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Nachweise der Schwefelwasserstoff-Gruppe (1) 10:18 min

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Transkript Nachweise der Schwefelwasserstoff-Gruppe (1)

Guten Tag und Herzlich Willkommen. Dieses Video heißt: „Nachweise der Schwefelwasserstoff-Gruppe. Teil A: Keine Auflösung in Ammoniumpolysulfid“. Die Bedeutung dieser Bedingungen werde ich im Video erklären. Das Video gehört zur Reihe “Qualitativer Trennungsgang, Ionennachweise Teil 2”. Zur Erlangung der nötigen Vorkenntnisse solltest du dir die Videos “Salzsäuregruppe” und “Reduktionsgruppe” bereits angeschaut haben. Ziel des Videos ist es, dir grundlegende Vorstellungen über die “Schwefelwasserstoff-Gruppe, Teil A: Keine Auflösung in Ammoniumpolysulfid” zu vermitteln. Das Video habe ich in acht Abschnitte unterteilt: Erstens: Einordnung in die Trennungsgruppen, Zweitens: Reaktion mit Schwefelwasserstoff, Drittens: Behandlung mit Ammoniumpolysulfid, Viertens: Abtrennung von Quecksilber, Fünftens: Abtrennung von Blei, Sechstens: Abtrennung von Bismut, Siebentens: Nachweis von Kupfer und Cadmium und Achtens: Übersicht. Erstens: Einordnung in die Trennungsgruppen. Die erste Trennungsgruppe, die wir besprochen haben, war die Salzsäuregruppe. Die zweite Gruppe, die das Filtrat der Salzsäuregruppe nutzt, ist die Reduktionsgruppe. Das Filtrat der Reduktionsgruppe wird genutzt, um die Elemente der Schwefelwasserstoff-Gruppe nachzuweisen. Darin schließen sich die übrigen Gruppen an. Die Schwefelwasserstoff-Gruppe nutzt die Eigenschaft aus, dass sich die Sulfide der entsprechenden Elemente im sauren Bereich nicht auflösen. Zur Erinnerung und ganz wichtig: wir sprechen hier über die Trennung von Kationen. Um welche Elemente geht es hier? Quecksilber, Blei, Bismut, Kupfer, Cadmium, Arsen, Antimon und Zinn. Zweitens: Reaktion mit Schwefelwasserstoff. Als erstes nehmen wir das stark saure Filtrat der Reduktionsgruppe und geben Wasser hinzu, der pH-Wert liegt dann idealerweise zwischen vier und fünf. Nun erfolgt der Schlüsselschritt, nach dem die Gruppe ihren Namen erhalten hat: Man leitet gasförmigen Schwefelwasserstoff in die Lösung ein, die entsprechenden Verbindungen fallen als dunkel bis schwarz-braunes Feststoffgemisch aus. Sind alle Elemente enthalten, so haben wir es mit acht Sulfiden zu tun. Quecksilber-Sulfid und Blei-Sulfid sind schwarz, Bismut(III)-sulfid ist braun, Kupfer-Sulfid ist schwarz, reines Cadmium-Sulfid ist gelb, Arsen-Sulfid ist ebenfalls gelb, Antimon-Sulfid ist orange. Bei den beiden letzten Verbindungen können die Metalle in den Oxidationsstufen drei oder fünf vorliegen. Und Zinn-Sulfid schließlich ist braun bis gelb. Das Gemisch aller Verbindungen ergibt den schmutzig-braunen Feststoff. Nun wird filtriert, der Filterrückstand besteht aus dem Gemisch der Sulfide. Das Filtrat wird aufgehoben, um es bei den übrigen Gruppen zu untersuchen. Drittens: Behandlung mit Ammoniumpolysulfid. Das Sulfid-Gemisch wird nun mit gelbem Ammoniumpolysulfid versetzt. Die Sulfide des Quecksilbers, Bleis, Bismuts, Kupfers und Cadmiums bleiben ungelöst. Die Elemente Arsen, Antimon und Zinn gehen als komplexe Ionen in Lösung. Die Feststoffe werden von der Lösung durch Filtration getrennt. Im Feststoff finden wir alle Sulfide, die direkten Bezug zu Thema unseres Videos haben: Teil A, es findet keine Auflösung in Ammoniumpolysulfid statt. Im Filtrat befinden sich gelöste Elemente in Form komplexer Ionen, diese werden wir im Teil B untersuchen. Viertens: Abtrennung von Quecksilber. Der Filterrückstand wird in Salpetersäure-Wasser im Verhältnis eins zu zwei versetzt. Das Stoffgemisch wird mäßig erwärmt. Der größte Teil des Feststoffes geht in Lösung, einzig ungelöst bleibt Quecksilber-Sulfid. Die Ionen des Bleis, Bismuts, Kupfers und Cadmiums sind alle in Lösung. Nun wird wieder filtriert. Quecksilber haben wir im Filterrückstand, Blei, Bismut, Kupfer und Cadmium im Filtrat, Quecksilber haben wir damit abgetrennt. Es ist nun noch interessant, zu erfahren, wie man es zusätzlich nachweisen kann. Der Feststoff wird in einem Gemisch von Salpetersäure und Salzsäure, auch Königswasser genannt, aufgelöst. Man erwärmt das Chlorwasserstoff-Abrauchen und nimmt dann in verdünnter Salzsäure auf. Reaktion mit Reinecke Salz gibt eine rosafarbene Komplexverbindung. Eine zweite Möglichkeit ist die Zugabe von Zinn(II)-chlorid, es fällt weißes Quecksilber(II)-chlorid aus, durch Bildung von elementarem Quecksilber kommt es zur Schwärzung. Fünftens: Abtrennung von Blei. Nachdem wir das Quecksilber erfolgreich abgetrennt und nachgewiesen haben, machen wir uns jetzt an das Blei heran. Die Ionen des Bleis, Bismuts, Kupfers und Cadmiums liegen gelöst im Filtrat vor. Wir versetzen mit Schwefelsäure und dampfen ein. Wir erwärmen so lange, bis Nebel entstehen. Nach dem Abkühlen wird mit wenig Schwefelsäure verdünnt. Es bildet sich ein weißer Niederschlag. In Lösung verbleiben die Ionen des Bismuts, Kupfers und Cadmiums, der weiße Niederschlag ist schwerlösliches Bleisulfat, er hat sich bei der Reaktion von Blei Ionen mit Sulfat Ionen gebildet. Und wieder wird filtriert. Der Filterrückstand besteht aus Bleisulfat, im Filtrat finden wir die Ionen des Bismuts, Kupfers und Cadmiums. Man kann nun noch zusätzlich die Blei Ionen nachweisen. Man versetzt das Bleisulfat mit Ammoniak und Weinsäure, was im Ergebnis Ammoniumtartrat ist. Der Feststoff wird aufgelöst. Zugabe von löslichem Kaliumchromat ergibt schwerlösliches, gelbes Bleichromat und damit haben wir Blei nicht nur abgetrennt, sondern sogar nachgewiesen. Sechstens: Abtrennung von Bismut. Von der letzten Filtration sind uns im Filtrat die Ionen des Bismuts, Kupfers und Cadmiums übrig geblieben. Dazu geben wir Ammoniaklösung im Überschuss, wir erhalten eine dunkelblaue Lösung, in der die Ionen des Kupfers und Cadmiums verbleiben. Wir erhalten einen weißen Niederschlag von Bismut(III)-Hydroxyd. Nun wird wieder filtriert. Bismut(III)-Hydroxyd bleibt auf dem Filter. Im dunkelblauen Filtrat sind noch die Ionen des Kupfers und Cadmiums. Nach der Abtrennung soll Bismut noch nachgewiesen werden. Wir geben Salzsäure und Natriumchlorid hinzu, so erhalten wir wieder Bismut Ionen in Lösung. Nun wird Dimethylglyoxim und Ammoniak versetzt, man erhält einen gelben Komplex. Siebtens: Nachweis von Kupfer und Cadmium. Die dunkelblaue Farbe des Filtrats ist ein Hinweis auf Kupfer(II)-Diamin-Ionen. Zugabe von Kaliumcyanid führt zum Ionen-Austausch. Die Lösung wird entfärbt. Das einzige noch verbleibende einfache Kation ist das Cadmium-Ion. Wir leiten nun Schwefelwasserstoff in die Lösung ein. Es bildet sich ein gelber Niederschlag, das ist Cadmiumsulfid. Mit dem Cadmium haben wir nun alle fünf Elemente diese Videos nachgewiesen. Achtens: Wir wollen uns nun einen Überblick über diesen Teil des Trennungsgangs verschaffen. Die Kationen-Trennung beginnt mit der Salzsäuregruppe. Deren Filtrat wird in der Reduktionsgruppe untersucht. Deren Filtrat wiederum analysieren wir in der Schwefelwasserstoffgruppe. Wir haben hier acht Elemente zu untersuchen: Quecksilber, Blei, Bismut, Kupfer, Cadmium und außerdem Arsen, Antimon und Zinn. Im sauren Medium fallen durch Schwefelwasserstoff die Sulfide dieser Elemente aus. Zugabe von Ammoniumpolysulfid lässt die ersten fünf Sulfide unverändert. Die Sulfide der übrigen drei Elemente gehen in Lösung. Die Elemente der ungelösten fünf Sulfide betrachten wir in diesem Video als Teil A, die restlichen Elemente werden im Teil B untersucht. Salpetersäure bringt aus dem Sulfid-Gemisch die Quecksilber-Ionen in Lösung, mit Reineckesalz bilden sie einen rosafarbenen Komplex. Nach Zugabe von Schwefelsäure fällt schwerlösliches Bleisulfat aus. Es bleiben Bismut-, Kupfer- und Cadmium-Ionen zurück. Ammoniak wird zugesetzt. Weißes Bismut Hydroxid fällt aus, die Lösung wird dunkelblau. Dunkelblau zeigt Kupfer(II)-Ionen an. Kaliumcyanid führt zur Entfärbung. Schwefelwasserstoff lässt gelbes Cadmiumsulfid ausfallen. Damit sind wir am Ende dieses schweren Themas. E kommt noch Teil B. Ich wünsche Euch alles Gute. Auf Wiedersehen!

7 Kommentare
  1. Guten Morgen,
    mit Schwefelwasserstoff fallen alle Sulfide aus. Dann wird mit Polysulfid - Lösung digeriert. Es wird "ausgelaugt", also gewissermaßen extrahiert. Ein Teil der schwefelhaltigen Ionen geht in Lösung.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 3 Jahren
  2. Hallo.
    Ich bin etwas verwirrt bzgl schritt 2 und schritt 3.... Ich meine das wir das gemisch nach der 1sten Fällung filtrieren (Schritt 2) somit bleiben die Sulfide im Filter zurück und die Lösung würde für die folgenden Trennungsgr verwendet werden. Im direkten anschluss der Filtration-videosequenz liegen die Sulfide wieder in einer flüssigkeit vor wobei dann das Ammoniumpolysulfid hinzugefügt werden soll. ....hier liegt die verwirrung meinerseits vor.Ich verstehe es so das wir mit dem Niderschlag (Filterrückstand) weiter arbeiten. Bedeutet dass dann das ich den Niderschlag dann ins Reagenzglas gebe und eine x-Flüssigkeit (Im video Blau gemalt) hinzufüge um dann letzten Endes das Ammoniumpolysulfid zusätzlich zu zufügen? Wenn ja : aus was besteht dann die x-Flüssigkeit? Oder ist die (blaue ) Flüssigkeit schon das Ammoniumpolysulfid?

    Von Julian H., vor fast 3 Jahren
  3. Es tut mir Leid. In diesem Gebiet fehlt es mir an praktischer Erfahrung. Sollte ich etwas "in Erfahrung bringen", werde ich mich melden.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  4. Ich habe eine Frage zu Behandlung mit (NH4)2Sx. Im Jander Blasius steht man soll es 10 minuten digerieren beim erwärmen. Ist es auch hier das gemeint?? andere frage, kann man die Fällung auch im pH bis 3,5 mit Na2S/NH4Cl durchführen??
    Beim diesem Schritt kommt mir immer Niederschlag aus dem man nichts Nachweisen kann, aber unser Skript macht es anders....

    Von L Wantoch, vor mehr als 4 Jahren
  5. Gut aufgepasst. Manchmal muss nicht der gesamte Trennungsgang durchgeführt werden. Hg- und Pb-Ionen können mit verschiedenen Kationen vorliegen. (Man muss sie aus bestimmten Gründen so erwarten.) Dann ist es nützlich, wenn man nur eine Gruppe untersuchen muss.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 7 Jahren
  1. edit:
    Ich meinete, warum tauchen die unten genannten Ionen nun wieder in der H2S-Gruppe auf.

    Von Dflow, vor mehr als 7 Jahren
  2. Hallo,
    wir haben doch Hg-und Pb-Ionen bereits im 1. Schritt (HCL-Gruppe) abgetrennt und nachgewiesen. Warum tauchen diese Ionen in der (NH4)2S-Gruppe nun wieder auf und warum werden sie erneut nachgewiesen?
    mfg

    Von Dflow, vor mehr als 7 Jahren
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Nachweise der Schwefelwasserstoff-Gruppe (1) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nachweise der Schwefelwasserstoff-Gruppe (1) kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Kationen, die durch Fällung mit $H_2S$ bei niedrigem pH-Wert ausgefällt werden können.

    Tipps

    Hg(I) wird bereits in der Salzsäure-Gruppe abgetrennt.

    Lösung

    Zur Fällung der Kationen der Schwefelwasserstoff-Gruppe wird im einfachsten Fall gasförmiges $H_2S$ durch die Analysenlösung geleitet. Da dieses Gas sehr giftig ist muss dabei sehr sorgfältig und unter dem Abzug gearbeitet werden. Dabei fallen alle Metall-Kationen aus, deren Sulfide in dem niedrigen pH-Bereich unlöslich sind und die nicht bereits früher im Trennungsgang abgetrennt wurden.

    Die Elemente der 12. Gruppe bilden alle unlösliche Sulfide. Dennoch können nicht alle Kationen in der $H_2S$-Gruppe nachgewiesen werden. $ZnS$ ist bei niedrigen pH-Werten löslich, ${Hg_2}^{2+}$ ist bereits in der $HCl$-Gruppe abgetrennt worden und nicht mehr in der Lösung enthalten. Daher lassen sich nur $Cd^{2+}$ und $Hg^{2+}$ durch die Fällung mit $H_2S$ abtrennen.

    Auch Cobalt(II)-sulfid ist in sauren Lösungen gut löslich und kann daher nicht ausgefällt werden.

  • Gib die Eigenschaften von Kationen an, die sich in der Schwefelwasserstoff-Gruppe befinden.

    Tipps

    Das Filtrat der Salzsäure-Fällung, das für die $H_2S$-Fällung verwendet wird, ist stark sauer.

    Bei hohen $H_3O^+$-Konzentrationen ist die Bildung von $H_2S$ begünstigt, daher lösen sich die meisten Sulfide und $H_2S$ entsteht.

    Lösung

    Bevor die Fällung mit Schwefelwasserstoff durchgeführt wird, werden durch die Salzsäure-Fällung alle Kationen abgetrennt, die schwerlösliche Verbindungen mit $Cl^-$-Ionen bilden. Diese sind also nicht mehr in der Analysenlösung enthalten. Durch Einleiten von $H_2S$-Gas in die Lösung gehen $S^{2-}$-Ionen in Lösung, diese bilden mit vielen Metall-Kationen die schwerlöslichen Sulfide.

    Ein Teil der Sulfide liegt immer in gelöster Form vor, die Metall-Ionen sind also hydratisiert und $S^{2-}$-Ionen sind in Lösung. Bei niedrigen pH-Werten bilden diese $S^{2-}$-Ionen mit $H^+$-Ionen erneut $H_2S$, welches gasförmig ist und daher der Lösung entzogen wird. Da sowohl diese Reaktion als auch der Lösungsvorgang der Metallsulfide Gleichgewichtsreaktionen sind, lösen sich daher die meisten Sulfide in sauren Lösungen. In alkalischen Lösungen sind dagegen die meisten Sulfide unlöslich.

    Bei der Fällung mit Schwefelwasserstoff wird bei niedrigen pH-Werten gearbeitet, daher fallen nur einige, wenige Metallsulfide aus. Deren Löslichkeit ist so gering, dass sie schon mit einer sehr kleinen Menge an $S^{2-}$-Ionen in der Lösung ausfallen.

  • Beschreibe den Trennungsgang der Schwefelwasserstoffgruppe.

    Tipps

    $Cu^{2+}$-Ionen und $Cd^{2+}$-Ionen sind sich sehr ähnlich und lassen sich schwer trennen. Sie können jedoch, wenn keine übrigen Kationen mehr vorhanden sind, nebeneinander nachgewiesen werden.

    Lösung

    Bei der Trennung der fünf unterschiedlichen Kationen macht man sich unterschiedliche chemische Eigenschaften zunutze. Quecksilber(II)-sulfid hat das niedrigste Löslichkeitsprodukt und lässt sich daher leicht von den Übrigen abtrennen. Bei Blei(II)-Ionen macht man sich das geringe Löslichkeitsprodukt von Bleisulfat zunutze, die Sulfate der übrigen Kationen sind gut in Wasser löslich.

    Sowohl Cadmium als auch Kupfer bilden mit Ammoniak gut lösliche Komplexe. Daher fallen bei Behandlung mit Ammoniak-Wasser nicht die Hydroxide der beiden Ionen aus. Bismut(III)-Ionen bilden keinen stabilen Komplex mit Ammoniak, daher fällt Bismut(III)-hydroxid aus.

    $Cu^{2+}$-Ionen lassen sich neben Cadmium nachweisen, da der Komplex mit Ammoniak eine charakteristische, blaue Farbe besitzt. Diese verschwindet bei Zugabe von $CN^-$, da der stabilere, gut lösliche Cyanido-Komplex farblos ist. Der Komplex ist so stabil, dass bei erneuter Behandlung mit $H_2S$ nur das gelbe $CdS$ ausfällt.

  • Erkläre, warum Quecksilbersulfid sich nicht durch Zugabe von Salpetersäure lösen lässt.

    Tipps

    Sulfit: ${SO_3}^-$, Sulfid: $S^{2-}$

    Lösung

    Beim Lösen von Metallsulfiden in Salpetersäure handelt es sich nicht um einen normalen Lösungsvorgang. Es handelt sich um einen Lösungsvorgang, der an eine Redoxreaktion gekoppelt ist. Auch bei schwerlöslichen Metallsalzen wie den Metallsulfiden ist oft ein geringer Teil des Salzes im Lösungsmittel gelöst, es handelt sich schließlich um schwerlösliche Metallsalze, nicht um unlösliche Salze. Dieser Lösungsvorgang ist eine Gleichgewichtsreaktion. Das heißt, gelöste Ionen und Feststoff befinden sich im Gleichgewicht zueinander. Es löst sich in jeder Sekunde die gleiche Menge an Metallsalz, wie vom gleichen Salz aus der Lösung auskristallisiert.

    Wird Salpetersäure hinzugegeben, so reagiert das im Lösungsmittel gelöste Sulfid mit dem Nitrat zu Sulfat. Die Konzentration an gelöstem $S^{2-}$ sinkt also leicht ab. Nach dem Prinzip von Le Chatelier führt dies dazu, dass nun mehr Metallsulfid in Lösung geht, als in der gleichen Zeit auskristallisiert. Die Konzentration an $S^{2-}$ in der Lösung steigt also wieder an!

    Da das Gleichgewicht der Redoxreaktion weit auf der rechten Seite liegt, wird das gelöste Sulfid vollständig in Sulfat umgesetzt. Der beschriebene Mechanismus sorgt daher dafür, dass sich das Metallsulfid vollständig löst und das Sulfid demnach vollständig in Sulfat umgesetzt wird.

    Dieser Vorgang läuft bei Quecksilber(II)-sulfid jedoch sehr langsam ab. Dieser Stoff ist nämlich so wenig löslich in Wasser, dass die $S^{2-}$-Konzentration in der Lösung sehr gering ist. Dadurch läuft auch die Redoxreaktion sehr langsam ab. Dies lässt sich ausnutzen, um $HgS$ von anderen Metallsulfiden zu trennen.

  • Erschließe, um welche Kationen es sich handelt.

    Tipps

    Bei Metallen, die lösliche Komplexe mit Ammoniak bilden, fallen keine Hydroxide in ammoniakalischer Lösung aus.

    Lösung

    Nach Behandlung der Sulfide mit Polysulfid-Lösung bleiben einige Sulfide als Feststoffe erhalten. Von diesen ist nur das Quecksilbersulfid in Salpetersäure unlöslich. Nach Filtration kann aus der Lösung, die noch $Pb^{2+}, Bi^{3+}, Cu^{2+}$ und $Cd^{2+}$ enthalten kann, mit Schwefelsäure das $Pb^{2+}$ als Bleisulfat ausgefällt werden. Dieses lässt sich als gelbes Blei(II)-chromat nachweisen.

    In der Lösung verbleiben die löslichen Sulfate des $Bi^{3+}, Cu^{2+}$ und $Cd^{2+}$.

    In ammoniakalischer Lösung werden die Hydroxide der Metall-Kationen ausgefällt. Diese sind weiß, das Bismut(III)-sulfid ist jedoch das einzige braune Sulfid unter den betrachteten Metallen.

    Im Trennungsgang wird der alkalische pH-Wert dadurch erreicht, das Ammoniak-Wasser hinzugegeben wird. Da $Cd^{2+}$ und $Cu^{2+}$ mit Ammoniak stabile und gut lösliche Komplexe bilden, fallen die Hydroxide dieser beiden Metalle nicht aus.

  • Ermittle, welche Kationen in der Analysen-Lösung enthalten sind.

    Tipps

    Blei(II)-Ionen bilden ein gelbes, schwerlösliches Chromat.

    Lösung

    Quecksilber(II)-sulfid hat das geringste Löslichkeitsprodukt der Sulfide der Schwefelwasserstoff-Gruppe. Daher reagiert es als Einziges nicht mit der Salpetersäure. Es kann also kein $Hg^{2+}$ in der Lösung enthalten sein, dieses wäre als schwarzes $HgS$ bei der Behandlung mit Salpetersäure ungelöst geblieben.

    Blei(II)-Sulfat ist ein schwerlösliches Sulfat. Beim Eindampfen der Lösung entstehen die Sulfate der Metall-Kationen, diese lassen sich bis auf das Bleisulfat in Wasser lösen. Die $Pb^{2+}$-Ionen lassen sich als Blei(II)-chromat eindeutig nachweisen, Blei-Ionen sind also in der Lösung enthalten.

    Bismut(III)-Ionen bilden keinen gut löslichen Komplex mit Ammoniak, daher sollten sie als Bismuthydroxid ausfallen. Da kein Feststoff bei Zugabe von Ammoniak-Wasser ausfällt, ist Bismut nicht in der Lösung enthalten.

    Die Blaufärbung der Lösung bei Zugabe von Ammoniak-Wasser deutet auf das Vorhandensein von $Cu^{2+}$-Ionen hin. Die Entfärbung der Lösung bei Zugabe von Kaliumcyanid bestätigt diesen Verdacht. Da bei erneuter Einleitung von $H_2S$ kein Niederschlag zu beobachten ist, ist kein $Cd^{2+}$ in der Lösung enthalten. Dieses würde als gelber Niederschlag von $CdS$ ausfallen.