Характерные реакции катионов СВИНЦА

1. Реакция с серной кислотой.

Разбавленная серная кислота и сульфаты осаждают Pb²⁺ в виде белого кристаллического осадка:

Pb²⁺ + SO₄^2- ⇆ PbSO₄↓.

Осадок PbSO₄ растворим при нагревании в щелочах:

↓PbSO₄ + 4OH^- ⇆ [Pb(OH)₄]^2- + SO₄^2-.

и в концентрированном растворе ацетата аммония:

2PbSO₄↓ + 2CH₃COO^- ⇆ Pb(CH₃COO)₂·PbSO₄ + SO₄^2-.

Разбавленная азотная кислота повышает частично растворимость PbSO₄ за счёт связывания SO₄^2- в HSO₄^-.

Выполнение реакции. К 5–6 каплям раствора Pb²⁺ добавить 8–10 капель раствора H₂SO₄. Исследовать действие на осадок сульфата свинца NaOH, CH₃COONH_4, нагревания.

Характерные реакции катионов РТУТИ

1. Реакция с раствором аммиака.

Это наиболее характерная реакция, позволяющая открыть Hg₂²⁺ в присутствии Pb²⁺ и Ag⁺. Описание дано в общих реакциях.

Характерные реакции катионов СЕРЕБРА

1. Для отделения катионов серебра от катионов свинца и ртути пользуются характерными свойствами хлорида серебра растворяться в избытке раствора аммиака с образованием комплексного иона [Ag(NH₃)₂]⁺:

↓AgCl + 2NH₃ ⇆ [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^-.

2. Восстановление катионов серебра до металлического.

Катионы серебра восстанавливаются в щелочной среде ионами Mn²⁺ до свободного серебра:

2[Ag(NH₃)₂]⁺ + Mn²⁺ + 3H₂O ⇆ 2Ag↓ + MnO(OH)₂↓ + 4NH₄⁺.

Реакцию можно провести капельным методом.

Выполнение реакции. Приготовить в пробирке несколько капель аммиаката серебра. На полоску фильтровальной бумаги нанести последовательно каплю раствора нитрата марганца и каплю приготовленного [Ag(NH₃)₂]⁺.

Ход анализа смеси катионов II группы

При систематическом ходе анализа разделение катионов II группы основано на различной растворимости в воде хлоридов катионов II группы при нагревании (отделение Pb²⁺) и различном отношении AgCl и Hg₂Cl₂ к действию раствора NH₃ (открытие Hg₂²⁺ и отделение Ag⁺).

Выполнение реакций.

1. Рассмотреть выданную аналитическую задачу, измерить рН раствора, сделать вывод.

2. Осадить катионы II группы в виде хлоридов, действуя на часть исследуемого раствора 1,5-кратным избытком раствора соляной кислоты. Рассмотреть образовавшийся осадок, указать его возможный состав, промыть на фильтре холодной водой.

3. Перевести хлорид свинца в раствор, промывая осадок на фильтре кипящей водой. К горячему фильтрату прилить несколько капель уксусной кислоты и раствор иодида калия. Охладить. Сделать вывод о присутствии катионов свинца.

4. Полностью отделить PbCl₂, промывая осадок горячей водой до отрицательной реакции раствора с KI.

5. Обработать осадок на фильтре раствором NH₃. Сделать вывод о наличии Hg₂Cl₂. Хлорид серебра при этом переходит в фильтрат в виде [Ag(NH₃)₂]⁺. Разрушить аммиакат серебра в фильтрате и открыть Ag⁺ в виде AgI или AgCl.

6. Описать решение экспериментальной задачи с уравнениями протекающих реакций разделения и обнаружения. Сделать вывод о катионном составе.

III ГРУППА КАТИОНОВ

К III аналитической группе относятся катионы щелочно-земельных металлов: Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺. Групповой реагент – раствор серной кислоты, осаждающий сульфаты, растворимость которых уменьшается с увеличением атомной массы элементов.

Фосфаты, оксалаты, силикаты, хроматы, карбонаты катионов Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ также малорастворимы.

Хлориды, нитраты, ацетаты хорошо растворимы в воде.

Общие реакции катионов Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺

1. Реакция с серной кислотой.

Серная кислота и растворимые в воде сульфаты образуют с ионами Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ белые кристаллические осадки по уравнению:

Me²⁺ + SO₄^2- ⇆ MeSO₄↓.

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:

↓CaSO₄ + (NH₄)₂SO₄ ⇆ (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]↓.

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

↓MeSO₄ + CO₃^2- ⇆ MeCO₃↓ + SO₄^2-.

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).

Выполнение реакции. К растворам солей Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ 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 Ba²⁺ и Sr²⁺ 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^-3М. Это количество вполне достаточно для осаждения ВаSO₄, например, из 1·10^-3М раствора соли, для SrSO₄ при этой же концентрации Sr²⁺

что меньше и недостаточно для полного осаждения катионов стронция.

Выполнение реакции. К нескольким каплям раствора солей Ba²⁺, Sr²⁺ и Ca²⁺ 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 Ba²⁺ и Sr²⁺ жёлтые кристаллические осадки хроматов состава MeCrO₄:

Me²⁺ + CrO₄^2- ⇆ MeCrO₄↓;

2Me²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O ⇆ 2MeCrO₄↓ + 2H²⁺.

, ,

Катионы кальция осаждаются только из концентрированных растворов, вследствие высокой растворимости СаCrO₄. При рН < 7 катионы стронция и кальция не осаждаются.

Образование хроматов при действии К₂Cr₂O₇ объясняется, во-первых, присутствием в растворе К₂Cr₂O₇ ионов CrO₄^2- согласно равновесию:

Cr₂O₇^2- + Н₂О ⇆ 2CrO₄^2- + 2Н⁺.

Во-вторых, меньшей растворимостью МеCrO₄ по сравнению с МеCr₂O₇.

Полное осаждение Ва²⁺ происходит при рН ~5, поэтому в реакционную смесь добавляют избыток СН₃СООNa, создавая ацетатную буферную смесь:

СН₃СОО^- + Н⁺ ⇆ СН₃СООН.

Этим пользуются для отделения Ba²⁺ от Sr²⁺ и Ca²⁺, не дающих осадков в данных условиях.

Выполнение реакции. К растворам Ba²⁺, Sr²⁺ и Ca²⁺ добавить избыток К₂CrO₄. Отметить наблюдаемые явления. Проверить действие HCl и CH₃COOH. Провести аналогичный опыт с К₂Cr₂O₇. Сопоставить результаты.

4. Окрашивание пламени.

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

Выполнение реакции. В 3 фарфоровые лодочки налить по 1 мл спирта, аккуратно поджечь и внести шпательками сухие соли (хлориды, нитраты) Ba²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺, наблюдать за окраской пламени.