Катіони п’ятої аналітичної групи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему:

«Катіони п'ятої аналітичної групи»

План

1. Катіони п'ятої аналітичної групи

2. Дія сірководню

3. Дія полісульфіду амонію

4. Дія води (гідроліз)

5. Дія лугу та аміаку

6. Дія тіосульфату натрію

7. Дія магнезіальної суміші

8. Дія молібденової рідини

9. Дія сульфату міді

10. Дія йодиду калію

11. Дія розчину йоду

12. Дія металів

13. Дія метилового фіолетового

Використана література

1. Катіони п'ятої аналітичної групи

До п'ятої групи відносяться катіони миш'яку, сурми та олова (а також молібдену та вольфраму, які будуть розглядатись у розділі, присвяченому виявленню рідкісних елементів). Сульфіди катіонів п'ятої групи, як і сульфіди катіонів четвертої групи, не розчиняються в розведених кислотах і осаджуються сірководнем з кислого середовища. На відміну від більшості сульфідів катіонів четвертої групи, сульфіди миш'яку, сурми та олова легко розчиняються у сульфідах лужних металів і амонію, а також в полісульфіді амонію з утворенням тіосолей. Винятком є лише сульфід олова (ІІ), який не розчиняється у сульфідах амонію та лужних металів і не утворює тіосолей. Це пояснюється тим, що SnS має лише основні властивості. Сульфід олова (ІІ), проте, як і сульфіди інших катіонів п'ятої групи, розчиняється у полісульфіді амонію. Полісульфід амонію, маючи окислювальні властивості, спочатку окислює Sn2+ до Sn4+, а вже потім SnS2 легко розчиняється в полісульфіді амонію з утворенням тіосолі (NH4)2SnS3.

Таким чином, катіони п'ятої групи мають два групові реагенти - H2S в кислому середовищі та полісульфід амонію (NH4)2S2. Перший з них використовують для відділення четвертої і п'ятої груп катіонів від першої - третьої груп, другий - полісульфід амонію - для подальшого відділення катіонів п'ятої групи від катіонів четвертої групи.

2. Дія сірководню

Для виконання реакцій на миш'як використовують розчинні у воді солі Na3AsO3 та Na3AsO4 . При підкисленні розчином HCl (6 моль/л) іон AsO33- звільняється від кисню і перетворюється на катіон As3+, який і взаємодіє з H2S з утворенням сульфіду As2S3 жовтого кольору:

2 Na3AsO3 + 6 HCl + 3 H2S = As2S3 + 6 NaCl + 6 H2O.

При дії сірководню на іони AsO43- в сильнокислому середовищі арсенат-іон частково відновлюється до арсеніту і в осад випадає суміш As2S3, As2S5 та вільна сірка:

2 Na3AsO4 + 5 H2S + 6 HCl = As2S5 + 6 NaCl + 8 H2O;

2 Na3AsO4 + 5 H2S + 6 HCl = As2S3 + 2 S + 6 NaCl + 8 H2O.

As2S3 і As2S5 розчиняються в сульфідах амонію та лужних металів, а також у полісульфіді амонію з утворенням тіосолей за реакціями:

As2S3 + 3 NaS = 2 Na3AsS3;

As2S5 + 3 Na2S = 2 Na3AsS4;

As2S3 + 3 (NH4)2S2 = 2 (NH4)3 AsS4 + S;

As2S5 + 3 (NH4)2S2 = 2 (NH4)3 AsS4 + 3S.

Сульфіди миш'яку розчиняються в лугах (на відміну від SnS), в карбонатах лужних металів та амонію. При цьому утворюються тоісолі та тіооксосолі за реакціями:

As2S3 + 6 NaOH = Na3AsO3 + Na3AsS3 + 3 H2O;

As2S5 + 6 NaOH = Na3AsO3S + Na3AsS4 + 3 H2O;

As2S3+ 3 (NH4)2CO3 = (NH4)3AsO3 + (NH4)3AsS3 + 3 CO2 ;

As2S5+ 3 (NH4)2CO3 = (NH4)3AsO3S + (NH4)3AsS4 + 3 CO2.

Сульфіди миш'яку розчиняються в концентрованій азотній кислоті і в царській водці. При цьому сульфідна сірка окислюється до сульфату, а Аs3+ - до As5+:

As2S3 + 28 HNO3 = 2 H3AsO4 + 3 H2SO4 + 28 NO2 + 8 H2O;

Сульфіди миш'яку не розчиняються в HCl, чим відрізняються від сульфідів олова та сурми. Це використовують в аналізі для відділення миш'яку від сурми та олова.

При дії сірководню на солянокислі розчини (0,3 н HCl, pH 0,5) солей сурми виділяються осади сульфідів Sb2S5 та Sb2S3 оранжевого кольору.

2 H3SbCl6 + 3 H2S = Sb2S3 + 12 HCl;

2 HSbCl6 + 5 H2S = Sb2S5 + 12 HCl.

Обидва сульфіди при дії сульфіду або полісульфіду амонію розчиняються з утворенням тіосолей:

Sb2S3 + (NH4)2S = 2 NH4 SbS2;

Sb2S5 + 3 (NH4)2S = 2 (NH4)3 SbS4;

Sb2S3 + 3 (NH4)2S2 = 2 (NH4)3SbS4 + S;

Sb2S5 + 3 (NH4)2S2 = 2 (NH4)3SbS4 + 3 S.

Cульфіди сурми розчиняються в лугах за реакціями:

Sb2S3 + 6 NaOH = Na3SbO3 + Na3SbS3 + 3 H2O;

Sb2S5 + 6 NaOH = Na3SbO3S + Na3SbS4 + 3 H2O.

Сульфіди сурми розчиняються в концентрованій HСl, але не розчиняються у карбонаті амонію, чим відрізняються від сульфідів миш'яку:

Sb2S3 + 12 HСl = 2H3SbCl6 + 3 H2S.

При розчиненні Sb2S5 в концентрованій HCl спочатку утворюється іон [SbCl6]-, який потім відновлюється сірководнем з утворенням [SbCl4] - та виділенням сірки:

Sb2S5 + 12 HСl = 2H[SbCl6] + 5 H2S;

H[SbCl6] + H2S = H[SbCl4] + 2 H Cl + S.

Таким чином, сумарне рівняння реакції має вигляд:

Sb2S5 + 8 HСl = 2H[SbCl4] + 2 S + 3 H2S.

Сульфіди сурми взаємодіють також з концентрованою азотною кислотою, причому в осад випадає сурм'яна кислота білого кольору HSbO3.

При дії сірководню на солі Sn2+ та Sn4+ в солянокислому середовищі (рН~0,5) утворюються осади SnS шоколадного кольору та SnS2 золотаво-жовтого кольору:

H2[SnCl4] + H2S = SnS + 4 HCl;

H2[SnCl6] + H2S = SnS2 + 6 HCl.

В сульфіді амонію та сульфідах лужних металів розчиняється тільки SnS2 з утворенням тіосолей:

SnS2 + (NH4)2S = (NH4)2SnS3.

При дії полісульфіду амонію розчиняються обидва сульфіди, причому SnS спочатку окислюється до SnS2, який з надлишком (NH4)2S2 утворює тіосіль:

SnS + (NH4)2S2 = SnS2 + (NH4)2S;

SnS2 + (NH4)2S2 = (NH4)2SnS3 + S.

Таким чином, загальне рівняння реакції має вигляд:

SnS + (NH4)2S2 = (NH4)2SnS3.

SnS та SnS2 розчиняються в концентрованій HCl (чим відрізняються від сульфідів миш'яку) з утворенням комплексних кислот:

SnS + 4 HCl = H2[SnCl4] + H2S;

SnS2 + 6 HCl = H2[SnCl6] + 2 H2S.

SnS2 розчиняються в лугах з утворенням суміші гідроксостанату і тіостанату:

2 SnS2 + 6 NaOH = Na2 [Sn (OH)6] + Na2SnS3 + Na2S.

Cульфіди олова взаємодіють також з концентрованою азотною кислотою, але не розчиняються в ній внаслідок утворення білого осаду нерозчинної олов'яної кислоти H2SnO3.

Таким чином, для відділення сульфідів миш'яку від сульфідів сурми та олова можна використовувати (NH4)2CO3 або HCl. В першому реагенті розчиняються лише сульфіди миш'яку, а сульфіди сурми та олова залишаються в осаді. В HCl, навпаки, розчиняються лише сульфіди сурми та олова.

3. Дія полісульфіду амонію

Вище зазначалося, що при дії полісульфіду амонію на сульфіди катіонів п'ятої групи As2S3, As2S5, Sb2S3, Sb2S5, SnS та SnS2 утворюються добре розчинні у воді тіосолі елементів у вищих ступенях окислення, забарвлені в жовтий колір. При підкисленні соляною кислотою тіосолі руйнуються, і в осад знову випадають сульфіди:

2 (NH4)3AsS4 + 6 HCl = AS2S5 + 6 NH4Cl + 3 H2S;

2 (NH4)3SbS4 + 6 HCl = Sb2S5 + 6 NH4Cl + 3 H2S;

(NH4)2SnS3 + 2 HCl = SnS2 + 2 NH4Cl + H2S.

4. Дія води (гідроліз)

Із катіонів п'ятої групи гідролізують в найбільшій мірі сполуки сурми. Так, при розведенні водою з розчинів, що містять [SbCl6]3? та [SbCl6]? утворюються білі осади основних солей - SbOCl та SbOCl3 за реакціями:

H3[SbCl6] + H2O = SbOCl + 5 HCl;

H[SbCl6] + H2O = SbOCl3 + 3 HCl.

Це одна з характерних реакцій на сурму.

5. Дія лугу та аміаку

Луги та аміак з іонами [SbCl6]3? та [SbCl6]? утворюють білі осади сурм'янистої та сурм'яної кислот:

H3[SbCl6] + 6 KOH = HSbO2 + 6 KCl + 4 H2O;

H[SbCl6] + 6 KOH = HSbO3 + 6 KCl + 3 H2O.

Обидва осади розчиняються надлишку лугу та хлороводневої кислоти, але не розчиняються в надлишку аміаку:

HSbO2 + KOH = KSbO2 + H2O;

HSbO2 + 6 HCl = H3[SbCl6] + 2 H2O;

H3SbO4 + 3 KOH = K3SbО4 + 3 H2O;

H3SbO4 + 6 HCl = H[SbCl6]+ 4 H2O.

При дії лугу та аміаку на розчини солей олова утворюються білі осади гідроксидів, які легко розчиняються в надлишку лугу та в кислотах, але не розчиняються в надлишку аміаку. Відповідні рівняння реакцій:

SnCl2 + 2 KOH = Sn(OH)2 + 2 KCl;

Sn(OH)2 + 2 KOH = K2[Sn(OH)4];

Sn(OH)2 + 4 HCl = H2[SnCl4] + 2 H2O;

H2[SnCl2] + 6 KOH = Sn(OH)4 + 6 KCl + 2 H2O;

Sn(OH)4 + 2 KOH = K2[Sn(OH)6];

Sn(OH)4 + 6 HCl = H2[SnCl6] + 4 H2O.

6. Дія тіосульфату натрію

Тіосульфат натрію в кислому середовищі при нагріванні осаджує всі катіони п'ятої групи у вигляді сульфідів:

2 Na3AsO3+ 3 Na2S2O3 + 6 HCl = As2S3 + 3 Na2SO4 + 6 NaCl + 3 H2O;

2 Na3AsO4+5 Na2S2O3 + 6HCl =As2S3+2S +5Na2SO4+ 6 NaCl + 3 H2O;

2 H3[SbCl6] + 3 Na2S2O3 + 3 H2O = Sb2S3 + 3 Na2SO4 + 12 HCl;

2 HSbCl6 + 5 Na2S2O3 + 5 H2O = Sb2S3 + 2 S + 5 Na2SO4 + 12 HCl;

SnCl2 + Na2S2O3 + H2O = SnS = Na2SO4 + 2 HCl.

З розчину Sn(IV) тіосульфатом натрію осаджується суміш сульфіду та гідроксиду Sn4+ за реакцією:

2 H2[SnCl6]+2 Na2S2O3+ 6 H2O = SnS2+ Sn(OH)4 + 2 Na2SO4 + 12HCl.

Таким чином, тіосульфат натрію можна використовувати в аналізі для відділення катіонів четвертої та п'ятої груп замість сірководню. Осадження сульфідів четвертої та п'ятої груп проводиться у кислому середовищі при кип'ятінні, при цьому катіони першої та третьої груп залишаються в розчині.

7. Дія магнезіальної суміші

При додаванні суміші MgCl2 з NH4OH та NH4Cl до розчину Na3AsO4 утворюється білий кристалічний осад MgNH4AsO4. Ця реакція є характерною на іон ASO43?. Арсеніт-іон з магнезіальною сумішшю осаду не утворює. Виявленню арсенату за цією реакцією заважає іон PO43?:

Na3AsO4 + MgCl2 + NH4Cl = MgNH4AsO4 + 3 NaCl.

Іони сурми та олова з магнезіальною сумішшю не взаємодіють.

8. Дія молібденової рідини

Молібдат амонію в азотнокислому середовищі і іоном AsO43? при нагріванні утворює жовтий осад амонієвої солі миш'яково-молібденової гетерополікислоти. Реакція відбувається відповідно до рівняння:

H3AsO4 + 12 (NH4)2MoO4 + 21HNO3 = (NH4)3[As(Mo3O10)4] + 21NH4NO3 + +12H2O.

Осад розчиняється в сумуші соляної та азотної кислот, в лузі та аміаку. Реацкія є специфічною на іон AsO43? і може бути використана для виявлення його в присутності всіх катіонів. Заважають лише іони PO43? та SiO32?.

9. Дія сульфату міді

Сульфат міді з солями AsO33? та AsO43? утворює осади арсеніту міді Cu3(AsO3)2 зеленувато-жовтого кольору і арсенату міді Cu3(AsO4)2 блакитного кольору. Реакції виконують в присутності надлишку аміаку.

10. Дія йодиду калію

При додаванні KI до розчину Na3AsO4 виділяється вільний йод, а AsO43? відновлюється до AsO33?. Ця реакція є характерною на іон AsO43? і відбувається в кислому середовищі:

Na3AsO4 + 2 KI + H2SO4 = Na3AsO3 + І2 + K2SO4 + H2O;

AsO43? + 2 з + 2H+ = AsO33? + H2O;

2 I? - 2 з = I2

11. Дія розчину йоду

При додаванні водного розчину йоду до розчину Na3AsO3 відбувається його знебарвлення в результаті відновлення до йодиду арсеніт-іоном. Цей останній окислюється до арсенату за реакцією:

AsO33? + І2 + H2O = AsO43- + 2 I? + 2 H+.

Рівновага ще більше зсувається праворуч при додаванні NaHCO3. При підкисленні розчину, навпаки, рівновага зсувається ліворуч, і знову виділяється йод, забарвлюючи розчин у жовто-бурий колір. Ця реакція є характерною на іон AsO33?.

12. Дія металів

Метали, які стоять в ряду напруг лівіше сурми, відновлюють її в кислому середовищі з сполук до металу. Це алюміній, залізо, цинк, олово та ін. Наприклад:

2 H3[SbCl6] + 3 Fe = 2 Sb + 3 FeCl2 + 6 HCl;

2 H[SbCl6] + 5 Fe = 2 Sb + 5 FeCl2 + 2 HCl.

За цих же умов Sn (IV) відновлюється металічним залізом лише до Sn (II) за реакцією:

H2[SnCl6] + Fe = H2[SnCl4] + FeСl2.

Це використовують в аналізі для відділення сурми від олова.

Більш сильні відновники, наприклад, металічний цинк, відновлюють до металу Sn (II) та Sn (IV), наприклад:

H2[SnCl6] + 2 Zn = Sn + 2 ZnCl2 + 2 HСl;

H2[SnCl4] + Zn = Sn + ZnCl2 + 2 HСl.

Сполуки As(III) та As(V) відновлюються до металу розчином SnCl2 в середовищі 6 н HCl за реакцією:

2 As3+ + 6 Cl? + 3 [SnCl4]2? = 2 As + 3 [SnCl6]2?.

Металічний цинк в кислому середовищі відновлює As (III,V) та Sb(III,V) до летких продуктів - арсіну AsH3 та стибіну SbH3.

13. Дія метилового фіолетового

Метиловий фіолетовий з іоном [SbCl6]? у солянокислому розчині утворює комплексну сполуку фіолетового кольору, яка екстрагується толуолом (або бензолом). Забарвлення толуольного шару синьо-фіолетове. Сам реагент в цих умовах органічним розчинником не екстрагується. Ця реакція є характерною на сурму. Реакцію виконують так: до розчину, що містить сурму в ступені окислення (ІІІ) або (V), додають кілька краплин двохлористого олова для відновлення всієї сурми до тривалентної.

Потім додають краплинами 10%-ний розчин NaNO2 до зникнення буруватого забарвлення, що спочатку утворюється, після цього ще одну-дві краплини і залишають розчин на 2-3 хв. При цьому утворюються іони [SbCl6]?. Для видалення надлишку нітриту до розчину через 2-3 хв. додають краплинами насичений розчин сечовини CO(NH2)2, поки розчин не перестане пінитись. Суміш розбавляють водою до 5-6 мл і додають дві-три краплини 0,2%-ного розчину метилового фіолетового, суміш перемішують. У присутності сурми утворюється суспензія кристалів MФSbCl6 синьо-фіолетового кольору. Потім додають 1 мл толуолу, перемішують і дають відстоятись. У присутності сурми толуольний шар забарвлюється в синій колір. Реакція дуже чутлива, тому для порівняння роблять холосту пробу (зливають в тій же послідовності всі реагенти, крім сурми). Інші катіони не заважають виявленню сурми за цією реакцією.

катіон сірководень аміак молібденовий

Використана література

1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия: Книга для учащихся, учителей и родителей. - М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.

2. Любознательным о химии. Б.Н. Токарев. Москва, издательство «Химия», 1998г.

3. Популярная библиотека химических элементов. Изд. «Наука», Москва, 1997г.

4. Химия. Энциклопедия. Под редакцией Виктора Володина - «Аванта+», Москва, 2000г.

Размещено на Allbest.ru