Общая характеристика



Дата04.10.2022
өлшемі1.09 Mb.
#461873
Третья аналитическая группа катионов

Третья аналитическая группа катионов: Ca2+, Sr2+, Ba2+


Общая характеристика
Катионы кальция, стронция и бария являются простыми катионами s- элементов главной подгруппы II группы периодической таблицы Д. И. Менделеева.
Катионы III аналитической группы бесцветны, окрашенные соединения образуют лишь с окрашенными анионами.
Нитраты, хлориды, бромиды и гидрокарбонаты катионов третьей группы хорошо растворимы в воде. Растворимые соли сильных кислот (хлориды, нитраты) не гидролизованы.
Их гидроксиды являются сильными основаниями. Катионы этой группы устойчивы к действию восстановителей, комплексообразующие свойства для них мало характерны. Для обнаружения этих ионов используют реакции обмена (осаждения), а в предварительном анализе –пробы окрашивания пламени.
Таблица 5
Продукты реакций катионов третьей аналитической группы


Реактив

Катионы

Ca+

Sr2+

Ba2+

H2SO4

CaSO4 белый осадок, растворим в
(NH4)2 SO4

SrSO4 белый осадок, растворим в
конц. H2SO4

BaSO4 – белый осадок, растворим в конц. H2SO4

K2CrO4




SrCrO4 желтый осадок, растворим в HCl, HNO3,
CH3 COOH

BaCrO4желтый осадок, растворим в HNO3, HCl, не растворим в CH3
COOH

K2Cr2O7







BaCrO4желтый










осадок, растворим
в HNO3, HCl

(NH4)2 С2O4

CaС2O4 белый осадок, растворим в HNO3, HCl

SrС2O4 белый осадок, растворим в HNO3, HCl,
CH3COOH

BaС2O4 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH

(NH4)2 СO3

CaСO3 белый осадок, растворим в HNO3, HCl,
CH3COOH

CrСO3 белый осадок, растворим в HNO3, HCl,
CH3COOH

BaСO3 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH

CaSO4*2Н2О




SrSO4белый
осадок

BaSO4белый
осадок

K4[Fe(CN)6]

CaK2[Fe(CN)6]
белый осадок, растворим в HNO3, HCl




BaK2[Fe(CN)6]
белый осадок, растворим в HNO3, HCl



Окрашивание пламени

Кирпично- красное



Карминово- красное



Желто-зеленое





Действие группового реагента
Для открытия катионов III аналитической группы применяется групповой реактив - разбавленная серная кислота. При взаимодействии катионов III
аналитической группы с сульфат - ионом в растворах образуются белые кристаллические осадки:
2+ + SО42- → CaSO4
Ba2+ + SО42- → BaSO4

Sr2+ + SО42- → SrSO4


Наименьшую растворимость имеет сульфат бария. Благодаря высокой растворимости в воде сульфат кальция образует насыщенный раствор (гипсовая вода), который может служить реактивом на катионы стронция и бария.
CaSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + CaCl2 CaSО4 + SrCl2 → SrSO4↓ + CaCl2
Насыщенный раствор сульфата стронция соответственно является реактивом на катионы бария.
SrSO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + SrCl2
Эти особенности сульфатов катионов третьей группы объясняются различием их констант растворимости:

s 4

s 4

s 4
K 0(BaSО ) = 1,1∙10-10 K 0(SrSО ) = 2,8∙10-7 K 0(СаSО ) = 6,1∙10-5
Наименьшую величину константы растворимости имеет сульфат бария, наибольшую - сульфат кальция.
Осадки сульфатов катионов III группы нерастворимы в кислотах и щелочах, лишь сульфат кальция растворим в растворе сульфата аммония
(NH4)2SO4 с образованием комплексной соли: CaSO4 + (NH4)2SO4 → (NH4)2[Ca(SO4)2]
Ввиду высокой растворимости сульфата кальция в воде его осаждают в присутствии этилового спирта, растворимость CaSO4 значительно снижается.
С целью улучшения растворимости сульфаты переводят в карбонаты:

BaSO4 + Na2CO3 → BaCO3↓ + Na2SO4 CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4 SrSO4 + Na2CO3 → SrCO3↓ + Na2SO4


При этом образуются осадки карбонатов, растворимые в кислотах:
BaCO3 + 2HCl BaCl2 + H2O + CO2↑ CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑ SrCO3 + 2HCl → SrCl2 + H2O + CO2
Частные реакции катионов третьей аналитической группы Реакции обнаружения катиона бария Ba2+

  1. Хромат калия K2CrO4 с катионами бария образует желтые осадки хромата BaCrO4 в нейтральных или уксуснокислых растворах:

BaCl2 + K2CrO4 → BaCrO4↓ + 2KCl Ba2+ + CrO42- → BaCrO4
Осадок BaCrO4 растворяется в сильных кислотах: ВаCrO4↓ + 2HCl → ВаCl2 + Н2CrO4
При действии серной кислоты желтый осадок BaCrO4 переходит в белый осадок BaSO4.

  1. Дихромат калия K2Cr2O7 образует с ионами бария Ba2+ также желтый осадок BaCrO4. Выпадение осадка BaCrO4 объясняется тем, что раствор дихромата калия всегда содержит незначительное

количество хромат ионов CrO42-, которые появляются в результате гидролиза дихромата калия:
Cr2O72- + H2O ↔ 2HCrO4- ↔ 2H+ + 2CrO42-
Ba2+ + CrO42- → BaCrO4
Суммируя эти уравнения, получаем общее уравнение: 2Ba2+ + Cr2O72- + H2O ↔ 2BaCrO4↓ + 2H+
В результате образуется сильная кислота и реакция не доходит до конца. Во избежание этого к раствору добавляют ацетат натрия, который реагирует с кислотой, и сильная кислота заменяется слабой:
CH3COONa + H+ → CH3COOH + Na+
мешающие ионы: катионы тяжелых металлов

  1. Оксалат аммония (NH4)2С2O4 образует с солями бария белый осадок, растворимый в азотной и хлороводородной кислотах. При кипячении осадок


4 2 4
растворяется также в уксусной кислоте: BaCl2 + (NH4)2С2O4 → ВаС2O4↓ + 2NH4Cl Ba2+ + C2O 2- → ВаС O ↓
ВаC2O4↓ + 2H+ → Ва2+ + Н2C2O4



  1. Окрашивание пламени: летучие соли бария окрашивают бесцветное пламя горелки в желто-зеленый цвет.



Реакции обнаружения катиона кальция Ca2+ 1.Оксалат аммония (NH4)2С2O4 образует с растворами солей кальция белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция (фармакопейная реакция):
СaCl2 + (NH4)2С2O4 → СаС2O4↓ + 2NH4Cl Сa2+ + C2O42- → СаС2O4
Осадок растворяется в минеральных кислотах, но не растворим в уксусной кислоте даже при кипячении:
СаC2O4↓ + 2HNO3 → Са(NO3)2 + Н2C2O4
мешающие ионы: Ba2+, Sr2+, сильные окислители 2.Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) с солями кальция в присутствии солей аммония и гидроксида аммония образует белый кристаллический осадок гексацианоферрата (II) кальция - аммония:
CaCl2 + 2NH4Cl + K4[Fe(CN)6] → Ca(NH4)2[Fe(CN)6]↓ + 4KCl Ca2+ + 2NH4+ + [Fe(CN)6]4- → Ca(NH4)2[Fe(CN)6]↓
Осадок не растворяется в уксусной кислоте.
мешающие ионы: Ba2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+
3.Окрашивание пламени (фармакопейная): Соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.


Реакция обнаружения катиона стронция Sr2+ 1.Насыщенный раствор гипса СаSО4∙2Н2O (гипсовая вода) образует с ионами стронция белый осадок сульфата стронция:
SrCl2 + CaSO4 → SrSO4↓ + CaCl2
Реакция служит для обнаружения Sr2+ только в отсутствие Ba2+, который с гипсовой водой вызывает помутнение, появляющиеся сразу, так как растворимость BaSO4 меньше растворимости SrSO4:

s 4

s 4
K 0(BaSО ) = 1,1∙10-10 K 0(SrSО ) = 2,8∙10-7
мешающие ионы: Ba2+, катионы p- и d-элементов

  1. С карбонат ионом катионы стронция при нагревании образуют белый кристаллический осадок, растворимый в кислотах:


3 3
SrCl2 + (NH4)2CO3 → SrCO3↓ +2NH4Cl Sr 2+ + CO 2- → SrCO ↓

  1. Окрашивание пламени. Бесцветное пламя горелки в присутствии солей стронция окрашивается в карминово-красный цвет.

Контрольные вопросы


    1. Какие катионы относятся к третьей аналитической группе? Какой реагент является групповым на третью аналитическую группу катионов?

    2. Уравнения всех частных реакций на катионы Ba2+ ,

Sr2+ , Ca2+ в молекулярной и ионной форме. Условия проведения реакций.

    1. Как можно растворить осадок сульфата бария?

    2. Почему ион Ba2+ отделяют от иона Sr2+ и иона Ca2+ действием хромата калия K2CrO4 в уксуснокислой среде?

    3. Напишите уравнения реакций ионов Sr2+ и Ca2+ с избытком сульфата аммония?

    4. Какой ион следует определять первым: ион Са2+ или ион Ba2+? Ответ поясните.

    5. Сульфаты каких катионов не растворимы в воде?

    6. Почему осадок ВаСО3 растворяется в СН3СООН и не растворяется в Н2SO4?

    7. Зачем при открытии ионов Са2+ необходимо добавлять этиловый спирт?

    8. Какие катионы третьей группы окрашивают пламя газовой горелки? Укажите окраску пламени.

Тест для закрепления материала





  1. Летучие соли бария окрашивают пламя:

    1. желтый цвет

    2. фиолетовый цвет

    3. кирпично-красный цвет

    4. желто-зеленый цвет

  2. О какой группе катионов идет речь?

Групповой реактив - серная кислота, катионы бесцветны, их гидроксиды - сильные электролиты:

    1. первая

    2. вторая

    3. третья

    4. четвертая

  1. При реакции хлорида кальция с серной кислотой образуются:

    1. черные кубические кристаллы

    2. тетраэдры и октаэдры

    3. игольчатые кристаллы

    4. черные кристаллы неправильной формы

  2. Какие ионы мешают проведению реакции катиона кальция с оксалатом аммония:

    1. ионы алюминия

    2. ионы бария

    3. ионы бора

    4. ионы брома

  3. В какой цвет окрашивается пламя в присутствии солей кальция:

    1. в малиновый

    2. в желтый

    3. в кирпично-красный

    4. в ярко оранжевый

  4. Определение ионов кальция по реакции

CaCl2 + K4[Fe(CN)6] + NH4Cl→CaKNH4[Fe(CN)6]↓ + 3KCl проводят при pH равном:

    1. при pH =7

    2. при pH=9

    3. при pH=3

    4. при pH=11

  1. Определению ионов бария c оксалатом аммония мешают ионы:


    1. 4
      NH+

    2. K+

    3. Na+

    4. Сa2+

  2. Сульфат кальция растворим:

    1. BaSO4

    2. SrSO4

    3. MgSO4

4) (NH4)2SO4

  1. Осаждение катионов бария в виде его сульфата проводят:

    1. при охлаждении

    2. насыщенным раствором сульфата кальция

    3. насыщенным раствором сульфата бария

    4. в присутствии ацетатного буферного раствора

  2. Обнаружение ионов 𝐁𝐚𝟐+ по реакции 2BaCl2 + K2Cr2O7 +H2O→ 2BaCrO4↓ + 2KCl + 2HCl проводят при pH равном:

1) 1-3
2) 3-5
3) 9-11
4) 12-14

Достарыңызбен бөлісу:




©www.dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет