МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ «ГИМНАЗИЯ № 20»

                                               ПРОБЛЕМНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ

                                ЦЕНТР ЕСТЕСТВЕННО-

                                                       ВАЛЕОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

                                                                НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО ОБУЧАЮЩИХСЯ

                                                                       ПО ХИМИИ И ЭКОЛОГИИ

ПРОЕКТ ПО ХИМИИ

«Исследование возможности использования гексациано-ферратов калия («кровяных солей») для качественного обнаружения катионов различных металлов в водных растворах»

                                                                                  Выполнил учащийся 10 класса

                                                           Ерофеев Андрей

                                                                             Руководитель  Гордеев Андрей Сергеевич,

                                                                      учитель химии и экологии, заместитель

                                                                              директора по учебно-воспитательной работе

г. Донской

2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Методика исследования
3. Основная часть
4. Заключение
5. Литература
6. Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Гексацианоферра́т (II) калия (железистосинеро́дистый калий, ферроциани́д калия, гексацианоферриа́т калия) — комплексное соединение двухвалентного железа K4[Fe(CN)6], существующее обычно в виде тригидрата K4[Fe(CN)6]·3H2O.

Тривиальное название «жёлтая кровяная соль» появилось из-за того, что ранее это вещество получали из отходов с боен (в частности, крови). Это, а также жёлтый цвет кристаллов, обусловили название соединения.

Применяют его при изготовлении пигментов, крашении шёлка, в производстве цианистых соединений, ферритов, цветной бумаги, как компонент ингибирующих покрытий и при цианировании сталей, для выделения и утилизации радиоактивного цезия.

Гексацианоферрат (II) калия применяется в аналитической химии как реактив для обнаружения некоторых катионов, прежде всего, Fe3+, Cu2+, Zn2+.

Гексацианоферрат (III) калия (железосинеродистый калий, феррицианид калия, гексацианоферрат калия) — комплексное соединение трёхвалентного железа K3[Fe(CN)]6.

Был получен в 1822 году немецким химиком Леопольдом Гмелином путём окисления «жёлтой кровяной соли». Этот факт, а также красный цвет кристаллов, обусловили происхождение названия. Тёмно-красные кристаллы с моноклинной решеткой. Водный раствор зеленовато-жёлтого цвета.

Некоторые свойства:

Применение: Компонент тонирующих, отбеливающих, усиливающих, ослабляющих растворов в фотографии, электролит в хемотронных приборах, компонент электролитов в гальванопластике, реагент для обнаружения катионов Fe2+, Li+, Sn2+, а также в качестве сильного окислителя. В почвоведении используют для качественного определения оглеения (солей двухвалентного железа).

Научный интерес представляет изучение возможности обменного взаимодействия «кровяных солей» с катионами магния, кальция, бария, алюминия, кадмия, никеля, марганца, использования «кровяных солей» для качественного обнаружения вышеперечисленных катионов в водных растворах, поскольку в учебной и справочной литературе отсутствуют сведения по данному вопросу.

Цель проекта: определение возможности использования гексацианоферратов калия («кровяных солей») для качественного обнаружения катионов различных металлов в водных растворах на основе проведения химического эксперимента и анализа его результатов.

Задачи проекта:

1. Проведение химического эксперимента по изучению реакций взаимодействия гексацианоферратов калия («кровяных солей») с солями различных металлов в водных растворах.
2. Анализ результатов химического эксперимента, их интерпретация, общий вывод.

Предмет исследования: возможность использования «кровяных солей» в качественном химическом анализе.

Объект исследования: химическое взаимодействие «кровяных солей» с солями различных металлов в водных растворах.

Место проведения исследования: муниципальное общеобразовательное учреждение «Гимназия № 20» города Донской Тульской области; изучение литературы по данному вопросу осуществлялось в декабре 2010 – январе 2011 года; химический эксперимент проводился в феврале 2011 года, обработка результатов, их анализ, формулирование выводов – в марте 2011 года.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Приготовить разбавленные (2 – 5%-ные) водные растворы «жёлтой кровяной соли», «красной кровяной соли» и солей ряда металлов.
2. Провести реакции обменного взаимодействия водных растворов «кровяных солей» с водными растворами солей металлов.
3. Зафиксировать наблюдения.
4. Сделать вывод о возможности использования «кровяных солей» для качественного обнаружения катионов определённых металлов в водных растворах.

ОБОРУДОВАНИЕ: пробирки, штатив для пробирок, химические стаканы.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ВЕЩЕСТВА: гексацианоферрат (II) калия («жёлтая кровяная соль»), гексацианоферрат (III) калия («красная кровяная соль»), сульфат железа (II), сульфат железа (III), сульфат меди (II), хлорид цинка, хлорид марганца (II), хлорид бария, хлорид алюминия, хлорид кальция, сульфат магния, хлорид кадмия (II), сульфат никеля (II).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Изучение взаимодействия водного раствора «жёлтой кровяной соли» с водными растворами солей различных металлов.

1. Взаимодействие с водным раствором сульфата железа (III) – протекает с образованием раствора характерного тёмно-синего цвета – гексацианоферрата (II) калия-железа(III) (берлинской лазури):

Fe2(SO4)3 + 2K4[Fe(CN)6] → 2KFe[Fe(CN)6] + 3K2SO4

K+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- → KFe[Fe(CN)6] (см. Фото 1)

2. Взаимодействие с водным раствором хлорида цинка – протекает с образованием белого осадка гексацианоферрата (II) калия-цинка:

3ZnCl2 + 2K4[Fe(CN)6] → K2Zn3[Fe(CN)6]2↓ + 6KCl

2K+ + 3Zn2+ + [Fe(CN)6]4- → K2Zn3[Fe(CN)6]2↓ (см. Фото 1)

3. Взаимодействие с водным раствором сульфата меди (II) – протекает с образованием красно-бурого осадка гексацианоферрата (II) меди (II):

2CuSO4 + K4[Fe(CN)6] → Cu2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4

2Cu2+ + [Fe(CN)6]4- → Cu2[Fe(CN)6]↓ (см. Фото 1)

Данные об этих реакциях имеются в информационных источниках. Далее были проведены реакции с солями других металлов:

4. Взаимодействие с водным раствором сульфата железа (II) – изменений не наблюдается.
5. Взаимодействие с водным раствором хлорида марганца (II) – протекает с образованием белого осадка гексацианоферрата (II) марганца (II):

2MnCl2 + K4[Fe(CN)6] → Mn2[Fe(CN)6]↓ + 4KCl

2Mn2+ + [Fe(CN)6]4- → Mn2[Fe(CN)6]↓ (см. Фото 2)

6. Взаимодействие с водным раствором хлорида кадмия (II) – протекает с образованием белого осадка гексацианоферрата (II) калия-кадмия (II):

3CdCl2 + 2K4[Fe(CN)6] → K2Cd3[Fe(CN)6]2↓ + 6KCl

2K+ + 3Cd2+ + 2[Fe(CN)6]4- → K2Cd3[Fe(CN)6]2↓ (см. Фото 2)

7. Взаимодействие с водным раствором сульфата никеля (II) – протекает с образованием светло-зелёного осадка гексацианоферрата (II) никеля (II):

2NiSO4 + K4[Fe(CN)6] → Ni2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4

2Ni2+ + [Fe(CN)6]4- → Ni2[Fe(CN)6]↓ (см. Фото 2)

8. Взаимодействие с водным раствором хлорида алюминия – изменений не наблюдается.
9. Взаимодействие с водным раствором хлорида бария – изменений не наблюдается.
10. Взаимодействие с водным раствором хлорида кальция – изменений не наблюдается.
11. Взаимодействие с водным раствором сульфата магния – изменений не наблюдается.

Вывод: «Желтая кровяная соль» может быть использована для качественного обнаружения в водных растворах ионов металлов только побочных подгрупп – причём не только ионов Fe3+, Zn2+, Cu2+, но и ионов Mn2+, Cd2+, Ni2+. Гексацианоферрат (II) калия не реагирует с солями железа (II) и металлов главных подгрупп (магния, кальция, бария и алюминия).

2. Изучение взаимодействия водного раствора «красной кровяной соли» с водными растворами солей различных металлов.

1. Взаимодействие с водным раствором сульфата железа (II) – протекает с образованием раствора характерного тёмно-синего цвета – гексацианоферрата  (III) калия-железа (II) (турнбулевой сини):

FeSO4 + K3[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6] + K2SO4

     K+ + Fe2+ + [Fe(CN)6]3- → KFe[Fe(CN)6] см. Фото 3)

Данные об этой реакции имеются в информационных источниках. Далее были проведены реакции с солями других металлов:

2. Взаимодействие с водным раствором сульфата железа (III) – протекает с образованием раствора тёмно-зелёного цвета гексацианоферрата (III) железа (III):

Fe2(SO4)3 + 2K3[Fe(CN)6] → 2Fe[Fe(CN)6] + 3K2SO4

     Fe3+ + [Fe(CN)6]3- → Fe[Fe(CN)6] (см. Фото 3)

3. Взаимодействие с водным раствором хлорида цинка – протекает с образованием персикового осадка гексацианоферрата (III) калия-цинка:

ZnCl2 + K3[Fe(CN)6] → KZn[Fe(CN)6]↓ + 2KCl

K+ + Zn2+ + [Fe(CN)6]3- → KZn[Fe(CN)6]↓ (см. Фото 4)

4. Взаимодействие с водным раствором сульфата меди (II) – протекает с образованием серо-зелёного осадка гексацианоферрата (III) калия-меди (II):

CuSO4 + K3[Fe(CN)6] → CuK[Fe(CN)6]↓ + K2SO4

Cu2+ + K+ + [Fe(CN)6]3- → CuK[Fe(CN)6]↓ (см. Фото 4)

5. Взаимодействие с водным раствором хлорида марганца (II) – изменений не наблюдается.
6. Взаимодействие с водным раствором хлорида кадмия (II) – протекает с образованием песочно-жёлтого осадка гексацианоферрата (III) калия-кадмия (II):

CdCl2 + K3[Fe(CN)6] → KCd[Fe(CN)6]↓ + 2KCl

K+ + Cd2+ + [Fe(CN)6]3- → KCd[Fe(CN)6]↓ (см. Фото 4)

7. Взаимодействие с водным раствором сульфата никеля (II) – протекает с образованием жёлто-коричневого осадка гексацианоферрата (III) никеля (II):

NiSO4 + K3[Fe(CN)6] → KNi[Fe(CN)6]↓ + K2SO4

Ni2+ + K+ + [Fe(CN)6]3- → KNi[Fe(CN)6] (см. Фото 4)

8. Взаимодействие с водным раствором хлорида алюминия – изменений не наблюдается.
9. Взаимодействие с водным раствором хлорида бария – изменений не наблюдается.
10. Взаимодействие с водным раствором хлорида кальция – изменений не наблюдается.
11. Взаимодействие с водным раствором сульфата магния – изменений не наблюдается.

Вывод: «Красная кровяная соль» может быть использована для качественного обнаружения в водных растворах ионов металлов только побочных подгрупп – причём не только ионов Fe2+, но и ионов Fe3+,Zn2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+. Гексацианоферрат (II) калия не реагирует с солями марганца (II) и металлов главных подгрупп (магния, кальция, бария и алюминия).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённый эксперимент по изучению реакций взаимодействия «кровяных солей» с солями различных металлов в водных растворах показал, что «кровяные соли» можно использовать для качественного определения не только катионов железа (II) и (III), цинка, меди (II), но и катионов марганца (II), кадмия (II), никеля (II)  в водных растворах. Полученные разноцветные осадки, очевидно, можно применять в качестве пигментов.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты исследований могут быть использованы для изучения возможности изготовления красок на основе полученных комплексных соединений.

Исследования могут быть продолжены в направлении изучения возможности использования «кровяных солей» для качественного определения катионов других металлов в водных растворах, но для этого необходимо располагать в химической лаборатории солями таких металлов (например, кобальта, свинца, титана и т.п.), что далеко не всегда возможно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. –  М.: Высшая школа, 1988. С. 548 – 584.
2. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. – М.: Мир, 1969, ч.3. – С. 260 – 310.
3. Некрасов Б.В. Основы общей химии. – М.: Химия, 1974, т.2. – С. 318 – 377.
4. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. – М.: МГУ, 1994, ч. 2. – С. 2.
5. Ресурсы Интернета – материалы из Википедии – свободной энциклопедии.