Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Аналитическая химия и физико-химические методы анализа качественный анализ. Часть 2: Сборник методических указаний к лабораторным работам

Голосов: 3

Сборник методических указаний по дисциплине "Аналитическая химия и физико-химические методы анализа" разработан в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. Данный сборник предназначен для студентов технических специальностей. Лабораторный практикум по качественному химическому полумикроанализу согласно кислотно-основной классификации катионов и анионов можно разделить на три раздела: анализ катионов I-III аналитических групп; анализ катионов IV-VI аналитических групп; анализ анионов I-III аналитических групп. Каждый раздел включает в себя выполнение контрольной задачи по определению катионов либо анионов в смеси неизвестного состава, что обеспечивает закрепление изученного материала. В настоящий сборник включены методические указания по 6 лабораторным работам курса качественного химического полумикроанализа.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    Камчатский государственный технический университет   УДК 24.4
                                                     ББК 543
            Кафедра биологии и химии                     Б43



                                                                                 Рецензент:
                                                                               А.С. Латкин,
                                                                    доктор технических наук, профессор




    АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ФИЗИКО-                          Белова Т.П., Саушкина Л.Н.
     ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
                                                     Б43     Аналитическая химия и физико-химические методы ана-
                                                           лиза. Качественный анализ. Ч. 2. – Петр.-Камч.: КамчатГТУ,
           КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ                             2002. – 40 с.
                  Часть 2
                                                              Сборник методических указаний по дисциплине «Аналитиче-
                                                           ская химия и физико-химические методы анализа» разработан
           Сборник методических указаний
                                                           в соответствии с государственным образовательным стандартом
      к лабораторным работам для студентов                 высшего профессионального образования «Требования к мини-
            технических специальностей                     муму содержания и уровню подготовки выпускника». Данный сбор-
                                                           ник предназначен для студентов технических специальностей.
                                                              Сборник методических указаний рассмотрен и одобрен на засе-
                                                           дании кафедры биологии и химии 24 июня 2002 г., протокол № 10.




                                                                                                   © КамчатГТУ, 2002
                                                                                                   © Авторы, 2002



         Петропавловск-Камчатский 2002
                                                                                      2


                              ВВЕДЕНИЕ                                                           Лабораторная работа № 6,7


    Лабораторный практикум по качественному химическому полу-                      ЧЕТВЕРТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ
микроанализу согласно кислотно-основной классификации катионов и
анионов можно разделить на три раздела: анализ катионов I-III аналити-
ческих групп; анализ катионов IV-VI аналитических групп; анализ                 1. Цель работы
анионов I-III аналитических групп.
                                                                             Изучить общие и частные реакции катионов четвертой группы,
    Каждый раздел включает в себя выполнение контрольной задачи по       провести систематический ход анализа катионов.
определению катионов либо анионов в смеси неизвестного состава, что
обеспечивает закрепление изученного материала.
                                                                                2. Задание
    В настоящий сборник включены методические указания по 6 лабо-
раторным работам курса качественного химического полумикроанализа.           2.1. Изучить общие реакции катионов. Исследовать полученные
Выполнение каждой работы рассчитано на 4 часа учебных занятий, в         осадки на растворимость в кислотах и избытке щелочи.
течение которых студенты выполняют работу, оформляют результаты
своих наблюдений в виде отчета и сдают его преподавателю.                       2.2. Провести частные реакции катионов.

    При изучении второй части курса аналитической химии и физико-            2.3. Провести систематический ход анализа смеси катионов 4 – ой
химических методов анализа основной целью является овладение навы-       аналитической группы.
ками проведения сложных аналитических опытов, связанных с открыти-              2.4. Написать отчет.
ем катионов в присутствии мешающих веществ на основе применения
способа маскировки. Овладение приемами проведения дробного и сис-
тематического методов анализа.                                                  3. Теоретическая часть
    В ходе выполнения лабораторных работ по аналитической химии и             К катионам четвертой аналитической группы относятся Al3+, Cr3+,
физико-химических методов анализа перед студентами ставятся сле-         Zn , As3+, As5+, Sn2+, Sn4+. Групповым реагентом на катионы четвертой
                                                                           2+

дующие задачи:                                                           группы являются едкие щелочи, добавленные в эквивалентном количе-
    овладеть навыками проведения сложного химического анализа;           стве. Осадки гидроксидов катионов четвертой группы растворимы в из-
                                                                         бытке реагента. Гидроксиды катионов четвертой аналитической группы
    закрепить навыки в написании полных и сокращенных ионных             амфотерны, поэтому они растворяются и в кислотах. Аммиак осаждает
уравнений химических реакций;                                            катионы Al3+, Cr3+, Sn2+, Sn4+ в виде гидроокисей в присутствии солей
    научиться составлять окислительно-восстановительные уравнения        аммония. В этих условиях гидроксид цинка растворяется вследствие
методом полуреакций;                                                     образования [Zn(NH3)6]2+ или [Zn(NH3)4]2+ по уравнению:

     освоить расчеты рН растворов сильных и слабых кислот и основа-             Zn(OH)2↓ + 6NH4OH → [Zn(NH3)6]2+ + 2OH- + 6H2O
ний, а также рН гидролизующихся солей.                                        Катионы алюминия и цинка имеют в растворах постоянную степень
                                                                         окисления, остальные катионы – переменную и, в зависимости от степе-
                                                                         ни окисления проявляют свойства окислителей и восстановителей. Так
                                                                         как гидроксиды катионов четвертой группы являются слабыми основа-
                                                                         ниями, их соли с сильными кислотами подвергаются гидролизу, рН рас-
                                                                         творов этих солей < 7. В присутствии избытка щелочей катионы четвер-
                                                                         той группы образуют анионы соответствующих кислот.

                                  3                                                                         4


    Катионы Cr3+ окрашены в зеленый или фиолетовый цвет, остальные         AlCl3 + 3NaOH → Al (OH)3↓ + 3NaCl
катионы четвертой группы бесцветны.
                                                                           Al (OH)3↓+ NaOH → NaAlO2 + 2H2O
    Так как гидрокисиды катионов четвертой группы амфотeрны, в рас-
                                                                           CrCl3 +3NaOH → Cr(OH)3↓ + 3NaCl
творах они могут диссоциировать и по типу оснований и по типу кисло-
ты:                                                                        Cr(OH)3↓ + NaOH → NaCrO2 + 2H2O
       2+      -                  +        2
    Ме + 2ОН ↔ Ме (ОН)2 ↔ 2Н + МеО2                           (1)          ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2↓ + 2NaCl
       3+      -                  +
    Ме + 3ОН ↔ Ме (ОН)3 ↔3Н +         МеО33-          (2)                  Zn(OH)2↓ + NaOH → Na2ZnO2 + H2O
    Гидроксиды, образованные катионами со степенью окисления +3,           SnCl2+ 2NaOH → Sn(OH)2↓ + 2NaCl
диссициируют более сложно. Это связано с тем, что гидрокисиды типа
Ме(ОН)3 хорошо отщепляют молекулу воды.                                    Sn(OH)2↓ + NaOH → Na2SnO2 + H2O

    Ме3+ + 3ОН- ↔ Ме (ОН)3 ↔Н2О + Н+ + МеО2-                  (3)           ОПЫТ №1. Возьмите четыре пробирки и внесите в каждую по 4 ка-
                                                                       пли раствора соответствующей соли (AlCl3, CrCl3, ZnCl2, SnCl2,), до-
    В соответствии с принципом Ле Шателье при действии кислоты         бавьте по 4 капли гидрокисида натрия, перемешивайте стеклянной па-
диссоциация гидроокисей по кислотному типу подавляется. Кислота        лочкой, отметьте образование и цвет осадков. Затем в каждую пробирку
связывает ионы ОН- в практически недиссоциированные молекулы во-       добавьте 6 – 7 капель раствора едкой щелочи, перемешайте стеклянной
ды.                                                                    палочкой и сделайте вывод о растворимости осадков в избытке реакти-
                                                                       ва. Пробирки, содержащие алюминат натрия и хромит натрия нагрейте.
    Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
                                                                       При нагревании снова выпадает гидроксид хрома в виде серо-зеленой
    Al(OH)3 + 3H+ + 3Cl- → Al3+ + 3Cl- + 3H2O                          массы. А осадок гидрооксида алюминия растворяется в избытке щелочи,
                                                                       но при нагревании осадка не образуется.
    Al(OH)3 + 3H+ → Al3+ + 3H2O
                                                                           4.1.2. Действие растворимых карбонатов (Na2CO3, К2СО3,
    Сильные щелочи подавляют диссоциацию гидроксидов четвертой
                                                                       (NH4)2CО3) на катионы четвертой группы. Растворимые карбонаты оса-
группы по типу основания. Они связывают ионы H+ в H2O
                                                                       ждают катионы Al3+, Cr3+, Sn2+ и Sn4+- в виде соответствующих гидро-
    H3CrO3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O                                      ксидов, катионы Zn2+ - в виде основной соли.
    Образующиеся при этом хромиты и алюминаты устойчивы только в           2AlCl3 + 3Na2CO3 → Al2(CО3)3 + 6NaCl
присутствии избытка щелочи.
                                                                           Al2(CО3)3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓+ 3CO2↑
    Большинство солей катионов четвертой группы подвергаются гид-
ролизу. Например:                                                          ОПЫТ №2. Возьмите четыре пробирки, в каждую внесите по 4–5
                                                                       капель соответствующей соли (AlCl3, CrCl3, ZnCl2, SnCl2) и добавьте
    Al2 (CO3)3 + 3H2O → Al(OH)3↓ + 3CO2                                столько же карбоната натрия. Перемешайте стеклянной палочкой, от-
                                                                       метьте образование и цвет осадков. Напишите уравнения реакций.
    ZnCO3 + 2H2O → (ZnOH)2CO3 + H2CO3

                                                                           4.2. Частные реакции катионов Аl3+
    4. Порядок выполнения работы
                                                                            4.2.1. Раствор аммиака (NH4OH) осаждает катион Al3+ в виде
    4.1. Общие реакции катионов четвёртой группы                       Al(OH)3, который несколько растворяется в избытке реагента, однако
    4.1.1. Изучите действие едких щелочей на катионы четвертой груп-   при избытке гидроксида аммония образуется буферная смесь, которая
пы. Едкие щелочи со всеми катионами четвертой группы (исключая         препятствует увеличению рН и полного растворения осадка не наблюда-
мышьяк) образуют гидроокиси, растворяющиеся в избытке реагента:        ется.
                                  5                                                                     6


    AlCl3 + 3NH4OH → Al(OH)3↓ + 3 NH4Cl                                  сушивания горячим воздухом (над пламенем горелки), внешняя часть
    Гидроокись алюминия не растворяется в растворах солей аммония.       кольца окрашивается в оранжево-красный цвет.
Если алюминий находится в растворе в виде алюмината, то для осажде-          4.2.3. Алюминон (аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты)
ния его аммиаком необходимо разрушить алюминат, действуя какой-          дает с катионом Al3+ внутрикомплексную соль, имеющую красную ок-
нибудь минеральной кислотой:                                             раску.
    NaAlO2 + 4HCl → AlCl3 + NaCl + 2H2O                                       ОПЫТ №5. Возьмите 4 – 5 капель AlCl3, поместите в пробирку, до-
                                                                         бавьте 2 – 3 капли 2н раствора уксусной кислоты CH3COOH и 4 – 5 ка-
    AlCl3 + 3NH4OH → Al(OH)3↓+3NH4Cl
                                                                         пель раствора алюминона. Пробирку со смесью нагрейте на водяной
    ОПЫТ №3. В пробирку вносим 4 – 5 капель AlCl3 и столько же ка-       бане, перемешайте, добавьте раствор аммиака до щелочной реакции, а
пель NH4OH. Перемешиваем палочкой. Делаем вывод о цвете осадка. Во       затем 3 – 4 капли 2н раствора карбоната аммония (NH4)2CO3. Наблюда-
вторую пробирку вносим 3 – 4 капли AlCl3, добавляем 5 – 6 капель         ется выпадение красного осадка или появление красной окраски. Реак-
NaOH, 3 – 4 капли HCl и затем 3 – 4 капли NH4OH.                         ция очень чувствительна. Следует иметь в виду, что кроме алюминия
                                                                         лаки красного цвета с алюминоном образуют Fe3+, Cr3+, Ca2+. В отличие
     4.2.2. Ализарин (1, 2 – Диоксиантрахинон С14H6O2OH) и некоторые
                                                                         от алюминиевого лака, лак, образованный хромом разрушается под дей-
его производные образуют в аммиачной среде с катитоном Al3+ трудно-
                                                                         ствием аммиака, а образованный кальцием под действием карбоната
растворимое соединение ярко–красного цвета, называемое алюминие-
                                                                         аммония. Ион железа должен быть полностью отделен.
вым лаком. Реакцию выполняют капельным методом.
                                                                             4.2.4. Реакция на катион Al3+ сухим путем
    ОПЫТ №4. На полоску фильтровальной бумаги нанесите 1 – 2 кап-
ли раствора хлорида алюминия, затем подержите 1 – 2 мин. над склян-           Твердые соединения алюминия и очень разбавленный раствор нит-
кой с концентрированным раствором аммиака. Катион Al3+ осаждается в      рата кобальта Co(NO3)2 после прокаливания окрашиваются в синий цвет
виде Al(OH)3. На полученное влажное пятно поместите каплю спиртово-      вследствие образования алюмината кобальта Cо(AlO2)2, имеющий синий
го раствора ализарина и снова подержите в парах аммиака. Появление       цвет, называемый тенаровой синью:
красно–фиолетового окрашивания говорит об образовании ализарината
                                                                                 2Al2(SO4)3 + 2Co(NO3)2 = 2Co(AlO2)2 + 6SO3 + 4NO2 ↑+ O2↑
аммония. Для разрушения маскирующей окраски осторожно подсушите
бумажку над пламенем горелки, окраска становится бледно–желтой, а             ОПЫТ № 6. Для выполнения реакции немного сухой соли алюми-
пятно ализаринового лака приобретает розово–красный цвет.                ния помещают в ушко нихромовой проволоки, смачивают 1-2 каплями
                                                                         раствора соли кобальта (0,05н) и прокаливают в пламени газовой горел-
    Присутствие катионов Cr3+, Zn2+, Sn2+, Fe3+ в анализируемом рас-
                                                                         ки. Если присутствует катион алюминия, перл имеет темно–синюю ок-
творе мешает открытию катиона Al3+ таким способом, поэтому опреде-
                                                                         раску. Проведению этой реакции мешают катионы Zn2+, Cr3+, Cu2+, Ni2+.
ление катиона Al3+ в этом случае проводят так: на полоску фильтроваль-
ной бумаги помещают каплю раствора ферроцианида калия K4[Fe(CN)6].
Для этого прикасаются к бумаге кончиком капилляра, в котором капил-
                                                                             4.3. Реакции катиона Cr3+
лярными силами удерживается немного исследуемого раствора, и дер-
жат капилляр несколько секунд, если в растворе присутствуют мешаю-           Хром образует два ряда устойчивых солей: соли оксида хрома (Ш)
щие катионы, то в центре пятна появляется осадок малорастворимых         и соли хромовой и двухромовой кислоты. Оксид хрома Cr2O3 проявляет
гексацианоферратов(П). Чтобы вымыть из него адсорбированные ионы         амфотерный характер, он образует соли не только с кислотами, но и с
алюминия, таким же путем наносят на осадок каплю воды. Теперь кати-      основаниями (CrCl3, KCrO2). Растворы солей, содержащие катион Cr3+,
он Al3+ находится в переферической части. Это пятно выдерживают под      имеют зеленую или фиолетовую окраску. Оксид хрома CrO3 является
парами аммиака, который осаждает катион Al3+ в виде Al(OH)3. Пятно       кислотным оксидом. Ему соответствуют хромовая H2CrO4 и двухромо-
по переферии обводят капилляром с раствором ализарина и снова обра-      вая H2Cr2O7 кислоты. Растворы, содержащие хромат-ион CrO42-, имеют
батывают газообразным аммиаком. При этом не должно оставаться жел-       желтую окраску, бихромат-ион Cr2O72- – оранжевую.
того окрашивания, свойственного ализарину в кислой среде. После вы-
                                  7                                                                        8


    4.3.1. Водный раствор аммиака и соли слабых кислот (Na2CO3,          солью – сульфатом марганца MnSO4. Эта реакция хорошо идет при на-
(NH4)2S и др) oбразуют с катионом Cr3+, осадок гидрооксида хрома         гревании:
Cr(OH)3 серо–зеленого (или серо–фиолетового) цвета:
                                                                             2KMnO4 + 3MnSO4 + 7H2O → 5MnO(OH)2↓ + K2SO4
                  CrCl3 + 3NH4OH → Cr(OH)3↓+ 3NH4Cl
                                                                             ОПЫТ №9. Налейте в пробирку 4–5 капель раствора сульфата хро-
    ОПЫТ №7. В пробирку налейте 3 – 4 капли Cr3+, добавьте 10 – 12       ма Cr2(SO4)3 (не СrCl3 !) 3 – 4 капли раствора серной кислоты H2SO4 и 10
капель гидроксида аммония. Перемешайте, Сделайте вывод об обра-          капель 0,1н раствора перманганата калия KMnO4 (избытка реактива
зующемся осадке.                                                         брать нельзя!), пробирку со смесью нагрейте на водяной бане несколько
    4.3.2. Окисления катиона Cr3+ в CrO42- в щелочной среде. Окисление   минут. Обратите внимание на изменение окраски – малиновый цвет рас-
можно проводить перекисью водорода H2O2 или перекисью натрия             твора переходит в оранжевый.
Na2O2.                                                                        4.3.4. Окисление катиона Cr3+ в кислой среде персульфатом аммо-
    CrCl3 + 3NaOH → Cr(OH)3↓ + 3NaCl                                     ния (NH4)2S2O8 протекает до бихромат-иона Cr2O72-.

    Cr(OH)3↓+ NaOH → NaCrO2 + 2 H2O                                          Cr2(SO4)3 + 3(NH4)2S2O8+ 7H2O → (NH4)2Cr2O7 + 2(NH4)2SO4 +
                                                                         7H2SO4
    2NaCrO2 + 3H2O2 + 2NaOH → 2Na2CrO4 + 4H2O
                                                                             2Cr3+ + 3S2O82- + 7H2O → Cr2O72- + 6SO42-+ 14H+
    2CrO2- + 3H2O2 + 2OH- → 2CrO42- + 4H2O
                                                                              ОПЫТ №10. В пробирку возьмите 5 – 6 капель раствора персульфа-
     ОПЫТ №8. Налейте в пробирку 3–4 капли раствора соли трехва-         та аммония (NH4)2S2O8, прибавьте каплю 2н раствора серной кислоты
лентного хрома. До бавьте 2–3 капли раствора H2O2 и 4 капли раствора     H2SO4 и каплю раствора нитрата серебра AgNO3 (катализатор), а затем
NaOH. Содержимое пробирки нагрейте в течение 3–4 минут. В присут-        2–3 капли раствора сульфата хрома Cr2(SO4)3. Хлорид хрома брать нель-
ствии ионов раствор над осадком окрасится в желтый цвет за счет обра-    зя! Пробирку нагрейте на водяной бане. Появление оранжевого окраши-
зования хромат-ионов. Осадок от фильтруйте и к фильтру добавьте рас-     вания указывает на образование аниона Cr2O72-. Затем раствор охладите
твор HNO3 до появления оранжевой окраски. (Почему ?) Затем прилей-       и добавьте 2– 3 капли перекиси водорода H2O2 и смесь изоамилового
те 6–8 капель смеси эфира с изоамиловым спиртом и 2–3 капли раствора     спирта с эфиром и быстро взболтайте. Верхний слой (смесь эфира с изо-
H2O2. Смесь перемешайте. Появление интенсивно-синей окраски верх-        амиловым спиртом) окрашивается в синий цвет вследствие образования
него слоя указывает на образование H2CrO6 – надхромовой кислоты.         перекиси хрома CrO5 или надхромовой кислоты H2CrO6:
    Условия проведения реакции. Окисление Cr3+ до CrO42- должно              K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 → 2CrO5 + K2SO4 + 5H2O
протекать в щелочной среде. Окисление CrO42- до H2CrO6 протекает в
кислой среде. Открытие хрома при помощи этой реакции можно прово-            Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ → 2H2CrO6 + 3H2O
дить в присутствии катионов всех аналитических групп.                        Реакция образования перекиси хрома CrO5 очень чувствительная и
                              3+
     4.3.3 Окисление катиона Cr перманганатом калия KMnO4 протека-       позволяет открывать катион Cr3+ в присутствии катионов всех аналити-
ет до аниона Cr2O72-.                                                    ческих групп. Перекись хрома CrO5 быстро разлагается водой, но устой-
                                                                         чива в смеси эфира и изоамилового спирта.
    5Cr2(SO4)3+6KMnO4+11H2O → 5H2Cr2O7 + 6MnSO4 + 3K2SO4 +
6H2SO4                                                                       Условия проведения опыта. Реакцию можно проводить только в ки-
                                                                         слой среде. H2CrO6 неустойчива в водных растворах, поэтому реакция
    10Cr3+ + 6MnO4- + 11H2O = 5Cr2O72- + 6Mn2+ + 22H+                    проводится в присутствии смеси изоамилового спирта и эфира, в кото-
    При этой реакции малиновая окраска анионов MnO4- исчезает, но        рой она хорошо растворима. Реакция окисления хрома протекает в при-
может появится бурый осадок гидрата двуокиси марганца MnO(OH)2           сутствии катализатора - ионов Ag+.
или марганцоватистой кислоты H2MnO3. Выпадение осадка объясняется
взаимодействием избытка перманганата калия KMnO4 с образующейся
                                   9                                                                       10


                                                                              Эта реакция позволяет отличить катион Zn2+ от катиона Al3+, кото-
    4.4. Реакции катиона Zn2+                                             рый с гексацианоферратом (П) осадка не образует.

    4.4.1. Раствор аммиака дает с катионом Zn2+ белый осадок гидро-           4.4.5. Раствор дифенилкарбазона (дитизона) в хлороформе ССl3 или
ксида цинка Zn(OH)2, растворимый в избытке реагента с образованием        в четыреххлористом углероде CCl4 дает с катионом Zn2+ внутриком-
комплексного соединения – аммиаката цинка [Zn(NH3)4](OH)2                 плексную соль красного цвета.Эта соль в щелочной среде окрашивает не
                                                                          только хлороформенный слой, но и верхний водный, что позволяет от-
    ZnCl2 + 2NH4OH → Zn(OH)2↓ + 2NH4Cl                                    крывать данной реакцией катион Zn2+ в присутствии других катионов.

    Zn(OH)2↓ + 4NH4OH → [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O                                 ОПЫТ №14. Налейте в пробирку 2–3 капли анализируемого рас-
                                                                          твора, добавьте 5 капель 2н раствора едкого натра. Выпавший осадок
    Гидроксид цинка, обладая сравнительно большой величиной произ-        (если он образуется) отцентрифугируйте. Каплю центрифугата помести-
ведения растворимости ( ПРZn(OH ) = 7,1 ⋅ 10−18 ), растворяется также в   те на предметное стекло или в маленькую фарфоровую чашку и обрабо-
                                  2

хлориде аммония.                                                          тайте 2–3 каплями раствора дитизона в хлороформе, перемешивайте
                                                                          стеклянной палочкой до тех пор, пока весь растворитель не испарится.
    ОПЫТ №11. Возьмите несколько капель хлорида цинка и по каплям         При наличии катиона Zn2+ водный раствор приобретает розовую или
прибавляйте раствор аммиака. Запишите свои наблюдения.                    красную окраску. При отсутствии его может появиться желтая окраска,
    4.4.2. Карбонаты щелочных металлов и аммония образуют белый           вызванная образованием дитизоната натрия. Если окрашивание наблю-
осадок основной соли переменного состава, растворимый в кислотах:         дается только в слое растворителя, то это еще не говорит о присутствии
                                                                          катиона Zn2+.
    2ZnCl2 + 2Na2CO3 + H2O → Zn2(OH)2CO3↓ + 4NaCl +CO2
     ОПЫТ №12. Возьмите пробирку, поместите в нее 4–5 капель хло-
рида цинка ZnCl2. Добавьте 4-5 капель карбоната натрия. Сделайте вы-          4.5. Реакции катионов Sn2+и Sn4+
вод.                                                                          Олово дает два ряда соединений: со степенью окисления +2 и +4.
    4.4.3. Cероводород H2S образует с катионом Zn     2+
                                                           белый осадок   Соединения олова со степенью окисления +2 являются активными вос-
сульфида цинка ZnS:                                                       становителями, легко окисляющиеся до Sn+4. В нейтральных растворах
                                                                          хлорид олова (П) SnCl2 гидролизуется, давая осадок гидросихлорида
    ZnCl2 + H2S → ZnS↓ + 2HCl                                             олова (П) Sn(OH)Cl. Гидролиз раствора можно предотвратить, введя
    Zn2+ + H2S → ZnS↓ + 2H+                                               избыток кислоты.

    ОПЫТ №13. Налейте в пробирку 3 - 4 капли раствора хлорида                 4.5.1. Восстановление катионом Sn2+ солей висмута и ртути.
цинка ZnCl2, добавьте 2 - 3 капли раствора ацетата натрия CH3COONa и          Если к щелочному раствору солей, содержащих катион Sn2+ при-
5-7 капель сероводородной воды (можно взять сульфид натрия). Про-         лить небольшое количество раствора нитрата висмута Bi(NO3)3 или хло-
верьте рН раствора. При какой величине рН осадок сульфида цинка ZnS       рида ртути HgCl2, появится черный бархатистый осадок металлического
будет растворяться?                                                       висмута или ртути:
     Условия проведения опыта. Осаждение можно проводить при рН 3-            SnCl2 + 4KOH → K2SnO2 + 2KCl + 2H2O
9. Реакция протекает лучше в уксусно-кислой среде. Присутствие окис-
лителей мешает проведению реакции.                                            2Bi(NO3)3 + 3K2SnO2 + 6KOH → 2Bi↓+ 3H2O + 6KNO3 + 3K2SnО3

    4.4.4. Ферроцианид калия K4[Fe(СN)6] образует с катионом Zn2+ бе-         HgCl2 + K2SnO2 + 2KOH → Hg↓+ K2SnO3 + 2KCl + H2O
лый осадок двойной соли:                                                      ОПЫТ 15. В пробирку налейте 4 капли раствора, содержащего ка-
                                                                          тион Sn2+, прибавите 6–7 капель 2н раствора едкой щелочи. Обратите
    3ZnSO4 + 2K4[Fe(СN)6] → K2Zn3[Fe(СN)6]2 ↓ + 3K2SO4
                                                                          внимание: осадок должен выпасть, а затем раствориться (почему?). По-
                                  11                                                                       12


сле этого добавьте в пробирку1 – 2 капли раствора Bi(NO3)3. При нали-        [SnCl6]2- + 2H2S → SnS2 + 6Cl- + 4H+
чии в растворе катиона Sn2+ выпадает черный бархатистый осадок вис-
мута. Проведите подобную реакцию с нитратом ртути. Наблюдения
опишите.                                                                     4.6. Систематический ход анализа смеси катионов четвертой
                                                                         группы
    Условия проведения опыта: Реакция протекает в сильно щелочных
растворах. Если в анализируемом растворе присутствуют ионы SbIII, то         Берут 6 - 7 капель исследуемого раствора, добавляют в пробирку 8
открытие проводят в присутствии анилина.                                 капель раствора аммиака и 6 - 7 капель перекиси водорода и затем на-
                                                                         гревают 6 – 7 мин. на водяной бане. Осадок гидроксида алюминия
    ОПЫТ №16. На полоску фильтровальной бумаги нанесите каплю            Al(OH)3 и гидроксида олова Sn(OH)4 отделяют центрифугированием.
раствора нитрата висмута Bi(NO3)3, высушите, нанесите каплю иссле-       Центрифугат отделяют пипеткой и переносят в другую пробирку. Оса-
дуемого раствора и затем одну каплю анилина C6H5NH2. При наличии в       док растворяют в 5 - 6 каплях соляной кислоты и из полученного рас-
растворе катиона Sn2+ на бумаге через некоторое время появится темное    твора открывают алюминий и олово, разделив раствор на две час-
пятно. При помощи этой реакции можно открывать ион в присутствии         ти.Определение катиона Al3+ производят ализарином и нитратом ко-
катионов всех аналитических групп.                                       бальта Co(NO3)2. SnIV открывают с нитратом висмута Bi(NO3)3, восста-
     4.5.2. Сероводородная вода в кислых растворах дает с катионом       новив его до катиона Sn2+.
Sn2+ осадок темно-коричневого цвета сульфида олова SnS:                      Центрифугат, содержащий анионы CrO42-и аммиакат цинка
    SnCl2 + H2S → SnS↓ + 2HCl                                            [Zn(NH3)4]2+, нейтрализуют уксусной кислотой (добавляя кислоту по
                                                                         каплям и помешивая стеклянной палочкой) и нагревают на водяной бане
    Sn2+ + H2S → SnS↓ + 2H+                                              2 – 5 мин., затем добавляют 5 – 6 капель раствора карбоната натрия
    4.5.3. Реакция иона Sn (IV) с металлическим магнием. Металличе-      Na2CO3 и осаждают цинк в виде основной соли (ZnOH)2CO3. Осадок
ский магний и металлическое железо восстанавливают Sn (IV) до Sn (II).   отделяют и растворяют в нескольких каплях уксусной кислоты. В полу-
                                                                         ченном растворе катион Zn2+ обнаруживают реакцией с дитизоном или
    Mg + [SnCl6]2- →Mg2+ + Sn2+ + 6Cl-                                   микрокристаллоскопической реакцией.
    Fe + [SnCl6]2- → Fe2+ + Sn2+ + 6Cl-                                       Фильтрат после отделения основной соли (ZnOH)2CO3 содержит
    Примечание. Ион [SnCl6]2-- образуется в ходе реакции:                хромат-ионы CrO42-, которые открывают одной из качественных реак-
                                                                         ций.
    Sn(OH)4 + 6HCl → H2[SnCl6] + 4H2O
    ОПЫТ №17. В пробирку налейте 4 - 5 капель раствора SnCl4, до-
бавьте 2 капли концентрированной соляной кислоты и бросьте две               4.7. Анализ смеси катионов четвертой группы дробным методом
стружки металлического магния, нагревайте 3–4 мин. на водяной бане.          Анализ смеси катионов четвертой группы можно проводить дроб-
Полученный раствор проверьте на присутствие катиона двухвалентного       ным методом. Обычно рекомендуется начинать исследование с опреде-
олова (опыт № 15).                                                       ления катиона Sn2+, чтобы избежать влияния процесса “старения”.
    Условия проведения опыта. При восстановлении SnIV магнием ре-            Определение Sn(II) и Sn(IV). Они открываются из отдельной пробы
акция должна быть сильно кислой. Магний берется химически чистым.        общего раствора реакций с нитратом висмута Bi(NO3)3. Катион Cr3+ от-
Перед добавлением раствора Bi(NO3)3 смесь обрабатывают раствором         крывает из отдельной пробы исследуемого раствора окислением переки-
щелочи до образования Na2SnO2.                                           сью водорода до CrO5. Катион Zn2+ может быть открыт реакциями с ди-
    4.5.4.Сероводород дает с SnIV желтый осадок SnS2, растворимый в      тизоном или сероводородом; а алюминий - ализарином с применением
концентрированной соляной кислоте                                        K4[Fe(CN)6] для устранения мешающего влияния катионов или алюми-
                                                                         ноном. Дробный метод определения служит чаще всего для предвари-
    H2[SnCl6] + 2H2S → SnS2↓+ 6HCl                                       тельного исследования раствора на катионы четвертой группы.

                                    13                                                                     14


                                                                             2.1 Провести реакцию катионов пятой аналитической группы с
    Окончательные результаты получают, проверяя наличие тех или         групповым реагентом.
иных катионов систематически ходом анализа. Следует иметь в виду,
что систематический анализ смеси катионов четвертой аналитической               2.2 Изучить частные реакции катионов пятой группы.
группы осложняется, если катионы цинка и хрома присутствуют одно-           2.3 Провести систематический ход анализа смеси катионов пя-
временно за счет образования нерастворимого цинката хрома.              той аналитической группы.
                                                                                2.4.Оформить отчет.
    5. Содержание отчета
    Отчет должен содержать: Конспект частных реакций катионов чет-          3. Теоретическая часть
вертой группы. Сводную таблицу реакций катионов четвертой группы.
Схему систематического хода анализа катионов четвертой группы. Все          К пятой аналитической группе катионов относятся Fe2+, Fe3+, Mn2+,
реакции необходимо представить в полном, полном ионном и сокра-         Mg , Bi3+, Sb3+, Sb5+. Катионы пятой группы в отличие от катионов дру-
                                                                           2+

щенном ионном виде. Реакции окисления-восстановления должны со-         гих аналитических групп при взаимодействии со щелочами образуют
держать электронно-ионный баланс.                                       осадки гидроксидов, нерастворимые в избытке щелочей и растворе ам-
                                                                        миака, но растворимые в кислотах. Эти элементы за исключением вис-
                                                                        мута и магния имеют переменную степень окисления и обладают спо-
    6. Вопросы для самопроверки                                         собностью комплексообрабования.
     6.1. по справочнику Ю.Ю. Лурье подобрать несколько окислителей,        Нитраты, хлориды и сульфаты железа, марганца и магния хорошо
которыми можно окислить катионы Cr3+ в CrO42- или в Cr2O72-. Напиши-    растворимы в воде. Соли сурьмы и висмута при растворении в воде лег-
те уравнения реакций и составьте электронно-ионный баланс.              ко гидролизуются, образуя основные соли. Карбонаты, фосфаты и гид-
                                                                        рофосфаты катионов пятой группы в воде не растворимы. Сероводород
     6.2. Будут ли катионы двухвалентного олова окисляться перманга-    осаждает из нейтральных растворов сульфиды всех катионов пятой
натом калия? В какой среде эта реакция будет протекать более энергич-   группы, которые растворимы в растворах соляной кислоты, за исключе-
но. Напишите уравнения реакции методом полуреакций.                     нием сульфидов висмута и сурьмы.
    6.3. Какова будет реакция водных растворов солей, формулы кото-
рых KI, NH4Br, Na2S, NH4Cl? Подтвердите уравнениями реакций.
                                                                            4. Порядок выполнения работы
    6.4. Вычислить степень гидролиза 0,1 M раствора ацетата натрия?
                                                                            4.1. Действие группового реагента.
                                                                             Групповым реагентом на катионы пятой аналитической группы яв-
                        Лабораторная работа №8                          ляются растворы щелочей, которые осаждают гидроксиды катионов пя-
          ПЯТАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ                           той группы:
                                                                            FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + 2NaCl «зеленый осадок; буреет»
    1. Цель работы                                                          FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl «темно – бурый осадок»
    Изучить общие и частные реакции катионов пятой аналитической            MnCl2 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + 2NaCl «белый осадок; буреет»
группы и систематический ход анализа смеси группы гидроксидов, не-          MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + 2NaCl «белый осадок»
растворимых в избытке щелочи.
                                                                            BiCl3 + 3NaOH → Bi(OH)3↓ + 3NaCl «белый осадок»
    2.Задание
                                                                            SbCl3 + 3NaOH → Sb(OH)3↓ + 3NaCl «белый осадок»
                                  15                                                                       16


    H[SbCl6] + 6NaOH → SbO(OH)3↓ + 6NaCl + 2H2O «белый осадок»                 4.2.1. Реакция с гексацианоферратом(III) калия
                            2+                 2+
    Осадки гидроксидов Fe - Fe(OH)2 и Mn - Mn(OH)2 на воздухе                  Гексацианоферрат(III) калия дает с катионом Fe2+ синий осадок
быстро буреют вследствие окисления кислородом воздуха:                     турнбулевой сини:
    4Fe(OH)2↓ + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓ «бурый осадок»                           3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 3K2SO4
    2Mn(OH)2↓ + O2 + H2O → Mn(OH)4↓ «бурый осадок»                             Осадок не растворяется в кислотах. Течению этой реакции благо-
                                                                           приятствует умеренное подкисление раствора. Свободная щелочь вызы-
    Осадок гидроксида висмута Bi(OH)3 при нагревании желтеет вслед-
                                                                           вает разложение турнбулевой сини. Другие катионы пятой группы не
ствии образования оксовисмута (висмутила):
                                                                           мешают определению Fe2+.
    Bi(OH)3↓ → BiOOH↓ + H2O «желтый осадок»
                                                                                ОПЫТ №2. В пробирку наливают 2-3 капли раствора сульфата же-
    Растворимость гидроксидов различается для разных катионов пятой        леза (II), добавляют 4-5 капель воды и 2-3 капли гексацианоферрата(III)
группы. В воде и щелочах осадки гидроксидов нерастворимы, за исклю-        калия. Обратите внимание на цвет осадка. Проверьте его растворимость
чением свежеосажденного гидроксида сурьмы Sb(OH)3, который рас-            в кислотах и щелочах. Опишите свои наблюдения.
творим с образованием комплексного соединения тетрагидроксостибата
                                                                               4.2.2. Реакция с диметилглиоксимом (реактив Чугаева)
калия:
                                                                                Диметилглиоксим образует с катионом Fe2+ внутрикомплексную
    Sb(OH)3 ↓ + KOH → K[Sb(OH)4]
                                                                           соль карминово-красного цвета. Так как диметилглиоксим является
    Гидроксид железа Fe2+ несколько растворим в солях аммония, по-         важнейшим реагентом на катионы никеля, с которым он образует со-
этому водным раствором аммиака осаждается не полностью.                    единение розового цвета, использовать эту реакцию для обнаружения
                                                                           Fe2+ можно только при доказанном отсутствии Ni2+.
    Гидроксид магния растворим в солях аммония вследствие того, что
соли аммония при гидролизе образуют сильную кислоту:                           ОПЫТ № 3. На предметное стекло помещают каплю анализируемо-
                                                                           го раствора, добавляют каплю реактива Чугаева и каплю раствора ам-
    NH4Cl + HOH = NH4OH + HCl
                                                                           миака. В присутствии катиона Fe2+ раствор окрашивается в карминово-
     Среда раствора становится кислой и гидроксид магния растворяет-       красный цвет.
ся, так как для начала его осаждения необходимо значение рН > 10,4.
                                                                               Реакцию проводят при рН ~ 9. обнаружению катионов Fe2+ мешают
Кроме того ион аммония связывает гидроксил в малодиссоциированное
                                                                           катионы марганца и никеля.
соединение, вследствие чего нарушается равновесное состояние и оса-
док Mg(OH)2 растворяется.
    Все гидроксиды катионов пятой группы растворяются в сильных                4.3. Реакции катиона Fe3+
кислотах с образованием соответствующих солей, например:
                                                                               4.3.1. Реакция с гексацианоферратом(П) калия
    Fe(OH)3 +3HCl = FeCl3 + 3H2O
                                                                               Ферроцианид калия K4[Fe(CN)6] образует с катионом Fe3+ темно-
                                                                     2+
     ОПЫТ №1. В пробирки наливают по 5 капель растворов солей Fe ,         синий осадок берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3 реакцию лучше прово-
Fe3+, Mn2+, Mg2+, Bi3+, Sb3+, Sb5+, в каждую пробирку добавляют по 5 ка-   дить в слабо кислых растворах. Слишком сильное подкисление может
пель воды и по 5 капель раствора едкого натра и оставляют на несколько     привести к растворению осадка.
минут. Повторяют опыт с раствором аммиака, а так же с раствором ам-
                                                                                ОПЫТ № 4. В пробирку берут 2-3 капли анализируемого раствора,
миака в присутствии солей аммония. Описать результаты наблюдений:
                                                                           добавляют 3-4 капли дистиллированной воды, 1-2 капли соляной кисло-
                                                                           ты и 2 капли раствора ферроцианида калия. В присутствии катионов
                                                                           Fe3+ образуется синий осадок или окрашивание. Реакцию можно прово-
    4.2. Частные реакции катиона Fe2+
                                                                           дить капельным методом на фильтровальной бумаге. Другие катионы не
                                   17                                                                        18


мешают открытию Fe3+. Свободные щелочи разлагают берлинскую ла-
                                                                           ОПЫТ № 7. В пробирку помещают немного персульфата аммония,
зурь.
                                                                       прибавляют 8 капель 2н азотной кислоты, 2 капли нитрата серебра и
                                                                       нагревают. В нагретую смесь вносят каплю в 20 раз разбавленного ис-
                                                                       пытуемого раствора и перемешивают. Если окраска слабая, то можно
    4.3.2. Реакция с роданидом аммония
                                                                       добавить еще испытуемого раствора, если же выпадет бурый осадок
     Роданид аммония NH4CNS образует с катионом Fe3+ роданид желе-     MnO(OH)2, опыт повторяют, разбавив испытуемый раствор. Опыт про-
за кроваво-красного цвета:                                             водится при рН < 2. реакция протекает в присутствии катализатора (ио-
                                                                       нов серебра). Восстановители мешают проведению реакции.
    FeCl3 + 3NH4CNS ↔ Fe(CNS)3 + 3NH4Cl
    ОПЫТ № 5. В пробирку наливают 2-3 капли анализируемого рас-
твора. Добавляют 4 капли воды и 2 капли раствора роданида аммония          4.5. Реакции катиона Bi3+
(или калия). При наличии катионов Fe3+ раствор окрашивается в крова-
                                                                           4.5.1. Реакция гидролиза
во-красный цвет. Реакцию проводят при рН < 3. Для полноты протека-
ния реакции необходимо использовать концентрированные растворы             BiCl3 + 2H2O → Bi(OH)2Cl + 2HCl
роданидов.
                                                                           Bi(OH)2Cl → BiOCl↓ + H2O
                                                                           ОПЫТ № 8. В пробирку берут раствор соли висмута и сильно раз-
    4.4 Реакции катиона Mn2+                                           бавляют водой, при этом выпадает белый осадок хлористого висмутила.
                                                                       Группа –Bi=O, входящая в состав основных солей висмута называется
    4.4.1. Окисление катиона Mn2+ в анион MnO4-
                                                                       висмутилом. Если используется нитрат висмута, то к раствору необхо-
     Эта реакция имеет очень большое значение, так как позволяет от-   димо добавить несколько капель хлорида аммония, так как азотнокис-
крывать наличие катиона Mn2+ в присутствии катионов всех аналитиче-    лый висмутил более растворим, чем хлористый.
ских групп. В качестве окислителей можно использовать диоксид свин-
                                                                           Соли сурьмы мешают проведению реакции. BiOCl не растворяется
ца, персульфат аммония и другие окислители, окислительно – восстано-
                                                                       в винной кислоте (в отличие от SbOCl).
вительный потенциал которых выше 1,51 в.
                                                                           4.5.2. Восстановление катиона Bi3+ до металлического висмута
    4.4.1.1 Окисление диоксидом свинца
                                                                           ОПЫТ № 9. В пробирку наливают 3 капли раствора хлорида олова
    2Mn(NO3)2 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H2O
                                                                       SnCl2 и прибавляют избыток гидроксида натрия, чтобы первоначально
     ОПЫТ № 6. В пробирку берут немного диоксида свинца, добавляют     выпавший осадок растворился:
5-7 капель азотной кислоты и нагревают. Если окраска раствора мали-
                                                                           SnCl2 + 2NaOH → Sn(OH)2 (или H2SnO2)+ 2NaCl
новая, значит диоксид свинца содержит следы марганца и для опыта не
пригоден. Если же окраска отсутствует, прибавляют каплю испытуемого        H2SnO2 + 2NaOH → Na2SnO2 + 2H2O
раствора, разбавленного в 10 раз. При наличии катиона марганца рас-
                                                                           К полученному щелочному раствору прибавляют 2 капли анализи-
твор окрашивается в малиновый цвет. Большие концентрации раствора
                                                                       руемого раствора. При наличии катионов Bi3+ выпадает черный осадок
соли марганца могут привести к выпадению MnO(OH)2 бурого цвета.
                                                                       металлического висмута:
Реакция должна проводится при рН < 2. Хлорид марганца брать нельзя
(почему?). Анионы – восстановители мешают проведению реакции и             Bi(NO3)3 + 3NaOH → Bi(OH)3 + 3NaNO3
должны быть удалены. Нагревание способствует проведению реакции.
                                                                           2Bi(OH)3 + 3Na2SnO2 → Bi↓ + 3Na2SnO3 + 3H2O
    4.4.1.2.Окисление персульфатом аммония
                                                                           Для проведения опыта берется свеже приготовленный раствор
    2MnSO4 + 5(NH4)2S2O8 + 8H2O → 2HMnO4 + 5(NH4)2SO4 + 7H2SO4         SnCl2. Не следует брать большого избытка щелочи. Проведению опыта

                                 19                                                                     20



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика