Аналитические реакции катионов V группы

7.1 Аналитические реакции катионов меди Cu²⁺

Аквакомплексы катионов меди (II) [Cu(H₂O)_n]²⁺ окрашены в голубой цвет, поэтому растворы солей меди (II) имеют голубую окраску с различными оттенками: от голубого до сине-зеленого. В водных растворах катионы меди (II) частично гидролизуются, поэтому аквакомплексы могут иметь состав: [Cu(H₂O)_n−m(OH)_m]^2−m. Реакция гидролиза:

[Cu(H₂O)_n]²⁺ + m H₂O ↔ [Cu(H₂O)_n−m(OH)_m]^2−m + m H₃O⁺. (7.1)

1.Взаимодействоие со щелочами. При реакции солей меди (II) со щелочами выпадает осадок гидроксида меди (II) Сu(OH)₂, имеющий окраску от сине-зеленой до голубой:

Cu²⁺ + 2 OH⁻ → Cu(OH)₂↓. (7.2)

голубой ос.

При кипячении раствора с осадком Cu(OH)₂ выпадает черный осадок оксида меди (II):

tº

Cu(OH)₂↓ —→ CuO↓ + H₂O. (7.3)

черный ос.

Осадок Cu(OH)₂ растворяется в кислотах и в водном растворе аммиака NH₄OH.

2.При добавлении раствора аммиака к раствору соли меди (II) вначале выпадает осадок основной соли меди (сине-зеленого цвета), который растворяется в избытке аммиака с образованием комплексного катиона [Cu(NH₃)₄]²⁺ синего (василькового) цвета:

CuCl₂ + NH₄OH → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + OH⁻ + Cl⁻ + 4 H₂O. (7.4)

р-р василькового цв.

В кислой среде комплекс разрушается:

[Cu(NH₃)₄]²⁺ + 4 H₃O⁺ → [Cu(H₂O)₄]²⁺ + 4 NH₄⁺,

и окраска из ярко-синей переходит в голубую. Данной реакции мешают катионы Co²⁺, Ni²⁺.

3.Катионы Cu²⁺ образуют с гексацианоферратом (II) калия K₄[Fe(CN)₆] в слабо-кислой среде красно-коричневый осадок:

2 Cu²⁺ + [Fe(CN)₆]⁴⁻ → Сu₂[Fe(CN)₆]↓. (7.5)

красно-коричнев. ос.

Осадок не растворяется в кислотах, но растворяется в аммиаке:

Сu₂[Fe(CN)₆]↓ + 12 NH₃ + 4 H₂O → (NH₄)₄[Fe(CN)₆] +

+ 2 [Cu(NH₃)₄] (OH)₂. (7.6)

Мешают данной реакции катионы Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺.

4.При кипячении смеси подкисленного раствора соли меди (II) с избытком тиосульфата натрия Na₂S₂O₃ происходит реакция восстановления меди (II) до меди (I) с образованием сульфида Cu₂S. В результате выпадает темно-бурый осадок, состоящий из смеси: Cu₂S + S:

2 Cu²⁺ + 2 S₂O₃²⁻ + 2 H₂O → Cu₂S↓ + S↓ + 4 H⁺ + 2 SO₄²⁻. (7.7)

темно-бурый ос.

5.Сероводород и сульфиды образуют с солями меди (II) осадок сульфида меди черного цвета, растворимый в азотной кислоте:

Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓. (7.8)

черный ос.

6.Другие реакции катиона меди (II). При взаимодействии солей меди с тиоцианатами образуется черный осадок тиоцианата меди (II) Cu(SCN)₂, постепенно переходящий в белый осадок тиоцианата меди (I) CuSCN; при взаимодействии солей меди с фосфатами образуется голубой осадок фосфата меди (II) Cu₃(PO₄)₂.

7.2 Аналитические реакции катионов кадмия Cd²⁺

Аквакомплексы катионов кадмия Cd²⁺ в водных растворах имеют состав [Cd(H₂O)₄]²⁺, они бесцветны.

1.При добавлении раствора щелочи или аммиака к раствору соли кадмия (II) выпадает белый осадок гидроксида:

Cd²⁺ + 2 OH⁻ → Cd(OH)₂↓. (7.9)

белый ос.

Осадок нерастворим в избытке щелочи, но растворяется в избытке аммиака с образованием бесцветного комплекса [Cd(NH₃)₄]²⁺:

Cd(OH)₂↓ + 4 NH₃ → [Cd(NH₃)₄]²⁺ + 2 OH⁻. (7.10)

Осадок гидроксида кадмия растворим также в кислотах:

Cd(OH)₂↓ + 2 H₃O⁺ → [Cd(H₂O)₄]²⁺. (7.11)

2.Катионы кадмия Cd²⁺ образуют с анионами сульфида S²⁻ в слабокислой или щелочной среде желтый осадок сульфида кадмия CdS:

Cd²⁺ + S²⁻ → CdS↓. (7.12)

желтый ос.

Осадок не растворяется в щелочах и избытке раствора сульфида натрия; частично растворяется в насыщенном растворе хлорида натрия с образованием комплекса [CdCl₄]²⁻:

CdS↓ + 4 Cl⁻ → [CdCl₄]²⁻ + S²⁻. (7.13)

Сульфид кадмия нерастворим в кислотах, за исключением соляной:

CdS↓ + 4 HCl → H₂[CdCl₄] + H₂S. (7.14)

3.Другие реакции катиона кадмия. Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ не взаимодействует с солями кадмия (II). Сульфид кадмия в данном случае не образуется.

7.3 Аналитические реакции катионов ртути Hg²⁺

Аквакомплексы катионов ртути (II) в водных растворах имеют строение [Hg(H₂O)_n]²⁺, и они бесцветны.

1.При добавлении водного раствора щелочи к растворам солей ртути (II) выпадает желтый осадок оксида ртути (II):

Hg²⁺ + 2 OH⁻ → Hg(OH)₂↓; Hg(OH)₂↓ → HgO↓ + H₂O. (7.15)

желтый ос.

Осадок HgO растворяется в азотной кислоте, в растворах хлоридов и иодидов щелочных металлов с образованием соответствующих соединений:

HgO↓ + 2 HNO₃ → Hg(NO₃)₂ + H₂O;

HgO↓ + 2 Сl⁻ + H₂O → HgCl₂ + 2 OH⁻;

HgO↓ + 4 I⁻ + H₂O → [HgI₄]²⁻ + 2 OH⁻.

2.При взаимодействии с водным раствором аммиака катионы Hg²⁺ образуют белые осадки:

HgCl₂ + 2 NH₃ → HgNH₂Cl₂↓ + NH₄Cl; (7.16)

белый осадок

Осадки растворяются (лучше при нагревании) в избытке аммиака с образованием бесцветного комплексного катиона [Hg(NH₃)₄]²⁺:

HgNH₂Cl₂↓ + 2 NH₃ + NH₄⁺ → [Hg(NH₃)₄]²⁺ + Cl⁻; (7.18)

3.Катионы Hg²⁺ при взаимодействии с ионами иодида в водном растворе образуют красный осадок иодида ртути (II), который растворяется в избытке реактива:

Hg²⁺ + 2 I⁻ → HgI₂↓; (7.20)

красный ос.

HgI₂↓ + 2 I⁻ → [HgI₄]²⁻. (7.21)

Данной реакции мешают катионы Pb²⁺, Cu²⁺, Ag⁺.

4.Катионы Hg²⁺ осаждаются из водных растворов с помощью анионов сульфида S²⁻ в виде черно-коричневого осадка HgS. Реакция протекает в несколько стадий. Вначале образуется белый осадок, постепенно меняющий окраску из желто-красной и бурой на коричнево-черную при избытке аниона S²⁻:

3 HgCl₂ + 2 H₂S → (HgS)₂ ∙ HgCl₂↓ + 4 HCl; (7.22)

белый ос.

(HgS)₂ ∙ HgCl₂ + H₂S → 3 HgS↓ + 2 HCl. (7.23)

черный ос.

Сульфид ртути HgS не растворяется в разбавленной азотной кислоте.

5.Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ образует с солями ртути (II) осадки:

2 Hg²⁺ + 2 S₂O₃²⁻ + H₂O → HgS↓ + Hg↓ + S₄O₆²⁻ + SO₄²⁻ + 2 H⁺. (7.24)

черн.ос. черн.ос.

6.Другие реакции катионов ртути (II). С анионами хромата катионы ртути Hg²⁺ образуют желтый осадок HgCrO₄; с анионами фосфата – белый осадок Hg₃(PO₄)₂.

7.4 Аналитические реакции катионов кобальта Co²⁺

Аквакомплексы катионов кобальта (II) окрашены в водном растворе в розовый цвет. Они имеют строение [Co(H₂O)₆]²⁺.

1.Катионы кобальта при взаимодействии со щелочами образуют синий осадок основной соли кобальта (II) CoOHCl, который затем переходит в осадок гидроксида кобальта Сo(OH)₂ розового цвета:

CoCl₂ + OH⁻ → CoOHCl↓ + Cl⁻; (7.25)

синий ос.

CoOHCl + OH⁻ → Co(OH)₂↓ + Cl⁻. (7.26)

розовый ос.

Розовый осадок гидроксида кобальта (II) постепенно приобретает черно-бурую окраску вследствие окисления его кислородом воздуха до гидроксида кобальта (III):

4 Co(OH)₂↓ + O₂ + 2 H₂O → 4 Co(OH)₃↓. (7.27)

черно-бурый ос.

2.При взаимодействии солей кобальта (II) с нитритом калия в уксусно-кислой среде образуется желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) калия:

а) Co²⁺ + NO₂⁻ + 2 CH₃COOH → NO↑ + 2 CH₃COO⁻ + Co³⁺ + H₂O;

б) Co³⁺ + 6 NO₂⁻ → [Co(NO₂)₆]³⁻;

в) [Co(NO₂)₆]³⁻ + 3 K⁺ → K₃[Co(NO₂)₆]↓. (7.28)

желтый ос.

3.При взаимодействии солей кобальта (II) с раствором аммиака вначале образуется синий осадок основной соли. Добавление избытка раствора аммиака приводит к растворению осадка и образованию аммиаката кобальта [Co(NH₃)₆]²⁺ желтого цвета:

а) CoCl₂ + NH₄OH → CoOHCl↓ + NH₄Cl;

синий ос.

б) CoOHCl↓ + 5 NH₃ + NH₄Cl → [Co(NH₃)₆]Cl₂ + H₂O. (7.29)

желтый р-р.

При длительном стоянии на воздухе раствор постепенно приобретает вишнево-красный цвет вследствие окисления кобальта (II) до кобальта (III):

4 [Co(NH₃)₆]Cl₂ + 2 H₂O +O₂ → 4 [Co(NH₃)₅Cl](OH)₂ + 4 NH₃. (7.30)

вишнево-красн.р-р

В присутствие пероксида водорода и хлорида аммония реакция окисления протекает практически мгновенно:

2 [Co(NH₃)₆]Cl₂+Н₂O₂+NH₄Cl→2 [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂+ 4 NH₃+2 H₂O. (7.31)

вишнево-красн.р-р

4.Катионы кобальта в слабокислой среде реагируют с анионами тиоцианата с образованием комплекса синего цвета:

Co²⁺ + 4 NCS⁻ ↔ [Co(NCS)₄]²⁻. (7.32)

синий р-р

Комплекс в водных растворах неустойчив, поэтому реакцию проводят с использованием растворов солей кобальта (II) и кристаллической соли KNCS (NH₄NCS). Реакции мешают катионы Fe³⁺ и Cu²⁺.

5.Катионы кобальта (II) при взаимодействии с анионами сульфида S²⁻ образуют черный осадок сульфида кобальта:

Co²⁺ + S²⁻ → CoS↓. (7.33)

черный ос.

Осадок растворим в азотной кислоте.

6.Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ не взаимодействует с солями кобальта (II).

7.5 Аналитические реакции катионов никеля Ni²⁺

Аквакомплексы катиона никеля (II) в водных растворах имеют состав [Ni(H₂O)₆]²⁺ и окрашены в зеленый цвет.

1.Катионы Ni²⁺ осаждаются щелочами из водных растворов в виде гидроксида Ni(OH)₂ зеленого цвета:

Ni²⁺ + 2 OH⁻ → Ni(OH)₂↓. (7.34)

зеленый ос.

Осадок растворяется в кислотах и аммиаке:

Ni(OH)₂↓ + 2 H⁺ → Ni²⁺ + 2 H₂O; (7.35)

Ni(OH)₂↓ + 6 NH₃ → [Ni(NH₃)₆]²⁺ + 2 OH⁻. (7.36)

синий р-р

2.При взаимодействии солей никеля (II) с аммиаком выпадают светло-зеленые осадки основных солей никеля (II):

Ni(NO₃)₂ + NH₄OH → NiOHNO₃↓ + NH₄NO₃; (7.37)

светло-зел. ос.

NiSO₄ + 2 NH₄OH → (NiOH)₂SO₄↓ + (NH₄)₂SO₄.

светло-зел. ос.

В избытке раствора аммиака основные соли никеля растворяются с образованием комплексов синего цвета:

NiOHCl↓ + 6 NH₃ → [Ni(NH₃)₆]²⁺ + OH⁻ + Cl⁻. (7.38)

светло-зел. ос. синий р-р.

3.Реакция с раствором диметилглиоксима (реакция Чугаева). Катионы никеля Ni²⁺ при взаимодействии с диметилглиоксимом при рН 6-9 образуют растворимые в воде внутрикомплексные соединения розово-красного цвета:

Реакцию проводят в среде аммиака. Осадок растворяется в сильных кислотах и щелочах, не растворяется в избытке аммиака. Катионы кобальта Co²⁺ не мешают реакции определения никеля (II); мешают реакции катионы: Cu²⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Реакцию можно провести капельным методом на фильтровальной бумаге. Для этого на лист фильтровальной бумаги наносят каплю раствора соли никеля (II), затем - каплю спиртового раствора диметилглиоксима. Бумагу держат над склянкой с концентрированным раствором аммиака (в парах аммиака) до появления розово-красного пятна.

4.Сероводород и сульфиды при действии на растворы солей никеля (II) приводят к образованию черного осадка сульфида никеля NiS:

Ni²⁺ + S²⁻ → NiS↓. (7.40)

черный ос.

5.Реакция с хлорной водой в щелочной среде:

а) Ni²⁺ + 2 OH⁻ → Ni(OH)₂↓.

зеленый ос.

б) 2 Ni(OH)₂↓ + Cl₂ + 2 NaOH → Ni(OH)₃↓ + 2 NaCl. (7.41)

черный ос.

В таблице 7.1 представлены некоторые аналитические реакции катионов V группы и свойства продуктов реакций.

Таблица 7.1

Продукты некоторых аналитических реакций катионов V группы

Дата добавления: 2014-11-15; просмотров: 1122; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!