Муниципальное общеобразовательное учреждение
« Школа № 88 города Донецка»
Дидактический материал
«Основы неорганической химической химии. Металлы »
В,
учитель химии
Химия – наука экспериментальная. Лабораторные опыты, практические работы – неотъемлемая часть учебных программ по химии школьного, проффесионального-технического, специализированного уровней. В периодической системе химических элементов металлов насчитывается более 80 элементов. Металлы и их соединения фундаментально изучаются в курсе химии. Идентификация веществ – важнейшее направление исследований химических соединений. Предлагаемая вашему вниманию таблица качественных реакций на катионы металлов, представляет основную группу металлов, наиболее часто изучаемую в учебных программах по химии общеобразовательных учреждений. Таблица содержит уравнения качественных реакций на катионы металлов, условия и технику проведения данных реакций, а также указаны факторы, которые следует учитывать, чтобы эксперимент был проведен химически чисто и достоверно.
Качественные реакции катионов
Катион | Качественная реакция | Проведение | Примечание |
Li+ | Реакция окрашивания пламени | Чистую нихромовую проволочку смочить раствором и внесите в пламя горелки Пламя окрашивается в карминово-красный цвет. | |
Li+ + F- = LiF↓ белый | В пробирку помещают 2-3 капли раствора, содержащего ионы лития, и 2-3 капли раствора фторида аммония или калия. Смесь нагревают до кипе-ния, при этом медленно выделяется белый аморфный осадок. | Определению мешают ионы Mg2+, которые можно за-маскировать, проводя реакцию в присутствии аммиа-ка при рН 9-10. | |
NH4 + | NH4 + + OH – = NH3↑ + H2O | 1-2 капли соли аммония вносят в пробирку, добавляют 3-4 капли раство-ра щелочи и слегка нагревают на водяной бане. Аммиак обнаруживают по запаху или по посинению лакмусовой или универсальной индикаторной бумаги. | Реакция чувствительна, специфична и позволяет дробно обнаруживать ион аммония в присутствии катионов всех аналитических групп. |
NH4+ + 2[HgI4]2– + 4OH– = [NH2Hg2O]I↓ + 7I– + 3H2O оранжево-бурый | К 1-2 каплям раствора соли аммония и 5 каплям воды прибавляют 2-3 капли реактива Несслера (раствор K 2 [HgI 4 ] в KOH). Образуется красно-бурый осадок. | Проведению реакции мешают катионы других анали-тических групп, образующие окрашенные осадки гидроксидов. Реакция очень чувствительная, однако, менее специфична, чем реакция со щелочью. | |
Na + | Реакция окрашивания пламени | Чистую нихромовую проволочку смочить раствором и внести в пламя горелки. Интенсивная, долго неисчезающая желтая окраска. | |
Na + + Zn(UO2)3(CH3COO)8 + CH3COO – + 9H2O = NaZn Zn(UO2)3(CH3COO)9⋅9H2O октаэдры или тетраэдры желтоватого цвета. | На предметное стекло помещают одну каплю раствора хлорида натрия и рядом одну каплю раствора цинкуранилацетата – Zn(UO2)3(CH3COO)8 . Осторожно смешивают капли стеклянной палочкой и через 2-3 минуты рассматривают под микроскопом форму образовавшихся кристаллов, кото-рые представляют собой правильные октаэдры или тетраэдры желтоватого цвета. | Эта реакция специфична для ионов натрия – присут-ствие других катионов I и II аналитических групп не мешает его обнаружению. | |
Na+ + [Sb(OH)6] ˉ → Na[Sb(OH)6] ↓ белый | 3 капли нейтрального или слабо щелочного раствора соли натрия по-местить в пробирку. Прилить 3 капли раствора калия гексагидростибиата К[Sb(OH)6]. Если осадок не выпадает, охладить пробирку в струе водо-проводной воды и потереть внутренние стенки пробирки стеклянной палочкой. Образуется белый мелко-кристаллический осадок натрия гексагидроксостибиата. | Реакцию ведут на холоде. | |
K + | Реакция окрашивания пламени | Чистую нихромовую проволочку смочиь раствором и внесити в пламя горелки. Пламя окрасится в фиолетовый цвет. | Мешает Na + , окрашивающий пламя в интенсивный желтый цвет, но если рассматривать окраску пламени через индиговую призму (темно-синее стекло), Na + не мешает. |
2K + + Na + + [Co(NO2)6 ] 3– = K2Na[Co(NO2)6 ] ↓ желтый | К 1-2 каплям раствора соли калия прибавляют 1-2 капли раствора кобальтинитрита натрия Na3[Co(NO2)6 ] и, если осадок не выпадает, дают постоять 2-3 минуты. Образуется хорошо различимый осадок желтого цвета. | Реакция протекает в нейтральной или слабокислой (pH = 4-5) среде. При малой концентрации ионов K + рекомендуется реакционную смесь охладить под струей водопроводной воды и потереть стенки про-бирки стеклянной палочкой. Наличие после центри-фугирования на дне пробирки желтого пятна осадка указывает на присутствие ионов калия. Проведению реакции мешают ионы NH4+. | |
K+ + HC4H4O6ˉ = KHC4H4O6↓ белый | В пробирку внести 2 капли раствора соли калия и 2 капли раствора натрия гидротартрата. Для лучшей кристаллизации осадка необходимо потереть стеклянной палочкой о стенки пробирки. Образуется белый мелко-кристаллический осадок. | Реакцию ведут на холоде. Если реагентом является винная кислота, то реакцию необходимо проводить в присутствии натрия ацетата CH3COONa. Ионы аммония мешают определению ионов калия, так как они тоже образуют аналогичный осадок. | |
Mg 2+ | 2 Mg2+ + 2 CO32ˉ + H2O → (MgOH)2CO3 ↓ + CO2 ↑ белый | В пробирку поместить 2 капли раствора соли магния, а затем добавить 2 капли раствора (NH4)2CO3..Ообразуется белый аморфный осадок. | |
Mg2+ + HPO42– + NH4OH = MgNH4PO4↓ + H2O белый | Смешивают в пробирке по 1-2 капле раствора соли магния, хлорида и гидроксида аммония, а затем к полученной смеси добавляют 2-3 капли раствора гидрофосфата натрия. Наблюдается образование характерного белого кристаллического осадка. | Реакции мешают катионы II аналитической группы, образующие в этих условиях белые осадки фосфатов. | |
Ba 2+ | Реакция окрашивания пламени | Чистую нихромовую проволочку смочить раствором и внести в пламя горелки. Пламя окрасится в желто-зеленый цвет. | |
Ba 2+ + Cr2O7 2– + H2O = BaCrO4↓ + 2H + желтый | Внести в пробирку 2 капли раствора соли бария, 4 капли раствора CH3COONa, 3 капли раствора K2Cr2O7 , нагреть на водяной бане. Выпадает желтый осадок. | Реакцию следует проводить при pH 4-5. | |
Ba 2+ + SO4 2– + K + + MnO4 – = BaSO4 ⋅KMnO4↓ розовый | К 2-3 каплям раствора соли бария добавляют несколько капель раствора перманганата калия до образования устойчивой фиолетовой окраски. Затем приливают 10- 12 капель 2 н раствора H2SO4 , несколько капель 3% раствора Н2О2 до обесцвечивания реакционной смеси и образовавшийся осадок отделяют на центрифуге. Цвет осадка розовый за счет образования смешанных кристаллов: | В отличие от Ba2+ ионы стронция смешанных кристаллов не образуют, и в результате реакции образуется белый осадок SrSO4. Осадок CaSO4 вследствие значительной растворимости (ПР = 2.5⋅10 –5) не выпадает. | |
Sr 2+ | Реакция окрашивания пламени | Чистую нихромовую проволочку смочить раствором и внести в пламя горелки. Пламя окрасится в карминово-красный цвет. | |
Sr 2+ + SO4 2– = SrSO4↓ белый | К 4-5 каплям раствора соли стронция добавляют столько же гипсовой воды и греют на водяной бане в течение 4-5 минут. Появление незначительной мути, а не обильного осадка, свидетельствует о присутствии в растворе ионов Sr2+ | Ba2+ c гипсовой водой сразу образуют белый осадок, т. е. эта реакция может применяться для обнаружения ионов стронция только после отде-ления катионов бария. | |
| На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора хромата калия, затем каплю исследуемого раствора, содержащего ионы стронция. Выдерживают бумагу в течение 2-3 минут и добавляют каплю раствора родизоната натрия. В присутствии ионов стронция бумага окрашивается в буро-красный цвет, при их отсутствии остается желтой. | ||
Ca2+ | Реакция окрашивания пламени | Чистую нихромовую проволочку смочить раствором и внести в пламя горелки. Пламя окрасится в кирпично-красный цвет. | |
Ca2+ + C2O42– = CaC2O4↓ белый | К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы кальция, добавляют 2-3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок. Растворимость осадка проверяют в уксусной, а затем в соляной кислотах. | ||
Ca2++[Fe(CN)6]4–+2NH4OH = Ca(NH4)2[Fe(CN)6] ↓ + OH– белый | На предметном стекле перемешивают 2-3 капли раствора, содержащего ионы кальция, с 2-3 каплями раствора NH4OH, нагревают до 60-700С и добавляют 3 капли раствора гексацианоферрата(II) калия. | В слабощелочной среде (рН≈9) образуется белый кристаллический осадок смешанной кальций-аммонийной соли, растворимой в минеральных кислотах, но нерастворимой в уксусной кислоте. Ионы Ba2+ должны быть предварительно удалены. | |
Zn 2+ | Zn 2+ + Hg(SCN)4 2− = ZnHg(SCN)4 ↓ дендриты, кресты | На предметное стекло поместить 1 каплю раствора соли цинка, добавить одну каплю 2 М раствора уксусной кислоты и 1 каплю тетрароданомеркурат аммония (NH4)2[Hg(SCN)4] . Через время рассмотреть бецветные кристаллы под микроскопом. | Мешает присутствие ионов Co2+, дающих нехарактерные кристаллы Co[Hg(SCN)4 ] синего цвета. |
[Zn(OH)4 ] 2– + S2– = ZnS↓ + 4OH – белый | К 15-20 каплям раствора, содержащего ионы цинка, добавляют 1 мл 6 М раствора NaOH и 10 капель 3% раствора пероксида водорода. Раствор перемешивают и нагревают на водяной бане до прекращения пузырьков газа. К полученному раствору добавляют несколько капель раствора Na2S и наблюдают образование белого осадка. | В случае присутствия других катионов III аналитической группы осадок, образующийся при действии щелочи и пероксида, перед добавлением сульфида натрия центрифугируют и отбрасывают. | |
2 К+ + 3 Zn2+ + [Fe(CN)6]4– = К2 Zn3[Fe(CN)6]2 ↓ белый | К 2 мл раствора соли цинка прибавляют 0,5 мл 5 % раствора калия ферроцианида. образуется белый осадок, нерастворимый в хлористоводородной кислоте. | Мешают катионы Cd 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ , Fe 3+. | |
Al 3+ | [Al(OH)4] – + NH4 + = Al(OH)3↓ + NH4OH белый | К 4-5 каплям раствора соли алюминия при перемешивании добавляют несколько капель 2 М раствора NaOH до полного растворения осадка гидроксида алюминия с образованием гидроксокомплекса. К полученному раствору прибавляют насыщенный раствор NH4Cl до рН ~ 9 (по индикаторной бумаге) и нагревают на водяной бане. Выделяется осадок гидроксида алюминия в виде белых студенистых хлопьев: | |
Каплю раствора соли алюминия на фильтровальной бумаге обрабатывают парами аммиака и добавляют 1-2 капли 0,2%-ного спиртового раствора ализарина C14H6O2OH. Полученное фиолетовое пятно обрабатывают уксусной кислотой до исчезновения фиолетовой окраски. Образуется розовое кольцо алюминиевого лака. | Проведению реакции мешают катионы Fe 3+, Cu 2+ , Cr 3+ . | ||
К 2 каплям раствора соли алюминия добавляют 1-2 капли 0,01%-ного раствора алюминона C21H11O9(NH4)3 и нагревают на водяной бане. Затем добавляют раствор аммиака до запаха и 2-3 капли раствора (NH4)2CO3 . Образуются красные хлопья алюминиевого лака. | Мешают катионы Ca 2+ , Fe 3+ , Cr 3+ . | ||
Cr 3+ | 2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4OH – = 2CrO42– + 8H2O желтый CrO4 2– + Ba2+ = BaCrO4↓ желтый | Реакция образования хромат-иона. K 2-3 каплям раствора соли хрома (III) прибавляют 4-5 капель 2М раствора NaOH, 5-6 капель 3% раствора H2O2 и нагревают на водяной бане до образования желтой окраски реакционной смеси, что свидетельствует о наличии в растворе иона Cr2O42– . Для доказательства образования хромат-иона к полученному раствору добавляют несколько капель 6М раствора уксусной кислоты до рН = 4-5 (контроль по универсальной индикаторной бумаге), после чего осаждают раствором соли бария желтый осадок хромата бария. | |
Cr2O72– + 4H2O2 + 2H + = 2Н2СrО6 + 3H2O синий | Образование надхромовой кислоты . 2-3 капли раствора, содержащие ионы хрома (III), подкисляют несколькими каплями 6М азотной кислоты, прибавляют избыток (5-6 капель) раствора KMnO4 и нагревают на водяной бане в течение 1-2 минут. Фиолетовая окраска раствора указывает на то, что взятого количества перманганата хватило для окисления всех имеющихся в растворе восстановителей (в том числе и Cr 3+ до Cr2O7 2– ), осадок образовавшегося диоксида марганца центрифугируют и отбрасывают. Центрифугат охлаждают под водопроводной водой, прибавляют к нему 8-10 капель изоамилового спирта и несколько капель раствора пероксида водорода. При этом избыток перманганата восстанавливается до бесцветного иона Mn2+ , а ионы Cr2O72– образуют надхромовую кислоту (Н2СrО6 ), которая экстрагируется в органическую фазу, окрашивая слой спирта в синий цвет | Реакция используется для дробного обнаружения ионов Cr3+ в присутствии всех остальных катионов III группы. В водном растворе надхромовая кислота неустойчива и быстро разлагается. | |
Mn2+ | 2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ = 2MnO4 – + 5Na+ + 5Bi3+ + 7H2O малиновый | К 1-2 каплям раствора соли марганца прибавляют 3-4 капли 6М раствора азотной кислоты и 5-6 капель воды, после чего вносят в раствор с помощью стеклянной лопатки немного порошка висмутата натрия NaBiO3. После перемешивания центрифугируют избыток висмутата натрия и наблюдают малиновую окраску центрифугата, возникающую в результате образования перманганат-иона | |
2Mn2+ + 5PbO2 + 4H + = 2MnO4 – + 5Pb 2+ + 2H2O малиновый | Реакцию окисления Mn 2+ до MnO4 – с помощью диоксида свинца (PbO2 ) проводят аналогично реакции с висмутатом натрия, но при нагревании на водяной бане в течение 1-2 минут: | ||
Co2+ | Co2+ + 4SCN– = [Co(SCN)4] 2– синий | К 2-3 каплям раствора соли кобальта (II) добавляют 8-10 капель насыщенного раствора тиоцианата аммония NH4SCN, 5-6 капель изоамилового спирта и взбалтывают. Образующийся в результате реакции роданидный комплекс кобальта экстрагируется в спиртовой слой, окрашивая его в синий цвет. | Роданидный комплекс кобальта неустойчивый в воде. Реакции мешает присутствие иона Fe3+ дающего с роданидом аммония кроваво-красную окраску, на фоне которой невозможно наблюдать синюю окраску комплекса кобальта. |
Co 2+ + [Hg(SCN)4] 2– = Co[Hg(SCN)4] ↓ голубой | К 2-3 каплям раствора соли кобальта (II) прибавляют равный объем раствора тетрароданомеркуратв аммония (NH4)2[Hg(SCN)4], охлаждают под водопроводной водой и потирают стенки пробирки стеклянной палочкой. Если при этом синий осадок не образуется, то в пробирку добавляют одну каплю раствора соли цинка и вновь потирают стенки пробирки стеклянной палочкой – при этом выпадает голубой осадок, содержащий тетра-роданомеркураты кобальта и цинка. | Тетрароданомеркурат цинка белый осадок. | |
Fe2+ | 3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3– = Fe3[Fe(CN)6]2 ↓ темно-синий | Несколько капель исследуемого раствора смешивают с одной каплей 2 М раствора НСl и 1-2 каплями раствора K3[Fe(CN)6]. Выпадает темно-синий осадок "турнбулевой сини". | |
Fe3+ | 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3 ↓ темно-синий | Несколько капель исследуемого раствора смешивают с одной каплей 2М раствора НСl и 1-2 каплями раствора K4[Fe(CN)6]. Выпадает темно-синий осадок "берлинской лазури": | Реакция проводится в слабокислых или нейтральных растворах (рН = 3-7), строго специфична и позволяет дробно обнаруживать ион Fe3+ в присутствии других катионов. |
Fe 3+ + 6SCN – = [Fe(SCN)6] 3– | К 2-3 каплям раствора соли железа (III) добавляют 1-2 капли раствора роданида аммония или калия и наблюдают красное окрашивание раствора. | Если затем на полученный окрашенных раствор подействовать фторидом аммония (или натрия), окраска исчезает вследствие образования более прочного бесцветного комплекса железа (III) с фторид-ионами: [Fe(SCN)6]3– + 6F – = [FeF6]3– + 6SCN – | |
Ni2+ | К 1-2 каплям раствора соли никеля добавляют 4-6 капель 2М раствора NH4OH и 2-3 капли спиртового раствора диметилглиоксима. Образуется ярко-красный осадок внутрикомплексной соли – диметилглиоксимата никеля. | Осадок растворим в сильных кислотах и заметно растворим в концентрированном растворе NH4OH. Если присутствуют мешающие проведению реакции ионы Fe2+, Cu2+, их предварительно связывают в нерастворимые соединения. | |
Cu2+ | 2Cu2+ + SO4 2– + 2NH4OH = (CuOH)2SO4 + 2NH4+ (CuOH)2SO4 + 4NH4OH = 2[Cu(NH3)4 ] 2+ + 2NH4 + синий | B пробирку внести 2 капли раствора меди, 1-2 капли 25 %-ного (концентрированного) NH3 и осторожно встряхнуть. Появляется синяя окраска. | Аммиачный комплекс меди при подкислении разрушается вследствие связывания NH3 ионами H+ с образованием более устойчивого комплекса NH4+ . При этом синяя окраска раствора переходит в голубую (цвет Cu 2+ - иона). |
2Cu 2+ + [Fe(CN)6]4– = Cu2[Fe(CN)6] ↓ красно-бурый | B пробирку внести 2 капли раствора меди, 1-2 капли раствора гексацианоферрата(II) калия K4Fe(CN)6 и осторожно встряхнуть. Выпадает красно-бурый осадок. | ||
Cd2+ | Cd 2+ + S 2− = CdS ↓ желтый | B пробирку внести 2 капли раствора кадмия и 2 капли раствора Na2S. Осторожно перемешать. Выпадает желтый осадок. | Мешает ион Cu2+ , образующий в этих условиях темнокоричневый осадок CuS. |
Hg2+ | Hg2+ + 2I – = HgI2 ↓ оранжево-красный HgI2 + 2I – = [HgI4] 2– светло-желтый | К 2-3 каплям раствора соли ртути (II) добавляют по каплям раствор KI до образования оранжевого осадка HgI2 и его последующего растворения с образованием комплексного иона [HgI4] 2– | |
Hg 2+ + Cu 0 = Hg 0 + Cu 2+ | Медную проволоку (или пластинку) помещают в фарфоровую чашку, добавляют 2-3 капли 6 М HNO3 и 1-2 капли раствора соли ртути (II). Образуется "серебряная" амальгама (Hg 0 – Cu 0 ) . | ||
2Fe 2+ + Hg 2+ → 2Fe 3+ + Hg 0 ↓ | К 3-4 каплям раствора Hg(NO3)2 добавляют 2-3 кристаллика FeSO4 и нагревают пробирку на водяной бане 1-2 минуты. Происходит восстанавление ионов Hg 2+ до металлической ртути. | Обнаружению ртути с помощью этой реакции мешают ионы Ag +. | |
Ag+ | Ag+ + I– = AgI↓ желтый | В пробирку внести 2 капли раствора серебра и 2 капли раствора KI, перемешать. Выпадает желтый осадок AgI, нерастворимый в NH3, растворимый в Na2S2O3 . | |
Pb2+ | Pb2+ + 2 I − ↔ PbI2 ↓ желтый | В пробирку внести 2 капли раствора свинца и 2 капли раствора KI, перемешать. Выпадет желтый осадок PbI 2 | Если прибавить к осадку несколько капель воды, 3 капли 2 М CH3COOH и поставьть пробирку в нагретую водяную баню, то через некоторое время осадок растворится. Аккуратно охладить пробирку под струей водороводной воды – выпадут блестящие золотистые кристаллы PbI2 , когда-то названные “золотым дождем”. |
Использованная литература:
1.Васильев химия в 2-х частях, М., Высшая школа, 1989.
2. Золотов аналитической химии. Методы химического анализа (2 кн.). М.: Высшая шола. 1996.
3. Ч. Кунце, Г Шведт Основы качественного и количественного анализа. М, Мир, 1997.
4. Пономарева химия. М., высшая школа.,1982.
5. , Душечкина химия. М., Медицина, 1994.
6. Цитович аналитической химии. М., Высшая школа, 1977.
7. , В. В Гусаров, , . Химическая идентификация веществ: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2002.
8. Алексеев химический полумикроанализ. M.: Химия. 1973.
