Загальна характеристика, якісні реакції та хід аналізу катіонів V та VI аналітичних груп

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальна характеристика, якісні реакції та хід аналізу катіонів V та VI аналітичних груп

1. Загальна характеристика V аналітичної групи катіонів

катіон гідроліз реакція соль

До V аналітичної групи катіонів входять: Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Mg²⁺, Bi³⁺ і умовно Sb(III) і Sb(V). Останні здебільшого у розчині перебувають у стані ацидо - або гідроксокомплексних аніонів, наприклад: [Sb⁺³Cl₆]^-3 і [Sb⁺⁵(OH)₆]^- Ці іони об'єднані у V групі завдяки їх властивостям утворювати під дією лугу осади, нерозчинні в його надлишку, на відміну від гідроксидів попередньої IV групи, які є амфотерними. Отже груповим реактивом V групи катіонів є 2н розчин гідроксиду натрію.

2. Гідроліз солей і використання цієї властивості в якісному аналізі, зокрема при визначенні катіонів V групи

Гідроліз солей - це розклад їх водою, завдяки зміщенню рівноваги її дисоціації вправо:

H₂O - H⁺ + OH^-

Завдяки зв'язуванню іонів водню і гідроксид іонів відповідними аніонами і катіонами, відомі три типи гідролізу. Це гідроліз солей утворених слабкою кислотою і сильною основою (гідроліз по аніону), наприклад, ціанідів:

CN^- + H₂O - HCN + OH^- - лужне середовище, рН > 7.

Гідроліз солей, утворених сильною кислотою і слабкою основою (гідроліз по катіону), наприклад, амонійних солей:

NH₄⁺ + H₂O - NH₃_ H₂O + H⁺ - кисле середовище, рН < 7.

Гідроліз солей, утворених слабкими кислотами і слабкими основами (гідроліз по катіону і аніону), наприклад, ацетату амонію:

CH₃COO^- + NH₄⁺ + H₂O - NH₃_ H₂O + CH₃COOH

Солі, які утворенні багатоосновними кислотами або багатоосновними основами, гідролізують ступінчасто. Наприклад, перша ступінь гідролізу FeCl₂ виглядає так:

FeCl₂ + H₂O - FeOHCl + HCl

Fe²⁺ + H₂O - FeOH⁺ + H⁺

А друга:

FeOHCl + H₂O - Fe(OH)₂ + HCl

FeOH⁺ + H₂O - Fe(OH)₂ + H⁺

Ступінь дисоціації кожної наступної стадії на порядок менше попередньої, тому звичайно на практиці зважають лише на першу стадію гідролізу.

Прикладом використання явища гідролізу в аналізі є характерна реакція на Ві³⁺. При розведенні розчину солі вісмуту випадає білий осад завдяки перебігу реакції:

Bi³⁺ + Cl^- + H₂O - BiOClv + 2H⁺

Подібним чином гідролізують і солі Sb³⁺.

Іншим прикладом використання гідролізу при аналізі суміші катіонів V групи є розчинення гідроксиду магнію у солях амонію:

Mg(OH)₂v + 2NH₄Cl - MgCl₂ + 2NH₃_H₂O

Mg(OH)₂v + 2NH⁺ - Mg²⁺ + 2H₂O

Mg(OH)₂v + 2NH⁺ - Mg²⁺ + 2NH₃_H₂O

3. Характерні реакції катіонів V групи

Характерні реакції катіонів V групи частково описані у попередніх розділах лекції. Реакції на Fe²⁺ з K₃[Fe(CN)₆], Fe³⁺ з K₄[Fe(CN)₆] і KCS, Mn²⁺ з NaBiO₃ (або PbO₂), Mg²⁺ з фосфат - та амоній - іонами описані в практикумі з якісного аналізу. Зупинимось тут на досить складних реакціях з участю тіоангідридів, тіокислот та їх солей, які мають відношення до аналізу стибію, а також арсену і олова.

Тіоангідриди, подібно звичайним ангідридам, взаємодіють з лугами:

Sb₂S₅v + 2NaOH + 10H₂O - 2Na [Sb(OH)₆] + 5H₂S

As₂S₃v + 6NaOH - Na₃AsS₃ + 3H₂O

Окрім того, вони розчиняються у сульфідах і полісульфідах лужних металів і амонію, наприклад:

Sb₂S₃v + Na₂S - 2NaSbS₂

Sb₂S₅v + 2Na₂S - 2Na₃SbS₄ + 3Sv

При цьому в деяких випадках утворюються солі тіокислот, з яких дією кислот можна виділити самі тіокислоти:

Na₃SbS₃ + 3HCl - H₃SbS₃ + 3NaCl

Останні є нестійкими сполуками в момент утворення розкладаються:

2H₃SbS₃ - 3H₂S^ + Sb₂S₂v

При взаємодії сульфіду амонію з тіоангідридами, в яких олово, арсен і стібій знаходяться в нижчих ступенях окиснення, останні окиснюються, наприклад:

As₂S₃v + 3 (NH₄)₂S₂ - 2 (NH₄)₃SbS₄ + Sv

Це пояснюється окислювальними властивостями дисульфідної сірки ?S^-1?S^-1? Цей ланцюжок подібний до пероксидного ?О^-1?О^-1?.

Відмінності властивостей тіоангідридів від від звичайних сульфідів металів дають можливість відділити в ході аналізу олово, стибій і арсен від інших катіонів.

4. Хід аналізу суміші катіонів V групи

У ході аналізу суміші катіонів V аналітичної групи враховуються деякі особливості їх сполук, такі як:

· Схильність катіонів Ві³⁺ і Sb³⁺ до гідролізу;

· Погана розчинність MnO₂ в азотній кислоті;

· Розчинність Mg(OH)₂ в розчині NH₄Cl.

5. Загальна характеристика аналітичної групи VI катіонів

До VI аналітичної групи катіонів відносяться Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺ і Hg²⁺. Ці катіони об'єднує та особливість, що вони утворюють розчинні амінокомплекси (аміакати), і це дає можливість за допомогою концентрованого розчину аміаку відділити їх від катіонів перш за все V групи:

Fe(OH)₂v + NH₃_H₂O ?

Cd(OH)₂v + 4NH₃_H₂O - [Cd(NH₃)₄] (OH)₂ + 4H₂O

Ті ж іони, які не увійшли до складу VI групи, але також утворюють амінокомплекси, відділяються по ходу аналізу раніше, наприклад, Ag⁺ з хлоридами II групи і Zn²⁺ з амфотерними гідроксидами IV групи.

6. Окисно-відновні реакції та їх застосування у якісному аналізі, зокрема при відкритті катіонів

Усі відомі типи окисно-відновних реакцій: міжмолекулярні, внутрішньо молекулярні та диспропорціювання - використовуються в аналізі. Так Mn²⁺, як відомо, окиснюється до перманганат-іону, який має характерне забарвлення, вісмутатом натрію, персульфатом амонію або діоксидом свинцю:

2Mn(NO₃)₂ + 5PbO₂ + 6HNO₃ - 2HMnO₄ + 5Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

Mn⁺² - 5e^- > Mn⁺⁷ 2

Pb⁺⁴ - 2e^- > Pb⁺² 5

HMnO₄ - забезпечує фіолетово-червоний колір розчину

Характерними реакціями такого типу є відновлення ртуті (I) і (II) до металічної оловом (II), подібна реакція з Bi³⁺, окиснення Cr³⁺ до CrO^-2_4, забарвленого у жовтий колір, пероксидом водню та багато інших.

Прикладом використання реакції диспропорціювання в аналізі може слугувати розклад хлориду ртуті (I) аміаком в ході визначення відповідного катіону:

Hg⁺¹₂Cl₂ + 2NH₃_H₂O > [NH₂Hg⁺²] Clv + Hgv +NH₄Cl + 2H₂O

Hg⁺¹ - 1e^- > Hg²⁺ 1

Hg⁺¹ + 1e^- > Hg⁰ 1

Більшість пірохімічних методів якісного аналізу, пов'язаних з розкладом кисневмісних сполук, є реакціями внутрішньомолекулярними, наприклад, ідентифікація нітратів:

2Pb(NO₃)₂ 2PbO + 4NO₂^ + O₂^

2O^-2 - 4e^- > 2O⁰ 1

N⁺⁵ - 1e^- > N⁺⁴ 4

7. Характерні реакції катіонів VI групи

Особливістю катіонів VI групи є утворення багаточисельних забарвлених сполук. Це дає можливість використовувати відповідні «кольорові реакції» для ідентифікації названих катіонів.

Так, мідь, нікель і кобальт утворюють при взаємодії з аміаком амінокомплекси відповідно інтенсивно синього, блакитного і брудно-жовтого кольорів. Хоча Co²⁺ визначають зазвичай за допомогою реакції «синього кільця»

Co²⁺ + 4SCN^- > [Co(SCN)₄]^2-

Шар ізоамілового спирту, який додається для підвищення чутливості реакції, екстрагує цей комплекс з водного розчину, забарвлюючись у синій колір.

Іони, Hg²⁺ реагуючи з йодидами, утворюють яскраво-червоний осад, який згодом можна розчинити у надлишку осаджувача:

Hg²⁺ + 2I^- > HgI₂v

HgI₂v + 2I^- > [HgI₄]^2-

Диметилгліоксим з катіонами Ni²⁺ за певних умов утворює погано-розчину сполуку, забарвлену у коралово-червоний колір (відома реакція Чугаєва).

Нарешті, катіонам Cd²⁺ властиво осаджуватись у кислому середовищі під дією сірководню, утворюючи яскраво-жовтий сульфід:

Cd²⁺ + H₂S > CdSv + 2H⁺

8. Хід аналізу суміші катіонів VI групи

Характерні реакції на Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ i Hg²⁺ достатньо специфічні для того, щоб визначити їх дробним способом. Однак перед цим треба у сильно-кислому середовищі осадити CdS і виділити його. Сульфіди інших катіонів за цих умов не утворюються. Катіони Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ i Hg²⁺ визначають в окремих пробах розчину за допомогою специфічних реакцій.

Размещено на Allbest.ru