Действие группового реактива

Тема лекции: 3 аналитическая группа в группе ТП-75, преподаватель Толокнова Т.Н.

План лекции

1. Общая характеристика катионов третьей группы.

2. Действие группового реактива.

3. Реакции катионов бария Ba²⁺.

4. Реакции катионов кальция Сa²⁺.

Общая характеристика катионов третьей группы

Катионы третьей группы – осаждаются серной кислотой и ее солями, которые являются групповыми реагентами. При взаимодействии с сульфатом катионы дают нерастворимые в воде сульфаты бария и стронция и плохо растворимый сульфат кальция. Они образуют также нерастворимые в воде фосфаты, сульфиты, карбонаты. Нитраты, бромиды, хлориды, гидрокарбонаты хорошо растворимы в воде.

Гидроксиды кальция, бария, стронция обладают слабощелочными свойствами и в воде растворимы плохо. Катионы бесцветны, окраска их солей зависит от аниона. Соединения кальция, бария и стронция широко применяют как реактивы, минеральные краски, строительные материалы.

Действие группового реактива

Для открытия катионов 3-ей группы применяется групповой реактив – разбавленная серная кислота и ее соли. При взаимодействии катионов 3-ей группы с сульфат-ионом в в растворах образуются белые кристаллические осадки:

Ca²⁺+SO₄^2-→CaSO₄↓

Ba²⁺+ SO₄^2-→BaSO₄↓

Sr²⁺+ SO₄^2-→SrSO₄↓

Наименьшую растворимость имеет сульфат бария. Сульфат стронция и кальция растворяются в воде лучше, особенно сульфат кальция, который выделяется в осадок из концентрированных солей кальция. Поэтому при проведении реакции осадок сульфата бария образуется практически мгновенно, сульфат стронция – после стояния, сульфат кальция – только из концентрированных растворов. Благодаря высокой растворимости в воде сульфат кальция образует насыщенный раствор, который может служить реактивом на катионы бария:

CaSO₄+BaCl₂→BaSO₄↓+CaCl₂

CaSO₄+SrCl₂→SrSO₄↓+CaCl₂

Насыщенный раствор сульфата стронция соответственно является реактивом на катионы бария:

SrSO₄↓+BaCl₂→BaSO₄↓+SrCl₂

Эти особенности сульфатов катионов 3-ей группы объясняются различием из произведений растворимости (ПР_Ba= 1,1*10^-10; ПР_Sr=2,8*10^-7; ПР_Са=6,1*10^-5). Наименьшую величину произведения растворимости имеет сульфат бария, наибольшую сульфат стронция. В осадок, прежде всего, выпадает соль, имеющая наименьшую величину произведения растворимости.

Осадки сульфатов катионов 3-ей 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]

Эту реакцию иногда используют для отделения ионов кальция от остальных. В виду высокой растворимости сульфата кальция в воде его осаждение следует проводить из спирто-водных растворов (50º), растворимость CaSO₄ в них значительно снижается.

При отделении катионов 3-ей группы от других катионов с помощью сульфат-ионов образующиеся осадки нерастворимы в кислотах или щелочах. С целью улучшения их растворимости сульфаты переводят в карбонаты. Для перевода сульфатов бария, стронция и кальция в карбонаты осадок обрабатывают при нагревании многократно раствором Na₂CO₃:

BaSO₄+Na₂CO₃→BaCO₃↓+Na₂SO₄

CaSO₄+Na₂CO₃→CaCO₃↓+Na₂SO₄

SrSO₄+Na₂CO₃→SrCO₃↓+Na₂SO₄

При этом образуются осадки карбонатов бария, стронция и кальция, растворимые в кислотах:

BaCO₃+2HCl→ BaCl₂+H₂O+CO₂↑

CaCO₃+2HCl→ CaCl₂+H₂O+CO₂↑

SrCO₃+2HCl→ SrCl₂+H₂O+CO₂↑

Полученный раствор затем используют для качественного открытия отдельных ионов 3-ей группы.

3 Реакции катионов бария Ba²⁺

1. Реакция с солями хромовой кислоты:

BaCl₂+K₂CrO₄→BaCrO₄↓+2KCl

Образуется желтый кристаллический осадок хромата бария, растворимый в азотной и соляной кислотах:

BaCrO₄+2HCl→BaCl₂+H₂CrO₄

BaCrO₄+2HNO₃→Ba(NO₃)₂+ H₂CrO₄

В серной кислоте желтый осадок осадок хромата бария переходит в белый осадок сульфата бария:

BaCrO₄+H₂SO₄→BaSO₄↓+ H₂CrO₄

В уксусной кислоте и других слабых кислотах осадок хромата бария нерастворим.

При взаимодействии солей бария с солями дихромовой кислоты также образуется осадок хромата бария:

2BaCl₂+K₂Cr₂O₇+H₂O→ 2BaCrO₄↓+2KCl+2HCl

При проведении реакции выделяется соляная кислота, которая частично растворяет осадок хромата бария, поэтому при применении дихроматов осаждение хромата бария происходит не полностью.

Для полного осаждения хромата бария с помощью дихроматов используют добавку солей уксусной кислоты. Соли уксусной кислоты взаимодействует с соляной кислотой, в итоге образуется слабая уксусная кислота, в которой осадок хромата бария не растворяется:

CH₃COONa+HCl→CH₃COOH+NaCl

Ионы стронция и кальция осадка с дихроматами не образуют, так как образующиеся хроматы кальция и стронция растворяются полностью в выделяющейся соляной или уксусной кислоте.

2. Реакция с солями щавелевой кислоты:

BaCl₂+(NH₄)₂C₂O₄→BaC₂O₄↓+NH₄Cl

Образуется белый кристаллический осадок оксалата бария, растворимый в соляной и азотной кислотах, при нагревании – в концентрированной уксусной кислоте.

3. Реакция с карбонатами:

BaCl₂+(NH₄)₂CO₃→BaCO₃↓+NH₄Cl

Образуется белый аморфный осадок, при нагревании переходящий в кристаллический, растворимый в соляной, азотной и уксусной кислотах.

4. Реакция с моногидрофосфатом натрия:

BaCl₂+Na₂HPO₄→BaHPO₄↓+2NaCl

Образуется белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, азотной и уксусной кислотах.

5. Реакция окрашивания пламени. При внесении в пламя газовой горелки летучих солей бария(хлорид, нитрат) – пламя окрашивается в желто-зеленый цвет.

4 Реакции катионов кальция Сa²⁺

1. Катион кальция образует в растворах осадки с гидрофосфатами, карбонатами, щелочами, хроматами, аналогичные по свойствам осадкам, образуемым катионами бария и стронция. Реакции с гипсовой водой, дихроматами, хроматами ион кальция не дает. С родизонатом натрия ион кальция образует фиолетовый осадок в щелочной среде, растворимый в HCl.

2. Реакция с оксалатами:

CaCl₂+(NH₄)₂C₂O₄→CaC₂O₄↓+2NH₄Cl

Образуется кристаллический белый осадок оксалата кальция, который растворим в минеральных кислотах и нерастворим в уксусной кислоте(в отличие от оксалатов бария и стронция).

3. Реакция с гексациано(2) ферратом калия K₄[Fe(CN)₆]:

CaCl₂+ K₄[Fe(CN)₆]+2NH₄OH→ Ca(NH₄)₂[Fe(CN)₆]↓+ 2KCl+2KOH

В слабощелочной среде рН=9 образуется белый кристаллический осадок гексациано (2) феррата кальция-аммония, растворимый в минеральных кислотах, но не растворимый в уксусной кислоте. Реакцию проводят в присутствии буферной смеси NH₄Cl+ NH₄OH при нагревании. Проведению реакции мешает ион Ba²⁺.

4. Реакция окрашивания пламени. Пламя газовой горелки при внесении солей кальция окрашивается в кирпично-красный цвет.