Реакции и анализ второй аналитической группы катионов

Содержание работы

Целью работы является изучение реакций обнаружения катионов второй аналитической группы. Получение практических навыков выполнения аналити-ческих реакций.

Во вторую (сульфатную) группу входят катионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺. Групповым реагентом является 2н серная кислота. При этом образуются белые осадки СаSO₄, SrSO4, BaSO4. Катионы образуют сульфаты различной растворимости. Произведения растворимости их следующие:

Пр_CaSO4=2,4*10^-5 Пр_SrSO4=3,2*10^-10 ПР_BaSO4=2,1*10^-10.

Наименее растворим сульфат бария, наиболее - сульфат кальция. В ходе анализа ион кальция осаждается серной кислотой не полностью и попадает в другие группы. Сульфаты не растворяются в кислотах. Трудно растворимы и карбонаты этих ионов. Произведения растворимости их такие: ПРсacоз=4,3*10^-9 ПР_SrСO3 = 1,6* 10^-9 ПР _BaCOз =8*10^-9. Однако они растворимы даже в уксусной кислоте.

Общая характеристика катионов второй аналитической группы.

Степень окисления

Все металлы, образующие катионы этой группы, являются S-элементами второй группы IIСМ (ns²) и образуют соединении со степенью окисления +2. В окислительно-восстановительных процессах не участвуют.

Свойства гидроксидов

Гидроксиды этих элементов Ca(ОН)₂, Sr(ОН)₂, Ba(OH)₂ являются сильными основаниями, в воде растворимость их увеличивается от Ca(OH)₂ к Ba(OH)₂ Получить их можно непосредственным растворением в воде оксидов или самих металлов

Гидролиз солей

Поскольку основные свойства здесь выражены сильно, соли металлов II группы, образованные сильными кислотами, не подвергаются гидролизу и имеют в растворе реакцию, близкую к нейтральной (pH=6). Следовательно, гидролизу могут подвергаться только растворы солей слабых кислот, которые имеют щелочную реакцию

Комплексообразование

Катионы Ca²⁺, Sr²⁺ Ba²⁺ как типичные S-элементы не образуют устойчивых комплексов.

Окраска соединений

Ионы Ca²⁺ ,Sr²⁺, Ba²⁺ имеют законченные 8-электронные оболочки. В водных растворах эти ионы бесцветны.

Ход работы

Общие реакции на катионы II группы

Задание 1. Проделать реакции катионов с веществами, представленными в табл. 3. Записать уравнения реакций.

Табл. 3

Реактив	Катионы
	Са2+	Sr2+	Ва2+
1.Н2S04	CaS04	S r S04 белый	В а S04 белый
2. Na2СОз	СаС03	S rС03 белый	В аС03 белый
3. K2CrO4, (рН=7)	-	S rCrO4 желтый	В аCrO4 желтый
4. K2CrO4+ СН3СООNa	-	-	В а CrO4 желтый

Задание 2. Реакции обнаружения катионов второй группы

Опыт 1. Обнаружение ионов

К 2-3 каплям растворимой соли бария прилить 3-4 капли раствора К₂Cr₂О₇. Реакцию проводят в присутствии ацетата натрия СН3СООNa. Эта реакция используется не только для открытия ионов бария, но и для отделения его от ионов кальция и стронция.

2 ВаС1₂+К₂Сг₂O₇ + Н₂0 ↔2ВаСCrO₄ + 2КС1 + 2НС1

желтый

2 Ва²⁺ + Сг₂O₇^2-+Н₂O ↔ 2ВаСгО₄ + 2H⁺

Бихромат калия образует с ионом Ва²⁺ жёлтый осадок BaCrO₄, а не ВаСr₂О₇ как можно было бы ожидать. Растворимость хромата бария меньше, чем бихромата бария (ПР ВаCrO₄=1,8*10^-14,ПР ВаСг₂О₇=1,2* 10^-9),поэтому концентрация ионов имеющихся в растворе достаточна, чтобы образовался именно ВаCrO₄

Сr₂О₇^2-+Н₂O ↔ 2Сг₂O₄^2-+2H⁺,

Полнее реакция осаждения хромата бария идёт в присутствии избытка ацетата натрия, понижающего концентрацию образующих катионов водорода с образованием слабой кислоты СН₃СООН:

СH₃CОО¯ - Н⁺ =СH₃СООН

Избыток СН₃СООNa создаёт ацетатную буферную т.е. смесь, поддержи-вающую значение рH=5 в течении всего времени проведения реакции.

Нейтрализовать ионы водорода щелочью нельзя, так как при больших значениях pH выпадает жёлтый осадок хромата стронция и реакция становится не специфичной.

Опыт 2. Обнаружение ионов

Микрокристаллоскопическая реакции. С помощью этой реакции можно открыть ионы кальция в присутствии небольших количеств других ионов 1 каплю раствора соли кальция нанести на предметное стекло и добавить 1 каплю H₂SО₄ 2H и слегка подсушить на воздухе так, чтобы подсох только край капли. Образующиеся кристаллы гипса CaSO₄*2Н₂0 имеют игольчатую форму (напоминающую снежинки) при рассмотрении под микроскопом (В Н. Алексеев, с.196, 1973). Открытию иона кальция может помешать большая концентрация ионов Ba^2+.

Опыт 3 . Обнаружение ионов

К двум каплям соли стронция прилить 2-3 капли раствора (NH₄)₂SO₄ В результате реакции выпадает белый осадок SrSO₄

S r(NO₃)₂+(NH₄)₂SO₄ SrSO₄ +2NH₄NO₃

Обнаружению ионов Sr²⁺ мешают ионы Са²⁺ и Ba²⁺.

Метод выщелачивания. В ходе анализа вторую группу катионов выделяют в виде соответствующих сульфатов, а так как они не растворяются в кислотах, их сначала переводят в карбонаты выщелачиванием. Метод выщелачивания заключается в следующем: к осадку сульфатов добавляют сухую соду Na₂СОз (1,5 микрошпателя) и 2 мл воды, раствор тщательно перемешивают, кипятят в течение 5-6 минут, затем центрифугируют. Центри-фугат выливают, а к осадку опять добавляют Na₂СО₃ и воду, греют и центри-фугируют. Процесс, протекает по схеме

M eSO₄ + СО₃^2- =MeCO₃ + SO₄^2¯

осадок збыток осадок

Повторить операцию 2-3 раза, осадок промывают от ионов SO4 водой и растворяют в уксусной кислоте:

CO₂

M eCO₃+2CH₃COOH Me(CH₃COO)₂+H₂CO₃

H₂O

Если осадок плохо отмыт от ионов SO₄^2¯, то при растворении в уксусной кислоте снова выпадет осадок ВаSO₄ (в первую очередь), т.к. чаще всего BaSO₄ полностью не превращается в карбонат, поэтому небольшая часть осадка его может остаться. Проверить, отмыт ли осадок от ионов SO₄^2¯, можно так: к 2-3 каплям промывной воды добавить 2н НС1 до pН<7 и ВаС1₂. Если после этого выпадает осадок, то промыть ещё раз. После полного отмывания осадка от ионов SO₄^2-растворить его в уксусной кислоте.

Контрольные вопросы:

1.Написать реакции действия группового реагента на катионы II группы. Какой ион может остаться в растворе.

2. Написать реакции действия карбоната натрия на катионы II группы.

3. Написать реакцию взаимодействия хлорида бария с бихроматом калия. Для чего реакцию проводят в присутствии ацетата натрия.

4. При действии бихромата калия на нейтральный раствор смеси катионов II группы не выпадает жёлтый осадок. Какого иона нет в смеси.

5. При добавлении гипсовой воды; к смеси катионов II группы осадок не выпадает. Каких ионов нет в смеси?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ I и II ГРУПП

Содержание работы

Целью работы является анализ раствора , содержащий смесь катионов первой и второй аналитических групп и проведение реакций обнаружения этих ионов. Совершенствование умений и навыков проведения аналитических реакци

Ход работы