Общая характеристика катионов IV аналитической группы

Для катионов четвертой группы характерным является то, что в щелочной среде они переходят в форму соответствующего кислотного остатка, например:

Al³⁺ + 4 OH‾ → [Al(OH)₄]‾

Кислотные и основные свойства этих остатков у элементов, составляющих группу амфотерных гидроксидов, изменяются в следующем порядке:

увеличение кислотных свойств

Cr(OH)₆³‾ Al(OН)₄‾ Zn(OН)₄²‾ Sn(OН)₄²‾ AsO₄³‾

увеличение основных свойств

Таким образом, при действии любых щелочей на растворы солей металлов, составляющих катионы этой группы, образующиеся осадки в избытке едкой щелочи легко растворяются. Подобным свойством обладают только указанные катионы (а также катионы свинца и, в значительной степени, сурьмы). Поэтому избыток едкой щелочи, дающий возможность отделить катионы алюминия, хрома, цинка, олова и мышьяка от катионов остальных аналитических групп (кроме первой и, частично, третьей), является типичным групповым реактивом на эти катионы.

Второй характерной особенностью катионов этой группы является то, что почти все их соли в той или иной степени подвергаются гидролизу. Наиболее полному гидролизу подвергаются соли мышьяка и олова. Поэтому олово и мышьяк в форме катионов могут находиться только в кислых растворах (главным образом, солянокислых). В нейтральных же растворах олово переходит в осадок соответствующих гидроксидов, а мышьяк – в форму кислотного остатка AsO₃³‾ или, соответственно, AsO₄³‾:

Sn²⁺ + H₂O ↔ Sn(OH)₂↓ + 2 H⁺

As⁵⁺ + 4 H₂O ↔ AsO₄³‾ + 8 H⁺

Все соли хрома, алюминия и цинка также, в известной степени, подвергаются гидролизу: водные растворы их хлоридов в той или иной мере являются кислыми, а их карбонаты под действием воды образуют соответствующие гидроксиды или (в случае цинка) переходят в основные соли:

Al₂(CO₃)₃ + 3 H₂O → 2 Al(OH)₃↓ + 3 CO₂↑

2 ZnCO₃ + 2 H₂O → [ZnOH]₂CO₃↓ + H₂CO₃

На каждый из катионов четвертой группы имеются или специфические реакции, или довольно характерные реакции из общеаналитических. Из всех этих катионов практически наиболее трудными для обнаружения представляются катионы алюминия.

Действие группового реактива NaOh

Едкие щелочи со всеми катионами IV группы (за исключением мышьяка) образуют аморфные осадки гидроксидов, которые в избытке щелочи легко растворяются с образованием соответствующих солей комплексных солей.

AlCl₃ + 3 KOH → Al(OH)₃↓ + 3 KCl

Al³⁺ + 3 OH‾ → Al(OH)₃ ↓

Cr(NO₃)₃ + 3 NaOH → Cr(OH)₃↓ + 3 NaNO₃

Cr³⁺ + 3 OH‾ → Cr(OH)₃ ↓

и далее (в избытке едкой щелочи):

Al(OH)₃ + KOH → K[Al(OH)₄]

бесцветный

Al(OH)₃ + OH‾ → [Al(OH)₄]‾

Cr(OH)₃ + 3 NaOH → Na₃[Cr(OH)₆]

изумрудный

Cr(OH)₃ + 3 OH‾ → [Cr(OH)₆]³‾

Sn(OH)₂ + 2 KOH → K₂[Sn(OH)₄]

бесцветный

Sn(OH)₂ + 2 OH‾ → [Sn(OH)₄]²‾

Алюминия, цинка и олова гидроксиды белого цвета, а хрома гидроксид имеет серо-зеленую окраску.

Под действием кислот происходит разрушение щелочных растворов указанных гидроксидов. При этом образующийся вначале осадок соответствующего гидроксида в избытке кислоты растворяется:

K₂[Zn(OH)₄] + 2 HCl → Zn(OH)₂↓ + 2 KCl + 2 H₂O

[Zn(OH)₄]²‾ + 2 H⁺ → Zn(OH)₂↓ + 2 H₂O

Zn(OH)₂ + 2 HCl → ZnCl₂ + 2 H₂O

Zn(OH)₂ + 2 H⁺ → Zn²⁺ + 2 H₂O

ОПЫТ:Берут 4 пробирки с растворами солей катионов Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, по 5 капель в каждой и добавляют к ним по 1-2 капли 2 н. раствораNaOHдо появления осадка. Осадок разделить на две пробирки. В первую добавить несколько капельHCl, во вторую – несколько капель раствораNaOH. В обоих случаях наблюдать растворение осадка. Во второй пробирке при добавлении избытка щелочи осадок растворился с образованием комплексной соли, которую можно разрушить соляной кислотой.