Действие группового реактива HCl
Разбавленная соляная кислота дает с катионами II группы белые осадки хлоридов. Свинец (II) хлорид – осадок кристаллический, серебро хлорид – аморфный, ртуть (I) хлорид – похож на суспензию.
AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3
Ag+ + Cl‾ → AgCl↓
Pb(NO3)2 + 2 HCl → PbCl2↓ + 2 HNO3
Pb2+ + 2Cl‾ → PbCl2↓
Hg2(NO3)2 + 2 HCl → Hg2Cl2↓ + 2 HNO3
Hg22+ + 2Cl‾ → Hg2Cl2↓
ОПЫТ:Берут три пробирки,в одну из них вносят 5 капель раствора соли серебра, а в другую такое же количество соли свинца, в третью – соли ртути (I) и прибавляют в каждую из пробирок 1-2 капли 2 н. раствора соляной кислоты. Наблюдают выпадение осадков.
Работа с осадками:
Необходимо внимательно изучить внешний вид и свойства осадков:
а) осадок свинца (II) хлорида растворим в горячей воде. Этим свойством пользуются для отделения катиона свинца от катиона серебра (серебро хлорид растворяется в горячей воде незначительно).
Нужно иметь в виду, что свинец (II) хлорид в значительной мере растворим и в холодной воде, и поэтому групповой реактив HCl не полностью осаждает ионы свинца.
ОПЫТ: К осадку PbCl2 добавляют 10-15 капель дистиллированной воды и нагревают до полного растворения. При охлаждении кристаллы свинца (II) хлорида снова выпадают.
б) осадок серебра хлорида нерастворим в разбавленных кислотах (HNO3, H2SO4), но растворим в растворе NH4OH с образованием комплексной соли
AgCl + 2 NH4OH → [Ag(NH3)2]Cl + 2 H2O
AgCl + 2 NH4OH → [Ag(NH3)2]+ + Cl‾ + 2 H2O
Комплексную соль серебра (аммиакат серебра) можно разрушить:
1) действием азотной кислоты:
[Ag(NН3)2]Cl + 2 HNO3 → AgCl↓ + 2 NH4NO3
[Ag(NН3)2]+ + Cl‾ + 2H+ → AgCl↓ + 2 NH4+
2) действием калий иодида (избытком):
[Ag(NН3)2]Cl + KI + 2 H2O → AgI↓ + KCl + 2 NH4OH
[Ag(NН3)2]+ + I‾ + 2 H2O → AgI↓ + 2 NH4OH
В первом случае выпадает осадок белого цвета, во втором случае – осадок бледно-желтого цвета.
Реакцию растворения хлорида в избытке аммоний гидроксида с последующим разрушением комплексного аммиаката серебра одним из указанных способов используют в качестве реакции обнаружения иона серебра.
Опыт: К полученному осадку серебро хлорида прибавляют 2 н. раствор NH4OH до растворения осадка, затем делят раствор на 2 порции. К одной части прибавляют 2 н. раствор азотной кислоты, а к другой – калий иодид в избытке. Наблюдают выпадение осадков.
в) осадок ртути (I) хлорида Hg2Cl2 растворяется только в "царской водке" (3 капли HNO3 конц. + 9 капель HCl конц.) медленно, в течение 3-х минут, окисляясь при этом в Hg(NO3)2 или HgCl2.
С раствором аммиака ртуть (I) хлорид взаимодействует с образованием димеркураммоний хлорида, который, вследствие чрезвычайной неустойчивости, немедленно разлагается на трудно растворимый меркураммоний и металлическую ртуть. Последняя при этом выделяется в мелко раздробленном состоянии, придавая осадку черную окраску:
Hg2Cl2 + 2 NH4OH → [NH2Hg2]Cl↓ + NH4Cl + 2 H2O
[NH2Hg2]Cl → [NH2Hg]Cl↓ + Hg↓
ОПЫТ: Осадок Hg2Cl2 белого цвета обрабатывают 3 каплями концентрированного аммиака. Осадок приобретает черную окраску. Эта реакция характерна для ионов одновалентной ртути и служит для их обнаружения.
Едкие щелочи (NaOH или KOH)
Образуют с катионами II аналитической группы осадки:
а) ионы серебра – бурый осадок серебра оксида:
2 AgNO3 + 2 NaOH → Ag2O↓ + 2 NaNO3 + H2O
2 Ag+ + 2 OH‾ → Ag2O↓ + H2O
Осадок в избытке щелочи не растворяется.
б) ионы ртути (I) – черный осадок ртути (I) оксида:
Hg2(NO3)2 + 2 KOH → 2 HgOH↓ + 2 KNO3
 |  |
Hg2O↓ H2O
Hg22+ + 2 OH‾ → Hg2O↓ + H2O
в) ионы свинца – белый осадок свинца (II) гидроксида:
Pb(NO3)2 + 2 NaOH → Pb(OH)2↓ + 2 NaNO3
Pb2+ + 2 OH‾ → Pb(OH)2↓
Свинец (II) гидроксид обладает амфотерными свойствами и поэтому в избытке щелочи растворяется с образованием гидроксокомплекса свинца:
Pb(OH)2 + 2 NaOH → Na2[Pb(OH)4]
Pb(OH)2 + 2 OH‾ → [Pb(OH)4]2‾
Опыт: В одну пробирку добавляют 3 капли раствора соли серебра, в другую – 3 капли соли свинца, в третью – соли ртути (I) и в каждую из пробирок добавляют по 3 капли раствора натрий гидроксида. К выпавшим осадкам добавляют избыток щелочи и убеждаются в нерастворимости серебра оксида и ртути (I), и в растворимости свинца (II) гидроксида в избытке щелочи.
Реакции обнаружения катионов свинца (Pb2+)
1. Калий иодид KI – дает с ионами свинца осадок ярко-желтого цвета:
Pb(NO3)2 + 2 KI → PbI2↓ + 2 KNO3
Pb2+ + 2 I‾ → PbI2↓
Осадок растворим в горячей воде в уксусной среде. После охлаждения выпадают красивые золотистые кристаллы свинца (II) иодида. Предел обнаружения свинца – 100 мкг.
Реакция неселективна: Ag+, Hg22+, Cu2+, Fe3+ взаимодействуют с KI. Поэтому для обнаружения свинца предварительно выделяют осадок хлоридов свинца, серебра и ртути (I). При обработке этого осадка горячей водой растворяется только свинец хлорид. К полученному водному раствору после охлаждения прибавляют калий иодид и наблюдают выпадение желтого осадка.
Опыт: К 2-3 каплям раствора соли свинца прибавляют 1-2 капли раствора калий иодида. Наблюдают выпадение осадка. Добавляют 20 капель дистиллированной воды и 8-10 капель уксусной кислоты, кипятят содержимое пробирки до растворения осадка. Дают раствору охладиться. Наблюдают образование блестящих золотистых кристаллов. Образование таких кристаллов свойственно только свинца (II) иодиду. Поэтому эту реакцию можно использовать для обнаружения ионов свинца в присутствии других катионов.
2. Серная кислота и растворимые сульфаты образуют с ионами свинца белый кристаллический осадок свинца (II) сульфата. Осадок растворим при нагревании в едких щелочах с образованием натрий тетрагидроксоплюмбата (II):
Pb(NO3)2 + H2SO4 → PbSO4↓ + 2 HNO3
Pb2+ + SO42‾ → PbSO4↓
t
PbSO4 + 4 NaOH → Na2[Pb(OH)4] + Na2SO4
PbSO4 + 4 OH‾ → [Pb(OH)4]2‾ + SO42‾
Осадок растворим также в растворе аммоний ацетата при нагревании.
ОПЫТ:К 2-3 каплям раствора соли свинца добавляют 1-2 капли 2 н. раствора H2SO4. Наблюдают выпадение осадка. Осадок растворяют в избытке NaOH при нагревании.
3. При добавлении калий дихромата (K2Cr2O7) или калий хромата (К2CrO4) к нейтральному или уксуснокислому раствору соли свинца образуется осадок ярко-желтого цвета PbCrO4:
2 Pb(NO3)2 + K2Cr2O7 + 2 CH3COONa + H2O →
→ 2 PbCrO4↓ + 2 CH3COOH + 2 KNO3 + 2 NaNO3
2 Pb2++ Cr2O72‾ + 2 CH3COO‾ + H2O → 2 PbCrO4↓ + 2 CH3COOH
Осадок PbCrO4 малорастворим в разбавленных HNO3 или HCl; практически нерастворим в аммиаке, уксусной кислоте, аммония ацетате и тартрате. Растворяется в NaOH и концентрированной HNO3. Например:
PbCrO4↓ + 4 NaOH → Na2[Pb(OH)4] + Na2CrO4
PbCrO4↓ + 4 OH‾ → [Pb(OH)4]2‾ + CrO42‾
Эта реакция позволяет отличить PbCrO4 от BaCrO4, который не растворяется в NaOH.
Предел обнаружения свинца – 20 мкг. Мешают Ba (II), Sr (II), Bi (III), Hg (II), Ag (I), образующие с хромат-ионами окрашенные осадки.
ОПЫТ:К 2-3 каплям раствора соли свинца добавляют 2-3 капли CH3COONa и 2-3 капли K2Cr2O7. Наблюдают образование осадка. Центрифугируют, отделяют осадок от раствора и к осадку добавляют 2-3 капли 2 н. NaOH. Осадок растворяется.
Реакции обнаружения катионов ртути (I) (Hg22+)
1. Наиболее характерной, достаточно чувствительной и в то же время, по существу, специфической реакцией на катионы одновалентной ртути является рассмотренное выше взаимодействие ртуть (I) хлорида с раствором аммиака (образование черного осадка, состоящего из смеси меркураммоний хлорида и металлической ртути). Этой реакцией, как правило, и пользуются в аналитических лабораториях для открытия катионов Hg22+.
2. Характерной реакцией для катиона Hg22+ является также взаимодействие их с калий иодидом, при которой образуется темно-зеленый осадок Hg2I2. Однако в присутствии катионов Ag+ и Pb2+ открывать ионы Hg22+ этой реакцией нельзя, так как они с калий иодидом образуют осадки AgI и PbI2, желтый цвет которых будет маскировать окраску осадка ртути (I) иодида. Из катионов других групп открытию Hg22+ этой реакцией мешают Cu2+ и при значительных концентрациях – Bi3+ и Fe3+. При наличии примеси катиона Hg2+ с недостатком KI сначала образуется осадок HgI2 морковного цвета, а при добавлении избытка калий иодида HgI2 растворяется, а в осадок выпадает Hg2I2 темно-зеленого цвета, растворимый в избытке реактива c образованием черного осадка металлической ртути:
Hg2(NO3)2 + 2 KI → Hg2I2↓ + 2 KNO3
Hg22+ + 2 I‾ → Hg2I2↓
Hg2I2 + 2 KI → K2[HgI4] + Hg↓
Hg2I2 + 2 I‾ → [HgI4]2‾ + Hg↓
Таким образом, если в растворе отсутствуют катионы Ag+, Pb2+, Cu2+ и в значительных концентрациях Bi3+ и Fe3+, то калий иодид будет специфическим реактивом на катионы одновалентной ртути, так как все остальные катионы не будут мешать открытию Hg22+ этим реактивом.
ОПЫТ: К 2-3 каплям раствора соли ртути (I) добавляют 6-8 капель раствора KI. Наблюдают образование осадка. К осадку добавляют избыток реагента для последующего растворения.
3. Металлическая медь восстанавливает ртуть из ее солей в виде металлической ртути (осадок черного цвета). Эту реакцию рекомендуют проводить капельным методом. При очень малых концентрациях Hg22+ пятно получается светло-серого цвета, так как на поверхности медной пластинки образуется амальгама меди.
Открытию ртути этой реакцией мешают только катионы двухвалентной ртути, дающие аналогичный эффект, и в значительных концентрациях ионы серебра, которые медью также восстанавливаются, образуя под каплей серое пятно металлического серебра. В отсутствии же Hg22+ и больших концентраций Ag+ эта реакция является специфической на катионы одновалентной ртути.
Cu + Hg2(NO3)2 → 2 Hg↓ + Cu(NO3)2
Cu + Hg22+ → 2 Hg↓ + Cu2+
ОПЫТ: Каплю раствора, содержащего ионы одновалентной ртути, помещают на хорошо очищенную медную пластинку. Через несколько минут на поверхности пластинки (под каплей) образуется темно-серое пятно металлической ртути. Если полученное при этом пятно протереть тканью или бумагой, то оно обретает вид зеркала.
4. Калий хромат (или калий дихромат (K2Cr2O7)) дает при нагревании с солями ртути (I) кирпично-красный осадок Hg2CrO4, растворимый в азотной кислоте.
Hg2(NO3)2 + K2CrO4 → Hg2CrO4↓ + 2 KNO3
Hg22+ + CrO42‾ → Hg2CrO4↓
ОПЫТ: К 2-3 каплям раствора соли ртути (I) добавляют 4-5 капель раствора K2CrO4. Наблюдают образование осадка. Проверяют растворимость его в азотной кислоте.
Реакции обнаружения катионов серебра (Ag+)
1. Калий иодид KI – дает с ионами серебра осадок бледно-желтого цвета:
AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3
Ag+ + I‾ → AgI↓
Осадок нерастворим в растворе аммиака, кислотах. Открытию катиона Ag+ данной реакцией мешают катионы Hg22+, Pb2+, Cu2+, Fe3+.
ОПЫТ:К 2-3 каплям раствора соли серебра добавляют 2-3 капли раствора KI. Наблюдают образование осадка.
2. Калий хромат (или калия дихромат (K2Cr2O7)) при взаимодействии с солями серебра образует кирпично-красный осадок Ag2CrO4, растворимый в азотной кислоте и NH4OH, но нерастворимый в уксусной кислоте:
2 AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4↓ + 2 KNO3
2 Ag+ + CrO42‾ → Ag2CrO4↓
ОПЫТ:К 2-3 каплям раствора соли серебра добавляют 4-5 капель раствора калий хромата. Наблюдают выпадение осадка. Разделяют осадок на две части и проверяют растворимость его в азотной кислоте и в аммоний гидроксиде.