4. Виявлення йонів СгО42– і АsО43–

Центрифугат (II) після відокремлення основної солі Zn₂(ОН)₂СО₃ дослідіть на наявність хромат- і арсенат-іонів. Розділіть розчин на 2 пробірки і виявіть СrО₄^2–-іони реакцією їх окиснення до сполуки СrO₅, АsО₄^3–-іони – реакцією відновлення до АsН₃ та його взаємодії з АgNO₃.

Катіони п’ятої аналітичної групи Fе²⁺, Fе³⁺, Мg²⁺, Мn²⁺, Ві³⁺, Sb(III), Sb(V)

Загальна характеристика катіонів п'ятої аналітичної групи

До п'ятої аналітичної групи відносяться катіони s-елементів: Мg²⁺, р-елементів: Ві³⁺, Sb(IIІ), Sb(V) і d-елементів: Fe²⁺, Fе³⁺, Мn²⁺.

В атомах елементів цієї групи, таких як Манган і Ферум, відбувається добудова третього електронного шару від 8 до 18 електронів, Стибій і Вісмут мають або закінчені 18-електронні зовнішні шари, або оболонки, які утримують 18+2 електронів у двох зовнішніх шарах.

Катіони V аналітичної групи мають велику поляризуючу дію, а тому багато їх сполук є малорозчинними у воді (сульфіди, гідроксиди, фосфати, карбонати). Інші солі катіонів V аналітичної групи (броміди, сульфати, ацетати, нітрати, нітрити) добре розчинні у воді. З розчином амоніаку вони не утворюють амінокомплексів, а лише кількісно осаджуються у вигляді гідроксидів. Тому розчин амоніаку використовується як груповий реагент на катіони V аналітичної групи.

Другим груповим реагентом на катіони V аналітичної групи є концентрований розчин NаОН. При його дії утворюються малорозчинні гідроксиди, яким не властива амфотерність, крім стибію(III) та стибію(V).

В залежності від того, яка суміш катіонів аналізується, використовується той чи інший груповий реагент. Наприклад, при аналізі суміші катіонів IV і V аналітичних груп використовують груповий реагент – концентрований розчин NaOH. При його надлишку катіони V аналітичної групи утворюють малорозчинні гідроксиди і залишаються в осаді, а гідроксиди IV аналітичної групи і частково стибій (III) та стибій (V) гідроксиди, оскільки вони також є амфотерні, переходять у розчин. Якщо ж аналізується суміш катіонів V і VI аналітичних груп, тоді використовують груповий реагент – концентрований розчин амоніаку, який осаджує катіони V аналітичної групи у вигляді гідроксидів, а катіони VI аналітичної групи при надлишку амоніаку утворюють амінокомплекси і залишаються в розчині.

Лабораторна робота 6. Реакції та аналіз катіонів п'ятої аналітичної групи Fе²⁺, Fе³⁺, Мg²⁺, Мn²⁺, Вi³⁺, Sb(Ш), Sb (V)

Реакції катіонів п'ятої аналітичної групи

Дія розчинів лугів

Катіони V аналітичної групи з розчинами NaOH або КОН утворюють малорозчинні осади білого кольору (Мg(ОН)₂, Мn(ОН)₂, Ві(ОН)₃, Sb(ОН)₃, SbО(ОН)₃), зеленого кольору Fе(ОН)₂ та бурого кольору Fе(ОН)₃. Усі ці гідроксиди добре розчиняються в сильних кислотах, а гідроксид Sb(ОН)₃ амфотерний, тому розчиняється ще і в надлишку лугів:

Sb(ОН)₃ + 3OH^–  [Sb(OH)₆]^3–.

Гідроксиди Мg(ОН)₂, Мn(ОН)₂ і Fе(ОН)₂ розчиняються в насиченому розчині NН₄Сl. Наприклад:

Мg(ОН)₂ +2NН₄⁺  Мg²⁺ + 2NН₃^.Н₂О.

Цю реакцію використовують для відокремлення катіонів Мg²⁺ за систематичним ходом аналізу.

Дослід. До 5-6 крапель розчинів солей катіонів Fе²⁺, Fe³⁺, Мg²⁺, Мn²⁺, Ві³⁺, Sb(ІІІ), Sb(V) (візьміть в окремі пробірки) долийте по 3-4 краплі концентрованого розчину NаОН. Кожен осад розділіть на 3 пробірки. В першу пробірку долийте 3-4 краплі мінеральної кислоти, в другу – 4-5 крапель концентрованого розчину NaOH, у третю – 3-4 краплі насиченого розчину NН₄Сl. Зазначте аналітичні ефекти. Зробіть висновки.

Дія розчину амоніаку

Катіони V аналітичної групи (крім йона Ві³⁺) з водним розчином амоніаку утворюють малорозчинні гідроксиди:

Мg²⁺ + 2NH₃^.Н₂О  Мg(ОН)₂ +2NН₄⁺,

[SbСl₆]^– + 4 NH₃^.Н₂О  SbО(ОН)₃ + 6Сl^– + 4NH₄⁺ + Н₂O,

[SbCl₄]^– + 3NH₃^.Н₂О  Sb(OH)₃ + 4Cl^– + 3NH₄⁺,

Мn²⁺ + 2 NH₃^.Н₂О  Мn(ОН)₂ + 2NН4⁺,

Fе²⁺ + 2 NH₃^.Н₂О  Fе(ОН)₂ +2NН₄⁺,

Fе³⁺ + 3 NH₃^.Н₂О  Fe(OH)₃ + 3NH₄⁺.

Катіони Ві³⁺ при дії розчину амоніаку утворюють білий осад основної солі Ві(ОН)₂Сl, яка нестійка і розкладається з утворенням малорозчинної оксосолі ВіОСl:

Ві³⁺ + 2 NH₃^.Н₂О + Сl^–  Вi(ОН)₂Сl + 2NH₄⁺,

Ві(ОН)₂Сl  ВiОСl + Н₂О.

У випадку з катіонами Магнію важливо, щоб розчин містив якомога менше іонів NH₄⁺, оскільки якщо їх присутність пригнічує дисоціацію амоніак гідрату, концентрація ОН^– зменшуватись внаслідок чого катіони Mg²⁺ осаджуються неповністю, або ж осад Mg(OH)₂ взагалі не утворюється.

Дослід. До 2-3 крапель розчинів солей йонів Мg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Мn²⁺, Sb(IIІ), Sb(V), Ві³⁺ додайте розчин амоніаку, а потім його надлишок. Зазначте аналітичні ефекти.

Дія карбонатів лужних металів

Карбонати лужних металів утворюють з розчинами солей катіонів V аналітичної групи осади карбонатів або продуктів їх гідролізу, які добре розчинні в мінеральних кислотах, а (MgOH)₂CO₃ ще і в розчинах солей амонію:

1)Mn²⁺ + CO₃^2–  MnCO₃(білий)

2)Fe³⁺ + CO₃^2– + H₂O  FeOHCO₃ + CO₂ (червоно-бурий осад)

FeOHCO₃ + H₂O  Fe(OH)₃ + CO₂ (червоно-бурий осад)

3)Fe²⁺ + CO₃^2–  FeCO₃ (білий осад)

2FeCO₃ + H₂O + О₂ 2FeOHCO₃ + CO₂ (червоно-бурий осад)

4) 2Mg²⁺ + 2CO₃^2– + H₂O  (MgOH)₂CO₃ + CO₂ (білий осад)

5) Bi³⁺ + CO₃^2– + H₂O  BiOHCO₃ + CO₂ (білий осад)

6) 2Sb³⁺ + 3CO₃^2– + 3H₂O  2Sb(OH)₃ + 3CO₂ (білий осад)

Дослід. До 2-3 крапель розчинів солей йонів Мg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Мn²⁺, Sb(IIІ), Sb(V), Ві³⁺ додайте розчин натрій або калій карбонату. Зазначте аналітичні ефекти, перевірте відношення утворених осадів до кислот.

Гідроліз солей бісмут (IIІ)-катіонів і стибію (III, V)

Гідроліз – одна із характерних реакцій на бісмут (ІІІ)-катіони та стибій (III, V). Так розчини солей бісмуту (IIІ) прозорі лише при рН=0. Якщо їх розбавити водою, кислотність розчинів знижується і відбувається гідроліз. Гідроліз солей стибію (III) відбувається ще легше. При гідролізі утворюються оксосолі ВіОСl і SbОСl, які відрізняються між собою. Так ВіОСl утворює або пластівчастий осад, або каламуть, яка швидко осідає, тоді як кристалики ВіОСl дуже дрібні і утворюють каламуть, що довго не осідає і опалесціює, набуває вигляду перламутру. Осад SbОСl розчиняється у розчині винної (тартратної) кислоти та у розчині сегнетової солі (калій натрій тартрату), тоді як осад ВіОСl у цих розчинах не розчиняється. Користуючись цим, можна відокремити йони Ві³⁺ від стибію(III).

При взаємодії солей стибію (V) з водою утворюється малорозчинна сполука SbО₂Сl, яка добре розчиняється у надлишку хлоридної кислоти. Утворення оксосолей протікає за такими рівняннями реакцій:

[SbСl₄]^– + Н₂О  SbОСl +3Cl^– + 2Н⁺,

[SbСl₆]^– + 2Н₂О  SbО₂Сl + 5Cl^– + 4Н⁺,

Ві³⁺ + Н₂О + Сl^–  ВіОСl +2Н⁺.

Дослід. Налийте в окремі пробірки по 2-3 краплі розчинів солей бісмуту (III), стибію (III), стибію (V) і в кожну долийте 12–15 крапель дистильованої води. Після утворення осадів в перші дві пробірки додайте розчин винної кислоти. В третю (з осадом SbО₂Сl) – додайте надлишок хлоридної кислоти. Що спостерігається?

Реакції катіонів Fе²⁺

Для феруму (II)-катіонів характерним є утворення подвійних солей і комплексних сполук. Солі ферум (II)-катіона більш-менш стійкі лише у твердому стані. Окрім фосфату, карбонату, сульфіду та деяких основних солей феруму (II)-катіонів, усі інші солі добре розчинні у воді. Йони Fе²⁺ у водних розчинах порівняно швидко окиснюються до Fе³⁺.