Вторая группа катионов

Групповым реагентом для второй группы катионов является раствор соляной кислоты, осаждающий хлориды серебра, свинца, ртути, отличающиеся по своей растворимости в воде. Нитрат-, нитрит- и ацетат-ионы с катионами второй группы образуют растворимые в воде соли, а с хлорид-, бромид-, иодид-, сульфид-, карбонат-, фосфат-, хромат-, силикат-ионами - малорастворимые соединения.

Общие реакции катионов второй группы

1. Реакция с соляной кислотой, свойства хлоридов.

Растворы HCl и хлоридов осаждают катионы серебра, свинца и ртути по общему уравнению:

Meⁿ⁺ + nCl^– = ↓MeCl_n

Следует избегать большого избытка группового реагента для предотвращения частичного растворения хлоридов вследствие образования комплексов типа: [PbCl₃]^–, [PbCl₄]^2–, [AgCl₂]^–, [HgCl₂]^–.

Осадок хлорида свинца – кристаллический, белого цвета, частично растворим в холодной воде. Этим пользуются для отделения хлорида свинца от хлоридов серебра и ртути.

Осадок хлорида серебра – белый, творожистый, темнеющий на свету вследствие разложения, в воде практически нерастворим ().

Легко растворяется в растворе аммиака:

↓AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^–.

Добавление кислоты или иодида калия к полученному аммиачному комплексу смещает равновесие в обратную сторону:

[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2H⁺ + Cl^– = 2 NH₄⁺ + ↓AgCl,

[Ag(NH₃)₂]⁺ + J^– = ↓AgJ + 2 NH₃ (р-р).

Hg₂Cl₂ – белый малорастворимый в воде осадок ( = ). Под действием аммиака чернеет вследствие диспропорционирования Hg₂²⁺ и выделения металлической ртути:

Hg₂Cl₂ + 2 NH₃(р-р) = ↓HgNH₂Cl + ↓Hg⁰ + NH₄⁺ + Cl^–.

Аминохлорид ртути (II) HgNH₂Cl – хлорид меркураммония.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К нескольким каплям растворов солей Pb²⁺, Ag+, Hg₂²⁺ добавить по 1,5-кратному избытку раствора соляной кислоты. Рассмотреть внешний вид образовавшихся осадков. Разделить каждый на две пробирки и проверить действие нагревания и раствора аммиака. Сделать вывод о разделении катионов II группы на основе свойств хлоридов. Разделить раствор аммиаката серебра на 2 пробирки: в одну прилить раствор HNO₃ до кислой реакции, в другую – раствор KJ. Что наблюдается? Объяснить направление происходящих реакций сравнением величин К_уст. И ПР соответствующих соединений.

2. Реакции с едкими щелочами.

Растворы едких щелочей с катионами II группы образуют осадки гидроксидов:

Meⁿ⁺ + nOH^– = ↓Me(OH)_n.

AgOH и Hg₂(OH)₂ неустойчивы и моментально разлагаются:

2AgOH = Ag₂O + H₂O,

Hg₂(OH)₂ = Hg₂O + H₂O.

Pb(OH)₂ обладает амфотерными свойствами и растворяется при действии кислот и щелочей.

↓Pb(OH)₂ + 2H⁺ = Pb²⁺ + 2 H₂O,

↓Pb(OH)₂ + 2OH^– = [Pb(OH)₄]^2–.

Оксид серебра Ag₂O бурого цвета, растворяется в аммиаке с образованием аммиаката [Ag(NH₃)₂]⁺. Оксид ртути Hg₂O чёрного цвета.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К нескольким каплям растворов солей катионов II группы добавлять по каплям раствор NaOH. Наблюдать образование осадков. Изучить действие на них избытка щёлочи и раствора аммиака.

3. Реакция с раствором аммиака.

Раствор аммиака NH₃+H₂O осаждает катионы свинца и ртути по уравнениям:

Pb²⁺ + 2 NH₃ + 2 H₂O = ↓Pb(OH)₂ + 2NH₄⁺,

2 Hg₂²⁺ + NH₃ + NO₃^– + H₂O = ↓[Hg₂ONH₂] NO₃ + ↓2Hg + 2OH^–.

Катионы серебра при действии раствора аммиака образуют сначала малорастворимый оксид:

2 Ag⁺ + 2NH₃ + H₂O = ↓Ag₂O + 2 NH₄⁺,

растворяющийся при дальнейшем добавлении реагента.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К нескольким каплям растворов солей катионов II группы добавлять раствор аммиака по каплям. Описать наблюдаемые явления.

4. Реакция с хроматом калия.

K₂CrO₄ образует с катионами II группы в нейтральной и слабокислой среде малорастворимые осадки хроматов:

2Meⁿ⁺ + nCrO₄^2– = Me₂(CrO₄)_n.

PbCrO₄ – осадок жёлтого цвета, легко растворимый в щёлочи:

↓PbCrO₄+ 4OH^–= [Pb(OH)₄]^2– + CrO₄^2–

Hg₂CrO₄ – осадок красного цвета, нерастворимый в щелочах и растворе азотной кислоты.

Ag₂CrO₄ – осадок красно-кирпичного цвета, растворим в растворах азотной кислоты и аммиаке.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. Получить осадки хроматов катионов II группы, обратить внимание на окраску. Изучить растворимость в растворах HNO₃, NaOH, NH₃+H₂O.

Записать уравнения происходящих реакций.

5. Реакция с иодидом калия.

KJ осаждает катионы II группы в виде малорастворимых соединений. PbJ₂– осадок золотисто-жёлтого цвета, его растворимость повышается при нагревании. AgJ – осадок бледно-жёлтого цвета, Hg₂J₂ – осадок зеленовато-жёлтого цвета, их растворимость при нагревании изменяется мало.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. Получить осадки иодидов Pb²⁺, Ag⁺, Hg₂²⁺, изучить действие нагревания на растворимость осадков. В пробирку с PbJ₂ добавить равный объём воды и раствора СН₃СООН, нагреть. Осадок растворяется. Погрузить пробирку в холодную воду. Наблюдать выпадение иодида в виде блестящих золотистых кристаллов. Это одна из наиболее красивых аналитических реакций.

6. Реакция с карбонатом натрия.

Карбонат-ионы осаждают катионы II группы в виде малорастворимых осадков, растворяющихся в сильных и слабых кислотах. PbCO₃ и Ag₂CO₃ – белого цвета, Hg₂CO₃ – жёлтого. Карбонат серебра растворяется, кроме того, в растворе NH₃ и избытке (NH₄)₂СО₃:

Ag₂CO₃ + 4 NH₄⁺ + 2CO₃ = 2[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2CO₂↑ + 2H₂O.

В ы п о л н е н и е р еа к ц и и. Получить осадки карбонатов Pb²⁺, Ag⁺, Hg₂²⁺, обратить внимание на их окраску, устойчивость, испытать действе HNO₃, NH₃.

Сделать вывод о растворимости карбонатов.

Характерные реакции катионов свинца

1. Реакция с серной кислотой.

Разбавленная серная кислота и сульфаты осаждают Pb²⁺ в виде белого кристаллического осадка:

Pb²⁺ + SO₄^2– = ↓PbSO₄.

Cульфаты Ag⁺и Hg₂²⁺ осаждаются только из концентрированных растворов. Осадок PbSO₄ растворим при нагревании в щелочах:

↓PbSO₄+ 4OH^– = [Pb(OH)₄]^2– + SO₄^{2 –}.

и в концентрированном растворе ацетата аммония:

2↓PbSO₄ + 2CH₃COO^– = Pb(CH₃COO)₂· PbSO₄ + SO₄^2–.

Разбавленная азотная кислота повышает частично растворимость PbSO₄за счёт связывания SO₄^{2 –} в HSO₄^–.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К 5-6 каплям растворов Pb²⁺, Ag⁺, Hg₂²⁺ добавить 8-10 капель раствора H₂SO₄. Что можно сказать о растворимости сульфатов? Исследовать действие на осадок сульфата свинца NaOH, CH₃COONH_4, при нагревании. Выписать из справочников по аналитической химии ПР сульфатов катионов II группы. Сделать вывод.

Катионы свинца могут быть выделены из общего раствора с помощью некоторых общеаналитических реакций (HCl, KJ); при нагревании, фильтровании и охлаждении фильтрата выпадают золотисто-жёлтые кристаллы PbJ₂.

Характерные реакции катионов ртути

1. Реакция с раствором аммиака.

Это наиболее характерная реакция, позволяющая открыть Hg₂²⁺ в присутствии Pb²⁺ и Ag⁺. Описание дано в общих реакциях.

2. Восстановление [Hg₂]² до металлической ртути.

а) Соли олова (II) образуют с солями ртути (I) белый осадок Hg₂Cl₂, чернеющий вследствие восстановления [Hg₂]²⁺ до металлической ртути:

[Hg₂]²⁺ + 2Cl^– = ↓Hg₂Cl₂,

↓Hg₂Cl₂ + H₂[SnCl₄] = 2Hg↓ + H₂[SnCl₆].

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К капле раствора Hg₂(NO₃)₂ добавить 2-3 капли подкисленного раствора SnCl₂. Наблюдать изменение окраски осадка.

б) При действии солей ртути (I) на свободную медь также происходит выделение металлической ртути в виде серого пятна:

Hg₂²⁺ + Cu = Cu²⁺ + 2Hg↓.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. Поместить каплю раствора Hg₂(NO₃)₂ на блестящую медную пластинку или монету и дать постоять. Через 2-3 минуты смыть раствор водой и потереть пятно фильтровальной бумагой. Что наблюдается?

Характерные реакции для катионов серебра

1. Для отделения катионов серебра от катионов свинца и ртути пользуются характерными свойствами хлорида серебра растворяться в избытке раствора аммиака с образованием комплексного иона [Ag(NH₃)₂]⁺:

↓AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^–.