Лабораторне заняття № 2

Лабораторна робота № 5

Реакції катіонів четвертої аналітичної групи: Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺

Груповий реагентNаOH осаджує катіони четвертої аналітичної групи у вигляді осадів різного кольору:

Mg²⁺ + 2 OH⁻ = Mg(OH)₂↓ білий,

Mn²⁺ + 2 OH⁻ = Mn(OH)₂↓ білий,

але поступово перетворюється на коричневий

2 Mn(OH)₂↓ + O₂ = 2 MnO(OH)₂↓,

Fe²⁺ + 2 OH⁻ = Fe(OH)₂↓ зеленкувато-чорний,

Fe³⁺ + 3 OH⁻ = Fe(OH)₃↓ червоно-бурий.

Осади розчинні у кислотах, але нерозчинні у надлишку NаOH (на відміну від осадів катіонів 5-ї аналітичної групи: Al³⁺, Zn²⁺,Cr³⁺, Sn²⁺) і нерозчинні у надлишку NН₄OH (на відміну від катіонів 6-ї аналітичної групи: Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Cd²⁺).

Виконання: у 4-ри чисті пробірки взяти по 2 – 3 краплі розчинів: у першу – солі магнію (ІІ), у другу – солі мангану (ІІ), у третю – солі феруму (ІІ), у четверту – солі феруму (ІІІ). Додати у кожну по 3 – 4 краплі 1 М розчину NаOH. Спостерігати утворення неоднакових за зовнішнім виглядом осадів.

Гідроксиди катіонів 4-ї аналітичної групи осаджуються розчином NH₄OH (NH₃∙H₂O), але у присутності солей амонію двозарядні катіони осаджуються неповністю, а катіони магнію не осаджуються взагалі.

Катіони магнію Mg²⁺

1. Гідроксид натрію або калію осаджує іони Mg²⁺ у вигляді білого аморфного осаду Mg(ОН)₂. Це єдиний білий осад з тих, що утворюють катіони 4-ї групи, який залишається білим, не окиснюючись киснем повітря при збовтуванні пробірки з осадом.

2. Гідроксид амонію NH₄OH (2 М розчин NH₃∙в H₂O) не осаджує катіони магнію у присутності солей амонію: розчин Mg²⁺ залишається прозорим і безбарвним, якщо перед додаванням NH₄OH додати 2 М розчин NH₄Cl. Подібний результат можна отримати з катіонами цинку (5-та група) і кадмію (6-та група), гідроксиди яких розчиняються у надлишку NH₄OH у присутності NH₄Cl, але з утворенням безбарвних комплексних сполук.

2. Гідрофосфат натріюNa₂HPO₄ (0,5 н.) у слабколужному середовищі, яке створюється амонійною буферною сумішшю (NH₄Cl + NH₄OH), утворює з іонами магнію білий кристалічний осад магній – амоній-фосфату:

Mg²⁺ + HPO₄²⁻ + NH₄OH ® MgNH₄PO₄¯ + H₂O,

розчинний у кислотах.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину солі магнію (MgCl₂, Mg(NO₃)₂ або MgSO₄) додати 2 – 3 краплі 2 М NH₄Cl, 1 – 2 краплі 2 М NH₄OH, перемішати і додати 2 – 3 краплі Na₂HPO₄. Білий кристалічний осад повинен з’явитися тільки після додавання останнього реагенту.

Гідрофосфат натрію утворює білі осади також з катіонами другої аналітичної групи та з цинком і манганом (ІІ):

3 Ca²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH ® Ca₃(PO₄ )₂¯ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

3 Ba²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH ® Ba₃(PO₄ )₂¯ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

3 Zn²⁺ + 2 HPO₄²⁻ + 2 NH₄OH ® Zn₃(PO₄ )₂¯ + 2 NH₄⁺ + 2 H₂O

Mn²⁺ + HPO₄²⁻ + NH₄OH ® MnNH₄PO₄¯ + H₂O.

Катіони Mn²⁺ із сильними окисниками перетворюються у червоно-фіолетовий перманганат. Саме тому потрібно спочатку правильно визначити аналітичну групу, а вже потім сам катіон.

Катіони марганцю Mn²⁺

1. Сильні окисники (вісмутат натрію, діоксид плюмбуму, персульфат амонію) у сильнокислому середовищі окиснюють Mn²⁺ до MnO₄⁻ і розчин набуває червоно-фіолетового (малинового) забарвлення:

2 Mn²⁺ + 5 NaBiO₃ + 14H⁺ ® 2 MnO₄⁻ + 5 Bi³⁺ + 5 Na⁺ + 7 H₂O

2 Mn²⁺ + 5 PbO₂ + 4 H⁺ ® 2 MnO₄⁻ + 5 Рb²⁺ + 2 H₂O

2 Mn²⁺ + 5 S₂O₈²⁻ + 8 H₂O ® 2 MnO₄⁻ + 10 SO₄²⁻ + 16 H⁺

Надлишок Mn²⁺ заважає реакції, тому що він відновлює MnO₄⁻ до MnO₂. Потрібно виконувати реакцію так, щоб надлишку Mn²⁺ не було. Виконання: у чисту пробірку взяти не більше однієї краплі 0,5 н. розчину солі мангану (ІІ) додати 3 – 4 краплі 6 н. HNО₃, перемішати і вилити. Те, що залишилось на стінках пробірки, змити у пробірку 6 н. розчином HNО₃ (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Додати невелику кількість коричневого порошку NaBiO₃, перемішати і зачекати, поки надлишок NaBiO₃ осяде на дно. Розчин повинен набути червоно-фіолетового або малинового забарвлення. Якщо малинове забарвлення швидко зникає, а у розчині і на стінках з’являється коричнева муть, це означає, що концентрація Mn²⁺ усе ще занадто велика.Інші катіони не заважають цій реакції.

Катіони феруму (ІІ)

1. Гексаціаноферат(ІІІ) калію K₃[Fe(CN)₆] (1 н.) у присутності 2 М НСl утворює з Fe²⁺ темно-синій осад, склад якого залежить від умов проведення реакції:

3 Fe²⁺ + 2 [Fe(CN)₆]³⁻ ® Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі розведеної НСl, 2 – 3 краплі розчину солі FeSO₄ і додати 2 – 3 краплі K₃[Fe(CN)₆] (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення темно-синього осаду.

КатіониFe ³⁺ з цим реагентом осаду не утворюють, але розчин набуває бурого забарвлення. Катіони Cо²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ утворюють осади бурого, червоного і жовто-бурого кольору, але вони не заважають реакції, тільки темно-синій осад Fe₃[Fe(CN)₆]₂ стає темно-зеленим або синьо-чорним.

Катіони феруму(ІІІ)

1. Гексаціаноферат (ІІ) калію К₄[Fe(CN)₆] (1 н.) у присутності 2 М НСl утворює з іонами Fe³⁺ темно-синій осад:

4 Fe³⁺ + 3 [Fe(CN)₆]⁴⁻ ® Fe₄[Fe(CN)₆]₃¯,

склад якого залежить від умов проведення реакції.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 2 М НСl, 2 – 3 краплі розчину FeCl₃ додати 2 – 3 краплі 1 н. K₄[Fe(CN)₆] (не торкатися піпеткою стінок пробірки!). Спостерігати утворення темно-синього осаду.

Катіони Cо²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ дають з реактивом білий, зелений та світло-зелений осади, які не заважають спостерігати утворення темно-синього осаду. Якщо у досліджуваному розчині присутні катіони Fe²⁺, то вони дають з реагентом білий осад. Але внаслідок окиснення Fe²⁺ киснем повітря до Fe³⁺ у розчині, де є Fe²⁺, завжди буде присутня невелика кількість катіонів Fe³⁺. Тому утворюється світло-синя суміш білого осаду Fe₂[Fe(CN)₆] з невеликою кількістю темно-синього Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

2. Роданід амонію NH₄SCN (тіоціанат амонію, насичений розчин) у кислому середовищі утворює з катіонами Fe³⁺ розчинну комплексну сполуку криваво-червоного кольору:

Fe³⁺ + n SCN⁻ «[Fe(SCN)_n]³⁻ⁿ, де n – від 1 до 6. Можлива зворотня реакція, тому потрібно додавати надлишок реагенту.

Виконання: у чисту пробірку взяти 1 – 2 краплі 0,5 н. розчину FeCl₃, додати краплю розведеної HNO₃ і 4 – 5 крапель NH₄SCN _насич.. Спостерігати утворення криваво-червоне забарвлення комплексної сполуки. Додати дистильованої води і упевнитись, що утворюється не осад, а саме розчинна сполука червоного кольору.

Аніони (тіоціанату) роданіду витісняють молекули води з внутрішньої координаційної сфери катіонів феруму (ІІІ):

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + 6 SCN⁻ «[Fe(SCN)₆]³⁻ + 6 H₂O

Але аніони, які мають більшу спорідненість до феруму (ІІІ), можуть витіснити тіоціанат:

[Fe(SCN)₆]³⁻ + 6 F⁻ «[FeF₆]³⁻ + 6 SCN⁻

При додаванні фториду натрію або фториду амонію червоний розчин знебарвлюється, ферум зв’язується у безбарвний фторидний комплекс. Ця реакція використовується для маскування феруму (ІІІ) при відкритті Со²⁺ за допомогою тіоціанату (роданіду).

Лабораторна робота № 6

Реакції катіонів п’ятої аналітичної групи: Al³⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Sn²⁺

Груповий реагентNаOH (2 М) осаджує катіони п’ятої аналітичної групи у вигляді осадів гідроксидів:

Zn²⁺ + 2 OH⁻ = Zn(OH)₂↓, білий

Al³⁺ + 3 OH⁻ = Al(OH)₃↓, білий

Sn²⁺ + 2 OH⁻ = Sn(OH)₂↓, білий

Cr³⁺ + 3 OH⁻ = Cr(OH)₃↓, сіро-зелений (або сіро-фіолетовий),

які є амфотерними і тому розчиняються у надлишку NаOH:

Zn(OH)₂↓ + 2 NaOH = Na₂[Zn(OH)₄],

Al(OH)₃↓ + NaOH = Na[Al(OH)₄],

Sn(OH)₂↓ + 2 NaOH = Na₂[Sn(OH)₄],

Cr(OH)₃↓ + NaOH = Na[Cr(OH)₄],

з утворенням безбарвних розчинів, хром (ІІІ) дає зелений розчин.

Виконання: у чотири чисті пробірки взяти по 2 – 3 краплі розчинів солей алюмінію, цинку, стануму та хрому (ІІІ) і додавати у кожну поступово по краплях 2 М розчин NаOH, спостерігати утворення осадів. Відібрати частину кожного з цих осадів у інші чотири чисті пробірки, додавати надлишок розчину NаOH і спостерігати розчинення їх у надлишку реагенту. Останні пробірки залишити для подальших дослідів.

Катіони алюмінію АІ³⁺

1. Дія NaOH. 0,25 М розчин солі АІ³⁺ утворює з 2 М розчином NaOH білий осад амфотерного гідроксиду, який розчиняється у надлишку NaOH. Але при додаванні 2 М розчину NН₄СІ і нагріванні знову утворюється білий осад Al(OH)₃↓.

Виконання: у ту пробірку, де у попередньому досліді утворилася безбарвнa комплексна сполука Na[Al(OH)₄], додавати NН₄СІ (дрібними порціями) і нагрівати майже до кипіння. Спостерігати утворення білого аморфного осаду Al(OH)₃↓:

Na[Al(OH)₄] + NН₄СІ = Al(OH)₃↓ + NН₃↑ + NaСІ + Н₂О.

Таку ж реакцію дає Sn²⁺, тому потрібно перевірити присутність Sn²⁺: з новою порцією досліджуваного розчину виконати реакцію з розчином Na₂S. Sn²⁺ на відміну від алюмінію дає коричневий осад.

2. Дія алізарину. Алізарин (1,2-діоксиантрахінон) утворює з гідроксидом алюмінію внутрішньокомплексну сполуку − алізаринат алюмінію яскраво-червоного кольору (алюмінієвий лак).

Виконання: Реакцію з алізарином дають багато інших катіонів, тому її доцільно проводити краплинним методом у присутності K₄[Fe(CN)₆]. На фільтрувальний папір на носять спочатку краплю розчину K₄[Fe(CN)₆], а потім – краплю розчину, що аналізується. Катіони, що заважають визначенню іонів алюмінію, при цьому зв‘язуються у малорозчинні гексаціаноферати і при розмиванні плями водою залишаються в центрі на відміну від іонів алюмінію, які не утворюють осаду з K₄[Fe(CN)₆] і переміщуються до периферії плями. При наступній обробці плями парами аміаку (фільтрувальний папір потримати над відкитою склянкою з 25 % розчином NН₄ОН) і розчином алізарину (піпеткою з розчином алізарину провести по зовнішньому колу плями) на периферії плями утворюється рожеве забарвлення алізаринату алюмінію на фоні фіолетового забарвлення алізарину. Фіолетове забарвлення фону зникає при висушуванні паперу, а забарвлення алюмінієвого лаку залишається. Чутливість реакції 0,5 мкг.

3. Дія нітрату кобальту. Ця реакція виконується сухим способом. Нітрат кобальту при прожарюванні з солями алюмінію утворює алюмінат кобальту синього кольору, який називають «тенарова синь»:

2 Al₂(SO₄)₃ + 2 Co(NO₃)₂ = 2 Co(AlO₂)₂ + 4 NO₂↑ + O₂↑ + 6 SO₃↑

Виконання: Для проведення реакції використовують розведені розчинисолей кобальту. Реакцію проводять у тіглі: вносять невелику кількість сухої солі алюмінію, додають 2 – 3 краплі розчину Co(NO₃)₂ і спостерігають утворення яскраво блакитних кристалів Co(AlO₂)₂. Реакцію можна також провести на платиновій дротині, прожарюючи сіль алюмінію, змочену розчином солі кобальту, або на фільтрувальному папері, після спалювання якого утворюється попіл синього кольору.

Дата добавления: 2015-05-24