الكشف عن الكاتيونات: المجموعات التحليلية وهيدروكسيدات الحديد والألومنيوم
درس الكشف عن الكاتيونات: نفصل الكاتيونات إلى مجموعات تحليلية، لكل مجموعة كاشف يرسّب كاتيوناتها، ثم نكشف عن كل كاتيون على حدة. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.
المجموعات التحليلية
| المجموعة | الكاشف | أمثلة | الراسب |
|---|---|---|---|
| الأولى | HCl المخفف | Ag⁺ ، Hg⁺ ، Pb²⁺ | كلوريدات بيضاء |
| الثانية | H₂S في وسط حمضي | Cu²⁺ | كبريتيدات سوداء |
| الثالثة | محلول النشادر NH₄OH | Fe²⁺ ، Fe³⁺ ، Al³⁺ | هيدروكسيدات |
بعد تحديد المجموعة نكشف عن الكاتيون نفسه بتفاعل مميز. وتُفصل المجموعات بالترتيب: نضيف كاشف المجموعة الأولى أولًا وبعد الترشيح نضيف كاشف المجموعة التي تليها.
اعرض الحل
- HCl المخفف يرسّب كاتيونات المجموعة الأولى (Pb²⁺ هنا) في صورة PbCl₂ الأبيض، فهو الراسب (X).
- بعد الترشيح يبقى Ba²⁺ في المحلول، فيعطي مع H₂SO₄ راسبًا أبيض من BaSO₄ وهو (Y).
الإجابة (أ).
المجموعة الأولى: HCl المخفف
- Ag⁺ يعطي AgCl أبيض يذوب في النشادر، وPb²⁺ يعطي PbCl₂ أبيض، وHg⁺ يعطي كلوريد الزئبق (I) الأبيض.
- كاتيون الفضة يعطي أيضًا راسبًا أصفر مع أنيون اليوديد (AgI).
- كاتيون الرصاص (II) يعطي راسبًا أبيض مع H₂SO₄ المخفف (PbSO₄)، وراسبًا أسود مع H₂S (PbS).
المجموعة الثانية: كبريتيد الهيدروجين
كاتيون النحاس (II) يعطي مع H₂S راسبًا أسود من CuS، وكذلك يفعل Pb²⁺ وAg⁺، أما كاتيونات الصوديوم والبوتاسيوم فلا ترسب مع H₂S.
اعرض الحل
- (X) مادة سوداء تذوب في HNO₃ المخفف فتعطي المحلول (Y)، فهي CuO ويكون (Y) هو Cu(NO₃)₂.
- بإمرار H₂S على محلول Cu²⁺ يترسب (Z) CuS الأسود.
الإجابة (أ).
المجموعة الثالثة: Fe²⁺ وFe³⁺ وAl³⁺
يترسب كل منها على شكل هيدروكسيد عند إضافة NaOH أو محلول النشادر:
| الكاتيون | الراسب | في الهواء | الزيادة من NaOH | في HCl |
|---|---|---|---|---|
| Fe²⁺ | Fe(OH)₂ أبيض مخضر | يتأكسد إلى بني محمر | لا يذوب | يذوب |
| Fe³⁺ | Fe(OH)₃ بني محمر | لا يتغير | لا يذوب | يذوب |
| Al³⁺ | Al(OH)₃ أبيض جيلاتيني | لا يتغير | يذوب | يذوب |
- هيدروكسيد الألومنيوم متردد، فيذوب في وفرة NaOH مكوّنًا ملحًا ذائبًا، ولا يذوب في وفرة محلول النشادر.
- لذلك نفصل Al³⁺ عن Fe²⁺ وFe³⁺ بإضافة وفرة من NaOH: يبقى Al في المحلول ويترسب الحديد.
اعرض الحل
- الفلز المستخدم في أبراج الكهرباء هو الحديد، وبتسخينه مع Cl₂ يتكون FeCl₃.
- FeCl₃ يذوب في الماء ثم يضاف إليه محلول النشادر فيترسب Fe(OH)₃.
لون الراسب بني محمر.
الإجابة (ب).
اعرض الحل
- غاز النشادر مع الماء يعطي محلول النشادر NH₄OH.
- الراسب الأبيض المخضر عند إضافة المحلول إلى محلول الملح هو Fe(OH)₂.
إذن كاتيون الراسب هو Fe²⁺.
الإجابة (ج).
اعرض الحل
- الخاصية (1) في Fe(OH)₂ فقط: يتغير لونه في الهواء لأنه يتأكسد إلى Fe(OH)₃.
- الخاصية (2) المشتركة بينهما: كلاهما يذوب في HCl.
- الخاصية (3) في Al(OH)₃ فقط: يذوب في NaOH.
الإجابة (ج).
الحساب مع الزيادة من NaOH: يحتاج كل 1 mol من Al³⁺ إلى 3 mol من NaOH ليترسب Al(OH)₃، وكل 1 mol من NaOH إضافي يذيب 1 mol من الراسب. لذلك يزداد الراسب مع الإضافة ثم يقل ثم يثبت.
اعرض الحل
- أول 6 mol من NaOH ترسب 2 mol من Al(OH)₃، أي أعلى كتلة للراسب.
- الزيادة 1 mol من NaOH تُذيب 1 mol من الراسب، فتقل الكتلة إلى النصف تقريبًا ثم تثبت.
الشكل البياني: يرتفع ثم ينخفض ثم يثبت.
الإجابة (أ).
اعرض الحل
- الراسب البني المحمر مع النشادر يدل على Fe³⁺، وراسب AgNO₃ الأبيض يدل على أنيون الكلوريد.
- إذن (X) هو كلوريد الحديد (III) FeCl₃.
- الراسب البني Fe(OH)₃ يذوب في HCl فيعطي محلول (Y) FeCl₃ مرة أخرى.
الإجابة (ج).
اعرض الحل
- HCl يرسّب Ag⁺ على هيئة AgCl وهو الراسب (B).
- بعد الترشيح يضاف NaOH بوفرة: يترسب Fe(OH)₂ وFe(OH)₃ (الراسبان C)، أما Al(OH)₃ فيذوب في الزيادة.
- المحلول (D) يحتوي كاتيونات Na⁺ فقط.
الإجابة (ج).
كاتيونات الكالسيوم والباريوم والكشف الجاف
- كاتيونات Ca²⁺ وBa²⁺ تعطي راسبًا أبيض مع كربونات الأمونيوم (CaCO₃ وBaCO₃)، يذوب في HCl المخفف مع تصاعد CO₂.
- كلاهما يعطي راسبًا أبيض مع أنيون الكبريتات، لكن CaSO₄ شحيح الذوبان.
- كشف اللهب يكسب المنطقة غير المضيئة من لهب بنزن لونًا مميزًا:
| الكاتيون | لون اللهب |
|---|---|
| Ca²⁺ | أحمر طوبى |
| Na⁺ | أصفر ذهبي |
| K⁺ | بنفسجي |
| Ba²⁺ | أخضر |
- كاتيون الأمونيوم NH₄⁺ يكشف عنه بتسخين الملح مع NaOH فيتصاعد النشادر الذي يزرّق ورقة عباد الشمس الحمراء المبللة.
اعرض الحل
- كربونات الأمونيوم ترسب الراسب (B) وهو كربونات الكاتيون، وهو يذوب في HCl المخفف مع تصاعد CO₂.
- أما اللون الأحمر الطوبى في لهب بنزن فهو كشف كاتيون الكالسيوم.
الإجابة (ب).
اعرض الحل
- كلوريد الكالسيوم يذوب في الماء، فلا يتكوّن راسب مع أيونات الكلوريد.
- يتكوّن راسب أبيض من CaSO₄ مع أيونات الكبريتات.
- ويعطي الكالسيوم لونًا أحمر طوبى في كشف اللهب.
الإجابة (ب).