5.5. Лабораторна робота № 5.

Реакції катіонів Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺

Для катіонів Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺, властиві змінні ступені окислення, реакції окислення-відновлення, забарвлення їх іонів і сполук, здатність утворювати координаційні сполуки. З катіонів цієї групи в даних методичних вказівках розглядаються катіони Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Bi³⁺.

Гідроксиди цих катіонів не проявляють добре виражених амфотерних властивостей(не розчиняються в надлишку лугу), не утворюють розчинних координаційних сполук з амоніаком і за цими властивостями відрізняються від катіонів IV і VI аналітичних груп. Груповим реактивом на катіони п’ятої аналітичної групи є амоній гідроксид, який утворює з ними осади гідроксидів, які не розчиняються у воді. Гідроксиди Fe²⁺, Mn²⁺ розчиняються в амонійних солях і тому з водних розчинів їх солей осаджуються амоній гідроксидом не повністю. Щоб вилучити їх з розчину при відокремлені катіонів V аналітичної групи від катіонів VI групи катіони Fe²⁺, Mn²⁺ окислюють до Fe³⁺, Mn⁴⁺ відповідно. Для цього осадження катіонів V групи ведуть у присутності гідроген пероксиду Н₂О₂.

5.5.1. Реакції катіону Fe³⁺.

5.5.1.1. З лугами NaOH, KOH і розчином амоніаку іони Fe³⁺ утворюють червоно-бурий аморфний осад Fe(OH)₃:

Fe³⁺ + 3NH₄OH Fe(OH)₃ + 3NH₄⁺.

Осад розчинений у кислотах:

Fe(OH)₃ + 3HNO₃ Fe(NO₃)₃ + 3H₂O.

У надлишку лугу осад не розчиняється, тому що у Fe(OH)₃ здатність до кислотної дисоціації виражена дуже слабко.

Виконання: У дві пробірки відібрати по 2 краплі розчину солі феруму (Ш), додати в одну 2 краплі NaOH, а в другу - 2 краплі NH₄OH. Перевірити осад на розчинність у кислоті HNO₃ і надлишку лугу.

5.5.1.2. З тіоціонатом амонію NH₄SСN або калію KSCN іони Fe³⁺ утворюють роданід феруму, який забарвлює розчин у криваво-червоний колір:

.

У залежності від концентрації роданід-іона можуть утворюватися

[Fe(SCN)]²⁺, [Fe(SCN)₂]⁺, [Fe(SCN)₃]⁰, [Fe(SCN)₄]^–, [Fe(SCN)₅]^2–, [Fe(SCN)₆]^3–.

Додаток надлишку реагенту зміщує рівновагу вправо і підсилює забарвлення розчину.

Виконання. До краплі розчину солі заліза (Ш) у пробірці додати 2 краплі розчину тіоціанату.

5.5.1.3. З калій гексаціаноферратом (П) K₄[Fe(CN)₆] з нейтральних і кислих розчинів солей феруму (Ш) осаджується берлінська лазур – осад інтенсивно синього кольору:

.

У кислотах осад помітно не розчиняється, але занадто сильне підкислення не доцільне, в лугах осад розкладається:

.

Виконання. До 1-2 крапель солі заліза (Ш) додати краплю HNO₃ і 2-3 краплі розчину K₄[Fe(CN)₆]. Випробувати дію надлишку (5-6 крапель) лугу на осад, що утворився.

5.5.1.4. Відновлення Fe³⁺ до Fe²⁺. Іон Fe³⁺ є окислювачем, хоча і порівняно слабким. Із сильними відновниками, наприклад хлоридом стануму (П), реакція протікає легко:

1

2

Жовтий розчин при додаванні знебарвлюється. При додаванні розчину NH₄SСN забарвлення у червоно - кривавий колір не спостерігається

Виконання. До 2 крапель розчину додати 2 краплі розчину .

Аналогічно іон Fe³⁺ взаємодіє з йодид іоном:

2KI + 2 FeCl₃ I₂ + 2FeCl₂ + 2KCl.

Виконання. До 2 крапель розчину додати 2 краплі розчину калій йодиду. Розчин набуває бурого кольору, який синіє від доданої краплі розчину крохмалю.

5.5.2. Реакції катіону мангану Mn²⁺.

5.5.2.1. З їдкими лугами NaOH або KOH і розчином амоніаку NH₄OH іони Mn²⁺ утворюють осад гідроксиду мангану білого кольору:

.

З аміаком осадження неповне, тому що реакція оборотна:

.

Осад швидко буріє на повітрі внаслідок окиснення киснем повітря іонів Mn²⁺ до :

.

Виконання. До 2 краплин розчину солі Mn²⁺ додати 2 краплі розчину лугу. Розділити розчин з осадом на дві пробірки. В одній спостерігати зміну кольору осаду в часі. В іншу пробірку додати 2 краплі розчину CH₃COOH.

5.5.2.2. З гідроген пероксидом катіони Mn²⁺ окислюються до MnO₂, який утворює осад:

3MnSO₄ + H₂O₂ + KOH MnO₂ + K₂SO₄ +2H₂O.

Реакції заважають іони Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Ag⁺, які з гідроген іонами утворюють чорні, або забарвлені осади.

Виконання. До краплі розчину солі мангану додають 2 краплі розчину гідроген пероксиду, і нагрівають. При наявності Mn²⁺ утворюється темно-бурий осад.

5.5.2.3. Окиснення Mn²⁺ до може бути здійснено дією різних окислювачів.

а) Діамоній гексаоксопероксодисульфат (NH₄)₂S₂O₈ окислює іони Mn²⁺ до у кислому середовищі у присутності каталізатору AgNO₃. При цьому розчин здобуває малиново-фіолетовий колір:

2

5

Іони заважають проведенню реакції.

При відсутності каталізатора іон Mn²⁺ окислюється не до , а до бурого осаду H₂MnO₃.

Виконання. У пробірку внести скляною лопаткою кілька кришталів солі (NH₄)₂S₂O₈, додати краплю 2н розчину HNO₃, 1-2 краплі концентрованої H₃PO₄, 2 краплі розчину AgNO₃ і 5 крапель дистильованої води. Нагріти суміш до кипіння. Внести в нагріту суміш краплю розчину солі марганцю (П), яка не містить іонів . Якщо замість появи малиново-фіолетового кольору розчину випадає бурий осад H₂MnO₃, це значить, що концентрація іонів Mn²⁺ занадто велика. Дослід у цьому випадку треба повторити, попередньо розбавивши краплю розчину солі марганцю декількома краплями води, з цього розчину відібрати краплю для проведення реакції.

б) Розчин Br₂ (бромна вода ) окислює іони Mn²⁺ до у лужному середовищі у присутності каталізатору CuSO₄:

.

.

Br₂ + 2e 2Br^-.

Малиново-фіолетовий колір розчину додає іон , що утворюється в результаті окислювання іонів Mn²⁺.

Виконання. До краплі розчину солі мангану (П) додати 5 крапель дистильованої води, 2 краплі розчину СuSO₄, 7-10 краплин 4н розчину NaOH, перемішати. Додати 7-10 краплин розчину NaBrO або Br₂. Обережно нагріти суміш до 80-90 °С. Поява малиново-фіолетового забарвлення свідчить про присутність мангану.

5.5.3. Реакції катіону бісмуту Bi³⁺.

5.5.3.1. Гідроліз солей вісмуту. В нейтральному або слабо кислому середовищі відбувається гідроліз з виділенням білого осаду основних солей:

BiCl₃ + 2H₂O Bi(OH)₂Cl +2HCl.

Основні солі не стійкі й відщеплюють молекулу води

Bi(OH)₂Cl BiOCl +H₂O.

Утворюються основні солі, які легко розчиняються в кислотах:

Виконання. До 2-3 крапель солі вісмуту додати 3-5мл(20-40 крапель) дистильованої води. Спостерігати появу білої каламуті основної солі(для прискорення реакції можна додати краплю розчину NaCl або KCl). Перевірити розчинність осаду в HNO₃.

Примітка. Осад основних солей випадає також при дії розчину амоніаку на солі вісмуту.

5.5.3.2. З їдкими лугами NaOH або KOH катіони Bi³⁺ утворюють білий осад гідроксиду:

.

Осад розчинний у кислотах.

Виконання. До 4-5 крапель розчину солі Bi³⁺ додати 1-2 краплі розчину лугу. Випробувати відношення осаду, що утворився, до діїHNO₃.

5.5.3.3. З станітами лужних металів Na₂SnO₂ або K₂SnO₂ іони Bi³⁺ відновлюються до металевого бісмуту, що випадає з розчину у виді чорного осаду. Реакція відбувається в лужному середовищі:

.

.

Розчин станіту готують з розчину хлориду стануму .

Виконання. До 2 крапель розчину додати 2н розчин NaОН до появи білого осаду амфотерного гідроксиду стануму:

.

і надлишок NаОН до розчинення осаду з метою одержання станіту натрію:

.

До отриманого розчину станіту додати краплю розчину солі бісмуту. Розчин підігріти. Спостерігати появу чорного осаду металевого бісмуту.

5.5.3.4. З калій йодидом KI катіон Bi³⁺ утворює чорний осад:

Bi(NO₃)₃ + 3KI BiI₃ + 3KNO₃,

який розчиняється в надлишку калій йодиду з утворенням координаційної сполуки:

BiI₃ + KI K[BiI₄].

При сильному розведенні розчину, який містить K[BiI₄], утворюється оранжевий осад солі BiOI. Цій реакції заважають катіони Fe³⁺, Pb²⁺, Ag+.

Виконання. До 3-5 крапель розчину, який містить Bi³⁺ додати по краплям розчин KI. Спостерігати утворення чорного осаду і його розчинення в надлишку KI, при цьому розчин забарвлюється в оранжевий колір.