3.1: Поділ катіонів I групи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25113

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Селективне осадження набору групи I, тобто свинцю (II) (\(\ce{Pb^{2+}}\)), ртуті (I) (\(\ce{Hg2^{2+}}\)) та срібла (I) (\(\ce{Ag^{+}}\)) засноване на правилі розчинних іонів #3 у керівництвах щодо розчинності в розділі 1.1, де зазначено: «Солі хлориду (\(\ce{Cl^{-}}\)), броміду (\(\ce{Br^{-}}\)) та йодиду (\(\ce{I^{-}}\)) розчинні, крім випадків, коли катіоном є Свинець (\(\ce{Pb^{2+}}\)), Меркурій (\(\ce{Hg2^{2+}}\)) або Срібло (\(\ce{Ag^{+}}\)). Найкращим джерелом\(\ce{Cl^{-}}\) для осадження катіонів групи 1 з досліджуваного розчину є\(\ce{HCl}\), оскільки це сильна кислота, яка повністю дисоціює у воді виробляє\(\ce{Cl^{-}}\) і\(\ce{H3O^{+}}\) іони, обидва не беруть участі в будь-яких небажаних реакціях в умовах.

\(\ce{K_{sp}}\)Вираз використовується для обчислення\(\ce{Cl^{-}}\) того, що буде достатньо для осаду катіонів групи 1. Молярну концентрацію іонів хлориду тобто, [\(\ce{Cl^{-}}\)], в моль/літр в насиченому розчині іонної сполуки можна обчислити шляхом перестановки їх відповідної\(\ce{K_{sp}}\) експресії. Наприклад, для\(\ce{AgCl}\) вирішення,\(\mathrm{K}_{\mathrm{sp}}=\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]\left[\mathrm{Cl}^{-}\right]\) переставляє на:

\[\left[\mathrm{Cl}^{-}\right]=K_{s p} /\left[\mathrm{Ag}^{+}\right]\nonumber\]

і для\(\ce{PbCl2}\) розв'язку K _sp = [Pb ² ⁺] [Cl ^-] ² переставляє на:

\[\left[C l^{-}\right]=\sqrt{K_{s p} /\left[P b^{2+}\right]}\nonumber\]

Концентрація іонів у невідомому зразку становить ~ 0,1 М. Підключення значення 0,1 М для\(\ce{Pb^{2+}}\) наведеного вище рівняння показує, що [\(\ce{Cl^{-}}\)] в насиченому розчині, що має 0,1 М,\(\ce{Pb^{2+}}\) становить 1,3 х 10 ^-2 М:

\[\left[C l^{-}\right]=\sqrt{K_{s p} /\left[P b^{2+}\right]}=\sqrt[2]{1.6 \times 10^{-5} / 0.1}=1.3 \times 10^{-2} \mathrm{M}\nonumber\]

Це означає, що\(\ce{Cl^{-}}\) концентрація до 1,3 х 10 ^-2 М не викличе опадів з 0,1 М\(\ce{Pb^{2+}}\) розчину. Збільшення\(\ce{Cl^{-}}\) вище 0,013М видалить\(\ce{Pb^{2+}}\) з розчину як\(\ce{PbCl2}\) осад. Якщо потрібне видалення 99,9%, то в розчині\(\ce{Pb^{2+}}\) залишиться 1,0 х 10 ^-4 М і [\(\ce{Cl^{-}}\)] доведеться підняти до 0,40 М:

\[\left[C l^{-}\right]=\sqrt[2]{K_{s p} /\left[P b^{2+}\right]}=\sqrt[2]{1.6 \times 10^{-5} / 1.0 \times 10^{-4}}=0.40 \mathrm{M}\nonumber\]

Розчинність\(\ce{Hg2Cl2}\) і\(\ce{AgCl}\) менше, ніж у\(\ce{PbCl2}\). Так, 0,40М\(\ce{Cl^{-}}\) видалить більше 99,9%\(\ce{Hg2^{2+}}\) і\(\ce{Ag^{+}}\) з розчину.

Проба з 20 крапель водного розчину становить близько 1 мл. У цих експериментах ~ 15 крапель досліджуваного розчину збирають в пробірку і\(\ce{HCl}\) змішують з розчином від 3 до 4 крапель 6М. Це призводить до отримання близько 0,9 мл загального розчину, що містить від 1 до 1,3 М\(\ce{Cl^{-}}\), що більш ніж удвічі перевищує концентрацію, необхідну для випадання 99,9% катіонів групи 1.

Концентрований реагент (6М\(\ce{HCl}\)) використовується для мінімізації розведення досліджуваного зразка, оскільки розчин центрифугують, а супернатант, який відокремлюється декантацією, використовується для аналізу решти катіонів. 12M\(\ce{HCl}\) доступний, але він не використовується, оскільки він є більш небезпечним реагентом через більш концентровану сильну кислоту, а також тому, що якщо\(\ce{Cl^{-}}\) концентрація підвищена до 5 М або вище в досліджуваному розчині, він може повторно розчинятися\(\ce{AgCl}\), утворюючи водорозчинний [\(\ce{AgCl2}\)] ^- комплексний іон.

Додавання\(\ce{HCl}\) викликає осадження катіону групи 1 у вигляді молочно-білої суспензії, як показано на малюнку\(\PageIndex{1}\) та рівняннями хімічних реакцій нижче. Осади можуть бути розділені гравітаційною фільтрацією, але більш ефективного поділу можна досягти, піддаючи суспензію центрифузі в пробірці. Відцентрова сила змушує тверду суспензію осідати і упакувати на дні пробірки, з якої можна вилити прозорий розчин, званий супернатантом - процес, званий декантацією. Осад повторно суспендують у чистій воді шляхом перемішування чистим скляним стрижнем, центрифугують і знову зціджують, щоб вимити залишкові домішки. Промитий осад використовують для відділення і підтвердження катіонів групи 1 і супернатант зберігають для аналізу катіонів 2, 3, 4 і 5 групи.

\[\ce{ Pb^{2+}(aq) + 2Cl^{-}(aq) <=> PbCl2(s)(v)}\nonumber\]

\[\ce{Hg2^{2+}(aq) + 2Cl^{-}(aq) <=> Hg2Cl2(s)(v)}\nonumber\]

\[\ce{ Ag^{+}(aq) + Cl^{-}(aq) <=> AgCl(s)(v)}\nonumber\]

Білі опади катіонів I групи — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Осади катіонів I групи утворюються у вигляді суспензії при додаванні\(\ce{HCl}\) крапель до досліджуваного зразка (зліва), осад відокремлюється у вигляді гранул на дні пробірки центрифугуванням з прозорим супернатантом у верхній (середній), а осад ресуспендується при промиванні рідина (праворуч).

Осад, відокремлений центрифугуванням від супернатанта — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Осади катіонів I групи утворюються у вигляді суспензії при додаванні\(\ce{HCl}\) крапель до досліджуваного зразка (зліва), осад відокремлюється у вигляді гранул на дні пробірки центрифугуванням з прозорим супернатантом у верхній (середній), а осад ресуспендується при промиванні рідина (праворуч).