Реакції і хід аналізу третьої аналітичнної групи катіонів Груповий реагент

У водних розчинах катіони Ва²⁺, Sr²⁺ і Са²⁺ безбарвні. Ці катіони утворюють з груповим реагентом білі дрібнокристалічні осади сульфатів, нерозчинні в кислотах, а також у розчинах лугів:

Ca(N0₃)₂ + H₂S0₄ = CaS0₄ ,

Ca²⁺ + SO₄^2- = CaSO₄ ,

Sr(N0₃)₂ + H₂S0₄ = SrS0₄ + 2 HN0₃,

Sr²⁺ + SO₄^2- = SrSO₄ ,

Ba(NO)₃ + H₂S0₄ = BaS0₄ + 2 НNO₃,

Ba²⁺ + S0₄^2- = BaS0₄ .

Розчинність осадів зростає в ряду BaS0₄, SrS0₄, СаS0₄, розчинність CaS0₄ досить велика, для повного видалення його з розчину застосовують етиловий спирт як висолювач.

Дослід: візьміть три пробірки, додайте в кожну по 3-5 краплин розчинів солей ба­рію, стронцію, кальцію. Додайте по 3 краплини сірчаної кислоти, нагрійте на водяній ба­ні. Утворилися білі осади. Після охолодження до пробірки, де утворився сульфат каль­цію, додайте ацетон або етиловий спирт, перевірте чи збільшується кількість осаду.

Карбонати натрію Na₂CО₃, амонію (NH₄)₂СО₃ утворюють з йонами барію, стронцію і кальцію білі аморфні (на холоді) або кристалічні (при нагріванні) осади карбонатів.

Осадження проводять у нейтральному або слабколужному середовищі при нагріванні.

Осади карбонатів легко розчиняються в оцтовій і розведених мінеральних кислотах (крім сірчаної):

ВаСО₃ + СН₃СООН = Ва(СН₃СОО)₂ + С0₂ + H₂O.

Дослід: перевести в розчин осади сульфату барію, стронцію і кальцію можна шляхом багаторазового оброблювання (5-6 разів) насиченим розчином карбонату амонію (NH₄)₂CО₃ при нагріванні та подальшим розчиненням карбонатів ВаСО₃, SrСО₃, СаСО₃, що утворилися, в оцтовій кислоті СН₃СООН.

Сульфат кальцію, на відміну від сульфатів барію і стронцію, розчиняється в надлишку сульфату амонію (NH₄)₂S0₄ з утворенням розчинної безбарвної комплексної сполуки:

CaSО₄ + (NH₄)₂SО₄ = (NH₄)₂Ca(SO₄)₂.

Цю реакцію використовують у аналізі для відокремлення Са²⁺ від Ва²⁺ і Sr²⁺.

Реакції катіона Ва²⁺

1. Дихромат калію К₂Сr₂0₇ з йонами Ва²⁺ утворює жовтий осад хромату барію ВаСґО₄. Це зумовлюється тим, що в розчині К₂Cr₂O₇ крім йонівСr₂O₇^2- є йони СгО₄^2-, які утворюються при реакції гідролізу.

Хромат барію ВаСrO₄ гірше розчиняється, ніж ВаСr₂O₇. Саме тому і випадає в осад ВаСrO₄, а не ВаСr₂O₇. Отже, загальне рівняння реакції матиме такий вигляд:

К₂Сr₂O₇ + 2 ВаСІ₂ + Н₂O = 2 BaCrO₄ + 2 KC1 + 2 HC1,

Cr₂O₇^2- + H₂0 = 2 CrO₄^2- + 2 H⁺,

2 Сг0₄^2- + 2 Ba²⁺ = 2 ВаСrO₄ .

Умови проведення реакції:

• реакція проводиться в нейтральному або слабко лужному середовищі;

• в присутності йонів стронцію і калію реакцію проводять в оцтовокислому середовищі при рН=3-5;

• утворенню осаду допомагає нагрівання;

• катіони Рb²⁺ та інші, що утворюють з хромат-йоном осади заважають проведенню реакції.

З рівняння видно, що в процесі реакції утворюється сильна кислота (НС1 або НNО₃). Осад ВаСrO₄ розчиняється в сильних кислотах, тому ця реакція не доходить до кінця. Щоб добитися повноти осадження барію крім К₂Cr₂O₇ до розчину добавляють CH₃COONa. При цьому сильна кислота (НС1 або НNО₃) замінюється слабкою – оцтовою кислотою, в якій хромат барію не розчиняється:

CH₃COONa + НС1 = СН₃СООН + NaCl.

Отже, загальне рівняння реакції можна записати так:

К₂Cr₂O₇ + 2 ВаCl₂ + Н₂О + 2СНзСOONа =

2 ВаСrO₄ + 2 КС1 + 2 NaCl + 2 СН₃СООН.

Хромати стронцію і кальцію розчиняються в оцтовій кислоті і тому виявленню йонів барію за допомогою К₂Cr₂O₇, в присутності ацетату натрію не заважають.

Розглянута реакція є характерною для йонів Ва²⁺. Вона застосовується не тільки для виявлення барію, а й для відокремлення його від йонів Sr²⁺ і Са²⁺.

_.Дослід: до 3-5 краплин досліджуваного розчину додають таку саму кількість краплин розчину К₂Сr₂O₇ і старанно переміщують. Потім додають 2 н розчину CH₃COONa, поки оранжевий колір розчину (над осадом) зміниться на жовтий. У присутності барію випадає жовтий осад.

2. Хромат калію К₂CrO₄ з йонами Ва²⁺ також утворює жовтий осад ВаCrO₄. Аналогічний осад K₂CrO₄ утворює з йонами Sr²⁺, але на відміну від ВаСrО₄, жовтий осад хромату стронцію розчиняється в оцтовій кислоті. Тому при виявленні йонів Ва²⁺ за допомогою К₂СrО₄, щоб запобігти утворенню SrCrО₄, реакцію слід проводити в присутності оцтової кислоти.

3. Реакція забарвлення полум'я. Леткі солі барію, наприклад ВаСІ₂, Ва(NО₃)₂ та інші, забарвлюють безбарвне полум'я в жовто-зелений колір.

4. Родизонат натрію утворює з йонами барію червоний осад родизонату барію:

C₆O₆Na₂ + Ba(NO₃)₂ = C₆O₆Ba + 2 NaNO₃.

Осад не розчиняється в оцтовій і розведеній хлороводневій кислоті. Реакцію проводять у солянокислому розчині. У цих умовах йони стронцію і кальцію не заважають виявленню йонів барію.

Дослід: на смужку фільтрувального паперу нанести 2 краплини розчину родизонату натрію і ще дві краплини розведеної хлороводневої кислоти. У центр плями, що утворилася, помістити краплину розчину солі барію. Утворюється червоний осад родизонату барію.

Реакція катіона Sr²⁺

1. Гіпсова вода, тобто насичений водний розчин гіпсу CaSО₄•2Н₂О утворює з йоном Sr²⁺ осад (каламуть) SrSО₄.

Дослід: в пробірку налити 4 краплини сульфату стронцію додайте 5-6 краплин гіпсової води, нагрійте на водяній бані та спостерігайте утворення осаду .

Умови виконання реакції:

• реакція з гіпсовою водою може бути використана при відсутності катіонів барію, а також катіонів що дають важкорозчинні осади з аніоном SО₄^2-;

• нагрівання прискорить утворення осаду;

• оскільки осад утворюється не одразу, то слід дати постояти суміші

10-15 хвилин.

2. Оксалат амонію (NH₄)C₂О₄ осаджує йон Sr²⁺ у вигляді білого осаду:

Sr(NO₃)₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = SrC₂O₄ + 2 NH₄NO₃.

3. Реакція забарвлення полум'я. Леткі солі стронцію забарвлюють безбарвне полум’я у характерний карміново-червоний колір.

4. Родизонат натрію утворює з йонами стронцію червоно-бурий осад родизонату стронцію:

C₆O₆Na₂ + Sr(NO₃)₂ = C₆O₆Sr + 2 NaNO₃.

Осад розчиняється в розведеній хлороводневій кислоті. Реакцію проводять у нейтральному середовищі. Йони кальцію і лужних металів не заважають цій реакції. Йони барію заважають виявленню йонів стронцію.

Дослід: на смужку фільтрувального паперу нанести краплину розчину солі стронцію та змочити вологу пляму краплиною родизонату натрію. Пляма забарвлюється в бурувато-червоний колір. Якщо пляму змочити розведеною хлороводневою кислотою, вона знебарвлюється.

Реакції катіона Са²⁺

1. Оксалат амонію (NH₄)С₂O₄ утворює з йоном Са²⁺ білий осад оксалату кальцію, який розчиняється у мінеральних кислотах, але не розчиняється в оцтовій кислоті:

СаСІ₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = СаС₂O₄ + 2 NH₄C1;

Ca²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄ .

Дослід: в пробірку налийте 3 краплини розчину СаСІ₂ і додайте краплину розчину оцтової кислоти, а потім додайте 3 краплини (NH₄)₂C₂O₄ та 1-2 краплини аміаку. Випадає білий кристалічний осад.

Умови проведення досліду:

• осадження слід проводити спочатку при рН=5-6, а під кінець при рН=7-8;

• катіони Ва²⁺ і Sr²⁺ заважають проведенню реакції.

Дослід: візьміть три пробірки, в кожну додайте по 3 краплини розчинів хлориду барію, хлориду стронцію, хлориду кальцію і додайте в кожну по 3-4 краплини розчину оксалату амонію (NH₄)₂C₂O₄. Спостерігайте утворення осаду. Після цього додайте в кожну пробірку по 6 краплин розчину оцтової кислоти і подивіться, де відбувається часткове розчинення осаду. Потім повторіть дослід, але замість оцтової кислоти додайте 6 краплин соляної кислоти. Спостерігайте, що відбувається з осадами.

2. Мікрокристалоскопічна реакція. На краплину розчину солі кальцію подійте на предметному склі краплиною розбавленого розчину H₂SО₄ і злегка упарте до появи облямівки по краях краплини. Розгляньте утворені кристали гіпсу CaSО₄•2Н₂O під мікроскопом.

3. Реакція забарвлення полум'я. Леткі солі кальцію забарвлюють безбарвне полум’я в цегляно-червоний колір.