Analiza kationów I grupy

Analityczny podział kationów według R. Freseniusa

Do pierwszej grupy kationów zaliczamy jony srebra, ołowiu i rtęci(I). Grupę tą możemy wykryć poprzez zastosowanie odczynnika grupowego 2-3 molowego kwasu solnego (HCl), który strąca białe osady, w przeciwieństwie do kationów grup II-V. Kwas solny koniecznie musi być rozcieńczony ze względu na to, że roztwór stężony powoduje roztworzenie chlorków z utworzeniem związków kompleksowych.

Reakcje charakterystyczne jonu Pb²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
HCl	Pb2+ + 2Cl– → PbCl2↓	Wytrąca się biały osad rozpuszczalny w gorącej wodzie. Po ostudzeniu roztworu wydzielają się błyszczące igły.
NaOH	Pb2+ + 2OH– →Pb(OH)2↓ Pb(OH)2 + 2OH– → [Pb(OH)4]2-	Wytrąca się biały osad, który w nadmiarze wodorotlenku ulega roztworzeniu.
NH3 · H2O	Pb2+ + 2NH3 · H2O → Pb(OH)2↓ + 2NH4+	Wytrąca się biały osad.
KI	Pb2+ + 2I– → PbI2↓ PbI2 + 2I– → [PbI4]2-	Wytrąca się żółty osad częściowo rozpuszczalny w gorącej wodzie, który w roztwarza się w nadmiarze odczynnika. Po ostudzeniu roztworu wydzielają się złociste, błyszczące blaszki.
H2SO4	Pb2+ + SO42- → PbSO4↓	Wytrąca się biały osad nierozpuszczalny w wodzie. Roztwarza się w stężonym H2SO4, HCl, octanie sodu, winianie oraz cytrynianie amonu (w odróżnieniu do BaSO4 i SrSO4).
K2CrO4	Pb2+ + CrO42- → PbCrO4↓	Wytrąca się żółty osad nieroztwarzalny w kwasie azotowym(V) i amoniaku.
Ditiozon – difenylotiokarbazon	W reakcji jonami przeszkadzającymi są jony srebra, miedzi(II), cynku i kadmu, które należy zamaskować za pomocą roztworu KCN.	Pod wpływem jonów Pb2+ ditiozon w roztworze CCl4 zmienia zielone zabarwienie na ceglastoczerwone.

Reakcje charakterystyczne jonu Ag⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
HCl	Ag+ + Cl– → AgCl↓	Wytrąca się biały serowaty osad nierozpuszczalny w wodzie. Pod wpływem światła ciemnieje w wyniku rozpadu osadu na metaliczne srebro.
NaOH i NH3 · H2O	Ag+ + OH– → AgOH↓ 2AgOH → Ag2O↓ + H2O Ag2O + 4NH3 · H2O → 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH– + 3H2O	Wytrąca się brunatny osad tlenku srebra(I). Po dodaniu wody amoniakalnej następuje roztworzenie osadu z utworzeniem bezbarwnego kompleksu.
KBr	Ag+ + Br– → AgBr↓	Wytrąca się jasnożółty (słomkowy) osad.
KI	Ag+ + I– → AgI↓	Wytrąca się jasnożółty osad.
K2CrO4	2Ag+ + CrO42- → Ag2CrO4↓	Wytrąca się czerwonobrunatny osad nieroztwarzalny w kwasie octowym, lecz roztwarzalny w wodzie amoniakalnej.
Ditiozon – difenylotiokarbazon	X	Pod wpływem jonów Ag+ ditiozon w roztworze CCl4 w środowisku kwaśnym zmienia zielone zabarwienie na żółte, a w środowisku zasadowym – fioletowe.

Reakcje charakterystyczne jonu Hg₂²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
HCl	Hg22+ + 2Cl– → Hg2Cl2↓ Hg2Cl2 + 2NH3 · H2O → HgNH2Cl↓ + Hg↓ +NH4++ Cl– + 2H2O	Wytrąca się biały osad (kalomel) nierozpuszczalny w wodzie. Roztwarza się w amoniaku wytrącając biały osad chlorku amidortęci(II) oraz rtęć metaliczną.
NaOH	Hg22+ + 2OH– → Hg2O↓ + H2O Hg2O → HgO↓ + Hg↓	Wytrąca się czarny osad, składający się z rtęci metalicznej i tlenku rtęci(II).
NH3 · H2O	2Hg22+ + 4NH3 · H2O + NO3–→[OHg2NH2]NO3↓ + 2Hg↓ + 3NH4+ + 3H2O	Wytrąca się czarny osad, składający się z metalicznej rtęci i azotanu(V) amidooksodirtęci(II).
KI	Hg22+ + 2I– → Hg2I2↓ Hg2I2 + 2I– → [HgI4]2- + Hg↓	Wytrąca się żółtozielony osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika z wydzieleniem rtęci metalicznej i utworzeniem bezbarwnego kompleksowego jonu tetrajodortęcianu(II).
K2CrO4	Hg22+ + CrO42- → Hg2CrO4↓	Wytrąca się brunatny osad, który podczas ogrzewania przechodzi w czerwony osad krystaliczny.
SnCl2	Hg22+ + 2Cl– → Hg2Cl2↓ Hg2Cl2 + Sn2+ + 4Cl– → 2Hg↓ + [SnCl6]2-	Wytrąca się biały osad, który ciemnieje na skutek redukcji do miedzi metalicznej.

Rozdział mieszaniny kationów I grupy

1. Wykrycie obecności kationów I grupy za pomocą odczynnika grupowego, czyli HCl. Do roztworu dodajemy rozcieńczony roztwór kwasu solnego. Wytrącają się białe osady.
Roztwór zawiera kationy grup II – V, więc nie będzie nam potrzebny w tej analizie, a osad stanowią chlorki srebra, ołowiu i rtęci(I). Osad odwirowujemy.
Pb²⁺ + 2Cl^– → PbCl₂↓
Ag⁺ + Cl^– → AgCl↓
Hg₂²⁺ + 2Cl^– → Hg₂Cl₂↓

2. Do osadu dodajemy wodę destylowaną i ogrzewamy w łaźni wodnej. Osad chlorku ołowiu rozpuszcza się.
PbCl₂ → Pb²⁺ + 2Cl^–
Roztwór zawiera jony ołowiu Pb²⁺, a osad stanowią chlorki srebra i rtęci(I). Osad odwirowujemy, a roztwór znad osadu zlewamy do drugiej probówki.

3. Do probówki z roztworem zawierającym jony ołowiu dodajemy roztwór jodku potasu. Wytrąca się żółty osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
Pb²⁺ + 2I^– → PbI₂↓
PbI₂ + 2I^– → [PbI₄]^2-
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Pb²⁺

4. Do osadu zawierającego osady chlorków srebra i rtęci(I) dodajemy wodny roztwór amoniaku. Wytrąca się biały osad, który ciemnieje.
Roztwór zawiera jony [Ag(NH₃)₂]⁺ , a osad stanowi osad chlorku amidortęci(II) i metaliczna rtęć.
Hg₂Cl₂ + 2NH₃ · H₂O → HgNH₂Cl↓ + Hg↓ +NH₄⁺+ Cl^– + 2H₂O
AgCl + 2NH₃ · H₂O → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^– + 2H₂O
Osad odwirowujemy, a roztwór znad osadu zlewamy do drugiej probówki.

5. Do osadu dodajemy roztwór wody królewskiej, czyli mieszaninę kwasu solnego i kwasu azotowego(V) w stosunku objętościowym 3:1.
2HgNH₂Cl + 2NO₃^– + 4H⁺ + 6Cl^– → 2[HgCl₄]^2- + N₂↑ + 2NO↑ + 4H₂O
3Hg + 2NO₃^– + 8H⁺ + 12Cl^– → 3[HgCl₄]^2- + 2NO↑ + 4H₂O
W celu potwierdzenia obecności jonów Hg²⁺ należy dodać kilka kropel roztworu chlorku cyny(II). Jeśli roztwór zawiera jony rtęci(II) osad ciemnieje.
[HgCl₄]^2- + SnCl₂ → Hg↓ + [SnCl₆]^2-
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Hg₂²⁺

6. Roztwór zawierający jony [Ag(NH₃)₂]⁺ dzielimy na dwie części. Do pierwszej probówki dodajemy roztwór kwasu azotowego(V), w wyniku czego wytrąca się biały osad.
[Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^– + 2H⁺ → AgCl↓ + 2NH₄⁺
Do drugiej probówki dodajemy roztwór jodku potasu, w wyniku czego wytrąca się jasnożółty osad.
[Ag(NH₃)₂]⁺ + I^– + 2H₂O → AgI↓ + 2NH₃ · H₂O
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Ag⁺

Sprawdź się!

Zadanie 1.

W probówce znajduje się bezbarwny roztwór jednego z kationów I grupy analitycznej. Po dodaniu do probówki jodku potasu wytrąca się jasnożółty osad.

Podaj wzór kationu znajdującego się w tym roztworze.

Zadanie 2.

W dwóch probówkach znajdują się jony Pb²⁺ i Hg₂²⁺.

Podaj wzór jednego odczynnika, który pozwoli na zidentyfikowanie kationu w obu probówkach. Napisz równania zachodzących reakcji i kolory powstających osadów.

Zadanie 3.

W kolbie znajdują się kationy Pb²⁺ i Ag⁺.

Podaj w krokach (z równaniami reakcji i kolorami osadów) postępowanie prowadzące do zidentyfikowania wszystkich czterech kationów.

Bibliografia

• Z. Hubicki, Z. Rzączyńska, Ćwiczenia laboratoryjne z nieorganicznej chemii jakościowej, Lublin 2010
• T. Lipiec, Z. S. Szmal, Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej, Warszawa 1980
• J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2012
• B. Chmielewska – Bojarska, Chemia analityczna. Analiza jakościowa kationów i anionów, Łódź 2009
• R. Kocjan, Chemia analityczna, Warszawa 2014
• https://www.public.asu.edu
• https://chem.libretexts.org
• https://maestrovirtuale.com
• http://igcsetuition.blogspot.com
• https://fineartamerica.com
• https://www.artefactoryimages.com

Polecane

Powiązane artykuły

Analiza kationów II grupy Analiza kationów III grupy Analiza kationów IV grupy Analiza kationów V grupy