4.2. Анализ смеси катионов четвертой группы

Систематический анализ. К 15 каплям исследуемого раствора прибавляют 20%-й раствор NаОН до растворения выпавших в осадок гидроксидов, несколько капель 3%-го раствора Н₂О₂, перемешивают и нагревают. Если в исследуемом растворе присутствует хром (III), то нагревают до полного перехода цвета раствора из зеленого в желтый. Избыток Н₂О₂ удаляют кипячением. Раствор теперь содержит комплексные ионы алюминия, цинка и хрома. Для отделения катионов алюминия к раствору небольшими порциями при перемешивании прибавляют кристаллический NН₄Cl до запаха выделяющегося NH₃. Смесь нагревают. При наличии в растворе соли алюминия выпадает осадок его гидроксида:

Раствор I Осадок I

CrО₄^2-, [Zn(NH₃)₄]²⁺, NH₄⁺(изб.) Аl(ОН)₃

Осадок I отделяют центрифугированием, промывают 2-3 раза холодной водой и растворяют в горячем 2М растворе НСl (раствор II).

Обнаружение Аl³⁺. В растворе II открывают Аl³⁺ реакцией с ализарином.

Обнаружение Zn²⁺. К отдельной пробе раствора I прибавляют 1М Н₂SО₄ или СН₃СООН до кислой реакции и обнаруживают ионы Zn²⁺ реакцией с К₄[Fe(CN)₆].

Обнаружение Cr³⁺. Желтый цвет раствора I говорит о присутствии в нем CrО₄^2- и, следовательно, ионов Cr³⁺ в исследуемом растворе. Для подтверждения этого проводят реакцию перевода ионов CrО₄^2- в Н₂CrО₆. Для этого к раствору прибавляют Н₂SО₄ и НNО₃ до рН = 2-3 и смесь эфира с изоамиловым спиртом, а затем пероксид водорода (смесь взбалтывают) до появления синего окрашивания, обусловленного образованием пероксидного соединения надхромовой кислоты Н₂CrО₆. Схема анализа смеси катионов четвертой аналитической группы приведена на рис. 8.

4.3. Контрольные вопросы

1. Подберите несколько окислителей, которыми можно окислить катионы Сr³⁺ в CrО₄^2- или в Cr₂О₇^2-.

2. В какой среде будет протекать окисление катиона Cr³⁺ до Cr⁶⁺ при взаимодействии его: а) с пероксидом водорода, б) с перманганатом калия?

3. Сравните Аl(ОН)₃ и Zn(ОН)₂. Какой из этих гидроксидов выпадает в осадок раньше при осторожном добавлении едкого натра к раствору, содержащему одинаковые концентрации катионов?

4. Почему добавление хлорида аммония способствует растворению Zn(ОН)₂? Приведите уравнения реакций.

5. Постройте схему анализа смеси катионов:

а) Аl³⁺, Nа⁺, Ва²⁺; б) Zn²⁺, Сr³⁺, Sr²⁺;

в) Аg⁺, Zn²⁺, Аl³⁺; г) Сr³⁺, Sr²⁺, Ва²⁺.

Рис. 8. Анализ смеси катионов 4-й аналитической группы

Лабораторная работа № 5. Катионы пятой аналитической группы

(Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Вi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺).

Цель работы: ознакомление с основными и характерными реакциями на катионы Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Вi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺.

К пятой аналитической группе относят катионы Fe³⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Вi³⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺. Общим для катионов 5-й группы является то, что они при взаимодействии с щелочами образуют нерастворимые гидроксиды, которые не проявляют амфотерных свойств и не растворяются ни в щелочах, ни в растворе аммиака. Групповым реактивом является гидроксид натрия. В условиях более кислой среды происходит осаждение менее растворимых гидроксидов (при рН = 2,3 – 4,1 осаждается Fe(ОН)₃, произведение растворимости которого составляет 3,210^-38, а при рН = 7,5 – 9,7 выпадает в осадок Fe(ОН)₂, для которого ПР = 1,010^-15). Свежеосажденные гидроксиды катионов 5-й группы легко растворяются в уксусной и минеральных кислотах; гидроксиды Fе(ОН)₂, Mg(ОН)₂ и Мn(ОН)₂ растворяются в насыщенном растворе NН₄Cl. Катионы рассматриваемой группы подвергаются гидролизу по катиону, причем Fe³⁺ и Fe²⁺в большей степени, чем Mn²⁺ и Mg²⁺, участвуют в окислительно-восстановительных реакциях (кроме Mg²⁺), ионы Fe³⁺ и Fe²⁺ склонны к комплексообразованию.

Сухие соли и достаточно концентрированные растворы, содержащие катионы Fe²⁺, окрашены в бледно-зеленый цвет, разбавленные растворы солей железа (II) бесцветны. Растворы солей Fe³⁺ имеют желтую или красно-бурую окраску. Катион Mn²⁺ − бледно-розового цвета, разбавленные растворы солей марганца бесцветны, анион MnО₄^- – фиолетовый. Ион Mg²⁺ бесцветен.

Mg(ОН)₂ и Мn(ОН)₂ – осадки белого цвета. Свежеосажденный Fe(ОН)₂ также белого цвета, но в дальнейшем, в результате частичного окисления кислородом воздуха, осадок приобретает серо-зеленый цвет. Fe(ОН)₃ – красно-бурый осадок.