Четвертая аналитическая группа катионов

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

4.Образование SnН4 (реакция Майснера)

Весьма характерна реакция восстановления солей олова в SnН4 действием цинка и концентрированной HCl. Образование этого соединения легко обнаружить по его способности окрашивать несветящееся пламя горелки в чрезвычайно характерный васильково - синий цвет.

Кроме описанных Sn4+ дает характерные реакции с дитиолом (красный осадок SnDt2) и солями рубидия, цезия, аммония в присутствии хлоридов (кристаллы осадков типа Cs[SnCl6]).

VII. Аналитические реакции ионов мышьяка

Мышьяк образует два ряда соединений, в которых он трехвалентен и пятивалентен. Водные растворы солей мышьяковой H3AsO4 и мышьяковистой H3AsO3 кислот содержат анионы AsO43 и AsO33. При подкислении соляной кислотой они переходят в катионы мышьяка:

AsО43 +8H+ = As5+ + 4H2O

AsО33 +8H+ = As5+ + 4H2O

1. Взаимодействие с нитратом серебра

Нитрат серебра AgNO3 образует с анионами мышьяковистой H3AsO3 и мышьяковой H3AsO4 кислот осадки Ag3AsO3 желтого цвета или Ag3AsO4 шоколадного цвета. Реакция проводится в нейтральной или щелочной среде: Осадок Ag3AsO4 растворим в HNO3 и NH4OH. Растворение осадка в NH4OH объясняется образованием комплексного иона [Ag(NH3)2].

Na3AsO3 + 3AgNO3 = Ag3AsO3 + 3NaNO3

Na3AsO4 + 3AgNO3 = Ag3AsO4 + 3NaNO3

Ag3AsO3 + 3HNO3 = 3AgNO3 + Н3AsO3

Ag3AsO4 +6NН3 = [Ag(NH3)2]3AsO3

При нейтрализации аммиачного раствора кислотой снова выделяется осадок.

2. Взаимодействие с магнезиальной смесью (фармакопейная)

Магнезиальная смесь (MgSO4 + NH3 + NH4Cl) образуют в растворах с арсенат-ионами белый кристаллический осадок магний-аммоний арсената, растворимый в хлороводородной кислоте:

Na3AsO4 + MgCl2 + NH4OH = MgNH4AsO4 + 2NaCl + NaOH

MgNH4AsO4 +3НCl = MgCl2 + NH4Cl + H3AsO4

3. Взаимодействие с молибденовой жидкостью (раствором молибдата аммония в концентрированной HNO3)

(NH4)MoO4, прибавленный в избытке к горячему азотнокислому раствору соли мышьяковой кислоты, дает желтый кристаллический осадок арсеномолибдата аммония (NH4)3AsМо12O40, растворимый в едких щелочах и в гидроокиси аммония.

(NH4)3AsO4+12(NH4)2MoO4+24HNO3=(NH4)3AsMo12O40+24NH4NO3+12H2O

(NH4)3AsMo12O40 + 24NH4OH = (NH4)3AsO4 + 12(NH4)2MoO4 + 12H2O

4. Реакция Гутцайта (под тягой!) (фармакопейная)

Атомный водород восстанавливает соединения трех- и пятивалентного мышьяка до AsH3.

As2O3 + 6Zn + 6H2SO4 = 2AsH3 + 6ZnSO4 + 3H2O

As2O5 + 8Zn + 8H2SO4 = 2AsH3 + 8ZnSO4 + 5H2O

Мышьяковистый водород с нитратом серебра в присутствии воды образует черный осадок металлического серебра.

AsH3 + 6AgNO3 + 3H2O = 6Ag + H3AsO3 + 6HNO3

5.Взаимодействие с сульфидами

Одной из важнейших реакций обнаружения As3+ является реакция с сульфидами. Сульфиды в сильнокислой среде образуют с солями мышьяка осадки As2S3 и As2S5 желтого цвета.

As2S3 нерастворим в концентрированной HCl, растворим в растворах Na2S, (NH4)2CO3 и аммиака:

As2S3 +3Na2S = 2Na3AsS3

As2S3 +6NН3 = (NH4)3AsS3+(NH4)3AsO3

As2S3 +(NH4)2СО3 = (NH4)3AsS3 +(NH4)3AsО3 +3СО2

Осадок As2S5 растворим в избытке раствора сульфидов:

As2S5 +3Na2S =2Na3AsS4

При взаимодействии с полисульфидами сульфиды мышьяка образуют тиокислоты, при этом As3+ окисляется до As5+:

As2S3 +8HS2- =3H2S+2HS4- + AsS4-

As2S5 +8HS2- =3H2S+2HS5- + AsS4-

6. Действие йода

Ион AsО33 обладает способностью восстанавливать некоторые вещества, окисляясь при этом до AsО43 -иона.

Так, например, он восстанавливает свободный J2 в ионы J-, что сказывается в исчезновении присущей растворам йода бурой окраски. Реакция может быть представлена уравнениями:

Na3AsO3 +J2 + H2O = Na3AsO4 + 2НJ

AsO33- +J2 + H2O = AsO43-+ 2J-

В то время как AsO33- восстанавливает йод до J- -ионов, AsO43- обладает, наоборот, свойствами окислителя и способен окислять J- -ионы до свободного J2 по уравнению:

Na3AsO4+2НJ = Na3AsO3 +J2+H2O

AsO43- +2Н- +2J- = AsО33 +J2 + H2O

VIII. Систематический ход анализа катионов четвертой группы

Согласно схеме 1. ход анализа катионов четвертой группы можно разделить на три стадии:

1. выделение и определение катионов алюминия Al3+ и олова Sn4+

2. Выделение и открытие катионов цинка Zn2+

3. Открытие катионов хрома и мышьяка

Стадия 1.

Для проведения первой стадии анализа, берем небольшое количество исследуемого раствора ( с расчетом на то, чтобы хватило исходного раствора для проведения всех последующих стадий), затем в эту пробирку добавляем небольшое количество 2Н раствора аммиака (NH4OH), немного 3%-го раствора перекиси водорода (Н2О2) и производим нагревание около 10 минут на водяной бане:

1. Аl3+ + 3NH4OH Al(OH)3 + 3NH4+

2. Sn2+ + NH4OH Sn(OH)4 + NH4+

3. Sn4+ + NH4OH Sn(OH)4 + NH4+

4. Zn2+ + 2NH4OH Zn(OH)2 + 2NH4+

Zn(OH)2 +4NH4OH [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O

5. 2As5+ + 3H2O2+ 10OH- 2AsO43- + 8H2O

6. 2As5+ + 3H2O2+ 10OH- 2AsO43- + 8H2O

7. 2Cr3+ + 3H2O2+ 10OH- 2CrO42- + 8H2O

Осадок гидроокиси алюминия Al(OH)3 и гидроокиси олова Zn(OH)2 от остальных катионов отделяем центрифугированием. Центрифугат отделяем пипеткой и переносим в другую пробирку( в растворе находятся CrO42-, AsO43-, [Zn(NH3)4]2+). Осадок растворяем в соляной кислоте (HCl), в результате чего получаем раствор состоящий из Al3+ и [SnCl6]2-:

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

Al(OH)3 + 3HCl AlCl3 + 3H2O

Из полученного раствора открываем алюминий и олово, разделив его на две части.

Определение катиона алюминия Аl3+ производим ализарином в аммиачной среде. Для этого в пробирку с полученным нами раствором приливаем немного раствора аммиака (NH4OH) и раствор органического вещества ализарина. В результате получаем трудно-растворимое соединение ярко-красного цвета, называемое алюминиевым лаком:

алюминиевый лак(ярко-красного цвета)

Для определения катиона олова Sn4+ к полученному раствору приливаем небольшое количество раствора аммиака и раствор растворимой соли одновалентной ртути (например, нитрат ртути). При этом получаем черный осадок металлической ртути (Hg):

Стадия 2.

Вторая стадия заключается в следующем: Центрифугат, содержащий анионы CrO42-, AsO43- и аммиакат цинка [Zn(NH3)4]2+, нейтрализуем уксусной кислотой (добавляя кислоту по каплям и помешивая стеклянной палочкой) и нагреваем на водяной бане 3-5 мин, а затем добавляем карбонат натрия в сухом виде (Na2CO3). В результате мы осаждаем цинк в виде основной соли (ZnOH)2CO3:

2[Zn(NH3)4](OH)2 (ZnOH)2CO3

Осадок (ZnOH)2CO3 отделяет от раствора, содержащий CrO42-, AsO43-, центрифугированием. Центрифугат при помощи пипетки переносим в другую пробирку. Осадок же растворяем в уксусной кислоте (CH3COOH) и приливаем раствор комплексной соли - ферроцианид калия ( K4[Fe(CN)6]2 ). Получаем белый осадок двойной соли:

(ZnOH)2CO3 + K4[Fe(CN)6] K2Zn3[Fe(CN)6]2 + КOH + CO2 +H2O

Стадия 3.

Из центрифугата, полученный в предыдущей стадии, открываем хром и мышьяк, разделив его на две части:

Определение хрома можно провести при помощи различных реактивов(предлагаем разделить раствор на 2 части):

1. К первой части раствора, содержащий CrO42-, добавляем несколько капель 3%-го раствора перекиси водорода (Н2О2), 2Н раствор серной кислоты и смесь изоамилового спирта с эфиром. При взбалтывание смесь эфира и изоамилового спирта окрашивается в синий цвет вследствие образовании перекиси хрома CrO5 или надхромовой кислоты:

CrO72- +4H2O2 + 2H+ 2H2CrO6 + 3H2O

Условия проведения реакции:

1). Реакцию можно проводить только в кислой среде рН=2-3.

2). Надхромовая кислота неустойчива в водных растворах, поэтому реакция проводится в присутствии смеси изоамилового спирта и эфира, в которой она хорошо растворима.

2. Ко второй части раствора, содержащий CrO42-, добавляем бензидин (C12H8(NH2)2). В результате чего наблюдаем образование бензидиновой сини.

Определение мышьяка можно провести, как и в случае с хромом, различными реактивами:

1. В часть раствора, содержащий AsO43-, приливаем несколько капель концентрированной соляной кислоты (HCl), крахмального клейстера и раствора иодида калия. Появляется темно-синее окрашивание: AsO43- + 2I- +2H+ AsO33- + I2 + H2O

Условия проведения реакции:

2. 1). Реакцию необходимо проводить в кислой среде при рН=2-3 2). Для проведения реакции необходимо брать свежеприготовленный раствор KI.

3. В другую часть раствора, содержащий AsO43-, приливаем магнезиальную смесь (MgCl2+NH4OH+NH4Cl). Получаем осадок белого цвета MgNH4AsO4:

анализ химический катион реакция

AsO43 + MgCl2 +NH4Cl MgNH4AsO4 + 3Cl-

4. В раствор, содержащий AsO43-, приливаем молибденовую жидкость ( (NH4)2MoO4+HNO3). Получаем осадок желтого цвета:

AsO43 + 12(NH4)2MoO4 +21HNO3 (NH4)3[AsMo12O40]+21NH4NO3 +12H2O

Заключение

При выполнение данной работы мы хорошо освоили четвертую аналитическую группу катионов, аналитические реакции, систематический и дробный методы анализа и об аналитической классификации катионов.

И кратко о четвертой аналитической группе катионов: групповым реагентом на катионы IV группы является едкая щелочь (в избытке), с катионами железа, цинка, марганца образует сульфиды. С катионами хрома, алюминия образует гидроксиды. Образование гидроксидов хрома и алюминия объясняется наличием гидроксид - ионов ОН. При обменных реакциях образуются наименее растворимые вещества. В случае катионов Al3+ и Cr3+ наименее растворимы гидроксиды, поэтому они и выпадают из раствора. Из соединений остальных катионов III группы наименьшей растворимостью отличаются сульфиды, поэтому они и выпадают из раствора. Следует иметь в виду, что при осаждении сульфидов очень сильное влияние оказывает концентрация ионов водорода. Амфотерность гидроксидов изучалась в курсе неорганической химии, явление следует вспомнить, т.к. амфотерность играет большую роль в химическом анализе. Типичными амфотерными гидроксидами катионов IV группы являются Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3. Амфотерные свойства этих гидроксидов проявляются в том, что при диссоциации они дают как ионы Н+, так и ионы ОН-.

Список использованной литературы:

1. Под редакцией академика Ю.А. Золотова

Основы аналитической химии - М.; «ВШ» 2002

2. Васильев В.П. Аналитическая химия - М.; «ВШ» 1989

3. Пилипенко А.Т. Пятницкий И.В. Аналитическая химия - М.; «Химия» 1990

4. Харитонов Ю.А. Аналитическая химия - М.; 2002

5. Крешков А.П. Основы аналитической химии - М.; «Химия» 1970

6. Под редакцией профессора В.Б.Алексковского и проф. К. Б. Яцимирского «Физико-химические методы анализа» - М.; «Химия» 1971

Размещено на Allbest.ru