Nachweise der Salzsäure-Gruppe

Nachweise der Salzsäure-Gruppe Übung

• Beschreibe Analysedetails bei der Untersuchung der Salzsäure-Gruppe.

  Tipps

  Nur das Chlorid des unedelsten Metalls ist in heißem Wasser löslich.

  Silberchlorid kann durch Zugabe eines bestimmten Reagenzes in Lösung gebracht werden.

  Lösung

  Folgende Paare waren zu finden:

  Die salpetersaure Lösung wird mit Salzsäure versetzt.$\;\Longrightarrow\;$Silberchlorid, Quecksilber(I)-chlorid und Blei(II)-chlorid fallen als weißer Niederschlag aus: Die Salze der Salzsäure-Gruppe gehen in Lösung.

  Der Filterrückstand von Silberchlorid, Quecksilber(I)-chlorid und Blei(II)-chlorid wird mit heißem Wasser versetzt.$\;\Longrightarrow\;$Blei(II)-chlorid geht in Lösung. Silberchlorid und Quecksilber(I)-chlorid bleiben ungelöst: Blei(II)-chlorid ist in heißem Wasser viel besser löslich als Silberchlorid oder Quecksilber(I)-chlorid und geht daher in Lösung.

  Das heiße, wässrige Analysegemisch wird filtriert.$\;\Longrightarrow\;$. Im Filterrückstand verbleiben Silberchlorid und Quecksilber(I)-chlorid. Im Filtrat findet man Blei(II)-chlorid: Die schwer löslichen Salze bleiben als Filterrückstand zurück. Das besser lösliche Salz findet man im Filtrat.

  Die feste Mischung aus Silberchlorid und Quecksilber(I)-chlorid wird mit Ammoniak-Lösung versetzt.$\;\Longrightarrow\;$. Die Quecksilber-Ionen werden teilweise zu elementarem Quecksilber reduziert. Silberchlorid geht in Lösung: Das Quecksilber(I)-chlorid geht mit dem Ammoniak eine Redoxreaktion ein, in deren Ergebnis metallisches Quecksilber entsteht. Mit den Silber-Ionen entsteht ein Diammin-Komplex. Das Komplexsalz ist im Unterschied zu Silberchlorid gut wasserlöslich und geht daher vollständig in Lösung.

  Der Silberdiammin-Komplex wird mit Säure versetzt.$\;\Longrightarrow\;$. Es fällt ein weißer Niederschlag von Silberchlorid aus: Die Salzsäure reagiert mit dem im Komplex gebundenen Ammoniak. Es verbleiben die Silber-Ionen. Sie reagieren mit den Chlorid-Ionen der Lösung und schwer lösliches Silberchlorid fällt aus.

  Zur klaren, wässrigen Lösung werden Schwefelsäure, Ammoniak und Weinsäure gegeben.$\;\Longrightarrow\;$. Nach Zugabe eines geeigneten Reagenzes fällt Blei(II)-chromat aus: Schwefelsäure wird erst dazugegeben, wenn Blei(II)-chlorid als alleiniges Salz in klarer Lösung vorliegt. Mit den Sulfat-Ionen fällt das schwer lösliche Bleisulfat als Niederschlag aus. Nach der Behandlung mit Ammoniak und Weinsäure setzt man orangefarbenes Kaliumdichromat zu. Dabei fällt schwer lösliches gelbes Blei(II)-chromat aus.

• Bestimme die chronologische Reihenfolge der Trennungsgangsgruppen.

  Tipps

  Man startet mit der Gruppe, welche die am schwersten löslichen Salze ausfallen lässt.

  Lösung

  Die Philosophie des Trennungsganges besteht darin, dass die am schwersten löslichen Salze zunächst im Filterrückstand nachgewiesen werden. Die hier enthaltenen Ionen werden weiter untersucht und voneinander abgetrennt.

  Das Filtrat wird neuen Bedingungen ausgesetzt und ein Teil der Ionen wird wiederum zur Fällung gebracht. Der Filterrückstand wird wiederum untersucht. Das Filtrat analysiert man nach gleichem Konzept in der nächsten Gruppe.

  1. Salzsäure-Gruppe: Es fallen nur jene Salze aus, die von salpetersaurer Salzsäure nicht gelöst werden.
  2. Schwefelwasserstoff-Gruppe: Die Metallsulfide fallen im schwach Milieu aus.
  3. Ammoniumsulfid-Gruppe: Die Metallsulfide fallen im alkalischen Milieu aus.
  4. Ammoniumcarbonat-Gruppe: Die Metallcarbonate fallen im alkalischen Milieu aus.
  5. Lösliche Gruppe: Hier verbleiben alle Kationen, die unter den Fällungsbedingungen der vorigen vier Gruppen nicht in Lösung gehen.

• Beurteile die Löslichkeitsprodukte hinsichtlich des Analysenganges.

  Tipps

  Überlege dir, um welche Faktoren sich die Löslichkeitsprodukte der drei Salze der Salzsäure-Gruppe voneinander unterscheiden.

  Mach dir klar, welche Aussagen die durch Zehnerpotenzen dargestellten Werte liefern.

  Lösung

  Die Löslichkeitsprodukte sind natürlich nicht sehr groß. Relativ geringe Exponenten in der Darstellung (-18; -10, -5) bedeuten sehr kleine Werte. Allerdings unterscheiden sich die Löslichkeitsprodukte erheblich voneinander.

  Die relativ hohe Löslichkeit von Blei(II) -chlorid wird bei der Analyse der Salzsäure-Gruppe ausgenutzt. Die Abtrennung von den anderen Salzen durch heißes Wasser wird dadurch möglich. Zwar nimmt mit zunehmender Wärme auch die Löslichkeit von Quecksilber(I)-chlorid und Silberchlorid zu. Doch die Konzentration der in Lösung gehenden Metall-Ionen bleibt so gering, dass die Abtrennung des Blei(II)-chlorides nicht gestört wird.

• Begründe, warum die Ionen des Kupfers und Cadiums nicht zur Salzsäure-Gruppe zählen.

  Tipps

  Vergleiche die verschiedenen Löslichkeiten in Wasser von Kupfer(II)-sulfid und Kupfer(II)-chlorid einerseits und von Cadmiumcarbonat und Cadmiumchlorid andererseits.

  Verschaffe dir einen Überblick über die Zahl schwer löslicher Chloride und schwer löslicher Sulfide.

  Lösung

  Unlösliche Sulfide und Carbonate von Schwermetallen gibt es in viel größerer Anzahl als entsprechende Chloride. Durch Salzsäure werden die Sulfide und Carbonate in Chloride überführt und zum größten Teil dadurch wasserlöslich gemacht. Es verbleiben Quecksilber(I)-chlorid, Silberchlorid und Bleichlorid als ungelöste Feststoffe.

  Bei der Zugabe von Salzsäure zu Kupfer(II)-sulfid beobachtet man folgende chemische Reaktion:

  $CuS+ 2\;HCl \longrightarrow CuCl_2\:+\:H_2S\uparrow$

  Da Kupfer(II)-chlorid ist gut wasserlöslich. Daher werden die Kupfer(II)-Ionen nicht mit Salzsäure ausgefällt.

  Mit Cadmiumcarbonat verhält es sich ähnlich. Zugabe von Salzsäure zu Cadmiumcarbonat bewirkt folgende chemische Reaktion:

  $CdCO_3 + 2\;HCl \longrightarrow CdCl_2+ H_2O+ CO_2\uparrow$

  Da Cadmiumchlorid gut wasserlöslich ist, können die Cadmium-Ionen nicht mit Salzsäure ausgefällt werden.

• Formuliere die Fällungsreaktionen in der Salzsäure-Gruppe.

  Tipps

  Die Symbole der hier betrachteten Metalle sind von den lateinischen Namen abgeleitet: argentum, hydrargyrum, plumbum.

  Lösung

  1. Nachweis von Silber-Ionen Silber-Ionen reagieren mit Chlorid-Ionen zu schwer löslichem Silberchlorid.

  $Ag^+$$\;+\;$$Cl^-$$\;\longrightarrow\;$$AgCl\downarrow$

  2. Nachweis von Quecksilber-Ionen Quecksilber(I)-Ionen reagieren mit Chlorid-Ionen zu schwer löslichem Quecksilber(I)-chlorid.

  $Hg_2^{2+}$$\;+\;2~Cl^-$$\;\longrightarrow\;$$Hg_2Cl_2\downarrow$

  3. Nachweis von Blei-Ionen Blei(II)-Ionen reagieren mit Chlorid-Ionen zu schwer löslichem Blei(II)-chlorid.

  $Pb^{2+}$$\;+\; 2~Cl^-$$\;\longrightarrow\;$$PbCl_2\downarrow$

• Berechne, welche Masse an Blei(II)-chlorid in einem Liter Lösung gelöst sein kann.

  Tipps

  Wiederhole die Einheiten der molaren Konzentration und der molaren Masse.

  Lösung

  Das Löslichkeitsprodukt für Blei(II)-chlorid liefert die Gleichung:

  $K_L$$\;=\;$$[Pb^{2+}]$$\;\cdot\;$$[Cl^-]^2$

  Die Einheit von $K_L$ Blei(II)-chlorid lautet:

  [$K_L]$$\;=\;$$mol^3/l^3$

  Es ist bekannt:

  $K_L$$\;=\;$$1,6\;\cdot\;10^{-5}\:mol^3/l^3$

  Die molare Konzentration des Salzes ist dreimal ein Faktor in der Gleichung. Somit ergibt sich nach Vertauschung der Seiten:

  $c_M^3$$\;=\;1,6\;\cdot\;10^{-5}\:mol^3/l^3$

  Die molare Konzentration $c_M$ wird in mol/l angegeben.

  Nun erfolgt das Ziehen der dritten Wurzel:

  $c_M\;=\;$$2,52\;\cdot\;10^{-2}\:mol/l$

  Die Massenkonzentration ergibt sich durch Multiplikation der molaren Konzentration mit der molaren Masse von Blei(II)-chlorid:

  $c_m\;=\;c_M\;\cdot\;$$278\;g/mol$

  Man erhält: $c_m\;=\;$$7\;g/l$