ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

РЕАКЦИИ ОБНАРУЖЕНИЯ КАТИОНОВ IV АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГРУППЫ В РАСТВОРЕ

Цель работы: качественные реакции обнаружения различных ионов с целью их последующей идентификации из смеси.

Приборы и реактивы: штатив с пробирками, стеклянная палочка с впаянной платиновой проволокой, спиртовка, соли цинка и алюминия.

Ход работы

О п ы т 1. Обнаружение Zn²⁺-ионов

1. Реакция с сероводородом или растворимым сульфидом. Сероводород или растворимый сульфид с ионами Zn²⁺ образует белый осадок сульфида цинка ZnS:

ZnCl₂+H₂S = ZnS↓ + 2HCl

ZnCl₂+K₂S = ZnS↓ + 2KCl

Сульфид цинка растворяется в минеральных кислотах. Из приведенного уравнения видно, что при реакции образуется соляная кислота, поэтому сероводород не может полностью осадить цинк. Осаждение иона Zn²⁺ будет практически полным, если к раствору соли цинка добавить ацетат натрия, а затем пропустить сероводород. В присутствии ацетата натрия вместо сильной кислоты НСl образуется слабая уксусная кислота.

Выполнение реакции. К исследуемому раствору объемом 1 cм³ добавляют раствор ацетата натрия объемом 1 cм³ и сероводородной воды объемом 1 cм³. Наблюдают выделение белого осадка сульфида цинка.

2. Реакция со щелочами. Едкие щелочи с катионом Zn²⁺ образуют белый осадок гидроксида цинка Zn(OH)₂, который обладает амфотерными свойствами и поэтому растворяется в кислотах и щелочах.

ZnCl₂+2NaOH = 2NaCl + Zn(OH)₂↓;

Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄]

Тетрагидроксоцинкат натрия Na₂[Zn(OH)₄] при нагревании разлагается:

Na₂[Zn(OH)₄] =Na₂ZnO₂ + 2H₂O

Цинкаты, в отличие от алюминатов, при действии NH₄Cl осадка не образуют, так Zn(OH)₂ растворяется в солях аммония.

Выполнение реакции. Поместите в пробирку 1–2 cм³ раствора соли цинка и прилейте несколько капель 2 н раствора щелочи. При этом выпадает белый творожистый осадок. Проверить поведение осадка под действием кислот и щелочей.

3. Реакция с аммиаком. Аммиак образует с катионом Zn²⁺ осадок гидроксида, который растворяется в избытке аммиака и в солях аммония с образованием комплексного соединения [Zn(NH₃)₆](ОН)₂:

Zn(OH)₂+ 6NH₃= [Zn(NH₃)₆](OH)₂;

Zn(OH)₂ + 4NH₄OH + 2NH₄Cl=[Zn(NH₃)₆]Cl₂ + 6H₂O

Выполнение реакции. Поместите в пробирку 1–2 cм³ раствора соли цинка и прилейте несколько капель раствора аммиака. При этом выпадает осадок. Проверить поведение осадка под действием аммиака или солей аммония.

4. Реакция с карбонатами щелочных металлов. Карбонаты щелочных металлов и аммония образуют с катионом Zn²⁺ белый осадок основной соли переменного состава:

2ZnCl₂ + 2Na₂CO₃+H₂O = Zn₂(OH)₂CO₃ + 4NaCl + CO₂↑

Состав основной соли зависит от концентрации раствора и от температуры.

Выполнение реакции. Поместите в пробирку 1–2 cм³ раствора соли цинка и прилейте несколько капель раствора карбоната натрия, калия или аммония. При этом выпадает белый осадок.

5. Реакция с желтой кровяной солью. Гексациано-II-Ферат калия K₄[Fe(CN)₆] образует с катионом Zn²⁺ белый осадок ферроцианида цинка и калия этот осадок нерастворим в кислотах, а растворяется в щелочах с образованием цинката:

3ZnCl₂ + 2K₄[Fe(CN)₆]=Zn₃K₂[Fe(CN)₆]₂+6KCl

Эта реакция дает возможность отделить катионы цинка от катионов алюминия.

Выполнение реакции. Поместите в пробирку 1–2 cм³ раствора соли цинка и прилейте несколько капель желтой кровяной соли. При этом выпадает белый осадок. Проверить поведение осадка под действием кислот и щелочей.

О п ы т 2. Обнаружение Аl³⁺-ионов

1. Реакция со щелочами. Едкие щелочи с ионами А1³⁺ образуют белый осадок гидроксида алюминия, который обладает амфотерными свойствами и растворяется в избытке щелочи и кислотах:

AlCl₃ + 3NaOH = 3NaCl+Al(OH)₃↓;

А1(ОН)₃+3НСl = А1С1₃ + 3Н₂О

При растворении гидроксида алюминия в щелочах образуется комплексное соединение, которое может иметь переменный состав [NaAl(OH)₄] или Na₃[Al(OH)₆]

Al(OH)₃+NaOH = Na[Al(OH)₄]

Комплексный ион [Al(OH)₄]^- ‑ это ион АlO₂^-, гидратированный двумя молекулами воды.

Алюминаты как соли слабых кислот гидролизуются:

NaA1O₂ + 2H₂O = H₃A1O₃↓ + NaOH

Для предупреждения реакции гидролиза, в растворе должна быть большая концентрация гидроксид-ионов, и наоборот, чтобы гидролиз довести до конца, надо связать ионы ОН^-, это достигается добавлением твердой соли NH₄C1. Когда к алюминату добавляют хлорид аммония, равновесие реакции гидролиза нарушается и выпадает осадок:

NaAlO₂+NH₄Cl+2H₂O = Al(OH)₃↓ + NaCl + NH₄OH

Реакция гидролиза алюмината характерна для обнаружения ионов алюминия.

Выполнение реакции. К исследуемому раствору объемом 0,5 мл добавляют по каплям раствор едкого натра до тех пор, пока осадок А1(ОН)₃, образовавшегося не растворится. К прозрачному раствору добавляют небольшими порциями твердый хлорид аммония, смесь кипятят. В присутствии А1³⁺ выпадает белый осадок гидроксида алюминия.

2. Реакция с аммиаком. Аммиак осаждает из растворов солей алюминия белый осадок Al(OH)₃, который немного растворяется в избытке NH₄OH.

AlCl₃ + 3NH₄OH = 3 NH₄Cl+Al(OH)₃↓.

Выполнение реакции. Поместите в пробирку 1–2 cм³ раствора соли алюминия и прилейте несколько капель раствора аммиака. При этом выпадает осадок. Проверить поведение осадка под действием аммиака.

3. Реакция с ализарином. Ализарин с ионами А1³⁺ образует комплексное соединение АlOН[С₁₄О₃Н₆(ОН)]₂ красного цвета, не растворяется в уксусной кислоте. Это соединение называется «алюминиевым лаком». Ализарин мало растворим в воде, поэтому на практике используют ализариновый красный S-натриевую соль 1,2-диоксиантрахинон-3-сульфокислоты.

Ионы Fe³⁺, Cu²⁺, Вi³⁺ т.д. мешают реакции А1³⁺ с ализарином, они образуют окрашенные осадки.

Реакцию обнаружения А1³⁺ ализарином лучше проводить в слабокислом растворе (рН = 4,2-4,6) ‑ в этих условиях ализарин имеет желтый цвет. В щелочной среде фиолетовый цвет самого ализарина маскирует красный цвет алюминиевого комплекса и влияет на результаты анализа.

Выполнение реакции. К исследуемому раствору объемом 0,5 см³ добавляют 2 н раствор едкого натра до сильнощелочной реакции. Если выпадает осадок (присутствуют ионы Fe³⁺, Сu²⁺> Вi³⁺), его отделяют и к прозрачному раствору каплями добавляют 0,2-процентный раствор ализарина объемом 0,5 см³, сначала появляется фиолетовое окрашивание, затем добавляют каплями 2 н раствор уксусной кислоты до тех пор, пока не исчезнет фиолетовая окраска. В присутствии алюминия (в зависимости от концентрации) раствор окрашивается в красный цвет или выпадает красный осадок.

Реакцию обнаружения катионов А1³⁺ ализарином можно выполнить капельным методом. На полоску фильтровальной бумаги наносят каплю раствора гексациано-II-ферраты калия K₄[Fe(CN)₆] и в центр образованной пятна добавляют каплю исследуемого раствора. Если в исследуемом растворе присутствуют ионы Cr³⁺, Zn²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺ и т.д., все они осаждаются в виде ферроцианидов и остаются в центре пятна, а ионы А1³⁺ по капиллярам перемещаются дальше. Фильтровальная бумага с пятном держат над пробиркой с аммиаком и внешнюю зону пятна смачивают ализарином. Бумага высушивают, а внешнюю зону пятна смачивают 1 н раствором уксусной кислоты. В присутствии Аl³⁺ появляется розовое кольцо.

4. Реакция сухим способом. Соединения алюминия при прокаливании разлагаются, образуя при этом оксид алюминия, который с солями кобальта при прокаливании образует алюминат кобальта Со(АlО₂)₂ синего цвета («тенарову синь»):

Аl₂О₃ + СоО = Со(АlO₂)₂

Ионы Zn²⁺ мешают этой реакции, так с солями кобальта при прокаливании образуют зеленое соединение.

Выполнение реакции. Полоску фильтровальной бумаги смачивают исследуемым раствором, а затем 2-3 каплями раствора нитрата кобальта. В присутствии алюминия зона бумаги, смоченной исследуемым раствором, окрашивается в синий цвет.

О п ы т 3. Обнаружение Zn²⁺- и Аl³⁺-ионов

К четвертой группе относятся катионы Zn²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, Sn (IV), As (III), As (V), которые образуют амфотерные гидроксиды (за исключением мышьяка). Групповым реактивом на эти катионы есть избыток едкой щелочи.

Амфотерные гидроксиды, образованные катионами четвертой группы, способные диссоциировать в растворе как основания и как кислоты:

Ме²⁺ +2ОН^- ÛMe(OH)₂Û2H⁺+MeO₂²^-

Кислоты уменьшают диссоциацию амфотерных гидроксидов как кислот, а щелочи ‑ как оснований:

А1(ОН)₃ + 3НСl = А1С1₃ + 3Н₂О;

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O

Алюминаты и хромиты устойчивые только в присутствии избытка щелочи.

Большинство солей катионов четвертой группы гидролизуются:

SnCl₂ + 2H₂O = Sn(OH)₂¯ + 2HCl.

Для всех катионов четвертой группы (за исключением мышьяка) характерна реакция с едкими щелочами, при этом образуются гидроксиды, растворимые в избытке реактива.

CrCl₃ + 3NaOH = Cr(OH)₃¯ + 3NaCl;

Cr(OH)₃ + NaOH = NaCrO₂ + 2H₂O

Выполнение реакции. В две пробирки наливают растворы хлорида алюминия и хлорида цинка объемами по 0,5 см³. В каждую из пробирок добавляют раствор гидроксида натрия объемами по 0,5 см³, перемешивают и наблюдают образование осадков, обращают внимание на цвет осадков. Затем в каждую пробирку вливают еще щелочь объемами по 1 см³, содержимое пробирок перемешивают и проверяют растворимость осадков в избытке реактива.

Растворимые карбонаты (Na₂CO₃, К₂СО₃) осаждают катион А1³⁺ в виде гидроксида, катион Zn²⁺ ‑ в виде основной соли.

2А1С1₃ + 3К₂СО₃ = Аl₂(СО₃)₃ + 6КОН;

Al₂(CO₃)₃+3H₂O = 2Al(OH)₃¯ + 3CO₂

Результаты опытов оформить в виде таблицы:

№№ п/п	Исследуемый ион	Реактив, уравнение реакции	Наблюдения
	…	…	…