Analiza kationów III grupy

Odczynnikiem grupowym kationów III grupy analitycznej jest AKT, w obecności buforu amonowego. Wodny roztwór amoniaku cofa hydrolizę jonu amonowego oraz powoduje wzrost stężenia jonów S^2-. Chlorek amonu natomiast cofa dysocjację amoniaku, obniżając stężenie jonów OH^–, co sprzyja wytrącaniu wodorotlenków glinu i chromu(III), które w nadmiarze jonów wodorotlenkowych mogą ulegać roztworzeniu ze względu na charakter amfoteryczny, zapobiega wytrącaniu wodorotlenku magnezu oraz zapobiega wytrącaniu osadów koloidalnych.

Kationy glinu i chromu(III) w reakcji z H₂S nie tworzą siarczków, lecz wodorotlenki. Spowodowane jest to natychmiastową hydrolizą powstających nietrwałych siarczków glinu i chromu(III) do wodorotlenków.

Reakcje charakterystyczne jonu Zn²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	Zn2+ + H2S → ZnS↓ + 2H+	Wytrąca się biały osad, który ulega roztworzeniu w kwasach mineralnych, lecz nie roztwarza się w kwasie octowym.
NaOH	Zn2+ + 2OH– → Zn(OH)2↓ Zn(OH)2 + 2OH– → [Zn(OH)4]2-	Wytrąca się biały osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
NH3(aq)	Zn2+ + 2NH3 · H2O → Zn(OH)2↓ + 2NH4+ Zn(OH)2 + 2NH3 · H2O → [Zn(NH3)4]2+ + 2OH– + 4H2O	Wytrąca się biały osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
K4[Fe(CN)6]	3Zn2+ + 2K+ +2[Fe(CN)6]4- → Zn3K2[Fe(CN)6]2↓	Wytrąca się biały osad.
KCN	Zn2+ + 2CN– → Zn(CN)2↓ Zn(CN)2 + 2CN– → [Zn(CN)4]2-	Wytrąca się biały osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
(NH4)2[Hg(SCN)4]	Zn2+ + [Hg(SCN)4]2- → Zn[Hg(SCN)4]↓	Wytrąca się biały osad, który w obecności jonów Co2+ przyjmuje niebieską barwę.

Reakcje charakterystyczne jonu Ni²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	Ni2+ + H2S → NiS↓ + 2H+	Wytrąca się czarny osad.
NaOH	Ni2+ + 2OH– → Ni(OH)2↓ 2Ni(OH)2 + Br2 + 2OH– → 2Ni(OH)3↓ + 2Br–	Wytrąca się zielony osad, który roztwarza się z wytworzeniem czarnego osadu.
NH3(aq)	Ni2+ + NH3 · H2O + Cl– → Ni(OH)Cl↓ + NH4+ Ni(OH)Cl + 6NH3 · H2O → [Ni(NH3)6]2+ + OH– + Cl– + 6H2O	Wytraca się zielony osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika z wytworzeniem osadu o barwie szafirowofioletowej.
KCN	Ni2+ + 2CN– → Ni(CN)2↓ Ni(CN)2 + 2CN– → [Ni(CN)4]2-	Wytrąca się zielony osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
Dimetyloglioksymu (odczynnik Czugajewa)	X	Alkoholowy roztwór dimetyloglioksymu (CH3CNOH)2 dodany do słabo kwaśnego roztworu soli niklu tworzy różowy kłaczkowaty osad dimetyloglikosymianu niklu(II).

Reakcje charakterystyczne jonu Co²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	Co2+ + H2S → CoS↓ + 2H+	Wytrąca się czarny osad.
NaOH	Co2+ + OH– + NO3– → Co(OH)NO3↓ Co(OH)NO3 + OH– → Co(OH)2↓ + NO3– 4Co(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Co(OH)4↓	Wytrąca się niebieski osad, który po podgrzaniu przechodzi w osad o barwie czerwonoróżowej. Ten osad natomiast na powietrzu może zmienić barwę na brunatną.
NH3(aq)	Co2+ + NH3 · H2O + NO3- → Co(OH)NO3↓ + NH4+ Co(OH)NO3 + 7NH3 · H2O → [Co(NH3)6]2+ + 2OH– + NH4+ + NO3– + 6H2O	Wytrąca się niebieski osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika z wytworzeniem różowego roztworu.
KCN	Co2+ + 2CN– → Co(CN)2↓ Co(CN)2 + 4CN– → [Co(CN)6]4- 4[Co(CN)6]4- + O2 + 2H2O → 4[Co(CN)6]3- + 4OH–	Wytrąca się czerwonobrunatny osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika w wytworzeniem osadu o barwie bladoróżowej.
KNO2	Co2+ + 7NO2– + 3K+ + 2CH3COOH → K3[Co(NO2)6]↓ + H2O + NO↑ + 2CH3COO–	Wytrąca się żółty osad.

Reakcja Vogla

Reakcja Vogla służy wykrywaniu kationów kobaltu w roztworze. Jonami przeszkadzającymi są jony Fe3+, które należy zamaskować fluorkiem sodu.
Fe³⁺ + 6F^– → [FeF₆]^3-

Wykonanie:
Do probówki zawierającej badany roztwór (ok. 0,5 cm³) dodajemy NH₄SCN (ok. 2 cm³) i wprowadzamy eter dimetylowy (ok. 1 cm³). Zawartość probówki wstrząsamy. Zabarwienie warstwy organicznej na kolor niebieski świadczy o obecności jonów Co²⁺.
Co²⁺ + 4SCN^– → [Co(SCN)₄]^2-

Reakcje charakterystyczne jonu Mn²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	Mn2+ + H2S → MnS↓ + 2H+ 4MnS + 3O2 + 6H2O → 4Mn(OH)3↓ + 4S↓	Wytrąca cię cielisty osad, który brązowieje na powietrzu.
NaOH	Mn2+ + 2OH– → Mn(OH)2↓ 2Mn(OH)2 + H2O2 → MnMnO3↓ + 3H2O (MnO · MnO2)	Wytrąca się biały osad, który utlenia się do czarnego osadu manganianu(IV) manganu(II).
NH3(aq)	Mn2+ + 2NH3 · H2O → Mn(OH)2↓ + 2NH4+	Wytrąca się biały osad.

Reakcja Cruma

Reakcja Cruma służy wykrywaniu jonów Mn²⁺ w roztworach.

Wykonanie:
Do probówki wprowadzić jedną lub dwie krople badanego roztworu, dodać szczyptę PbO₂ i 1 – 2 cm³ stężonego kwasu azotowego(V). Całość ogrzewać pod wyciągiem. Malinowe zabarwienie roztworu świadczy o obecności jonów Mn2+ w badanym roztworze.
2Mn²⁺ + 5PbO₂ + 4H⁺ → 2MnO₄^– + 5Pb²⁺ + 2H₂O

Reakcje charakterystyczne jonu Fe²⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	Fe2+ + H2S → FeS↓ + 2H+	Wytrąca się czarny osad, który roztwarza się w kwasie octowym, a na powietrzu utlenia się do wodorotlenku żelaza(III).
NaOH	Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3↓	Wytrąca się brudnozielony osad, który na powietrzu ulega utlenieniu do brunatnego osadu wodorotlenku żelaza(III).
NH3(aq)	Fe2+ + 2NH3 · H2O → Fe(OH)2↓ + 2NH4+	Wytrąca się brudnozielony osad.
K3[Fe(CN)6]	3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- → Fe3[Fe(CN)6]2↓	Wytrąca się ciemnoniebieski osad, tzw. błękit Turnbulla.
K4[Fe(CN)6]	2Fe2+ + [Fe(CN)6]4- → Fe2[Fe(CN)6]↓	Wytrąca się biały osad.
KCN	Fe2+ + 2CN– → Fe(CN)2↓ Fe(CN)2 + 4CN– → [Fe(CN)6]4-	Wytrąca się brunatnożółty osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
KMnO4	5Fe2+ + MnO4– + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O	Roztwór odbarwia się.

Reakcje charakterystyczne jonu Fe³⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	2Fe3+ + 3H2S → Fe2S3↓ + 6H+	Wytrąca się czarny osad, który roztwarza się w kwasach.
NaOH	Fe3+ + 3OH– → Fe(OH)3↓ 2Fe(OH)3 → Fe2O3↓ + 3H2O	Wytrąca się brunatny osad, który roztwarza się pod wpływem ogrzewania.
NH3(aq)	Fe3+ + 3NH3 · H2O → Fe(OH)3↓ + 3NH4+	Wytrąca się brunatny osad.
K4[Fe(CN)6]	4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3↓ Fe4[Fe(CN)6]3 + 12OH– → 4Fe(OH)3↓ + 3[Fe(CN)6]4-	Wytrąca się ciemnoniebieski osad, tzw. błękit pruski, który roztwarza się w roztworach zasadowych.
NH4SCN	Fe3+ + xSCN– → [Fe(SCN)x]3-x gdzie x jest cyfrą od 1 do 6.	Roztwór zmienia barwę na krwistoczerwoną, tzw. smocza krew.
K3[Fe(CN)6]	Fe3+ + [Fe(CN)6]3- → Fe[Fe(CN)6]	Roztwór zmienia barwę na ciemnobrunatną.
CH3COONa	Fe3+ + 3CH3COO– → Fe(CH3COO)3 Fe(CH3COO)3 + 2H2O → Fe(OH)2CH3COO↓ + 2CH3COOH	Roztwór zmienia barwę na czerwonobrunatną, a po zagotowaniu wtrąca się brunatny osad.

Reakcje charakterystyczne jonu Al³⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	2Al3+ + 3S2- + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2S	Wytrąca się biały galaretowaty osad.
NH3(aq)	Al3+ + 3NH3 · H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4+	Wytrąca się biały galaretowaty osad.
NaOH	Al3+ + 3OH– → Al(OH)3↓ Al(OH)3 + OH– → [Al(OH)4]–	Wytrąca się biały osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika.
Na2CO3	2Al3+ + 3CO32- + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑	Wytrąca się biały galaretowaty osad. (Stężenie jonów OH– powstających w wyniku hydrolizy jonu CO32- jest zbyt mała by przekroczyć iloczyn rozpuszczalności Al(OH)3.
Aluminon	X	Tworzy się czerwony lak.

Reakcje charakterystyczne jonu Cr³⁺

Dodawany odczynnik	Równanie reakcji chemicznej	Obserwacje w trakcie doświadczenia	Fotografia strąconego osadu / roztworu
H2S	2Cr3+ + 3S2- + 6H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3H2S	Wytrąca się szarozielony osad.
NaOH	Cr3+ + 3OH– → Cr(OH)3↓ Cr(OH)3 + OH– → [Cr(OH)4]–	Wytrąca się szarozielony osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika tworząc zielony roztwór.
NH3(aq)	Cr3+ + 3NH3 · H2O → Cr(OH)3↓ + 3NH4+ Cr(OH)3 + 3NH3 · H2O + 3NH4+ → [Cr(NH3)6]3+ + 6H2O	Wytrąca się szarozielony osad, który roztwarza się w nadmiarze odczynnika tworząc fiołkowy roztwór.

Reakcja Lehnera

Reakcja Lehnera służy do wykrycia jonów Cr³⁺ w roztworze.

Wykonanie:
Do badanego roztworu dodaj NaOH aż do roztworzenia wytrącającego się początkowo osadu. Następnie dodaj kilka kropel 3% H₂O₂ i ogrzewaj do zmiany zabarwienia z zielonej na żółtą. Roztwór ochłódź i dodaj kilka kropel 3% H₂O₂ i 1 – 2 cm³ eteru. Następnie wprowadź kroplami 3M H₂SO₄. Wstrząśnij ostrożnie zawartość probówki. Niebieskie zabarwienie warstwy eterowej świadczy o obecności jonów Cr³⁺ w badanym roztworze.
2[Cr(OH)₄]^– + 3H₂O₂ + 2OH^– → 2CrO₄^2- + 8H₂O
2CrO₄^2- + 2H⁺ → Cr₂O₇^2- + H₂O
Cr₂O₇^2- + 4H₂O₂ + 2H⁺ → 2CrO₅ + 5H₂O

Rozdział mieszaniny kationów III grupy

1. Do analizowanego roztworu dodajemy kilka kropel chlorku amonu, kilka kropel wodnego roztworu amoniaku oraz kilkanaście kropel AKT. Całość ogrzewamy w łaźni wodnej przez ok. 15 minut. Wytrącają się osady: czarne (CoS, NiS, FeS, Fe₂S₃), białe (Al(OH)₃, ZnS), zielony Cr(OH)₃ i cielisty MnS. Osad odwirowujemy, a roztwór zawierający kationy grup IV i V zlewamy do innej probówki.

2. Do osadów dodajemy kilka kropel kwasu solnego. W osadzie pozostają siarczki kobaltu(II) i niklu(II), a w roztworze mamy jony Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Zn²⁺ i Mn²⁺.
Fe₂S₃ + 6H⁺ → 2Fe³⁺ + 3H₂S
Cr(OH)₃ + 3H⁺ → Cr³⁺ + 3H₂O
Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O
ZnS + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂S
MnS + 2H⁺ → Mn²⁺ + H₂S
Osad odwirowujemy (probówka A), a roztwór zlewamy do innej probówki (probówka B).

3. Do probówki A dodajemy kilka kropel kwasu solnego i H₂O₂ i ogrzewamy w łaźni wodnej.
CoS + H₂O₂ + 2H⁺ → Co²⁺ + S + 2H₂O
NiS + H₂O₂ + 2H⁺ → Ni²⁺ + S + 2H₂O
Powstającą siarkę koloidalną odwirować, a roztwór podzielić na kilka części i wykonać reakcje charakterystyczne: reakcja Vogla, reakcja z dimetyloglioksymem.
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Co²⁺ i Ni²⁺

4. Do probówki B dodajemy wodorotlenek sodu do uzyskania odczynu obojętnego i kilka kropel nadmiaru oraz kilka kropli H₂O₂.
Fe²⁺ + 2OH^– → Fe(OH)₂↓
2Fe(OH)₂ + H₂O₂ → 2Fe(OH)₃↓

Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓

Cr³⁺ + 3OH^– → Cr(OH)₃↓
Cr(OH)₃ + OH^– → [Cr(OH)₄]^–
2[Cr(OH)₄]^– + 3H₂O₂ + 2OH^– → 2CrO₄^2- + 8H₂O

Al³⁺ + 3OH^– → Al(OH)₃↓
Al(OH)₃ + OH^– → [Al(OH)₄]^–

Zn²⁺ + 2OH^– → Zn(OH)₂↓
Zn(OH)₂ + 2OH^– → [Zn(OH)₄]^2-

Mn²⁺ + 2OH^– → Mn(OH)₂↓
2Mn(OH)₂ + H₂O₂ → MnMnO₃↓ + 3H₂O
Osad odwirowujemy i dzielimy na dwie probówki (probówka C i D), a roztwór zlewamy do innej probówki (probówka E).

5. Do probówki C dodajemy kwas solny, a następnie heksacyjanożelazian(II) potasu.
2Fe(OH)₃ + 6H⁺ → 2Fe³⁺ + 3H₂O
Mn₂O₃ + 4H⁺ + 2Cl^– → 2Mn²⁺ + Cl₂ + 2H₂O

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW ŻELAZA

6. Do probówki D dodajemy kwas siarkowy(VI) i kilka kryształków siarczanu(IV) sodu i ogrzewamy a następnie wykonujemy próbę Cruma.
Mn₂O₃ + 4H⁺ + SO₃^2- → 2Mn²⁺ + SO₄^2- + 2H₂O
2Mn²⁺ + 5PbO₂ + 4H⁺ → 2MnO₄^– + 5Pb²⁺ + 2H₂O
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Mn²⁺

7. Do probówki E dodajemy kwas octowy. Jeżeli barwa roztworu zmieniła się z żółtej na pomarańczową należy dodać kilka kropli octanu ołowiu(II). Wytrącający się żółty osad świadczy o obecności jonów CrO₄^2-. Aby się upewnić można wykonać próbę Lehnera.
[Al(OH)₄]^– + 4H⁺ → Al³⁺ + 4H₂O
[Zn(OH)₄]^2- + 4H⁺ → Zn²⁺ + 4H₂O
2CrO₄^2- + 2H⁺ → Cr₂O₇^2- + H₂O
Pb²⁺ + CrO₄^2- → PbCrO₄↓
Osad odwirowujemy, a roztwór zlewamy do innej probówki (probówka F).
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Cr³⁺

8. Do probówki F dodajemy wodny roztwór amoniaku.
Zn²⁺ + 2NH₃ · H₂O → Zn(OH)₂↓ + 2NH₄⁺
Zn(OH)₂ + 2NH₃ · H₂O → [Zn(NH₃)₄]²⁺ + 2OH^– + 4H₂O
Al³⁺ + 3NH₃ · H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺
Osad należy odwirować, a roztwór zlać do innej probówki (probówka G). Do osadu dodajemy kwas solny i przeprowadzamy reakcję z aluminonem
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Al³⁺

9. Do probówki G dodajemy AKT i ogrzewamy. Wydziela się biały osad.
Zn²⁺ + H₂S → Zn(OH)₂↓ + 2H⁺
WYKRYLIŚMY OBECNOŚĆ JONÓW Zn²⁺

Sprawdź się!

Zadanie 1.

W dwóch probówkach znajdują się roztwory jednego z kationów III grupy analitycznej. Po dodaniu do pierwszej probówki wodnego roztworu amoniaku wytrącił się biały osad, nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika. Do drugiej probówki dodano wodorotlenek sodu, w wyniku czego wytrącił się biały osad, który roztworzył się w nadmiarze odczynnika.

Podaj wzór kationu znajdującego się w tym roztworze.

Zadanie 2.

W trzech probówkach oznaczonych cyframi I, II i III znajdują się wodne roztwory zawierające jony Co²⁺, Zn²⁺ i Fe³⁺.

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

Zadanie 3.

W kolbie znajduje się roztwór zawierający 4 kationy: Ag⁺, Sn²⁺, Fe²⁺ i Cr³⁺.

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
● https://fphoto.photoshelter.com/
● http://www.e-chemia.nazwa.pl/
● https://internat.msu.ru/
● https://mlodytechnik.pl/
● http://www.sciencemadness.org

Polecane

Powiązane artykuły

Analiza kationów I grupy Analiza kationów II grupy Analiza kationów IV grupy Analiza kationów V grupy