3. Реакции катионов третьей аналитической группы

3.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о р е а г е н т а

Групповым реагентом 2-й аналитической группы катионов является соляная кислота НСl. Катионы Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺ при взаимодействии с ней образуют труднорастворимые в воде и разбавленных кислотах осадки:

Ag⁺ + Cl^- AgCl

Pb²⁺ + 2Cl^-  PbCl₂

Hg₂²⁺ + 2Cl^-  Hg₂Cl₂

Растворимость хлоридов различна. При температуре 100⁰С растворимость хлорида свинца увеличивается в три раза, в то время как растворимость хлоридов серебра и ртути практически не меняется. Это свойство используется для отделения катиона Pb²⁺ от катионов Ag⁺ и Hg₂²⁺.

Хлорид серебра хорошо растворим под действием аммиака с образованием комплексной соли:

AgCl + 2NH₄OH  Ag(NH₃)₂⁺ + Cl^- + 2H₂O

3.2. Р е а к ц и и к а т и о н а Ag⁺

Хлорид, бромид и иодид калия KCl, KBr и KI образуют с катионом Ag⁺ белый осадок хлорида серебра, бледно-желтый осадок бромида серебра AgBr и желтый осадок иодида серебра AgI: Ag⁺ + Сl^- AgCl↓ ; Ag⁺ + Br^- AgBr↓ ; Ag⁺ + I^-  AgI

3.3. Р е а к ц и и к а т и о н а Pb²⁺

1) Хромат калия K₂CrO₄ и бихромат калия K₂Cr₂O₇ образуют с катионами Pb²⁺ малорастворимый хромат свинца желтого цвета:

Pb²⁺ + CrO₄^2-  PbCrO₄

Хромат свинца растворим в гидроксидах, но нерастворим в уксусной кислоте. Подтвердите это экспериментально.

2) Ион I^- образует с катионом Pb²⁺ желтый осадок:

Pb²⁺ + 2 I^-  PbI₂

Реакцию следует проводить при рН 3-5. Следует иметь в виду, что в избытке КI осадок PbI₂ растворяется с образованием комплекса K₂PbI₄.

Проверьте растворимость полученного осадка PbI₂. Для этого добавьте к части осадка несколько капель воды и нагрейте. Осадок частично растворяется, но при охлаждении вновь образуется в виде золотистых кристаллов.

4. Анализ смеси катионов II - III групп

Исследуемый раствор, содержащий смесь катионов трёх групп, может быть с осадком и без осадка. Осадок может содержать хлориды AgCl, PbCl₂, Hg₂Cl₂, сульфаты BaSO₄, CaSO₄ или все вместе. Поэтому различают два случая : раствор с осадком и раствор без осадка.

4. Реакции катионов четвёртой аналитической группы

4.1. Д е й с т в и е г р у п п о в о г о р е а г е н т а

Групповым реагентом на катионы четвёртой группы является гидроксид натрия или гидроксид калия в избытке. Для проверки действия группового реагента возьмите три пробирки и внесите в каждую по 5 капель раствора соответствующей соли катионов Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, добавьте по 5 капель раствора гидроксида калия КОН, перемешайте стеклянной палочкой, отметьте образование и цвет осадков, напишите уравнения химических реакций. После этого налейте в каждую из пробирок по 6-7 капель раствора гидроксида калия (избыток), перемешайте стеклянной палочкой и проверьте растворение осадков в избытке реактива.

5.2. Р е а к ц и и к а т и о н а Cr³⁺

Реакции обнаружения хрома основаны на окислении катиона Cr³⁺ в Cr(VI), которые могут протекать в щелочной и кислой средах.

1) Для окисления Cr³⁺ в щелочной среде к 2-3 каплям раствора соли Cr³⁺ прибавьте 4-5 капель 2 н раствора NaOH, 2-3 капли 3%-ного раствора перекиси водорода Н₂О₂ и нагрейте на водяной бане несколько минут до тех пор, пока зелёная окраска раствора не перейдёт в жёлтую. Перекись водорода можно заменить перекисью натрия.

Cr³⁺ + 2OH^-  CrO₂^- + 2H⁺

CrO₂^- + H₂O₂ + 2OH^-  CrO₄^2- + 2H₂O

2) Перманганат калия в кислой среде окисляет Cr³⁺ до Cr₂O₇^2-. К 5-6 каплям раствора соли Cr³⁺ добавляют три капли 2 н раствора H₂SO₄, 5-6 капель раствора KMnO₄ и осторожно нагревают на плите.

10Cr³⁺ + 6MnO₄^- + 11H₂O  5Cr₂O₇^2- + 6Mn²⁺ + 22H⁺

При большом избытке KMnO₄ реакция сопровождается образованием бурого осадка марганцовистой кислоты H₂MnO₃ (MnO(OH)₂). Раствор над осадком имеет жёлто-оранжевую окраску.

2MnO₄^- + 3Mn²⁺ + 7H₂O  5MnO(OH)₂ + 4H⁺

3) Образование надхромовой кислоты. Перекись водорода образует с Cr₂O₇^2--ионами в кислой среде надхромовую кислоту H₂CrO₆.

Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ + 2H⁺  2H₂CrO₆ + 3H₂O

К раствору бихромата добавьте несколько капель 2 н раствора серной кислоты, а затем прилейте 8-10 капель амилового спирта или диэтилового эфира и несколько капель Н₂О₂. При этом образуется надхромовая кислота, которая при взбалтывании переходит в слой амилового спирта или другого органического растворителя, окрасив его в синий цвет. В водных растворах надхромовая кислота неустойчива, в среде же органических растворителей её устойчивость повышается.