Аналитические реакции катионов IV группы

6.1 Аналитические реакции катионов магния Mg²⁺

1.Катионы Mg²⁺ при взаимодействии с растворами щелочей и водным раствором аммиака образуют белый аморфный осадок гидроксида магния Mg(OH)₂:

Mg²⁺ + 2 ОН^- ® Mg(OH)₂¯; (6.1)

белый осадок

Mg²⁺ + 2 NH₄OH ® Mg(OH)₂¯ + 2 NH₄⁺.

Осадок гидроксида магния не растворяется в избытке щелочи, но хорошо растворяется в кислотах:

Mg(OH)₂¯ + 2 H⁺ ® Mg²⁺ + 2 Н₂О. (6.2)

2.Катионы Mg²⁺ при взаимодействии с гидрофосфтом натрия образуют белый кристаллический осадок двойной соли NH₄MgPO₄. Реакция протекает в присутствии аммиака или солей аммония:

Mg²⁺ + HPO₄^2- + NH₃ ® NH₄MgPO₄¯. (6.3)

белый осадок

При проведении данной реакции в отсутствии катионов аммония или раствора аммиака выпадает белый аморфный осадок гидрофосфата магния MgНPO₄:

Mg²⁺ + HPO₄^2- ® MgНPO₄¯. (6.4)

белый осадок

Осадки фосфатов магния, полученные в предыдущих реакциях (6.3) и (6.4), растворяются в минеральных кислотах (HCl, HNO₃) и в уксусной кислоте:

NH₄MgPO₄¯ + 3 HCl ® H₃PO₄ + MgCl₂ + NH₄Cl; (6.5)

MgНPO₄¯ + 2 CH₃COOH ® H₃PO₄ + Mg(CH₃COO)₂. (6.6)

Данную реакцию (6.3) можно провести как микрокристаллоскопическую. Для этого на предметное стекло наносят растворы солей MgCl₂, NH₄Cl, Na₂HPO₄. Смесь упаривают на водяной бане или над электроплиткой. При этом на стекле образуются кристаллы шестилучевых звезд (из концентрированных растворов) или кристаллы в виде призм (из разбавленных растворов). Кристаллы (рис. 6.1) рассматривают под микроскопом.

Рис.6.1. Кристаллы двойной соли NH₄MgPO₄ под микроскопом: 1- кристаллы, полученный из концентрированных растворов; 2- кристаллы из разбавленных растворов.

3.Капельная реакция Н.А.Тананаева.

На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора фенолфталеина, каплю нейтрального раствора исследуемого вещества и каплю водного раствора аммиака. При смешении растворов на бумаге появляется малиновое пятно, обусловленное изменением окраски индикатора вследствие наличия раствора аммиака и соединения Mg(OH)₂. При высушивании пятна аммиак испаряется, и малиновая окраска исчезает. Если высохшее пятно смочить дистиллированной водой, то окраска появляется вновь, поскольку гидроксид магния Mg(OH)₂, диссоциируя в небольшой степени, отдает в раствор группы ОН^-, придающие индикатору фенолфталеину малиновую окраску.

6.2 Аналитические реакции катионов марганца Mn²⁺

Аквакомплексы марганца (II) [Mn(H₂O)₆]²⁺ окрашены в бледно-розовый цвет, поэтому водные растворы солей Mn²⁺ при достаточно больших концентрациях имеют бледно-розовую окраску. Сильно разбавленные растворы солей марганца (II) практически бесцветны.

1.При взаимодействии солей марганца (II) с растворами щелочей или аммиака выпадает белый осадок Mn(OH)₂:

Mn²⁺ + 2 ОН^- ® Mn(OH)₂¯. (6.7)

белый осадок

При долгом нахождении осадка на воздухе он меняет окраску – становится бурым вследствие частичного перехода в черно-коричневый оксогидроксид марганца (IV):

2 Mn(OH)₂¯ + О₂ ® 2 MnO(OH)₂¯. (6.8)

черно-коричнев. ос.

Оксогидроксид марганца (IV) – неустойчивое соединение, поэтому он переходит в оксид марганца (IV):

MnO(OH)₂¯ ® MnO₂ + H₂O. (6.9)

Одновременное действие щелочей и пероксида водорода Н₂О₂ на растворы солей марганца (II) приводит к образованию черно-коричневого оксогидроксида марганца (IV), распадающегося затем на оксид марганца (IV) и воду:

Mn²⁺ + 2 OH^- + Н₂О₂ ® MnO(OH)₂¯ + H₂O;

MnO(OH)₂¯ ® MnO₂ + H₂O.

Осадок Mn(OH)₂ растворяется в сильных кислотах и в насыщенном растворе хлорида аммония:

Mn(OH)₂¯ + 2 Н⁺ ® Mn²⁺ + 2 H₂O; (6.10)

Mn(OH)₂¯ + 2 NH₄Cl ® Mn²⁺ + 2 NH₄OH + 2 Cl^-. (6.11)

К свежевыпавшему осадку Mn(OH)₂ прибавляют по 3-4 капли растворов NaOH и Н₂О₂. Белый осадок гидроксида марганца переходит в черно-коричневый MnO(OH)₂ а затем MnO₂.

2.Гидрофосфат натрия образует с солями марганца (II) осадок гидрофосфата белого цвета:

Mn²⁺ + HPO₄^2- ® MnHPO₄¯. (6.12)

белый осадок

3.Катионы Mn²⁺ с анионами сульфида S^2- образуют осадок сульфида марганца MnS розового цвета:

Mn²⁺ + S^2- ® MnS¯. (6.13)

розовый ос.

4.Реакция Н.А.Тананаева.

На фильтровальную бумагу наносят каплю исследуемого раствора, затем каплю аммиаката серебра [Ag(NH₃)₂]OH. В присутствии катионов марганца (II) появляется черно-бурое пятно, представляющее смесь металлического серебра и оксогидроксида марганца:

Мn²⁺ + 2 [Ag(NH₃)₂]⁺ + 2 OH^- + 3 H₂O ® MnO(OH)₂¯ + 2 Ag¯ +

+ 2 NH₄⁺ + 2 NH₄OH. (6.14)

6.3 Аналитические реакции катионов железа Fe²⁺

Катионы Fe²⁺ в водных растворах существуют в виде аквакомплексов [Fe(H₂O)₆]²⁺ и практически бесцветны, поэтому растворы солей железа (II) обычно не имеют окраски.

1.Катионы Fe²⁺ при взаимодействии со щелочами и раствором аммиака образуют белый (иногда бледно-зеленый) осадок гидроксида железа (II):

Fe²⁺ + 2 OH^- ® Fe(OH)₂¯. (6.15)

белый ос.

Гидроксид Fe(OH)₂ растворяется в кислотах, в насыщенном растворе хлорида аммония, но не растворяется в щелочах. При длительном стоянии на воздухе осадок постепенно темнеет вследствие протекания реакции окисления железа (II) до железа (III):

4 Fe(OH)₂¯ + O₂ + 2 H₂O ® 4 Fe(OH)₃¯. (6.16)

красно-бурый ос.

При совместном действии щелочей и пероксида водорода на растворы солей железа (II) сразу образуется красно-бурый осадок гидроксида железа (III):

2 Fe²⁺ + 4 OH^- + H₂O₂ ® 2 Fe(OH)₃¯. (6.17)

красно-бурый ос.

2.При взаимодействии солей железа (II) с гидрофосфатом натрия образуется зеленый осадок гидрофосфата железа (II):

Fe²⁺ + HPO₄^2- ® FeHPO₄¯. (6.18)

зеленый ос.

3.Катионы железа (II) реагируют с гексацианоферратом (III) калия K₃[Fe(CN)₆] в кислой среде с образованием темно-синего осадка "турнбулева синь", содержащего переменное число молекул воды в своем составе:

3 Fe²⁺ + 2 [Fe(CN)₆]^3- + x H₂O ® Fe₃[Fe(CN)₆]₂ ∙ x H₂O¯. (6.19)

"турнбулева синь"

Осадок не растворяется в кислотах, но разлагается в щелочной среде.

4.Катионы железа (II) образуют с анионами сульфида в нейтральной или аммиачной среде черный осадок сульфида железа (II):

Fe²⁺ + S^2- ® FeS¯. (6.20)

черный ос.

Осадок растворяется в разбавленных минеральных кислотах (HCl, H₂SO₄, HNO₃) и в уксусной кислоте.

5.Реакция с диметилглиоксимом (реакция Чугаева):

Реакцию проводят на фильтровальной бумаге капельным методом. Образуется розово-красное пятно бисдиметилглиоксимата железа (II). Проведению данной реакции мешают другие катионы (особенно Ni²⁺).

6.4 Аналитические реакции катионов железа Fe³⁺

Аквакомплексы катионов железа (III) в водных растворах окрашены в яркий желтый или желто-бурый цвет. Они имеют состав [Fe(H₂O)₆]³⁺ и частично подвергаются гидролизу: [Fe(OH)_n(H₂O)_6−n]³⁻ⁿ.

1.Катионы Fe³⁺ при взаимодействии со щелочами и аммиаком образуют красно-бурый осадок гидроксида железа (III):

Fe³⁺ + 3 OH⁻ → Fe(OH)₃↓. (6.22)

красно-бурый ос.

Осадок растворим в разбавленных кислотах, не растворяется в насыщенном растворе NH₄Cl (в отличие от гидроксида железа (II)), не растворяется в щелочах.

2.При взаимодействии катионов Fe³⁺ с гидрофосфатом натрия выпадает осадок фосфата железа (III) желтого цвета:

Fe³⁺ + 2 HPO₄²⁻ → FePO₄↓ + H₂PO₄⁻. (6.23)

желтый ос.

3.Катионы Fe³⁺ в кислой среде реагируют с гексацианоферратом (II) калия с образованием темно-синего осадка “берлинская лазурь”. Состав осадка Fe₄[Fe(CN)₆]₃ · x H₂O.

4 Fe³⁺ + 3 [Fe(CN)₆]⁴⁻ → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓. (6.24)

“берлинская лазурь”

Проведению данной реакции мешают окислители и восстановители. Осадок устойчив в кислой среде. Как и в случае “турнбулевой сини”, данный осадок не растворяется в кислотах, но разлагается при действии щелочей:

Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓ + 12 OH⁻ → 4 Fe(OH)₃↓ + 3 [Fe(CN)₆]⁴⁻ . (6.25)

4.Растворы солей железа (III) взаимодействуют с ионами тиоцианата (или роданида) в кислой среде с образованием комплекса железа (III) кроваво-красного цвета:

Fe³⁺ + 3 NCS⁻ → Fe(NCS)₃. (6.26)

кроваво-красн. р-р

В зависимости от соотношения реагентов комплекс может иметь различный состав:

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + n NCS⁻ → [Fe(NCS)_n(H₂O)_6−n]³⁻ⁿ + n H₂O;

n = 1, 2…, 6.

Проведению данной реакции мешают окислители, восстановители (F⁻, I⁻, PO₄³⁻). Катионы железа Fe²⁺ не мешают проведению реакции.

5.Катионы Fe³⁺ при взаимодействии с анионами сульфида S²⁻ в нейтральных или аммиачных растворах образуют черный осадок сульфида железа (III):

2 Fe³⁺ + 3 S²⁻ → Fe₂S₃. (6.27)

черный ос.

В таблице 6.1 представлены некоторые аналитические реакции катионов IV группы и свойства продуктов реакций.

Таблица 6.1

Продукты некоторых аналитических реакций катионов IV группы

Дата добавления: 2014-11-14; просмотров: 838; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!