnO(OH)2↓+2H2SO4+K2SO4
При окислении Cr3+ с персульфатом аммония в кислой среде образуется дихромат ион:
2Cr3++3S2O82-+7H2O→Cr2O72-+6SO42-+14H+
Реакция проходит хорошо в присутствии катализатора – нитрата серебра. При воздействии на образовавшийся дихромат-ион пероксидом водорода образуется пероксид хрома или надхромовая кислота:
|
|
|
Cr2O72-+4H2O2+2H+→2CrO5+5H2O
Cr2O72-+4H2O2+2H+→2H2CrO6+3H2O
Если к реакционной смеси добавить смесь изоамилового спирта с эфиром и взболтать, то верхний слой окрашивается в синий цвет вследствие перехода в спиртоэфирный слой пероксида хрома (надхромовой кислоты). Реакция очень чувствительна и специфична.
Реакции катионов цинка Zn2+
1. Реакция с гидроксидом аммония:
ZnCl2+2NH4OH→Zn(OH)2↓+2NH4Cl
Zn(OH)2+4NH4OH→[Zn(NH3)4](OH)2+4H2O
Раствор гидроксида аммония осаждает белый осадок гидроксида цинка, который растворяется в избытке реактива с образованием комплексного соединения гидроксида тетраминцинка.
2. Реакция с гексациано(2) ферратом калия (желтой кровяной солью):
3ZnSO4+2K4[Fe(CN)6]→ K2Zn3[Fe(CN)6]2↓+ 3K2SO4
При взаимодействии солей цинка с гексациано(2) ферратом калия образуется белый осадок гексациано(2) феррата калия и цинка. Реакция позволяет отличить катион алюминия от цинка.
3. Реакция с дитизоном
При добавлении хлороформного раствора дитизона к водному раствору соли цинка образуется дитизонат цинка, окрашивающий в щелочной среде хлороформный и водный слои в красный цвет.
4. Реакция с нитратом кобальта:
Zn(NO3)2+Co(NO3)2→CoZnO2+4NO2↑+O2↑
После сжигания кусочка фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли цинка и нитрата кобальта образуется зола, окрашенная в зеленый цвет цинкатом кобальта (зелень Ринмана).
Реакции катионов олова Sn2+
1. Реакции восстановления солей висмута и ртути:
SnCl2+4KOH→K2SnO2+2KCl+2H2O
K2SnO2+Hg(NO3)2+2KOH→Hg↓+ K2SnO3+2KNO3+H2O
K2SnO2+2Bi(NO3)3+6KOH→2Bi↓3H2O+6KNO3+ 3K2SnO3
В щелочной среде соли олова восстанавливают катионы висмута и ртути до металлических висмута и ртути. Образуются темные осадки.
2. Реакция с сероводородной кислотой:
SnCl2+H2S→SnS↓+2HCl
Образуется темно-коричневый осадок сульфида олова
Реакции катионов олова Sn4+
1. Реакция восстановления олова (4):
Sn(OH)4+ 6HCl→ H2[SnCl6]+4H2O
Mg+[SnCl6]2-→ Mg2++Sn2++6Cl-
Fe+[SnCl6]2-→ Fe2++Sn2++6Cl-
В кислой среде олово(4) восстанавливается металлическим магнием и металлическим железом при нагревании до олова(2). Олово (2) в реакционной смеси открывается по реакции восстановления солей висмута и ртути.
2. Реакция с сероводородной кислотой:
H2[SnCl6]+2H2S→SnS2↓+6HCl
Образуется желтый осадок сульфида олова, растворимый в концентрировнной соляной кислоте.
Реакции катионов мышьяка As3+ As5+
1. Реакция окисления йодом:
Na3AsO3+I2+H2O→ Na3AsO4+ 2HI
В слабощелочной среде арсенит натрия окисляется свободным йодом до арсената натрия. Другой стороны йодид-ион в кислой среде окисляется арсенат-ионами до свободного йода.Происходит обесцвечивание раствора вследствие перехода элементарного йода в йодид-ион. С
H3AsO4+2KI+2HCl→ H3AsO2+ I2+H2O+2KCl
Образование свободного йода легко установить по окрашиванию раствора в присутствии крахмала в синий цвет.
2. Реакция восстановления водородом (реакция Гутцайта)
В момент выделения водород восстанавливает ионы мышьяка в асин (мышьяковистый водород):
As3++3H+→AsH3↑
Арсин летуч и легко определяется по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором нитрата серебра:
AsH3+6AgNO3+3H2O→ H3AsO3+6Ag+HNO3
Водород при проведении опыта получают с помощью взаимодействия кислот с цинком или щелочей с алюминием:
2HCl+Zn→ZnCl2+2H
Al+NaOH+H2O→NaAlO2+3H
Анализ смеси катионов четвертой аналитической группы
В растворе солей катионов 4 аналитической группы сначала открывают катионы мышьяка восстановлением его водородом. Затем обнаруживают катионы олова раствором соли трехвалентного висмута в сильнощелочной среде. После открытия катионов мышьяка и олова прибавляют немного пероксида водорода и 20% раствора щелочи до полного растворения первоначального выпавшего осадка и нагревают, добавляя небольшими порциями пероксид водорода. Для отделения алюминия и олова добавляют небольшими порциями кристаллический сульфат аммония до получения слабощелочной реакции. Выпавший осадок гидроксидов алюминия и олова центрифугируют, промывают и растворяют в соляной кислоте. В одной части полученного раствора открывают катионы алюминия реакцией с ализарином, во второй- катионы олова (4), предварительно восстанавливая до катионов олова (2) железными опилками, которые обнаруживают с раствором соли висмута (3) в присутствии гидроксида натрия. Катионы олова (4) также можно обнаружить реакцией с сероводородом.
В фильтрате после отделения катионов алюминия и олова открывают катионы мышьяка, хрома и цинка. В части раствора реакцией восстановления до арсина обнаруживают катионы мышьяка. Катионы хрома открывают в кислой среде реакцией с пероксидом водорода с последующим прибавлением эфира. Часть раствора подкисляют и открывают цинк реакцией с дитизоном и цианоферратом.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 299; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!