Общая характеристика

жүктеу/скачать 1.09 Mb.

Дата	04.10.2022
өлшемі	1.09 Mb.
	#461873

Третья аналитическая группа катионов

Контрольные вопросы
Тест для закрепления материала

^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
Реактив	Ca⁺	_Sr2+	_Ba2+
^H2^SO4	CaSO₄ белый осадок, растворим в (NH₄)₂ SO₄	SrSO₄ белый осадок, растворим в конц. H₂SO₄	BaSO₄ – белый осадок, растворим в конц. H₂SO₄
^K2^CrO4		SrCrO₄ желтый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃ COOH	BaCrO₄желтый осадок, растворим в HNO_3, HCl, не растворим в CH₃ COOH
^K2^Cr2^O7			BaCrO₄желтый

			осадок, растворим в HNO_3, HCl
^(NH4⁾2 ^С2^O4	CaС₂O₄ белый осадок, растворим в HNO_3, HCl	SrС₂O₄ белый осадок, растворим в HNO_3, HCl, CH₃COOH	BaС₂O₄ белый осадок, растворим в HNO_3, HCl, CH₃COOH
^(NH4⁾2 ^СO3	CaСO₃ белый осадок, растворим в HNO_3, HCl, CH₃COOH	CrСO₃ белый осадок, растворим в HNO_3, HCl, CH₃COOH	BaСO₃ белый осадок, растворим в HNO_3, HCl, CH₃COOH
^CaSO4^*2Н2^О		SrSO₄белый осадок	BaSO₄белый осадок
^K4^[Fe(CN)6^]	CaK₂[Fe(CN)₆] белый осадок, растворим в HNO_3, HCl		BaK₂[Fe(CN)₆] белый осадок, растворим в HNO_3, 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:
Cа²⁺ + SО₄^2- → CaSO₄↓
Ba²⁺ + SО₄^2- → BaSO₄↓

Sr²⁺ + SО₄^2- → 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⁺

^Хромат^калия^K2^CrO4 ^{с катионами бария}^{образует}желтые осадки хромата BaCrO₄ в нейтральных или уксуснокислых растворах:

BaCl₂ + K₂CrO₄ → BaCrO₄↓ + 2KCl Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄↓
Осадок BaCrO₄ растворяется в сильных кислотах: ВаCrO₄↓ + 2HCl → ВаCl₂ + Н₂CrO₄
При действии серной кислоты желтый осадок BaCrO₄ переходит в белый осадок BaSO₄.

^{Дихромат}^калия^K2^Cr2^O7 ^{образует с ионами бария Ba2+}^{также желтый}осадок BaCrO₄. Выпадение осадка BaCrO₄ объясняется тем, что раствор дихромата калия всегда содержит незначительное

количество хромат ионов CrO₄^2-, которые появляются в результате гидролиза дихромата калия:
Cr₂O₇^2- + H₂O ↔ 2HCrO₄^- ↔ 2H⁺ + 2CrO₄^2-
Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄↓
Суммируя эти уравнения, получаем общее уравнение: 2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + 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

^{Оксалат}^{аммония (NH}4⁾2^С2^O4 ^{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

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

Реакции обнаружения катиона кальция Ca²⁺ ^{1.Оксалат}^{аммония}^(NH4⁾2^С2^O4 ^{образует}^с^{растворами}солей кальция белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция (фармакопейная реакция):
СaCl₂ + (NH₄)₂С₂O₄ → СаС₂O₄↓ + 2NH₄Cl Сa²⁺ + C₂O₄^2- → 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^∙2Н2^O^{(гипсовая}^вода)^{образует}^сионами 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

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 ↓

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

Контрольные вопросы

Какие катионы относятся к третьей аналитической группе? Какой реагент является групповым на третью аналитическую группу катионов?
Уравнения всех частных реакций на катионы Ba²⁺ ,

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

Как можно растворить осадок сульфата бария?
Почему ион Ba²⁺ отделяют от иона Sr²⁺ и иона Ca²⁺ действием хромата калия K₂CrO₄ в уксуснокислой среде?
Напишите уравнения реакций ионов Sr²⁺ и Ca²⁺ с избытком сульфата аммония?
Какой ион следует определять первым: ион Са²⁺ или ион Ba²⁺? Ответ поясните.
Сульфаты каких катионов не растворимы в воде?
Почему осадок ВаСО₃ растворяется в СН₃СООН и не растворяется в Н₂SO₄?
Зачем при открытии ионов Са²⁺ необходимо добавлять этиловый спирт?
Какие катионы третьей группы окрашивают пламя газовой горелки? Укажите окраску пламени.

Тест для закрепления материала

Летучие соли бария окрашивают пламя:
1. желтый цвет
2. фиолетовый цвет
3. кирпично-красный цвет
4. желто-зеленый цвет
О какой группе катионов идет речь?

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

первая
вторая
третья
четвертая

При реакции хлорида кальция с серной кислотой образуются:
1. черные кубические кристаллы
2. тетраэдры и октаэдры
3. игольчатые кристаллы
4. черные кристаллы неправильной формы
Какие ионы мешают проведению реакции катиона кальция с оксалатом аммония:
1. ионы алюминия
2. ионы бария
3. ионы бора
4. ионы брома
В какой цвет окрашивается пламя в присутствии солей кальция:
1. в малиновый
2. в желтый
3. в кирпично-красный
4. в ярко оранжевый
Определение ионов кальция по реакции

^CaCl2 ^{+ K}4^[Fe(CN)6^{] + NH}4^Cl→CaKNH4^[Fe(CN)6^{]↓ + 3KCl проводят при}pH равном:

при pH =7
при pH=9
при pH=3
при pH=11

Определению ионов бария c оксалатом аммония мешают ионы:
1. 4
  NH⁺
2. K⁺
3. Na⁺
4. Сa²⁺
Сульфат кальция растворим:
1. BaSO₄
2. SrSO₄
3. MgSO₄

4) (NH₄)₂SO₄

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
^{Обнаружение ионов}^{𝐁𝐚𝟐+}^{по реакции 2BaCl}2 ^{+ K}2^Cr2^O7 ^+H2^O→^2BaCrO4^{↓ +}^2KCl⁺^{2HCl проводят при}^pH^{равном:}

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

жүктеу/скачать 1.09 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

Общая характеристика

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

Контрольные вопросы

Тест для закрепления материала

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