Опыт 3. Обнаружение железа
I
Железо образует два ряда устойчивых солей: соли железа (II) и соли железа (III). Растворы солей железа (III) содержат катион Fе3+ и имеют желтую или красно-бурую окраску, а растворы солей железа (II) - катион Fе2+ и имеют бледно-зеленую окраску.
Реакции катиона Fе3+
А) Действие группового реагента
Сульфид аммония (NH4)2S в присутствии аммонийной буферной смеси осаждает из растворов железа (III) Fе2S3 черного цвета. При растворении сульфида железа (III) в кислотах катион Fе3+ восстанавливается до Fе2+
Fе2S3 + 4Н+ = 2Fе2+ + S + 2Н2S
Таким образом, в процессе осаждения катионов III группы групповым реагентом железо (III) может быть определено неправильно. Поэтому обнаружение железа проводят дробными реакциями до осаждения остальных катионов групповым реагентом.
Б) Реакция с сильными основаниями
Щелочи NаОН и КОН, а также гидроксид аммония NН4ОН осаждают железо (Ш) из раствора его солей в виде красно-бурого аморфного гидроксида Fе(ОН)3, нерастворимого в избытке щелочи и солях аммония
Fе3+ + + 3ОН– = Fе(ОН)3
В) Реакция с гексацианоферратом (II) калия
Гексацианоферрат (II) калия K4[Fе(СN)6] дает с ионом Fе3 + темно-синий осадок берлинской лазури
4Fе3+ + 3[Fе(СN)6]4– = Fе4[Fе(СN)6]3
В разбавленной соляной кислоте осадок не растворяется, но растворяется в избытке реагента и разлагается в щелочной среде. Поэтому реакцию проводят в кислом растворе Ион цинка мешает реакции, так как образует с гексацианоферратом (II) калия белый осадок двойной соли.
К 1 - 2 каплям раствора соли железа (III) прибавьте столько же соляной кислоты и 2 - 3 капли раствора K4[Fe(СN)6].
Г) Реакция с роданидом калия или аммония
Роданиды NН4SCN или KSCN образуют с катионом Fе3+ комплекс, окра- шивающий раствор в кроваво-красный цвет
Fе3+ + SСN– = [Fе(SCN)]2+
При избытке реактива равновесие этой обратимой реакции смещается вправо, и окраска раствора усиливается.
Этой важнейшей и наиболее чувствительной реакции на железо (III) мешают щавелевая, винная, фосфорная кислоты, а также фториды, образующие с железом более прочные комплексные соединения.
Реакции катиона Fе2+
Д) Действие группового реагента
Сульфид аммония в присутствии аммонийной буферной смеси осаждает из раствора солей железа (II) черный сульфид железа FеS, хорошо растворимый в соляной кислоте
FеS + 2H+ = Fe2+ + H2S
При растворении осадка в концентрированной азотной кислоте железо окисляется до Fе3+
Fe3+ + 4H+ + NO3– = Fe3+ + N0 + S + 2Н2О
Этим обстоятельством иногда пользуются для последующего отделения железа действием гидроксида аммония.
Е) Реакция с сильными основаниями
Щелочи Na0Н или KОH осаждают железо (II) из растворов в виде гидроксида Fе(ОН)2 грязно-зеленой окраски. Кислород воздуха постепенно окисляет его до Fе(ОН)3. Осадок растворим в кислотах.
Гидроксид аммония осаждает Fе2+ не полностью, в присутствии солей аммония осаждения вообще не происходит.
Ж) Реакция с гексацианоферратом (III) калия
Гексацианоферрат (III) калия K3[Fе(СN)6] дает с ионом Fе2+ темно-синий осадок турнбулевой сини
ЗFе2+ + [Fе(СN)6]3– = Fе3[Fе(СN)6]2
Осадок нерастворим в соляной кислоте, но разлагается сильными основаниями с образованием гидроксида железа (II). Поэтому реакцию ведут в нейтральной либо слабокислой среде. Реакция чувствительна и чаще других используется для открытия Fе2+.
К 2 - 3 каплям раствора соли железа (II) прилейте 1 - 2 капли раствора K3[Fе(СN)6]. Наблюдайте образование характерного темно-синего осадка.
Опыт 4. Обнаружение катиона марганца Мn2+
Растворы солей Мn2+ имеют бледно-розовый цвет.
А) Действие группового реагента
Сульфид аммония (NH4)2S осаждает из растворов солей Мn2+ осадок сульфида марганца МnS телесного цвета, хорошо растворимый в сильных кислотах с выделением сероводорода.
Б) Реакция с сильными основаниями
Щелочи Na0H и KОН образуют с ионом Мn2+ белый осадок гидроксида марганца (II) Мn(ОН)2. Последний растворим в кислотах, но не растворяется в избытке щелочи. Кислородом воздуха он постепенно окисляется до бурого гидроксида марганца (IV)
2Мn(ОН)2 + О2 = 2МnO(ОН)2
Осадок МnO(ОН)2 получается также при окислении Мn2+ перекисью водорода в щелочной среде
Мn2+ + Н2О2 + 2OН– = МnО(ОН)2 + Н2O
К 2 - 3 каплям раствора соли марганца (II) прибавьте несколько капель раствора гидроксида натрия до появления белого осадка Мn(ОН)2 . Обратите внимание на то, что осадок постепенно буреет вследствие окисления гидроксида марганца (II).
Затем прибавьте к осадку 2 - 3 капли 3%-ного раствора Н2О2. Осадок сразу же становится буро-черным.
Гидроксид марганца (IV) растворяется в соляной кислоте при нагревании
МnО(ОН)2 + 4НС1 = МnС12 + С12 + 3Н2О
или в серной кислоте в присутствии перекиси водорода
МnO(ОН)2 + Н2О2 + Н2SО4 = МnSО4 + О2 + 3Н2О
Гидроксид аммония тоже осаждает марганец (II) в виде Мn(ОН)2, но в присутствии солей аммония осадок не образуется.
В) Окисление марганца (II) до МnО4–
Эта реакция является одной из важнейших для открытия марганца. При окислении марганца до МnО4– раствор окрашивается в характерный малиново-фиолетовый цвет.
Окисление марганца (II) диоксидом свинца РbО2 проводят в присутствии азотной кислоты и при нагревании
2Мg2+ + 5РbО2 + 6Н+ = 2НМnО4 + 5Рb2+ + 2Н2О
Выполнению реакции мешает избыток соли марганца (II), восстанавливающего анион МnО4– до гидроксида марганца (IV) бурого цвета. Кроме того, по этой же причине в растворе должны отсутствовать и другие восстановители, например ионы С1–.
Поместите в пробирку крупинку диоксида свинца РbО2, прибавьте 4 - 5 капель концентрированной азотной кислоты, нагрейте, прибавьте одну каплю раствора сульфата или нитрата (но не хлорида) марганца, перемешайте и снова нагрейте на бане. Убедитесь, что появившаяся окраска иона МnО4– исчезает при добавлении еще 3 - 4 капель соли марганца. Открываемый минимум реакции - 5 мкг марганца в I мл раствора.
Если в испытуемом растворе присутствуют анионы хлора, то их предварительно осаждают несколькими каплями нитрата серебра и образовавшийся осадок хлорида серебра удаляют центрифугированием.
Окисление персульфатом аммония (NH4)2S2O8
2Мn2+ + 5S2О82– + 8Н2О = 2НМnО4 + 10SО42– + 14Н+
Эту реакцию ведут в присутствии катализатора - нитрата серебра, без которого марганец (II) окисляется до бурого гидроксида МnО(ОН)2. Ионы хлора, и другие восстановители мешают выполнению реакции.
Окисление висмутатом натрия NaВiOз протекает по уравнению
2Мn2+ + 5NaВiOз + 16Н+ = 2НМnО4 + 5Вi3+ + 5Nа+ + 7Н2О
Эта реакция в отличие от изученных ранее идет на холоду и поэтому небольшой избыток соли марганца (II) не мешает.
На холоду анионы хлора реагируют с МnО4–, сравнительно медленно, поэтому в первый момент удается наблюдать появление малинового окрашивания раствора даже в присутствии Сl–.
Для выполнения реакции к 1 - 2 каплям раствора соли марганца (II) прибавляют 3-4 капли 6 н раствора азотной кислоты и 5 - 6 капель воды, после чего вносят в раствор немного порошка висмутата натрия. Перемешав, центрифугируют избыток реагента и фиксируют изменение окраски раствора. Эта реакция чрезвычайно чувствительна и очень удобна.