Sr2 с гипсовой водой

Химико-аналитические свойства ионов s-элементов

Химико-аналитические свойства ионов s-элементов

Ионы s-элементов IA группы

Катионы натрия и калия относятся к I аналитической группе, которая характеризуется отсутствием группового реагента, т. е. реактива, способного осаждать все катионы этой группы из их растворов.

Следует иметь в виду, что приведенные ниже реагенты, используемые для исследования растворов на содержание в них ионов калия и натрия, дают аналогичный эффект с катионом аммония. Поэтому использование этих реагентов возможно после предварительного испытания раствора на содержание в нем катиона аммония.

Реакция обнаружения катиона калия K +

Гексанитрокобальтат (III) натрия Nа 3 [Со(NO 2 ) 6 ] образует с ионами калия желтый кристаллический осадок гексанитрокобальтата (III) калия-натрия:

2 КС l + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] = K 2 Na[Co(NO 2 ) 6 ] Ї + 2NaCl,

2 К + + Na + + [Co(NO 2 ) 6 ] 3- = K 2 Na[Co(NO 2 ) 6 ] Ї .

Обнаружение иона К + с помощью гексанитрокобальтата (III) натрия проводят в нейтральном и слабокислом растворах, так как в щелочной среде и в присутствии сильных кислот реагент разлагается.

Реакция обнаружения катиона натрия Na +

Гексагидроксостибиат (V) калия К[Sb(ОН) 6 ] образует с ионом натрия белый кристаллический осадок гексагидроксостибиата (V) натрия:

NaCI + К[Sb(ОН) 6 ] = Na[Sb(OH) 6 ] Ї + КСl,

Na + + [Sb(OH) 6 ] = Na[Sb(OH) 6 ] Ї .

Обнаружение иона Na + с помощью гексагидроксостибиата (V) калия проводят в нейтральном или слабощелочном растворе, так как кислоты разлагают реагент, а щелочи растворяют осадок Na[Sb(OH) 6 ] с образованием хорошо растворимой средней соли.

Ионы s-элemeнтов IIA группы

Катионы магния, кальция, (бария и стронция относятся ко II аналитической группе, которая характеризуется наличием группового реагента (NН 4 ) 2 СОз, осаждающего любой из приведенных катионов из его раствора.

Реакции обнаружения катиона магния Mg 2+

Действие группового реагента. Карбонат аммония (NH 4 ) 2 СОз с раствором соли магния образует белый аморфный осадок основной соли (MgOH) 2 CO 3 , растворимый в избытке NH 4 Cl:

2MgCl 2 + 2(NH 4 ) 2 CO 3 + Н 2 О = (MgOH) 2 CO 3 Ї + СО 2 + 4NH 4 Cl,

2Mg 2+ + 2CO 3 2- + Н 2 О = (MgOH) 2 CO 3 Ї + CO 2 .

Реакция обнаружения. Едкие щелочи и гидроксид аммония образуют с растворами солей магния белый аморфный осадок Mg(OH) 2 , хорошо растворимый в кислотах и растворах аммонийных солей:

Mg 2+ + 2O Н — = Mg(OH) 2 Ї

Растворение в кислотах:

Mg(OH) 2 + 2H + = Mg 2+ + 2Н 2 O.

Растворение в растворах аммонийных солей:

Mg(OH) 2 + 2NH 4 + = Mg 2+ + 2NH 4 OH.

Реакции обнаружения катиона бария Ва 2+

Действие группового реагента. Карбонат аммония (NН 4 ) 2 СО 3 осаждает катион Ва 2+ из растворов его солей в виде белого аморфного постепенно кристаллизующегося осадка ВаСО 3 :

BaCl 2 + (NH 4 ) 2 CO 3 = ВаСО 3 Ї + 2NH 4 Cl,

Ва 2+ + CO 3 2- = ВаСО 3 Ї.

Осадок хорошо растворим в кислотах, в том числе и слабых.

Реакция обнаружения. Дихромат калия К 2 Сг 2 O 7 образует с раствором соли бария желтый осадок ВаСгO4, нерастворимый в уксусной кислоте, в отличие от хромата стронция (хромат кальция хорошо растворяется в воде):

2Ba 2+ + Сг 2 O 7 2- + Н 2 O = 2ВаСгO 4 Ї + 2H + .

Реакцию проводят при избытке CH 3 COONa, который реагирует с образующимися ионами Н + , смещая равновесие вправо вследствие образования малодиссоциированной уксусной кислоты:

СН 3 СОС — + Н + = СН 3 СООН.

Реакции обнаружения катиона кальция Са 2+

Действие группового реагента. Карбонат аммония (NН 4 ) 2 СО 3 осаждает из растворов солей кальция аморфный белый осадок СаСО 3 , который при нагревании переходит в кристаллический:

CaCl 2 + (NH 4 ) 2 CO 3 = СаСО 3 Ї + 2NH 4 C1,

Ca 2+ CO 3 2- = СаСО 3 Ї .

Осадок легко растворяется в минеральных и уксусной кислотах.

Реакция обнаружения. Оксалат аммония (NH 4 ) 2 C 2 O 4 образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но не растворимый в уксусной кислоте:

CaCl 2 + (NH 4 ) 2 C 2 O 4 = СаС 2 O 4 Ї + 2NH 4 C1,

Ca2+ + С 2 O 4 2- = СаС 2 O 4 .

Аналогичный осадок дают ионы Ва 2+ и Sr 2+ . Поэтому этой реакцией можно обнаружить Са 2+ только при отсутствии ионов бария и стронция.

Реакции обнаружения катиона стронция Sr 2+

Действие группового реагента. Карбонат аммония (NH 4 ) 2 CO3 При взаимодействии с растворами солей стронция осаждает карбонат стронция белого цвета, растворимый в уксусной, соляной и азотной кислотах:

SrCl 2 + (NH 4 ) 2 CO 3 = SrCO 3 Ї + 2NH 4 C1.

Реакция обнаружения. Насыщенный раствор гипса CaSO 4 . 2H 2 O (гипсовая вода) образует с ионами Sr 2+ белый осадок сульфата стронция:

Sr 2+ + SO 4 2- = SrSO 4 Ї .

Однако при действии гипсовой воды ион стронция дает не обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. Появление осадка ускоряют нагреванием.

Реакция служит для обнаружения Sr 2+ только при отсутствии Ba 2+ , которой с гипсовой водой вызывает помутнение, появляющееся сразу, так как растворимость BaSO 4 меньше растворимости SrSO 4 (K s 0 (BaSO 4 ) = 1,1 . 10 -10 , K s 0 (SrSO 4 ) = 2,8 . 10 -7 ).

Гипсовая вода не образует осадков с растворами солей кальция ни на холоду, ни при нагревании. Этим ион Ca 2+ отличается от ионов Ba 2+ и Sr 2+ .

Источник

Характерные реакции катионов III аналитической группы

Ион кальция Са 2+

1. С оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄ с образованием белого мелкокристаллического осадка оксалата кальция, растворимого в минеральных кислотах и нерастворимого в уксусной кислоте.

Условия проведения реакции: а) рН среды 6-7; б) нагревание; в) для выпадения осадка раствор должен постоять некоторое время. Мешающие ионы: Sr 2+ , Ba 2+ , катионы р- и d-элементов, сильные окислители.

Оксалат кальция в кислой среде обесцвечивает раствор перманганата калия.

Реакция может быть использована в качестве дробной после удаления ионов Ва 2+ , Sr 2+ в виде сульфатов действием сульфата аммония.

2. С гексацианоферратом II) калия K₄[Fe(CN)₆] с образованием белого осадка гексацианоферрата (II) кальция-аммония, нерастворимого в уксусной кислоте.

Условия выполнения реакции: а) рН = 9, реакцию ведут в присутствии аммиачной буферной смеси; б) нагревание; в) высокая концентрация реагента.

Методика: к 1-2 каплям исследуемого раствора прибавляют по 2-3 капли аммиачного буфера, нагревают и осаждают равным объемом насыщенного раствора гексацианоферрата (II) калия, осадок промывают дистиллированной водой. Мешающие ионы: Ва 2+ и катионы р- и d-элементов.

3. С разбавленной H₂SO₄ с образованием кристаллов гипса CaSO₄·2H₂O в виде пучков или звездочек (рис. 4).

Рис. 4. Кристаллы CaSO₄·2H₂O, образующиеся

в разбавленных (а) и концентрированных (б) растворах кислот

Ионы Ва 2+ и Sr 2+ обнаружению не мешают, если их концентрация не превышает в 10 раз концентрацию ионов кальция.

4. С иодноватой кислотой НIO₃ с образованием кристаллов иодата кальция в форме бипирамид.

Мешающие ионы: Sr 2+ , Ba 2+ , Аg + , а также ионы-восстановители.

5. Окрашивание бесцветного пламени горелки в кирпично-красный цвет.

Ион стронция Sr 2+

1. С «гипсовой водой» (насыщенный раствор CaSO₄·2Н₂О)

Образуется незначительная муть SrSO₄, которая появляется не сразу. Мешающие ионы: Ва 2+ , катионы р- и d-элементов.

2. С насыщенным раствором сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ с образованием белого кристаллического осадка, нерастворимого в кислотах и щелочах.

Реакция используется для отделения ионов кальция от ионов бария и стронция, а в отсутствие ионов бария – для обнаружения ионов стронция.

3. С йодноватой кислотой НIО₃ с образованием кристаллов иодата стронция в виде перетянутых пучков игл, шариков, снопиков.

Мешающие ионы: Са 2+ , Ва 2+ , Аg + , ионы-восстановители.

4. Окрашивание бесцветного пламени горелки в карминно-красный цвет.

Ион бария Ва 2+

1. С дихроматом калия К₂Сr₂О₇ с образованием желтого кристаллического осадка, растворимого в сильных кислотах и нерастворимого в уксусной кислоте.

Условия проведения реакции: а) нагревание; б) присутствие ацетата натрия (ацетатная буферная смесь рН = 3-5) для связывания выделяющихся ионов водорода и смещения равновесия в системе дихромат-хромат-ионы:

Сr₂О + Н₂О ↔ 2СrO + 2Н + Н + + СН₃COO – = CH₃COOH.

Реакцию применяют для обнаружения ионов бария (ионы кальция и стронция не мешают, т. к. их хроматы растворимы в уксусной кислоте) и отделения его от этих ионов в пределах третьей группы катионов.

Реакция дробная, но мешают ионы свинца (II).

2. С насыщенным раствором SrSO₄ с образованием белого осадка, нерастворимого в кислотах и щелочах.

3. С йодноватой кислотой НIO₃ с образованием кристаллов в виде пучков изогнутых игл и дендритов.

Мешающие ионы: Са 2+ , Si 2+ , Ag + , ионы- восстановители.

4. Окрашивание бесцветного пламени горелки в желто-зеленый цвет.

Источник

ТРЕТЬЯ ГРУППА КАТИОНОВ

К III аналитической группе относятся катионы щелочно-земельных металлов: Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ . Групповой реагент – раствор серной кислоты, осаждающий сульфаты, растворимость которых уменьшается с увеличением атомной массы элементов.

Фосфаты, оксалаты, силикаты, хроматы, карбонаты катионов Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ также малорастворимы.

Хлориды, нитраты, ацетаты хорошо растворимы в воде.

Общие реакции катионов Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+

1. Реакция с серной кислотой.

Серная кислота и растворимые в воде сульфаты образуют с ионами Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ белые кристаллические осадки по уравнению:

Все осадки не растворимы в кислотах и щелочах, но имеют различную растворимость в воде:

, , .

Наименее растворим BaSO₄, CaSO₄ – значительно растворяется в воде. Поэтому осадок ВаSO₄ определяется моментально даже из разбавленных растворов, SrSO₄ – через некоторое время, СаSO₄ – только из достаточно концентрированных растворов. Следует отметить, что растворимость CaSO₄ понижается при добавлении спирта или ацетона. В отличие от ВаSO₄ и SrSO₄ растворимость сульфата кальция в значительной степени повышается в присутствии сульфата аммония за счёт образования нестойкой соли:

Для перевода МеSO₄ в раствор, их превращают в МеСО₃, которые легко растворяются в кислоте:

Практически это превращение осуществляется путём многократной обработки осадка сульфатов насыщенным раствором Na₂CO₃ при нагревании (мокрый способ) или сплавлением его в тигле с 5-6-кратным избытком смеси Na₂CO₃ и К₂CO₃ (сухой способ).

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К растворам солей Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ добавить 1,5-кратный избыток раствора Н₂SO₄. Выпадают белые кристаллические осадки. Обратить внимание и отметить скорость образования и количество осадка. Если осадок CaSO₄ не выпадает, потереть палочкой о стенки пробирки. Отобрать раствор над осадком CaSO₄ в другую пробирку, добавить спирт или ацетон. Что происходит? Почему?

2. Реакция с гипсовой водой.

Гипсовая вода, то есть водный насыщенный раствор гипса CaSO₄·2Н₂О образует с ионами Ba 2+ и Sr 2+ белые кристаллические осадки. Ион бария образует осадок сразу, осаждение SrSO₄ происходит не- полностью, очень медленно, нагревание раствора ускоряет образование осадка. Это объясняется различной растворимостью сульфатов: в насыщенном растворе CaSO₄ равновесная концентрация SO₄ 2– равна 3·10 -3 . Это количество вполне достаточно для осаждения ВаSO₄, например, из 1·10 –3 М раствора соли. Для SrSO₄ при этой же концентрации Sr 2+

,

что немного больше и недостаточно для полного осаждения катионов стронция.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К нескольким каплям раствора солей Ba 2+ , Sr 2+ и Ca 2+ в пробирках добавить насыщенный раствор гипсовой воды. Описать в тетради наблюдаемые явления. Пробирку с SrSO₄ нагреть 2-3 мин. На водяной бане. Что происходит?

3.Реакция с бихроматом и хроматом калия.

K₂CrO₄ и K₂Cr₂O₇ образуют с катионами Ba 2+ и Sr 2+ жёлтые кристаллические осадки хроматов состава MeCrO4:

, , ПР_SrCrO4=2,24.10 -5

Катионы кальция осаждаются только из концентрированных растворов, вследствие высокой растворимости СаCrO₄. При рН 2– согласно равновесию:

Во-вторых, меньшей растворимостью МеCrO₄ по сравнению с МеCr₂O₇. Полное осаждение Ва 2+ происходит при рН

5, поэтому в реакционную смесь добавляют избыток СН₃СООNa, создавая ацетатную буферную смесь:

Этим пользуются для отделения Ba 2+ от Sr 2+ и Ca 2+ , не дающих осадков в данных условиях.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и . К растворам Ba 2+ , Sr 2+ и Ca 2+ добавить избыток К₂CrO₄. Отметить наблюдаемые явления. Проверить действие HCl и CH₃COOH. Провести аналогичный опыт с К₂Cr₂O₇. Сопоставить результаты.

4. Реакция с оксалатом аммония.

(NH₄)₂C₂O₄ образует с катионами III группы белые кристаллические осадки оксалатов:

Осадки растворимы в минеральных кислотах. Наиболее полно осаждается оксалат кальция, менее – оксалат бария:

, , .

В уксусной кислоте осадок CaС₂О₄ практически нерастворим, а осадки ВаС₂О₄ и SrC₂O₄ заметно растворимы, особенно при нагревании.
В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К нескольким каплям растворов солей Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ , добавить небольшой избыток раствора (NH₄)₂C₂O₄. разделить полученные осадки на 2 части и проверить растворимость: а) в растворе HCl; б) в растворе СН₃СООН. Записать наблюдаемые явления.

5. Реакция с карбонатом аммония.

(NH₄)₂СО₃ осаждает катионы Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ в виде белых осадков, малорастворимых в воде:

, , .

Эти осадки легко растворяются в уксусной и минеральных кислотах с выделением углекислого газа.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и . К растворам солей Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ добавить раствор (NH₄)₂СО₃, испытать растворимость осадков в растворе HCl и СН₃СООН.

6. Окрашивание пламени.

Летучие соли бария окрашивают пламя горелки в желтовато-зелёный цвет, стронция – в карминно-красный, кальция – в кирпично-красный цвет.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и . В 3 фарфоровые лодочки налить по 1 мл спирта, аккуратно поджечь и внести шпательками сухие соли (хлориды, нитраты) Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ , наблюдать за окраской пламени.

Частные реакции иона Ва 2+

Специфических реакций на катион Ba 2+ нет, некоторые из общих являются характерными в определённых условиях.

1. Реакция с бихроматом калия

При рН 4-5, т.е. в ацетатном буфере, ион Ba 2+ даёт кристаллический осадок, растворимый в сильных кислотах. Ионы Sr 2+ и Ca 2+ в данных условиях не осаждаются. Мешают ионы Pb 2+ . Выпадению осадка способствует нагревание.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. В пробирку с несколькими каплями раствора хлорида или нитрата бария добавить по несколько капель СН₃СООNa и K₂Cr₂O₇. Наблюдать образование осадка. Записать уравнение реакции.

Частные реакции иона Sr 2+

Ион Sr 2+ также не имеет специфических реакций.

1. Осаждение гипсовой водой.

В отсутствии ионов Ba 2+ и Pb 2+ для открытия стронция используется его осаждение насыщенным раствором гипсовой воды CaSO₄·2H₂O.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и . В пробирку с несколькими каплями раствора соли стронция добавить несколько капель насыщенного раствора CaSO₄·2H₂O. Подогреть на водяной бане 5 минут. Через 10-15 минут наблюдать образование необильного белого осадка. Записать уравнение реакции.

Частные реакции иона Са 2+

Для открытия Ca 2+ используют следующие реакции.

1. Микрокристалоскопическая реакция с серной кислотой.

При действии серной кислоты на соли кальция выпадают кристаллы гипса CaSO₄·2H₂O, различимые под микроскопом в виде характерных пучков игл. Для получения хороших кристаллов целесообразно вести осаждение из сравнительно разбавленных растворов.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. На предметное стекло поместить каплю раствора соли кальция, добавить каплю 2N раствора Н₂SO₄, слегка упарить смесь до появления каёмки по краям капли и рассмотреть образовавшиеся кристаллы под микроскопом. Зарисовать их форму.

В присутствии Ba 2+ и Sr 2+ можно поступить следующим образом: осадить ионы Ba 2+ , Sr 2+ и частично Ca 2+ действием 1,5-ного избытка 2N раствора Н₂SO₄, нагревать 5-6 минут на водяной бане, отфильтровать. Каплю фильтрата, содержащего некоторое количество ионов Ca 2+ и SO₄ 2– , поместить на предметное стекло упарить и рассмотреть полученные кристаллы под микроскопом. Сравнить кристаллы по форме с полученными в предыдущем опыте.

2. Реакция с гексацианоферратом (II) калия.

K₄[Fe(CN)₆] даёт возможность обнаружить Ca 2+ в присутствии Sr 2+ . Взаимодействие идёт по уравнению:

и сопровождается осаждением белого кристаллического осадка, нерастворимого в уксусной кислоте, в отличие от Sr 2+ . Реакцию ведут при рН

9, в присутствии аммонийной буферной смеси.

В ы п о л н е н и е р е а к ц и и. К нескольким каплям раствора соли кальция добавить по 2 капли растворов NН₄Cl и NH₃ и равный объём K₄[Fe(CN)₆]. Смесь перемешать и нагреть на водяной бане 2-3 минуты. Что образуется? Проверить растворимость осадка в уксусной кислоте. Сделать вывод. Ион Ва 2+ при значительной концентрации может также дать осадок с K₄[Fe(CN)₆]. Поэтому в присутствии Ва 2+ применять эту реакцию для обнаружения Са 2+ не следует.

Ход анализа смеси катионов III группы

Отделение Ba 2+ , Sr 2+ и Ca 2+ основано на различной растворимости хроматов и сульфатов этих катионов.

Условия осаждения и разделения ионов Ba 2+ и Sr 2+ .

При действии K₂Cr₂O₇ на раствор, содержащий ионы бария, установятся следующие равновесия:

Из приведённых уравнений следует, что в результате периодических реакций в растворе возможно существование различных хромсодержащих форм: H₂CrO₄, HCrO₄ – , CrO₄ 2– ,– концентрация которых будет определяться [H + ] в растворе.

Ион считается полностью осаждённым, если его концентрация в растворе остаётся 1·10 –6 моль/л, поэтому для полного осаждения BaCrO₄ необходима [CrO₄ 2– ], равная:

.

Доля свободных хромат-ионов (α₂) в растворе определяется уравнением:

Решим это уравнение относительно [Н + ], подставив полученную величину [CrO₄ 2– ], C_А = 0,1М и , .

моль/л.

При этом рН происходит полное осаждение хромата бария. Поскольку осаждение хромата бария ведут обычно в ацетатном буферном растворе при рН

5, путём обратных расчётов при [H + ], равной 10 –5 , получаем α₂ = 3,1·10 -2 .

моль/л.

моль/л

Действительно, в ацетатном буфере хромат бария будет осаждаться полностью. Выпадет ли в этих условиях SrCrO₄?

г-ион/л,

т.е. ионы стронция практически останутся в растворе и в ацетатном буфере возможно разделение Ва 2+ и Sr 2+ в виде хроматов.

В ы п о л н е н и е а н а л и з а

1. Открытие и отделение катионов бария.

К 1,5 мл смеси добавить избыток раствора бихромата калия при рН

4-5 (регулируется с помощью ацетата натрия). Образование жёлтого осадка хромата бария укажет на наличие катионов бария в растворе. Отфильтровать осадок и проверить фильтрат на полноту осаждения ионов бария. После полного удаления Ва 2+ фильтрат анализируют на Sr 2+ , Ca 2+ .

2. Осаждение Sr 2+ и Ca 2+ в виде карбонатов.

К полученному фильтрату добавить насыщенный раствор Na₂CO₃ до щелочной реакции. Осадок карбоната отфильтровать, промыть водой и растворить, обрабатывая осадок на фильтре раствором уксусной кислоты.

3. Открытие Sr 2+ .

В части уксуснокислого раствора определить содержание Sr 2+ реакцией с гипсовой водой при нагревании на водяной бане.

4. Разделение Sr 2+ и Ca 2+ .

Если в растворе есть ионы Sr 2+ , то их нужно удалить перед определением Ca 2+ . Для этого к оставшемуся уксуснокислому раствору добавить (NH₄)₂SO₄: ионы стронция в виде сульфата осаждаются, ионы кальция остаются в растворе в виде комплексной соли. Отфильтровать.

5. Открытие Са 2 +.

Фильтрат разделить на две части: к одной добавить оксалат аммония, ко второй – ацетон или спирт. Выпадение осадков укажет на присутствие катионов Са 2+ .

6. Сделать вывод о катионном составе исходной смеси и занести результаты в таблицу.

Источник

Читайте также:  Можно ли запивать регидрон водой