VI группа катионов

К VI группе относятся катионы Cu²⁺, Hg²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺. Групповой реагент – избыток концентрированного раствора NH₃, образующего с данными катионами комплексные растворимые аммиакаты состава [Me(NH₃)_n]²⁺. Из изученных групп аналогичной способностью обладают Ag⁺ и Zn²⁺.

ОБЩИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ VI ГРУППЫ

1. Реакция с раствором аммиака.

При действии раствора NH₃ на соли Cu²⁺и Ni²⁺ сначала образуется осадок основных солей состава Me₂(OH)₂SO₄, которые легко растворяются в избытке NH₃ с образованием аммиакатов:

Cu₂(OH)₂SO₄↓+6 NH₃= 2[Cu(NH₃)₄]²⁺+SO₄^2- + 2OH^-

Ni₂(OH)₂SO₄ ↓+ 12NH₃= 2[Ni(NH₃)₄]²⁺ + 2OH^-

Аммиакат никеля - синего цвета, меди- интенсивно- синего цвета. Катионы кадмия образуют осадок Cd(OH)₂, легко растворимый в избытке реагента с образованием бесцветного цвета:

Cd(OH)₂ ↓+ 4 NH₃= [Cd(NH₃)₄]²⁺+ 2OH^-

Катионы Hg²⁺ осаждаются раствором NH₃ в виде белого осадка комплексной соли:

Hg²⁺+ 2 NH₃+ Cl^-= [HgNH₂]Cl + NH₄⁺

растворимой в избытке 25% NH₃:

[HgNH₂]Cl + 4NH₃ + 2H₂O= [Hg(NH₃)₄]²⁺+ NH₄⁺+ OH^-+ Cl^-

С катионами Co²⁺ на первой стадии образуется синий осадок гидроксосоли, растворяющейся в концентрированном аммиаке:

CoOHCl↓+ 6 NH₃= [Co(NH₃)₆]²⁺ + OH^- + Cl^-

Аммиакат кобальта - грязно- жёлтого цвета. При стоянии на воздухе раствор постепенно краснеет вследствие перехода аммиаката Сo²⁺ в Co³⁺. Разрушить аммиачные комплексы можно действием кислот:

[Me(NH₃)n]²⁺ + n H⁺= Me²⁺ + n NH₄⁺

Выполнение реакции. К небольшим объёмам растворов солей VI группы катионов по каплям добавлять раствор аммиака. Что наблюдается? Записать уравнения происходящих реакций и цвета образующихся соединений.

2.Реакция с гидроксидами щелочных металлов.

NaOH или KOH с катионами VI группы, взятые в отношении 2:1, образуют осадки гидроксидов, обладающих различными свойствами:

Hg(OH)₂ – неустойчив и моментально разлагается с образованием жёлтого оксида HgO.

Cu(OH)₂ – дегидратируется при нагревании, превращаясь в CuO. Cu(OH)₂ растворяется в щелочах, растворе аммиака, а также в органических соединениях, содержащих OH^- - группы, например, в глицерине, винной кислоте, ЭДТА с образованием внутрикомплексных солей.

Cd(OH)₂ – белый осадок, обладающий аналогичной растворимостью.

Ni(OH)₂ – бледно- зеленый осадок, растворяется в кислотах и избытке раствора аммиака.

Co(OH)₂ – на воздухе буреет, постепенно превращаясь в Co(OH)₃:

4 Co(OH)₂↓+ O₂ + 2H₂O = 4 Co(OH)₃↓

Добавление недостатка щелочи к растворам солей VI группы приводит к образованию гидроксосолей.

Выполнение реакции. Получить осадки гидроксидов, отметить их цвет, испытать растворимость в кислотах, избытке щелочи и аммиаке. Записать уравнения происходящих реакций.

3.Реакция с карбонатом натрия.

Na₂CO₃ образует с катионами VI группы осадки карбонатов и гидроксокарбонатов по следующим уравнениям реакций:

2Сu²⁺ + H₂O + 2CO₃^2- =Cu₂(OH)₂CO₃↓ + CO₂↑

2Cd²⁺ + H₂O + 2CO₃^2- =Cd₂(OH)₂CO₃↓ + CO₂↑

4Hg²⁺ + 4 CO₃^2- =HgCO₃*3 HgO↓ + 3 CO₂↑

Ni²⁺ + CO₃^2- = NiCO₃↓

С катионами Co²⁺ карбонат образует красноватый осадок солей переменного состава.

Выполнение реакции. Получить осадки действием равного объёма карбоната натрия на растворы солей катионов VI группы. Отметить их цвет, изучить их растворимость в HCl, NaOH и NH₃.

4.Реакция с сероводородной водой.

H₂S + H₂O с солями изучаемых катионов образует осадки сульфидов, обладающих различной растворимостью в кислотах:

HgS – чёрного цвета, не растворим в азотной кислоте в отличие от других сульфидов. Растворяется только в царской водке или смеси HCl и KI:

HgS↓ + 2H⁺ + 4I^-= [HgI₄]^2- + H₂S↑

CuS - чёрного цвета, растворяется в кипящей азотной кислоте:

3 CuS↓ + 2NO₃^- + 8 H⁺= 3 Сu²⁺ +3S + 2NO + 4 H₂O

NiS и CoS – сульфиды также чёрного цвета, осаждающиеся в присутствии ацетатного буфера. Они легко переходят в коллоидное состояние. Свежеприготовленные -растворимы в разбавленных кислотах, но при непродолжительном стоянии переходят в другую модификацию, растворимую в кислотах только в присутствии окислителей, например:

NiS↓+ 2H⁺ + H₂O₂= Ni²⁺ +2 H₂O + S↓

CdS – сульфид жёлтого цвета. Хорошо растворяется в кипящих растворах серной и соляной кислот, а при слабом нагревании – и в растворе азотной кислоты:

3 CdS↓ + 2NO₃^- + 8 H⁺= 3Cd²⁺ + 3S + 2NO + 4 H₂O

Выполнение реакции. Получить осадки сульфидов, проверить их растворимость в кислотах на холоду и при нагревании. Сделать вывод о возможности разделения катионов VI группы с помощью данного реагента.

ХАРАКТЕРНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Cu²⁺

Медь проявляет в соединениях степени окисления +1 и +2.Соли меди (I)- бесцветны, меди (II), содержащие кристаллизационную воду – синего или зеленого цвета, безводные - белого или жёлтого.

1. Реакция с иодидом калия.

KI окисляется солями меди (II) до свободного йода, выделяющегося в виде коричневого осадка, маскирующего белый моноиодид меди:

2Сu²⁺ + 4I^-=2CuI↓ + I₂

Эта реакция может быть использована для дробного открытия ионов меди из смеси катионов VI группы. Какие ионы из других групп мешают проведению этой реакции?

Выполнение реакции. На полоску фильтровальной бумаги нанести каплю KI и СuSO₄. Что наблюдается? Разобрать химизм происходящего процесса.

2.Реакция с гексацианоферратом (II) калия.

K₄[Fe(CN)₆] при рН 4-6 образует с Сu²⁺ красно- бурый осадок по уравнению:

2Сu²⁺ + [Fe(CN)₆]^4-= Сu₂ [Fe(CN)₆]↓

Образующийся осадок растворим в аммиаке:

Сu₂ [Fe(CN)₆]↓ + 8NH₃ = 2[Cu(NH₃)₄]²⁺+ [Fe(CN)₆]^4-

И разлагается при действии щелочей:

Сu₂ [Fe(CN)₆]↓+ 4 OH^-= Cu(OH)₂↓ + [Fe(CN)₆]^4-

Проведению реакции мешают ионы Fe³⁺, Ni²⁺_, Co²⁺.

Выполнение реакции. Получить осадок Сu₂ [Fe(CN)₆]. Проверить действие растворов щелочи и аммиака.

2. Реакция с тиосульфатом натрия.

Na₂S₂O₃ при добавлении к подкисленному раствору Сu²⁺ обесцвечивает его вследствие образования комплексной соли. Если нагреть полученный раствор, образуется темно- бурый осадок Cu₂S:

2Сu²⁺+ 2 S₂O₃^2- + 2H₂O= Cu₂S↓+ S + 4 H⁺ + 2SO₄^2-

Эта реакция может быть использована для отделения Сu²⁺ от Cd²⁺, так как CdS в кислой среде не образуется. При недостатке Na₂S₂O₃ идёт следующий процесс:

Сu²⁺+ 2 S₂O₃^2- + H₂O= CuS↓ + SO₄^2-+ 2 H⁺

Выполнение реакции. К нескольким каплям СuSO₄ добавить равный объём раствора серной кислоты и несколько кристалликов Na₂S₂O₃. Нагреть. Что наблюдается?

3. Реакция с металлическими Al, Fe, Zn.

Активные металлы восстанавливают Сu²⁺ до свободного состояния, медь выпадает в виде красной губчатой массы:

3Сu²⁺ + 2Al= 3Cu + 2Al³⁺

Выполнение реакции. На очищенную гранулу активного металла нанести каплю раствора Сu²⁺, подкисленного серной кислотой. Через 1-2 минуты каплю смыть. Что наблюдается?