Химия

Рассмотрим следующие способы разделения солей:

а) смесь нитратов серебра и свинца.
I способ. Если подействовать эквивалентным количеством щелочи на раствор, содержащий смесь этих солей, произойдут реакции:

$2AgNO_{3} + 2NaOH = Ag_{2}O \downarrow 2NaNO_{3} + H_{2}O$
$Pb (NO_{3})_{3} + 2NaOH = Pb (OH)_{2} \downarrow + 2NaNO_{3}$

Отфильтровав осадок и добавив к нему избыток щелочи, можно отделить оксид серебра от гидроксида свинца, так как последний растворяется в избытке щелочи:

$Pb (OH)_{2} + 2NaOH = Na_{2}PbO_{2} + 2H_{2}O$

или

$Pb (OH)_{2} + 2NaOH = Na_{2} [Pb (OH)_{4}]$

При действии азотной кислоты на оксид серебра снова образуется нитрат серебра:

$Ag_{2}O + 2HNO_{3} = 2AgNO_{3} + H_{2}O$

Добавляя к раствору плюмбита натрия азотную кислоту до прекращения выделения осадка, получим гидроксид свинца:

$Na_{2}PbO_{2} + 2HNO_{3} = Pb (OH)_{2} \downarrow + 2NaNO_{3}$
$Na_{2} [Pb (OH)_{4}] + 2HNO_{3} = Pb (OH)_{2} \downarrow + 2NaNO_{3} + 2H_{2}O$

После отделения осадка и растворения его в азотной кислоте образуется нитрат свинца:

$Pb (OH)_{2} + 2HNO_{3} = Pb (NO_{3})_{2} + 2H_{2}O$.

II способ. При действии раствора аммиака на смесь растворов нитратов серебра и свинца происходят реакции:

$AgNO_{3} + 2NH_{3} = [Ag (NH_{3})_{2}]NO_{3}$
$Pb (NO_{3})_{2} + 2NH_{3} + 2H_{2}O = Pb (OH)_{2} \downarrow + 2NH_{4}NO_{3}$

Выпадает осадок гидроксида свинца и образуется растворимый комплекс аммиаката серебра. Отделив осадок гидроксида и растворив его в азотной кислоте, получим нитрат свинца. При действии избытка щелочи на раствор аммиаката серебра выпадает осадок оксида серебра:

$2 [Ag (NH_{3})_{2}]NO_{3} + 2NaOH = Ag_{2}O \downarrow + 4NH_{3} + 2NaNO_{3} + H_{2}O$.

Отфильтровав осадок и растворив его в азотной кислоте, получим нитрат серебра.

б) смесь хлоридов алюминия и железа (III).

I способ. При действии на смесь хлоридов эквивалентным количеством щелочи выпадают осадки гидроксидов алюминия и железа:

$AlCl_{3} + 3NaOH = Al (OH)_{3} \downarrow + 3NaCl$
$FeCl_{3} + 3NaOH = Fe (OH)_{3} \downarrow + 3 NaCl$

Разделение этих осадков может быть основано на различной их растворимости в избытке щелочи. При добавлении избытка раствора щелочи происходит растворение гидроксида алюминия:

$Al (OH)_{3} + NaOH = NaAlO_{2} + 2H_{2}O$

или

$Al (OH)_{3} + 3NaOH = Na_{3} [Al (OH)_{6}]$

Для растворения гидроксида железа (III) требуется более концентрированный раствор щелочи и нагревание. Отфильтровав осадок $Fe (OH)_{3}$ и подействовав на него соляной кислотой, получим хлорид железа (III):

$Fe (OH)_{3} + 3HCl = FeCl_{3} + 3H_{2}O$.

Если к фильтрату добавить эквивалентное количество соляной кислоты, выпадает осадок гидроксида алюминия:

$NaAlO_{2} + HCl + H_{2}O = Al (OH)_{3} \downarrow + NaCl$

или

$Na_{3} [Al (OH)_{6}] + 3HCl = Al (OH)_{3} \downarrow + 3NaCl + 3H_{2}O$.

После отделения осадка и растворения его в соляной кислоте образуется хлорид алюминия:

$Al (OH)_{3} + 3HCl = AlCl_{3} + 3H_{2}O$

II способ. Если получить осадки гидроксидбв алюминия и железа (III), а затем их прокалить, то образуются оксиды:

$Al (OH)_{3} = Al_{2}O_{3} + 3H_{2}O, 2Fe (OH)_{3} = Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}O$.

Прокаленный оксид алюминия не растворяется в воде, кислотах и щелочах. Оксид железа растворяется в кислотах, скорость его растворения уменьшается с увеличением температуры прокаливания. Действуя на смесь оксидов соляной кислотой, можно получить хлорид железа (III):

$Fe_{2}O_{3} + 6HCl = 2FeCl_{3} + 3H_{2}O$.

Путем сплавления оксида алюминия со щелочью образуется алюминат:

$Al_{2}O_{3} + 2NaOH = 2NaAlO_{2} + H_{2}O$.

При действии на алюминат натрия воды происходит гидролиз, в результате которого выпадает осадок гидроксида алюминия:

$NaAlO_{2} + 2H_{2}O = Al (OH)_{3} \downarrow + NaOH$.

Отфильтровав осадок и подействовав на него соляной кислотой, получим хлорид алюминия.

в) смесь сульфата меди и цинка.

I способ. При действии на смесь солей сульфидом щелочного металла выпадают осадки сульфидов меди и цинка:

$CuSO_{4} + Na_{2}S = CuS \downarrow + Na_{2}SO_{4}$
$ZnSO_{4} + Na_{2}S = ZnS \downarrow + Na_{2}SO_{4}$

Так как сульфид цинка растворим в серной кислоте, то:

$ZnS + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2}S uparrow$.

Отфильтровав осадок сульфида меди, растворив его при нагревании в смеси азотной и серной кислот:

$CuS + 8HNO_{3} = CuSO_{4} + 8NO_{2} + 4H_{2}O$.

а затем упарив раствор, выделим сульфат меди.

II способ. Осадки гидроксидов меди и цинка можно разделить, воспользовавшись различной растворимостью в избытке щелочи. Гидроксид цинка лучше растворим в растворах щелочей, чем гидроксид меди:

$Zn (OH)_{2} + 2NaOH = Na_{2}ZnO_{2} + 2H_{2}O$

или

$Zn (OH)_{2} + 2NaOH = Na_{2} [Zn (OH)_{4}]$.

Отделив осадок гидроксида меди и обработав его серной кислотой, получим сульфат меди. При постепенном добавлении серной кислоты к раствору цинката натрия сначала выпадает осадок гидроксида цинка, а послеего отделения и обработки серной кислотой образуйся сульфат цинка:

$Na_{2}ZnO_{2} + H_{2}SO_{4} = Zn (OH)_{2} \downarrow + Na_{2}SO_{4}$

или

$Na_{2} [Zn (OH)_{4}] + H_{2}SO_{4} = Zn (OH)_{2} \downarrow + Na_{2}SO_{4} + 2H_{2}O$
$Zn (OH)_{2} + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + 2H_{2}O$

Смеси солей во всех трех случаях можно разделить, проводя электролиз их растворов. На катоде выделяются металлы (кроме алюминия, в этом случае в катодном пространстве образуется гидроксид алюминия), в анодном пространстве накапливаются кислоты (кроме соляной). Затем, растворяя серебро и свинец в азотной кислоте, медь и цинк - в серной, получаем соответствующие соли:

$Ag + 2HNO_{3} = AgNO_{3} + NO \uparrow + H_{2}O$
$Pb + 4HNO_{3} = Pb (NO_{3})_{2} + 2NO_{2} + 2H_{2}O$
$Zn + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2} \uparrow$
$Cu + 2H_{2}SO_{4}$ (конц.) $= CuSO_{4} + SO_{2} \uparrow + 2H_{2}O$

При действии хлора на железо образуется хлорид железа (III):

$2Fe + 3Cl_{2} = 2FeCl_{3}$

а на гидроксид алюминия соляной кислотой - хлорид алюминия.