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

4273. Отладка приложений Access 178 KB
  Отладка приложений Access. Использование средств отладки MicrosoftAccess и методик отладки, описанных в данной статье, позволяет сэкономить очень много времени, требующегося для разработки. Время, затраченное на изучение этих средств и методик...
4274. Access. Программирование на VBA. Профессиональная обработка ошибок 450 KB
  Access. Программирование на VBA. Профессиональная обработка ошибок. Признаком профессионального приложения является наличие возможности обработки ошибок. Если приложение не особенно элегантно обрабатывает ошибки, пользователи будут разочарованы вне ...
4275. Программирование на VBA. Оптимизация приложений 279 KB
  Программирование на VBA. Оптимизация приложений. Оптимизация приложения представляет собой тему для бесконечного обсуждения и споров между разработчиками. Всем нужны оптимальные решения, но что же точно означает термин оптимальный? Одни полагают, ...
4276. Знакомство со средой разработки Visual C# 209.5 KB
  Знакомство со средой разработки VisualC# Цели работы: Получение навыков работы со средой разработки Visual Studio 2008. Создание первой программы на языке C# в VisualStudio 2008. Указания к работе: Запустите Visual...
4277. Вычисление арифметических выражений 327 KB
  Цель работы Освоить ввод/вывод чисел в С# Освоить правила записи и вычисления сложных арифметических выражений с использованием стандартных математических функций научиться пользоваться встроенной справочной системой С# на примере математически...
4278. Обработка одномерных массивов на примере алгоритма сортировки и поиска 312.5 KB
  Работа с одномерными массивами. Указание к работе А) Разработать и отладить программу, в которой реализовать алгоритмы сортировки и поиска в соответствии с заданием. Определить время работы програ...
4279. Обработка матриц. Методические указания к лабораторной работе 98 KB
  Приобретение и закрепление навыков работы с двумерными массивами (матрицами). Теоретический материал Большинство вариантов индивидуальных заданий требует реализации типовых алгоритмов, выполняющих обработку прямоугольной матрицы по...
4280. Уровни языков программирования. Язык C# 344 KB
  Уровни языков программирования Языки программирования могут быть подразделены на три общих типа: Машинные языки – понимаются компьютером Ассемблерные языки (языки низкого уровня) Языки высокого уровня – удобны для програм...
4281. Розробка та графічне подання алгоритмів з використанням середовища Visual Paradigm for UML 669 KB
  Розробка та графічне подання алгоритмів з використанням середовища Visual Paradigm for UML Мета роботи: Отримати практичні навички роботи з розробки та графічного подання алгоритмів з використанням середовища візуального моделювання Visual Paradigm ...