Naukowców Dwóch Blog Analiza kationów III grupy

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 S2-. 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 odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2SZn2+ + H2S → ZnS↓ + 2H+Wytrąca się biały osad, który ulega roztworzeniu
w kwasach mineralnych, lecz nie roztwarza się w
kwasie octowym.
NaOHZn2+ + 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 + 4H2
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]2Wytrąca się biały osad.
KCNZn2+ + 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 odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2SNi2+ + H2S → NiS↓ + 2H+Wytrąca się czarny osad.
NaOHNi2+ + 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 + 6H2
Wytraca się zielony osad, który roztwarza się w 
nadmiarze odczynnika z wytworzeniem osadu o 
barwie szafirowofioletowej.

KCNNi2+ + 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)
XAlkoholowy roztwór dimetyloglioksymu (CH3CNOH)2
dodany do słabo kwaśnego roztworu soli niklu tworzy
różowy kłaczkowaty osad dimetyloglikosymianu niklu(II).

Reakcje charakterystyczne jonu Co2+

Dodawany odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2SCo2+ + H2S → CoS↓ + 2H+Wytrąca się czarny osad.
NaOHCo2+ + 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.
KCNCo2+ + 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.
KNO2Co2+ + 7NO2 + 3K+ + 2CH3COOH →
K3[Co(NO2)6]↓ + H2O + NO↑ + 2CH3COO
Wytrąca się żółty osad.Zobacz obraz źródłowy

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-

Zobacz obraz źródłowy

Reakcje charakterystyczne jonu Mn2+

Dodawany odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2SMn2+ + H2S → MnS↓ + 2H+

4MnS + 3O2 + 6H2O → 4Mn(OH)3↓ + 4S↓
Wytrąca cię cielisty osad, który brązowieje na powietrzu.
NaOHMn2+ + 2OH → Mn(OH)2

2Mn(OH)2 + H2O2 → MnMnO3↓ + 3H2
(MnO · MnO2)
Wytrąca się biały osad, który utlenia się do czarnego
osadu manganianu(IV) manganu(II).

Zobacz obraz źródłowy
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 odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2SFe2+ + H2S → FeS↓ + 2H+Wytrąca się czarny osad, który roztwarza się w 
kwasie octowym, a na powietrzu utlenia się do 
wodorotlenku żelaza(III).
NaOHFe2+ + 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]2Wytrąca się ciemnoniebieski osad, tzw.
błękit Turnbulla.
K4[Fe(CN)6]2Fe2+ + [Fe(CN)6]4- → Fe2[Fe(CN)6]↓Wytrąca się biały osad.
KCNFe2+ + 2CN → Fe(CN)2

Fe(CN)2 + 4CN → [Fe(CN)6]4-
Wytrąca się brunatnożółty osad, który roztwarza się w 
nadmiarze odczynnika.
KMnO45Fe2+ + MnO4 + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2Roztwór odbarwia się.

Reakcje charakterystyczne jonu Fe3+

Dodawany odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2S2Fe3+ + 3H2S → Fe2S3↓ + 6H+Wytrąca się czarny osad, który roztwarza się w 
kwasach.
NaOHFe3+ + 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.
NH4SCNFe3+ + 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.
CH3COONaFe3+ + 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 odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2S2Al3+ + 3S2- + 6H2O → 2Al(OH)3↓ + 3H2Wytrąca się biały galaretowaty osad.
NH3(aq)Al3+ + 3NH3 · H2O → Al(OH)3↓ + 3NH4+ Wytrąca się biały galaretowaty osad.
NaOHAl3+ + 3OH → Al(OH)3

Al(OH)3 + OH → [Al(OH)4]
Wytrąca się biały osad, który roztwarza się w 
nadmiarze odczynnika.

Na2CO32Al3+ + 3CO32- + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2Wytrąca się biały galaretowaty osad. (Stężenie
jonów OH powstających w wyniku hydrolizy
jonu CO32- jest zbyt mała by przekroczyć iloczyn
rozpuszczalności Al(OH)3.
AluminonXTworzy się czerwony lak.

Reakcje charakterystyczne jonu Cr3+

Dodawany odczynnikRównanie reakcji chemicznejObserwacje w trakcie doświadczeniaFotografia strąconego osadu / roztworu
H2S2Cr3+ + 3S2- + 6H2O → 2Cr(OH)3↓ + 3H2Wytrąca się szarozielony osad.
NaOHCr3+ + 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+ + 6H2
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 → 2CrO42- + 8H2O
2CrO42- + 2H+ → Cr2O72- + H2O
Cr2O72- + 4H2O2 + 2H+ → 2CrO5 + 5H2O

Zobacz obraz źródłowy

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 + 2H2
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 → 2CrO42- + 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↓ + 3H2
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+ + SO32- → 2Mn2+ + SO42- + 2H2O
2Mn2+ + 5PbO2 + 4H+ → 2MnO4 + 5Pb2+ + 2H2
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 CrO42-. Aby się upewnić można wykonać próbę Lehnera.
[Al(OH)4] + 4H+ → Al3+ + 4H2O
[Zn(OH)4]2- + 4H+ → Zn2+ + 4H2O
2CrO42- + 2H+ → Cr2O72- + H2O
Pb2+ + CrO42- → 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 + 4H2
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

Autor posta

Jakub Misiurek
Student analityki chemicznej na Uniwersytecie Marii Curie Skłodowskiej w Lublinie. Od lat zakochany w chemii. Przekazywanie wiedzy innym jest jego przeznaczeniem, a muzyka pozwala mu na odpoczynek i wyciszenie. Dlaczego warto wybrać zajęcia z Kubą? Zaraża pozytywną energią i chemicznym zapałem. Dla niego nie ma rzeczy, których nie da się nauczyć.
Zapisz się do newslettera

Otrzymuj powiadomienia o artykułach naukowców.



    Wysyłając formularz oświadczasz, że zapoznałeś się z naszą polityką prywatności i ją akceptujesz.
    Zapisz się do newslettera