Основи аналітичної хімії (стр. 6 из 26)

Виконання реакцій

До 0,5-1 мл розчинів солей катіонів IV аналітичної групи (в окремих пробірках) додати спочатку краплинами розчин NaOH; до осадів, що утворилися, додати надлишок (2-3 мл) NaOH.

Дія загальних реагентів

Гідроксид амонію NH4OH в еквівалентних кількостях утворює з іонами Al3+,

Cr3+, Zn2+, Sn2+ та Sn4+ осади гідроксидів. Іони AsO43- та AsO33- при дії

NH4OH осадів не утворюють.

У надмірі NH4OH розчиняється лише осад Zn(OH)2 з утворенням безбарвного розчинного аміакату цинку

Zn(OH)2 + 4NH4OH = [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O

Всі осади гідроксидів розчинні в оцтовій та розбавлених мінеральних кислотах. Карбонат натрію Na2CO3, калію K2CO3 та амонію (NH4)2CO3 осаджують іони Al3+, Cr3+, Sn2+ та Sn4+ у вигляді відповідних гідроксидів, позаяк карбонати цих елементів повністю гідролізують у водних розчинах:

2AlCl3 + 3Na2CO3 = Al2(CO3)3 + 6NaCl Al2(CO3)3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2 або загалом

2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2

2CrCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Cr(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2 SnCl2 + Na2CO3 +H2O = Sn(OH)2↓ + 2NaCl + CO2

SnCl4 + 2Na2CO3 + 2H2O = Sn(OH)4↓ + 4NaCl + 2CO2

2ZnCl2 + 2Na2CO3 + H2O = Zn2(OH)2CO3↓ + 4NaCl + CO2

Осад Zn2(OH)2CO3 розчиняється в надлишку (NH4)2CO3, в оцтовій та розбавлених мінеральних кислотах.

Іони AsO33- та AsO43- з карбонатами осадів не утворюють.

Гідрофосфат натрію Na2HPO4 утворює з іонами Al3+, Zn2+, Sn2+ та Sn4+ білі, а з Cr3+ - зеленуватий осади середніх фосфатів: AlCl3 + 2Na2HPO4 = AlPO4↓ + NaH2PO4 + 3NaCl CrCl3 + 2Na2HPO4 = CrPO4↓ + NaH2PO4 + 3NaCl

3ZnCl2 + 4Na2HPO4 = Zn3(PO4)2↓ + 2NaH2PO4 + 6NaCl

3SnCl2 + 4Na2HPO4 = Sn3(PO4)2↓ + 2NaH2PO4 + 6NaCl

3SnCl4 + 8Na2HPO4 = Sn3(PO4)2 ↓ + 4NaH2PO4 + 12NaCl

Іони AsO33+ та AsO43+ з Na2HPO4 осадів не утворюють.

Осади AlPO4 та CrPO4 нерозчинні в оцтовій кислоті, однак добре розчинні в розбавлених мінеральних кислотах та розчинах лугів. Осад Zn3(PO4)2 розчинний в оцтовій та мінеральних кислотах, а також у розчинах лугів та гідроксиду амонію.

Тіосульфат натрію Na2S2O3, сірководень H2S та сульфід амонію (NH4)2S. Тіосульфат натрію Na2S2O3 та сірководень H2S у середовищі достатньо концентрованої (близько 6 н) НCl з іонами Sn2+, Sn4+, AsО33- та AsO43- при нагріванні утворюють осади сульфідів: шоколадно-коричневий SnS та жовті SnS2, As2S3, As2S5. Осади нерозчинні в розбавленій HCl , проте розчинні в 2 н HNO3 (при нагріванні) та в NaOH.

Іони Al3+, Cr3+, Zn2+ та Sn2+ осаджуються при дії (NH4)2S у слабколужному середовищі (створюється додаванням NH4OH). При цьому іони Zn2+ та Sn2+ утворюють сульфіди ZnS та SnS, а іони Al3+ та Cr3+ внаслідок гідролізу їх сульфідів утворюють осади гідроксидів Al(OH)3 та Cr(OH)3. Zn(NO3)2 + (NH4)2S = ZnS↓ + 2NH4NO3

Al(NO3)3 + 3(NH4)2S + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3NH4NO3 + 3NH₄HS

Cr(NO3)3 + 3(NH4)2S + 3H2O = 2Cr(OH)3↓ + 3NH4NO3 + 3NH₄HS

Білий осад сульфіду цинку ZnS нерозчинний в оцтовій кислоті, проте добре розчиняється в розбавлених мінеральних кислотах.

Іони Sn4+, AsO33- та AsO43- y лужному середовищі при дії (NH4)2S осадів не утворюють; у сильнолужному середовищі Sn2+ при дії (NH4)₂S також не осаджується.

Характерні реакції на катіони Al3+

Їдкий натр NaOH з наступним додаванням сухого хлориду амонію NH4Cl.

При дії на іони Al3+ надлишку NaОН утворюється безбарвний розчинний алюмінат натрію Na[Al(OH)₄], який руйнується при додаванні сухого NH4Cl.

При цьому утворюється білий аморфний осад Al(OH)3:

Al(NO3)3 + 4NaOH = NaAl(OH)4 + 3NaNO3

NaAl(OH)4 + NH4Cl = Al(OH)3↓ + NaCl + NH4OH

Виявленню алюмінію за допомогою цих реакцій заважають іони Cr3+ та Sn (II, IV).

Виконання реакцій

До 0,5-1 мл розчину солі алюмінію додати розчин NaOH до повного розчинення осаду, що утворився. Дoдати 2-3 мл води і дрібку сухого NH4Cl, суміш нагріти.

Утворюється каламуть білого кольору.

Алізарин S утворює з іонами Al3+ малорозчинну комплексну сполуку яскравочервоного кольору - алізариновий лак. Сполука розчинна в розбавлених мінеральних кислотах, але нерозчинна в оцтовій кислоті.

Виявленню алюмінію заважають іони Сr3+, Zn2+, Sn2+ та інших металів, які утворюють малорозчинні гідроксиди. Для усунення впливу Сr3+ його переводять в СrO42-, а інші іони зв’язують у нерозчинні сполуки за допомогою К4[Fe(CN)6].

Виконання реакції (краплинний варіант)

На смужку фільтрувального паперу помістити одну краплину розчину K4[Fe(CN)6] і в центр плями, що утворилася, - одну краплину досліджуваного розчину. При цьому іони, що заважають, осаджуються у вигляді фероціанідів і залишаються в центрі плями

O OHOH

^OH + AlCl₃ + 3NH₄OH = + 3NH₄Cl + 2H₂O

SO₃NaSO₃Na

O O

а іони Al3+ за рахунок капілярних сил дифундують на периферію. Щоб прискорити цей процес, слід нанести в центр плями одну-дві краплини дистильованої води. Пляму обробти газуватим аміаком (потримати фільтрувальний папір над отвором склянки з концентрованим розчином NH4OH). Після цього нанести на периферійну частину плями 1-2 краплини розчину алізарину S та знову обробити газуватим аміаком.

За вказаних умов сам реактив (алізарин S) набуває фіалкового забарвлення. Тому, для підвищення контрастності слід обробити пляму розбавленим розчином оцтової кислоти. У присутності алюмінію спостерігається червонорожева пляма на жовтому фоні (алізарин S має жовте забарвлення в оцтовокислому середовищі). Характерні реакції на катіони Сr3+

Щоб виявити іони Сr3+, їх найчастіше окиснюютть до хромат (CrO42-)- або дихромат (Cr2O72-)-іонів. Процес окиснення може відбуватись як у лужному, так і в кислому середовищі.

У лужному середовищі для окиснення Сr3+ використовують пероксид водню Н2О2, пероксид натрію Nа2О2, бромну воду (розчин Вr2 у воді), хлорну воду (розчин Сl2 у воді) та інші.

Найчастіше окиснення іонів Сr3+ до хромат-іонів у лужному середовищі проводять за допомогою пероксиду водню:

2CrCl3 + 3H2O2 + 10NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaCl + 8H2O

2 Cr3+ - 3e + 8OH- = CrO42- + 4H2O

3 O22- + 2e = 2O2-

Реакцію проводять у присутності надміру NаОН у розчині. Виконання реакції

До 0,5-1 мл розчину, що містить Сr3+, додати 2-4 мл розчину NаОН, вміст пробірки добре перемішати, потім додати 5-10 краплин розчину Н2О2. Після припинення бурхливої реакції вміст пробірки нагріти до кипіння (обережно!). Додавання Н2О2 і нагрівання повторювати доти, доки темно-зелене забарвлення розчину не зміниться на чисто-жовте.

Наявність іонів СrO42-, що утворилися, треба підтвердити, використовуючи один із таких реактивів:

а) хлорид барію BaCl2. Частину отриманого розчину підкислити оцтовою кислотою СН3СООН до кислої реакції середовища (перевірити лакмусовим папірцем) і додати кілька краплин розчину BaCl2. Na2CrO4 + BaCl2 = BaCl2↓ + 2NaCl

У присутності CrO42- утворюється жовтий осад хромату барію.

б) бензидин H₂N

NH₂

На смужку фільтрувального паперу нанести одну краплину розчину бензидину; у центр плями, що утворилася, нанести одну краплину розчину, що одержали. Поява насичено-синього забарвлення вказує на наявність іонів СrO42- у розчині (утворюється продукт окиснення бензидину хромат-іонами).

Виявленню СrO42- заважають деякі інші окисники, що окиснюють бензидин з утворенням такого ж самого синього продукту реакції.

Для окиснення Cr3+ до дихромат-іонів Cr2O72- у кислому середовищі можна використовувати персульфат амонію (NH4)2S2O8, діоксид свинцю PbO2, вісмутат натрію NaBiO3 та ін.

Як приклад розглянемо реакцію з вісмутатом натрію.

2Cr(NO3)3+3NaBiO3+6HNO3=H2Cr2O7+3NaNO3+3Bi(NO3)3+2H2O

1 2Cr3+ - 6e + 7H2O = Cr2O72- + 14H+

3 BiO3- + 2e + 6H+ = Bi3+ + 3H2O

Реакцію проводять у присутності надміру HNO3.

Виконання реакції

До 3-4 краплин розчину, що містить іони Сr3+, додати 1-2 мл НNO3 і дрібочку сухого NаBiO3; вміст пробірки нагріти до кипіння. Наявність іонів Сr2O72- підтверджують реакцією одержання надхромової кислоти.

Для цього до приблизно 1 мл розчину, що отримали, додати 5-10 краплин пероксиду водню, 3-4 краплини H₂SO₄ та 1 мл ефіру. Вміст пробірки злегка струсити; у присутності іонів Сr2O72- верхній органічний шар забарвлюється в синій колір внаслідок утворення надхромої кислоти Н2CrO6 (пероксид хрому

СrO5). Забарвлення швидко зникає.

K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2H2CrO6 + K2SO4 + 3H2O

K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 = 2CrO5 + K2SO4 + 5H2O

Характерні реакції на катіони Zn2+

Сірководень Н2S у творює з іонами Zn2+ білий осад ("каламуть") сульфіду цинку ZnS.

Zn(NO3)2 + H2S = ZnS↓ + 2HNO3.

Реакцію проводять у середовищі оцтової кислоти, оскільки осад розчинний у мінеральних кислотах, але нерозчинний в оцтовій кислоті; до реакційної суміші додають також ацетат натрію СН3COONa.

Zn(NO3)2 + H2S + 2CH3COONa = ZnS↓ + 2NaNO3 + 2CH3COOH

Виконання реакції

До 0,5-1 мл розчину солі цинку додати 3-4 краплини розчину СН3COONa та 5-7 краплин розчину Н2S. Утворюється каламуть білого кольору.

Виявленню цинку цією реакцією заважають іони, які утворюють з Н2S сульфіди, нерозчинні в оцтовій кислоті (до них належать: усі катіони ІІ аналітичної групи; Sn2+ та Sn4+ з ІV аналітичної групи; усі катіони V та VI аналітичних груп).

Осад ZnS утворюється і в лужному середовищі; у цьому випадку як реагент використовують сульфід натрію Na2S. У цих умовах катіони ІV аналітичної групи не заважають виявленню цинку.

Фероціанід калію К4[Fe(CN)6] утворює з іонами Zn2+ білий осад ("каламуть") подвійної солі К2Zn3[Fe(CN)6]2

Осад розчинний у NaOH (KOH) та NH4OH. Реакцію проводять у кислому середовищі. Виконання реакції

До 0,5-1 мл розчину, що містить іони Zn2+, додати 0,5-1 мл розчину К4[Fe(CN)6]. Утворюється каламуть білого кольору.

Всі катіони, які утворюють осади з К4[Fe(CN)6], заважають виявленню Zn2+.

Характерні реакції на катіони Sn2+ та Sn4+

Сірководень Н2S утворює з іонами Sn2+ та Sn4+ відповідно шоколаднокоричневий та жовтий осади сульфідів, нерозчинні в розбавленій НCl: H2SnCl4 + H2S = SnS↓ + 4HCl