Аналитические реакции катионов кальция Са (II)

а) Реакция с оксалатом аммония (фармакопейная).Катионы Са²⁺ образуют с оксалатом аммония (NH₄)₂С₂O₄ белый кристаллический осадок оксалата кальция СаС₂O₄·Н₂О, практически нерастворимого в воде и уксусной кислоте, но легко растворимого в минеральных кислотах:

Ca²⁺ + C₂O₄^2- + H₂O → CaC₂O₄ ∙ H₂O↓

CaC₂O₄ ∙ H₂O↓ + H⁺ → Ca²⁺ + HC₂O₄^- + H₂O

Выполнение реакции.В пробирку вносят 3 капли раствора CaCI₂, прибавляют каплю раствора уксусной кислоты и 3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок оксалата кальция.

б) Реакция с серной кислотой или растворимыми сульфатами.В пробирку вносят 5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют 2-3 капли раствора серной кислоты. Выпадает белый осадок сульфата кальция.

Ca²⁺ + SO₄^2- + 2H₂O → CaSO₄ ∙ 2H₂O↓

Выполнение реакции. Каплю раствора хлорида кальция CaCI2 наносят на предметное стекло, прибавляют каплю раствора серной кислоты и слегка упаривают смесь. Под микроскопом наблюдают образовавшиеся игольчатые кристаллы гипса в виде красивых сросшихся пучков или звездочек.

в) Реакция с гидроксидом натрия.В пробирку вносят 4-5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют 2-3 капли раствора щелочи. Выпадает белый осадок гидроксида кальция:

Ca²⁺ + 2OH^- → Ca(OH)₂↓

Осадок выпадает только из концентрированной щелочи, заметно растворяется в воде.

г) Реакция с карбонатом натрия.В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют 3 капли раствора Na₂CO₃. Выпадает аморфный осадок белого цвета:

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

Осадок растворяется в минеральной и уксусной кислоте.

д) Реакция с гексацианоферратом (II) калия.В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида кальция, 2-3 капли раствора NH₄Cl. Нагревают раствор до кипения и прибавляют 5-6 капель насыщенного раствора гексацианоферрата (II) калия. Выпадает белый кристаллический осадок при рН>7:

Ca²⁺ + K[Fe(CN)₆]^3- + NH₄⁺ → Ca(NH₄) K[Fe(CN)₆]↓

Осадок нерастворим в уксусной кислоте. Это позволяет отличить его от SrСO₃, который может образоваться в присутствии карбонат-ионов в щелочных растворах. Реакции мешают ионы бария и магния.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-4 капли насыщенного водного раствора CaCI₂, 2-3 капли раствора аммиака. Нагревают раствор до кипения и прибавляют 5-6 капель свежеприготовленного насыщенного раствора гексацианоферрата (II) калия. Выпадает белый кристаллический осадок.

е) Реакция с фторидами натрия и аммония.В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида кальция, прибавляют столько же раствора NaF или NH₄F. Выпадает белый осадок:

Ca²⁺ + 2F^- → CaF₂↓

ж) Реакция окрашивания пламени.Каплю раствора кальция внести на кончике платиновой проволоки в бесцветное пламя горелки и наблюдать изменение окраски пламени. Соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.

Выполнение реакции. На кончике платиновой или нихромовой проволоки, смоченной раствором HCI, вносят в пламя газовой горелки несколько кристалликов соли кальция или каплю раствора хлорида кальция. Пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Аналитические реакции катионов стронция Sr (II).

а) Реакция с серной кислотой или растворимыми сульфатами.В пробирку вносят 1-2 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 2-3 капли серной кислоты или сульфата натрия. Выпадает белый кристаллический осадок сульфата стронция:

Sr²⁺ + SO₄^2- → SrSO₄↓

Нагревание раствора на водяной бане ускоряет образование осадка сульфата стронция SrSO₄.

Выполнение реакции. 1) Реакция с «гипсовой водой». В пробирку вносят 4 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 5-6 капель «гипсовой воды», нагревают на водяной бане и оставляют на ~10-15 мин. Постепенно выделяется белый осадок сульфата стронция.

2) Реакция с серной кислотой. В пробирку вносят 1-2 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 2-3 капли раствора серной кислоты. Выпадает белый кристаллический осадок сульфата стронция.

б) Реакция с гидроксидом натрия NaOH.В пробирку вносят 2-3 капли раствора хлорида стронция, прибавляют 2-3 капли H₂SO₄. Выпадает белый осадок Sr(OH)₂.

в) Реакция с карбонатом натрия Na₂CO₃.В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида стронция, прибавляют столько же капель раствора карбоната натрия и осторожно нагревают пробирку с раствором. Выпадает белый осадок карбоната стронция, растворимый в уксусной и минеральных кислотах:

Sr²⁺ + CO₃^2- → SrCO₃↓

Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида стронция, прибавляют столько же капель раствора карбоната аммония (NH4)2CO3 и осторожно нагревают пробирку с раствором. Выпадает белый осадок карбоната стронция.

г) Реакция с фторидами натрия и аммония.В пробирку вносят раствор хлорида стронция, прибавляют раствор фторида натрия или фторида аммония. Выпадает белый осадок фторида стронция , который разлагается при нагревании с концентрированной серной кислотой.

д) Реакция с оксалатом аммония (фармакопейная).Катионы Sr²⁺ образуют с оксалатом аммония (NH₄)₂С₂O₄ белый кристаллический осадок оксалата стронция СаС₂O₄, практически нерастворимого в воде и уксусной кислоте, но легко растворимого в минеральных кислотах:

Sr²⁺ + C₂O₄^2- → SrC₂O₄↓

SrC₂O₄ + H⁺ → Sr²⁺ + HC₂O₄^-

Аналитические реакции катионов бария Ba (II).

а) Реакция с серной кислотой или растворимыми сульфатами.В пробирку вносят 2-3 капли BaCl₂, прибавляют по каплям раствор H₂SO₄ или Na₂SO₄. Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария, нерастворимый в разбавленных сильных кислотах. Растворимость его сильно повышается в концентрированной H₂SO₄ вследствие образования HSO₄^- .

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Выполнение реакции. В пробирку вносят 2-3 капли раствора BaCl₂ , прибавляют по каплям раствор H₂SO_4. Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария.

б) Реакция с гидроксидом натрия.В пробирку внести 3-5 капель раствора BaCl_2, прибавляют раствор NaOH. Выпадает белый осадок Ba(OH)₂ из концентрированных растворов _, растворимый в минеральных кислотах и уксусной кислоте:

Ba²⁺ + 2OH^- → Ba (OH)₂↓

Ba (OH)₂↓ + 2H⁺ → Ba²⁺ + H₂O

в) Реакция с карбонатом натрия Na₂CO₃.В пробирку внести 3-5 капель раствора BaCl₂, прибавляют раствор Na₂CO_3. Выпадает белый осадок BaCO_3. Осадок растворяется в минеральных кислотах и в уксусной кислоте:

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃↓

BaCO₃↓ + 2H⁺ → Ba²⁺ + H₂O + CO₂↑

г) Реакция с хроматом калия K₂CrO₄.Хромат калия образует желтый осадок хромата бария в нейтральном или уксуснокислом растворе ионов Ва²⁺.

Выполнение реакции. В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида бария, прибавляют раствор хромата калия. Выпадает желтый осадок BaCrO₄, который растворяется в минеральных кислотах и не растворяется в уксусной кислоте.

Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄↓

д) Реакция с гексацианоферратом (II) калия K₄[Fe(CN)₆].В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида бария, прибавляют 3-5 капель раствора K₄[Fe(CN)₆], выпадает белый осадок K₂Ba[Fe(CN)₆]. Осадок растворим в минеральных кислотах:

Ba²⁺ + K₂[Fe(CN)₆]^2- → BaK₂[Fe(CN)₆]↓

е) Реакция с фторидами натрия NaF или аммония NH₄F.В пробирку вносят 3-5 капель раствора хлорида бария, прибавляют раствор фторида натрия или фторида аммония. Выпадает белый осадок фторида бария, который разлагается при нагревании с концентрированной серной кислотой:

Ba²⁺ + 2F^- → BaF₂↓

ж) Реакция с двузамещенным фосфатом натрия Na₂HPO₄.В пробирку вносят 4-5 капель раствора двузамещенного фосфата натрия и 4-5 капель раствора хлорида бария. Выпадает белый хлопьевидный осадок ВаНРО₄:

Ba²⁺ + HPO₄^2- → BaHPO₄↓

Осадок растворим в разбавленных кислотах.

V. Литература.

1. Ю. Я. Харитонов. Аналитическая химия ч. 1. Высшая школа, М., 2001, гл. З, с.54-78.

2. В.П. Васильев. Аналитическая химия. Книга 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. Высшее образование. М., 2004 г. С. 49-67.

3. Ю. Я. Золотов. Основы аналитической химии. Практическое руководство. Высшая школа, М., 2001. с.25-35.

4. Лекции.

З А Н Я Т И Е № 3.

I. Тема: Аналитические реакции катионов четвертой и пятой групп.

II. Цель: 1. Научиться производить расчеты растворимости, произведения растворимости, молярной концентрации ионов малорастворимого сильного электролита.

2. Сформировать системный подход к рассмотрению гетерогенного равновесия в аналитических реакциях и определять изменение растворимости при добавлении электролита с одноименным ионом и индифферентного электролита, последовательность осаждения из растворов ионов.

3. Научиться определять в пробах катионы IV и V групп.

III. Исходный уровень:

1. Понятие о малорастворимых электролитах.

2. Понятие о гетерогенных системах.

3. Знания условий образования осадков.

IV. Содержание занятия.

1. Контроль выполнения домашнего задания.

2. Практическая часть.

Учебно-целевые вопросы.

2.1. Гетерогенные равновесия в аналитической химии.

2.2. Способы выражения растворимости малорастворимых электролитов.

2.3. Произведение растворимости малорастворимого сильного электролита.

2.4. Условия образования осадков малорастворимых сильных электролитов.

2.5. Дробное осаждение и дробное растворение осадков. Перевод одних малорастворимых электролитов в другие.

2.6. Влияние посторонних электролитов на растворимость малорастворимых сильных электролитов (влияние добавок электролита с одноименным ионом, влияние добавок постороннего индифферентного электролита).

2.7. Влияние различных факторов на полноту осаждения осадков и их растворение.

2.8. Аналитические реакции катионов IV и V групп по кислотно-основной классификации.

Задачи.

2.9. Рассчитайте произведение растворимости хлорида серебра АgСl, если молярная концентрация его насыщенного раствора равна S = 1,33·10^-5 моль/дм³.

2.10. Рассчитайте молярную концентрацию катионов свинца [Рb²⁺] и иодид-ионов [I^-] в насыщенном водном растворе иодида свинца PbI₂, если его произведение растворимости ПР (РbI₂) = 1,1·10^-9.

2.11. Как изменится молярная растворимость иодида серебра, если к его насыщенному раствору прибавить иодид калия до концентрации C (KJ) = 1,0·10^-4 моль/дм³? Произведение растворимости иодида серебра ПР (AgJ)= 8,3 .10^-17.

2.12. Как изменится растворимость оксалата кальция при добавлении в его насыщенный водный раствор хлорида калия КС1 до концентрации С(КС1) = 0,10 моль/дм³? Произведение растворимости оксалата кальция равно ПР (СаС₂О₄) = 2,3·10^-9.

2.13. В водном растворе присутствуют сульфат-ион SO₄^-2 и оксалат ион С₂О₄^2- в одинаковых концентрациях. К этому раствору медленно приливают водный раствор хлорида кальция СаСl₂. В какой последовательности будут осаждаться из раствора сульфат – ион и оксалат - ион? Произведения растворимости этих солей равны ПР(СаС ₂О₄) = 2,3 ·10 ^-9 и ПР (Са SO₄) = 2,5·10 ^-5.

2.14. В систему состоящую из осадка хромата бария ВаСrО₄ и его насыщенного водного раствора, вводят карбонат натрия Nа₂СО₃. При каком соотношении концентраций карбонат-ионов и хромат-ионов [СО₃^2-] и [СrО₄^2-] осадок превращается в осадок карбоната бария ВаСО₃ по реакции:

BaCrO₄ (т) + CO₃^2- → BaCO₃↓ + CrO₄^2-

Произведения растворимости равны: ПР (ВаСrО₄) = 1,2·10 ^-10;

ПР (ВаСО₃) = 4,0·10 ^-10.

Лабораторные работы.

Аналитические реакции катионов четвертой и пятой групп по кислотно-основной классификации: Zn (II) , Al (III) , Sn (II, IV), As (III, V),Cr (III),

Sb (III, V), Bi (III), Mn (II), Fe (II, III), Мg(II).

Обнаружение катионов четвертой группы.