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 S2- в нейтральной, кислой, или слабощелочной средах (2 £ рН £ 9) белый осадок сульфида цинка ZnS:

 

Zn2+ + S2- ® 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 CO32- + 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:

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 СО32- + 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 СО32- + 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 ® CrO42- + 4 H2O 3 2

 

Н2О2 + 2 ē ® 2 OH- 2 3

_______________________________________________________

и.у. 2 Cr(OH)3↓ + 10 OH- + 3 Н2О2 = 2 CrO42- + 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 CrO42- 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 CrO42- + 2 Н+ ® Cr2O72- + H2O.

 

Затем приливают Н2О2 до образования надхромовой кислоты синего цвета:

ē коэфф.

Cr2O72- + 9 H2O - 14 ē ® 2 CrO83- 14 1

 

Н2О2 + 2 H+ + 2 ē ® 2 H2O 2 7

________________________________________________________

и.у. Cr2O72- + 7 Н2О2 + 14 H+ + 9 H2O = 2 CrO83- + 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

 

Реагенты Продукты аналитических реакций катионов
Zn2+ Al3+ Cr3+
NaOH, KOH Белый осадок Zn(OH)2 Белый осадок Al(OH)3 Серо-зеленый осадок Cr(OH)3
Растворяются в избытке растворов щелочей
NaOH + H2O2 [Zn(OH)4]2- в растворе. [Al(OH)4]-, [Al(OH)6]3- в растворе. Желтый раствор CrO42-.
NH4OH Белый осадок Zn(OH)2. Белый осадок Al(OH)3. Серо-зеленый осадок Cr(OH)3.
Na2CO3, K2CO3 Белый осадок (ZnOH)2CO3. Белый осадок Al(OH)3. Серо-зеленый осадок Cr(OH)3.
Na2HPO4 Белый осадок Zn3(PO4)2. Растворим в щелочах, NH4OH, CH3COOH. Белый осадок AlPO4. Растворим в щелочах. Не растворяется в CH3COOH. Зеленый осадок CrPO4. Растворим в щелочах. Не растворяется в CH3COOH.
(NH4)2S, Na2S Белый осадок ZnS. Белый осадок Al(OH)3. Серо-зеленый осадок Cr(OH)3.
H2S + HCl Белый осадок ZnS. - -
K4[Fe(CN)6] Белый осадок K2Zn3[Fe(CN)6]2, растворим в КОН.   -   -

 



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: