Лабораторна робота 4. Реакції катіонів 3-ї групи

Алюміній

4.1.1. Осадження Al(OH)₃(s), його амфотерність. У пробірку налийте 3 краплі розчину Al(NO₃)₃ й додайте 3 краплі розчину аміаку. Розчин з осадом поділіть на 2 пробірки. Осади відокремте на центрифузі, промийте. У 1‑у пробірку додайте розчин із с(HNO₃) = 3 моль/л, а у 2‑у – розчин із с(NaOH) = 6 моль/л до розчинення. До розчину в 2‑й пробірці додайте рівний об’єм розчину NH₄Cl й нагрійте суміш на водяній бані.

Поясніть спостереження за КЛД для системи Al(OH)₃(s) - рH. У якому інтервалі рН алюміній (III) практично повністю осаджується? Запишіть рівняння реакцій, ураховуючи утворення аніонних гідрокомплексів та роль NH₄⁺ як катіонної кислоти Бренстеда.

4.1.2. Реакція Аl (III) із морином. Нанесіть на цупкий фільтрувальний папір краплю насиченого спиртового розчину (бажано нещодавно приготованого) морину, жовтого барвника з екзотичних дерев, підсушіть й нанесіть

на неї краплю розчину Al(NO₃)₃. Папір опроміньте ультрафіолетовим (УФ) світлом. Відзначте колір флуоресценції лаку Al(OН)₃ із морином.

4.2. Цинк (ІІ)

4.2.1. Осадження Zn(OH)₂(s) та його амфотерність. Виходячи з розчину Zn(NO₃)₂, здійсніть операції, вказані у досліді 4.1.1 для Al(OH)₃.

Відзначте схожість та різницю у результатах. Які комплекси цинку (ІІ), що не характерні для алюмінію (ІІІ), обумовлюють різницю? Запишіть рівняння реакцій і найдіть їх lg K. Побудуйте КЛД для Zn(OH)₂(s) - рН.

4.2.2. Реакцiя Zn (ІІ) із (NH₄)₂Hg(SCN)₄. Пересторога: залишки солей ртутi (отрута!), що входить до складу реактиву, зливати у спецiальний посуд.

На годинникове скло нанесіть по краплi розчинів Zn(NO₃)₂, розведеного Co(NO₃)₂, а потiм (NH₄)₂Hg(SCH)₄. Поверхню годинникового скла потріть скляною паличкою. Через декiлька секунд (не бiльше нiж 2 хв) випадає блакитний осад змішаної фази ZnHg(SCN)₄(s) та CoHg(SCN)₄(s).

4.2.3. Мікрокристалоскопічний варіант реакцiї.На предметне скло нанесіть краплю розчину ZnCl₂ та краплю розчину з c(HAc) = 3 моль/л. Трохи нагрійте й обробіть краплею розчину (NH₄)₂Hg(SCH)₄.

.
Реакція Zn2+ із Hg(SCH)42‑ в присутності Со2+.	Реакція Zn2+ із Hg(SCH)42‑ й невеликої кількості Сu2+, яка надає осадові блакитного забарвлення. Використовують, щоб виявити як Zn2+, так і Сu2+).

Утворюються характерні кристали − хрести та дендрити. Якщо концентрація Zn²⁺ мала, то форма кристалів – трикутники та клини. Наявність інших іонів металів змінює вигляд кристалів.

4.2.4. Екстракцiйне вiдокремлення комплексу цинку (II) з тiоціа­натом. 3 краплi розчину Zn(NO₃)₂ пiдкисліть рівним об’ємом розчину з с(HCl) = 3моль/л, додайте 3-4 краплi розчину NH₄SCH. Ця сумiш не має бути забарвленою (при рожевому забарвленні через домiшки залiза (III) у реактивах додайте NaF, маскуючи залiзо (III) у стійкі безбарвні комплекси)_.

До сумiшi додайте рiвний об’єм метилiзобутилкетона й енергiйно перемішайте. Органiчну фазу вiдберіть пiпеткою в окрему пробiрку, куди внесіть рiвний об’єм розчину з с(NH₃) = 3 моль/л. Перемiшайте. Вiдберіть водяний шар реекстракта, пiдкисліть його оцтовою кислотою (перевiрте середовище) й виявіть Zn (II), як описано у попередньому пунктi. Аналоґiчнi операції здійсніть із розчином Al(NO₃)₃ й SnCl₂, щоб переконатись, що вони не дають реакцiї. Хром (VI) у кислому середовищi окиснює тiоціанат i заважає реакції, але під час аналізу хром (VI) вiдокремлюють ранiше за цинк (II).

Запишіть рiвняння реакції. Чи можна використовувати екстракцiю i реекстракцiю, щоб концентрувати цинк (II)?

Хром

4.3.1. Осадження Cr(OH)₃(s) та його амфотерність.До 3 крапель розчину Cr(NO₃)₃ у пробiрці додайте 3 краплi розчину амiаку. Розчин із осадом подiліть на 2 пробiрки. Осади відокремте на центрифузі й промийте. До осаду в 1‑й пробiрцi додайте розчин із с(HNO₃) = 3 моль/л, а в 2‑й – розчин із с(NaOH) = 6 моль/л до розчинення.

На основi КДД для системи Cr(OH)₃(s) − рH поясніть спостереження. Запишіть рiвняння реакцій.

4.3.2. Окиснення хрому (III) до хрому (VI).До 2-3 крапель розчину Cr(NO₃)₃ у пробiрцi поступово додайте розчин із с(NaOH) = 6 моль/л до розчинення осаду Cr(OH)₃(s), що випадає спочатку, а потiм 2-3 краплi розчину H₂O₂ із масовою часткою 3 %. Пiдiгрiйте сумiш на водянiй банi до переходу кольору розчину в жовтий, властивий іонові CrO₄^2‑.

Зауваження. Щоб визначити можливість окисно-відновного перетворення, розглянемо реакцію, в якій вихідні реагенти та продукти є переважаючими у тій області рН, що реалізується у системі. Наприклад,

звідки, за ЗДМ,

[Cr(OH)₄^‑] × [H⁺] / [Cr(OH)₃] = 10^‑9,4, [Cr(OH)₄^‑] / [Cr(OH)₃] = 10^{(‑9,4 + pH)},

[Cr(OH)₄^‑] / [Cr(OH)₃] > 1 при pH > 9,4.

Константу перетворення між переважаючими при 9,4 < pH < 11,65 продуктами обчислімо з лінійної комбінації реакцій

При pH > 11,65 переважаючим учасником, замість H₂O₂, стає HO₂^‑.

Якi окисники можна запропонувати для окислення хрому (III) у кислому середовищi? Запишіть рiвняння реакцiй i обчислити їх lg K.

4.3.3. Реакцiя CrO42‑ із бензидином.На фільтрувальний папір нанесіть краплю попередньо розведеного роз-

чину K₂CrO₄ (1:20), а поруч краплю оцтовокислого бензидину. На перетині плям утворюється синє забарвлення «бензидинової сині»,

Запишіть рiвняння напівреакцій та їх лінійну комбінацію. Простежте аналоґiю з окисненням гідрохінону в хiнгiдрон. Чи є «бензидинова синь» характерною реакцією тiльки на хром (VI)?

4.3.4. Реакцiя CrO₄^2‑ з дифенiлкарбазидом.У пробiрку уведіть краплю розчину К₂CrO₄, долийте доверху водою й вилийте її вміст. Щоб виявити хром (ІV), достатньо розведеного розчину, що залишився на стінках. Додайте у пробірку 10 крапель дистильованої води, 1-2 краплі розчину із с(H₂SO₄) = 3 моль/л й розчин дифенілкарбазиду до червоно-фіолетового забарвлення. Продукт окиснення реагенту − дифенілкарбазон, утворює комплекс із незвичним окисним станом, хромом (ІІ),

D

+ 2 H+ + 2 e‑,

4.4. Станум (ІІ) та станум (ІV)

4.4.1. Осадження Sn(OH)₂(s) та Sn(OH)₄(s), їх амфотерність.В окремих пробірках до солянокислих розчинів SnCl₂ та SnCl₄ додайте розчин із с(NaOH) = 6 моль/л до виділення білих осадів. Поділіть кожну з суспензій на дві частини, осади відокремте на центрифузі. Перевірте їх розчинність у кислоті та лузі. Запишіть рівняння реакцій, враховуючи, що у вихідних розчинах станум знаходиться в аніонних хлорокомплексах.

4.4.2. Відновні властивості станума (ІІ).(а) Відновлення бісму­ту (ІІІ).До 2 крапель розчину SnCl₂ додайте по краплях розчин із с(NaOH) = 6 моль/л, поки осад, що виділився, не розчиниться. В окремій пробірці, змішуючи розчини Bi(NO₃)₃ та NaOH, отримайте осад Bi(OH)₃(s). Змішайте вміст пробірок, відзначте колір осаду.

Запишіть рівняння реакцій перетворення стануму (ІІ) та бісмуту (ІІІ) у відповідні гідроксокомплекси та осад гідроксиду, а також окисно-відновні реакції у лужному середовищі.

(б) Відновлення (NH₄)₃[PMо₁₂O₄₀], тетрадека‑оксододекамолібдо­фосфату (VI) триамонію. До 2 крапель розчину NaHPO₄ додайте 10 крапель молібденової рідини (розчину (NH₄)₂MоO₄ у азотній кислоті). Після того, як склад пробірки охолодиться, розведіть його, додавши 2 мл дистильованої води, й по краплях додайте розчин SnCl₂. З’являється колоїдна «молібденова синь», що містить молібден у різних ступенях окиснення.

Що легше відновлюється: молібден (VI) у вихідній солі або у гетерополікіслотах?

4.4.3. Відновлення стануму (VI).У 2 пробірки внесіть по 5 крапель розчину SnCl₄ і по 2-3 краплі розчину з с(HCl) = 12 моль/л. В одну з пробірок вмістіть шматочок металевого цинку, а в другу − заліза. Обидва розчини випробуйте на присутність стануму (II) за однією з вивчених Вами реакцій.

Запишіть рівняння реакцій відновлення хлорокомплексів стануму (VI) й обчисліть їх умовні lg K’.

4.4.4. Мікрокристалоскопічна реакція. На ретельно вимите предметне скло мікроскопа нанесіть краплю розчину з с(SnCl4) = = 3 моль/л, додайте краплю розчину з с(NH3) = 3 моль/л й краплю розчину з с(НCl) = 2 моль/л. Предметне скло обережно нагрійте, поки не з’явиться облямівка навколо розчину, SnCl4 + 2 NH4+ + 2 Cl‑ D D (NH4)2SnCl6 (s). Зразок охолодіть, поставте на предметний столик мікроскопу, вста­новіть збільшення у межах 56 й спостерігайте візуально (можлива фотореґістрація). На фото подано кристали: (а) – через 10 хв. після початку кристалізації; (б) – те ж після 20 хв.; (в) – те ж після 30 хв.

4.4.3. Реакція стануму (VI) з дитіолом.До 2 крапель розчину SnCl₄ в пробірку додайте краплю розчину з с(HCl) = 12 моль/л і по 3 краплі розчину дитіолу. Відзначте колір розчину, обумовлений сполукою

4.4.5. Забарвлення полум’я.У чашку внесіть 1-2 краплі розчину солі станума у будь-якому окисному стані, додайте 5-6 крапель розчину з с(HCl) = 12 моль/л й шматочок металевого цинку. У велику пробірку налийте водопровідної води як охолоджуючого засобу. У рідину, що знаходиться в чашці, встроміть дно пробірки і внесіть на деякий час у безбарвне полум’я газового пальника. На дні пробірки з’являються вогники волошково-синього кольору, що бігають. Слід вносити пробірку в кінець полум’я, неглибоко. Заощаджуйте час, інакше весь станум відновиться до метала продуктами неповного згорання газу, й ефект зникне.

Таблиця 9

Реакції катіонів 3-ї аналітичної групи

Таблиця 9 (продовження)