Реакции и анализ третьей аналитической группы катионов

Содержание работы

Целью работы является изучение реакций обнаружения катионов третьей аналитической группы . Совершенствование практических навыков выполнения аналитических реакций.

В третью, амфолитную, группу катионов входят ионы А1³⁺ Сr³⁺. Zn ⁺² . а также Sn²⁺ Sn⁴⁺, As³⁺, Аs⁵⁺ которые не рассматриваются.

Групповым реагентом является избыток раствора щёлочи, при действии которого образуются растворимые в воде алюминат, хромит и цинхат, гак хак гидроксиды этих элементов амфотерны

1. Общая характеристика катионов третьей группы

Степень окисления

Алюминий (3s² 3p¹) я Zn (4s²3d¹⁰) имеют постоянные степени окисления три и два соответственно, и в условиях анализа в реакции окисления- восстановления не вступают.

Хром (4s²3d¹⁰) - элемент VI фуппы ПСМ -имеет валентности II, Ш, VI. Соединения двухвалентного чрома неустойчивы и » условиях анализа легко превращаются в Сг*" При окислении фёхваленпюго хрома » щелочной среле перекиеью водорода образуется хромат жёлтого цвета (соль хромовой кислоты - Н7СЮ4), в котором хром шестивалентен:

2 СrСl₃ + 10NaОН + ЗН₂0 2Nа₂СrО₄ + 8Н₂0 + 6NaС1

зеленый жёлтый

С r³⁺ + 8ОН¯ - Зе СrO₄²¯+ 4Н₂0

Н ₂О₂ + 2е 2 0Н^¯

2 Сr³⁺ + 10 ОН^¯ +ЗН₂О₂ 2 СrО₄²⁺ + 8Н₂0

При этом окраска раствора меняется из зелёной в жёлтую. Хром (VI) при­сутствует в растворах в виде анионов СrO₄²⁺ (щелочная среда) или Сг₂0₇²⁺ (кис­лая среда), вследствие равновесия (1).

2СrO₄^2¯+2H⁺ ↔ Сr₂О^2¯ +Н₂0

желтый оранжевый

Свойства гидроксидов

Все гидроксиды катионов третьей группы амфотерны при действии с избытка сильной щёлочи на соли этих ионов идут реакции:

А1³⁺ +40Н¯ ↔ АlO₂¯ + 2Н₂0 или [А1(ОН)₄]^-

Алюминат тетрогидроксоалюминат-ион

бесцветный

Zn³⁺ +40Н¯ ↔ ZnO₂²¯ + 2Н₂0 или [Zn (ОН)₄]^2-

цинкат тетрогидроксоцинкат-ион

бесцветный

Cr³⁺ +40Н¯ ↔ CrO₂²¯ + 2Н₂0 или [Cr (ОН)₄]^2-

цинкат тетрогидроксoхромат(III)-ион

С раствором аммиака соли катионов алюминия и хрома (III) образуют осадки соответствующих гидроксидов. а соль цинка, в отличие от них, в избыт­ке NH₄ОН легко растворяется с образованием комплексной, соли - аммиаката цинка, что делает его похожим на катионы V аналитической группы:

Z n²⁺ + 6NH₄ОН [Zn(NH₃)₄]₂++6H₂O

Zn(OH)₂ + 6 NH₄ОН ↔ [Zn(NH₃)₄](OH)₂ + 6H₂O

В анализе этой реакцией пользуются для отделения катиона Zn²⁺ от Аl³⁺ и Сr³⁺.

Гидролиз солей

Все соли хрома алюминия и цинка, образованные сильными кислотами, подвергаются ступенчатому гидролизу ,по катиону, а значит, имеют кислую ре­акцию:

1 ) А1С1₃ + НОН↔ 2АlOНСl₂ ⁺ НС1

А1 + НОН ↔АlOН²⁺+ Н⁺ .

2) 2АlOНСl₂ + НОН ↔А1(ОН)₂С1 + НС1

Аl(ОН)²⁺ + Н0H ↔ Al(ОН)₂⁺ Н⁺

3 НОН ↔ Al(ОН)⁺₃ +НСl

А1(ОН)⁺₂+ HО↔H↔ А1(ОН)₃ + Н⁺

4)Zn²⁺ + НОН ↔ ZnOH⁺ + Н⁺

5)ZnОН⁺ + НОН ↔ Zn(ОН)₂ + H⁺

Алюминаты, хромиты и цинкаты также очень сильно гидролизуются и имеют щелочную реакцию, например:

СrО₂^¯ +Н₂0 ↔НСrO₂ + ОН¯

Комплексообразование

Ионы цинка и хрома (III) образуют комплексы с различными лигандами : катионные- с аммиаком и водой, анионные - с гидроксильной 1-руппой и други­ми отрицательно заряжешшми лигандами.

Координационные числа их равны: у цинка — IV; у алюминия - IV, VI; хрома- VI.

Окраска соединений

Растворы солей алюминия и цинка бесцветны. Соединения хрома (III) в кислой среде имеют окраску от фиолетовой до зелёной, а в щелочной среде - ярко-зелёные.

Соединения хрома (VI) в кислой среде оранжевого цвета, в щелочной - жёлтого цвета.

Ход работы

Задание 1. Общие реакции на катионы третьей группы

П роделать и записать уравнения реакций с 1 -2 каплями солей катионов Al³⁺ Сr³⁺,Zn²⁺ согласно табл. 3. Реакции по пунктам 1,2,3 проделывать в одной пробирке, доливая реактивы в последовательности: NаОН Nа0Н_изб Н₂0₂

Табл. 3

Реактивы	Условия приведения реакция	Катионы
		Al3+	Cr2+	Zn2+
1.NaОН	Недостаток	А1(ОН)з- белый	Cr(OH)3 серо-зелёный белый	Z n(OH)2 белый
2.NaОН	Избыток (до растворения осадков)	АO2 бесцветный	CrO¯2 зелёный ; бесцветный	ZnO¯2 бесцветный
3 NaOH+H2O2	Избыток нагреть	АO2 бесцветный	CrO¯4 жёлтый бесцветный	ZnO2¯2 бесцветный
4. NH4OH	Избыток	A l(OH)3	С r(ОН)3	[Zn(NH3)4]2+
5 Na2CO3		A l(OH)3	С г(ОН)3	( ZnOH)2CO3 белый

Задание 2 . Реакции обнаружения катионов третьей группы

Опыт 1. Обнаружение иона

Реакция с алюминоном. Алюминон (аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты) С₂₂Н₁₁О₃(NH₃)₄ образует с А1(ОН)₃ соединение красного цвета, па структуре подобное лаку.

Выполнение реакции :

К 2 каплям соли алюминия (или алюминату) приба­вить 2 капли 2н раствора СН₃СООН до рН<7, прилить 2 капли раствора алюми­нона и нагреть на водяной бане, затем прибавить раствор NH₄ ОН (до появле­ния запаха) и две-три капли раствора (NH₄)₂ СОз. Красные хлопья алюминиевого лака доказывают присутствие А1 . Реакция чувствительна.

Кроме иона А1³⁺ лаки красного цвета с алюминоном образуют ионы

Fe ³⁺ , Сr³⁺.

В отличие от алюминиевого лака, лак, образованный хромом, разрушается под действием избытка NH₄ ОН. Ион Fe ³⁺, если необходимо, сначала отделяют действием избытка щёлочи, после чего раствор подкисляют СНзСООН.

Опыт 2 . Обнаружение иона

Реакция с тетрородаиомеркуриатом аммония ((NH₄)₂[Hg(SCN)₄]) в при­сутствии соли кобальта (II).

Выполнение реакции:

К 2-3 каплям (NH₄)₂[Hg(SCN)₄] прибавить 1 каплю очень разбавленного раствора СоСl₂ (0,02%) и потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки. При этом не должен выпадать голубой осадок (рH<7). В ту же пробирку добавить 1 каплю раствора соли цинка и вновь потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки. В присутствии иона Zn²⁺ быстро выпадет голубой осадок, состоящий из голубого Со[Нg(SCN)₄] и белого Zn[Нg(SCN)₄]:

2 (NH4)2[Hg(SCNl4] + ZnSO4 + CoCl₂↔ Co[Hg(SCN)₄]·Zn(Hg(SCN)₄]+2NH₄Cl+(NH₄)SO₄

Роль Zn²⁺ заключается в том, что образуемый им белый осадок Zn[Нg(SСN)₄) ускоряет (как затравка) выпадение синего осадка Со[Нg(SСN)₄], который в отсутствии Zn[Нg(SСN)₄]| может не выпадать часами (образование пересыщенного раствора).