Лабораторная работа 16 Реакции обнаружения катионов d-элементов

Реакции катиона хрома (Сr³⁺)

1. Щелочи (NaOH или КОН) образуют с катионом Сr³⁺ серо-зеленый осадок гидроксида:

Сr³⁺ + 3ОН^– → Сr(OH)₃↓,

который очень легко растворяется даже в небольшом избытке ионов ОН^– с образованием хромит-ионов, имеющих ярко-зеленую окраску в растворе:

Сr(OH)₃↓ + ОН^– → СrО₂^– + 2Н₂О.

Это говорит о выраженных амфотерных свойствах гидроксида хрома(III).

2. Этилендиаминтетраацетат натрия (другие названия реагента: комплексон III, трилон Б, ЭДТА) с ионами Сr³⁺ при рН 4–5 образует растворимое комплексное соединение фиолетового цвета:

+ Сr³⁺ –^t→

–^t→ + 2Н⁺.

Данная реакция с достаточной скоростью происходит только при нагревании, вследствие того, что хром(III) присутствует в водных растворах в виде кинетически инертных аквакомплексов типа [Cr(H₂O)₆]³⁺.

К 4–5 каплям раствора соли хрома(III) добавьте 5–6 капель 30 % уксусной кислоты, 12 капель 5 % раствора трилона Б и нагрейте на водяной бане.

Реакции катиона железа (Fe³⁺)

1. Гексацианоферрат(II) калия, K₄[Fe(CN)₆], дает с ионами железа(III) темно-синий осадок берлинской лазури:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4– → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓.

К 3–4 каплям раствора соли железа(III) прибавьте столько же соляной кислоты и 4–5 капель раствора реагента. Наблюдайте образование осадка.

2. Тиоцианаты (роданиды) калия или аммония (NH₄SCN, KSCN) образуют с ионами Fe³⁺ комплексные соединения, окрашенные в кроваво-красный цвет:

Fe³⁺ + nSCN^– → [Fe(SCN)_n]^(3–n).

Реакцию можно проводить капельным методом на фильтровальной бумаге. Полученные комплексные соединения разрушаются под действием раствора Nа₂СО₃.

Реакции катиона железа (Fe²⁺)

1. Гексацианоферрат(III) калия, К₃[Fe(CN)₆], с ионами железа(II) образует синий осадок турнбулевой сини:

2Fe²⁺ + [Fe(CN)₆]^3– → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓.

К 2–3 каплям раствора соли железа(II) добавьте 3–4 капли дистиллированной воды и 2–3 капли раствора К₃[Fe(CN)₆]. Проверьте отношение осадка к кислотам и щелочам.

2. Растворимые основания (NаОН, КОН и даже NН₄ОН) осаждают ионы Fe²⁺ в виде Fe(ОН)₂:

Fe²⁺ + 2ОН^– → Fe(ОН)₂↓.

Свежеосажденный осадок имеет зеленый цвет. На воздухе в результате окисления осадок приобретает бурую окраску, превращаясь в гидроксид железа(III):

4Fe(ОН)₂↓ + 2Н₂О + О₂ → 4Fe(ОН)₃↓.

Реакции катиона марганца (Mn²⁺)

1. Гидроксиды (NаОН, КОН и NH₄ОН) образуют с ионами Mn²⁺ белый осадок гидроксида марганца(II), растворимого в кислотах, но нерастворимого в щелочах:

Mn²⁺ + 2ОН^– → Mn(ОН)₂↓.

К 2–3 каплям раствора соли марганца добавьте несколько капель раствора NаОН до появления белого осадка. Осадок постепенно буреет вследствие окисления Mn(ОН)₂ кислородом воздуха до MnО(ОН)₂.

2. Окисление до иона MnО₄^–. Окисление Mn²⁺ оксидом свинца(IV) до MnО₄^– вызывает появление малиново-фиолетовой окраски перманганат-иона:

2Mn²⁺ +5PbО₂↓ + 4H⁺ → 2MnО₄^– + 5Pb²⁺ + 2Н₂О.

В пробирку внесите немного порошка PbО₂, прибавьте 4–5 капель 6М раствора НNO₃ и нагрейте. Через 1–2 минуты отцентрифугируйте. При отсутствии окраски (реактивы не загрязнены марганцем) добавьте в ту же пробирку 1 каплю раствора соли марганца (кроме MnCl₂), перемешайте и снова нагрейте на водяной бане. В качестве окислителя вместо оксида свинца(IV) можно использовать персульфат аммония (NH₄)₂S₂О₈ или висмутат натрия NаBiO₃.

Реакции катиона цинка (Zn²⁺)

1. Щелочи (NаОН, КОН) и NH₄ОН с ионами цинка образуют белый аморфный осадок гидроксида цинка, проявляющего амфотерные свойства:

Zn(ОН)₂↓ + 2Н⁺ → Zn²⁺ + 2Н₂О;

Zn(ОН)₂↓ + 2ОН^– → Zn(ОН)₄^2–.

Осадок Zn(ОН)₂, в отличие от Аl(ОН)₃, растворяется в избытке гидроксида аммония (а также в солях аммония) с образованием комплексных ионов [Zn(NH₃)₆]²⁺ или [Zn(NH₃)₄]²⁺:

Zn(ОН)₂↓ + 6NH₄ОН → [Zn(NH₃)₆]²⁺ + 2ОН^– + 6Н₂О.

К 4–5 каплям раствора соли цинка добавьте 1–2 капли раствора NаОН до выпадения осадка. Испытайте его растворимость в растворах щелочей и NH₄ОН.

2. Гексацианоферрат(II) калия, К₄Fe(CN)₆, образует с ионами цинка осадок, растворимый в щелочах:

3Zn²⁺ + 2К⁺ + [Fe(CN)₆]^4– → К₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂↓.

3. Дитизон (дифенилтиокарбазон). К 3–4 каплям раствора соли цинка добавьте столько же 2М раствора гидроксида натрия. Каплю полученного раствора капилляром нанесите на фильтрованную бумагу. Получившееся влажное пятно обведите по периферии капилляром с раствором дитизона. Образуется характерная красная окраска комплексного соединения хелатного типа.

Реакции катиона кобальта (Со²⁺)

1. Щелочи (NaOH и KOH) осаждают Со²⁺ в виде основной соли синего цвета:

Со²⁺ + ОН^– + Cl^– → Co(OH)Cl↓.

Избыток щелочи при нагревании переводит осадок Co(OH)Cl в гидроксид кобальта(II) серо-розового цвета:

Co(OH)Cl↓ + ОН^– –^t→ Co(OH)₂↓ + Сl^–.

На воздухе возможно постепенное изменение цвета полученного осадка до бурого. Как Вы думаете почему?

2. Тиоцианаты (роданиды) калия или аммония (NH₄SCN, KSCN) c ионами кобальта образуют комплексные соединения различного состава, окрашенные в синий цвет и растворимые в изоамиловом спирте (i-С₅Н₁₁ОН):

Со²⁺ + nSCN^– → [Co(SCN)_n]^(2–n).

K 2–3 каплям раствора соли кобальта добавьте насыщенный раствор или твердый тиоцианат аммония, 5–6 капель изоамилового спирта. После встряхивания и разделения слоев наблюдайте синюю окраску органической фазы.

Реакции катиона меди (Сu²⁺)

1. Гидроксид аммония с ионами меди образует осадок основных солей зелёного цвета:

2СuSO₄ + 2NH₄OH → (CuOH)₂SO₄↓ + (NH₄)₂SO₄,

который легко растворяется в избытке реактива с образованием растворимых аммиачных комплексов меди(II) интенсивного синего цвета:

(CuOH)₂SO₄↓+ (NH₄)₂SO₄ + 6NH₄OH → 2[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 8H₂O.

К 3–4 каплям раствора соли меди добавьте разбавленный раствор гидроксида аммония до появления зеленоватого осадка, затем внесите избыток реагента до полного растворения последнего с образованием раствора синего цвета.

2. Гексацианоферрат(II) калия при pH<7 образует с ионами меди красно-бурый осадок:

2Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4– → Cu₂[Fe(CN)₆]↓.

К 2–3 каплям раствора соли меди добавьте 1–2 капли раствора реагента.

3. Проба на окрашивание пламени. Соли меди(II) окрашивают пламя в изумрудно-зеленый цвет.

Реакции катиона ртути (Hg²⁺)

1. Сероводород, растворы сульфидов щелочных, щелочно-земельных металлов и аммония в кислых растворах (6–7M HCl) образуют осадок сульфида ртути(II):

Hg²⁺ + Н₂S → HgS↓ + 2Н⁺.

К 2–3 каплям раствора, содержащего ионы ртути(II), добавьте 3–4 капли концентрированной HCl и 3–4 капли раствора (NH₄)₂S. Выпадает черный осадок.

2. Восстановление ртути(II) до ртути(I) и ртути(0). В качестве восстановителей используют алюминий, цинк, медь, железо, другие металлы, а также ионы Sn²⁺, Fe²⁺. На медную пластинку нанесите каплю соли ртути. Через 2–3 мин на поверхности пластинки появляется черное пятно металлической ртути:

HgCl₂ + 2Cu↓ → Hg↓ + 2CuCl.

3. Растворимые йодиды осаждают ионы Hg²⁺ в виде осадка красного цвета:

Hg²⁺ + 2I^– → HgI₂↓.

Осадок растворяется в избытке КI с образованием комплексного иона [HgI₄]^2–:

HgI₂↓ + 2I^– → [HgI₄]^2–.

На полоску фильтрованной бумаги нанесите 1 каплю разбавленного раствора иодида калия. Затем капиллярной пипеткой, содержащей раствор соли ртути(II), осторожно коснитесь центра образовавшегося пятна. Пятно окрашивается в красный цвет.

Реакции катиона никеля (Ni²⁺)

Диметилглиоксим образует с ионами никеля в аммиачной среде малорастворимое в воде внутрикомплексное соединение (хелат) красного цвета:

На полоску фильтровальной бумаги, пропитанной раствором диметилглиоксимома, нанесите каплю исследуемого раствора соли никеля. Бумагу погрузите в разбавленный раствор аммиака. На бумаге появляется красное пятно диметилглиоксимата никеля.

Реакции катиона серебра (Аg⁺)

Растворимые хлориды, бромиды, йодиды с ионами серебра образуют осадки АgCl, AgBr, AgI белого, бледно-желтого и желтого цвета соответственно:

Аg⁺ + Hal^– → АgHal↓ (Hal^– = Cl^–, Br^– или I^–).

Осадок АgCl растворяется в водном растворе аммиака с образованием комплексного катиона диамминсеребра(I):

АgCl↓ + 2NH₃ → [Аg(NH₃)₂]⁺ + Cl^–.

Все вышеуказанные осадки галогенидов серебра постепенно разлагаются на свету, чернея при этом, так как образуется металлическое серебро.