5.Зміст роботи

5.1. Вивчення характерних реакцій на катіони IV аналітичної групи Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, As (III, V), Sn(II, IV).

До ІV аналітичної групи належать катіони, які утворюють хімічні елементи різних груп і підгруп періодичної системи: d-елементи перехідних металів (вставних декад – Cr, Zn) і р-елементи малих (Al) і великих періодів (Sn, As).

Йони ІV аналітичної групи і атоми, які їх утворюють, мають вакантні p- i d-АО, здатні заповнюватися електронами. Зазвичай заповнення відбувається за рахунок утворення ковалентних зв’язків за донорно-акцепторним механізмом, в результаті чого одержуються стійкі аква- і гідроксокомплекси з утворенням координаційно насиченого стану атома.

Для виявлення і розділення катіонів ІV аналітичної групи широко використовують реакції утворення і розчинення осадів, одержання комплексних сполук. Для йонів р-елементів (Sn(ІI), Sn(ІV), Аs(ІII), Аs(V)) з незавершеним електронним шаром характерні змінні стехіометричні валентність, ступінь окиснення і заряд йонів. Вони легко вступають в окисно-відновні реакції, що застосовується в аналізі для виявлення та відокремлення цих йонів.

Хром є перехідним елементом, у нього йде добудова 3d-підрівня. Хром має здатність до комплексоутворення. Гідратований хром(III) гідроксид за своїми властивостями дуже близький до гідратованого алюміній гідроксиду.

Катіони р-елементів мають сильну поляризуючу дію, що сприяє утворенню багатьох малорозчинних сполук (сульфідів, фосфатів, карбонатів, гідроксидів, та ін.)

Груповим реагентом є 2М розчин NaОН або КОН (в надлишку) з 3-%-вим розчином Н₂О₂. Пероксид гідрогену Н₂О₂, який входить до складу групового реагенту, в лужному середовищі окиснює гідроксо- та оксо-аніони до вищих ступенів окиснення.

Гідроксиди цих катіонів – амфотерні, тому при дії надлишку розчину NaOH переходять у відповідні гідроксоаніони.

5.1.1. Дія групового реагенту – 2М розчину NaОН з 3-%-вим розчином Н₂О₂.

З еквівалентною кількістю лугу (NaOH або KOH) іони Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn (II, IV) утворюють білі осади гідроксидів Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Sn(OH)₂ i Sn(OH)₄ та сіро-зелений осад Cr(OH)₃:

ZnCl₂ + 2 NaOH → Zn(OH)₂↓ + 2 NaCl

CrCl₃ + 3 NaOH → Cr(OH)₃↓ + 3 NaCl

AlCl₃ + 3 NaOH → Al(OH)₃↓ + 3 NaCl

SnCl₂ + 2 NaOH → Sn(OH)₂↓ + 2 NaCl

SnCl₄ + 4 NaOH → Sn(OH)₄↓ + 4 NaCl

Всі гідроксиди мають амфотерний характер. При дії надлишку лугу осади, що утворилися, розчиняються з утворенням комплексних гідроксоаніонів:

Аl(ОН)₃↓+ОН^– → [Аl(ОН)₄]^–

Sn(ОН)₄↓ +2OН^– → [Sn(ОН)₆]^2–

Sn(ОН)₂↓ +ОН^– → [Sn(ОН)₃]^–

При розчиненні Al(OH)₃, Zn(OH)₂, Sn(OH)₂ та Sn(OH)₄ утворюються безбарвні розчини, при розчиненні Cr(OH)₃ розчин набуває темно-зеленого кольору.

Гідроксоаніони катіонів стійкі тільки в сильнолужних середовищах. При зниженні рН розчинів, наприклад, при підкисленні хлоридною кислотою, спочатку утворюються осади відповідних гідроксидів. Наприклад:

[Аl(ОН)₄]^– + Н⁺ → Аl(ОН)₃↓+Н₂O

[Sn(ОН)₃]^– + Н⁺ → Sn(ОН)₂ ↓+Н₂О

При подальшому підкисленні осади розчиняються:

Аl(ОН)₃↓ +3Н⁺ → А1³+ + 3Н₂О

Sn(ОН)₂ ↓ +2Н⁺ → Sn²⁺ + 2Н₂O

Арсен, як елемент побічної підгрупи V групи періодичної системи, має чітко виражені неметалічні властивості, відповідно в розчинах лугів він знаходиться переважно у вигляді гідроксo- та оксо-аніонів: Аs[ОН]₄^–, АsО₂^–, AsO₄^3–.

Пероксид гідрогену Н₂О₂ в лужному середовищі окиснює гідроксо- та оксо-аніони до вищих ступенів окиснення.

Виконання реакції

В ряд пробірок вносять по 2-3 краплі розчинів солей алюмінію, цинку, хрому, стануму, потім в кожну з пробірок обережно додають рівний об'єм натрій гідроксиду (2 моль/л), спостерігають утворення осадів гідроксидів. Далі в кожну пробірку додають при перемішуванні і нагріванні кілька крапель розчину натрій гідроксиду (6 моль/л) і кілька крапель 3%-го пероксиду водню та спостерігають розчинення опадів і появу жовтого забарвлення розчину, що містить іони хрому.