Katioonide I ruhm (0)

Laboratoorne töö 1
Töö ülesanne ja eesmärk: tõestada katioonide esimese rühma reaktsioone
Kasutatud töövahendid: pipett, puhtad katseklaasid
Kasutatud ained: 2M HCl, 0,25M KI, 0,2M K2CrO4
Tõestusreaktsioonid
Pb2+ -ioonide tõestusreaktsioonid
1) Cl–-ioonidega moodustub valge tihe pliikloriidi sade:
Pb2+ + 2Cl– → PbCl2 ↓
Pb(NO3)2 + 2HCl → PbCl2 + 2HNO3
2) I–-ioonidega (lisada 1 tilk) moodustub intensiivne kollane pliijodiidi sade:
Pb2+ + 2I– → PbI2 ↓
Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2 + 2KNO3
Kuumutasin sademe 2M etaanhappega hapestatud vees, seejärel kiiresti jahutasin ning eraldus kuldselt helkiva peenekristalliline PbI2 sade.
3) CrO42–-ioonidega moodustub kollane pliikromaadi sade:
Pb2+ + CrO42– → PbCrO4 ↓
Pb(NO3)2 + K2CrO4 → PbCrO4↓ + 2K2NO3
Sade lahustub NaOH lahuses moodustades tetrahüdroksoplumbaatiooni, sade kaob, lahus on värvitu:
PbCrO4 + 4OH– → [Pb(OH)4]2– + CrO42–
Ag+ -ioonide tõestusreaktsioonid
1) Cl–-ioonidega moodustub valge hõbekloriidi sade
Ag+ + Cl– → AgCl ↓
AgNO3 + HCl → AgCl↓ + HNO3
Tekkinud AgCl sademe reageerimisel ammoniaagi vesilahusega moodustub lahustuv kompleksühend diammiinhõbekloriid ja sade kaob:
AgCl + 2NH3 ⋅H2O → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O
Hapestamisel HNO3-ga (prootonitega) kompleksühend laguneb ja sadeneb uuesti valge hõbekloriidi sade:
[Ag(NH3)2]Cl + 2H+ → AgCl ↓ + 2NH4+
2) I–-ioonidega moodustub kollakasvalge hõbejodiidi sade:
Ag+ + I– → AgI ↓
AgNO3 + KI → AgI↓ + KNO3
3) CrO42–-ioonidega moodustub telliskivipunane hõbekromaadi sade:
2Ag+ + CrO42– → Ag2CrO4 ↓
2AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4↓+ 2KNO3
Hg22+ -ioonide tõestusreaktsioonid
1) Cl–-ioonidega moodustub valge elavhõbe(I)kloriidi sade:
Hg22+ + 2Cl– → Hg2Cl2 ↓
Hg2(NO3)2 + 2HCl → Hg2Cl2 ↓ + 2HNO3
Ammoniaagi vesilahus reageerib Hg2Cl2-ga moodustades musta metalse elavhõbeda ja elavhõbeamiidkloriidi, mis on valge:
Hg2Cl2 + 2NH3 ⋅H2O → NH2HgCl ↓ + Hg ↓ + NH4Cl + 2H2O
2) I–-ioonidega moodustub rohekas elavhõbe(I)jodiidi sade:
Hg22+ + 2I– → Hg2I2 ↓
Hg2(NO3)2 + 2KI → Hg2I2 ↓ + 2KNO3
3) CrO42–-ioonidega moodustub oraanž elavhõbe(I)kromaadi sade:
Hg22+ + CrO42– → Hg2CrO4 ↓
Hg2(NO3)2 + K2CrO4 → Hg2CrO4 ↓ + 2KNO3
Esimese rühma katioonide (Pb2+, Ag+, Hg22+) lahuse süstemaatiline analüüs
I rühma katioonide sadestamine

Tsentrifuugiklaasi võtsin 1-1,5 ml esimese rühma katioonide lahust

Lisasin tilkhaaval 2M HCl lahust ja segasin ettevaatlikult klaaspulgaga.

Tekkinud PbCl2, AgCl ja Hg2Cl2 (valge sade põhjas) sade tsentrifuugisin ja kontrollisin peale tsentrifuugimist sadestumise täielikkust mõne tilga 2M HCl lisamisega.

Kui seejuures tekib hägu, pole sadenemine olnud täielik ja lisatakse veel mõned tilgad HCl, segatakse, tsentrifuugitakse, mida mina tegingi.

Edasi võtsin tsentrifugaat pipetiga sademe pealt ettevaatlikult ära.

Tsentrifugaat valasin kraanikaussi (teiste rühmade katioone ei olnud).

Kloriidide sadet pesin külma soolhappelise veega (pesuvee valmistamiseks lisatakse 10 ml destilleeritud veele 3-4 tilka konts. HCl)

Pesemiseks lisasin sademele 1-2 ml pesuvett, segasin ja tsentrifuugisin. Kui lahuses teiste rühmade katioone pole, piisab ühekordsest pesemisest, muidu pestakse kolm korda.
Miks on vajalik järgnevate rühmade katioonide väljapesemine sademest?
Pesemine on vajalik lahusesse jäänud anioonide ja järgnevate rühmade katioonide väljapesemiseks. Kui järgnevate rühmade katioonid jäävad lahusesse, ei saa hakata esimese rühma katioone eraldama. Tõestuste puhul segavad katioonid üksteist ning ei saa kindlalt väita, mis eraldus ja mis sadenes.
Miks tuleb pesta külma soolhappelise veega?
Külm soolhappeline vesi hapustab lahuse, lisab prootoneid ning koristab teised katioonid lahusest.
PbCl2 eraldamine AgCl ja Hg2Cl2 sademest ja Pb2+-ioonide tõestamine

Pestud sademele lisasin 1-2 ml vett, segasin ja soojendasin 5 minuti jooksul segades keevas vesivannis.

Tsentrifuugisin kuumalt 1 minuti, kuna pliikloriidi lahus lahustub soojas vees.

Tsentrifugaat kandsin pipetiga koheselt teise katseklaasi ja lahuse üksikosadest tõestasin Pb2+- ioonid eelpool kirjeldatud tõestusreaktsioonidega.

Järelejäänud kloriidide sadet pesin kuuma veega PbCl2 jälgede eemaldamiseks senikaua , kuni pesuvees ei tõestunud enam Pb2+-ioone.
Miks tuleb tsentrifuugida kuumalt?
Kuna kuumalt tsentrifuugimisel plii ioonid ei sadestu.
Hg22+-ioonide tõestamine

Järelejäänud pestud sademele lisasin umbes 10 tilka 2M ammoniaagi vesilahust ja segasin hoolikalt.

Musta sademe teke ammoniaagi vesilahuse lisamisel AgCl ja Hg2Cl2 sademele tõestab Hg22+-ioonide olemasolu analüüsitavas lahuses.
Ammoniaagi vesilahuse lisamisel lahusele tekkis must sade, mis tõestab elavhõbeda ioonide olemasolu lahuses.
Hg2Cl2 + 2NH3 ⋅H2O → NH2HgCl ↓ + Hg ↓ + NH4Cl + 2H2O
Miks värvub sade mustaks?
Sade muutub mustaks, kuna elavhõbe sadeneb välja.
AgCl eraldamine Hg2Cl2 sademest ja Ag+-ioonide tõestamine

Tsentrifuugisin ja eraldasin tsentrifugaat ettevaatlikult puhta pipetiga.

Viisin läbi kolm tõestusreaktsiooni ja nad õnnestusid.
Tegin katse ka lämmastikhappe lisamisega ja vee lahjendamisega ning lahjendamisel tekkis valge sade, mis tõestas vaba Ag olemasolu NH2HgCl + Hg sademes, seega tõestas ka Ag+-ioonide olemasolu uuritavas lahuses.
Milliste reaktsioonide tõttu võib Ag+-ioonide üleminek ammiinkompleksi olla
raskendatud?
Hg22+ ioonide tõttu võib Ag+ ioonide üleminek ammiinkompleksi olla raskendatud.
1. Hg22+, Pb2+, Ag+-ioonide eraldamine teiste rühmade katioonidest põhineb nende katioonide kloriidide väga vähesel lahustumisel vees. HCl toimel sadestuvad nad rasklahustuvate kloriididena.
2. Lahusele, mis sisaldas ainult Pb2+ ja Ag+ -ioone, lisati kuuma konts. HCl-i ning valget sadet ei moodustunud, seega hõbekloriid ei sadestunud. See on sellepärast, et konts. HCl on väga kange ning kui lisada lahusele liigselt Cl- -ioone, siis moodustavad kompleksühendid [PbCl4]2- ja [AgCl2]-, mis lahustuvad vees.
3.1) Ka = 1,6 x 10-5
M (PbCl2) = 278 g/mol
PbCl2  Pb2+ + 2Cl-
S S 2S
Ka = S x (2S)2 = 4S3
S = 0,01587 mol/L
S x M = 0,01578 x 278 = 4,39 g/L
3.2) Ka = 1,7 x 10-10
M (AgCl) = 143,5 g/mol
AgCl  Ag+ + Cl-
S S S
Ka = S x S = S2
S = 0,000013 mol/L
S x M = 0,000013 x 143,5 = 0,00187 g/L
3.3) Ka = 1,1 x 10-18
M (PbCl2) = 473 g/mol
Hg2Cl2  2Hg+ + 2Cl-
S 2S 2S
Ka = (2S)2 x (2S)2 = 16S2
S = 2,02 x 10-6 mol/L
S x M = 2,02 x 10-6 x 473 = 9,56 x 10-4 g/L
4) Pb2+ -ioonide eraldamine põhineb sellel, et PbCl2 sade lahustub kuumas vees. Seega saab katioonide segu lahuses kuumutada ning kuumalt tsentrifuugida. Selle tagajärjel lahustub sade lahusesse ning seda saab eraldada.
5) Ag+ -ioonide eraldamiseks Hg2+ ioonidest tuleb sadet tsentrifuugida ning tsentrifugaat ettevaatlikult eraldada puhta pipetiga. Elavhõbeda ioonid on sadestunud põhja NH2HgCl↓ näol.