VI група катіонів
1. Реакції катіонів Ni2+
1.1. Їдкі луги при дії на солі нікелю утворюють осад гідроксиду,
розчинного у кислотах, гідроксиді і солях амонію. Запишіть спостереження і складіть рівняння проведених реакцій.
1.2. Гідроксид амонію при дії на іони Ni2+ спочатку осаджує основну сіль, яка потім розчиняється у надлишку реагенту:
NiCl2 + NH4OH = NiOHCl + NH4Cl,
NiOHCl + 7NH4OH = [Ni(NH3)6](OH)2 + NH4Cl + 6H2O .
Назвіть сполуки, які утворюються, і зафіксуйте їх колір.
1.3. Гідрофосфат натрію утворює з іонами Ni2+ осад ортофосфату нікелю, розчинний у кислотах і надлишку аміаку:
3NiCl2 + 4Na2HPO4 = Ni3(PO4)2+ 2NaH2PO4 + 6NaCl .
Який колір осаду? Який висновок можна зробити при порівнянні кольорів нерозчинних сполук і розчинів солей нікелю?
1.4. Реакція Чугаєва.
Диметилгліоксим (СН3СNОН)2 (реактив Чугаєва) взаємодіє з аміачним розчином солей Ni2+, утворюючи яскраво-червоний осад внутрішньокомплексної солі:
.
Це характерна якісна реакція на іони Ni2+. Визначенню заважає катіон Fe2+, який утворює з реактивом Чугаєва сполуку червоного забарвлення.
Для виконання реакції до 2–3 краплин розчину, який аналізується, додайте 3–5 краплин аміаку і 2–3 краплини спиртового розчину диметилгліоксиму.
2. Реакції катіонів Co2+
2.1. Їдкі луги і аміак виділяють з розчинів солей кобальту (ІІ) осад основної солі CoОНСl (напишіть рівняння реакцій), який розчиняється у кислотах і надлишку аміаку:
CoОНСl + 7NH4OH = [Co(NH3)6](OH)2 + NH4Cl + 6H2O .
Який колір має розчин? При стоянні осад змінює свій колір. Поясніть чому.
2.2. Гідрофосфат натрію реагує з катіонами Co2+ подібно іонам Ni2+. Зафіксуйте колір осаду та складіть рівняння реакції.
2.3. Характерною на катіони Co2+ є реакція “синього кільця”. До розчину солі кобальту (ІІ) додайте невелику кількість кристалів роданіду калію (натрію, амонію) і перемішайте. Утворюється роданідний комплекс:
CoCl2 + 4NH4SCN = (NH4)2[Co(SCN)4] + 2NH4Cl .
Додайте до розчину ізоаміловий спирт, який утворить на поверхні водного розчину органічний шар (кільце), забарвлений у синій колір. Виконанню реакції заважають катіони Fe3+, Cu2+, Hg22+ та інші. Катіони Fe3+ маскують додаванням сухого фториду натрію, а інші іони - розчином тіосульфату натрію. При цьому утворюються безбарвні комплекси.
3. Реакції катіонів Cu2+
3.1. Їдкі луги утворюють з іонами Cu2+ аморфний осад, який розчиняється в кислотах. Складіть рівняння реакцій і запишіть спостереження.
3.2. Гідроксид амонію осаджує катіони Cu2+ у вигляді основної солі:
2CuSO4 + 2NH4OH = (CuOH)2SO4+ (NH4)2SO4 .
Який колір має осад?
При додаванні надлишку аміаку осад розчиняється за реакцією:
(CuOH)2SO4 + (NH4)2SO4 + 6NH4OН = 2[Cu(NH3)4]SO4 + +8H2O
з утворенням яскраво-синього аміакату міді. Чому при підкисленні розчину змінюється його забарвлення? Складіть рівняння реакції. Реакцію з надлишком аміаку можна розглядати як характерну на катіони Cu2+ . Проте слід зважати на те, що за умови присутності катіонів Ni2+ вони також утворюють подібний, хоча менш інтенсивно забарвлений комплекс.
3.3. Метали, які у ряду напруг стоять до водню (наприклад, Al, Fe, Zn), відновлюють іони Cu2+ до вільного стану. При цьому метали вкриваються шаром міді. Запишіть рівняння реакції.
3.4. Гексаціаноферат (ІІ) калію утворює з катіонами Cu2+ червоно-бурий осад. Складіть рівняння реакції, яку застосовують як характерну для визначення Cu2+ у розчинах. Гідроксид амонію розчиняє гексаціаноферат (ІІ) міді. Складіть рівняння реакції.
4. Реакції катіонів Сd2+
4.1. Їдкі луги і гідроксид амонію утворюють з катіонами Cd2+ осад гідроксиду (якого кольору?). Напишіть рівняння реакцій утворення гідроксиду кадмію і його розчинення у кислотах. Надлишок гідроксиду амонію розчиняє гідроксид кадмію. Який колір має розчин? Складіть рівняння реакції.
4.2. Сірководень утворює з катіонами Сd2+ жовтий осад сульфіду кадмію. Ця реакція є характерною для катіонів кадмію. Складіть рівняння реакції у молекулярному та іонному вигляді.
5. Реакції катіонів Hg2+
5.1. Їдкі луги осаджують з розчинів солей ртуті (ІІ) оксид ртуті (гідроксид ртуті (ІІ) нестійкий). Який колір має осад? У чому він розчиняється? Напишіть рівняння реакцій.
5.2. Гідроксид амонію осаджує з розчинів солей ртуті (ІІ) осад амідної сполуки (який колір він має?):
Hg(NO3)2 + 2NH4OH = [HgNH2]NO3+ NH4NO3 + 2H2O .
Осад розчиняється в кислотах та концентрованому розчині аміаку:
[NH2Hg]NO3 + 2NH4OH + NH4NO3 → [Hg(NH3)4](NO3)2 + +2H2O .
Рівновага зміщується вправо при додаванні надлишку амонійних солей.
5.3. Йодид калію утворює з катіонами Hg2+ яскраво-червоний осад йодиду ртуті, розчинний у надлишку реактиву. Складіть рівняння реакції, яка є характерною на катіони Hg2+. Вона дозволяє відкрити катіони Hg2+ у присутності всіх інших катіонів, крім Ag+ i Pb2+.
5.4. Відновники (SnCl2, метали, включно з міддю) відновлюють іони Hg2+ до Hg22+, а потім до металічної ртуті. Складіть відповідні рівняння реакцій.
5.5. Сірководень і тіосульфат натрію у кислому середовищі при нагріванні з солями ртуті (ІІ) утворюють чорний осад сульфіду ртуті (ІІ), нерозчинний в азотній кислоті, але розчинний у царській горілці. Складіть рівняння реакцій.
6. Хід аналізу суміші катіонів VI аналітичної групи
Аналіз суміші катіонів VI групи можна виконати дробним методом, тобто за допомогою характерних реакцій з окремих проб.
6.1. Відкриття катіонів Cu2+
До 2–3 краплин розчину додайте 5–6 краплин концентрованого розчину аміаку. За наявності міді розчин забарвлюється в інтенсивно-синій колір. Щоб помилково не прийняти аміакат нікелю (теж синього кольору) за аміакат міді, зробіть з окремої проби перевірочну реакцію на Cu2+ з гексаціанофератом (ІІ) калію.
6.2. Відкриття катіонів Hg2+
До 2–3 краплин розчину додавайте краплями розчин йодиду калію. Поява червоного осаду йодиду ртуті свідчить про присутність у розчині іонів Hg2+.
6.3. Відкриття катіонів Co2+
До 2–3 краплин розчину додайте декілька кристаликів роданіду амонію (або калію), 0,1 см3 ізоамілового спирту, суміш збовтайте. У присутності іонів Co2+ органічне кільце забарвлюється у синій колір. Якщо кільце має брудно-жовтий колір, слід додати декілька кристаликів тіосульфату натрію і розчин збовтати.
6.4. Відкриття катіонів Ni2+
До 2–3 краплин розчину додайте 3–5 краплин розчину аміаку і 2–3 краплини спиртового розчину реактиву Чугаєва. Поява малинового забарвлення свідчить про наявність іонів Ni2+.
6.5. Відкриття катіонів Cd2+
Його можна здійснити лише після відокремлення іонів Cu2+, Hg2+, Ni2+ і Co2+ у вигляді сульфідів, які осаджуються з 1 н розчину соляної кислоти. Осад сульфіду кадмію за такої кислотності не утворюється, його появу фіксуємо лише після розведення розчину до необхідної кислотності. До 3 см3 розчину, що аналізується, додайте такий самий об’єм 2 н соляної кислоти, а потім сірководневої води. Осад, який випав, відфільтруйте, до фільтрату додайте нову порцію сірководневої води. Якщо розчин чорніє, осад знову відфільтруйте. Після цього розчин розведіть водою вдвічі і спостерігайте за появою жовтого осаду.
Контрольні питання, запитання та завдання
1. Закінчіть рівняння наступних реакцій:
Fe3O4 + NO3- =
FeAsS + NO3- =
FeCl3 + Na2S2O3 =
2. Які з катіонів V групи відкриваються за допомогою реакцій гідролізу? Наведіть рівняння цих реакцій.
3. Запропонуйте можливі способи перетворення у водному розчині іонів Fe3+ в іони Fe3+.
4. Гідроксид магнію розчиняється у кислотах та у розчинах солей амонію. Складіть відповідні рівняння, вкажіть ознаки, характерні для обох реакцій. Чи буде гідроксид кальцію поводити себе аналогічно?
5. Які особливості катіонів V групи враховуються при систематичному аналізі їх суміші?
6. Чи можуть існувати у розчині катіони Sn4+, As5+, Sb6+? Відповідь обґрунтуйте.
7. Яка характерна реакція використовується при аналізі катіонів як IV, так і V аналітичної групи?
8. До складу гексаціанофератів входять ціанід-іони. Чому ці солі не отруйні?
9. Використовуючи таблицю стандартних електродних потенціалів (додаток 3), визначте напрями перебігу наступних реакцій:
Mn2+ + Cl2 + H2O MnO4- + Cl- + H+,
MnO4- + Bi3+ + H2O Mn2+ + BiO3- + H+,
Fe3+ + I- + H2O Fe2+ + IO3- + H+.
10. Запишіть рівняння відкриття іонів V i VI груп, в яких відбуваються окисно-відновні перетворення.
11. На прикладі реакції “синього кільця” поясніть суть процесу екстракції.
12. Як здійснюється маскування катіонів, які заважають визначенню катіону Cо2+?
13. Складіть перелік забарвлених осадів, які використовуються при визначенні катіонів VI групи.
14. Які способи видалення іонів, що заважають відкриттю інших іонів, використовують в аналізі? Наведіть конкретні приклади і складіть рівняння відповідних реакцій.