Факторы, влияющие на степень гидролиза
Для усиления или подавления гидролиза можно использовать химические и физические способы.
Химические способы основаны на изменении концентраций веществ, находящихся в равновесии. Если в раствор гидролизующейся соли ввести реагент, связывающий образующиеся при гидролизе ионы H+ и ОН-, то, в соответствии с принципом Ле Шателье, равновесие смещается в сторону усиления гидролиза; в результате гидролиз может протекать полностью до образования его конечных продуктов. Аналогичное действие оказывает добавление в раствор воды -разбавление наиболее простой способ усиления гидролиза.
Физическим способом равновесие при гидролизе может быть смещено путём изменения температуры. Обратный гидролизу процесс - реакция нейтрализации - протекает с выделением теплоты, а гидролиз представляет собой эндотермический процесс. Поэтому повышение температуры ведет к усилению гидролиза, а понижение - к ослаблению.
Реакции взаимного усиления гидролиза
Реакцию дающую точно такие же продукты, как и в предыдущем примере можно провести другим способом. Если взять раствор хлорида алюминия и добавить к нему раствор сульфида натрия, то вместо ожидаемого сульфида алюминия мы получим осадок гидроксида алюминия и сероводород:
2 А1С1з + 3 Na2S + 6 Н2O = 2 А1(0Н)3 + 3 H2S + 6 NaCl
2 А13+ + 6 Cl- + 6Na++3 S2- + 6 H2O = 2 A1(OH)3+3 H2S + 6Na+ + 6 Сl-
2 Al3+ +3 S2- + 6 H2O = 2 A1(OH)3+ 3 H2S
Такие реакции называются реакциями взаимного усиления гидролиза. В растворах AlCl3 и Na2S по отдельности устанавливаются равновесия:
Al3+ + H2O ↔ AlOH2+ + H+
S2- + H2O ↔ HS+ + OH-
При смешивании этих растворов протоны связываются гидроксид-ионами в молекулу воды и равновесие, в соответствии с принципом Ле Шателье, смещается вправо. Тоже самое происходит с последующими ступенями гидролиза катиона. В результате гидролиз катиона алюминия и сульфидного аниона проходит практически до конца. Поэтому в уравнениях гидролиза таких солей между исходными веществами и продуктами реакции ставят знак "=" или "→”. Приведем еще один пример подобной реакции:
Na2SiO3 + 2 NH4CI + 2Н2О = H2SiO3 + 2NH4OH + 2NaCl
2Na+ + SiO32- + 2NH4+ +2Сl- + 2H2O = H2SiO3 +2NH4OH + 2Na+ + 2Сl-
SiO32- + 2 NH4+ + 2H2O = H2SiO3+ 2 NH4OH
Лабораторный практикум.
«Качественные реакции на V и VI группы катионов
Кислотно-основной классификации»
V группа катионов
Групповым реагентом на катионы V группы является 2М раствор щелочи (NаОН или КОН). Щелочи осаждают катионы из растворов в виде гидрокcидов металлов, растворимых в разбавленных сильных кислотах, но не растворимых в избытке щелочей и в растворах аммиака.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ МАГНИЯ
1. Действие NaOH (групповой реагент).
Mg2+ + 2NaOH →Mg(OH)2
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА.
К 3 каплям соли Mg2+ прибавить столько же капель NaOH. При этом выпадает белый аморфный осадок Mg(OH)2.
2. Действие гидрофосфата натрия. (Реакция фармакопейная).
Гидрофосфат натрия образует с солями магния в присутствии NH4OH и NH4Cl белый кристаллический осадок фосфата магния и аммония MgNH4PO4, pacтвopимoro в минеральных кислотах и СНзСООН.
Mg(NO3)2 + Na2HPO4 + NH4OH → MgNH4PO4 + 2NaNO3 + Н2О
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить З капли Mg(NO3)2, 4 капли 2М раствора НС1 и 2 капли Na2HPO4.Затем прибавить 1 каплю фенолфталеина и по одной капле 2М раствора NH4OH, перемешивая до образования розовой окраски раствора. Сначала аммиак нейтрализует кислоту с образованием NH4CI, которая нужна для предупреждения выпадения в осадок Mg(OH)2. Когда нейтрализация закончится, начинается выпадение кристаллического осадка MgNH4PO3.
Определению магния по данной реакции мешают ионы Sr2+, Ba2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Mn2+, Fe2+, Co2+.
3. Действие 8-оксихинолина (C9H6NOH).
Оксихинолин образует с аммиачными растворами солей магния зеленовато-желтый кристаллический осадок оксихинолината магния Mg(C9H6NOH)2.
Mg(NO3)2 + 2С9Н6NОН → Mg(С9H6NOH)2 + 2HNO3
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 каплям раствора соли магния Mg(NO3)2 прибавить по капле растворов NH4CI и NH4OH, а затем добавить три капли спиртового раствора оксихинолина, при этом выпадает зеленовато-желтый кристаллический осадок. Осаждение происходит только при рН =8 - 10.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ МАРГАНЦА
1. Действие щелочей.
С ионами Мn2+ едкие щелочи образуют гидроокись - осадок белого цвета, не растворимый в избытке щелочи.
Мn2+ + 2OН- → Мn(ОН)2
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить 3 капли раствора соли Мn2+ и добавить 3 капли КОН или NaOH.
2.Действие Н2О2 в щелочной среде.
Перекись водорода в щелочной среде окисляет Мn2+ до Н2МnОз.
Мn(ОН)2 + Н2O2 → Н2МnO3 + Н2O
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2-3 каплям раствора Mn(NO3)2 прилить 3 капли 6%-ного раствора Н2О2 и столько же 6М NaOH. Содержимое пробирки нагрейте. Выделяется коричневый осадок Н2МnОз.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЖЕЛЕЗА (II)
1.Реакция с едкими щелочами.
С ионами железа (II) образуют гидроксид железа Fе(ОH)2, осадок зеленого цвета, буреющийна воздухе вследствие окисления кислородом воздуха Fe(OH)3.
2.Реакция с K3[Fe(CN)6] –гексацианоферрат (III) калия
(реакция фармокопейная)
3FeSO4 = 2K3[Fe(CN)6] → 3K2SO4 + Fe3[Fe(CN)6]2
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТ
К 3 каплям соли Fe2+ прибавить 2 капли HCI и 2 капли K3[Fe(CN)6]. Образуется синий осадок турнбулевой сини.
3. Действие диметилглиоксима (реактива Чугаева)
Реактив Чугаева с ионами Fe2+ дают растворимую в воде внутрикомплексную соль розово-красного цвета.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку прилить 3 капли соли Fe2+, 2 капли винной кислоты, 2-3 капли NН4OH и 2 - 3 капли спиртового раствора диметилглиоксима. Образуется растворимое комплексное соединение диметилглиоксимата железа (II) красно-розового цвета.
Реакция мешают ионы Fe2+, Ni2+, поэтому Fe3+ связывают в комплексное соединение с винной кислотой, a Ni 2+ при помощи KCN переводят комплексный ион [Ni(CN)4]2-
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЖЕЛЕЗА (III)
1. Гидроксиды щелочных металлов образуют с ионами Fe3+, бурый осадок Fe(OH)3. Осадок нерастворим в избытке щелочей.
2.Действие гексацианоферрата калия K4[Fe(CN)6]
Гексацианоферрата калия образует с ионами Fe3+ темно-синий осадок берлинской лазури.
4FeCI3 + 3K4[Fe(CN)6] → 12KCI + Fe4[Fe(CN)6]
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить 4 капли FeCl3, 2 капли HCI
и 3 капли K4[Fe(CN)6]. При этом выпадает темно – синий осадок берлинской лазури.
3. Действие роданида аммония (NH4CNS)
Роданид-ион образует с ионами Fe3+ кроваво – красный раствор Fe(CNS)3.
FeCl3 + 3NH4CNS → Fe(CNS)3 + 3NH4Cl
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 4 каплям FeCl3 прибавить 2-3 капли воды, затем 2 капли NH4CNS; при этом образуется кроваво – красный цвет раствора. К этому же раствору прибавьте фосфорную, щавельную, винную или лимонную кислоту, красная краска исчезает, вследствие образования комплексного соединения.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ВИСМУТА
1.Гидролиз солей висмута. Соли висмута подвергаются гидролизу, при этом выпадает белый осадок основной соли висмута, которая неустойчива и быстро переходит в хлорид висмутила BiOC1.
BiCl3 + 2H2O → Bi(OH)2Cl↓ + 2HCl
Bi (OH)2Cl → BiOCl↓ + H2O
осадок BiOCl растворим в минеральных кислотах и нерастворим в винной кислоте.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить 3 капли раствора соли висмута BiCl или Вi(NОз)з + NH4CI и разбавить 4-кратным избытком дистиллированной воды. При этом выпадает белый осадок BiOCl.
2.Восстановление SnCl2. SnCl2 восстанавливает Bi3+ до металлического висмута, выпадающего в виде черного осадка:
SnCl2 + 4NaOH → Na2SnO2 + 2NaCl + 2H2O
Bi(NO3)3 + 3NaOH → Bi(OH)3↓ + 3NaNO3
Bi(OH)3 + 3Na2SnO2 → Bi↓ + 3Na2SnO3 + 3H2O
Раствор соли олова должен быть свежеприготовленным.
3.Реакция с сульфидом натрия (Реакция фармокопейная).
Сульфид натрия Na2S в кислой среде дает с солями висмута (III) коричнево-черный осадок Вi2S3:
2Bi3+ + 3S2- → Bi2S3
Bi2S3 + 8HNO3 → 2Bi(NO3)3 + 2NO + S + 4H2O
VI гpyппа катионов
Действие группового реагента NH4OH.
При взаимодействии катионов данной группы с раствором аммиака в эквивалентных количествах образуются различного различного цвета осадки основных солей, гидроксидов и амидокомплексов. В избытке NH4OH осадки растворяются с образованием различной окраски аминокомплексов.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ МЕДИ (II)
1. Действие группового реагента.
Водный раствор NH4OH, взятый в эквивалентном количестве, c солями меди образует голубовато-зеленый осадок основной соли. В избытке аммиака осадок растворяется с образованием амминокомплекса синего
цвета
2 CuSО4 + 2 NH4OH → (CuOH)2SО4 ↓ + (NH4)2SO4
(CuOH)2SО4 +8NH4OH → 2 [Cu(NH3)4]2+ + SO42- + 2ОH- +8H2O
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить 3 капли соли меди и прибавить 1- 2 капли 2М раствора NH4OH. К полученному раствору прибавить при перемешивании несколько капель концентрированного раствора NH4OH до растворения осадка.
2.Едкие щелочи NaOH и КОН образуют с катионами Сu2+ голубой
осадок Сu(ОН)2:
Сu2+ + 2OH- → Сu(ОН)2↓
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 4-5 каплям раствора CuSO4 прибавить 3-4 капли 2М раствора NaOH. Осадок разделить на три части
а) первую часть прокипятить до появлении осадка СuО черного цвета,
б) ко второй части добавить 2-3 капли 2М раствора НС1 до растворения,
в) к 3 части добавить 2-3 капли 6М раствора NaOH. Написать уравнения к этим реакциям,
3.Гексацианоферрат калия (II) K4[Fe(CN)6] осаждает ион Сu2+ в виде гексацианоферрата (II) меди красно-бурого цвета:
2Сu2+ +[Fe(CN)6]4- → Cu2[Fe(CN)6] ↓
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2-3 каплям раствора CuSO4 прибавить 1-2 капли реактива. Осадок разделить на две части:
а) к одной части прибавить 2-3 капли 2М раствора НСl. Осадок не растворяется.
б) К другой части прибавить 2-3 капли 2М раствора NaOН. Осадок разлагается с образованием Сu(ОН)2.
Cu2[Fe(CN)6] + 4NaOH → 2Cu(OH)2 + Na4[Fe(СN)6]
4. Тиосульфат натрия Na2S2O3 осаждает катионы меди в виде осадка CuS черного цвета.
CuSO4 + Na2S2O3 + H2O → CuS ↓ +Nа2SO4 + H2SO4
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить 2 — 3 капли раствора соли меди, прибавить 4-5 капель 1М раствора H2SO4 и 2 - 3 кристаллика Na2S203. Перемешать и нагреть.
При избытке реактива подкисленный раствор соли меди обесцвечивается, вследствие образования тиосульфатного комплекса одновалентной меди. При нагревании комплекс разлагается с образованием темно-бурого осадка смеси Cu2S с серой:
2CuS04 + 4Na2S203 -> Cu2S ↓ + S ↓ + 3Na2S04 + Na2S4O6 + SO2 ↑
6. Реакции окрашивания пламени. Соли меди окрашивают бесцветное пламя горелки в синий или зеленый цвет.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ НИКЕЛЯ
1. Действие группового реагента.
К 3 каплям раствора Ni2+ прибавить 1-2 капли 2М раствора NH4OH. Образуется основная соль.
2NiSO4 + 2NH4OH → (NiOH)2SO4 ↓ + (NH4)2SO4
светло-зеленый
К полученному осадку при перемешивании добавить 3-4 капли концентрированного раствора NH4OH. Происходит растворение осадка и образование комплексного соединения:
(NiOH)2SO4↓ + 12NH4OH -> 2[Ni(NH3)6](OH)2 + (NH4)2SO4 + 12H2O
синий
2. Едкие щелочи NaOH и КОН осаждают ионы никеля в виде Ni(OH)2 светло – зеленого цвета:
Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2
ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ
К 1-2 каплям раствора соли никеля прибавить 1-2 капли 2М раствора NaOH. Полученный осадок разделить на 2 части. К одной части прибавить 3-4 капли 2М раствора NaOH. Осадок не растворяется. К другой части раствора прибавить
3-4 капли 2М раствора HCl. Осадок растворяется с образованием растворимой соли никеля:
Ni(OH)2 + 2HCl →NiCl2+H20
3. Диметилглиоксим (Реактив Чугаева) осаждает катионы Ni2+ в среде амиака в виде внутрикомплексного соединения ало-красного цвеета.
ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ
К 2-3 каплям раствора соли никеля добавить по 2-3 капли NH4OH и 2-3 капли реактива Чугаева. Полученный осадок разделить на 2 части и проверить на растворимость в НСl и концентрированном растворе NH4OH.
Реакции мешают ионы Fe2+, Cu2+. Для удаления мешающего влияния данных катионов, их связывают в нерастворимые фосфаты.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ КОБАЛЬТА
1. Действие группового реагента. Раствор NH4OH, добавленный в эквивалентном количестве осаждает катион Со2+ в виде основной соли СоOHCI синего цвета.
ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ
К 3 каплям раствора соли Со2+ прибавить 1-2 капли 2М раствора NH4OH.
CoCI2 + NH4OH -> CoOHCl + NH4CI
синий
Полученный осадок разделить на 2 части: к первой части прибавить 4 капли 3%-ого раствора Н202,а затем в обе части осадка добавить 4 капли насыщенного раствора NH4OH и 3-4 капли насыщенного раствора NH4C1.
В первой пробирке происходит реакция образовании комплексного соединении гексаамминкобальта (III) вишнево-красного цвета:
2СоСl2 + 10NH4OH + 2NH4Cl + Н202 -> 2[Со(NНз)6]С1з + 12Н2О
Во второй пробирке происходит образование комплексного соединении гексаамминкобальта (II) желто-бурого цвета:
CoOHCl + 5NH4OH + NH4CI → [Co(NH3)6]Cl + 6H20
2. Едкие щелочи NaOH и КОН осаждают катионы Со2+ в виде основной соли синего цвета:
СоСl2 + NaOH → 4СоОНСl + NaCl
синий
ВЫПОЛНЕНИЕ РЕАКЦИИ
К 2-3 каплям раствора соли Со2+ прибавить 1-2 капли 2М раствора NaOH. Осадок разделите на 2 части.
К одной части прибавить 1-2 капли 2М раствора NaOH и нагреть на водяной бане.
CoOHCl + NaOH → Co(OH)2 + NaCl
Образуется гидроксид кобальта Со(ОН)2 розового цвета. Осадок разделите на 2 части и убедитесь, что он растворяется в кислотах и щелочах при нагревании.
3 .Реакция с H2O2.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместите 2-3 капли раствора соли Со2+, добавьте 1-2 капли 2М раствора NaOH и 2 капли 3% раствора Н2О2.
Образуется осадок Со(0Н)3 бурого цвета:
2CoCl2 + 4NaOH + H2О2 → 2Co(OH)3 ↓ + 4NaCl
Убедитесь, что в отличие от Со(ОН)2 осадок Со(ОН)3 не растворяется в кислотах.