Лабораторная работа № 4 Качественные реакции катионов четвертой аналитической группы

Цель работы: изучить качественные реакции на катионы IV аналитической группы, ознакомиться с ходом разделения смеси катионов четвертой аналитической группы.

Реактивы: см. табл. 6.

Оборудование и материалы: пробирки; штативы; спиртовки; стаканы химические; стеклянные палочки; воронки; бумажные фильтры; нихромовая проволока; плитка.

Общая характеристика катионов четвертой аналитической группы кислотно-основного метода

Катионы пятой аналитической группы включают: Zn²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, Cr³⁺, As³⁺ As⁵⁺. Групповым реагентом на катионы этой группы катионов является гидроксид натрия (обычно избыток) в присутствие пероксида водорода, который осаждает катионы в виде гидроксидов, растворимых в избытке реактива с образованием гидроксокомплексов:

Al³⁺ + 3OH^– = Al(OH)₃ Al(OH)₃ + 3OH^– = [Al(OH)₆]^3–

Cr³⁺ + 3OH^– = Cr(OH)₃ Cr(OH)₃ + 3OH^– = [Cr(OH)₆]^3–

Zn²⁺ + 2OH^– = Zn(OH)₂ Zn(OH)₂ + 2OH^– = [Zn(OH)₄]^2–

Sn²⁺ + 2OH^– = Sn(OH)₂ Sn(OH)₂ + 4OH^– = [Sn(OH)₆]^4–

Осадки гидроксидов катионов четвертой группы не растворяются в водном аммиаке, за исключением гидроксида цинка, который растворяется в водном растворе аммиака с образованием аммиачного комплекса [Zn(NH₃)₄]²⁺.

Открыть катионы алюминия можно капельным методом реакцией с ализарином. Открытию алюминия мешают катионы хрома, цинка, олова. Мешающие катионы можно перевести в малорастворимые соединения гексацианоферратом (II).

Присутствие олова доказывают реакциями с солями ртути и солями висмута в щелочной среде. Ртуть и висмут при реакции с оловом восстанавливаются до металлического состояния и выпадают в виде черных осадков.

В отчете уравнения реакций ионного обмена записываются в молекулярной и сокращенной ионной формах. Окислительно-восстановительные процессы оформляются с указанием окислителя и восстановителя и записью уравнения в молекулярной форме и электронного баланса.

Выводы

1. В четвертой группе присутствуют катионы, обладающие окислительно-восстановительными свойствами Sn²⁺, Cr³⁺. В присутствии пероксида водорода катионы Sn²⁺, Cr³⁺, As³⁺ окисляются соответственно до гексагидроксостаннат-ионов [Sn(OH)₆]^4–_, хромат-ионов CrO₄^2–, арсенат-ионов AsO₄^3–.

2. Используя реакции катионов четвертой группы с органическими реагентами, в результате которых образуются комплексы с характерной окраской, открытие этих катионов упрощается.

3. Соли олова в водном растворе заметно гидролизуются, для проведения качественных реакций необходимо подкислять раствор, чтобы подавить гидролиз.

Таблица 6

Качественные реакции катионов четвертой аналитической группы

Реагент	Продукты аналитических реакций катионов
	Zn^2+	Al^3+	Sn^2+	Cr^3+
Щелочь (раствор) NaOH или KOH	Белый аморфный осадок гидроксида цинка, растворимый в в избытке щелочи.	Белый осадок гидроксида алюминия, растворимый в избытке щелочи, кислотах, но не растворяется в аммиаке и NH4Cl.	Белый осадок гидроксида олова, растворимый в избытке щелочи, кислотах.	Серо-зеленый или сине-фиолетовый осадок гидроксида хрома, растворяется в избытке реагента, частично в аммиаке.
Гидроксид аммония	Белый аморфный осадок гидроксида цинка, растворимый в избытке реагента с образованием бесцветного комплекса цинка.	Белый осадок гидроксида алюминия, не растворимый в избытке реагента, кислотах, но не растворяется в аммиаке и NH4Cl.	Белый осадок гидроксида олова, не растворимый в избытке реагента.	Серо-зеленый или сине-фиолетовый осадок гидроксида хрома, растворяется в избытке реагента, частично в аммиаке.
Сульфид-ионы (Na2S)	Белый осадок сульфида цинка ZnS, не растворимый в уксусной кислоте, но растворяется в мининеральных кислотах.	Белый осадок гидроксида алюминия.	Темно-коричневый осадок SnS, нерастворимый в щелочах и избытке реагента	–
K4[Fe(CN)6] (pH < 7)	Белый осадок – в нейтральной или слабокислой среде	–	–	–
Дитизон*	Комплекс красного цвета, который экстрагируется из водной фазы в органическую	–	–	–
Ализарин*	–	В аммиачной среде образуется малорастворимый комплекс ярко красного цвета	–	–
Алюминон*		В уксуснокислой или аммиачной среде образуется комплекс красного цвета
*8-оксихинолин в присутствии ацетата натрия	–	Зеленовато-желтый кристаллический осадок, растворимый в минеральных кислотах	–	–
Окислители – пероксид водорода в кислой среде Пероксид водорода в щелочной среде в присутствии экстрагента (амиловый спирт + диэтиловый эфир)	–	–	–	Cr^3+ окисляется до CrO4^2- появляется желтая окраска в щелочной среде; в кислой среде оранжевая – Cr2O7^2- Образуется надхромовая кислота Н2CrO6, которая неустойчива в воде; в присутствии экстрагента извлекается из воды и органический слой окрашивается в интенсивно-синий цвет
Соли висмута (III) + раствор щелочи			Черный осадок металлического висмута
Пламя горелки			Синее окрашивание

* При осуществлении реакций катионов с органическим реагентами необходимо соблюдать условия проведения этих реакций.

4. Окисление олова азотнокислым висмутом проходит в сильно щелочной среде, чтобы в растворе образовался висмутат-ион (висмутат готовят в отдельной пробирке – водный раствор азотнокислого висмута подщелачивают и небольшое количество этого раствора приливают к раствору соли олова).

5. Реакция образования надхромовой кислоты может проводиться в присутствии остальных катионов этой группы, т.е. как предварительные испытания.