Теоретическое введение

Ко второй группе катионов относят: Са^2+, Sr^2+, Ва^2+. Групповым реактивом является 2Н раствор серной кислоты. При действии группового реактива образуются осадки белого цвета, отличающиеся различной растворимостью.

Реакции с серной кислотой.

СаСI₂ + Н₂SО₄ = СаSО₄↓ + 2НСI (ПРСаSО₄ = 2,37*10^-5)

Осадок СаSО4 может не образоваться, т.к. сульфат кальция осаждается только из концентрированных растворов солей кальция.

Sr (NОз)₂ + Н₂SО₄ = SrSО₄ ↓+ 2НNОз (ПРSrSО₄ = 3,2*10^-7)

Выпадающий мелкокристаллический осадок нерастворим в кислотах. Аналогичный осадок образует ион Ва2+.

ВаСI₂ + Н₂SО₄ = ВаSО₄ ↓ + 2НСI (ПРВаSО₄ = 1,1*10^-10)

Частные реакции

1.Обнаружение иона Са²⁺

1.1 Ион Са²⁺обнаруживают реакцией с оксалатом аммония (NН₄)₂С₂О₄ В результате реакции образуется белый мелкокристаллический осадок. Аналогичные осадки получаются с ионами Sr2+ и Ва2+.

СаСI₂ + (NН₄)₂С₂О₄ = СаС₂О₄↓+2 NН₄СI (ПР СаС₂О4 = 2,3*10^-9)

1.2 Реакция с гексацианоферратом (II) калия К₄[Fе(СN)₆]. Образуется белый кристаллический осадок нерастворимый в уксусной кислоте в отличии от иона Sr^2+.

К₄[Fе(СN)₆] + СаСI₂ + 2NН₄СI = Са(NН₄)₂[Fе(СN)₆] ↓+4КСI

2. Обнаружение иона Sr²⁺

Ион Sr^2+, обнаруживают реакцией с гипсовой водой (водный раствор СаSО₄). В результате реакции образуется осадок SrSО₄ в виде мути.

Sr(NОз)₂ + СаSО₄ = SrSО₄↓+ Са(NОз)₂ (ПРSrSО₄ = 3,2*10^-7)

3. Обнаружение иона Ва²⁺

Ион Ва²⁺ обнаруживают реакцией с дихроматом калия К₂Сr₂О₇.

В результате реакции образуется осадок желтого цвета. К₂Сг₂О₇ дает осадки только с растворами солей бария. Это происходит потому, что в растворе дихромата калия вследствие гидролиза всегда есть небольшое количество хромат - ионов:

Сг₂О₇^2- + Н₂О = 2СгО₄^2- + 2Н⁺

Так как ВаСгО₄ растворяется труднее, чем ВаСг₂О₇, то в осадок выпадет ВаСгО₄:

2Ва²⁺ + Сг₂О₇^2- + Н₂О = 2ВаСгО₄↓ + 2Н⁺

Чтобы реакция стала необратимой и Ва2+ полностью выпал в осадок. добавляют раствор ацетата натрия. Минеральная кислота превращается в слабодиссоциирующую уксусную кислоту:

Н⁺ + СН₃СОО^-= СНзСООН

Таким образом, суммарное уравнение реакции имеет вид:

2Ва²⁺ + Сг₂О₇^2- + 2СН₃СОО^- + Н₂О = 2ВаСгО₄↓+ 2СН₃СООН

Раствор К₂Сг₂О₇ в присутствии СНзСООNа вляется индивидуальным реактивом на ион Ва²⁺.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Взаимодействие серной кислоты с катионами Са²⁺, Sг²⁺, Ва^2+.

Взять 3 пробирки. В первую пробирку налить 2капли раствора Sr(NОз)₂, во вторую - 2 капли раствора ВаСI₂, в третью - 2 капли раствора СаСI₂ . В каждую поместить по 3 капли серной кислоты. Что наблюдаете в пробирках? Образуется ли осадок в третьей пробирке? Сделать вывод о действии группового реактива на катионы второй группы.

Опыт 2. Взаимодействие гипсовой воды с катионами Ва²⁺ и Sг²⁺

В пробирку налить 2капли раствора ВаС1₂ и несколько капель гипсовой воды (насыщенный раствор СаSО₄), выпадет белый осадок. В другую пробирку добавить 2 капли раствора Sr(NОз)₂ и несколько капель гипсовой воды. Выпадет ли белый осадок? Смесь подогреть на водяной бане в течение трех минут. Наблюдается появление белой мути.

Гипсовая вода вызывает выпадение осадка ВаSО₄ т.к. произведение растворимости его очень мало.

SгSО₄ в этом случае появляется медленно при нагревании в виде муки, что объясняется более высоким произведением растворимости ВаSО₄ .

Гипсовая вода служит реактивом на Sг^2+.в отсутствии Ва²⁺ .

Опыт 3. Взаимодействие хромата калия с Ва²⁺ и Sг^2+.

В одну пробирку налить 2 капли раствора ВаС1₂ и 2 капли К₂СгО₄, а в другую такое же количество Sr(NОз)₂ и К₂СгО₄. Наблюдайте выпадение желтых осадков ВаСгО₄ и SгСгО₄. Напишите уравнения реакций.

Эти хроматы характеризуются различной растворимостью: ВаСгО₄ растворим в минеральных кислотах, но не растворим в уксусной кислоте; SгСгО₄ растворим в минеральных и уксусной кислотах, СаСгО₄ растворим даже в воде. Это различие в растворимости хроматов используется в анализе при обнаружении катиона бария в присутствии катионов стронция и кальция.

Опыт 4. Взаимодействие дихромата калия К₂Сг₂О₇ с катионами Ва²⁺

В пробирку налить 2капли раствора ВаС1₂ 2капли раствора К₂Сг₂О₇ и 2 капли CН₃СООNa. Наблюдайте образование желтого осадка. Составьте уравнения происходящих реакций. Сделайте вывод.

Опыт 5. Взаимодействие гексацианоферрата (II) калия К₄[Fе(СN)₆]

с катионом Са^2+.

В пробирку налить 3 капли раствора СаСI₂, 2 капли раствора К₄[Fе(СN)₆] и несколько капель NН₄СI. Смесь нагреть на водяной бане в течение 1-2 минут. К₄[Fе(СN)₆] присутствии хлорида аммония при нагревании образует белый кристаллический осадок с солями кальция. Составьте уравнение реакции.

Осадок растворим в минеральных кислотах, но не растворим в уксусной. Эта реакция недостаточно чувствительна и, кроме того. ионы бария при высокой концентрации образуют такой же осадок. Этой реакцией нельзя пользоваться для обнаружения Са^{2 +} в присутствии Sг²⁺ и Ва^2+. Сделайте вывод.

Опыт 6. Взаимодействие оксалата аммония (NН₄)₂С₂О₄

с катионами Ва^2+, Sг^2+, Са^2+.

Взять 3 пробирки. В первую пробирку налить 2капли раствора ВаС1₂, во вторую 2 капли раствора Sг(NОз)₂, а в третью 2 капли СаС1₂. В каждую добавить по 3 капли оксалата аммония (NН4)₂С₂О₄. Наблюдается выпадение белых осадков ВаС₂О₄, SгС₂О₄, СаС₂СО₄ . Написать уравнения реакций.

Осадки растворимы в минеральных кислотах. В уксусной кислоте практически нерастворим оксалат кальция, а оксалаты бария и стронция растворимы при нагревании.

Реакцию с оксалатом аммония используют для обнаружения Са²⁺ в отсутствии ионов Ва²⁺ и Sг^2+. Сделайте вывод о действии оксалата аммония.

Контрольные вопросы и задания

1. Составьте уравнения происходящих реакций в полном ионном и сокращенном ионном виде.

2. Как отличить в растворе ионы бария, кальция и стронция. Приведите уравнения химических реакций?

Лабораторная работа № 3

Реакции катионов III группы.

Цель работы:

изучить аналитические реакции катионов III группы с целью обнаружения их в исследуемых растворах.

Приборы и реактивы:

• водяные бани;

• микроскопы;

• набор реактивов в штативе;

• пробирки;

• предметные стекла;

• стеклянные палочки;

• фильтровальная бумага;

• универсальная индикаторная бумага;

• растворы солей:

1. сульфат алюминия;

2. нитрат хрома (III);

3. сульфат цинка;

4. гексацианоферрат (II) калия;

5. тетрароданомеркурат аммония - 0.5Н;

6. растворы соляной, азотной, уксусной кислот - 2Н;

7. раствор гидроксида натрия - 2Н;

8. концентрированный аммиак;

9. раствор ализарина;

10.раствор пероксида водорода - 3%.