5.1. Экспериментальная часть
5.1.1. Реакции иона железа (III)
Реакция с гидроксидом. К 3-4 каплям раствора FeCl3 прибавляют несколько капель раствора щелочи. Образуется красно-бурый осадок. Какую структуру он имеет (аморфную или кристаллическую)? Осадок растворим в разбавленных кислотах, не растворяется в насыщенном растворе хлорида аммония, а также в растворах щелочей.
Fe3+ + 3ОН- → Fe(ОН)3.
Реакция с гексацианоферратом (II) калия К4[Fe(CN)6]. К 2-3 каплям раствора FeCl3 прибавляют 3-4 капли дистиллированной воды, одну каплю 2М раствора НСl и 2 капли К4[Fe(CN)6]. Раствор окрашивается в синий цвет, и выпадает темно-синий осадок берлинской лазури.
Первоначально реакция идет по уравнению
4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3.
При действии большим избытком К4[Fe(CN)6] получается растворимая форма берлинской лазури, переходящая в коллоидный раствор:
Fe4[Fe(CN)6]3 + К4[Fe(CN)6] 4КFe[Fe(CN)6].
Реакция с роданидом калия или аммония. В пробирке смешивают 2-3 капли раствора FeCl3, 2 капли хлороводородной кислоты и 1-2 капли раствора КSCN. При этом появляется кроваво-красное окрашивание:
Fe3+ + SCN- [Fe(SCN)]2+.
При избытке реактива равновесие этой обратимой реакции смещается вправо, и окраска раствора усиливается.
Реакция с сульфид-ионами. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли железа (III) и прибавляют 2-3 капли раствора (NН4)2S или Nа2S либо сероводородной воды. Выделяется черный осадок:
Fe3+ + 3S2- → Fe2S3↓.
5.1.2. Реакции иона железа (II)
Реакция с гидроксидом. В пробирку помещают 2-3 капли раствора FeSО4 и по каплям прибавляют раствор NаОН до прекращения выпадения белого осадка. Гидроксид Fe(ОН)2 растворяется в кислотах, но не растворяется в щелочах. На воздухе осадок постепенно темнеет вследствие окисления железа (II) до железа (III):
Fe2+ + 2ОН- → Fe(ОН)2;
4Fe(ОН)2 + О2 + 2Н2О → 4Fe(ОН)3.
При действии щелочей на растворы солей железа (II) в присутствии пероксида водорода сразу образуется красно-бурый осадок Fe(ОН)3:
2Fe2+ + 4ОН- + Н2О2 → 2Fe(ОН)3.
Реакция с гексацианоферратом (III) калия К3[Fe(CN)6]. К 2-3 каплям FeSО4 прибавляют 2-3 капли хлороводородной кислоты и 1-2 капли К3[Fe(CN)6]. Выпадает темно-синий осадок турнбулевой сини:
3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- Fe3 [Fe(CN)6]2.
Осадок разлагается щелочами с образованием гидроксида железа (II), поэтому реакцию ведут в нейтральной или слабокислой среде.
Реакция с сульфид-ионами. В пробирку вносят 3-4 капли раствора соли железа (II) и прибавляют 2-3 капли раствора (NН4)2S или Nа2S либо сероводородной воды. Выделяется черный осадок:
Fe 2+ + S2- → FeS↓.
Осадок растворяется в разбавленных минеральных кислотах и в уксусной кислоте.
5.1.3. Реакции иона марганца
Реакция с гидроксидом. В пробирку помещают 2-3 капли раствора MnCl2, 3-4 капли дистиллированной воды и несколько капель раствора щелочи до прекращения выпадения белого осадка Мn(ОН)2. При стоянии осадок темнеет вследствие образования МnО(ОН)2:
Мn2+ + 2ОН- → Мn(ОН)2;
2Мn(ОН)2 + О2 → 2МnО(ОН)2.
Осадок Мn(ОН)2 растворяется в разбавленных растворах сильных кислот и в насыщенном растворе хлорида аммония:
Мn(ОН)2 + 2Н+ → Мn2+ + 2Н2О;
Мn(ОН)2 + 2NН4Сl → Мn2+ + 2NН3·Н2О + 2Сl-.
Реакция с сульфид-ионами. К 5 каплям раствора MnCl2 прибавляют 2-3 капли раствора Nа2S или сероводородной воды. Выпадает осадок сульфида марганца (II) телесно-розового цвета, растворимый в разбавленных кислотах:
Мn2+ + S2-→ МnS.
Реакция с пероксидом. В пробирку помещают 2-3 капли раствора MnCl2, 4-5 капель раствора NаОН и 3-4 капли 3%-го раствора Н2О2. Белый осадок Мn(ОН)2 переходит в черно-коричневый МnО(ОН)2:
Мn2+ + 2ОН- + Н2О2 → МnО(ОН)2 + Н2О.
Реакция с персульфатом в присутствии нитрата серебра. К 5-6 каплям персульфата аммония (NН4)2S2О8 прибавляют 8 капель 2М раствора НNО3 и 2 капли 1%-го раствора АgNО3, нагревают. В горячую смесь добавляют 1-2 капли раствора MnSО4. Появляется малиново-фиолетовая окраска раствора. Окисление Мn2+ в МnО4- персульфатом аммония ведут в присутствии катализатора – ионов серебра, без которых ион Мn2+ окисляется не до МnО4-, а до бурого осадка МnО(ОН)2. Ионы Cl- и другие восстановители мешают выполнению реакции, поэтому в данной реакции нельзя использовать MnCl2.
Mn2+ + S2О82- + 4Н2О = MnО4- + 2SО42- + 8Н+.
Реакция с диоксидом свинца РbО2. Помещают в пробирку 1-3 капли раствора соли MnSО4, приливают 5 капель разбавленной (1:1) НNО3, добавляют небольшое количество порошка РbО2 и нагревают смесь до кипения. Приливают в пробирку 1-2 мл дистиллированной воды и дают смеси немного постоять. Появляется малиново-красная окраска, вызываемая образовавшейся марганцовой кислотой:
2Mn2+ + 5РbО2 + 4Н+ = 2MnО4- + 5Рb2+ + 2Н2О.
5.1.4. Реакции иона магния
Реакция с гидроксидами. В две пробирки вносят по 5-6 капель раствора MgCl2 и прибавляют по каплям: в одну – раствор NаОН, в другую − 3-4 капли раствора аммиака до выпадения белого аморфного осадка:
Мg2+ + 2ОН- → Мg(ОН)2;
Мg2+ + 2NН3·Н2О = Мg(ОН)2 + 2NН4+.
Осадок Мg(ОН)2 не растворяется в щелочах, но растворяется в кислотах:
Мg(ОН)2 + 2Н+ → Мg2+ + 2Н2О.
Реакция с гидрофосфатом натрия Nа2НРО4. Помещают в пробирку по 2-3 капли растворов MgCl2 и NН4Cl, прибавляют к полученной смеси 2-3 капли раствора Nа2НРО4. Тщательно перемешивают содержимое пробирки стеклянной палочкой и затем добавляют 2М раствор NН4ОН до щелочной реакции. Выпадает белый кристаллический осадок магнийаммонийфосфата MgNН4РО4:
Mg2+ + НРО42- + NН3 MgNН4РО4.
Для микрокристаллоскопического обнаружения Mg2+ в виде MgNН4РО4 помещают каплю анализируемого раствора на предметное стекло. К ней прибавляют из капиллярной пипетки сначала каплю раствора NН4Cl, а затем каплю концентрированного раствора NН3. После этого вносят в раствор кристаллик гидрофосфата натрия Nа2НРО46Н2О. Предметное стекло рекомендуется осторожно нагреть. При этом образуются кристаллы в виде шестилучевых звезд. Из разбавленных растворов выделяются кристаллы иного вида (рис. 9).
а б
Рис. 9. Кристаллы MgNН4РО4·6Н2О, образующиеся при медленной (а) и быстрой (б) кристаллизации
Реакция с 8-оксихинолином С9Н6N(ОН). К двум каплям раствора MgCl2 прибавляют одну каплю раствора NН4Cl, 2 капли спиртового раствора 8-оксихинолина и 2 капли 2М раствора аммиака. При этом образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок оксихинолята магния:
Mg2+ + 2С9Н6N(ОН) Mg(С9Н6NО)2 + 2Н+.
5.1.5. Реакции иона висмута (III)
Реакции с щелочами и аммиаком. В пробирку вносят несколько капель солянокислого раствора хлорида висмута (III) и прибавляют по каплям раствор NаОН до выпадения белого осадка Вi(ОН)3:
[ВiСl6]3- + 3ОН- → Вi(ОН)3 + 6Сl-.
Осадок растворяется в минеральных кислотах. При нагревании белый осадок Вi(ОН)3 желтеет вследствие образования оксогидроксида висмута (III) ВiО(ОН) (гидроксида висмутила):
Вi(ОН)3 → ВiО(ОН) + Н2О.
Реакция гидролиза. К 2-3 каплям солянокислого раствора хлорида висмута (III) в пробирке прибавляют по каплям воду до выпадения белого осадка оксохлорида висмута ВiОСl (хлорида висмутила):
[ВiСl6]3- + Н2О = ВiОСl + 2НСl + 3Сl-.
При прибавлении раствора НСl и нагревании осадок растворяется, но не растворяется в растворах винной кислоты и ее солей.
Реакция с сульфид-ионами. В пробирку вносят 3-4 капли солянокислого раствора висмута (III) и прибавляют по каплям раствор (NН4)2S или Nа2S, или сероводородную воду. Выпадает черно-коричневый осадок сульфида висмута Вi2S3:
2[ВiСl6]3- + 3S2- → Вi2S3 + 12Сl-.
Осадок не растворяется в разбавленных минеральных кислотах, за исключением разбавленной НNО3, в которой он растворяется с выделением свободной серы:
Вi2S3 + 8НNО3 → 2Вi(NО3)3 + 2NО + 2S + 4Н2О.
Осадок сульфида висмута растворяется в присутствии хлорида железа (III) FеСl3 также с выделением свободной серы:
Вi2S3 + 6 FеСl3 → 2ВiСl3 + 6 FеСl2 + 3S.
Реакция с иодидами. В пробирку вносят около 5 капель солянокислого раствора хлорида висмута (III) и прибавляют по каплям раствор КJ до выпадения черного осадка иодида висмута (III). Дальнейшее прибавление избытка раствора КJ приводит к растворению осадка и образованию оранжевого раствора. При прибавлении воды к этому раствору и его нагревании образуется оранжевый осадок иодида висмутила ВiОJ:
[ВiСl6]3- + 3J-→ ВiJ3 + 6Сl-;
ВiJ3 + J- = [ВiJ4]-;
[ВiJ4]- + Н2О = ВiОJ + 3J- + 2Н+.
Реакция восстановления висмута (III) до висмута (0) соединениями олова (II). В пробирку вносят 2 капли солянокислого раствора хлорида олова (II), 8-10 капель 2М раствора NаОН до растворения первоначально выпавшего осадка Sn(ОН)2 и добавляют 1-2 капли раствора соли висмута (III). Выпадает осадок черного цвета – металлический висмут:
2 Вi(ОН)3 + 3[Sn(ОН)4]2- → 2Вi + 3[Sn(ОН)6]2-,
При большом избытке щелочи и нагревании выпадает также черный осадок металлического олова вследствие протекания реакции диспропорционирования:
2[Sn(ОН)4]2- → [Sn(ОН)6]2- + Sn + 2ОН,
При недостатке щелочи может выпасть черный осадок оксида олова (II) SnО:
[Sn(ОН)4]2- → SnО + 2ОН- + 2Н2О.
5.1.6. Реакции на ионы сурьмы (III)
Реакции с щелочами и раствором аммиака. В пробирку вносят 3-4 капли солянокислого раствора сурьмы (III), прибавляют 3-4 капли дистиллированной воды и затем по каплям раствор NаОН до выпадения белого осадка Sb(ОН)3:
[SbСl4]- + 3ОН- → Sb(ОН)3 + 4Сl-,
Свежевыпавший осадок Sb(ОН)3 растворяется в избытке щелочи с образованием гидроксокомплексов [Sb(ОН)4]:
Sb(ОН)3 + ОН- → [Sb(ОН)4]-,
Осадок Sb(ОН)3 растворяется также и в кислотах с образованием ацидокомплексов:
Sb(ОН)3 + 4НСl → [SbСl4]- + Н+ + 3Н2О.
При действии щелочи в присутствии пероксида водорода Н2О2 сурьма (III) окисляется до сурьмы (V), образуя белый осадок SbО(ОН)3:
Sb(ОН)3 + Н2О2 → SbО(ОН)3 + Н2О.
Реакция гидролиза. В пробирку вносят 2-3 капли солянокислого раствора хлорида сурьмы (III) и прибавляют по каплям воду до образования белого хлопьевидного осадка SbОСl:
[SbСl4]- + Н2О = SbОСl + 2Н+ + 3Сl-,
Свежевыпавший осадок оксохлорида сурьмы растворяется (лучше – при нагревании) в растворе НСl:
SbОСl + 2НСl + Сl- = [SbСl4]- + Н2О (обратная реакция), а также в растворах винной кислоты и ее солей.
Реакция с сульфид-ионами. В пробирку вносят 3 капли солянокислого раствора хлорида сурьмы (III), 2 капли концентрированной НСl и прибавляют по каплям раствор сульфида аммония (NН4)2S или сульфида натрия Nа2S, или сероводородную воду. Выпадает оранжевый осадок сульфида сурьмы (III):
2[SbСl4]- + 3S2- → Sb2S3 + 8Сl-.
При избытке сульфид-ионов осадок растворяется с образованием тиосоли.
Осадок сульфида сурьмы (III) растворяется также в концентрированной НСl при нагревании, в растворах щелочей:
Sb2S3 + 8НСl → 2Н[SbСl4] + 3Н2S;
Sb2S3 + 4NаОН → Nа[Sb(ОН)4] + Nа3SbS3.
Реакция с тиосульфатом натрия. В пробирку вносят 3-4 капли солянокислого раствора хлорида сурьмы (III) и прибавляют 2-3 капли раствора тиосульфата натрия. Выпадает красный осадок сурьмяной киновари состава Sb2ОS2:
2[SbСl4]- 2S2О32- + 3Н2О = Sb2ОS2 + 2SО42- + 8Сl- + 6Н+.
Реакция восстановления сурьмы (III) до сурьмы (0). В пробирку вносят несколько капель солянокислого раствора хлорида сурьмы (III) и кусочек металлического алюминия или цинка, либо железа. Поверхность металла чернеет вследствие выделения хлопьевидного осадка свободной сурьмы:
[SbСl4]- + Аl→Sb + Аl3+ + 4Сl-.
5.1.7. Реакции на ионы сурьмы (V)
Реакция с щелочами и аммиаком. В пробирку вносят несколько капель солянокислого раствора сурьмы (V) и прибавляют по каплям раствор NаОН до выпадения белого осадка состава SbО(ОН)3:
[SbСl6]- + 5ОН- → SbО(ОН)3 + 6Сl- + Н2О,
Свежевыпавший осадок SbО(ОН)3 растворяется в избытке щелочи и в сильных кислотах:
SbО(ОН)3 + NаОН + Н2О → Nа[Sb(ОН)6];
SbО(ОН)3 + 6НСl → Н[SbСl6] + 4Н2О.
Реакция гидролиза. В пробирку вносят 2-3 капли солянокислого раствора сурьмы (V) и по каплям прибавляют дистиллированную воду до выпадения белого осадка SbО2Сl:
[SbСl6]- + 2Н2О = SbО2Сl + 4Н+ + 5Сl-.
Осадок SbО2Сl растворяется в избытке НСl (обратная реакция) и в растворах винной кислоты и ее солей.
Реакция с сульфид-ионами. В пробирку вносят 3 капли солянокислого раствора хлорида сурьмы (V), 2 капли концентрированной НСl и прибавляют по каплям раствор сульфида аммония (NН4)2S или сульфида натрия Nа2S, или сероводородную воду. Выпадает оранжевый осадок сульфида сурьмы (V):
2[SbСl6]- + 5S2- → Sb2S5 + 12Сl-.
При избытке сульфид-ионов осадок растворяется с образованием тиосолей.
Осадок сульфида сурьмы (V) растворяется также в концентрированной НСl при нагревании и в растворах щелочей:
Sb2S5 + 8НСl → 2Н[SbСl4] + 3Н2S + 2S;
3Sb2S5 + 6NаОН → Nа[Sb(ОН)6] + 5NаSbS3.
Реакция восстановления сурьмы (V) до сурьмы (0). В пробирку вносят несколько капель солянокислого раствора хлорида сурьмы (V) и кусочек металлического алюминия или цинка, либо железа. Поверхность металла чернеет вследствие выделения хлопьевидного осадка свободной сурьмы:
[SbСl6]- + Аl→Sb + Аl3+ + 6Сl-.