Опыт 3. Обнаружение железа

I

Железо образует два ряда устойчивых солей: соли железа (II) и соли железа (III). Растворы солей железа (III) содержат катион Fе³⁺ и имеют желтую или красно-бурую окраску, а растворы солей железа (II) - катион Fе²⁺ и имеют бледно-зеленую окраску.

Реакции катиона Fе3+

А) Действие группового реагента

Сульфид аммония (NH₄)₂S в присутствии аммонийной буферной смеси осаждает из растворов железа (III) Fе₂S₃ черного цвета. При растворении сульфида железа (III) в кислотах катион Fе³⁺ восстанавливается до Fе²⁺

Fе₂S₃ + 4Н⁺ = 2Fе²⁺ + S + 2Н₂S

Таким образом, в процессе осаждения катионов III группы групповым реагентом железо (III) может быть определено неправильно. Поэтому обнаружение железа проводят дробными реакциями до осаждения остальных катионов групповым реагентом.

Б) Реакция с сильными основаниями

Щелочи NаОН и КОН, а также гидроксид аммония NН₄ОН осаждают железо (Ш) из раствора его солей в виде красно-бурого аморфного гидроксида Fе(ОН)₃, нерастворимого в избытке щелочи и солях аммония

Fе³⁺ + + 3ОН^– = Fе(ОН)₃

В) Реакция с гексацианоферратом (II) калия

Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fе(СN)_6] дает с ионом Fе^{3 +} темно-синий осадок берлинской лазури

4Fе³⁺ + 3[Fе(СN)₆]^4– = Fе₄[Fе(СN)₆]₃

В разбавленной соляной кислоте осадок не растворяется, но растворяется в избытке реагента и разлагается в щелочной среде. Поэтому реакцию проводят в кислом растворе Ион цинка мешает реакции, так как образует с гексацианоферратом (II) калия белый осадок двойной соли.

К 1 - 2 каплям раствора соли железа (III) прибавьте столько же соляной кислоты и 2 - 3 капли раствора K₄[Fe(СN)₆].

Г) Реакция с роданидом калия или аммония

Роданиды NН₄SCN или KSCN образуют с катионом Fе³⁺ комплекс, окра- шивающий раствор в кроваво-красный цвет

Fе³⁺ + SСN^– = [Fе(SCN)]²⁺

При избытке реактива равновесие этой обратимой реакции смещается вправо, и окраска раствора усиливается.

Этой важнейшей и наиболее чувствительной реакции на железо (III) мешают щавелевая, винная, фосфорная кислоты, а также фториды, образующие с железом более прочные комплексные соединения.

Реакции катиона Fе²⁺

Д) Действие группового реагента

Сульфид аммония в присутствии аммонийной буферной смеси осаждает из раствора солей железа (II) черный сульфид железа FеS, хорошо растворимый в соляной кислоте

FеS + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂S

При растворении осадка в концентрированной азотной кислоте железо окисляется до Fе³⁺

Fe³⁺ + 4H⁺ + NO₃^– = Fe³⁺ + N0 + S + 2Н₂О

Этим обстоятельством иногда пользуются для последующего отделения железа действием гидроксида аммония.

Е) Реакция с сильными основаниями

Щелочи Na0Н или KОH осаждают железо (II) из растворов в виде гидроксида Fе(ОН)₂ грязно-зеленой окраски. Кислород воздуха постепенно окисляет его до Fе(ОН)₃. Осадок растворим в кислотах.

Гидроксид аммония осаждает Fе²⁺ не полностью, в присутствии солей аммония осаждения вообще не происходит.

Ж) Реакция с гексацианоферратом (III) калия

Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fе(СN)₆] дает с ионом Fе²⁺ темно-синий осадок турнбулевой сини

ЗFе²⁺ + [Fе(СN)₆]^3– = Fе₃[Fе(СN)₆]₂

Осадок нерастворим в соляной кислоте, но разлагается сильными основаниями с образованием гидроксида железа (II). Поэтому реакцию ведут в нейтральной либо слабокислой среде. Реакция чувствительна и чаще других используется для открытия Fе²⁺.

К 2 - 3 каплям раствора соли железа (II) прилейте 1 - 2 капли раствора K₃[Fе(СN)₆]. Наблюдайте образование характерного темно-синего осадка.

Опыт 4. Обнаружение катиона марганца Мn²⁺

Растворы солей Мn²⁺ имеют бледно-розовый цвет.

А) Действие группового реагента

Сульфид аммония (NH₄)₂S осаждает из растворов солей Мn²⁺ осадок сульфида марганца МnS телесного цвета, хорошо растворимый в сильных кислотах с выделением сероводорода.

Б) Реакция с сильными основаниями

Щелочи Na0H и KОН образуют с ионом Мn²⁺ белый осадок гидроксида марганца (II) Мn(ОН)₂. Последний растворим в кислотах, но не растворяется в избытке щелочи. Кислородом воздуха он постепенно окисляется до бурого гидроксида марганца (IV)

2Мn(ОН)₂ + О₂ = 2МnO(ОН)₂

Осадок МnO(ОН)₂ получается также при окислении Мn²⁺ перекисью водорода в щелочной среде

Мn²⁺ + Н₂О₂ + 2OН^– = МnО(ОН)₂ + Н₂O

К 2 - 3 каплям раствора соли марганца (II) прибавьте несколько капель раствора гидроксида натрия до появления белого осадка Мn(ОН)₂ . Обратите внимание на то, что осадок постепенно буреет вследствие окисления гидроксида марганца (II).

Затем прибавьте к осадку 2 - 3 капли 3%-ного раствора Н₂О₂. Осадок сразу же становится буро-черным.

Гидроксид марганца (IV) растворяется в соляной кислоте при нагревании

МnО(ОН)₂ + 4НС1 = МnС1₂ + С1₂ + 3Н₂О

или в серной кислоте в присутствии перекиси водорода

МnO(ОН)₂ + Н₂О₂ + Н₂SО₄ = МnSО₄ + О₂ + 3Н₂О

Гидроксид аммония тоже осаждает марганец (II) в виде Мn(ОН)_2, но в присутствии солей аммония осадок не образуется.

В) Окисление марганца (II) до МnО₄^–

Эта реакция является одной из важнейших для открытия марганца. При окислении марганца до МnО₄^– раствор окрашивается в характерный малиново-фиолетовый цвет.

Окисление марганца (II) диоксидом свинца РbО₂ проводят в присутствии азотной кислоты и при нагревании

2Мg²⁺ + 5РbО₂ + 6Н⁺ = 2НМnО₄ + 5Рb²⁺ + 2Н₂О

Выполнению реакции мешает избыток соли марганца (II), восстанавливающего анион МnО₄^– до гидроксида марганца (IV) бурого цвета. Кроме того, по этой же причине в растворе должны отсутствовать и другие восстановители, например ионы С1^–.

Поместите в пробирку крупинку диоксида свинца РbО₂, прибавьте 4 - 5 капель концентрированной азотной кислоты, нагрейте, прибавьте одну каплю раствора сульфата или нитрата (но не хлорида) марганца, перемешайте и снова нагрейте на бане. Убедитесь, что появившаяся окраска иона МnО₄^– исчезает при добавлении еще 3 - 4 капель соли марганца. Открываемый минимум реакции - 5 мкг марганца в I мл раствора.

Если в испытуемом растворе присутствуют анионы хлора, то их предварительно осаждают несколькими каплями нитрата серебра и образовавшийся осадок хлорида серебра удаляют центрифугированием.

Окисление персульфатом аммония (NH₄)₂S₂O₈

2Мn²⁺ + 5S₂О₈^2– + 8Н₂О = 2НМnО₄ + 10SО₄^2– + 14Н⁺

Эту реакцию ведут в присутствии катализатора - нитрата серебра, без которого марганец (II) окисляется до бурого гидроксида МnО(ОН)₂. Ионы хлора, и другие восстановители мешают выполнению реакции.

Окисление висмутатом натрия NaВiOз протекает по уравнению

2Мn²⁺ + 5NaВiOз + 16Н⁺ = 2НМnО₄ + 5Вi³⁺ + 5Nа⁺ + 7Н₂О

Эта реакция в отличие от изученных ранее идет на холоду и поэтому небольшой избыток соли марганца (II) не мешает.

На холоду анионы хлора реагируют с МnО₄^–, сравнительно медленно, поэтому в первый момент удается наблюдать появление малинового окрашивания раствора даже в присутствии Сl^–.

Для выполнения реакции к 1 - 2 каплям раствора соли марганца (II) прибавляют 3-4 капли 6 н раствора азотной кислоты и 5 - 6 капель воды, после чего вносят в раствор немного порошка висмутата натрия. Перемешав, центрифугируют избыток реагента и фиксируют изменение окраски раствора. Эта реакция чрезвычайно чувствительна и очень удобна.