Реакции и ход анализа смеси катионов группы серной кислоты
(третья аналитическая группа катионов)
К третьей группе относятся катионы металлов бария, стронция, кальция. Эти элементы входят во вторую группу периодической системы Д. И. Менделеева. Катионы имеют законченные 8-электронные внешние слои. Химическая активность их возрастает от кальция к барию. В таком же направлении изменяются и другие свойства, например, растворимость солей, основные свойства гидроксидов и др. Ионы этих элементов в водных растворах бесцветны.
Ион SO42- c катионами Ba2+, Ca2+, Sr2+ и Pb2+ образует осадки, а с катионами других аналитических групп (в пределах определенных концентраций) осадка не дает. Разбавленная серная кислота - групповой реагент.
Соли, образованные сильными кислотами, практически не подвергаются гидролизу.
Поскольку произведение растворимости СаSO4 равно 9,1 . 10-6, то осаждение ионов Са2+ разбавленной серной кислотой происходит не полностью. Чтобы “не потерять” катион Са2+ при анализе, необходимо проводить проверочные реакции на катион Са2+ после осаждения катионов третьей группы групповым реагентом или вести осаждение катионов этой группы смесью серной кислоты с этанолом.
ОПЫТ. Возьмите три центрифужные пробирки, прибавьте по 3–5 капель растворов солей: в первую – хлорида бария, во вторую – хлорида стронция, в третью – хлорида кальция, добавьте в каждую из них по 3 капли раствора серной кислоты, нагрейте на водяной бане и наблюдайте за образованием осадков.
С повышением температуры растворимость солей BaSO4, SrSO4, CaSO4 изменяется мало, более полное осаждение происходит при стоянии в течение 20 мин. Обратите внимание на скорость выпадения осадков при комнатной температуре. Проверьте растворимость в соляной и азотной кислотах.
После охлаждения в пробирку, содержащую сульфат кальция CaSO4, добавьте 5 капель ацетона или этилового спирта и проверьте, увеличивается ли количество осадка. Дайте объяснение.
Карбонат натрия и другие растворимые соли угольной кислоты дают с катионами Ba2+, Sr2+, Ca2+ белые осадки, растворимые в кислотах (HСl, HNO3, CH3COOH). Проверьте действие раствора карбоната натрия Na2CO3 или карбоната аммония (NH4)2CO3 на катионы Ba2+, Ca2+ и Sr2+ и исследуйте растворимость образовавшихся осадков в соляной и уксусной кислотах.
Частные реакции катиона Ba2+
1. Хромат калия K2CrO4 дает с катионом Ba2+ желтый осадок хромата бария BaCrO4, нерастворимый в уксусной кислоте, но растворимый в сильных кислотах:
BaCl2 + K2CrO4 ® BaCrO4¯ + 2 KCl
Ba2+ + CrO42- ® BaCrO4¯
2. Дихромат калия K2Cr2O7 дает с катионом бария также желтый осадок хромата бария:
K2Cr2O7 + 2 BaCl2 + H2O ® 2 BaCrO4¯ + 2 KCl + 2 HCl
Cr2O72- + H2O Û 2 CrO42- + 2H+
2 CrO42- + 2 Ba2+ Û 2 BaCrO4¯
ОПЫТ. Возьмите в пробирку 3 капли раствора хлорида бария BaCl2 или нитрата бария Ba(NO3)2, добавьте 3 капли раствора дихромата калия K2Cr2O7 и нагрейте на водяной бане. При этом выпадает желтый кристаллический осадок хромата бария BaCrO4.
Условия проведения опыта:
1. Реакция проводится в нейтральной или слабокислой среде.
2. В присутствии ионов Sr2+ и Ca2+ реакцию проводят в уксуснокислой среде при рН = 3–5.
3. Выпадению осадка способствует нагревание.
Катионы Pb2+ и др., дающие с хромат-ионом осадки, мешают проведению реакции.
Катионы Sr2+ и Ca2+ также дают желтые осадки с дихромат-ионами, но они растворяются в уксусной кислоте. Поэтому эту реакцию можно использовать для отделения ионов Ba2+ от ионов Sr2+ и Ca2+.
ОПЫТ. Возьмите три пробирки и поместите в каждую по 3 капли раствора хлорида бария, хлорида стронция, хлорида кальция и добавьте по капле раствора хромата калия и по капле раствора уксусной кислоты. Жидкости в пробирках перемешайте стеклянной палочкой и наблюдайте за результатами реакции. Проделайте такой же опыт, но вместо уксусной кислоты добавьте 2–3 капли соляной кислоты.
3. Окрашивание пламени. Летучие соли бария окрашивают бесцветное пламя в желто-зеленый цвет.
Частные реакции катиона Sr2 +
1. Гипсовая вода (насыщенный водный раствор гипса CaSO4 × 2H2O) образует с катионом Sr2+ осадок сульфата стронция SrSO4 × 2H2O.
ОПЫТ. В пробирку налейте 4 капли раствора нитрата стронция Sr(NO3)2, добавьте 5–6 капель гипсовой воды, нагрейте на водяной бане и наблюдайте образование осадка.
Условия проведения опыта:
1. Реакция с гипсовой водой может применяться при отсутствии катионов Ba2+, а также катионов, которые дают труднорастворимые осадки с анионом SO42-.
2. Нагревание ускоряет образование осадка.
3. Так как осадок SrSO4 появляется не сразу, то следует дать постоять смеси 10–15 минут.
2. Оксалат аммония (NH4)2C2O4 осаждает катион Sr2+ в виде белого осадка:
Sr(NO3)2 + (NH4)2C2O4 ® SrC2O4¯ + 2 NH4NO3
Sr2+ + C2O42- ® SrC2O4¯
3. Окрашивание пламени. Соли стронция окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.
Частные реакции катиона Са2 +
1. Оксалат аммония (NH4)2C2O4 и другие растворимые соли щавелевой кислоты образуют с катионом Са2+ белый кристаллический осадок:
CaCl2 + (NH4)2C2O4 ® CaC2O4¯ + 2 NH4Cl
Ca2+ + C2O42- ® CaC2O4¯
ОПЫТ. В пробирку налейте 3 капли раствора CaCl2 и добавьте каплю раствора уксусной кислоты, затем прилейте 3 капли оксалата аммония (NH4)2C2O4 и 1–2 капли раствора аммиака. Выпадет белый кристаллический осадок.
Условия проведения опыта:
1. Осаждение лучше вести вначале при рН = 5–6, затем под конец при рН = 7–8.
2. Катионы Ва2+ и Sr2+ мешают проведению реакции.
Катионы Ва2+ и Sr2+ дают также белые кристаллические осадки с оксалатом аммония (NH4)2C2O4, но произведения растворимости этих соединений различны:
Соль
| ПР
| CaC2O4
| 2,57 × 10-9
| SrC2O4
| 5,6 × 10-8
| BaC2O4
| 1,6 × 10-7
|
Следовательно, осадок оксалата кальция CaC2O4 можно считать практически нерастворимым в воде. Растворимость оксалатов в уксусной кислоте различная. Оксалат кальция нерастворим, оксалат бария растворяется в уксусной кислоте несколько в большей степени, чем оксалат стронция. Оксалаты бария, стронция и кальция растворимы в сильных минеральных кислотах (соляной и азотной).
ОПЫТ. Возьмите три пробирки, в каждую налейте по 3 капли растворов хлорида бария, хлорида кальция, хлорида стронция и прилейте в каждую по 3–4 капли раствора оксалата аммония (NH4)2C2O4. Наблюдайте образование осадков. После этого добавьте в каждую пробирку по 6 капель раствора уксусной кислоты и посмотрите, где будет происходить частичное растворение осадка. Затем повторите опыт, но вместо уксусной кислоты добавьте 6 капель раствора соляной кислоты. Отметьте, что происходит с осадками.
2. Микрокристаллоскопическая реакция.
Образование осадка сульфата кальция CaSO4×2H2O при взаимодействии катиона Са2+ с серной кислотой можно легко заметить, если проводить реакцию на предметном стекле, наблюдая выпавшие кристаллы под микроскопом.
ОПЫТ. Одну каплю раствора соли кальция поместите на предметное стекло, добавьте каплю 2 н. раствора серной кислоты и осторожно нагрейте на маленьком пламени газовой горелки до появления белой каймы. По краям капли образуются игольчатые кристаллы в виде пучков или звездочек.
При наличии в растворе катионов Ba2+ и Sr2+ поступают следующим образом: в пробирку вносят 3–4 капли испытуемого раствора, добавляют 4 капли 2 н. раствора серной кислоты, нагревают 5–6 минут на водяной бане, затем центрифугируют. Каплю центрифугата помещают на предметное стекло и упаривают до появления белой каймы, а затем рассматривают полученные кристаллы под микроскопом.
3. Окрашивание пламени. Летучие соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.
Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1692 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
|