Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Аналитические реакции катионов III группы

Анализ смеси катионов второй аналитической группы состоит в следующем. Вначале открывают и отделяют катионы Ba²⁺ в виде хромата бария BaCrO₄ в присутствии ацетат – анионов. Катионы Ca²⁺ и Sr²⁺ в этих условиях осадки хроматов не образуют.

Затем в отдельных пробах раствора, оставшегося после отделения катионов Ba²⁺, открывают катионы Sr²⁺ (гипсовой водой) и Ca²⁺ (реакциями с гексацианоферратом (II) калия и оксалатом аммония).

При необходимости разделяют катионы Ca²⁺ и Sr²⁺, прибавляя к раствору сульфат аммония. В осадок выпадает сульфат стронция, катионы кальция остаются в растворе в виде комплекса [Ca(SO₄)₂]^2-. Осадок сульфата стронция отделяют от раствора и определяют катионы Sr²⁺ (после перевода сульфата в карбонат кипячением с раствором соды с последующим растворением осадка карбоната стронция в уксусной кислоте). В растворе определяют катионы Ca²⁺.

1.Открытие и удаление катионов бария Ba²⁺. К исследуемому раствору добавляют бихромат калия K₂Cr₂O₇ и ацетат натрия CH₃COONa. В присутствии катионов бария выпадает желтый кристаллический осадок хромата бария BaCrO₄.

После полного выпадения осадка смесь центрифугируют, и осадок отделяют от раствора. В растворе могут содержаться катионы Ca²⁺ и Sr²⁺, а также анионы бихромата. Для отделения катионов Ca²⁺ и Sr²⁺ к раствору прибавляют соду Na₂CO₃ до перехода окраски из желто-оранжевой в желтую. При этом выпадет осадок карбонатов Ca²⁺ и Sr²⁺, который отделяют центрифугированием. Осадок карбонатов обрабатывают раствором уксусной кислоты (2 моль/л) до полного растворения.

2.Открытие катионов стронция Sr²⁺. Катионы стронция открывают в отдельной порции раствора реакцией с гипсовой водой при нагревании. Появление белого осадка сульфата стронция (помутнение раствора) указывает на присутствие катионов Sr²⁺.

3.Открытие катионов кальция Ca²⁺. Если катионы стронция присутствуют в растворе, то катионы Ca²⁺ открывают реакцией с K₄[Fe(CN)₆] - в присутствии хлорида аммония образуется белый осадок (NH₄)₂Ca[Fe(CN)₆]. Катионы стронция не мешают открытию катионов Ca²⁺ с помощью данной реакции. Если катионы Sr²⁺ отсутствуют, то Ca²⁺ открывают также реакцией с (NH₄)₂C₂O₄ – образуется белый осадок, нерастворимый в уксусной кислоте.

Систематический ход анализа смеси катионов II аналитической группы представлен в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Схема хода систематического анализа смеси катионов

II аналитической группы

Аналитические реакции катионов III группы

5.1 Аналитические реакции катионов цинка Zn²⁺

1. Соли цинка образуют со щелочами белый осадок гидроксида цинка, который растворяется в избытке щелочи с образованием бесцветного годроксокомплекса [Zn(OH)₄]^2-:

Zn²⁺ + 2 OH^- ® Zn(OH)₂¯; (5.1)

белый осадок

Zn(OH)₂¯ + 2 ОН^- ® [Zn(OH)₄]^2-. (5.2)

При действии сильных кислот комплекс разрушается с выпадением осадка гидроксида цинка, осадок в избытке кислоты растворяется.

2. Взаимодействие с водным раствором аммиака. Как и щелочи, раствор аммиака образует с растворимыми солями цинка белый осадок гидроксида, который растворяется в избытке реактива с образованием аммиачного комплекса цинка [Zn(NH₃)₄](OH)₂:

Zn²⁺ + 2 NH₄OH ® Zn(OH)₂¯ + 2 NH₄⁺; (5.3)

белый осадок

Zn(OH)₂¯ + 4 NH₃ ® [Zn(NH₃)₄](OH)₂. (5.4)

3. Катионы Zn²⁺ образуют с анионами сульфида S^2- в нейтральной, кислой, или слабощелочной средах (2 £ рН £ 9) белый осадок сульфида цинка ZnS:

Zn²⁺ + S^2- ® ZnS¯. (5.5)

белый осадок

Осадок не растворяется в уксусной кислоте, но растворяется в соляной и других минеральных кислотах. Реакцию получения осадка сульфида цинка часто проводят в присутствии СН₃СООН, так как в этих условиях открытию цинка не мешают остальные катионы данной группы.

Испытывают растворимость осадка в соляной кислоте – осадок растворяется.

4. При взаимодействии катионов цинка с растворами карбонатов щелочных металлов выпадает белый осадок оксокарбоната цинка:

2 Zn²⁺ + 3 CO₃^2- + 2 H₂O ® Zn(OH)₂CO₃¯ + 2 HCO₃^-. (5.6)

белый осадок

Оксокарбонат цинка растворим в сильных кислотах.

Испытывают растворимость осадка в соляной кислоте – осадок растворяется.

5. Катионы цинка образуют с гексацианоферратом (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (лучше при нагревании раствора) белый осадок двойной соли K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂:

t°

2 K⁺ + 3 Zn²⁺ + 2 [Fe(CN)₆]^4- —® K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂¯. (5.7)

белый осадок

Осадок не растворяется в разбавленной соляной кислоте, но растворяется в щелочах. Проведению данной реакции мешают все катионы, образующие малорастворимые ферроцианиды. Катионы Al³⁺ и Cr³⁺ не мешают данной реакции.

Испытывают растворимость осадка в щелочи - осадок растворяется.

6. Другие реакции катионов Zn²⁺. Растворимые соли цинка при взаимодействии с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄ образуют белый осадок фосфата цинка Zn₃(PO₄)₂ (осадок растворяется в кислотах и аммиаке); с хроматом калия K₂CrO₄ – желтый осадок ZnCrO₄ (осадок растворим в кислотах и щелочах).

5.2 Аналитические реакции катионов алюминия Al³⁺

1. Соли алюминия при взаимодействии с растворами щелочей образуют белый осадок гидроксида алюминия Al(OH)₃, который растворяется в избытке щелочи с образованием гидроксокомплекса [Al(OH)₆]³⁻ (реже образуется комплекс [Al(OH)₄]⁻):

Al³⁺ + 3 OH⁻ → Al(OH)₃↓; (5.8)

белый осадок

Al(OH)₃↓ + 3 OH⁻ → [Al(OH)₆]³⁻. (5.9)

Наиболее полное осаждение гидроксида алюминия происходит при рН ≈ 5-6. Осадок Al(OH)₃ растворяется в кислотах, но не растворяется в аммиаке.

При добавлении солей аммония к щелочному раствору (лучше при нагревании) гидроксокомплекс алюминия разрушается и вновь выпадает осадок Al(OH)₃:

[Al(OH)₆]³⁻ + 3 NH₄⁺ → Al(OH)₃↓ + 3 NH₃ + 3 H₂O. (5.10)

2. Катионы алюминия при взаимодействии с раствором аммиака (как и с растворами щелочей) образуют белый осадок Al(OH)₃↓:

Al³⁺ + 3 NH₄OH → Al(OH)₃↓ + 3 NH₄⁺. (5.11)

3. Ализарин (1,2-дигидроксиантрахинон) при взаимодействии с катионами Al³⁺ (в среде аммиака) образует малорастворимое комплексное соединение ярко-красного цвета (“алюминиевый лак”):

Комплекс устойчив в уксуснокислой среде. Данной реакции мешают катионы, которые образуют похожие комплексы с ализарином (Mn²⁺, Fe³⁺ и др.).

Реакцию выполняют капельным методом на фильтровальной бумаге. Для этого на бумагу наносят раствор соли алюминия, затем 1-2 капли раствора аммиака (или держат бумагу в парах аммиака над склянкой с его концентрированным раствором). Пары аммиака, взаимодействуя с раствором соли алюминия, образуют на бумаге соединение Al(OH)₃. Затем на пятно наносят каплю спиртового раствора ализарина, и снова держат бумагу в парах аммиака. Пятно сначала окрашивается в фиолетовый цвет, а при высыхании - в розово-красный.

Если в исследуемом растворе одновременно с катионами Al³⁺ присутствуют другие катионы, то капельную реакцию проводят на бумаге, пропитанной раствором K₄[Fe(CN)₆]. При нанесении капли раствора на такую бумагу образуются малорастворимые ферроцианиды тех катионов, которые мешают основной реакции; они дают темное пятно. Катионы Al³⁺, не дающие осадка ферроцианида, при добавлении капли воды переносятся растворителем на периферию пятна, где после обработки парами аммиака и ализарином они образуют ализариновый комплекс алюминия. При высушивании бумаги фиолетовый фон ализарина исчезает, а красная окраска "алюминиевого лака" остается.

4. При взаимодействии катионов Al³⁺ с растворами карбонатов щелочных металлов образуется осадок гидроксида алюминия белого цвета. Возможность протекания этой реакции обусловлена гидролизом карбоната металла по аниону.

2 Al³⁺ + 6 СО₃^2- + 6 Н₂О ® Al(OH)₃↓ + 6 НСО₃^-. (5.13)

5. Другие реакции катионов Al³⁺. Катионы Al³⁺ образуют осадки: с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄ – белый осадок AlPO₄; с ацетатом натрия СН₃СООNa – белый осадок основного ацетата алюминия СН₃СООAl(OH)₂.

5.3 Аналитические реакции катионов хрома (III) Cr³⁺

1. Растворимые соли хрома (III) при взаимодействии с растворами щелочей образуют осадок Cr(OH)₃ серо-зеленого цвета:

Сr³⁺ + 3 OH^- ® Cr(OH)₃↓. (5.14)

серо-зеленый ос.

Осадок гидроксида хрома (III) растворим в щелочах и кислотах:

Cr(OH)₃↓ + 3 OH^- ® [Cr(OH)₆]^3-; (5.15)

Cr(OH)₃↓ + 3 HCl + 3 H₂O ® [Cr(H₂O)₆]³⁺ + 3 Cl^-. (5.16)

2. Водный раствор аммиака осаждает катионы Сr³⁺ в виде осадка гидроксида серо-зеленого цвета:

Сr³⁺ + 3 NH₄OH ® Cr(OH)₃↓ + 3 NH₄⁺. (5.17)

В избытке раствора аммиака гидроксид хрома нерастворим.

3. Карбонаты щелочных металлов образуют при взаимодействии с катионом Сr³⁺ серо-зеленый осадок гидроксида:

2 Cr³⁺ + 6 СО₃^2- + 6 Н₂О ® Cr(OH)₃↓ + 6 НСО₃^-. (5.18)

4. Реакция окисления. В качестве окислителя используют раствор пероксида водорода Н₂О₂ в щелочной среде при нагревании.

ē коэфф.

Cr(OH)₃↓ + 5 OH^- - 3 ē ® CrO₄^2- + 4 H₂O 3 2

Н₂О₂ + 2 ē ® 2 OH^- 2 3

_______________________________________________________

и.у. 2 Cr(OH)₃↓ + 10 OH^- + 3 Н₂О₂ = 2 CrO₄^2- + 8 H₂O + 6 OH^-;

м.у. 2 Cr(OH)₃↓ + 4 NaOH + 3 Н₂О₂ = 2 Na₂CrO₄ + 8 H₂O. (5.19)

желтый р-р

При действии смеси пероксида водорода и щелочи соли хрома (III) переходят в соединения хрома (VI) - хроматы CrO₄^2- желтого цвета. Другие катионы III группы степень окисления в данном случае не меняют.

5. Образование надхромовой кислоты. При действии пероксида водорода и серной кислоты на раствор, содержащий анион хромата (после проведения реакции 4), образуется надхромовая кислота H₃CrO₈ или ее соль КН₂CrO₈ синего цвета. Для этого к желтому раствору приливают кислоту – переводят хроматы в бихроматы:

2 CrO₄^2- + 2 Н⁺ ® Cr₂O₇^2- + H₂O.

Затем приливают Н₂О₂ до образования надхромовой кислоты синего цвета:

ē коэфф.

Cr₂O₇^2- + 9 H₂O - 14 ē ® 2 CrO₈^3- 14 1

Н₂О₂ + 2 H⁺ + 2 ē ® 2 H₂O 2 7

________________________________________________________

и.у. Cr₂O₇^2- + 7 Н₂О₂ + 14 H⁺ + 9 H₂O = 2 CrO₈^3- + 14 H₂O + 18 Н⁺;

м.у. К₂ Cr₂O₇ + 7 Н₂О₂ = 2 КН₂CrO₈ + 5 H₂O. (5.20)

синий р-р

Желтый раствор, полученный после окисления хрома (III) пероксидом водорода до аниона хромата, нагревают до кипения, охлаждают под струей холодной воды, прибавляют 5 капель пероксида водорода, тщательно перемешивают и прибавляют по каплям избыток раствора серной кислоты до кислой реакции среды. В водных растворах надхромовая кислота неустойчивая и разлагается на соединения хрома (III). В растворах органических растворителей кислота устойчива, поэтому при проведении реакции (5.20) в смесь добавляют органический растворитель, не смешивающийся с водой (толуол, бензол). Надхромовая кислота переходит в органический слой и окрашивает его в синий цвет.

6. Другие реакции катионов хрома (III). При взаимодействии гидрофосфата натрия Na₂HPO₄ с соединениями хрома (III) образуется осадок фосфата хрома CrPO₄ зеленого цвета, растворимый в кислотах и щелочах.

В таблице 5.1 представлены некоторые аналитические реакции катионов III группы и свойства продуктов реакций.

Таблица 5.1

Продукты некоторых аналитических реакций катионов III группы