Выполнение работы

Студент получает металл в виде стружки или гранул у преподавателя. Металл необходимо разделить на 5 частей.

Работа по анализу сводится к тому, что металл под действием какого-нибудь растворителя (HCl, HNO₃, NH₄Cl) окисляется и переводится в раствор в виде катиона металла. Затем с помощью характерных реакций доказывается наличие данного металла в полученном растворе. Растворение металла во всех случаях вести при слабом нагревании, в течение 3-5 минут примерно в 1 мл растворителя. С концентрированными кислотами соблюдать особую осторожность и работать только в вытяжном шкафу.

Опыт 1. Обнаружение магния

В пробирку поместить кусочек металла и добавить 2-3 мл концентрированного раствора хлорида аммония. Интенсивное выделение водорода дает основание предположить, что это магний (алюминий очень медленно взаимодействует с раствором NH₄Cl). Взаимодействие магния с раствором хлорида аммония объясняется частичным гидролизом NH₄Cl с образованием слабокислой среды.

Чтобы доказать наличие ионов Mg⁺², часть полученного раствора перелить в другую пробирку, разбавить примерно 1 мл воды, добавить 1 мл разбавленной соляной кислоты и 1-2 мл раствора Na₂HPO₄, затем по каплям, при постоянном встряхивании пробирки, добавить разбавленный раствор NH₄OH до появления запаха аммиака. При наличии ионов Mg⁺² должен образоваться белый кристаллический осадок MgNH₄PO₄:

Mg + H₂O + 2NH₄Cl = MgCl₂ + H₂ + 2NH₄OH

MgCl₂ + Na₂HPO₄ + NH₄OH = MgNH₄PO₄↓ + 2NaCl + H₂O

Если магний не обнаружен, к одному кусочку металла (в пробирке) прилить концентрированного раствора NaOH и осторожно нагреть до начала реакции. Обильное выделение водорода возможно в случае алюминия, цинк реагирует со щелочью гораздо спокойнее, олово и свинец растворяются в щелочи очень медленно.

Опыт 2. Обнаружение алюминия

В пробирку поместить кусочек металла и добавить 2-3 разбавленной соляной кислоты. Нанести каплю полученного раствора на кусочек фильтровальной бумаги, после чего бумагу выдержать 1-2 минуты над горлом склянки с концентрированным раствором аммиака (в этом момент образуется гидроксид алюминия). Далее получившееся пятно обработать каплей спиртового раствора ализарина и снова выдержать в парах аммиака. Затем бумагу подсушить над пламенем спиртовки. Аммиак при этом улетучивается, и фиолетовая окраска заменяется бледно-желтой, на фоне которой отчетливо видно розово-красное пятно. Его появление объясняется тем, что ализарин образует с гидроксидом алюминия трудно растворимое соединение красноватого цвета.

Опыт 3. Обнаружение цинка

В пробирку поместить два кусочка металла и добавить 2-3 мл разбавленной азотной кислоты. Смочить кусочек фильтровальной бумаги полученным раствором Zn(NO₃)₂, а затем 2-3 каплями разбавленного раствора Co(NO₃)₂ и прокалить бумагу в тигле (прокаливание вести в вытяжном шкафу). При наличии катиона Zn²⁺ пепел окрашивается в зеленый цвет за счет образования цинката кобальта CoZnO₂ – «Зелень Ринмана»:

Zn(NO₃)₂ + Co(NO₃)₂ → CoZnO₂ + 4NO₂ + O₂

Если магний, алюминий и цинк не обнаружены, провести характерные реакции на остальные металлы – свинец, медь, олово и кадмий.

Опыт 4. Обнаружение свинца и меди

В пробирку поместить два кусочка металла и растворить их в 2-3 мл разбавленной азотной кислоты. В случае свинца получается бесцветный раствор Pb(NO₃)₂. Чтобы проверить наличие ионов Pb²⁺, нужно отлить часть полученного раствора в другую пробирку, туда же добавить раствор сульфата натрия. В присутствии ионов Pb²⁺ должен получиться белый осадок PbSO₄. Медь при растворении в разбавленной азотной кислоте дает голубой раствор Cu(NO₃)₂. Наличие ионов Cu²⁺ в растворе проверяется действием разбавленного раствора NH₄OH. При осторожном добавлении NH₄OH сначала можно наблюдать образование голубого осадка гидроксида меди, затем темно-синий раствор аммиаката меди:

Сu(NO₃)₂ + 2NH₄OH = Cu(OH)₂↓ + 2NH₄NO₃

Сu(OH)₂↓ + 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄](ОН)₂ + 4H₂O

Опыт 5. Обнаружение олова

В пробирку поместить 1-2 кусочка металла и растворить осторожно, в вытяжном шкафу, в 1-2 мл концентрированной азотной кислоты. Для устранения ядовитого газа (бурого диоксида азота) в пробирку сразу же налить воды. При наличии олова образуется белый осадок β-оловянной кислоты, не растворяющейся после разбавления раствора водой.

Sn + 4HNO₃ + (n+2)H₂O = SnO₂·nH₂O↑ + 4NO₂ + 2H₂O

Опыт 6. Обнаружение кадмия

В пробирку поместить кусочек металла, осторожно, в вытяжном шкафу, растворить в 1-2 мл концентрированной соляной кислоты. Для проведения характерной реакции на ионы Cd²⁺ часть полученного отлить в другую пробирку, добавить туда же по каплям при постоянном встряхивании пробирки разбавленный раствор NaOH до появления легкого помутнения, затем прилить раствор сульфида натрия. Щелочь добавляется для нейтрализации избытка соляной кислоты. В присутствии ионов Cd²⁺, в зависимости от количества добавленной щелочи, образуется желтый или оранжевый осадок CdS (не спутать с белым или желтоватым осадком свободной серы, которая может осаждаться в кислой среде).

Требования к результатам опытов:

1. Написать для каждого металла уравнение реакции с растворителем, под действием которого металл окисляется и переводится в раствор в виде катиона.

2. Составить уравнение реакции, доказывающей наличие катионов данного металла в полученном растворе.

3. Описать последовательный ход анализа.

4. Сделать вывод, какой металл был выдан преподавателем.

Примеры решения задач

Пример 33.1. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций: Cu²⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓

Ag⁺ + Br⁻ = AgBr↓

Pb²⁺ + 2Cl⁻ = PbCl₂↓

Решение. Обнаружение катионов проводят в растворе, следовательно, исходные вещества должны быть растворимыми сильными электролитами. В результате реакции образовался один осадок, значит, второе образующееся вещество также должно быть растворимым сильным электролитом. Например,

CuCl₂ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

AgNO₃ + NaBr = AgBr↓ + NaNO₃

Pb(NO₃)₂ + 2NaCl = PbCl₂↓ + 2NaNO₃

Пример 33.2. При анализе раствора соли металла под действием сульфида аммония выпал осадок белого цвета. Какие катионы может и какие не может содержать исследуемый раствор?

Решение. Сульфиды железа, никеля и кобальта черного цвета, значит, в данном растворе катионы этих металлов отсутствуют. Белый цвет осадка свидетельствует о присутствии катионов алюминия или цинка.

Задачи

№ 33.1. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций на ионы Fe³⁺.

№ 33.2. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

Ni²⁺ + 2OH⁻ = Ni(OH)₂↓

Ag⁺ + I⁻ = AgI↓

Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓?

№ 33.3. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций образования сульфидов кобальта, никеля и свинца.

№ 33.4. При анализе раствора соли металла под действием раствора соляной кислоты выпал белый осадок. О присутствии каких катионов это свидетельствует? Привести уравнения соотетствующих реакций.

№ 33.5. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций, позволяющих обнаружить ионы Mg²⁺.

№ 33.6. Написать молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия раствора сульфида аммония с раствором, содержащим катионы Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺.

№ 33.7. Под действием сероводорода на исследуемый раствор образуется желтый осадок. Какой катион может присутствовать в растворе? Привести уравнение соответствующей реакции.

№ 33.8. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций:

Sn²⁺ + S²⁻ = SnS↓

Ca²⁺ + CO₃²⁻ = CaCO₃↓

Ba²⁺ + CrO₄²⁻ = BaCrO₄↓

№ 33.9. При анализе раствора соли металла установлено, что образуется белый осадок под действием и раствора сульфида аммония, и раствора карбоната аммония. Какой катион может присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

№ 33.10. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций, с помощью которых можно открыть ионы Ag⁺.

№ 33.11. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора сульфида аммония образуется черный осадок, а при взаимодействии с избытком аммиака образуется синий раствор. Какие катионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

№ 33.12. Под действием аммиака на исследуемый раствор образуется зеленый осадок. Какие катионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

№ 33.13. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора соляной кислоты образуется белый осадок, а при взаимодействии с бромидом натрия образуется желтый осадок. Какой катион может присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций

№ 33.14. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций

Cu²⁺ + S²⁻ = CuS↓

Ag⁺ + Cl⁻ = AgCl↓

Cа²⁺ + CO₃²⁻ = CaCO₃↓?

№ 33.15. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций, позволяющих обнаружить ионы Ni²⁺.

№ 33.16. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора щелочи образуется белый осадок, растворимый в кислотах и щелочах. При взаимодействии раствора с сульфатом натрия также образуется белый осадок. Какие катионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

№ 33.17. Под действием карбоната аммония на исследуемый раствор образуется белый осадок. Какие катионы могут присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

№ 33.18. При анализе раствора соли металла установлено, что под действием раствора щелочи образуется голубой осадок, а при взаимодействии с сероводородом образуется черный осадок. Какой катион может присутствовать в растворе? Привести уравнения соответствующих реакций.

№ 33.19. Какие вещества можно взять при выполнении следующих реакций

Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓

Zn²⁺ + S²⁻ = ZnS↓

Pb²⁺ + CrO₄²⁻ = PbCrO₄↓

№ 33.20. Написать молекулярные и ионные уравнения трех разных качественных реакций на ионы Zn²⁺ .