Лабораторная работа №2. Реакции и анализ первой аналитической группы катионов

Содержание работы

Целью работы является изучение реакций обнаружения и получение практических навыков выполнения аналитических реакций,характерных для катионов первой аналитической группы.

В первую аналитическую группу входят катионы Ag+, РЬ²⁺, Нg²⁺₂, обра-зующие с хлороводородной кислотой и её солями нерастворимые осадки хло-ридов белого цвета АgС1, РЬСl₂, Нg₂Сl₂ .

Общая характеристика катионов первой аналитической группы

Степень окисления.

Серебро (5S 4d¹⁰) во всех соединениях имеет степень окисления +1 . Ион Ag является довольно сильным окислителем (Ag⁺/Ag⁰ = +0.7986 В).

Галогениды серебра светочувствительны и. если осадок АgС1 долгое время стоит на свету, то он постепенно темнеет вследствие образования металлического серебра.

Свинец (6S² 6р²) может проявлять степени окисления +2 и -4. В ходе анализа приходится встречать только соединения свинца (II).

Ртуть (6S² 5d¹⁰) в первой аналитической группе имеет степени окисления +1, находится в виде двухвалентного иона. Этот ион имеет состав –Hg-Hg-, поэтому в формулах (Hg₂(NO₃)₂:; Hg₂Cl₂ индексы при химических знаках на два сокращать нельзя. Ион ртути (I) в щелочной среде легко вступает в реакции диспропорционирования:

Hg₂²⁺+ 2e 2Hg⁰

Hg₂²⁺- 2e 2Hg²⁺

При этом образуется ион двухвалентной ртути и металлическая ртуть.

Тот факт, что ион ртути (I) является сильным окислителем, используется в анализе для его открытия в смеси катионов первой группы ( Hg₂²⁺/Hg⁰=+ 0,86 В)

Свойства гидроксидов

Едкие щёлочи с катионами первой группы образуют нерастворимые в воде гидроксиды AgОН, HgОН и Рb(ОН)₂, из которых AgОН и HgОН очень неустойчивы и уже при своём образовании разлагаются на соответствующие труднорастворимые оксиды и Н₂O, а гидроксид свинца, имеющий амфотерные свойства, при избытке щёлочи легко переходит в раствор с образованием соответствующего плюмбита:

1 ) AgNO ₃+ NaОН AgОН + NaNO₃

2АgOН Ag₂O + Н₂0

или

2AgNO₃ + 2NaOH Ag₂OH + NaNO₃+ Н₂0.

бурый

2 ) Hg₂(NO₃)₂+2NaОН 2HgОH + 2NaNO₃

2HgOH Hg₂O +H₂O

черный

3 ) Pb(NO₃)₂+2NaOH 2NaNO₃+Pb(OH)₂

Гидролиз солей

Соли серебра и сильных кислот имеют нейтральную реакцию - гидролизу не подвергаются.

Соли ртути (I) и свинца в результате гидролиза по катиону имеют кислую реакцию:

РЬ²⁺ + Н₂О ↔ PbOH⁺+H⁺

Особенно сильно подвергаются гидролизу соли ртути:

Hg²⁺₂+ H₂O = Hg₂(OH)₂+2H⁺

Комплексообразование

Серебро является (d-элементом и его ион легко вступает в комплексо- образование с различными лигандами

В ходе анализа получают комплекс Аg+ с аммиаком - аммиакат серебра. Он получается при действии избытка раствора аммиака на нитрат, хлорид или оксид серебра. Например:

A gCl + 2NH₄OH [Ag(NH ₃)₂]Cl+2H₂O

A g₂O + 4NH₄OH 2Ag(NH₃)₂(OH) + 3Н₂O

Хлорид диамин серебра устойчив только в аммиачной среде и разлагается с выпадением белого осадка АgС1 при подкислении азотной кислотой:

[Ag(NH₄)₂] + Cl¯+ H⁺ AgCl +2NH₄

Эти реакции используют в анализе для отделения иона серебра из сложной смеси катионов и открытия его.

Хлорид диамин серебра при взаимодействии с КI даёт желтоватый «осадок, так как произведение растворимости его очень маленькая величина и в присутствии иона I аммиакатный комплекс разлагается по реакции

П Р_AgI=10¯¹⁶: [Ag(NH₃)₂Cl+KI AgI + KCl + 2NH₃

желтый

Свинец является p-элементом и образует комплекс с гидроксид- ионом в сильнощелочной среде.

Ртуть (I) (d-элемент) образует комплекс с ионом иода и аммиаком. При этом происходят реакции диспропорционирования - образуются комплексы ртути (II) и выпадает металлическая ртуть в виде чёрного осадка:

Н g₂²⁺ + 4I¯ [НgI₄]^2¯- + Нg⁰

Нg₂Сl₂+2NH₄ОН [Нg₂NH₂]Сl + 2Н₂O+NH₄Cl

[Нg₂NH₂]Cl [HgNH₂]Cl + Hg

Все растворы катионов первой группы бесцветны.

Задание 1. Общие реакции на катионы I группы

Ход работы

Опыт 1. Пользуясь таблицей 2, проделать реакции с каждым катионом первой группы и реактивами Уравнения всех реакций записать в тетрадь, отме-чая цвет раствора и осадка. Для выполнения каждой реакции в пробирку брать 1-3 капли раствора соли данного катиона и столько же капель реактива. Если необходим избыток реактива, то его надо приливать вдвое больше.

Соли серебра и ртути. сливать в отдельные сливные ёмкости

Табл.2

Табл.2

Реактив	Условия проведения реакции	Катионы
		Ag +	Pb2+	Hg2
1. HCl 2H-групповой реактив	-	A gCl белый творожистый	P bCl2	H g2Сl2
2.NH4OH	избыток	Ag(NH3)2+CI комплексная соль раствор	P b(OH)2 белый	H gNHCl+Hg черный
3. NaOH	недостаток	A g2O бурый	P b(O)2 белый	Hg2O черный
4. NaOH	избыток	Ag2O	Na2Pb(OH)4 комплексная соль раствор	Hg2O черный
5. K2СrО4 или . K2CrO7	2-3 капли	или К ирпичо- красный	PbCrO4 желтый осадок растворяется в горячей воде NaOH HNO3	HgCrO4 красный осадок
6. КI	2-3 капли	A gI желтоватый растворяется в Na2S2O7	P bI2 желтый растворяется в горячей воде CH3COOH	H g2I2 зеленый
7. Н2S04 2н	2 капли		Р ЬS04 белый	Hg2SO4 белый

К осадкам - хлоридов, полученным по пункту 1, добавить избыток раствора аммиака - пункт 2. Раствор аммиаката серебра [Ag(NH3)₂] оставить для обнаружения иона серебра.

Только AgCl перейдёт в раствор по реакции

АgС1 + 2NН₄ОН ↔ [Ag(NH₃)₂]Cl + 2Н_:2O

избыток

Задание 2. Реакции обнаружения катионов первой группы

Опыт 2. Обнаружение ионов Полученный по табл. 2 (пункт 2) аммиакат серебра [Ag(NH₃)₂] разделить на две пробирки. В первую прибавлять по каплям 2н НNО₃ до pH<5, при этом выпадает белая муть или осадок АgСl в виде белой мути. Во вторую прилить раствор КI. Выпадет желтоватый осадок

[ Ag(NH₃)₂]Cl + 2HNO₃ = AgCl + 2NH₄NO₃

A g(NH₃)₂Cl + KI + 2H₂O = AgI + KCl + NH₄OH

Опыт 3. Обнаружение

3.1. Получить в пробирке РЬС1₂ действием 2н НС1 на соль Рb²⁺. К полученному осадку прилить концентрированный раствор NaОН (6-8 капель, перемешивая наточкой) до растворения осадка:

Р bСl₂ + 4NaОН Na₂[РЬ (ОН)₄)] + 2NaС1

В полученном растворе можно открыть катион Рb²⁺:К раствору прибавить каплю К₂Сr₄O₄ и добавлять по каплям HNO₃ 2н до pН<7, при этом выпадает жёлтый осадок РЬСrО₄ (ПР_PbCrO4=1,8*10¯¹⁴):

N a₂[Рb(ОН)₄] + К₂СrO₄ + 4НNО₃ РЬСrO₄ + 2КNО₃+2NaNО₃+4Н₂0

[ Рb(OH)₄] ^2-+ CгO^2¯₄^: + 4H⁺ РЬСrO₄ + 4Н₂O

3.2 В пробирку с солью свинца прибавить 2 капли раствора KI при этом образуется жёлтый осадок РbI₂ :

Р b(NO₃)₂ + 2КI =РbI₂ +2КNO₃

золотисто-желтый

При нагревании осадки РbСl₂, РbI₂ растворяются, а при охлаждении растворов снова выпадают.

Опыт 4 . Обнаружение

Ион ртути обнаруживается путём прибавления раствора аммиака к солям ртути или к осадку Hg2Cl2 до pН >7. Выпадает чёрный осадок мелкодисперс-ной (металлической) ртути:

H g(NO₃)₂ + 2NH₄OH [HgNH₂]NO₃ + Hg + 3NH₄NO₃ + 2H₂O

черный

Н gCl₂ + 2NH₄OH HgNH₂Cl + Hg + NH₄Cl + 2Н₂0

черный

Контрольные вопросы:

1. Что является групповым реагентом на катионы первой группы и как он действует на эти ионы? Написать уравнения реакций.

2. Написать реакции действия избытка щёлочи на катионы первой группы.

3. Написать реакции действия избытка аммиака на катионы первой группы

4. При добавлении к осадку хлоридов первой группы раствора аммиака весь осадок растворился. Какой ион был в осадке? Написать уравнение реакции.

2. При нагревании с водой осадок хлоридов первой группы весь растворился.

Какой ион присутствовал в растворе?

6. При добавлении избытка аммиака к раствору ионов первой труппы выпал белый осадок. Какой ион присутствует в растворе.

7. Почему при добавлении раствора иодида калия к аммиакату серебра выпадает осадок иодида серебра? Написать уравнения этих реакций

8. Какими реакциями можно отделить ион серебра от иона свинца'' Написать уравнения этих реакций.

9. Какой реакцией можно отделить ион свинца от иона ртути? Написать уравнение реакции.

10. Какой ион первой группы может вступать в реакцию диспропорционирования? Написать примеры таких реакций

11. Почему при добавлении раствора SnСl₂ к раствору Hg₂(NO₃)₂. выпадает сначала белый осадок. а затем чернеет? Написать уравнения происходящих реакций Какие свойства в данном случае проявляет ион ртути (I)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3