Задание: Изучите теоретический материал и составить опорный конспект
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 в воде.
Гидроксиды кальция, бария, стронция обладают слабощелочными свойствами и в воде растворимы плохо. Катионы бесцветны, фосфаты, сульфиты, карбонаты. Нитраты, бромиды, хлориды, гидрокарбонаты хорошо растворимы 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++SO42-→CaSO4↓
Ba2++ SO42-→BaSO4↓
Sr2++ SO42-→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 (ПРBa= 1,1*10-10; ПРSr=2,8*10-7; ПРСа=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.
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 с гипсовой водой:
BaCl2+CaSO4→ BaSO4↓+CaCl2
Образуется белый осадок сульфата бария.
6. Капельная реакция с родизонатом натрия:
CO – CO – CO – Na CO – CO – CO
BaCl2+ │ ║ → │ ║ Ba ↓+ 2NaCl
CO – CO – CO – Na CO – CO – CO
При нанесении на фильтровальную бумажку капли нейтрального раствора соли бария и раствора родизоната натрия появляется красно-бурое окрашивание вследствие выделения осадка родизоната бария. При добавлении капли соляной кислоты красно-бурое окрашивание переходит в красное, так как родизонат бария переходит в гидрородизонат бария красного цвета.
CO – CO – CO CO – CO – CO -
2 │ ║ Ba+2HCl → │ ║ Ba ↓+ BaCl2
CO – CO – CO CO – CO – COH 2
В присутствии K2CrO4 родизонат бария не образуется. Реакция специфична для катионов бария.
7. Реакция окрашивания пламени. При внесении в пламя газовой горелки летучих солей бария(хлорид, нитрат) – пламя окрашивается в желто-зеленый цвет.
Реакции катионов стронция Sr2+
1. Дает осадки, аналогичные по свойствам катиону бария с солями щавелевой, угольной и хромовой кислот, с гидрофосфатами, щелочами, гипсовой водой. Но не дает осадка с дихроматами.
2. Капельная реакция с родизонатом натрия:
CO – CO – CO – Na CO – CO – CO
SrCl2+ │ ║ → │ ║ Sr ↓+ 2NaCl
CO – CO – CO – Na CO – CO – CO
При проведении этой реакции на фильтровальной бумаге образуется красно-бурое окрашивание осадка родизоната стронция, исчезающее при добавлении капли соляной кислоты (растворение осадка). Реакция катиона стронция с родизонатом натрия происходит в присутствии K2CrO4 вследствие слабой растворимости осадка SrCrO4. Это свойство используют при открытии ионов стронция в присутствии ионов бария. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора K2CrO4 и каплю исследуемого раствора. При этом бумага окрашивается в желтый цвет вследствие образования осадков SrCrO4 и ВаCrO4. Затем на пятно наносят каплю раствора родизоната натрия. В присутствии ионов стронция пятно окрашивается в буро-красный цвет, в отсутствии стронция окраска остается желтой, так как ВаCrO4 реакцию с родизонатом натрия не дает.
Реакция с родизонатом натрия позволяет открыть катионы бария и стронция при совместном присутствии. Если при проведении этой реакции на бумаге образовалось красно-бурое пятно, исчезающее при добавлении HCl, в растворе присутствует стронций. Если красно-бурое пятно краснеет при добавлении HCl, то в растворе присутсвует барий и возможно стронций. Для подтверждения присутствия стронция проводят реакцию с родизонатом натрия в присутствии K2CrO4. Окрашивание желтого пятна в красно-бурый цвет указывает на присутствие стронция.
3. Реакция окрашивания пламени. При внесении летучих солей стронция (хлорид, нитрат) в пламя газовой горелки пламя окрашивается в карминово-красный цвет.
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.
Ответы присылаем на адрес электронной почты:
20Nizamova20@bk.ru