Реакции катиона хрома (III)

Растворы солей хрома (III) имеют характерную зелёную окраску.

1. Реакция с пероксидом водорода H₂O₂. При действии окислителей на катион Cr³⁺ образуются соли хромовой и дихромовой кислот. В кислой среде пероксид водорода окисляет хром (III) до дихромат-иона (раствор оранжевого цвета). Пероксид водорода в щелочной среде окисляет хром (III) до хромат-иона (раствор желтого цвета).

[Cr(OH)₄]^- + 3H₂O₂ + 2OH^- = 2CrO₄^2- + 8H₂O.

Методика проведения реакции. К 3 каплям раствора, содержащего ионы хрома, добавляют 3 капли раствора NaOH, 3 капли раствора H₂O₂, смесь подогревают. После появления желтой окраски охлаждают, добавляют 5 капель раствора HNO₃ для перехода хромата в дихромат (до появления оранжевой окраски), 6 капель смеси эфира с изоамиловым спиртом и 3 капли раствора H₂O₂. Раствор интенсивно перемешивают. Верхний слой окрашивается в синий цвет вследствие перехода в спиртовоэфирный слой пероксида хрома:

Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ + 2H⁺ = 2CrO₅ + 5H₂O.

2. Реакция с бензидином NH₂─C₆H₄─C₆H₄─ NH₂. Бензидин окисляется различными окислителями, в том числе и хромат-ионами, в соединение синего цвета. Прежде чем проводить капельную реакцию, нужно окислить ион Cr³⁺ в CrO₄^2- пероксидом водорода в щелочной среде.

Методика проведения реакции. К 2-3 каплям раствора соли хрома (III) прибавить раствор щелочи до растворения выпавшего осадка Cr(ОН)₃, 2-3 капли 3%-го раствора H₂O₂ и нагреть, пока окраска из зеленой не перейдет в желтую. На полоску фильтровальной бумаги нанести каплю полученного раствора хромата и каплю бензидина. Появляется синее пятно. Эту реакцию можно использовать для дробного обнаружения Cr³⁺ в смеси других катионов.

3. Реакция с пероксодисульфатом аммония (NH₄)₂S₂O₈. При окислении хрома(III) пероксодисульфатом аммония в кислой среде образуются бихромат-ионы. Для ускорения реакцию проводят в присутствии катализатора - нитрата серебра.

2Cr³⁺ + 3S₂O₈^2- + 7H₂O = Cr₂O₇^2- + 6SO₄^2- + 14H⁺.

Методика проведения реакции. К 3 каплям раствора, содержащего ионы Cr³⁺, добавляют 3 капли HNO₃, 2 капли AgNO₃ и 4 капли (NH₄)₂S₂O₈. Смесь подогревают и наблюдают появление оранжевой окраски.

4. Реакция с гидроксидом аммония NH₄OH. Растворы аммиака осаждают гидроксид хрома(III) серо-зеленого цвета, растворимый в избытке реагента с образованием комплексного соединения - гидроксида гексааминохрома(III) [Cr(NH₃)₆](OH)₃.

Cr³⁺ + 3NH₄OH = Cr(OH)_{3 (тв)} + 3NH₄⁺,

Cr(OH)₃ + 6NH₄OH = [Cr(NH₃)₆](OH)₃ + 6H₂O.

Методика проведения реакции. К 3 каплям раствора соли хрома добавляют 3 капли раствора гидроксида аммония. После выпадения осадка добавляют 6-8 капель гидроксида аммония.

Реакции катиона цинка

1. Реакция с тетрароданомеркуратом аммония (NH₄)₂[Hg(SCN)₄]. В присутствии соли кобальта выпадает голубой осадок, состоящий из смеси солей Co[Hg(SCN)₄] и Zn[Hg(SCN)₄]:

Co²⁺ + [Hg(SCN)₄]^2- = Co[Hg(SCN)₄]_(тв) – голубой

Zn²⁺ + [Hg(SCN)₄]^2- = Zn[Hg(SCN)₄]_(тв) – белый

Методика проведения реакции. К 2-3 каплям (NH₄)₂[Hg(SCN)₄] прибавить одну каплю очень разбавленного (0,02%) раствора СоС1₂. Затем в ту же пробирку добавить 1-2 капли раствора соли цинка и потереть палочкой стенки пробирки. Быстро выпадает осадок, состоящий из смеси солей Co[Hg(SCN)₄] голубого цвета и Zn[Hg(SCN)₄] белого цвета.

Роль цинка заключается в том, что образуемый им белый осадок как затравка ускоряет выпадение синего осадка соли кобальта. Реакция проводится в слабокислом растворе.

2. Реакция с гексацианоферратом(II) калия (желтой кровяной солью) K₄[Fe(CN)₆]. При проведении реакции в нейтральной или кислой среде образуется осадок двойной соли белого цвета:

Zn²⁺ + K₄[Fe(CN)₆] = K₂Zn[Fe(CN)₆]_(тв) + 2K⁺

Методика проведения реакции. В пробирку помещают 3 капли раствора соли цинка, 3 капли раствора гексацианоферрата(II) калия, нагревают и наблюдают образование белого осадка.

3. Реакция с дифенилтиокарбазоном (дитизоном) (C₆H₅)₂CSN₄H₂. При добавлении раствора дитизона в хлороформе CHCl₃ к водному раствору, содержащему ионы цинка, образуется дитизонат цинка, окрашивающий в щелочной среде хлороформный и водный слой в красный цвет. Мешают определению ионы Ag⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Bi³⁺.

Методика проведения реакции. К 3-4 каплям раствора, содержащего ионы цинка, прибавляют 3-4 капли 2 н. раствора NaOH. Каплю полученного щелочного раствора наносят капилляром на фильтровальную бумагу. Пятно обводят по периферии капилляром с раствором дитизона в CCl₄. Образуется характерное красное кольцо, которое сравнивают с контрольным опытом. Для этого рядом помещают на бумагу каплю 2 н. NaOH и также обводят ее капилляром с раствором дитизона в CCl₄. Образуется оранжевое пятно.

Вывод:

Из общей характеристики катионов III группы следует, что их соли – сульфиды – нерастворимы в воде, но растворяются в разбавленных сильных кислотах, отличаясь тем самым от сульфидов катионов I и II групп.

Групповым реактивом на катионы III группы является сульфид аммония, с катионами железа, цинка, марганца образует сульфиды. С катионами хрома, алюминия образует гидроксиды. Образование гидроксидов хрома и алюминия объясняется наличием гидроксид – ионов ОН.

При обменных реакциях образуются наименее растворимые вещества. В случае катионов Al³⁺ и Cr³⁺ наименее растворимы гидроксиды, поэтому они и выпадают из раствора. Из соединений остальных катионов III группы наименьшей растворимостью отличаются сульфиды, поэтому они и выпадают из раствора. Следует иметь в виду, что при осаждении сульфидов очень сильное влияние оказывает концентрация ионов водорода.

Амфотерность гидроксидов изучалась в курсе неорганической химии, явление следует вспомнить, т.к. амфотерность играет большую роль в химическом анализе.

Типичными амфотерными гидроксидами катионов III группы являются Z(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃. Амфотерные свойства этих гидроксидов проявляются в том, что при диссоциации они дают как ионы Н⁺, так и ионы ОН^-

При действии кислот на амфотерный гидроксид он реагирует как основание: Zn(OH)₂ + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O

При действии щелочей он реагирует как кислота:

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂ Тетрагидроксоцинкат натрия

Следовательно, в кислых растворах присутствуют ионы: Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, а в щелочных растворах – в виде анионов тетрагидроксоцинкат-иона ^2-, гексагидроксоалюминат-иона ^3-, гексагидроксо (III) хромат-иона ^3-. Для отдаления Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺ - ионов от остальных катионов III группы можно воспользоваться действием избытка щелочи, осаждающей все остальные катионы в виде гидроксидов. В растворе остаются цинкат, алюминат и хромит ионы.

Окислительно-восстановительные реакции изучались в курсе неорганической химии, поэтому учащийся должен вспомнить, что химические процессы, связанные с изменением степени окисления элементов или ионов, участвующих в реакции, называют окислительно-востановительными.

Катионы III группы склонны к реакциям окисления-восстановления. Многие катионы III аналитической группы открываются, осаждаются реакциями окисления-восстановления.

Названия комплексных солей образуют по общему правилу: сначала называют анион, а затем – катион в родительном падеже. В названии комплексной частицы в определенном порядке перечисляются все ее составные части. В начале называют лиганды ионного происхождения, количество лигандов обозначают, используя греческие числительные 2-ди, 3-три, 4-тетра, 5-пента, 6-гекса. К латинскому названию анионного лиганда добавляется окончание «о» (при этом, если название аниона оканчивается на «ид», то оно отбрасывается), Cl^- - хлоро, F^- - фторо, для обозначения таких лигандов, как Н⁺ и S^2-, используются названия «гидридо» и «тио» (соответственно).

Затем указывают число и название молекулярных лигадов, причем вода называется – акво, аммиак – аммин.

Последним называется комплексообразователь. Если он входит в состав катиона или молекулы, то ему дается русское название данного элемента и указывается степень его окисленности (в скобках римскими цифрами после названия комплексообразователя).

Название комплексного аниона составляют аналогично названию катиона и заканчивают суффиксом «ат».

Название нейтральных комплексных частиц образуют так же, как и катионов, но комплексообразователи называют в именительном падеже, а степень окисленности не указывают, так как она определяется электронейтральностью комплекса:

1. Комплексная соль содержит комплексный катион:

SO₄ – сульфат бромопентаамминокобальта (III)

2. Комплексная соль содержит комплексный анион:

(NH₄)₂ - дигидроксотетрахлороплатинат (IV) аммония

3. Нейтральная комплексная частица:

- трифторотриаквохром (III)