Опыт 3. Обнаружение катионов висмута

 

Ион висмута Вi³⁺ в водных растворах бесцветен.

 

А) Реакция с групповым реагентом

 

Групповой реагент осаждает из растворов солей висмута черный осадок сульфида висмута Вi₂Sз, растворимый аналогично сульфиду меди в азотной кислоте.

Б) Реакция с сильными основаниями

 

Сильные основания дают с катионом висмута белый осадок гидроксида висмута.

К 4 - 5 каплям раствора соли висмута прибавьте 1 - 2 капли раствора сильного основания. Убедитесь, что образовавшийся осадок гидроксида растворяется в кислотах, но нерастворим в избытке щелочи.

 

В) Реакции с гидроксидом аммония

 

Гидроксид аммония из растворов солей висмута осаждает белый осадок основных солей. Состав их зависит от концентрации растворов и температуры.

Г) Гидролиз соединений висмута

 

В нейтральной или слабо кислой среде соли трехвалентного висмута легко гидролизуются с выделением белого осадка основных солей.

К 2 - 3 каплям раствора хлорида или нитрата висмута прилейте 3 - 5 мл дистиллированной воды. Наблюдайте появление белой мути основной соли (если муть долго не появляется, то прибавьте каплю раствора хлорида натрия или калия). Убедитесь, что осадок растворяется в соляной кислоте.

Происходящие реакции на примере хлорида висмута можно изобразить следующими уравнениями:

BiCl₃ + H₂O = BiOHCl₂ + HCl

BiOHCl₂ + H₂O = Bi(OH)₂Cl + HCl

Образующийся хлорид дигидроксовисмута неустойчив и отщепляет молекулу воды

Bi(OH)₂Cl = BiOCl + H₂O

Получается основная соль, содержащая катион висмутила ВiO⁺, т.е. хлорид висмутила.

Точно также гидролизуется и нитрат висмута, образующий основную соль состава ВiONO₃. Однако с ним реакция удается хуже, так как образующийся нитрат висмутила лучше растворим, чем его хлорид.

Реакция гидролиза солей висмута обратима, поэтому при добавлении к осадку кислоты и нагревании, он растворяется

BiOCl + 2HCl = BiCl₃ + H₂O

При разбавлении раствора водой снова выпадает осадок основной соли.

 

Д) Восстановление до металлического висмута

 

Станниты щелочных металлов Na₂SnO₂ и К₂SnO₂ восстанавливают катион висмута до свободного висмута, имеющего вид черного осадка. Это очень чувствительная реакция, используемая в ходе анализа для обнаружения в растворе солей висмута.

К 4 - 5 каплям раствора хлорида олова (II) прибавляйте по каплям 2 н раствор гидроксида натрия или калия до появления осадка гидроксида олова

SnCl₂ + 2NaOH = Sn(OH)₂ + 2NaCl

Затем, прибавляя избыток щелочи, добейтесь растворения осадка с образованием станнита

Sn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂SnO₂ + 2H₂O

К полученному раствору станнита натрия добавьте 3-4 капли раствора соли висмута, например Вi(NO₃)₃. При этом выпадает черный осадок металлического висмута

Вi(NO₃)₃ + 3NaOH = Bi(OH)₃ + 3NaNO₃

2Bi(OH)₃ + 3Na₂SnO₂ = 2Bi + 3Na₂SnO₃+ 3H₂O

 

Эту важнейшую реакцию катиона висмута можно выполнять иначе, обработав раствором станнита осадок основных солей висмута, полученный при отделении висмута от катионов меди и кадмия действием избытка гидроксида аммония.

Реакция удается и со щелочным раствором комплексного соединения висмута с глицерином поскольку при диссоциации этого комплекса создается достаточная концентрация катионов висмута в растворе.

Выполняя реакцию, необходимо избегать прибавления концентрированного раствора щелочи и нагревания, так как в этих условиях может выпасть черный осадок металлического олова, что обусловлено разложением станнита в соответствии со следующим уравнением реакции:

 

2Na₂SnO₂ + H₂O = Na₂SnO₃ + Sn + 2NaOH

 

С другой стороны, если избыток щелочи слишком мал, то со временем может образоваться черный осадок оксида олова (II).

Е) Реакция с тиомочевинной

 

При действии раствора тиомочевины (NН₂)₂СS на азотнокислые растворы солей висмута появляется желтое окрашивание раствора, обусловленное образованием комплексных ионов [Вi((NН₂)₂СS)₃]³⁺. Ионы свинца и кадмия образуют с тиомочевиной малорастворимые соединения, но обнаружению висмута они не мешают.

 

Опыт 4. Обнаружение катионов ртути Hg²⁺

 

Катионы ртути раствор не окрашивают

 

А) Реакция с групповым реагентом

 

При действии группового реагента на растворы солей ртути (II) образует-

ся черный осадок сульфида ртути, который в отличие от сульфидов остальных катионов IV группы нерастворим не только в соляной, но и в азотной кислоте. Этим иногда пользуются для отделения ртути от ряда других катионов IV группы. Однако отделение весьма неточно, заметные количества ртути могут перейти в раствор. Полное растворение сульфида ртути достигается применением царской водки (смесь 1 объема концентрированной азотной и 3 объемов концентрированной соляной кислот), являющейся более сильным окислителем, чем азотная кислота, и, кроме того, связывающей катионы ртути в комплекс

3HgS + 2HNO₃ + 12HCl = 3H₂[НgС1₄] + 3S + 2NO + 4H₂O

Можно растворить сульфид ртути и в соляной кислоте, если связать катионы Нg²⁺ в очень прочный комплекс [НgI₄]^2–. Реакция идет при нагревании

HgS + 2HCl + 4KI = K₂[НgI₄] + 2KCl + H₂S

По своим свойствам сульфид ртути занимает промежуточное положение между сульфидами подгруппы меди и подгруппы мышьяка. Он нерастворим в сульфиде и дисульфиде аммония, но хорошо растворим в сульфиде натрия с образованием тиосоли

HgS + Na₂S = Na₂HgS₂

Образовавшаяся тиосоль легко разлагается кислотами с образованием осадка сульфида ртути

Na₂HgS₂ + 2HCl = HgS + 2NaCl + H₂S

Для отделения ртути (II) от других элементов подгруппы мышьяка можно использовать характерную способность ее тиосоли разлагаться под действием солей аммония, например, при введении в раствор твердого хлорида аммония

Na₂HgS₂ + NH₄Cl + H₂O = HgS + NaHS + NaCl + NH₄OH

 

Б) Реакция с сильными основаниями

 

Гидроксиды натрия и калия выделяют из растворов солей ртути желтый осадок оксида ртути НgО, так как гидроксид ртути неустойчив.

К 4 - 5 каплям раствора соли ртути прибавьте 3 - 4 капли раствора щелочи до образования желтого осадка.

Осадок нерастворим в избытке гидроксида но легко растворяется в кислотах.

 

В) Реакция с гидроксидом аммония

 

Гидроксид аммония осаждает белый осадок комплексной соли, например

НgС1₂ + 2NH₄ОН = [НgNН₂]С1 + NН₄С1 + 2Н₂О

Осадок хорошо растворяется в кислотах.

К 4 - 5 каплям раствора соли ртути прибавьте несколько капель 2 н раствора гидроксида аммония до образования белого осадка.

 

Г) Реакция с иодидом калия

 

Иодид калия образует с катионом ртути (II) оранжево-красный осадок ио-дида ртути, который растворяется в избытке реагента, образуя весьма устойчивый комплексный ион

Нg²⁺ + 2I^– = НgI₂

НgI₂ + 2I^– = [НgI₄]^2–

К 4 - 5 каплям раствора соли ртути прибавьте сначала 1 - 2 капли раствора иодида калия, а затем избыток его. Убедитесь, что образовавшийся осадок иоди-да ртути растворяется в избытке реактива.

Если к полученному раствору прибавить каплю гидроксида аммония или

какой-нибудь его соли и несколько капель концентрированною раствора щелочи, то выпадает характерный красно-бурый осадок иодида меркураммония NH⁴⁺ + 2[НgI₄]^2– + 4OH^– = [Нg₂ONH₂]I + 7I^– + ЗН₂О

Эта реакция, под названием реакции Несслера, применяется для обнаружения катиона аммония (см лабораторную работу № I, опыт 4 б). С таким же успехом она может быть использована и для обнаружения иона ртути (II).

 

Д) Восстановление катиона ртути

 

1. При действии хлорида олова (II) на растворы солей ртути сначала образуется белый осадок Нg₂Сl₂, который в избытке реагента постепенно сереет, восстанавливаясь до металлической ртути.

Течение реакции может быть представлено уравнениями

2НgС1₂ + SnCl₂ = Нg₂Cl₂ + SnС1₄

Нg₂Cl₂ + SnС1₂ = 2Hg + SnCl₄

2. Металлическая медь вытесняет ионы ртути из растворов ее солей, при

этом выделяется металлическая ртуть

Нg²⁺ + Сu = Нg + Сu²⁺

Аналогично действуют и другие металлы, стоящие в ряду напряжений левее ртути.

Реакции важнейших реагентов с катионами подгруппы меди приведены в табл. 4.1.

Подгруппа мышьяка