4.1. Экспериментальная часть
4.1.1. Реакции иона алюминия
Реакция с гидроксидом. К 2-3 каплям раствора АlCl3 прибавляют 2 капли гидроксида натрия. Выпадает белый осадок. Какую структуру он имеет (аморфную или кристаллическую)? Растворяют осадок в избытке щелочи:
H3АlO3 + 3ОН- 3Н2О + АlО33-.
Аl(ОН)3 проявляет свойства кислоты.
Приливают к полученному раствору равный объем насыщенного раствора NH4Cl и нагревают реакционную смесь на водяной бане:
АlО33- +3NH4+ Аl(ОН)3 +3NН3.
Алюминат полностью гидролизуется с образованием Аl(ОН)3. Прибавляют к части осадка Аl(ОН)3 несколько капель НСl – осадок растворится, в этом случае Аl(ОН)3 проявляет себя как основание:
Аl(ОН)3 + 3Н+ Аl3+ +3Н2О.
Следовательно, Аl(ОН)3 – типичное амфотерное соединение.
Образование тенаровой сини. Берут полоску фильтровальной бумаги и смачивают ее разбавленным раствором нитрата кобальта Со(NО3)2 и раствором сульфата алюминия Аl2(SO4)3. После подсушивания сжигают полоску. Отмечают цвет оставшегося пепла. Окраска пепла объясняется образованием алюмината кобальта Со(АlО2)2, называемого тенаровой синью. Реакцию следует проводить под тягой.
2 Аl2(SO4)3 + 2 Со(NО3)2 → 2 Со(АlО2)2 + 4NО2 + 6SО3 + О2.
Реакция с ализарином С14Н6О2(ОН)2. Помещают в пробирку 2 капли раствора соли АlCl3 и приливают 3 капли раствора NН3. К полученному осадку Аl(ОН)3 прибавляют несколько капель свежеприготовленного раствора ализарина и кипятят. Ализарин образует с гидроокисью алюминия внутрикомплексную соль оранжево-красного цвета, называемую ализарин-алюминиевым лаком. Алюминиевый лак не растворяется в разбавленной уксусной кислоте. Поэтому после охлаждения содержимого пробирки в нее добавляют немного уксусной кислоты до слабо-кислой реакции
(рН 4-5). В присутствии ионов алюминия в уксуснокислой среде осадок окрашивается в морковный цвет.
Наилучший результат получается при проведении реакции капельным методом. Для этого каплю исследуемого раствора помещают на фильтровальную бумагу и обрабатывают ее парами аммиака над фарфоровой чашкой. Периферию образовавшегося водянистого пятна Аl(ОН)3 смачивают спиртовым раствором ализарина и снова обрабатывают парами аммиака. В присутствии Аl3+ появляется красноватое пятно алюминиевого лака. Более отчетливо красный цвет виден при подсушивании бумаги.
|
|
|
|
|
|
Реакция с 8-оксихинолином С9Н6N(OH). Помещают в пробирку 2-5 капель раствора соли АlCl3, добавляют ацетатный буферный раствор до рН = 6,5-7, а затем 5-6 капель 1%-го раствора оксихинолина в хлороформе и, закрыв пробирку пробкой, экстрагируют в течение 1-2 мин. Органическая фаза в присутствии алюминия окрашивается в желтый цвет:
Аl3+ + 3С9Н6N(OH) (С9Н6NO)3Аl + 3Н+.
Для более четкого обнаружения алюминия можно к экстракту добавить 1-2 капли раствора ализарина, образуется ализариновый лак красного цвета. В ультрафиолетовом свете наблюдают зеленое свечение органической фазы.
4.1.2. Реакции иона хрома
Реакция с гидроксидом. В две пробирки вносят по 3-4 капли раствора хлорида хрома CrCl3. В первую пробирку прибавляют 2М раствор NаОН до растворения выпавшего осадка с образованием раствора зеленого цвета. Во вторую вводят раствор аммиака до выпадения серо-зеленого осадка. Добавление избытка аммиака приводит лишь к частичному растворению осадка. Раствор над осадком становится фиолетовым.
Сr3+ + 3ОН- → Сr(ОН)3;
Сr3+ + 3NН3·Н2О → Сr(ОН)3 + 3NН4+.
Осадок Сr(ОН)3 обладает амфотерными свойствами, растворяется как в щелочах, так и в кислотах:
Сr(ОН)3 + 3ОН- → [Сr(ОН)6]3-;
Сr(ОН)3 + 3НСl + 3Н2О → [Сr(Н2О)6]3+ + 3Сl-;
Сr(ОН)3 + 6NН3·Н2О → [Сr(NН3)6]3+ + 3ОН- + 6Н2О.
Реакция с пероксидом. К 2-3 каплям раствора CrCl3 прибавляют
3-4 капли 3%-го раствора Н2О2, затем 4 капли 8М раствора NаОН. Нагревают реакционную смесь до изменения зеленой окраски раствора (цвет аквакомплексов [Сr(Н2О)6]3+) на желтую (цвет хромат-ионов CrО42-):
2[Сr(Н2О)6]3+ + 3Н2О2 2CrО42- + 2ОН- + 8Н2О.
Реакция с висмутатом натрия в азотнокислой среде. Помещают в пробирку по 4-5 капель растворов Cr(NO3)3, 2М НNO3 и NаВiO3. Нагревают смесь на водяной бане. Зеленые или фиолетовые соединения трехвалентного хрома окисляются
в соединения шестивалентного хрома, окрашенные в оранжевый цвет (Cr2O72-):
2Cr3+ + 3ВiО3- + 4Н+ Cr2O72- + 3Bi3+ + 2Н2О.
Окисление персульфатом аммония. В пробирку вносят последовательно 5-6 капель раствора персульфата аммония (NН4)2S2О8, одну каплю 1М раствора Н2SО4, каплю раствора нитрата серебра АgNO3 и 2-3 капли раствора сульфата хрома или нитрата хрома (III) (но не хлорида, так как хлорид-ионы также окисляются!). Раствор принимает желто-оранжевую окраску (цвет дихромат-ионов Cr2O72-):
2Cr3+ + 3S2О8 2- + 7Н2О = Cr2O72- + 6SО42- +14Н+.
Реакция с комплексоном III. К 2 каплям раствора CrCl3 прибавляют 2 капли динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (насыщенный раствор, условно − Nа2H2Y), смесь необходимо прокипятить, образуется комплексонат хрома:
Cr3+ + Н2Y2- = CrY- + 2Н+.
4.1.3. Реакции иона цинка
Реакция с гидроксидом. Помещают в пробирку 2-3 капли раствора ZnCl2. Прибавляют 1-2 капли раствора щелочи. Выпадает белый осадок гидроксида цинка. Растворяют осадок в избытке щелочи:
Zn2+ +2ОН-→ Zn(ОН)2;
Zn(ОН)2 +2ОН- → [Zn(ОН)4]2-.
Реакцию с раствором аммиака проводят так же, как и с щелочью. Аммиак вначале образует с катионами Zn2+ белый осадок гидроксида цинка, который при дальнейшем прибавлении аммиака растворяется с образованием аммиачного комплекса цинка [Zn(NН3)4]2+:
Zn2+ +2NН3·Н2О → Zn(ОН)2 + 2NН4+;
Zn(ОН)2 + 4NН3 → [Zn(NН3)4](ОН)2.
Реакция с гексацианоферратом (II) калия. Помещают в пробирку 2-3 капли раствора ZnCl2, прибавляют 3 капли раствора К4[Fe(CN)6] и нагревают смесь до кипения. При этом образуется белый осадок смешанного гексацианоферрата (II) калия и цинка:
3Zn2+ + 2 К4[Fe(CN)6] К2Zn3[Fe(CN)6]2 + 6К+.
Реакция образования зелени Ринмана. В пробирке или фарфоровом тигле смешивают 5 капель раствора нитрата цинка Zn(NО3)2 и 5 капель разбавленного раствора нитрата кобальта Со(NО3)2. Смесь нагревают до кипения и кипятят около минуты. Горячим раствором смачивают полоску фильтровальной бумаги, высушивают ее и озоляют в фарфоровом тигле на газовой горелке. Образуется зола зеленого цвета. Окраска пепла объясняется образованием цинката кобальта СоZnО2, который называется ринмановой зеленью (в ходе реакции также выделяется диоксид азота NО2 – газ бурого цвета и газообразный кислород). Реакцию следует проводить под тягой.
Zn(NО3)2 + Со(NО3)2 → СоZnО2 + 4NО2 + О2.
Реакция с дитизоном. В пробирку помещают 2-3 капли раствора ZnCl2, прибавляют 5 капель 2М раствора гидроксида натрия до растворения выпавшего белого осадка гидроксида цинка и 5 капель раствора дитизона в хлороформе. Пробирку встряхивают несколько раз. С катионом цинка дитизон образует внутрикомплексную соль, окрашивающую в щелочной среде как слой органического растворителя, так и водный слой в малиново-красный цвет:
4.1.4. Реакции олова (II).
Реакция с щелочами. В пробирку вносят несколько капель раствора соли олова (II) SnСl2 и прибавляют по каплям раствор NаОН. Вначале до выпадения белого осадка гидроксида олова (II), а затем – до его растворения с образованием гидроксокомплекса:
Sn2+ + 2ОН- → Sn(ОН)2;
Sn(ОН)2 + 2ОН- → [Sn(ОН)4]2-.
Осадок Sn(ОН)2 растворяется в кислотах.
При добавлении раствора аммиака к раствору, содержащему олово (II), выделяется белый осадок Sn(ОН)2, который не растворяется в избытке аммиака:
Sn2+ + 2NН3·Н2О → Sn(ОН)2 +NН4Сl.
Реакция с сульфид-ионами. К нескольким каплям соли
олова (II) прибавляют несколько капель раствора сульфида натрия Nа2S или сульфида аммония (NН4)2S. Выпадает темно-коричневый осадок:
Sn2+ + S2- → SnS.
Реакция с солями висмута (III). В пробирку вносят 3-5 капель раствора соли олова (II) и прибавляют по каплям раствор NаОН. Вначале выпадает белый осадок Sn(ОН)2, который при дальнейшем прибавлении NаОН растворяется. К полученному щелочному раствору прибавляют 1-2 капли раствора висмута (III). При перемешивании смеси выпадает черный осадок металлического висмута:
2Bi3+ + 3[Sn(ОН)4]2- + 6ОН- → 2Bi + 3[Sn(ОН)6]2-.
Реакция с хлоридом ртути. В пробирку вносят 3-5 капель солянокислого раствора хлорида олова (II) и прибавляют 2-3 капли раствора хлорида ртути (II) – сулемы НgСl2. Выпадает белый осадок каломели Нg2Сl2, который постепенно чернеет за счет выделяющейся металлической ртути:
[SnСl4]2- + 2 НgСl2 → Нg2Сl2↓ + [SnСl6]2-;
[SnСl4]2- + Нg2Сl2 → 2Нg + [SnСl6]2-.
4.1.5. Реакции олова (IV)
Реакция олова (IV). В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли олова (IV) и по каплям прибавляют раствор NаОН. Вначале выпадает белый осадок, который растворяется при добавлении избытка раствора щелочи:
Sn4+ + 4ОН- → Sn(ОН)4;
Sn(ОН)4 + 2ОН- → [Sn(ОН)6]2-.
Иногда последнюю реакцию представляют также в виде
Sn(ОН)4 + 2ОН- → SnО32- + 3Н2О
с образованием станнат-ионов SnО32-. Обе схемы эквивалентны, поскольку гидроксокомплексу соответствует также формула
SnО32- ∙3Н2О.
Реакция с сульфид-ионами. В пробирку вносят 3-4 капли солянокислого раствора соли олова (IV) и прибавляют по каплям сероводородную воду. Выпадает желтый осадок сульфида олова (IV):
Н2[SnСl6] + 2Н2S → SnS2 + 6НСl.
При добавлении к смеси раствора сульфида натрия или аммония осадок растворяется с образованием тиосолей:
SnS2 + (NН4)2S → (NН4)2SnS3.
Реакция восстановления олова (IV) до олова (II). В пробирку вносят 8-10 капель раствора соли олова (IV), 2-3 капли концентрированной НСl, прибавляют немного железных опилок или железных стружек и нагревают смесь до кипения. Через 3-5 мин.отфильтровывают оставшееся металлическое железо и в фильтрате открывают олово (II), как описано выше:
[SnСl6]2- + Fe → [SnСl4]2- + Fe2+ + 2Сl-.