Лабораторна робота № 8. Аналіз катіонів 4-5 груп.

Осад гідроксидів катіонів 4-5 груп, що здобутий у лабораторній роботі 5 (дивись стор. 69) відокремте на центрифузі, двічі промийте дистильованою водою. Якщо Вам видали як задачу суміш сполук 4-5 груп, починайте з неї.

Щоб відокремити стибій, додайте розчин із с(HNO₃) = 3 моль/л та пероксид водню й нагрійте на водяній бані, перемішуючи. За винятком SbO(OH)₃(s), у розчин переходять усі оксо‑ та гідроксосполуки елементів 4-5 груп, деякі з них – зі зміною окисного стану, оскільки дією пероксиду водню Mn (IV) відновлюється до Mn (II), Co (III) до Co (II), Ni (III) до Ni (II). Осад SbO(OH)₃(s) відокремте й переведіть у розчин, додаючи по краплях хлороводневу кислоту з с = 12 моль/л та перемішуючи. Виявляючи стибій, краплю цього розчину вмістіть на білу крапельну пластинку й додайте розчин родаміну Б. Фіолетовий осад свідчить про наявність стибію. Якщо колір розчину змінився, а осад відсутній, то реакцію повторіть, попередньо розвівши пробу (1 крапля розчину + 10 крапель води). Якщо для цієї лабораторної роботи студентові видано суміш катіонів 4-5 груп (без Sb), то роботу починаємо безпосередньо з наступної операції.

Відокремлюючи катіони 4-ї групи від катіонів 5-ї до розчину, що може містити Fe (III), Mn (II), Bi (III) й катіони 5-ї групи, додайте розчин амоніаку до рН  9, й 5 крапель розчину пероксиду водню. В осад потрапляють Fe(OH)₃(s), MnO(ОН)₂(s) й BiOOH(s). В розчині залишаються амінокомплекси катіонів 5-ї групи та іон Mg²⁺. Осад двічі промийте водою й обробіть азотною кислотою, с = 3 моль/л, у якій розчиняються гідроксиди Fe та Bi, але не розчиняється MnO(ОН)₂(s).

Виявляючи манган, невелику кількість (на кінчику палички) промитого осаду вмістіть у окрему пробірку, прилийте 5-6 крапель дистильованої води, 2-3 краплі розчину з с(НАс) = 6 моль/л та декілька кристаликів КІО₄. Пробірку нагрійте на водяній бані. Якщо з’явиться осад, відокремте його на центрифузі. Малинове забарвлення розчину свідчить про наявність мангану.

Виявляючи ферум, до 5-7 крапель азотнокислого розчину, що може містити ферум (ІІІ) та бісмут (ІІІ), додайте декілька крапель розчину КSCN. Червоне забарвлення розчину свідчить про наявність феруму.

Виявляючи бісмут, до іншої частини того ж розчину додайте по краплях розчин КІ. Якщо у пробі є бісмут, то випадає чорний осад ВіІ₃(s), що з подальшим додаванням розчину реактиву розчиняється з утворенням комплексів оранжевого кольору. Якщо бісмуту мало, то чорний осад може й не випасти, а лише спостерігається забарвлення розчину.

До розчину амоніачних комплексів катіонів 5-ї групи, що звільнений від пероксиду водню через нагрівання на киплячій водяній бані, додайте розчин хлориду гідроксиламіну. Якщо у пробі наявний меркурій (ІІ), то він виділяється як сірий осад відновленого металічного меркурію. Цей осад відокремте, а до розчину, підкисленому оцтовою кислотою до рН = 4-5, додайте розчини хлориду гідроксиламіну та КSCN. Купрум, якщо він наявний, осаджується як СuSCN(s) білого кольору. Відокремте осад й додайте до нього концентрований розчин NН₃ (с = 15 моль/л). Утворення синього забарвлення підтверджує наявність купруму.

Щоб виявити нікол, кобальт та кадмій, використайте окремі порції розчину, з якого у попередніх операціях відокремлено купрум.

Виявляючи кобальт, до порції розчину додайте рівний об’єм ацетону. Синє забарвлення свідчить про наявність кобальту.

Виявляючи нікол, до іншої порції розчину додайте розчин амоніаку до слабкого запаху, а потім – розчин диметилгліоксиму. Утворення малинового осаду чи малинове забарвлення розчину (залежить від вмісту) свідчить про наявність ніколу.

Виявляючи кадмій, у центрифужну пробірку внесіть краплю розчину триспіридилферум (ІІ) іодиду, поверх неї, не перемішуючи, краплю досліджуваного розчину. При наявності кадмію утворюється червоний осад, який можна відокремити на центрифузі.

Відокремлюючи та виявляючи магній, до решти розчину додайте рівний об’єм розчину NaF. Якщо випадає желеподібний осад, його відокремте на центрифузі, промийте й розчиніть, додаючи розчин борної кислоти. До здобутого розчину додайте розчин із с(NaОН) = 6 моль/л до лужного середовища, й потім 2-3 краплі розчину магнезону. Синє забарвлення осаду свідчить про наявність магнію.

6-а група катіонів

Сполуки катіонів Nа⁺, К⁺ та NН₄⁺, як правило, добре розчинні у воді й інших полярних розчинниках. Саме тому для цієї групи відсутній груповий реагент. Лише з деякими великими за розміром аніони 6-ї групи утворюють малорозчинні сполуки, наприклад, (NH₄)₂Na{Co(NO₂)₆}, Na₂H₂SbO₄, KHC₄H₄O₆. Тому реагенти з відповідними аніонами використовують, щоб виявити катіони 6-ї групи. Ці сполуки схильні до утворення пересичених розчинів, тому у відповідних методиках виявлення потрібне ретельне перемішування розчинів, іноді потирання стінок посуду скляною паличкою, щоб утворити центри кристалізації. Характерну форму кристалів використовують у мікрокристалоскопічних реакціях.

Катіони Nа⁺, К⁺ та NН₄⁺ є безбарвними. Іони Nа⁺ та К⁺ не беруть участі у кислотно-основних перетвореннях (інакше кажучи, не піддаються «гідролізові»), а іон NН₄⁺ бере участь у кислотно-основній рівновазі

NН₄⁺  NН₃ + Н⁺,   lg K_a = ‑ lg K_H = 9,24.

Катіони 6-ї групи не схильні відігравати роль комплексоутворювачів, проте можуть входити до зовнішньої сфери комплексних сполук.

Ступінь окиснення іонів Nа⁺ та К⁺ є сталою, вони не беруть участі в окисно-відновних реакціях. Катіон NН₄⁺ окиснюють (до елементного нітрогену) досить сильні окисники, як хлорна вода, «царська горілка» тощо.

Виявляючи Nа⁺ та К⁺, зручно використовувати забарвлення полум’я.

Лабораторна робота № 9. Реакції катіонів 6-ї групи.