Тема: Катіони ІІІ аналітичної групи
Мета: Ознайомитись з якісними реакціями відкриття катіонів ІІІ групи
Знати: які катіони відносяться до катіонів ІІІ групи, груповий реагент та реакції відкриття катіонів ІІі групи
Вміти: проводити якісні реакції на катіони ІІІ групи
Техніка безпеки:Бути уважним в хімічній лабораторії, проявляти обережність під час роботи з хімічними реактивами і хімічним посудом.
До III аналітичної групи катіонів відносяться катіони Al3+, Fe2+, Mn2+, Zn2+ і інші.
Сульфіди катіонів III групи нерозчинні в воді, але розчинні в розведених кислотах. Це відрізняе III групу від IV і V груп, сульфіди яких нерозчинні в кіслотах.
Груповим реагентом III групи катіонів являється амоній сульфід (NH4 )2S. Він осаджуе катіони Fe2+ ,Fe 3+, Mn2+ і Zn2+ у вигляді сульфідів, а катіон Al3+ в вигляді гидроксидуAl(OH)3 внаслідок гідролізу. Карбонати і фосфати катіонів цієї групи також нерозчинні в воді.
Дія групового реагента
Подійте на солі катіонів III групи груповим реагентом (NH4)2S. Реакції протікають за такими рівняннями:
FeSO4 + (NH 4)2S =FeS↓ + (NH4)2SO4
2FeCl3 +3 (NH4)2S=Fe2 S3↓ + 6NH4 Cl
MnSO4 + (NH4)2 S =MnS↓ + (NH4)2SO4
ZnCl2 + (NH4)2 S =ZnS↓ + NH4Cl
Осади FeS і Fe2S3 – чорного кольору, MnS - тілесного кольору, ZnS- білий пластівчатий осад. Утворення гідроксиду алюмінію замість сульфіду Al2S3, пояснюється гідролізом групового реагента (ступінь гідролізу 99,9 %). Катіон Al3+ реагує не з йоном S2-, а з ОН- -йонами, концентрація яких зростає в результаті гідролізу (NH4)2 S.
S 2- + HOH ↔HS-- + ОН—
Випадає білий аморфний осад алюміній гідроксиду Al(OH)3, який має малий добуток розчинності.
Алюміній сульфід Al2S3 може бути добутий тільки сухим способом, а в водному розчині не утворюється, так як зазнає нового гідролізу :
Al2S3 + 6HOH ↔ Al(OH) 3 +3H2S↑
Дію (NH4)2S на сіль алюмінію можна виразити слідуючим чином:
(NH4)2S +H2O → NH4OH + NH4 HS
Al2(SO4)3 + 6NH4OH → 2Al(OH)3 + 3(NH4)2SO4
Al2(SO4)3 + 6(NH4)2S + 6H2O → 2Al (OH) 3 + 3(NH4)2SO4 + 6NH4HS
Сульфіди катіонів III групи і гідроксид алюмінію розчинні в розбавлених кислотах. При розчинені Fe2S3 катіоном Fe3+ частково відновлюється до Fe2+ і випадає вільна сірка :
Fe2 S3 + 4HCl = 2FeCl2 + S + 2H2S↑
Інші осади розчиняються без зміни ступенів окиснення відповідних катіонів.
При осаджені катіонів III групи необхідно дотримуватись ряду умов.
Розчини солей катіонів III групи в результаті гідролізу мають кислу реакцію, а в кислому середовищі осади сульфідів і Al(OH)3 не утворюються. Тому вільні кислоти в досліджуваному розчині повинні бути попередньо нейтралізовані NH4OH. Додавання до розчину NH4OH необхідно і для подавлення гідролізу (NH4)2S, без чого відділення катіонів III групи було б не повним.
(NH4)2S +H2O ↔ NH4 HS + NH4OH
(NH4)HS+ NH4OH ↔ (NH4)2S +H2O
Кількість NH4OH додають до слаболужної реакції, до появи перших пластівців випадаючих гідроксидів.
Крім того, сульфіди деяких катіонів III групи легко переходять в колоїдний стан. Для попередження цього небажаного явища, осадження ведуть в присутності електроліту-коагулятора NH4Cl із гарячого розчину. NH4Cl необхідний ще й для того, щоб після введення NH4OH із розчину не випав осад Mg(OH)2. Для осадження необхідний тільки свіжоприготований розчин (NH4)2S, так як (NH4)2S і NH4OH, поглинаючи із повітря СО2, частково перетворюються в (NH4)2СО3. Це недопустимо, так як при цьому будуть осаджуватись і катіони II групи.
ЧАСТКОВІ РЕАКЦІІ КАТІОНІВ III ГРУПИ
РЕАКЦІЇ КАТІОНІВ Al 3+
Катіон Al3+ безбарвний. Для вивчання реакцій беріть розчин Al2(SO4)3, або AlCl3.
Дія їдких лугів
До 2 мл розчину Al2 (SO4)3, добавте 3 мл NH4OH.Спостерігайте утворення білого аморфного осаду Al(OH)3 :
Al2 (SO4)3 +6NH4OH = 2Al(OH) 3 +3(NH4)2SO4
Добутий осад розділіть на дві частини. На одну з них подійте HCl, на другу – NaOH.
Al(OH) 3+3HCl → AlCl3+3H2O
Al(OH) 3+NаOH → NaAlO2 ↓ + 2H2O
На добутий розчин натрій алюмінату подійте твердим NH4Cl (досипайте до слабо-кислої реакції на лакмус) і нагрійте. При цьому алюмінат розкладається з утворенням осаду Al(OH)3 .Являючись сіллю слабкої кислоти NаAlO2, алюмінат легко гідролізується. Добавлений NH4Cl буде зв’язувати продукт гідролізу алюмінату NаOH, реагуючи з ним. Це сприяє розкладу алюмінату і випаданню в осад Al(OH)3:
NaAlO2 + 2H2O ↔ Al(OH) 3+ NaOH.
NaOH+NH4Cl = NaCl+ H2O + NH3↑
NaAlO2+ NH4Cl+ H2O=Al(OH) 3 +NaCl+ NH3↑
Цією реакцією користуються для відкриття Al3+.
РЕАКЦІЇ КАТІОНА Fe3+
Солі Fe3+ мають жовте або червоно-буре забарвлення. Для вивчення реакцій беріть розчин FeCl3.
Дія їдких лугів
До 1 мл розчину FeCl3 долийте 1,5 мл NaOH, KOH або NH4OH. Спостерігайте утворення осаду Fe(OH)3 червоно-бурого кольору.
Fe3++3OH- =Fe (OH)3↓
Переконайтесь в розчинності осаду в кислотах і нерозчинності в лугах.
2. Дія калій гексаціаноферрата(II) К4[Fe(CN)6]
До 1 мл FeCl3 долийте 1,5 мл К4[Fe(CN)6] . Спостерігайте утворення темно-синього осаду "берлінської блакиті".
4FeCl3 +3 К4[Fe(CN) 6] =Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
Розділіть осад на дві частини, подійте на одну частину HCl, на другу –NaOH. Переконайтесь, що осад не розчиняється в HCl і розкладається в лугах з утворенням Fe(OH)3. Тому реакцію ведіть в нейтральному або слабокислому середовищі.