Характерные реакции катионов ЖЕЛЕЗА(III)
Растворы солей Fe3+ устойчивы на воздухе и имеют желтую или красно-бурую окраску.
1. Реакция с гексацианоферроатом калия.
K4[Fe(CN)6] образует с Fe3+ темно-синий осадок «берлинской лазури»:
Fe3+ + K+ + [Fe(CN)6]4- ⇆ KFe[Fe(CN)6]↓
Как показывают рентгеноструктурные исследования, турнбулева синь и берлинская лазурь имеют одинаковую кубическую решетку. Атомы Fe(II) окружены атомами углерода, а атомы Fe(III) – азота цианидных групп, таким образом, состав образующегося полимерного иона можно представить следующим образом: [FeII(CN)FeIII]. Реакцию проводят в кислой среде, так как едкие щелочи разлагают осадок с выделением Fe(OH)3. Реакция высоко избирательна.
Выполнение реакции. В пробирку с несколькими каплями FeCl3 добавить 3–4 капли дистиллята, 1–2 капли соляной кислоты и 2 капли реагента. Наблюдать образование характерного осадка.
2. Реакция с тиоцианатом аммония (калия).
NH4SCN образует с солями железа(III) тиоцианат железа кроваво-красного цвета. В зависимости от концентрации реагента могут образоваться комплексы различного состава [Fe(SCN)n]3-n, где
n = 1–6. Поскольку реакция обратима, добавление избытка SCN- усиливает окраску. Комплексы железа хорошо экстрагируются изоамиловым спиртом или эфиром. Реакция имеет низкий предел обнаружения, высоко избирательна. Мешают анионы F-, PO43-, некоторые органические кислоты, дающие с Fe3+ растворимые бесцветные комплексы типа [FeF6]3-, [Fe(PO4)2]3-.
Выполнение реакции. В пробирку с 1–2 каплями хлорида железа(III) и 4–5 каплями раствора соляной кислоты по каплям добавлять раствор NH4SCN. Добавить несколько капель C5H11OH. Что наблюдается? Повторить тот же опыт в присутствии NaF. Сравнить результаты.
3. Реакция с иодидом калия.
Поскольку катионы Fe3+ являются окислителями, при взаимодействии с KI происходит выделение свободного иода:
2Fe3+ + 2I- ⇆ 2Fe2+ + I2
Органические растворители: бензол, хлороформ экстрагируют йод из водного слоя и окрашиваются в фиолетовый цвет.
Выполнение реакции. В пробирку с несколькими каплями FeCl3 добавить равный объём KI. Отметить происходящие изменения. Добавить 1 мл бензола, хорошо встряхнуть. Что наблюдается?
Характерные реакции катионов МАРГАНЦА
Растворы солей Mn2+ имеют бледно-розовую окраску, разбавленные растворы-бесцветны. Характерными являются окислительно-восстановительные реакции, в которых происходит окисление Mn2+ до высших степеней окисления в зависимости от природы окислителя и рН раствора. Устойчивы соединения, в которых марганец проявляет степень окисления +2, +4, +7.
1. Окисление Mn2+ до МnO4– кислой среде.
В качестве окислителей можно использовать (NH4)2S2O8, PbO2, NaBiO3. Окисление идёт по уравнениям:
2Mn2+ + 5PbO2 + 4H+ ⇆ 2MnO4- +5Pb2+ + 2H2O (а)
2Mn2+ + 5S2O82-+ 8 H2O ⇆ 2MnO4- + 10 SO42- + 16H+ (б)
Обе реакции проводят в азотнокислой среде (рН < 2), при умеренном нагревании, малой концентрации Mn2+. Анионы-восстановители Cl¯, Br¯, I¯ и другие, мешают, так как проводят восстановление образующегося MnO4-, такое же действие может оказать избыток Mn2+.
2MnO4- + 10Cl- + 16H+ → 2Mn2+ + 5Cl2↑+8H2O
2MnO4- + 3Mn2+ + 7H2O ⇆ 5MnO(OH)2↓+ 4H+
Реакция (б) протекает в присутствии катализатора AgNO3:
2Ag+ + S2O82- ⇆ 2Ag2+ + 2SO42-
Mn2++ 5Ag2++ 4H2O ⇆ MnO4- + 5Ag+ + 8H+
Катализатор регенерируется и снова вступает в реакцию. В отсутствии Ag+ и избытке Mn2+ образуется бурый осадок MnO(OH)2.
Выполнение реакции.
Поместить в пробирку немного PbO2, добавить 1 мл 6N HNO3, нагреть. Через 1–2 минуты рассмотреть цвет раствора. Если окраска будет малиновая, PbO2 содержит следы марганца и для опыта непригодна. Если же окраски нет, добавить 2–3 капли исследуемого раствора Mn2+, разбавленного в 10 раз, перемешать и снова нагреть. Что наблюдается?
2. Окисление Mn2+ до MnO(OH)2 в щелочной среде.
H2O2, Cl2+H2O, Br2+H2O в щелочной среде окисляют Mn2+ до марганцоватистой кислоты, выпадающей в виде тёмно-бурого осадка:
Mn2+ + OH- + H2O2 ⇆ MnO(OH)2↓+ H2O
MnO(OH)2 нерастворим в растворе серной кислоты. Если, кроме H2SO4 , прибавить еще 1–2 капли H2O2, то идёт растворение:
2MnO(OH)2↓ + 8H+ + 2 H2O2 → 2Mn2++ 8H2O + O2↑
Выполнение реакции. К нескольким каплям MnSO4 или Mn(NO3)2 добавить равные объёмы NaOH и H2O2. Слегка подогреть. Что наблюдается? Испытать действие растворов H2SO4 и H2O2. Разобрать переход электронов в окислительно-восстановительных реакциях, пользуясь методом полуреакций.
Характерные реакции катионов МАГНИЯ
Растворы солей магния бесцветны.
1. Реакция с гидрофосфатом натрия.
Na2HPO4 даёт с Mg2+ в присутствии аммиачного буфера белый кристаллический осадок двойного фосфата:
Mg2+ + HPO42- + NH3(р-р) ⇆ MgNH4PO4↓
Кристаллы имеют характерную форму (Рис.). При рН > 9 могут выпасть осадки Mg(OH)2 и Mg3(PO4)2.
Выполнение реакции.
а) Смешать в пробирке 3–4 капли раствора соли Mg2+, 4–6 капель 2N HCl и 1–2 капли Na2HPO4. Затем по каплям прибавлять 10% раствор аммиака. Сначала аммиак расходуется на нейтрализацию H+ с образованием NH4+, затем начинается осаждение двойного фосфата. Из разбавленных растворов осадок выпадает не сразу. Способствует созданию центров кристаллизации трение стенок пробирки стеклянной палочкой.
б) Микрокристаллоскопическая реакция. На предметное стекло помещают каплю раствора, содержащего Mg2+, рядом помещают каплю раствора реагента (смесь Na2HPO4 , NH4Cl и NH3). Стеклянной палочкой соединяют капли и рассматривают под микроскопом образовавшиеся кристаллы.
Рис. Кристаллы MgNH4PO4·6H2O образующиеся при медленной (слева) и быстрой (справа) кристаллизации.
Характерные реакции катионов ВИСМУТА
Висмут в соединениях проявляет степени окисления +3 и +5. Растворы солей висмута бесцветны.
1. Реакция восстановления Bi3+ до металлического Bi0.
При действии Sn2+ в щелочной среде происходит взаимодействие по уравнению:
Sn2+ +4OH- ⇆ [Sn(OH)4]2-
2Bi3+ + 3[Sn(OH)4]2- + 2OH-⇆ 2Bi0 + 3[Sn(OH)6]2-
и сопровождается образованием металлического висмута в виде черного осадка. Мешают соли Hg2+ и Sb3+.
Выполнение реакции. К 2 каплям свежеприготовленного раствора SnCl2 прибавить 8–10 капель раствора NaOH до образования гидроксостаннит-иона, затем каплю Bi(NO3)3. Наблюдать выпадение осадка.
2. Реакция с иодидом калия.
КI образует с солями Bi3+ черный осадок иодида висмута, растворяющийся в избытке реагента с образованием тетраиодовисмутат-иона оранжевого цвета:
Bi3+ + 3I- ⇆ BiI3↓
BiI3↓ + I- ⇆ [BiI4]–
Выполнение реакции. К нескольким каплям раствора хлорида висмута добавлять по каплям раствор КI. Что происходит?
3. Реакция со щавелевой кислотой.
H2C2O4 при действии на подкисленные растворы солей висмута образует бесцветные кристаллы характерной формы, не растворимые в воде:
2Bi(NO3)3 + 3H2C2O4 ⇆ Bi2(C2O4)3↓ + 6HNO3
Предел обнаружения – 0,3 мкг. Обнаружению мешают ионы Ca2+, Sn2+, Ce3+.
Выполнение реакции. В пробирку с несколькими каплями соли висмута поместить несколько кристалликов щавелевой кислотой. Отметить происходящие изменения. Рассмотреть полученный кристаллы под микроскопом.