Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы химии биогенных элементов. Учебное пособие
.pdf
Раствор 5
бесцветный или
Раствор 4
бесцветный или
Раствор 3
бесцветный
Раствор 2
желто-оранжевый
бледно-зеленый
бледно-розовый
Осадка нет Осадка нет Осадка нет Осадка нет
Бледно-зеленый оса-
док, рыжеющий на
воздухе; не раство-
ряется в избытке
NaOH
Бледно-зеленый оса-
Белый, темнею-
щий осадок. Не
растворяется в из-
бытке щелочи
Белый осадок, тем-
Белый осадок,
растворимый в
избытке щелочи
бурый, не раство-
ряется в избытке
Белый осадок,
щелочи
OH
4
док, рыжеющий на
воздухе; нераство-
римый в избытке
NН
OH
4
неет на воздухе,
нерастворимый в
избытке NH
OH
4
растворимый в
избытке NH
OH
4
бурый, нераство-
римый в избытке
NH
–
6
[Fe(CN)]
3
С K
темно-синий осадок
2
O
2
буреет при добав-
лении H
См. реагент 2, 3 Белый гидроксид,
] –
6
[Fe(CN)
4
С K
темно-синий оса-
док
;
3
– Осадок красно-
Раствор 1
бесцветный
Таблица 13.1. Результаты качественного анализа растворов, содержащих катионы d-элементов
Реагент
реа-
гента
Номер
OH
4
творяется в избытке
NH
1 HCl Белый осадок рас-
избыток
2NaOH
ОН – Осадок красно-
4
3NH
OH, HNO
4
HCl, NH
осадок выпадает,
рас творяется и сно-
Осадка нет Осадка нет Осадка нет Осадка нет Осадка нет
4
SO
2
5 Характерная
4H
ва выпадает
реакция от-
крытия иона
81
Определите, какой катион элемента содержится в каждом
из предложенных растворов.
Приведем эталон решения ситуационной задачи.
Задача. Раствор мочи больного с пищевым отравлением после подготовки к анализу имел зеленоватую окраску. Аналитические пробы дали следующие результаты:
1) при добавлении раствора соляной кислоты осадка нет;
2) при добавлении раствора серной кислоты осадка нет;
3) при добавлении раствора гидроксида натрия выпадает
зеленоватый осадок, нерастворимый в избытке щелочи, но растворимый в избытке раствора аммиака;
4) при добавлении раствора аммиака сначала образуется
осадок зеленого цвета, растворимый в избытке аммиака с образованием синего раствора.
Определите, соединение какого катиона вызвало отравле-
ние больного.
Решение. Зеленоватую окраску исследуемого раствора, могут обусловливать следующие катионы d-элементов, относящиеся к IV, V и VI аналитической группам соответственно:
3+
Сr
, Fe2+, Ni2+.
Согласно результатам проб 1) – 3), в растворе содержится
катион VI аналитической группы. Проба 3) исключает при-
3+
сутствие катиона хрома (Cr
), так как он должен был образовывать серо-зеленый осадок амфотерного гидроксида. Результат пробы 3) свидетельствует об основном характере
гидроксида открываемого катиона. Синее окрашивание раствора в пробе 4) приводит к заключению, что отравление
больного вызвано солями никеля, так как соли железа (II) с
аммиаком образуют осадок гидроксида, нерастворимый в избытке аммиака.
Запишем уравнения реакций.
Проба 3:
2+
+ 2ОН– = Ni(ОН)2↓.
Ni
Зеленоватый осадок
Проба 4:
2+
Ni
+ NH3 + Н2О + Сl– = NiOHCl↓ + NH
NiOHCl↓ + 6NH3 = [Ni(NH3)6]2– + ОН– + Сl–.
82
Зеленоватый осадок
Синий раствор
+
;
4
Основные вопросы темы
1. Положение d-элементов в Периодической системе эле-
ментов Д.И. Менделеева.
2. Электронные и электронно-структурные формулы строе-
ния атомов элементов.
3. Химические свойства d-элементов (кислотно-основные,
окислительно-восстановительные, способность к комплексообразованию).
4. Важнейшие соединения d-элементов (оксиды, гидроксиды, соли) и их свойства. Гидролиз солей. Распространенность
в природе.
5. Биологическая роль d-элементов в организме человека и
применение их соединений в медицине.
6. Типичные аналитические реакции катионов d-элементов.
Глава 14. ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИОНОВ
ð-ЭЛЕМЕНТОВ
14.1. Ионы р-элементов IIIA и IVА групп
Реакции обнаружения ионов алюминия Аl3+. Действие
группового реагента NаОH (избыток). При приливании рас-
твора гидроксида натрия к соли алюминия выпадает белый
осадок гидроксида алюминия Al(OH)
при дальнейшем приливании щелочи, и образуется гидроксо-
, который растворяется
3
комплекс:
+ 3NaOH = Al(OH)3↓ + 3NaCl;
AlCl
3
Al(OH)
+ 3NaOH = Na3[Al(OH)6];
3
3+
+3OH– = Al(OH)3↓;
Al
Al(OH)
Кристаллический хлорид аммония NH
ный раствор этой соли, взятый в избытке, осаждает А1(ОН)
+ 3OH– = [Al(OH)6]3+.
3
4
C1 или насыщен-
щелочного раствора, содержащего гидроксокомплекс:
[Al(OH)6] + 3NH4C1 = A1(OH)3↓ + 3NaCl + 3NH3↑ + 3H2O;
Na
3
[Al(OH)
При этом А1(ОН)
так как
]3+ + 3NH
6
+
= Al(OH)3↓ + 3NH3↑ + 3H2O.
4
в присутствии NH4C1 не растворяется,
3
3
из
83
0
(А1(ОН)3) является небольшой величиной.
К
s
Действие раствора аммиака. При добавлении раствора аммиака к раствору соли алюминия выпадает белый осадок гидроксида алюминия, который не растворяется в избытке реактива:
+ 3NH3 + 3Н2О = Al(OH)3 + 3NH4C1;
А1С1
3
3
+ + 3NH3 + 3Н2О = А1(ОН)3 + 3NH
А1
Реакции обнаружения ионов свинца Рb
+
.
4
2+.
Действие груп-
пового реагента НС1. При действии соляной кислоты на ионы
2+
образуется белый осадок хлорида свинца, растворяющий-
Рb
ся при нагревании в воде и не растворяющийся в растворе гидрата аммиака NH4ОН.
Pb(NO
+ 2НС1 = РbС12↓ + 2HNO3;
3)2
Белый
Pb2+ + 2С1– = PbCl2↓.
Действие йодида калия KI. Йодид калия KI образует с рас-
твором солей свинца желтый осадок РbI
Pb(NO
+ 2KI = РbI2↓ + 2KNO3;
3)2
2+
+ 2I– = Pbl2↓.
Pb
:
2
Осадок растворяется при нагревании в воде и 2М растворе
уксусной кислоты. При медленном охлаждении раствора выпадают характерные золотистые чешуйки кристаллов РbI
Медленное охлаждение благоприятствует росту крупных кристаллов.
Действие H
и растворимых сульфатов. Серная кисло-
2SO4
та и ее растворимые соли дают с растворами солей свинца белый осадок сульфата свинца PbSO
Pb(NO
+ H2SO4 = PbSO4↓ + 2HNO3;
3)2
2+
+ SO
Pb
:
4
2−
= PbSO4↓.
4
При нагревании в растворах щелочей осадок растворяется:
+ 4NaOH = Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4;
PbSO
4
+ 4OH– = [Pb(OH)4]2– + SO
PbSO
4
Реакции обнаружения карбонат-ионов СО
группового реагента ВаСl
. При действии хлорида бария на
2
2−
.
4
2−
. Действие
3
84
.
2
2−
ионы СО
ряющийся в кислотах с бурным выделением углекислого газа:
Белый
образуется белый осадок карбоната бария, раство-
3
Na
+ ВаС12 = BaCO3↓ + 2NaCl;
2CO3
2−
СО
+ Ва2+= ВаСО3↓.
3
Действие соляной кислоты НС1. Важнейшей реакцией на
карбонат-ион является реакция разложения карбонатов сильными кислотами. При этом с шипением выделяются пузырьки
диоксида углерода:
Na
+ 2НС1 = 2NaCl + H2O + CO2↑;
2CO3
2−
+ 2Н+ = Н2О + СО2↑.
СО
3
14.2. Ионы р-элементов VA группы
Реакция обнаружения ионов аммония NH
щелочных металлов выделяют из растворов солей аммония га-
+
. Гидроксиды
4
зообразный аммиак, который окрашивает влажную красную
лакмусовую бумагу в синий цвет:
NH
C1 + NaOH = NH3↑ + NaCl + H2O;
4
+
NH
+ ОН– = NH3↑ + H2O.
4
Реакция обнаружения нитрат-ионов NО
ниламина (C
с нитрат-ионом интенсивно-синее окрашивание вследствие
652
−
. Раствор дифе-
3
окисления дифениламина образующейся азотной кислотой.
−
NO
2
N
H
H
2SO4к
3
N
N
Реакции обнаружения нитрит-ионов NO
серной кислоты H
тритов слабую азотистую кислоту, которая из-за своей неустой-
. Сильные кислоты вытесняют из ни-
2SO4
чивости сразу разлагается на воду и оксиды азота (NО
го цвета):
2NaNO
+ H2SO4 = Na2SO4 + NO2↑ + NO↑ + H2O.
2
−
. Действие
2
– буро-
2
85
Действие окислителей. Перманганат калия KМnО
сутствии разбавленной серной кислоты обесцвечивается соля-
в при-
4
ми азотистой кислоты:
5KNO
+ 2KМnО4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + 2MnSO4 +
2
+ K
2SO4
+ 3H2O.
Дифениламин (уравнение реакции см. выше.) В отличие от
нитрат-ионов нитрит-ионы взаимодействуют в среде с менее
концентрированной серной кислотой с образованием такого
же внешнего эффекта, как и в случае нитрат-иона.
Реакции обнаружения фосфат-ионов РO
группового реагента ВаCl
раствором Na
кислотах (кроме H
Если проводить реакцию в присутствии щелочей или аммиака, то ионы НРО
няя соль.
HPO4, белый осадок ВаНРО4, растворимый в
2
2SO4
BaCl
+ Na2HPO4 = ВаНРО4↓ + 2NaCl.
2
2−
превращаются в РO
4
Действие нитрата серебра AgNО
AgNO
тый осадок фосфата серебра, растворимый в азотной кислоте:
образует с растворами солей фосфорной кислоты жел-
3
2Na
HPO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NaNO3 + NaH2PO4.
2
. Хлорид бария BaCl2 образует с
2
):
3−
4
. Раствор нитрата серебра
3
3−
. Действие
4
и осаждается сред-
14.3. Ионы р-элементов VIA группы
Реакция обнаружения сульфат-ионов SO
группового реагента. Групповой реагент хлорид бария ВаС1
образует с растворами, содержащими сульфат-ионы, белый
осадок BaSO
, практически нерастворимый в кислотах:
4
BaCl
+ Na2SO4 = ВаSО4↓ + 2NaCl.
2
Реакции обнаружения сульфит-ионов SO
группового реагента ВаСl
соли сернистой кислоты образуется белый осадок, раствори-
. При действии хлорида бария на
2
2−
. Действие
4
2−
. Действие
3
2
мый в кислотах:
Na
+ ВаС12 = BaSO3↓+ 2NaCl.
2SO3
Действие соляной кислоты НС1. Кислоты разлагают соли
сернистой кислоты с выделением оксида серы (IV), имеющего
характерный запах жженой серы:
Na
+ 2HC1 = 2NaCl + H2O + SO2↑.
2SO3
86
Действие окислителей. Окислители (I
среде обесцвечиваются растворами солей сернистой кислоты
, KMnO4) в кислой
2
вследствие восстановления:
Na
Реакции обнаружения сульфид-ионов S
пового реагента AgNO
сульфид-ион образуется черный осадок сульфида серебра:
Na
Действие кислот (НС1, H
деляют из сульфидов свободный сероводород с характерным
+ I2 + Н2О = Na2SO4 + 2HI.
2SO3
. При действии нитрата серебра на
3
S + 2AgNO3 = Ag2S↓ + 2NaNO3;
2
2–
S
+ 2Ag+ = Ag2S↓.
). Кислоты (HCl, H2SO4) вы-
2SO4
2–.
Действие груп-
запахом тухлых яиц:
Na
S + H2SO4 = H2S↑ + Na2SO4.
2
14.4. Ионы р-элементов VIIA группы
Реакции обнаружения хлорид-ионов Сl– групповым реа-
гентом AgNO
ионы образуют с групповым реагентом AgNO
ски не растворимый в воде осадок AgCl, который хорошо
растворяется в избытке раствора NH
растворимая в воде комплексная соль серебра [Ag(NH
При последующем действии азотной кислоты комплексный
(pH7). Действие группового реагента. Хлорид-
3
OH; при этом образуется
4
(pH7) практиче-
3
]Cl.
3)2
ион разрушается и хлорид серебра снова выпадает в осадок.
Данное свойство солей серебра используется для его обнаружения. Реакция проводится в указанной последовательности в
одной и той же пробирке:
AgNO
AgCl↓ + 2NH
[Ag(NH
Реакции обнаружения бромид-ионов Вr
пового реагента AgNO
бромид-ион образуется желтоватый осадок бромида серебра:
NaBr + AgNO
+ NaCl = AgCl↓ + NaNO3;
3
OH = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O;
4
]Cl + 2HNO3 = AgCl↓ + 2NH4NO3.
3)2
. При действии нитрата серебра на
3
= AgBr↓ + NaNO3;
3
–
Br
+ Ag+ = AgBr↓.
–.
Действие груп-
Действие хлорной воды. Хлорная вода при взаимодействии
с растворами бромидов окисляет бромид-ион в молекулярный
87
бром, который окрашивает органический растворитель (бензол, хлороформ) в желто-оранжевый цвет:
2NaBr + С1
⎯→⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
2
Br2 + 2NaCl.
Реакции обнаружения йодид-ионов. Действие группового
реагента AgNO
образуется светло-желтый осадок йодида серебра:
. При действии нитрата серебра на йодид-ион
3
KI + AgNO
= AgI↓+ KNO3;
3
–
I
+ Ag+ = AgI↓.
Действие хлорной воды. Хлорная вода при взаимодействии
с растворами йодидов окисляет йодид-ион в молекулярный
йод, который окрашивает органический растворитель (бензол,
хлороформ) в розово-фиолетовый цвет:
2KI + С1
⎯→⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
2
I2 + 2KCl.
14.5. Анализ растворов на содержание анионов,
образованных р-элементами
В качестве учебно-исследовательской работы по химии
р-элементов следует определить, какой анион содержится в
растворе, предложенном преподавателем. Анализируемый раствор может содержать один из изученных анионов, образованных р-элементами (см. табл. 11.6).
Анализ проводится по следующему плану.
1. Проба на анионы I группы групповым реагентом ВаС1
(в нейтральной или слабощелочной среде).
2. Проба на анионы II группы групповым реагентом AgNО
(в присутствии HNO
нет анионов I группы.
). Проба выполняется, если в растворе
3
2
3
3. Если две предыдущие пробы дали отрицательный резуль-
тат, то анион исследуемого раствора относится к III аналитической группе.
4. Доказав принадлежность аниона к определенной анали-
тической группе, определите с помощью характерных реакций, какой анион внутри группы.
В отчете о результатах анализа каждого раствора следует:
1) описать внешний эффект каждой пробы и сделать вывод
на основании этого внешнего эффекта;
2) для найденного в растворе аниона в ионной форме записать уравнение реакции с групповым реагентом и уравнения
аналитических реакций открытия иона.
88
Ситуационные задачи по химико-аналитическим свойствам
р-элементов даны в табл. 14.1, 14.2.
Таблица 14.1. Результаты качественного анализа растворов,
содержащих катионы p-элементов III–V групп периодической системы
Номер
реа-
гента
Реагент
1 NaOH На предметном
2 HCl Осадка нет Осадка нет Белый осадок, не
3Н
4 Раствор ам-
миака (избыток)
5 Характер-
ная реакция
открытия
иона
Осадка нет Осадка нет Белый осадок, не
2SО4
Раствор 1
бесцветный
стекле – белый
осадок, растворимый в избытке щелочи
Белый осадок, растворимый частично в избытке реагента
NaOH (избыток),
Cl; из раствора
NH
4
гидроксокомплекса выпадает белый
осадок
Раствор 2
бесцветный
На предметном стекле
осадка нет,
лакмус синеет
– Белый осадок
См.
реагент 1
На предметном
стекле – белый осадок, почти не растворимый в избытке щелочи
изменяется при добавлении NH
растворим в разбавленных кислотах, растворим в
щелочах при нагревании
С KI – ярко-жел тый
осадок
Раствор 3
бесцветный
ОН
4
Приведем эталон решения ситуационной задачи.
Задача. Необходимо определить анион натриевой соли,
если при качественном анализе получены следующие внешние
эффекты аналитических проб:
1) в водном растворе соли лакмус синеет;
2) ВаСl
НС1; при этом бурного выделения газа нет, но ощущается
– белый осадок, который частично растворяется в
2
удушливый запах;
3) кислоты (НС1, H
удушливый запах выделяющегося газа;
4) растворы КМnO
чиваются.
и йода (в присутствии H2SO4) обесцве-
4
) – ощущается специфический
2SO4
89
Таблица 14.2. Результаты качественного анализа растворов,
Номер
реа-
Реагент
ген-
та
1 BaCl2 в ней-
тральной
или слабощелочной
среде
2 AgNO
3 KMnO
4 Характер-
в
3
присутст вии HNO
в
4
присутст вии H2SO
ная реакция
открытия
иона
IV – VII групп
Раствор 1
бесцветный
Осадка нет Осадка нет Осадка нет Осадка нет
Белый осадок, растворимый в
3
NH4OH
KMnO4 частично обесцвечивается
4
при нагревании
При обработке аммиачного раствора
серебряной
соли (см. реагент 2) азотной кислотой – белый
осадок
Раствор 2
бесцветный
Желтовато-белый осадок,
плохо растворимый в
NH4OH
KMnO4 обесцвечивается
С хлорной водой – слой органического
растворителя
желтый
Раствор 3
бесцветный
Желтый осадок, не растворимый в
NH4OH
Окраска
KMnO4 исчезает, раствор
становится
коричневым
С хлорной
водой – слой
органического растворителя розовофиолетовый
Черный
осадок
KMnO4
обесцвечивается, в
растворе
белая муть
С H
выделение
бесцветного газа с
запахом
тухлых яиц
Раствор 4
бесцветный
2SO4
Решение. Определяемый анион принадлежит слабой кислоте, так как водный раствор натриевой соли данной кислоты
вследствие гидролиза имеет щелочную реакцию и окрашивает
лакмус в синий цвет (проба 1).
Согласно результатам пробы 2, это анион I группы, в которой только SO
КМnО
(сульфит натрия).
и I2 в кислой среде. Значит, исследуемая соль – Na2SO3
4
Замечание. ВаSО
ся в сильных кислотах. Частичное растворение осадка в пробе 2
2−
обладает способностью обесцвечивать
3
как соль слабой кислоты растворяет-
3
вызвано окислением сульфит-иона до сульфата, который с
образует нерастворимый в кислотах осадок BaSO4.
ВаС1
2
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]