Jakosciowka2, chemia, MATERIAŁY POMOCNICZE


CHEMIA OGÓLNA I NIEORGANICZNA, BIOTECHNOLOGIA I ROK

ĆWICZENIE NR 6

ĆWICZENIE: Reakcje charakterystyczne wybranych kationów z III grupy analitycznej (Al3+, Zn2+, Mn2+, Fe3+, Fe2+, Co2+)

Do kationów III grupy analitycznej zaliczamy następujące jony: Al3+, Cr3+, Zn2+, Mn2+, Fe3+, Ni2+, Co2+. Odczynnikiem grupowym stosowanym do wykrywania kationów III grupy jest siarczek amonu - (NH4)2S w obecności roztworu wodnego amoniaku i chlorku amonu. Pod wpływem odczynnika grupowego z roztworu wodnego zawierającego kationy III grupy wytrącają się siarczki (lub wodorotlenki w przypadku Al3+ i Cr3+) nierozpuszczalne w wodzie, natomiast łatwo rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach kwasów.

Ponieważ wodne roztwory soli kationów III grupy wykazują odczyn słabo kwaśny (są to sole słabych zasad i mocnych kwasów), należy przed podziałaniem siarczkiem amonu dodać około l cm3 wodorotlenku amonu. Natomiast w celu uniknięcia wytrącania kationu magnezu (II), należącego do V grupy kationów, należy zastosować duży nadmiar (ok. 6 cm) roztworu chlorku amonu.

KATION GLINU (III) - A13+

Glin należy do rodziny borowców - grupy IIIA układu okresowego. Atomy glinu w reakcjach chemicznych oddają po 3 elektrony, utleniając się do kationów glinu (III) - A13+. Glin z wodą o temp. 373K reaguje z wydzieleniem wodoru:

2Al0 + 6H2O → 2↓Al(OH)3 + 3↑H2

Podobnie wydziela się wodór podczas reakcji glinu z kwasem solnym lub rozcieńczonym kwasem siarkowym:

2Al0 + 6H+ 2Al3+ + 3↑H2

2Al0 + 6HCl 2AlCl3 + 3↑H2

Kwasy utleniające, takie jak HNO3 lub stężony H2SO4, nie rozpuszczają glinu wskutek utworzenia się na powierzchni metalu warstewki tlenku, która chroni metal przed dalszym działaniem kwasu.

Glin wskutek własności amfoterycznych reaguje z mocnymi zasadami, tworząc hydroksogliniany oraz wolny wodór:

2Al0 + 2NaOH + 6H2O 2NaAl(OH)4 + 3↑H2

1. Reakcja Al3+ z odczynnikiem grupowym.

Siarczek amonu - (NH4)2S w obecności chlorku amonu (NH4Cl) i wodnego roztworu amoniaku (NH3·H2O) wytrąca z roztworów zawierających kationy glinu nie siarczek, lecz wodorotlenek glinu w postaci bezbarwnego, galaretowatego osadu. Ponieważ rozpuszczalność wodootlenku glinu jest znacznie mniejsza niż siarczku glinu, kationy glinu (III) w obecności anionów siarczkowych (S2-) i jonów wodorotlenowych (OH-) wytrącają się w postaci Al(OH)3:

Al3+ + 3OH ↓Al(OH)3

AlCl3 + 3(NH3·H2O) Al(OH)3 + 3NH4Cl

2. Reakcja z wodorotlenkiem sodu lub potasu.

Jony OH- wytrącają z roztworów zawierających kationy glinu galaretowaty, amfoteryczny wodorotlenek glinu - Al(OH)3:

Al3+ + 3OH → ↓Al(OH)3

AlCl3 + 3NaOH ↓Al(OH)3 + 3NaCl

Wodorotlenek glinu rozpuszcza się w nadmiarze wodorotlenku sodu lub potasu z utworzeniem kompleksowego jonu czterohydroksoglinianu (III) o wzorze Al(OH)-4:

↓Al(OH)3 + OH- [Al(OH)4]-

↓Al(OH)3 + NaOH -> Na[Al(OH)4]

3. Reakcja z wodnym roztworem amoniaku.

Uwodniony amoniak (NH3·H2O) wytrąca z roztworu zawierającego kationy glinu (III) galaretowaty osad wodorotlenku glinu - Al(OH)3:

Al3+ + NH3·H2O ↓Al(OH)3 + 3NH4+

AlCl3 + 3(NH3·H2O) → ↓Al(OH)3 + 3NH4Cl

Osad Al(OH)3 praktycznie biorąc nie rozpuszcza się w nadmiarze wodnego roztworu amoniaku.

KATION CYNKU (II) - Zn2+

Cynk należy do rodziny cynkowców - podgrupy IIB układu okresowego. W połączeniu z tlenem oraz innymi pierwiastkami cynk wykazuje stopień utlenienia +2. Jest metalem amfoterycznym, łatwo reagującym zarówno z kwasami, jak i zasadami:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2Zn(OH)4 + H2

czterohydroksocynkan (II) sodu

1. Reakcja z odczynnikiem grupowym.

Siarczek amonu w obecności chlorku amonu i wodnego roztworu amoniaku wytrąca z roztworu, zawierającego kationy cynku (II), biały osad siarczku cynku (II):

Zn2+ + S2- ZnS

ZnCl2 + (NH4)2S ZnS + 2NH4Cl

2. Reakcja z wodorotlenkiem sodu lub potasu.

Jony OH- wytrącają z roztworu zawierającego kationy cynku (II) biały osad amfoterycznego wodorotlenku cynku (II):

Zn2+ + 2OH- Zn(OH)2

ZnCl2 + 2NaOH Zn(OH)2 + 2NaCl

Osad Zn(OH)2 rozpuszcza się w nadmiarze wodorotlenku sodu lub wodorotlenku potasu z utworzeniem kompleksowego anionu czterohydroksocynku (II):

Zn(OH)2 + 2OH- [Zn(OH)4]2-

3. Reakcja z wodnym roztworem amoniaku.

Wodny roztwór amoniaku (NH3·H2O) wytrąca z roztworu zawierającego kationy cynku (II) biały osad wodorotlenku cynku (II):

Zn2+ + 2OH- Zn(OH)2

ZnCl2 + 2NH3·H2O Zn(OH)2 + 2NH4Cl

Obecność grup OH- w wodnym roztworze amoniaku jest wynikiem reakcji amoniaku z wodą:

NH3 + HOH = NH4+ + OH-

Osad Zn(OH)2 rozpuszcza się w dużym nadmiarze roztworu wodnego amoniaku z utworzeniem jonów kompleksowych: [Zn(NH3)4]2+, tj. kationu czteroaminocynku (II) lub [Zn(NH3)6]2+, tj. kationu sześcioaminocynku (II):

Zn(OH)2 + 6NH3·HOH [Zn(NH3)4]2+ + 2OH- + 6H2O

4. Reakcja z sześciocyjanożelazianem (II) potasu - K4[Fe(CN)6].

Jony sześciocyjanożelazianu (II) - [Fe(CN)6]4- wytrącają z roztworu zawierającego kationy cynku (II) białokremowy osad sześciocyjanożelazianu (II) cynku:

2Zn2+ + [Fe(CN)6]4- = Zn2[Fe(CN)6]

2ZnCl2 + K4Fe(CN)6] = Zn2[Fe(CN)6] + 4KCl

Reakcja z sześciocyjanożelazianem (II) potasu umożliwia odróżnienie kationu cynku (II) od kationu glinu (III), gdy kation glinu (III) nie daje osadu z tym odczynnikiem.

KATION MANGANU (II) - Mn2+

Mangan należy do rodziny manganowców - grupy VIIB układu okresowego. Atomy manganu mają po siedem elektronów walencyjnych. Mangan w związkach wykazuje następujące stopnie utlenienia: Mn2+, Mn3+, Mn4+, Mn6+ i Mn7+. Znane są następujące tlenki manganu: MnO, Mn2O3, MnO2, MnO3 i Mn2O7.

Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia manganu zmieniają się własności kwasowe jego tlenków, co obrazuj ą następujące dane:

MnO - jest bezwodnikiem zasady manganu (II) - Mn(OH)2,

Mn2O3 - jest tlenkiem o słabych własnościach zasadowych, odpowiednikiem tego tlenku jest wodorotlenek manganu (III) - Mn(OH)3,

MnO2 - ma własności amfoteryczne,

MnO3 - jest bezwodnikiem kwasu manganowego - H2MnO4,

Mn2O7 - jest bezwodnikiem mocnego kwasu nadmanganowego - HMnO4.

Do najtrwalszych połączeń manganu należą sole manganu (II), w których mangan występuje w postaci kationu Mn +, oraz nadmanganiany, czyli sole kwasu nadmanganowego (HMnO4).

1. Reakcje z odczynnikiem grupowym.

Siarczek amonu w obecności wodorotlenku amonu i chlorku amonu wytrąca z roztworu zawierającego kationy manganu (II) cielisty osad siarczku manganu (II):

Mn2+ + S2- MnS

MnCl2 + (NH4)2S MnS + 2NH4Cl

Pod wpływem tlenu atmosferycznego osad MnS w roztworze wodnym ulega utlenieniu do wodorotlenku manganu (III), zmieniając cieliste zabarwienie na brązowe:

4MnS + 3O2 + 6H2O 4Mn(OH)3 + 4S0

2. Reakcja z wodorotlenkiem sodu i potasu.

Jony OH- wytrącają z roztworu zawierającego kationy manganu (II) cielisty osad wodorotlenku manganu (II):

Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2

MnCl2 + 2NaOH- Mn(OH)2 + 2NaCl

Wodorotlenek manganu (II) w zetknięciu z tlenem atmosferycznym utlenia się do wodorotlenku manganu (III), wskutek czego ciemnieje:

2Mn(OH)2 + O2 + H2O Mn(OH)3

KATION ŻELAZA (III) - Fe3+ i ŻELAZA (II) - Fe2+

Żelazo znajduje się w podgrupie VIIIB układu okresowego. Elektrony walencyjne żelaza, tak jak i innych pierwiastków należących do bloku d, znajdują się w zewnętrznej i przedostatniej powłoce elektronowej. W najbardziej powszechnie spotykanych związkach żelazo jest dwu- i trójdodatnie. Tlenkowi żelaza (II) - FeO odpowiada wodorotlenek żelaza (II) - Fe(OH)2, zaś tlenkowi żelaza (III) - Fe2O3 - wodorotlenek żelaza (III) - Fe(OH)3. Wodorotlenki Fe(OH)2 i Fe(OH)3 nie są wodorotlenkami amfeterycznymi.

Wykrywanie kationu żelaza (III) - Fe3+

1. Reakcja z odczynnikiem grupowym.

Siarczek amonu w obecności roztworu wodnego amoniaku i chlorku amonu wytrąca z roztworu zawierającego kationy żelaza (III) czarny osad siarczku żelaza (III):

2Fe3+ + 3S2- → ↓Fe2S3

2FeCl3 + 3(NH4)2S Fe2S3 + 6NH4Cl

Siarczek żelaza (III) łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach.

2. Reakcja z wodorotlenkiem sodu lub potasu.

Jony OH- wytrącają z roztworu, zawierającego kationy żelaza (III), czerwonobrunatny osad wodorotlenku żelaza (III):

Fe3+ + 3OH- → ↓Fe(OH)3

FeCl3 + 3NaOH → ↓Fe(OH)3 + 3NaCl

Wodorotlenek żelaza (III) nie rozpuszcza się w nadmiarze zasady sodowej lub potasowej, czyli nie ma własności amfeterycznych.

3. Reakcja z sześciocyjanożelazianem (II) potasu - K4[Fe(CN)6].

Jony sześciocyjanożelazianu (II) - [Fe^lSOg]4" wytrącają z roztworu, zawierającego kationy żelaza (III), ciemnoniebieski osad sześciocyjanożelazianu (II) żelaza (III), zwanego błękitem pruskim:

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → ↓Fe4[Fe(CN)6]3

4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] → ↓Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl

4. Reakcja z sześciocyjanożelazianem (III) potasu - K3[Fe(CN)6].

Jony sześciocyjanożelazianu (III) nie wytrącają osadu z roztworu zawierającego kationy żelaza (III), w odróżnieniu od jonów żelaza (II). Sześciocyjanożelazian (III) potasu dodany do roztworu soli żelaza (III) tworzy rozpuszczalny w wodzie sześciocyjanożelazian (III) żelaza (III) - Fe[Fe(CN)6], barwy ciemnobrunatnej:

FeCl3 + K3[Fe(CN)6] Fe[Fe(CN)6] + 3KCl

Wykrywanie kationu żelaza (II) - Fe2+

1.Reakcja z odczynnikiem grupowym.

Siarczek amonu w obecności roztworu wodnego amoniaku i chlorku amonu wytrąca z roztworu zawierającego kationy żelaza (II) czarny osad siarczku żelaza (II):

Fe2+ + S2- = FeS

FeCl2 + (NH4)2S = FeS + 2NH4Cl

Siarczek żelaza (II), tak jak siarczek żelaza (III), łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonych roztworach kwasów:

FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S

2. Reakcja z wodorotlenkiem sodu i potasu.

Jony OH- wytrącają z roztworu zawierającego kationy żelaza (II) brudnozielony osad wodorotlenku żelaza (II):

Fe2+ + 2OH- → ↓Fe(OH)2

FeCl2 + 2NaOH → ↓Fe(OH)2 + 2NaCl

Osad Fe(OH)2 w zetknięciu z tlenem atmosferycznym utlenia się do czer-wonobrunatnego wodorotlenku żelaza (III):

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3

3. Reakcja z sześciocyjanożelazianem (III) potasu.

Anion sześciocyjanożelazianu (III) - [Fe(CN)6]3- wytrąca z roztworu zawierającego kationy żelaza (II) ciemnobłękitny osad sześciocyjanożelazianu (III) żelaza (II), zwanego błękitem Turnbulla:

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- → ↓Fe3[Fe(CN)6]2

3FeCl2+ 2K3[Fe(CN)6] → ↓Fe3[Fe(CN)6]2 + KCl

KATION KOBALTU (II) - Co2+

Kobalt znajduje się w podgrupie VIIIB układu okresowego, tworząc razem z żelazem i niklem triadę żelazowców. Kobalt, podobnie jak żelazo, jest szarym, błyszczącym metalem, łatwo reagującym z rozcieńczonymi kwasami (HCl, H2SO4) z wydzieleniem wodoru. W najbardziej rozpowszechnionych połączeniach kobalt, podobnie jak żelazo, występuje na stopniu utlenienia +2 i +3. Roztwory wodne soli kobaltu (II) - Co + mają zabarwienie różowe. Wodorotlenki Co(OH)2 i Co(OH)3 nie wykazują własności amfoterycznych.

1. Reakcja z odczynnikiem grupowym.

Siarczek amonu w obecności roztworu wodnego amoniaku i chlorku amonu wytrąca z roztworu zawierającego kationy kobaltu (II) czarny osad siarczku kobaltu (II):

Co2+ + S2- → ↓CoS

CoCl2 + (NH4)2S → ↓CoS + 2NH4Cl

Osad CoS, w odróżnieniu od siarczków FeS i Fe2S3, nie rozpuszcza się w HCl o stężeniu 2 mol/dm3 oraz w kwasie octowym, natomiast rozpuszcza się w kwasie azotowym na gorąco:

3CoS + 8NO3- + 8H+ → ↓3S0 + 3Co2+ + 6NO3- + 2NO + 4H2O

2. Reakcja z wodorotlenkiem sodu lub potasu.

Jony OH- wytrącają z roz¬tworów zawierających kationy kobaltu (II) niebieski osad hydroksokobaltu (II):

Co2+ + OH- → ↓Co(OH)+

CoCl2 + NaOH → ↓Co(OH)Cl + NaCl

Chlorek hydroksokobaltu (II) po ogrzaniu przechodzi w różowy osad wodorotlenku kobaltu (II):

Co(OH)+ + OH- → ↓Co(OH)2

Co(OH)Cl + NaOH → ↓Co(OH)2 + NaCl

Na powietrzu wodorotlenek kobaltu (II) utlenia się do brunatnego wodorotlenku kobaltu (III):

4Co(OH)2 + 2H2O + O2 → ↓4Co(OH)3

Identyfikację kationów III grupy ułatwia podane w tabeli 2 zestawienie omówionych wyżej reakcji, wykorzystywanych do wykrywania tych jonów.

Tabela 2. Przegląd reakcji chemicznych do wykrywania kationów I grupy

Kationy

Dodawany odczynnik

(NH4)2S

NaOH lub KOH

K4[Fe(CN)6]

Al3+

bezbarwny galaretowaty osad

bezbarwny
galaretowaty osad

brak osadu

Zn2+

biały osad

bezbarwny galaretowaty osad

białokremowy osad

Mn2+

cielisty osad

cielisty osad

biały osad

Fe3+

czarny osad rozpuszczalny w HCl

czerwonobrunatny osad

niebieski osad

Fe2+

czarny osad rozpuszczalny w HCl

brudnozielony osad

brak osadu

Co2+

czarny osad rozpuszczalny w HCl

niebieski osad

zielony osad

Ćwiczenie 6: Analiza jakościowa kationów III grupy analitycznej

Celem ćwiczeń jest zapoznanie się z praktycznymi metodami wykrywania kationów (III grupa) w roztworach oraz wykształcenie nawyków pracy w laboratorium oraz wyciąganie wniosków z obserwacji.

Sprzęt:

Odczynniki:

Wykonanie:

Do czystej probówki pobierz ok. 1 cm3 badanej próbki i wykonaj reakcje charakterystyczne. Zapisz obserwacje w tabeli. Na jej podstawie zidentyfikuj badane kationy, napisz zachodzące reakcje.

Nr probówki

z badanym

kationem

Dodany odczynnik

Obserwacja

Barwa powstałego osadu lub roztworu

Postać osadu

Uwagi

Wykryty kation to... za pomocą reakcji: ....

ZAGADNIENIA NA KOLOKWIUM NR 5: (ANALIZA JAKOŚCIOWA KATIONÓW I) - BIOTECHNOLOGIA I ROK

  1. Cel analizy jakościowej

  2. Zapisywanie reakcji chemiczniej

  3. Grupy analityczne kationów

  4. Reakcje z odczynnikiem grupowym, barwy i postać osadów/roztworów

  5. Reakcje odróżniające od siebie kationy grupy III analitycznej; barwy i postać osadów/roztworów

Literatura:

9



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Gibas M Chemia makroczasteczek Materiały pomocnicze do wykładu
Analiza jakościowa kationów i anionów, Technika Rolnicza i Leśna, Semestr 1, Chemia i Materiałoznaws
CHEMIA WIERSZ - Trudne związki, Szkoła - materiały pomocnicze, prezentacje, wypracowania, Liceum, Ma
Materialy pomocnicze prezentacja maturalna
Chemia materiałów V
Materialy pomocnicze do cwiczen Statystyka cz I
obciazenia wiatr snieg materiały pomocnicze z budownictwa ogólnego
Materiał pomocniczy, Szkoła, wypracowania, ściągi
zadania - stężenia, Notatki i materiały dodatkowe, Chemia, materiały od Romka
Chemia materiałów budowlanych, Studia e Liceum, Chemia, Materiałów budowlanych
sciaga z ESP, Uczelnia, Technologia budowy maszyn, Materiały pomocnicze
mater. - wskaźniki, chemia, materiały do lekcji
Materiały pomocne przy nauce podsumowanie powyższych wykładów wersja mini
Materialy pomocnicze cardan AG Nieznany
Materialy pomocnicze 4 id 28534 Nieznany
Ciania PKM, Materiały pomocnicze do projektowania

więcej podobnych podstron