Третья аналитическая группа катионов. Общаяхарактеристика

• Название: Общаяхарактеристика
• Дата: 04.10.2022
• Размер: 1.09 Mb.
• Имя файла: Третья аналитическая группа катионов.docx
• Тип: Документы; #712790

^Третья аналитическая группа катионов: Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺

Общаяхарактеристика

Катионы кальция, стронция и бария являются простыми катионами s- элементов главной подгруппы II группы периодической таблицы Д. И. Менделеева.

Катионы III аналитической группы бесцветны, окрашенные соединения образуют лишь с окрашенными анионами.

Нитраты, хлориды, бромиды и гидрокарбонаты катионов третьей группы хорошо растворимы в воде. Растворимые соли сильных кислот (хлориды, нитраты) не гидролизованы.

Их гидроксиды являются сильными основаниями. Катионы этой группы устойчивы к действию восстановителей, комплексообразующие свойства для них мало характерны. Для обнаружения этих ионов используют реакции обмена (осаждения), а в предварительном анализе –пробы окрашивания пламени.

Таблица 5

Продукты реакций катионов третьей аналитической группы

Реактив	Катионы
	Ca+	Sr2+	Ba2+
H2SO4	CaSO4 белый осадок, растворим в (NH4)2 SO4	SrSO4 белый осадок, растворим в конц. H2SO4	BaSO4 – белый осадок, растворим в конц. H2SO4
K2CrO4		SrCrO4 желтый осадок, растворим в HCl, HNO3, CH3 COOH	BaCrO4желтый осадок, растворим в HNO3, HCl, не растворим в CH3 COOH
K2Cr2O7			BaCrO4желтый

			осадок, растворим в HNO3, HCl
(NH4)2 С2O4	CaС2O4 белый осадок, растворим в HNO3, HCl	SrС2O4 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH	BaС2O4 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH
(NH4)2 СO3	CaСO3 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH	CrСO3 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH	BaСO3 белый осадок, растворим в HNO3, HCl, CH3COOH
CaSO4*2Н2О		SrSO4белый осадок	BaSO4белый осадок
K4[Fe(CN)6]	CaK2[Fe(CN)6] белый осадок, растворим в HNO3, HCl		BaK2[Fe(CN)6] белый осадок, растворим в HNO3, HCl
Окрашивание пламени	Кирпично- красное	Карминово- красное	Желто-зеленое

Действиегрупповогореагента

Для открытия катионов III аналитической группы применяется групповой реактив - разбавленная серная кислота. При взаимодействии катионов III

аналитической группы с сульфат - ионом в растворах образуются белые кристаллические осадки:

Cа²⁺ + SО₄^2- → CaSO₄↓

Ba²⁺ + SО₄^2- → BaSO₄↓
Sr²⁺ + SО₄^2- → SrSO₄↓

Наименьшую растворимость имеет сульфат бария. Благодаря высокой растворимости в воде сульфат кальция образует насыщенный раствор (гипсовая вода), который может служить реактивом на катионы стронция и бария.

CaSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + CaCl₂ CaSО₄ + SrCl₂ → SrSO₄↓ + CaCl₂

Насыщенный раствор сульфата стронция соответственно является реактивом на катионы бария.

SrSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + SrCl₂

Эти особенности сульфатов катионов третьей группы объясняются различием их констант растворимости:


s 4

s 4

s 4
K ⁰(BaSО ) = 1,1∙10^-10 K ⁰(SrSО ) = 2,8∙10^-7 K ⁰(СаSО ) = 6,1∙10^-5

Наименьшую величину константы растворимости имеет сульфат бария, наибольшую - сульфат кальция.

Осадки сульфатов катионов III группы нерастворимы в кислотах и щелочах, лишь сульфат кальция растворим в растворе сульфата аммония

(NH₄)₂SO₄ с образованием комплексной соли: CaSO₄ + (NH₄)₂SO₄ → (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]

Ввиду высокой растворимости сульфата кальция в воде его осаждают в присутствии этилового спирта, растворимость CaSO₄ значительно снижается.

С целью улучшения растворимости сульфаты переводят в карбонаты:
BaSO₄ + Na₂CO₃ → BaCO₃↓ + Na₂SO₄ CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + Na₂SO₄ SrSO₄ + Na₂CO₃ → SrCO₃↓ + Na₂SO₄

При этом образуются осадки карбонатов, растворимые в кислотах:

BaCO₃ + 2HCl BaCl₂ + H₂O + CO₂↑ CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑ SrCO₃ + 2HCl → SrCl₂ + H₂O + CO₂↑

Частные реакции катионов третьей аналитической группы Реакции обнаружения катиона бария Ba²⁺

1. 
   ^{Хромат калия K}2^CrO4 ^{с катионами бария образует} желтые осадки хромата BaCrO₄ в нейтральных или уксуснокислых растворах:
   

BaCl₂ + K₂CrO₄ → BaCrO₄↓ + 2KCl Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄↓

Осадок BaCrO₄ растворяется в сильных кислотах: ВаCrO₄↓ + 2HCl → ВаCl₂ + Н₂CrO₄

При действии серной кислоты желтый осадок BaCrO₄ переходит в белый осадок BaSO₄.

2. 
   ^{Дихромат калия K}2^Cr2^O7 ^{образует с ионами бария Ba2+ также желтый} осадок BaCrO₄. Выпадение осадка BaCrO₄ объясняется тем, что раствор дихромата калия всегда содержит незначительное
   

количество хромат ионов CrO₄^2-, которые появляются в результате гидролиза дихромата калия:

Cr₂O₇^2- + H₂O ↔ 2HCrO₄^- ↔ 2H⁺ + 2CrO₄^2-

Ba²⁺ + CrO₄^2- → BaCrO₄↓

Суммируя эти уравнения, получаем общее уравнение: 2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O ↔ 2BaCrO₄↓ + 2H⁺

В результате образуется сильная кислота и реакция не доходит до конца. Во избежание этого к раствору добавляют ацетат натрия, который реагирует с кислотой, и сильная кислота заменяется слабой:

CH₃COONa + H⁺ → CH₃COOH + Na⁺

мешающие ионы: катионы тяжелых металлов

3. 
   ^{Оксалат аммония (NH}4⁾2^С2^O4 ^{образует с солями бария белый осадок,} растворимый в азотной и хлороводородной кислотах. При кипячении осадок
   

4 2 4
растворяется также в уксусной кислоте: BaCl₂ + (NH₄)₂С₂O₄ → ВаС₂O₄↓ + 2NH₄Cl Ba²⁺ + C₂O ^2- → ВаС O ↓

ВаC₂O₄↓ + 2H⁺ → Ва²⁺ + Н₂C₂O₄

4. 
   Окрашивание пламени: летучие соли бария окрашивают бесцветное пламя горелки в желто-зеленый цвет.
   

Реакции обнаружения катиона кальция Ca^{2+ 1.Оксалат аммония (NH}4⁾2^С2^O4 ^{образует с растворами} солей кальция белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция (фармакопейная реакция):

СaCl₂ + (NH₄)₂С₂O₄ → СаС₂O₄↓ + 2NH₄Cl Сa²⁺ + C₂O₄^2- → СаС₂O₄↓

Осадок растворяется в минеральных кислотах, но не растворим в уксусной кислоте даже при кипячении:

СаC₂O₄↓ + 2HNO₃ → Са(NO₃)₂ + Н₂C₂O₄

мешающие ионы: Ba²⁺, Sr²⁺, сильные окислители ^{2.Гексацианоферрат (II) калия K}4^[Fe(CN)6^] (желтая кровяная соль) с солями кальция в присутствии солей аммония и гидроксида аммония образует белый кристаллический осадок гексацианоферрата (II) кальция - аммония:

CaCl₂ + 2NH₄Cl + K₄[Fe(CN)₆] → Ca(NH₄)₂[Fe(CN)₆]↓ + 4KCl Ca²⁺ + 2NH₄⁺ + [Fe(CN)₆]^4- → Ca(NH₄)₂[Fe(CN)₆]↓

Осадок не растворяется в уксусной кислоте.

мешающие ионы: Ba²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺

3.Окрашивание пламени (фармакопейная): Соли кальция окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет.
Реакция обнаружения катиона стронция Sr^{2+ 1.Насыщенный раствор гипса СаSО}4^∙2Н2^{O (гипсовая вода) образует с} ионами стронция белый осадок сульфата стронция:

SrCl₂ + CaSO₄ → SrSO₄↓ + CaCl₂

Реакция служит для обнаружения Sr²⁺ только в отсутствие Ba²⁺, который с гипсовой водой вызывает помутнение, появляющиеся сразу, так как растворимость BaSO₄ меньше растворимости SrSO₄:


s 4

s 4
K ⁰(BaSО ) = 1,1∙10^-10 K ⁰(SrSО ) = 2,8∙10^-7

мешающие ионы: Ba²⁺, катионы p- и d-элементов

2. 
   С карбонат – ионом катионы стронция при нагревании образуют белый кристаллический осадок, растворимый в кислотах:
   

3 3
SrCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → SrCO₃↓ +2NH₄Cl Sr ²⁺ + CO ^2- → SrCO ↓

2. 
   Окрашивание пламени. Бесцветное пламя горелки в присутствии солей стронция окрашивается в карминово-красный цвет.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Какие катионы относятся к третьей аналитической группе? Какой реагент является групповым на третью аналитическую группу катионов?
   
2. 
   Уравнения всех частных реакций на катионы Ba²⁺ ,
   

Sr²⁺ , Ca²⁺ в молекулярной и ионной форме. Условия проведения реакций.

3. 
   Как можно растворить осадок сульфата бария?
   
4. 
   Почему ион Ba²⁺ отделяют от иона Sr²⁺ и иона Ca²⁺ действием хромата калия K₂CrO₄ в уксуснокислой среде?
   
5. 
   Напишите уравнения реакций ионов Sr²⁺ и Ca²⁺ с избытком сульфата аммония?
   
6. 
   Какой ион следует определять первым: ион Са²⁺ или ион Ba²⁺? Ответ поясните.
   
7. 
   Сульфаты каких катионов не растворимы в воде?
   
8. 
   Почему осадок ВаСО₃ растворяется в СН₃СООН и не растворяется в Н₂SO₄?
   
9. 
   Зачем при открытии ионов Са²⁺ необходимо добавлять этиловый спирт?
   
10. 
    Какие катионы третьей группы окрашивают пламя газовой горелки? Укажите окраску пламени.
    

Тест для закрепления материала

1. 
   Летучие соли бария окрашивают пламя:
   
   1. 
      желтый цвет
      
   2. 
      фиолетовый цвет
      
   3. 
      кирпично-красный цвет
      
   4. 
      желто-зеленый цвет
      
2. 
   О какой группе катионов идет речь?
   

Групповой реактив - серная кислота, катионы бесцветны, их гидроксиды - сильные электролиты:

1. 
   первая
   
2. 
   вторая
   
3. 
   третья
   
4. 
   четвертая
   
1. 
   При реакции хлорида кальция с серной кислотой образуются:
   
   1. 
      черные кубические кристаллы
      
   2. 
      тетраэдры и октаэдры
      
   3. 
      игольчатые кристаллы
      
   4. 
      черные кристаллы неправильной формы
      
2. 
   Какие ионы мешают проведению реакции катиона кальция с оксалатом аммония:
   
   1. 
      ионы алюминия
      
   2. 
      ионы бария
      
   3. 
      ионы бора
      
   4. 
      ионы брома
      
3. 
   В какой цвет окрашивается пламя в присутствии солей кальция:
   
   1. 
      в малиновый
      
   2. 
      в желтый
      
   3. 
      в кирпично-красный
      
   4. 
      в ярко оранжевый
      
4. 
   Определение ионов кальция по реакции
   

^CaCl2 ^{+ K}4^[Fe(CN)6^{] + NH}4^Cl→CaKNH4^[Fe(CN)6^{]↓ + 3KCl проводят при} pH равном:

1. 
   при pH =7
   
2. 
   при pH=9
   
3. 
   при pH=3
   
4. 
   при pH=11
   
1. 
   Определению ионов бария c оксалатом аммония мешают ионы:
   
   1. 
      
      4
      NH⁺
      
   2. 
      K⁺
      
   3. 
      Na⁺
      
   4. 
      Сa²⁺
      
2. 
   Сульфат кальция растворим:
   
   1. 
      BaSO₄
      
   2. 
      SrSO₄
      
   3. 
      MgSO₄
      

4) (NH₄)₂SO₄

9. 
   Осаждение катионов бария в виде его сульфата проводят:
   
   1. 
      при охлаждении
      
   2. 
      насыщенным раствором сульфата кальция
      
   3. 
      насыщенным раствором сульфата бария
      
   4. 
      в присутствии ацетатного буферного раствора
      
10. 
    ^{Обнаружение ионов 𝐁𝐚𝟐+ по реакции 2BaCl}2 ^{+ K}2^Cr2^O7 ^+H2^{O→ 2BaCrO}4^{↓ + 2KCl + 2HCl проводят при pH равном:}
    

1) 1-3

2) 3-5

3) 9-11

4) 12-14