Порядок і рекомендації щодо виконання роботи

V група катіонів

1. Реакції катіонів Fe²⁺

1.1. Луги осаджують катіони Fe²⁺ у вигляді гідроксиду заліза (ІІ). При стоянні на повітрі осад швидко змінює свій колір. Як саме і чому? Гідроксид заліза (ІІ) розчиняється у кислотах, проте не розчиняється у лугах. Складіть рівняння реакцій.

1.2. Розчин аміаку утворює з солями заліза (ІІ) осад. Присутність солей амонію у розчині заважає утворенню осаду. Складіть іонне рівняння реакції.

1.3. Азотна кислота у присутності сірчаної кислоти окиснює іони Fe²⁺ у Fe³⁺ при нагріванні. Пероксид водню у лужному середовищі спричиняє утворення осаду Fe(OH)₃. Зафіксуйте кольори розчинів і осаду та напишіть рівняння реакцій.

1.4. Характерною реакцією на катіони Fe²⁺ (її проведенню не заважають інші катіони V групи) є реакція з гексаціанофератом (ІІІ) калію (червона кров'яна сіль). При рН~3 утворюється осад турбулевої сині:

2K₃[Fe(CN)₆] + 3FeCl₂ = Fe₃[Fe(CN)₆]₂ + 6KCl .

Запишіть цю реакцію в іонному вигляді.

2. Реакції катіонів Fe³⁺

2.1. Усі луги утворюють з катіонами Fe³⁺ осад, який не розчиняється у присутності солей амонію. Поясніть чому добуток розчинності гідроксиду заліза (ІІІ) дорівнює 3,2·10^-38? Складіть рівняння реакцій утворення і розчинення гідроксиду заліза (ІІІ).

2.2. Гексаціаноферат (ІІ) калію (жовта кров'яна сіль) у слабкокислому середовищі утворює з катіонами Fe³⁺ осад складу Fe₄[Fe(CN)₆]₃ (берлінська лазур). Відзначте колір осаду і складіть молекулярне та іонне рівняння цієї характерної реакції.

2.3. Роданід калію (натрію, амонію) утворює розчинний нейтральний комплекс Fe(SCN)₃. Відзначте характерний колір сполуки і складіть молекулярне та іонне рівняння реакції.

Ця реакція дуже чутлива, інші катіони не заважають її перебігу. Вона є характерною на катіони Fe³⁺, відкриттю яких заважають аніони фосфорної, фтороводневої та деяких інших кислот, що утворюють з іонами Fe³⁺ стійкі комплекси.

3. Реакції катіонів Mn²⁺

3.1. Гідроксиди лужних металів і амонію осаджують Mn(OH)₂, розчинний у кислотах, але не розчинний у надлишку лугу. Осадження катіону мангану аміаком у присутності солей амонію не відбувається. Поясніть чому. Осад на повітрі змінює своє забарвлення. Поясніть це явище за допомогою рівняння реакції.

3.2. Характерною реакцією на катіони Mn²⁺ є його окиснення до аніона MnО₄^-, забарвленого у малиновий колір. У якості окисників можна використовувати бісмутат натрію і діоксид свинцю у середовищі азотної кислоти, персульфат амонію та інші окисники.

Окиснення бісмутатом натрію зручне тим, що перебігає без нагрівання. Для здійснення реакції до 2–3 краплин розчину солі мангану (ІІ) додайте ~ 5 cм³ концентрованої азотної кислоти і декілька кристаликів бісмутату натрію.

Іони Cl^- та інші відновники повинні бути відсутніми. Реакція відбувається за схемою:

2Mn(NO₃)₂+5NaBiO₃ +16HNO₃ = =2HMnO₄+5Bi(NO₃)₃+5NaNO₃+H₂O .

Окиснення іонів Mn²⁺ діоксидом свинцю відбувається також у присутності азотної кислоти, але при нагріванні.

Зафіксуйте колір розчину і складіть рівняння реакції.

4. Реакції катіонів Bi³⁺

4.1. Їдкі луги утворюють з катіонами Bi³⁺ осад, який не розчиняється в надлишку лугу, але розчинний в кислотах. Складіть рівняння реакцій і запишіть спостереження.

4.2. Гідроліз - одна з характерних реакцій на іони Bi³⁺. При сильному розведенні розчину водою утворюється осад оксохлориду бісмуту (ІІІ):

BiCl₃ + H₂O = BiOCl + 2HCl .

Який колір має осад? Складіть іонне рівняння реакції.

4.3. Іншою характерною реакцією на іони Bi³⁺є його відновлення до металевого стану. Відновником у цій реакції є солі олова (ІІ). Для виконання реакції візьміть 3 краплини розчину хлориду олова (ІІ), додайте надлишок їдкого натру так, щоб осад Sn(ОН)₂, який випав спочатку, розчинився. До одержаного лужного розчину прилийте 2 краплини розчину солі бісмуту (ІІІ). Що спостерігається? Складіть рівняння реакції, що відбулася. Зважте на те, що в останній реакції окрім металічного бісмуту утворюється станат натрію.

5. Реакції катіонів Mg²⁺

5.1. Їдкі луги утворюють з катіонами Mg²⁺осад, розчинний у кислотах і солях амонію. Який вигляд має цей осад? Складіть рівняння реакцій.

5.2. Катіони Mg²⁺ визначають за допомогою гідрофосфату натрію, який у присутності NH₄Cl i NH₄OH утворює осад подвійної солі:

Mg²⁺ +НРО₄^2- + NH₄OH = MgNH₄PO₄ + H₂O .

Чим цей осад відрізняється від гідроксиду магнію? Складіть молекулярне рівняння реакції. Для виконання реакції до 2–3 краплин солі магнію додавайте аміак до помутніння розчину та 2–3 краплини розчину хлориду амонію, а потім 3–4 краплини розчину гідрофосфату натрію.

6. Реакції катіонів Sb³⁺

6.1. Їдкі луги утворюють з катіонами Sb³⁺ гідроксид, який існує лише у контакті з розчином. При стоянні він перетворюється на Sb₂O₃. Гідроксид стибію (ІІІ) розчиняється як у кислотах, так і у лугах. Складіть рівняння реакцій.

6.2. Гідроліз солей стибію (ІІІ) відбувається за тією ж схемою, що і солей вісмуту (ІІІ), але дещо інтенсивніше. Складіть молекулярне та іонне рівняння реакцій, зафіксуйте колір осаду.

6.3. Сірководень утворює з іонами Sb³⁺ у кислому середовищі осад сульфіду, який розчиняється у концентрованих соляній i азотній кислотах, у сульфідах і полісульфідах. Перебіг реакцій взаємодії з останніми сполуками відбувається за схемами:

Sb₂S₃ + Na₂S = 2NaSbS₂ ,

Sb₂S₃ + Na₂S₂ = 2Na₃SbS₃ + 3S .

Складіть рівняння інших можливих перетворень, запишіть спостереження.

6.4. Металеві алюміній, цинк, олово та інші здатні відновлювати у кислому розчині іони Sb³⁺ до вільного стану. Наприклад:

2SbCl₃ + 3Sn = 2Sb + 3SnCl₂ .

Виконайте подібну реакцію із цинком. Що спостерігається? Напишіть рівняння реакції.

7. Реакції іонів Sb(V)

У водних розчинах стибій (V) зазвичай входить до складу комплексних аніонів, наприклад [SbCl₆]^-, [Sb(ОН)₆]^- та інших.

7.1. Гідроксиди лужних металів утворюють осад полімерної метастибіатної (-стибіатної) кислоти:

[SbCl₆]^- + 5OH^- = HSbO₃ + 6Cl^- + 2H₂O .

Який колір має осад? Складіть молекулярне рівняння реакції.

7.2. Гідроліз солей стибію (V) відбувається настільки сильно, що 0,25 М розчин його солі має pH менший за 1:

[SbCl₆]^- + 2H₂O = SbO₂Cl + 5Cl^- + 4H⁺.

Зробіть висновок відносно того, в якому розчині слід зберігати солі стибію?

7.3. Сірководень осаджує з кислих розчинів оранжево-червоний осад Sb₂S₅, який розчиняється у концентрованих соляній і азотній кислотах, їдких лугах, сульфідах і полісульфідах за аналогією з реакціями, наведеними у п.6.3. Складіть рівняння відповідних реакцій.

8. Хід аналізу суміші катіонів V аналітичної групи

У ході систематичного аналізу катіонів V групи враховуються деякі особливості їх сполук: схильність іонів бісмуту і стибію до гідролізу, низька розчинність діоксиду мангану у розведеній азотній кислоті, розчинність гідроксиду магнію у присутності хлориду амонію.

8.1. Відкриття катіонів Fe²⁺ і Fe³⁺ виконайте в окремих порціях розчину суміші за допомогою K₃[Fe(CN)₆] та K₄[Fe(CN)₆] і KSCN відповідно.

8.2. Для відкриття катіонів Bi³⁺ частину розчину, виданого на аналіз, розведіть у 5 разів дистильованою водою. Осад основних солей, що утворилися, відфільтруйте, після чого промийте його на фільтрі дистильованою водою і розчиніть у концентрованій соляній кислоті. Катіони Bi³⁺ відкрийте за реакцією з хлоридом олова (ІІ).

8.3. Для відкриття катіонів Mg²⁺ до фільтрату, що утворився після відокремлення іонів Bi³⁺, додайте розчин гідроксиду натрію до випадіння осаду, а потім додайте 3–5 см³ 6%-го розчину пероксиду водню, нагрійте і осад відфільтруйте. Одержаний осад, що є сумішшю діоксиду мангану, гідроксиду магнію та гідроксиду заліза (ІІІ), обробіть на фільтрі розчином хлориду амонію для розчинення гідроксиду магнію. Розчин, що пройшов через фільтр, зберіть в окрему пробірку і перевірте на наявність у ньому іонів Mg²⁺ дією гідрофосфату натрію.

8.4. Осад на фільтрі, що можливо містить діоксид мангану і гідроксид заліза (ІІІ), обробіть розведеною азотною кислотою, при цьому розчиниться лише гідроксид заліза (ІІІ). Діоксид мангану розчиніть у сірчаній кислоті, у фільтраті визначте іони Mn²⁺ дією бісмутату натрію.