1

CHEMIA NIEORGANICZNA II – LABORATORIUM

WYBRANE REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONÓW GRUPY IIIa

Cu

2+

, Bi

3+

, Hg

2+

, Cd

2+

I. MIEDŹ, Cu

Miedź w suchym powietrzu nie zmienia się, w obecności wilgoci i CO

2

pokrywa się warstwą

zasadowych węglanów o zabarwieniu zielonym (patyna). W szeregu napięciowym metali znajduje się
na prawo od wodoru. Miedź nie roztwarza się w HCl i w rozcieńczonym H

2

SO

4

oraz nie wypiera

wodoru z kwasów. Najlepiej roztwarza się w rozcieńczonym HNO

3

na gorąco:

3Cu + 8HNO

3

= 3Cu(NO

3

)

2

+ 2NO + 4H

2

O

Stężony H

2

SO

4

, po ogrzaniu roztwarza miedź z wydzieleniem SO

2

:

Cu + 2H

2

SO

4

= CuSO

4

+ SO

2

+ 2H

2

O

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONU Cu

2+

1. Reakcja kationu Cu

2+

z AKT

Cu

2+

+ S

2-

= CuS

Osad CuS nie roztwarza się w HCl, lecz roztwarza się w rozcieńczonym HNO

3

na gorąco:

3CuS + 2NO

3

+ 8H

+

= 3Cu + 3S + 2NO + 4H

2

O

2. Reakcja kationu Cu

2+

z nadmiarem amoniaku

2Cu

2+

+ 2SO

4

2-

+ 2(NH

3

⋅

H

2

O) = [Cu

2

(OH)

2

]SO

4

+ 2NH

4

+

+ SO

4

2-

[Cu

2

(OH)

2

]SO

4

+ 8(NH

3

⋅

H

2

O) = 2[Cu(NH

3

)

4

]

2+

+ SO

4

2-

+ 2OH

-

+ 8H

2

O

3. Reakcja kationu Cu

2+

z (NH

4

)

2

Hg(SCN)

4

Cu

2+

+ [Hg(SCN)

4

]

2-

= Cu[Hg(SCN)

4

]

4. Reakcja kationu Cu

2+

z K

4

[Fe(CN)

6

]

2Cu

2+

+ [Fe(CN)

6

]

4-

= Cu

2

[Fe(CN)

6

]

W roztworach rozcieńczonych miedzi roztwór zabarwia się na czerwono, a przy większych stężeniach
miedzi wytrąca się czerwono-brunatny osad. Reakcja ta jest bardziej czuła niż reakcja jonów Cu

2+

z

amoniakiem.

2

II. KADM, Cd

Kadm należy do metali nieszlachetnych i z rozcieńczonych kwasów HCl oraz H

2

SO

4

wypiera wodór:

Cd + 2H

+

= Cd

2+

+ H

2

.

Kadm najlepiej roztwarza się w rozcieńczonym HNO

3

na gorąco:

3Cd + 8HNO

3

= 3Cd(NO

3

)

2

+ 2NO + 4H

2

O.

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONU Cd

2+

1. Reakcja kationu Cd

2+

z AKT

Cd

2+

+ S

2-

= CdS

1.1 Roztwarzanie wytrąconego osadu w stężonym HCl (co najmniej 6M)

CdS + 4Cl

-

= [CdCl

4

]

2-

+ S

2-

2.

Reakcja kationu Cd

2+

z NaOH

Cd

2+

+ 2OH

-

= Cd(OH)

2

Osad ten nie roztwarza się w nadmiarze NaOH.

2.1.Roztwarzanie wytrąconego osadu w amoniaku

Cd(OH)

2

+ 4(NH

3

⋅

H

2

O) = [Cd(NH

3

)

4

]

2+

+ 2OH

-

+ 4H

2

O

3.

Reakcja kationu Cd

2+

z K

4

[Fe(CN)

6

]

2Cd

2+

+ [Fe(CN)

6

]

4-

= Cd

2

[Fe(CN)

6

]

4.

Reakcja kationu Cd

2+

z K

3

[Fe(CN)

6

]

3Cd

2+

+ 2[Fe(CN)

6

]

3-

= Cd

3

[Fe(CN)

6

]

2

5.

Reakcja kationu Cd

2+

z nadmiarem amoniaku

Cd

2+

+ 2(NH

3

⋅

H

2

O) = Cd(OH)

2

+ 2NH

4

+

Cd(OH)

2

+ 4(NH

3

⋅

H

2

O) = [Cd(NH

3

)

4

]

2+

+ 2OH

-

+ 4H

2

O

3

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONU Hg

2+

1. Reakcja kationu Hg

2+

z AKT

Podczas wytrącania siarczku rtęci(II) za pomocą AKT na gorąco, wytrącić się może najpierw biały,
przechodzący w żółty i ceglasty, a wreszcie czarny osad HgS. Te barwne osady to sole podwójne
rtęci(II), HgCl

2

oraz HgS połączone w różnych stosunkach.

Hg

2+

+ S

2-

= HgS

HgS należy do najtrudniej rozpuszczalnych osadów jakie znamy i roztwarza się w wodzie
królewskiej:

3HgS + 12Cl

-

+ 2NO

3

-

+ 8H

+

= 3HgCl

4

2-

+ 2NO + 4H

2

O + 3S

2. Reakcja kationu Hg

2+

z nadmiarem KI

Hg

2+

+ 2I

-

= HgI

2

HgI

2

+ 2I

-

= [HgI

4

]

2-

3.

Redukcja związków rtęci(II) za pomocą SnCl

2

2Hg

2+

+ Sn

2+

+ 8Cl

-

= Hg

2

Cl

2

+ SnCl

6

2-

Hg

2

Cl

2

+ Sn

2+

+ 4Cl

-

= 2Hg + SnCl

6

2-

4. Redukcja związków Hg(II) na płytce miedzianej

Cu + Hg

2+

= Cu

2+

+ Hg

Wykonanie: płytkę miedzianą (może być moneta 1,2,5 –groszowa) starannie przemytą roztworem
amoniaku, a następnie wodą destylowaną umieszczamy na czas 1 minuty w roztworze soli rtęci(II).
Wyjmujemy ją, przemywamy wodą destylowaną i za pomocą szczypiec ogrzewamy ostrożnie nad
palnikiem gazowym. Pod wpływem ogrzewania metaliczna rtęć ulatnia się ( w odróżnieniu od
srebra).

5.

Reakcja kationu Hg

2+

z nadmiarem KSCN

Hg

2+

+ 2SCN

-

= Hg(SCN)

2

Hg(SCN)

2

+ 2SCN

-

= [Hg(SCN)

4

]

2-

6. Reakcja kationu Hg

2+

z amoniakiem

Amoniak z roztworem HgCl

2

wytrąca biały osad:

Hg

2+

+ 2Cl

-

+ 2(NH

3

⋅

H

2

O) = HgNH

2

Cl + NH

4

+

+ Cl

-

+ 2H

2

O

Przy działaniu amoniaku na roztwór Hg(NO

3

)

2

powstaje biały osad azotanu(V)

µ

- amido-

µ

-

oksodirtęci(II):

2Hg

2+

+ NO

3

-

+ 4(NH

3

⋅

H

2

O) = [Hg(NH

2

)(O)Hg]NO

3

+ 3NH

4

+

+ 3H

2

O

4

IV. BIZMUT, Bi

Bizmut nie wypiera wodoru z roztworów kwasów mineralnych (leży na prawo od wodoru w szeregu
napięciowym metali). Dobrze roztwarza się w kwasie azotowym(V) na gorąco:

Bi + 4HNO

3

= Bi(NO)

3

+ NO + 2H

2

O

oraz w stężonym H

2

SO

4

:

2Bi + 6H

2

SO

4

= Bi

2

(SO

4

)

3

+ 3SO

2

+ 6H

2

O

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONU Bi

3+

1.

Hydroliza kationu Bi

3+

Bi

3+

+ H

2

O + Cl

-

= BiOCl + 2H

+

Powstający osad nie rozpuszcza się w roztworze NaOH o stężeniu 2M, czym różni się od podobnych
hydrolizujących soli antymonu i cyny.

2.

Reakcja kationu Bi

3+

z AKT

2Bi

3+

+ 3S

2-

= Bi

2

S

3

Bi

2

S

3

roztwarza się na gorąco w rozcieńczonym HNO

3

i stężonym HCl:

Bi

2

S

3

+ 2NO

3

-

+ 8H

+

= 2Bi

3+

+ 2NO + 4H

2

O + 3S

3.

Redukcja związków bizmutu(III) za pomocą cyninu sodowego

2Bi

3+

+ 3[Sn(OH)

3

]

-

+ 9OH

-

= 2Bi

+ 3[Sn(OH)

6

]

2-

Wykonanie: do probówki wlać ok. 1 cm

3

roztworu SnCl

2

i dodawać ostrożnie roztwór NaOH aż

rozpuści się wytrącony biały osad. Ok. 1 cm

3

tak przygotowanego roztworu cyninu sodowego dodać

do 0,5 cm

3

roztworu związku bizmutu(III).

4.

Reakcja kationu Bi

3+

z nadmiarem KI

Bi

3+

+ 3I

-

= BiI

3

BiI

3

+ I

-

= [BiI

4

]

-

5.

Reakcja kationu Bi

3+

z NaOH

Bi

3+

+ 3OH

-

= Bi(OH)

3

Wodorotlenek bizmutu(III), w odróżnieniu od wodorotlenków cyny(II) i antymonu(III), nie roztwarza
się w nadmiarze NaOH i KOH.

5

WSKAZÓWKI DOTYCZĄCE WYKONYWANIA REAKCJI CHARAKTERYSTYCZNYCH

1. Wszystkie reakcje charakterystyczne, chyba że podano inaczej, należy wykonywać w następujący
sposób: pobieramy ok. 5 kropli roztworu wodnego danego kationu, dodajemy ok. 0,5 cm

3

wody

destylowanej a następnie ok. 0,5 cm

3

roztworu odczynnika chemicznego, z którym wykonujemy

reakcję.
2. Jeżeli badamy roztwarzanie wytrąconego osadu to postępujemy następująco:
wytrącony osad przemywamy dwukrotnie 1 cm

3

wody destylowanej. Za każdym razem zostawiamy

zawartość probówki na kilka minut w statywie aby osad opadł na dno probówki. Następnie zlać
ostrożnie roztwór nad osadem do drugiej czystej probówki. Dopiero do tak przemytego osadu
dodajemy odczynnika za pomocą którego roztwarzamy osad.

6

CHEMIA NIEORGANICZNA II – LABORATORIUM

WYBRANE REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONÓW GRUPY IIIb

As

3+

, As

5+

, Sb

3+

, Sb

5+

I. ARSEN, As

Arsen nie roztwarza się w rozcieńczonym HCl I H

2

SO

4

, natomiast roztwarza się w stężonym HNO

3

(leży na prawo od wodoru w szeregu napięciowym metali):

3As

4

+ 20HNO

3

+ 8H

2

O = 12H

3

AsO

4

+ 20NO

Sole kwasu arsenowego(V) są słabo rozpuszczalne z wyjątkiem soli metali alkalicznych. Ze względu
na to, że właściwości kwasowe arsenu są o wiele silniejsze od zasadowych, kationy As

3+

i As

5+

występują w bardzo niewielu związkach ( AsCl

3

, As

2

S

3

, AsCl

5

, As

2

S

5

), toteż reakcje na kationy As

3+

oraz As

5+

należy przeprowadzać w środowisku kwaśnym:

AsO

3

3-

+ 6H

+

= As

3+

+ 3H

2

O

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONU As

5+

1.

Reakcja kationów As

5+

z AKT

2As

5+

+ 5H

2

S = As

2

S

5

+ 10H

+

AsO

4

3-

+ S

2-

+ 8H

+

= As

3+

+ S + 4H

2

O

1.1. Roztwarzanie wytrąconego osadu w KOH

As

2

S

5

+ 6OH

-

= AsO

3

S

3-

+ AsS

4

3-

+ 3H

2

O

1.2. Roztwarzanie wytrąconego osadu w (NH

4

)

2

CO

3

As

2

S

5

+ 3CO

3

2-

= AsO

3

S

3-

+ AsS

4

3-

+ 3CO

2

1.3. Roztwarzanie wytrąconego osadu w kwasie azotowym(V)

3As

2

S

5

+ 40NO

3

-

+ 4H

2

O = 6AsO

4

3-

+ 15SO

4

2-

+ 8H

+

+ 40NO

2.

Reakcja kationu As

5+

z (NH

4

)

2

MoO

4

Wytrąca się żółty osad tetrakis-trimolibdeniano(VI)arsenianu(V) amonu:

AsO

4

3-

+ 3NH

4

+

+ 12MoO

4

2-

+ 24H

+

= (NH

4

)

3

[As(Mo

3

O

10

)

4

] + 12H

2

O

Wykonanie: Do probówki szklanej wprowadzić ok. 0,5 cm

3

roztworu molibdenianu amonowego i

dodawać ostrożnie, kroplami stężony kwas azotowy(V) aż roztworzy się, wytrącony biały osad. Do
tak sporządzonego roztworu dodać 2 lub 3 krople roztworu związków arsenu(V) i następnie

7

ogrzewać zawartość probówki w łaźni wodnej. W temperaturze wrzenia wytrąca się żółty,
krystaliczny osad tetrakis-trimolibdeniano(VI)arsenianu(V) amonu.

3.

Reakcja kationu As

5+

z mieszaniną magnezową

AsO

4

3-

+ Mg

2+

+ NH

4

+

= MgNH

4

AsO

4

4.

Reakcja kationu As

5+

z AgNO

3

AsO

4

3-

+ 3Ag

+

= Ag

3

AsO

4

II. ANTYMON, Sb

Antymon nie wypiera wodoru z roztworów kwasów a najlepiej roztwarza się w stężonym H

2

SO

4

na

gorąco:

2Sb + 6H

2

SO

4

= Sb

2

(SO

4

)

3

+ 3SO

2

+ 6H

2

O

REAKCJE CHARAKTERYSTYCZNE KATIONU Sb

3+

1.

Reakcje charakterystyczne kationów Sb

3+

z AKT

2Sb

3+

+ 3H

2

S = Sb

2

S

3

+ 6H

+

1.1. Roztwarzanie wytrąconego osadu w stężonym HCl

Sb

2

S

3

+ 6H

+

= 3H

2

S + 2Sb

3+

1.2. Roztwarzanie wytrąconego osadu w KOH (nie NaOH!)

Sb

2

S

3

+ 2OH

-

= SbS

2

-

+ SbOS

-

+ H

2

O

Po zakwaszeniu roztworu zawierającego tiosole kwasem, wytrącają się ponownie siarczki antymonu.

2.

Hydroliza kationów Sb

5+

, Sb

3+

Sb

3+

+ Cl

-

+ H

2

O = SbOCl + 2H

+

3.

Redukcja kationu Sb

3+

metalicznym żelazem

2Sb

3+

+ 3Fe = 3Fe

2+

+ 2Sb

4.

Reakcja kationu Sb

3+

z KOH

Sb

3+

+ 3OH

-

= Sb(OH)

3

Sb(OH)

3

+ OH

-

= Sb(OH)

4

-

8

WSKAZÓWKI DOTYCZĄCE WYKONYWANIA REAKCJI CHARAKTERYSTYCZNYCH

1. Wszystkie reakcje charakterystyczne, chyba że podano inaczej, należy wykonywać w następujący
sposób: pobieramy ok. 5 kropli roztworu wodnego danego kationu, dodajemy ok. 0,5 cm

3

wody

destylowanej a następnie ok. 0,5 cm

3

roztworu odczynnika chemicznego, z którym wykonujemy

reakcję.
2. Jeżeli badamy roztwarzanie wytrąconego osadu to postępujemy następująco:
wytrącony osad przemywamy dwukrotnie 1 cm

3

wody destylowanej. Za każdym razem zostawiamy

zawartość probówki na kilka minut w statywie aby osad opadł na dno probówki. Następnie zlać
ostrożnie roztwór nad osadem do drugiej czystej probówki. Dopiero do tak przemytego osadu
dodajemy odczynnika, za pomocą którego roztwarzamy osad.

9

Hg

2+

, Cu

2+

, Cd

2+

, Bi

3+

, As

5+

, Sb

3+

+

AKT, ogrzewanie

Osad I

HgS, CuS, CdS, Bi

2

S

3

, As

2

S

5

, Sb

2

S

3

Roztwór C

Kationy grupy IV

Osad I

HgS, CuS, CdS, Bi

2

S

3

, As

2

S

5

, Sb

2

S

3

+

1M KOH, 3% H

2

O

2

, ogrzewanie

Osad II

HgS, CuS, CdS, Bi

2

S

3

Roztwór D

As

5+

, Sb

3+

Osad II

HgS, CuS, CdS, Bi

2

S

3

+

6M HNO

3

,

ogrzewanie

Osad III

HgS

Roztwór 3

Cu

2+

, Cd

2+

, Bi

3+

ANALIZA SYSTEMATYCZNA KATIONÓW III GRUPY

Hg

2+

, Cu

2+

, Cd

2+

, Bi

3+

, As

5+

, Sb

3+

Do kwaśnego roztworu po oddzieleniu kationów II grupy ( roztwór B) dodajemy około 2 cm

3

AKT i

ogrzewamy na łaźni wodnej przez co najmniej 15 minut. Wytrącony osad odwirowujemy a w roztworze
wykonujemy próbę na całkowite wytrącenie siarczków III grupy dodając nową porcję AKT i ogrzewając na
łaźni wodnej.

Osad I siarczków kationów III grupy przemywamy gorącym roztworem AKT i odwirujemy.
Do tak przemytego osadu dodajemy 1-2 cm

3

1,0 M KOH (nie NaOH!) i 1-2 cm

3

3% H

2

O

2

i ogrzewamy w

łaźni wodnej. W osadzie II pozostają HgS, CuS, CdS oraz Bi

2

S

3

. Do roztworu 2 przechodzą kationy grupy

IIIb, który będzie analizowany zgodnie z analizą systematyczną kationów grupy IIIb.

Osad II przemywamy dwa razy około 5 cm

3

wody destylowanej i odwirowujemy.

Do probówki szklanej zawierającej przemyty osad II dodajemy ok. 5 cm

3

6,0 M HNO

3

i ogrzewamy na łaźni

wodnej ok. 5 minut i odwirowujemy. W osadzie zostaje HgS a w roztworze znajdują się jony Cu

2+

, Cd

2+

,

Bi

3+

.

10

Roztwór 3

Cu

2+

, Cd

2+

, Bi

3+

+

nadmiar stężonego NH

3

·H

2

O

Osad IV

Bi(OH)

3

Roztwór 4

Cu(NH

3

)

4

2+

, Cd(NH

3

)

4

2+

Roztwór 4

Cu(NH

3

)

4

2+

, Cd(NH

3

)

4

2+

+

AKT, ogrzewanie

Osad

CuS, CdS

+

6M HCl

Osad V

CuS

Roztwór 5

[CdCl

4

]

2-

Osad III (HgS) przemyć wodą destylowaną, dodać 3 cm

3

wody królewskiej i ogrzewać na łaźni wodnej (w

szklanej probówce). Roztwór po roztworzeniu HgS odparować w parowniczce porcelanowej prawie do sucha
i dodawać kroplami roztwór SnCl

2

. Pojawienie się białego, szarzejącego osadu świadczy o obecności kationu

Hg

2+

.

Do roztworu 3 dodać w nadmiarze stężonego amoniaku i odwirować. Do roztworu, w obecności nadmiaru
amoniaku przechodzą jony Cu

2+

oraz Cd

2+

a w osadzie pozostaje Bi(OH)

3

.

Osad IV zawierający Bi(OH)

3

przemyć wodą destylowaną i dodać, uprzednio przygotowany roztwór cyninu

sodowego Sn(OH)

3

-

. Czerniejący osad świadczy o obecności jonów Bi

3+

.

Jeśli roztwór 4 jest niebieski to zawiera jony Cu(NH

3

)

4

2+

i ewentualnie Cd(NH

3

)

4

2+

.

Do tego roztworu w probówce szklanej dodajemy AKT i ogrzewamy na łaźni wodnej. Wytrącony osad
przemywamy wodą destylowaną i roztwarzamy w 6M HCl. W osadzie pozostaje CuS a w roztworze jony
Cd

2+

(roztwór 5).

Do roztworu 5 dodajemy amoniaku do odczynu lekko zasadowego, dodajemy AKT i ogrzewamy w łaźni
wodnej. Wytrącenie się żółtego osadu CdS świadczy o obecności kationu Cd

2+

.

11

As

5+

, Sb

3+

+

rozcieńczony HCl, AKT, ogrzewanie

Osad I

As

2

S

5

, Sb

2

S

3

Osad I

As

2

S

5

, Sb

2

S

3

+

2,0 cm

3

stężonego HCl, ogrzewanie

Osad II

As

2

S

5

Roztwór 2

Sb

3+

ANALIZA SYSTEMATYCZNA KATIONÓW GRUPY IIIb

As

5+

, Sb

3+

Roztwór D zakwaszamy rozcieńczonym HCl w obecności papierka uniwersalnego, dodajemy AKT
i ogrzewamy w łaźni wodnej. Po schłodzeniu oddzielić roztwór przez dekantację. W roztworze
wykonać próbę na całkowite wytrącenie siarczków (przez dodanie nowej porcji AKT i ogrzewanie).
Po wykonaniu próby na całkowite strącenie, osad I siarczków przemyć wodą destylowaną
i odwirować. W osadzie I znajdują się siarczki As

2

S

5

, Sb

2

S

3

.

Do tak przemytego osadu I w probówce szklanej dodać 2 cm

3

stężonego HCl i ogrzewać w łaźni

wodnej. W osadzie II pozostaje As

2

S

5

a w roztworze 2 znajdują się jony Sb

3+

.

Osad II, As

2

S

5

, przemywamy wodą destylowaną i roztwarzamy na gorąco w stężonym HNO

3

.

Z częścią tak otrzymanego roztworu, zawierającego jony As

5+

, wykonujemy reakcję

charakterystyczną z molibdenianem amonowym. Wytrącający się po ogrzaniu żółty osad świadczy o
obecności jonów As

5+

.

Roztwór 2 ogrzewamy w łaźni wodnej w celu usunięcia H

2

S i po częściowym zobojętnieniu

nadmiaru HCl za pomocą KOH wykonujemy reakcje charakterystyczne dla kationu Sb

3+

(reakcje

hydrolizy, wytrącanie pomarańczowego osadu Sb

2

S

3

, reakcję z nadmiarem KOH).