88737

Характерные реакции на катионы ІІІ аналитической группы. Привести примеры. Указать аналитические сигналы, условия проведения реакции

Контрольная

Химия и фармакология

Характерные реакции на катионы ІІІ аналитической группы: Аl3 Реакция с раствором аммиака при нагревании: АlCl3 3 NH4ОН → АlОН3↓ 3 NH4Cl выпадает белый желатино-образный осадок который растворяется при добавлении гидроксида натрия или соляной кислоты Реакция с ализарином С14Н6О2ОН при кипячении....

Русский

2015-05-03

101 KB

1 чел.

1. Характерные реакции на катионы ІІІ аналитической группы. Привести примеры. Указать аналитические сигналы, условия проведения реакции.

К третьей аналитической группе относятся катионы Аl3+, Cr3+, Fe3+, Fe2+, Ni2+, Со2+, Mn2+, Zn2+, Ti4+. Они осаждаются из нейтральных или щелочных растворов (рН = 7-9) общим групповым реагентом – сульфидом аммония (NH4)2S в виде нерастворимых в воде сульфидов (Fe2S3, FeS, NiS, СоS, ZnS) и гидроксидов (Аl(OH)3, Cr(OH)3, TiO(OH)2).

Характерные реакции на катионы ІІІ аналитической группы:

Аl3+

Реакция с раствором аммиака при нагревании: АlCl3 + 3 NH4ОН Аl(ОН)3 + 3 NH4Cl / выпадает белый желатинообразный осадок, который растворяется при добавлении гидроксида натрия или соляной кислоты

Реакция с ализарином С14Н6О2(ОН) при кипячении и в присутствии раствора аммиака / образуется так называемый алюминиевый лак интенсивно красного цвета

Реакция с моногидрофосфатом натрия: Al3+ + PO43–  AlPO4 / образуется белый осадок

Реакция с 8-оксихинолином при рН=5: Al3+ + 3 С9Н6N(ОН) 9Н6NО)3Al / образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок оксихинолята алюминия

Cr3+

Окисление Cr3+ в Cr6+ при нагревании: Cr2(SO4)3 + 3 H2O2 + 10 NaOH 2 Na2CrO4 + 8 H2O / окраска раствора переходит из сине-зеленой в желтую

С NH3, NaOH, Na2HPO4 ионы хрома (3+) ведут себя подобно ионам алюминия (3+)

Fe3+

Реакция с гексацианоферратом (II) калия в кислой среде: 4 Fe3+ + 3 [Fe(CN)6]4–  Fe4[Fe(CN)6]3  / выпадает темно-синий осадок берлинской лазури

Реакция с роданидом калия: Fe3+ + 3 SCN  Fe(SCN)3 / появляется кроваво-красное окрашивание раствора

С NH3, NaOH образуется буро-красный осадок Fe(ОН)3, растворимый в кислотах

С Na2HPO4 образуется желтовато-белый осадок фосфата железа FeРО4

Реакция с ацетатом натрия на холоду / появляется темно-красное окрашивание за счет образования комплексных ионов гексаацетата железа (III) [Fe3(CH3COO)6(OH)2]+

Fe2+

Реакция с гексацианоферратом (III) калия в кислой среде: 3 Fe2+ + 2 [Fe(CN)6]3–  Fe3[Fe(CN)6]2  / выпадает осадок турнбулевой сини

Реакция с диметилглиоксимом в щелочной среде / образуется растворимый комплекс диметилглиоксимата железа розово-красного цвета

Ni2+

Реакция с едкой щелочью и хлорной водой при нагревании: Ni2+ + 2 OH  Ni(OH)2; 2 Ni(OH)2 + Br2 + 2 OH  2 Ni(OH)3 + 2 Br / образование зеленого осадка гидроксида никеля (II), который затем окисляется в черно-бурый осадок гидроксида никеля (III)

Реакция Чугаева – реакция соли никеля с диметилглиоксимом в присутствии раствора аммиака / образуется яркий розово-красный осадок внутрикомплексной соли диметилглиоксимата никеля

Со щелочами катион никеля дает зеленый осадок Ni(OH)2

Со2+

Реакция с нитритом калия в присутствии уксусной кислоты:

KNO2 + CH3COOH HNO2 + CH3COOK;

Со2+ + HNO2 + CH3COOH  Со3+ + NO + H2O + CH3COO;

Со3+ + 6 NO2 + 3 K+  K3[Co(NO2)6] / образуется желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) калия

Реакция с роданидом аммония: Со2+ + 4 SCN  [Со(SCN)4]2– / появляется синее окрашивание раствора

Реакция с тетрароданомеркуриатом аммония или калия в присутствии уксусной кислоты: Со2+ + [Hg(SCN)4]2–  Сo[Hg(SCN)4] / образуются темно-синие кристаллы тетрароданомеркуриата кобальта

Со щелочами ионы кобальта образуют синий осадок основной соли кобальта, который при нагревании переходит в розовый гидроксид кобальта

Mn2+

Реакция с гидроксидом натрия и перекисью водорода: Mn2+ + Н2О2 + 2 ОН Н2MnО3 + Н2О/ в бесцветном растворе образуются нерастворимые соли марганца (4+), окрашенные в бурый цвет

Реакция окисления Mn2+ до MnО4 в кислой среде: 2 Mn2+ + 5 PbO2 + 4 H+  2 MnО4 + 5 Pb2+ + 2 H2O / бесцветный раствор приобретает фиолетово-красный цвет

Zn2+

При пропускании через раствор соли цинка сероводорода (в присутствии ацетатно-уксусной буферной смеси) выпадает белый осадок сульфида цинка: Zn2++H2SZnS+2H+

Реакция с гексацианоферратом (II) калия при нагревании: 3 Zn2+ + 2 К+ + 2 [Fe(CN)6]4–  Zn3К2[Fe(CN)6]2  / образуется белый осадок

Микрокристаллоскопическая реакция с хлоридом ртути (II) и роданидом аммония в кислой среде: Zn2+ + [Hg(SCN)4]2–  Zn[Hg(SCN)4] / образуется белый осадок в виде характерных дендритов

При действии щелочей образуется белый осадок Zn(ОН)2

Ti4+

Реакция с перекисью водорода в кислой среде / появляется оранжево-желтое окрашивание из-за образования соединения H2[TiO2(SO4)2]; при добавлении фторида аммония окраска исчезает, поскольку образуется комплексное соединение титана [TiF6]2–

В водных растворах соли титана гидролизуются; при кипячении растворов Ti4+ выпадает осадок β-титановой кислоты H2TiO3. Реакция позволяет отделить ионы Ti4+ от других катионов IIIгруппы.

2. Автопротолиз воды. Понятие о рН растворов. Рассчитать рН и рОН 0,1 моль/дм³ раствора НСООН.

Автопротолиз обратимый процесс образования равного числа катионов и анионов из незаряженных молекул жидкого индивидуального вещества за счет передачи протона от одной молекулы к другой. В случае воды образуется равное число протонов (ионов водорода Н+) и гидроксид-ионов (ОН): Н2О Н+ + ОН;

Ионы водорода образуют с молекулами воды комплексный ион гидроксония (Н+·Н2О или Н3О+). Однако ради упрощения записи вместо ионов гидроксония обычно упоминают ионы водорода.

Применив закон действующих масс к приведенному уравнению, получаем выражение для константы электролитической диссоциации воды:

Константа Kw, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ.

В нейтральной среде [H+] = [OH] = 10−7моль/л. При концентрации [H+] > 10−7 моль/л (соответственно, концентрации [OH] < 10−7 моль/л) среда будет кислой; При концентрации [OH] > 10−7 моль/л (соответственно, концентрации [H+] < 10−7 моль/л) — щелочной.

Обычно вместо значения [H+] используют отрицательный логарифм этой величины, называемый показателем водородных ионов (рН) или водородным показателем: рН = –lg [H+].

Для чистой воды рН = рОН = 7; рН + рОН = 14; в кислой среде рН < 7; в щелочных – рН > 7.

Запишем уравнение диссоциации муравьиной кислоты:

НСООН НСОО +  Н+; Ка = 1,8·10-4

Допустим, что в ходе реакции образовывается по х моль/дм³ ионов НСОО и  Н+ (т.к. [НСОО] = [Н+]) и расходуется х моль/дм³ муравьиной кислоты , тогда [НСООН] = (0,1 – х) моль/дм³

Подставим равновесные концентрации исходного вещества и продуктов реакции в выражение для константы реакции:

.

Найдем х, учитывая, что х<<0,1 и в выражении (0,1 – х) им можно пренебречь:

рН = –lg [H+] = –lg х = –lg 4,2·10-3 = 2,37;

рОН = 14 – рН = 14 – 2,37 = 11,63

Ответ: рН = 2,37; рОН = 11,63

3. В какой последовательности будут осаждаться из раствора сульфат-ионы SO42– и оксалат-ионы C2O42– при добавлении раствора CaCl2. Написать реакции осаждения и выражения ПР для осадков.

Растворимость BaSO4 в воде при 25º С равна 1,0·10³ (моль/дм³). Определить произведение растворимости BaSO4.

Запишем реакции осаждения и выражения ПР для осадков:

Ca2+ + SO42–  CaSO4; ПР = [Ca2+][SO42–] = 2.5·10-5

Ca2+ + C2O42–  CaC2O4; ПР = [Ca2+][C2O42–] = 2.3·10-9

Из уравнений выразим равновесные концентрации ионов кальция:

[Ca2+] = 2.5·10-5 / [SO42–]

[Ca2+] = 2.3·10-9 / [C2O42–]

Из уравнений видно, что при одинаковых концентрациях сульфат-ионов и оксалат-ионов для осаждения CaC2O4 требуется гораздо меньшая концентрация ионов кальция, чем для осаждения CaSO4. Следовательно, первым осаждается CaC2O4, а затем CaSO4

Запишем выражение произведения растворимости BaSO4, используя растворимость ионов (s):

ПР = s(Ba2+)·s(SO42–).

При растворении BaSO4 образуется равное количество ионов бария и сульфат-ионов, т.е. s(Ba2+) = s(SO42–) = 1,0·10³ моль/дм³

Таким образом, ПР = s(Ba2+s(SO42–) = 1,0·10³ · 1,0·10³ = 1,0·10–6

Ответ: ПРBaSO4 = 1,0·10–6

4. Окислительно-восстановительные потенциалы. Стандартный, реальный потенциал. Привести математическое выражение уравнения Нернста. Пояснить физический смысл входящих в выражение величин.

Задача. Обосновать возможность протекания реакции окисления иона железа (ІІ) дихроматом калия. Сделать необходимые расчеты.

 

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) – мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Окислительно-восстановительный потенциал выражают в вольтах (В). Окислительно-восстановительный потенциал определяют как электрический потенциал, устанавливающийся при погружении платины или золота (инертный электрод) в окислительно-восстановительную среду, то есть в раствор, содержащий как восстановленное соединение (Ared), так и окисленное соединение (Aox). Если полуреакцию восстановления представить уравнением:

Aox + n·e− Ared,

то количественная зависимость окислительно-восстановительного потенциала от концентрации (точнее активностей) реагирующих веществ выражается уравнением Нернста.

где Е – окислительно-восстановительный потенциал, В;

Е0 – нормальный (стандартный) окислительно-восстановительный потенциал, В;

 R – универсальная газовая константа;

К – абсолютная температура раствора, К;

 n – число электронов, участвующих в реакции;

 F – число фарадея;

 – концентрация окислителя;

– концентрация восстановителя.

Нормальный (стандартный) окислительно-восстановительный потенциал – потенциал системы, в которой концентрации окислителя и восстановителя равны 1.

В нестандартных условиях, когда хотя бы одна из концентраций не равна 1 моль/л, определяемый уравнением Нернста потенциал отличается от стандартного. Потенциал в нестандартных условиях часто называют реальным потенциалом.

Стандартные потенциалы полуреакций для реакции окисления иона железа (ІІ) дихроматом калия следующие:

ЕFe3+/Fe2+ = +0.771 B; ЕCr2O72-/2Cr3+ = +1.33 B

Поскольку ЕCr2O72-/2Cr3+ > ЕFe3+/Fe2+, то в реакции роль окислителя будет выполнять дихромат калия, а роль восстановителя – ионы железа (ІІ).

Используя значения стандартных потенциалов полуреакций, рассчитаем константу реакции

6 Fe2+ + Cr2O72– + 14 H+  6 Fe3+ + 2 Cr2+ + 7 H2O

Как видим, константа реакции гораздо больше 0, следовательно, реакции окисления иона железа (ІІ) дихроматом калия возможна.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63469. Принципи постмодернізму в художній літературі рубежу ХХ – ХХІ століть 32.98 KB
  Мета: Ознайомити студентів зі зрушеннями у філософських концепціях способі мислення сучасної людини що відбулися на межі ХХ – ХХІ століть та знайшли специфічне відображення у текстах художньої літератури. Завдання: Розкрити особливості й сутність сучасної ситуації постмодернізму.
63470. Спецификация JavaBeans 158 KB
  Для того, чтобы класс Java можно было назвать компонентом JavaBeans, он должен удовлетворять перечисленным ниже требованиям: Способность к инициализации нового экземпляра. Компоненты JavaBeans нельзя создавать на основе интерфейсов и абстрактных классов.
63471. Сериализация объектов 96 KB
  Сериализация объектов Java позволяет вам взять любой объект, который реализует интерфейс Serializable, и включить его в последовательность байт, которые могут быть полностью восстановлены для восстановления исходного объекта.
63472. Настройка страницы свойств 102.5 KB
  При создании кода компонента JavaBeans следует помнить о том, что этот компонент помимо пассивных имеет и активных пользователей, которые могут применять для него визуальные инструменты разработки.
63473. Java DataBase Connectivity. Основы языка SQL 162 KB
  Чтобы получить доступ в БД, поставляемой некоторым поставщиком, вы обращаетесь через разработанный поставщиком движок, в котором используется своя реализация SQL. Несовместимость, главным образом, связана с встроенным SQL и хранимыми процедурами (stored procedure).
63474. Java DataBase Connectivity. Уровни изолированности транзакций 84 KB
  Есть несколько способов разрешения конфликтов между одновременно выполняющимися транзакциями. Пользователь может задать уровень изолированности, то есть уровень внимания, которое СУБД должна уделить при разрешении возможных конфликтов.
63475. Информационные системы 93.5 KB
  Пример: Система Элементы системы Главная цель системы Фирма Люди оборудование материалы здания Производство товаров Информационная система Компьютеры компьютерные сети люди информационное и программное обеспечение Производство профессиональной информации Информационная система...
63476. Предмет возрастной психологии. Общие закономерности психического развития в онтогенезе 247 KB
  Возрастная психология отвечает на вопросы когда эти образования появляются у ребенка каковы их особенности в определенном возрасте. Связь возрастной психологии с социальной дает возможность проследить зависимость развития и поведения ребенка от специфики тех групп в которые он входит...