Мешающие ионы: катионы тяжелых металлов

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 1 Продукты реакций катионов третьей аналитической группы
Реактив		Катионы
	Ca +	Sr 2+	Ba 2+
H 2 SO 4	CaSO4       белый осадок, растворим  в (NH4)2 SO4	SrSO4       белый осадок, растворим  в конц. H2SO4	BaSO4   – белый осадок,  растворим в конц. H2SO4
K 2 CrO 4		SrCrO4 желтый осадок, растворим  в HCl, HNO3, CH3 COOH	BaCrO4желтый осадок, растворим в HNO3, HCl, не растворим в CH3 COOH
K 2 Cr 2 O 7			BaCrO4желтый

 

			осадок,  растворим в HNO3, HCl
(NH 4 ) 2 С 2 O 4	CaС2O4   белый осадок, растворим              в HNO3, HCl	SrС2O4   белый осадок, растворим  в HNO3, HCl, CH3COOH	BaС2O4         белый осадок,  растворим в HNO3, HCl, CH3COOH
(NH 4 ) 2 СO 3	CaСO3     белый осадок, растворим              в HNO3, HCl, CH3COOH	CrСO3    белый осадок, растворим  в HNO3, HCl, CH3COOH	BaСO3           белый осадок,  растворим в HNO3, HCl, CH3COOH
CaSO 4 *2Н 2 О		SrSO4белый осадок	BaSO4белый осадок
K 4 [Fe(CN) 6 ]	CaK2[Fe(CN)6] белый осадок, растворим в HNO3, HCl		BaK2[Fe(CN)6] белый осадок, растворим в HNO3, 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:

4

Cа2+ + SО 2-

4

Ba2+ + SО 2-

→ CaSO4↓

→ BaSO4↓

Sr2+ + SО42- → 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

K 0(BaSО ) = 1,1∙10

-10

s            4

K 0(SrSО ) = 2,8∙10-7

0                                         -5

Ks (СаSО4) = 6,1∙10

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 Ba 2+

1. Хромат калия  K 2CrO 4 с катионами бария образует желтые осадки хромата BaCrO4 в нейтральных или уксуснокислых растворах:

BaCl2 + K2CrO4 → BaCrO4↓ + 2KCl

2-

Ba2+ + CrO4

→ BaCrO4↓

Осадок BaCrO4  растворяется в сильных кислотах: ВаCrO4↓ + 2HCl → ВаCl2 + Н2CrO4

При действии серной кислоты желтый осадок BaCrO4 переходит в белый осадок BaSO4.

2. Дихромат калия  K 2Cr 2O 7 образует с ионами бария Ba2+ также желтый осадок BaCrO4. Выпадение осадка BaCrO4 объясняется тем, что раствор дихромата калия всегда содержит незначительное

4

количество хромат ионов CrO 2-

, которые появляются в

результате гидролиза дихромата калия:

7

Cr2O 2-

+ H2O ↔ 2HCrO4-

2-

↔ 2H+

+ 2CrO42-

Ba2+ + CrO4

→ BaCrO4↓

Суммируя эти уравнения, получаем общее уравнение: 2Ba2+ + Cr2O72- + 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

3 .Оксалат аммония  ( NH 4 ) 2 С 2 O 4      образует с солями бария белый осадок, растворимый  в азотной и хлороводородной кислотах.  При кипячении осадок

растворяется также в уксусной кислоте:

BaCl2 + (NH4)2С2O4 → ВаС2O4↓ + 2NH4Cl

2-

Ba2+ + C2O4

→ ВаС2O4↓

ВаC2O4↓ + 2H+  → Ва2+ + Н2C2O4

 

 

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

 

Реакции обнаружения катиона кальция Ca 2+ 1.Оксалат аммония ( NH 4 ) 2 С 2 O 4  образует с растворами солей        кальция белый мелкокристаллический  осадок оксалата кальция (фармакопейная реакция):

СaCl2 + (NH4)2С2O4 → СаС2O4↓ + 2NH4Cl

2-

Сa2+ + C2O4

→ СаС2O4↓

Осадок растворяется в минеральных кислотах, но не растворим в уксусной кислоте даже при кипячении:

СаC2O4↓ + 2HNO3 → Са(NO3)2 + Н2C2O4

мешающие ионы: Ba 2+ , Sr 2+ , сильные окислители 2.Гексацианоферрат ( II ) калия  K 4 [ 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: Ba 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ , Fe 3+

3.Окрашивание  пламени  (фармакопейная):  Соли  кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.

 

Реакция обнаружения катиона стронция Sr 2+ 1.Насыщенный   раствор  гипса  Са S О 4 ∙2Н 2 O (гипсовая   вода)  образует  с ионами 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

K 0(BaSО ) = 1,1∙10

-10

s            4

K 0(SrSО ) = 2,8∙10-7

мешающие ионы: Ba 2+ , катионы p - и d -элементов

2.С карбонат – ионом катионы стронция при нагревании образуют белый кристаллический осадок, растворимый в кислотах:

SrCl2 + (NH4)2CO3 → SrCO3↓ +2NH4Cl

2-

Sr 2+ + CO3

→ SrCO3↓

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

 

Контрольные вопросы

1. Какие катионы относятся к третьей аналитической группе? Какой реагент является групповым на третью аналитическую группу катионов?

2. Уравнения всех частных реакций на катионы Ba2+  ,

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

3. Как можно растворить осадок сульфата бария?

4. Почему ион Ba2+  отделяют от иона Sr2+  и иона Ca2+  действием хромата калия K2CrO4 в уксуснокислой среде?

5. Напишите уравнения реакций ионов Sr2+  и Ca2+  с избытком сульфата аммония?

6. Какой ион следует определять первым: ион Са2+ или ион Ba2+? Ответ поясните.

7. Сульфаты каких катионов не растворимы в воде?

8. Почему осадок ВаСО3  растворяется  в СН3СООН и не растворяется в Н2SO4?

9. Зачем при открытии ионов Са2+ необходимо добавлять этиловый спирт?

10. Какие  катионы  третьей  группы  окрашивают  пламя газовой  горелки? Укажите окраску пламени.

 

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 1226; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!