Теоретическое введение
К III группе катионов относят: АI3+, Сг3+, Zn2+, Sn2+ , Sn4+, Аs3+. Групповым реактивом является избыток 2н раствора гидроксида натрия NaОН. При действии избытка NaОН указанные катионы образуют растворимые комплексные соединения.
Химические реакции выражаются следующими уравнениями:
АIСI3+3NaОН = АI(ОН)3↓+ 3NaСI
Образующийся белый аморфный осадок растворяется в избытке щелочи.
АI(ОН)3 + NaОН = Na[АI(ОН)4]
Это характеризует гидроксид алюминия как амфотерное соединение
Сг(NО3)3 + 3NaОН= Сг(ОН)3↓+3NaNО3
Амфотерный гидроксид хрома (III) также растворяется в избытке щелочи.
Сг(ОН)3 + NaОН = Na[Сг (ОН)4]
Для солей цинка характерны аналогичные реакции.
ZnSО4 + 2NaОН = Zn(ОН)2↓ + Na2SО4
Zn(ОН)2+ 2NaОН= Na2[Zn(ОН)4]
Частные реакции
1. На ион АI3+ действуют ализарином. Образуется ярко-красный осадок, нерастворимый в разбавленной уксусной кислоте.
АIСI3 + 3NН4ОН + С14Н6О2(ОН)2 =АI(ОН)2С14Н6О2(ОН)↓ +3NН4СI + Н2О
2. Ион Сг3+ определяют с помощью пероксида водорода в щелочной среде. Образуется раствор желтого цвета.
2Сг(NО3)3 + 10NaОН + 3Н2О2 = 2Na2СгО4↓+ 6NaNО3 + 8Н2О
Ион Zn2+ определяют микрокристалличекой реакцией с тетрароданомеркуратом аммонием (NН4)2[Нg(CNS)4]
ZnSО4 + (NН4)2[Нg(CNS)4] = Zn[Нg(CNS)4]↓ + (NН4)2SО4
Под микроскопом видны кристаллы в виде крестов и дендритов.
Экспериментальная часть
Опыт 1. Взаимодействие гидроксида натрия с катионами АI3+, Сг3+, Zn2+.
Взять 3 пробирки. В первую пробирку налить 3 капли раствора АI2(SО4)3 и 1 каплю раствора NaОН; выпадет белый осадок АI(ОН)3Написать уравнение реакции. Проверить растворимость АI(ОН)3 в соляной кислоте и в избытке гидроксида натрия. Написать соответствующие уравнения реакций.
Во вторую пробирку налить 3 капли раствора Сг(NО3)3 и 1 каплю раствора NaОН. Наблюдается выпадение серо-зеленого осадка Сг(ОН)3. Написать уравнение реакции. Доказать амфотерные свойства гидроксида хрома, написать соответствующие уравнения реакций.
В третью пробирку налить 3 капли ZnSО4 и 1 каплю раствора NаОН. Выпадет белый осадок Zn(ОН)2. Проверить растворимость гидроксида цинка в соляной кислоте и в избытке NaОН. Написать уравнения реакций. Сделать вывод о взаимодействии гидроксида натрия с катионами III группы.
Опыт 2. Взаимодействие ализаринсульфокислого натрия (ализарина) с катионом АI3 +.
В одну пробирку налить 2 капли раствора А12(SО4)3, а в другую 2 капли дистиллированной воды. В обе пробирки добавить по 5 капель концентрированного раствора аммиака и 2 капли раствора ализарина. В первой пробирке образуется осадок красного цвета, а во второй фиолетовое окрашивание. Составить уравнение реакции.
Обнаружение алюминия в присутствии других катионов с помощью ализарина рекомендуют выполнять капельным методом. Для этою взять полоску фильтровальной бумаги и на расстоянии 45 см поместить по 1 капле раствора К4[Fе(СN)6]. Добавить к одной из них каплю раствора сульфата алюминия (или смесь АI3+ с другими катионами), а к другой - каплю дистиллированной воды. Комплексная соль К4[Fе(СN)6] образует осадки с катионами тяжелых металлов и устраняет их мешающее воздействие на обнаружение катиона алюминия с ализарином. Затем для полного вымывания АI3+ из осадка в центр обоих влажных пятен добавить еще по 2 капли раствора К4[Fе(СN)6], дав разойтись им по фильтровальной бумаге. Влажное пятно обработать по периферии парами концентрированного аммиака и нанести в нескольких местах ализарин. Снова обработать парами аммиака и подсушить над спиртовкой, В присутствии катионов АI3+ пятна ализарина окрашиваются в оранжево-розовый цвет. Дистиллированная вода с ализарином дает фиолетовое окрашивание.
Ализарин является индивидуальным реактивом на катионы алюминия.
Опыт 3. Взаимодействие тетрароданомеркурата аммония (NН4)2[Нg(CNS)4] с катионом Zn2+ (микрокристаллическая реакция).
На предметное стекло поместить по одной капле растворов ZnSО4, СН3СООН и (NН4)2[Нg(CNS)4], перемешать стеклянной палочкой. Под микроскопом наблюдается выделение кристаллов в виде крестов и дендритов:
Рис1 Кристаллы Zn[Нg(CNS)4] в уксусной среде.
Опыт 4. Взаимодействие пероксида водорода Н2О2 в щелочной среде с катионом Сг3+.
В пробирку налить 3 капли раствора Сг(NО3)3, 4-5 капель раствора Na0Н и 5 капель 3%-го раствора Н2О2. Смесь нагреть на водяной бане в течение 2-3 минут. Наблюдайте изменение окраски раствора до желтого цвета, что обусловлено образованием хромат иона.
Пероксид водорода Н2О2 в щелочной среде является индивидуальным реактивом на катионы Сг3+.
Контрольные вопросы и задания
Составьте уравнения происходящих реакций в полном ионном и сокращенном ионном виде.
Как отличить в растворе ионы алюминия, хрома и цинка. Приведите уравнения химических реакций
3. С помощью химических уравнений доказать амфотерные свойства гидроксида алюминия, гидроксида хрома, гидроксида цинка.
Лабораторная работа № 4
Реакции катионов IV группы
Цель работы:
изучить реакции катионов IV группы с целью обнаружения их в контрольном растворе.
Приборы и реактивы:
водяные бани;
набор реактивов в штативе;
пробирки;
стеклянные палочки;
универсальная индикаторная бумага;
растворы солей:
сульфат магния;
сульфат марганца;
сульфат железа;
гексацианоферрат (II) калия;
гексацианоферрат (III) калия;
роданид аммония;
хлорид аммония;
гидрофосфат натрия;
сухая соль висмутата натрия;
растворы соляной, азотной, уксусной кислот — 2н;
раствор гидроксида натрия – 2н;
концентрированный аммиак;