Разделение смеси ионов
Принципы разделения
Разделение — это последовательность развилок: на каждой стадии реагент делит смесь на осадок и раствор. Хорошая схема:
- каждый ион попадает ровно в одну фракцию;
- осаждение полное (остаток < 0,1 %);
- реагенты предыдущих стадий не мешают последующим (избыток аммиака удаляют кипячением, избыток сероводорода — нагреванием с кислотой);
- сложные случаи решают сменой степени окисления или комплексообразованием.
edit_noteСеребро, медь, железо
- HCl: AgCl в осадок; \(\ce{Cu^2+}\), \(\ce{Fe^3+}\) — в растворе.
- Избыток \(\ce{NH3}\): \(\ce{Fe(OH)3}\) в осадок; медь — в растворе как \(\ce{[Cu(NH3)4]^2+}\) (синий).
- Подкислить, \(\ce{H2S}\): чёрный CuS.
boltТаблица судьбы
Нарисуйте таблицу: строки — ионы, столбцы — стадии, в клетках — форма иона (осадок, раствор, комплекс, газ). Пустых клеток и «раздвоений» быть не должно. Это лучший способ проверить свою схему.
Амфотерность и аммиакаты
Два главных «разделителя» катионов переходных металлов:
| Реагент (избыток) | В осадке | В растворе |
|---|---|---|
| NaOH (+ \(\ce{H2O2}\)) | \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{MnO(OH)2}\), \(\ce{Ni(OH)2}\), \(\ce{Co(OH)3}\), \(\ce{Cu(OH)2}\), \(\ce{Mg(OH)2}\) | \(\ce{[Al(OH)4]-}\), \(\ce{[Zn(OH)4]^2-}\), \(\ce{CrO4^2-}\), \(\ce{[Pb(OH)4]^2-}\), \(\ce{[Sn(OH)6]^2-}\) |
| \(\ce{NH3}\) (с \(\ce{NH4Cl}\)) | \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{Al(OH)3}\), \(\ce{Cr(OH)3}\), \(\ce{MnO(OH)2}\) (на воздухе), \(\ce{Bi(OH)3}\) | \(\ce{[Cu(NH3)4]^2+}\), \(\ce{[Ni(NH3)6]^2+}\), \(\ce{[Co(NH3)6]^2+}\), \(\ce{[Zn(NH3)4]^2+}\), \(\ce{[Cd(NH3)4]^2+}\) |
Пероксид водорода в щелочной ступени окисляет хром до хромата (он уходит в раствор), марганец и кобальт — до высших гидроксидов (в осадок). Хлорид аммония в аммиачной ступени удерживает магний в растворе и понижает pH, чтобы не растворились амфотерные гидроксиды.
scienceРазделение щёлочью с пероксидом
- \(\ce{2Cr^3+ + 3H2O2 + 10OH- -> 2CrO4^2- + 8H2O}\).
- \(\ce{Mn^2+ + H2O2 + 2OH- -> MnO(OH)2 v + H2O}\).
- \(\ce{Zn^2+ + 4OH- -> [Zn(OH)4]^2-}\).
Смена степени окисления
Похожие ионы иногда проще разделить, изменив степень окисления одного из них:
- \(\ce{Fe^2+}\) и \(\ce{Mn^2+}\): окислить железо до \(\ce{Fe^3+}\) (перекисью или азотной кислотой) — оно осаждается уже при pH 3, а марганец остаётся;
- \(\ce{Cr^3+}\) и \(\ce{Al^3+}\): окислить хром до хромата — он не осаждается аммиаком, а \(\ce{Al(OH)3}\) выпадает;
- \(\ce{Co^2+}\) и \(\ce{Ni^2+}\): окислить кобальт до Co(III) в аммиачной среде (инертный \(\ce{[Co(NH3)6]^3+}\)) или осадить \(\ce{K3[Co(NO2)6]}\);
- \(\ce{As}\), \(\ce{Sb}\), \(\ce{Sn}\) в сульфидной группе: окисление полисульфидом переводит их в растворимые тиосоли.
scienceРазделения через ОВР
- \(\ce{2Fe^2+ + H2O2 + 2H+ -> 2Fe^3+ + 2H2O}\), затем \(\ce{Fe^3+ + 3NH3 + 3H2O -> Fe(OH)3 v + 3NH4+}\).
- \(\ce{CoCl2 + 7KNO2 + 2CH3COOH -> K3[Co(NO2)6] v + NO ^ + 2KCl + 2CH3COOK + H2O}\) — кобальт в осадок, никель остаётся.
- \(\ce{SnS + (NH4)2S2 -> (NH4)2SnS3}\) — олово(II) окисляется и растворяется как тиостаннат.
push_pinГлавное
Принцип: на каждой стадии один реагент переводит часть ионов в осадок (или газ), остальные остаются в растворе; реагент не должен мешать следующим стадиям. Типичные ходы: HCl — \(\ce{Ag+}\), \(\ce{Pb^2+}\), \(\ce{Hg2^2+}\); \(\ce{H2SO4}\) — \(\ce{Ba^2+}\), \(\ce{Sr^2+}\), \(\ce{Pb^2+}\); избыток NaOH (+ \(\ce{H2O2}\)) — отделяет амфотерные (Al, Zn, Pb, Sn, Cr → хромат) от остальных; избыток \(\ce{NH3}\) — отделяет аммиакаты (Cu, Ni, Co, Zn, Cd, Ag) от гидроксидов (Fe, Al, Cr, Mn, Bi); \(\ce{H2S}\) при заданном pH — сульфиды. Изменение степени окисления (\(\ce{Fe^2+ -> Fe^3+}\), \(\ce{Cr^3+ -> CrO4^2-}\), \(\ce{Mn^2+ -> MnO2}\)) помогает разделить похожие ионы. Таблица «ион — стадия — форма» проверяет схему.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.