Аналитические реакции катионов I группы




Кислотно-основная классификация катионов по группам

3.1 Аналитические реакции катионов серебра Ag+

 

Катионы серебра (Ag+) образуют осадки со многими реагентами. Для открытия катионов серебра (I) чаще всего используют реакции образования осадков с анионами: Cl, Br, I, CrO42−.

1. Катионы Ag+ при взаимодействии с растворимыми хлоридами, бромидами и иодидами образуют соответствующие осадки:

 

Ag+ + Cl → AgCl↓ (3.1); Ag+ + Br → AgBr↓ (3.2);

белый осадок желтоватый осадок

 

Ag+ + I → AgI↓ (3.3).

желтый осадок

 

Осадок хлорида серебра растворяется в концентрированном растворе аммиака с образованием комплексного соединения:

 

AgCl↓ + 2 NH3 → [Ag(NH3)2]Cl. (3.4)

 

При подкислении раствора данного комплекса вновь выпадает осадок хлорида серебра:

 

[Ag(NH3)2]Cl + 2 Н+ → AgCl↓ + 2 NH4+ (3.5)

 

При добавлении к раствору комплекса [Ag(NH3)2]Cl раствора иодида калия KI образуется осадок иодида серебра AgI↓ желтоватого цвета:

 

[Ag(NH3)2]Cl + KI → AgI↓ + KCl + 2 NH3 (3.6)

 

Осадок хлорида серебра растворяется также в концентрированном растворе соляной кислоты и растворах хлоридов, в растворе цианида калия KCN и растворе тиосульфата натрия Na2S2O3 с образованием растворимых комплексов:

 

AgCl↓ + Cl → [AgCl2]; (3.7)

 

AgCl↓ + 2 KCN → K[Ag(CN)2] + KCl; (3.8)

 

AgCl↓ + 2 Na2S2O3 → Na3[Ag(S2O3)2] + NaCl. (3.9)

 

Открытию катионов серебра (I) реакцией с ионами хлорида мешают катионы Pb2+, Hg22+, образующие малорастворимые осадки хлоридов.

2. При взаимодействии с концентрированным раствором H2SO4 или растворами сульфатов катион Ag+ осаждается в виде белого осадка сульфата:

 

2 Ag+ + SO42− → Ag2SO4↓. (3.10)

белый осадок

 

3. При взаимодействии с карбонатами щелочных металлов катион Ag+ осаждается в виде желтого осадка карбоната:

 

2 Ag+ + CO32− → Ag2CO3↓. (3.11)

желтый осадок

 

4. При взаимодействии катионов серебра Ag+ с анионами хромата CrO42− в нейтральной среде (рН ≈ 6,5-7,5) выпадает осадок хромата серебра кирпично-красного цвета:

 

2 Ag+ + CrO42− → Ag2CrO4↓. (3.12)

кирпично-красный ос.

 

Осадок растворим в кислотах; в концентрированном растворе аммиака с образованием комплексного соединения:

 

AgCrO4↓ + 4 NH3 → [Ag(NH3)2]2CrO4. (3.13)

 

Если реакцию между катионом Ag+ и анионом хромата CrO42− проводить в щелочной среде, то в осадок выпадает оксид серебра Ag2O. В уксуснокислой среде образуется бихромат серебра Ag2Cr2O7↓, осадок красно-бурого цвета.

Данной реакции мешают все катионы, образующие малорастворимые хроматы (Sr2+, Ba2+, Hg22+, Hg2+, Pb2+).

5. Среди других реакций катионов серебра Ag+ наиболее употребительны следующие. При взаимодействии катионов серебра Ag+ с сероводородом H2S или растворами сульфидов образуется черно-коричневый осадок сульфида серебра Ag2S. Со щелочами образуется черный осадок оксида серебра Ag2O. С тиоцианатом калия KNCS образуется белый осадок тиоцианата серебра AgNCS, растворимый в избытке реагента. С тиосульфатом натрия Na2S2O3 образуется белый осадок тиосульфата серебра Ag2S2O3, растворимый в избытке реагента. С гидрофосфатом натрия Na2HPO4 образуется желтый осадок ортофосфата серебра Ag3PO4. С гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6] и гексацианоферратом (III) калия K3[Fe(CN)6] образуются белый осадок Ag4[Fe(CN)6] и кирпично-красный осадок Ag3[Fe(CN)6] соответственно.

 

3.2 Аналитические реакции катионов ртути (I) Hg22+

 

1. Катионы Hg22+ при взаимодействии с анионами хлорида в растворах образуют белый осадок каломели Hg2Cl2:

Hg22+ + 2 Cl → Hg2Cl2↓. (3.14)

белый осадок

 

На свету осадок каломели постепенно чернеет вследствие образования тонкодисперсной металлической ртути:

 

Hg2Cl2↓ → HgCl2 + Hg↓. (3.15)

 

Осадок каломели Hg2Cl2 не растворяется в разбавленной HNO3, но растворяется в концентрированной HNO3:

 

3 Hg2Cl2↓ + 8 HNO3 → 3 HgCl2 + 3 Hg(NO3)2 + 2 NO↑ + 4 H2O. (3.16)

 

При добавлении к осадку каломели раствора аммиака он темнеет вследствие выделения тонкодисперсной металлической ртути:

 

Hg2Cl2↓ + 2 NH3 → NH2HgCl + Hg↓ + NH4Cl. (3.17)

 

Иногда протекание данной реакции (при взаимодействии с водным раствором аммиака) описывают следующим уравнением:

2. При взаимодействии катиона Hg22+ с серной кислотой выпадает белый осадок сульфата ртути (I):

 

Hg22+ + SO42− → Hg2SO4↓. (3.19)

белый осадок

 

Осадок выпадает из концентрированных растворов реагентов.

3. Восстановление катиона Hg22+ металлической медью до металлической ртути:

 

Hg22+ + Cu → 2 Hg↓ + Cu2+. (3.20)

 

Этой реакции мешают катионы Hg2+, дающие подобный результат.

На очищенную раствором HNO3 или водным раствором NH4OH медную пластину наносят каплю раствора соли ртути, например, Hg2(NO3)2. Через некоторое время на поверхности образуется серое пятно амальгамы меди и ртути. Это пятно после протирания поверхности фильтровальной бумагой становится блестящим, как зеркало. Это доказывает наличие в растворе катиона ртути (I).

4. Реакция с водным раствором аммиака. Катионы Hg22+ взаимодействуют с аммиаком в водном растворе с образованием черного осадка, представляющего смесь тонкодисперсной металлической ртути и соли, содержащей катион [OHg2NH2]+:

5. Катионы Hg22+ при взаимодействии с ионами иодида образуют зеленый осадок иодида ртути (I) Hg2I2, растворимый в избытке реактива с образованием прозрачного бесцветного комплексного соединения [Hg2I4]2– и металлической ртути:

 

Hg22+ + 2 I → Hg2I2↓; (3.22)

 

Hg2I2↓ + 2 I → [Hg2I4]2− + Hg↓. (3.23)

черный осадок

6. Карбонаты натрия и калия осаждают катионы ртути (I) в виде карбоната ртути (I) желтого цвета:

 

Hg22+ + СО32− → Hg2СО3↓; (3.24)

желтый осадок

 

Осадок карбоната ртути нестойкий и постепенно темнеет вследствие протекания реакции:

 

Hg2СО3↓ → HgO↓ + Hg↓ + CO2↑. (3.25)

черный осадок

7. Катионы Hg22+ образуют с анионом хромата CrO42− осадок кирпично-красного цвета Hg2CrO4:

 

Hg22+ + CrO42− → Hg2CrO4↓. (3.26)

кирпично-красн. ос.

 

Данной реакции мешают все катионы, образующие малорастворимые хроматы (Sr2+, Ba2+, Pb2+). Осадок растворяется в азотной кислоте.

8. Щелочи (NaOH, KOH) осаждают катионы ртути Hg22+ из растворов в виде черного осадка оксида ртути (I):

 

Hg22+ + 2 ОН → Hg2(OH)2↓ → Hg2O↓ + H2O. (3.27)

черный осадок

 

9. Другие реакции катионов ртути (I). Катионы Hg22+ при взаимодействии с анионами сульфида Sобразуют черный осадок, представляющий смесь соединений HgS + Hg; с анионами оксалата С2О42− они образуют белый осадок Hg2C2O4; с анионами фосфата – белый осадок (Hg2)3(PO4)2. При взаимодействии с растворами солей K4[Fe(CN)6] и K3[Fe(CN)6] катионы ртути (I) образуют соответственно светло-желтый осадок Hg4[Fe(CN)6] и желто-зеленый осадок (Hg2)3[Fe(CN)6]2.

 

3.3 Аналитические реакции катионов свинца (II) Pb2+

 

1. Катионы свинца образуют с анионами хлорида Cl (при рН < 7) белый осадок хлорида свинца PbCl2:

 

Pb2+ + 2 Cl → PbCl2↓. (3.28)

белый осадок

 

Хлорид свинца хорошо растворяется в воде, особенно при нагревании, поэтому катион свинца Pb2+ осаждаются из растворов в виде хлорида неполностью. Осадок PbCl2 растворяется в горячей воде, а при охлаждении раствора он вновь выпадает в виде осадка, но уже в форме игл.

Из разбавленных щелочных растворов выпадает осадок гидроксида свинца; из концентрированных щелочных растворов осадки PbCl2 и Pb(OH)2 не выпадают.

К осадку прибавляют 1,5-2,0 мл дистиллированной воды и нагревают до его растворения. При охлаждении раствора из него снова выпадает осадок хлорида свинца в виде игл.

2. Катионы свинца при взаимодействии с растворами иодидов образуют желтый осадок иодида свинца, растворимый в избытке реактива с образованием анионов тетрайодидоплюбата (II) [PbI4]2−:

 

Pb2+ + 2 I → PbI2↓ (3.29); PbI2↓ + 2 I → [PbI4]2−. (3.30)

желтый осадок

 

Осадок PbI2 растворяется в воде при нагревании и в растворе уксусной кислоты. При охлаждении водного раствора PbI2 из него выпадают кристаллы иодида свинца золотисто-желтого цвета.

Реакции катионов Pb2+ с ионами иодида мешают катионы: Cu2+, Ag+, Hg22+, Hg2+, Fe3+.

К смеси осадка и раствора прибавляют несколько капель воды, подкисленной уксусной кислотой, и нагревают до полного растворения осадка. При медленном охлаждении пробирки (ее погружают в холодную воду или оставляют остывать на воздухе) выпадают красивые блестящие золотисто-желтые чешуйчатые кристаллы иодида свинца. Испытывают растворимость осадка PbI2 в горячей воде и уксусной кислоте.

3. Катионы свинца Pb2+ при взаимодействии с анионами сульфата SO42− образуют белый осадок сульфата свинца:

 

 

Pb2+ + SO42− → PbSO4↓. (3.31)

белый осадок

 

Осадок растворяется при нагревании в щелочах (в отличие от осадков CaSO4, SrSO4, BaSO4):

t°

PbSO4↓ + 4 NaOH —→ Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4. (3.32)

 

Осадок сульфата свинца растворяется также в концентрированной серной кислоте с образованием гидросульфата:

 

PbSO4↓ + H2SO4 → Pb(HSO4)2. (3.33)

 

Осадок PbSO4 растворяется в 30 %-ном растворе ацетата натрия (или аммония):

 

2 PbSO4↓ + 2 CH3COONa → [Pb(CH3COO)]2SO4 + Na2SO4. (3.34)

 

Открытию катионов свинца в виде сульфата мешают катионы: Ca2+, Sr2+, Ba2+, Hg22+.

4. Щелочи и раствор аммиака при взаимодействии с катионом Pb2+ образуют белый осадок гидроксида свинца:

 

Pb2+ + 2 ОН → Pb(OH)2↓. (3.35)

белый осадок

Осадок растворим в кислотах и щелочах:

 

Pb(OH)2↓ + 2 H+ → Pb2+ + 2 H2O; (3.36)

 

Pb(OH)2↓ + 2 OH → [Pb(OH)4]2−. (3.37)

 

В избытке раствора аммиака осадок Pb(OH)2 не растворяется.

5. Растворы карбонатов щелочных металлов осаждают катион Pb2+ в виде осадка карбоната свинца белого цвета:

 

Pb2+ + CO32− → PbCO3↓; (3.38)

белый осадок

 

или в виде оксокарбоната:

 

2 Pb2+ + CO32− + 2 H2O → Pb2(OH)2CO3↓ + 2 H+. (3.39)

белый осадок

 

6. Катионы свинца образуют с анионами хромата CrO42− (или бихромата Cr2O72− в уксуснокислой среде) желтый кристаллический осадок хромата свинца PbCrO4:

Pb2+ + CrO42− → PbCrO4↓; (3.40)

желтый осадок

 

2 Pb2+ + Cr2O72− + 2 CH3COO + H2O → 2 PbCrO4↓ + 2 CH3COOH. (3.41)

желтый осадок

 

Осадок хромата свинца не растворяется в уксусной и разбавленной азотной кислотах, в водном растворе аммиака, но растворяется в щелочах с образованием бесцветного комплекса [Pb(OH)4]2−:

 

PbCrO4↓ + 4 NaOH → Na2[Pb(OH)4] + Na2CrO4. (3.42)

 

Реакции катиона свинца с хроматом мешают катионы (Ba2+, Hg2+ и др.), образующие нерастворимые хроматы.

Содержимое пробирки делят на несколько частей и испытывают растворимость осадка в азотной кислоте, растворе аммиака и растворе щелочи. Только в растворе щелочи осадок растворяется.

7. Другие реакции катионов свинца. Катионы Pb2+ образуют белый осадок PbMoO4 при взаимодействии с раствором молибдата аммония (NH4)2MoO4; белый осадок ферроцианида свинца Pb2[Fe(CN)6] при взаимодействии с гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6]; белый осадок фосфата свинца Pb3(PO4)2 при взаимодействии с гидрофосфатом натрия Na2HPO4; черный осадок сульфида свинца PbS (растворимый в азотной кислоте) при взаимодействии с раствором сероводорода H2S или растворами растворимых сульфидов (Na2S, K2S).

В табл. 3.1 представлены продукты некоторых аналитических реакций катионов I аналитической группы по кислотно-основной классификации и свойства данных продуктов.

Таблица 3.1

Продукты некоторых аналитических реакций катионов I группы

 

Реагенты Продукты аналитических реакций катионов
Ag+ Hg22+ Pb2+
HCl, хлориды Белый осадок AgCl. Растворяется в растворах NH3, KCN, Na2S2O3. Белый осадок Hg2Cl2. Белый осадок PbCl2. Растворяется в горячей воде.
H2SO4, сульфаты Белый осадок Ag2SO4 (из концентрирован-ных растворов). Белый осадок Hg2SO4 (из концентрирован-ных растворов). Белый осадок PbSO4. Растворим в растворах щелочей, ацетата натрия, концентрирован-ных HCl и H2SO4.
H2S или Na2S, Na2S2O3 Черный осадок Ag2S. Растворим в HNO3. Черный осадок Hg2S. Разлагается на HgS¯ + Hg¯. Черный осадок РbS. Растворим в HNO3.
NaOH, KOH Бурый осадок Ag2O. Растворим в аммиаке. Черный осадок Hg2O. Белый осадок Pb(OH)2. Растворим в щелочах.
NH4OH Бурый осадок Ag2O. Растворим в аммиаке. Черный осадок Hg ¯ + HgNH2Cl¯. Белый осадок Pb(OH)2. Растворим в щелочах.
Na2CO3, K2CO3 Желтый осадок Ag2CO3. Растворим в аммиаке. Желтый осадок Hg2CO3. Разлагается на HgO¯ + Hg¯ + CO2­. Белый осадок Pb2(OH)2CO3. Растворим в щелочах.
Na2HPO4 Желтый осадок Аg3PO4. Растворим в аммиаке. Белый осадок Hg2HPO4. Растворим в HNO3. Белый осадок Рb3(PO4)2. Растворим в HNO3 и щелочах.
KI Желтый осадок AgI. Растворим в Na2S2O3 и KCN. Желто-зеленый осадок Hg2PO4. Растворим в HNO3. Желтый осадок PbI2. Растворим в горячей воде, избытке KI, CH3COOH.
K2Cr2O7+ CH3COOH (K2CrO4) Кирпично-красный осадок Ag2CrO4 или Ag2Cr2O7. Растворим в аммиаке. Красный осадок Hg2CrO4. Растворим в HNO3. Желтый осадок PbCrO4. Растворим в щелочах.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-15 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: