Действие группового реактива на катионы II группы

Серная кислота и растворимые сульфаты с катионами Ва²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ образуют осадки сульфатов белого цвета:

Ba²⁺ + SO₄^2– → BaSO₄↓,

Sr²⁺ + SO₄^2– → SrSO₄↓,

Ca²⁺ + SO₄^2– → CaSO₄↓.

Ввиду сравнительно большой растворимости CaSO₄ ион Са²⁺ разбавленным раствором H₂SO₄ полностью осадить нельзя. Его осаждают при действии концентрированного или спиртового раствора H₂SO₄.

Сульфаты катионов второй группы нерастворимы в кислотах и щелочах. Поэтому для получения в растворе свободных ионов Ва²⁺, Sr²⁺, Ca²⁺ сульфаты переводят в карбонаты, а последние растворяют в уксусной кислоте. Например:

BaSO_­4 + CO₃^2– → ВаСО₃↓ + SO₄^2–,

ВаСО₃ + 2СН₃СООН →Ва²⁺+ 2СН₃СОО^– + CO₂ + Н₂О.

Однако CaSO₄, в отличие от SrSO₄, растворим в насыщенном растворе (NH₄)₂SO₄ вследствие образования растворимого комплекса CaSO₄:

Са²⁺ + SO₄^2– →CaSO₄↓.

Эту реакцию используют для разделения катионов Са²⁺ и Sr²⁺.

Выполнение реакций:

а. В три пробирки поместить по 2–3 капли растворов ВаС1₂, SrCl₂, СаС1₂, прибавить в каждую пробирку 1–2 капли 1 Мраствора H₂SO₄, перемешать. Убедиться, что осадок CaSO₄ не выпал. Прибавить в пробирку с раствором СаС1₂ 2 капли этанола, перемешать, наблюдать осаждение CaSO₄. Получить осадок CaSO₄, прибавив к 2–3 каплям раствора СаС1₂ 1–2 капли концентрированного раствора H₂SO₄. Осадки BaSO₄ и SrSO₄ разделить на две части, осадок CaSO₄ – на три части. Исследовать растворимость сульфатов в кислотах, щелочах и растворимость CaSO₄ в насыщенном растворе (NH₄)₂SO₄ при нагревании.

б. В пробирки поместить по 3 капли растворов ВаС1₂, SrCl₂, СаС1₂, прибавить 5 капель этанола и 9–10 капель 1 Мраствора H₂SO₄, перемешать. Осадок отцентрифугировать и промыть дистиллированной водой. К промытому осадку сульфатов прибавить 2 мл 5 М раствора Na₂СО₃, взмутить осадок и перенести смесь в фарфоровую чашечку. Кипятить 4–5 мин, после охлаждения добавить 1–2 мл дистиллированной воды, перемешать, дать отстояться и слить прозрачный слой жидкости, содержащий ион SO₄^2–. Осадок вновь обработать раствором Na₂СО₃, повторив все операции и заменив сливание раствора сульфата центрифугированием. Осадок промыть дистиллированной водой 2–3 раза до полного удаления ионов SO₄^2– и растворить, добавляя по каплям и при перемешивании 2 Мраствор СНзСООН.

Условие проведения реакции. Осаждение сульфатов 1 Мраствором H₂SO₄ проводят в присутствии этанола.

Частные аналитические реакции ионов Ba²⁺

1.3.1. Хромат калия К₂СrO₄ и дихромат калия К₂Сr₂О₇ дают с ионами Ва²⁺ желтый кристаллический осадок ВаСrО₄:

Ва²⁺ + СrО₄^2– →ВаСrО₄↓,

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O → 2BaCrO₄↓ + 2КС1 + 2НС1,

2Ва^{2 +} + Сr₂О₇^2–+ Н₂О → 2BaCrO₄ ↓ + 2Н⁺.

Осадок ВаСrО₄ не растворяется в СН₃СООН, но растворяется в сильных кислотах HNO₃, HC1. Осаждение ионов Ва²⁺ раствором К₂Сr₂О₇ не идет до конца вследствие частичного растворения ВаСrО₄ в сильной кислоте, которая образуется в результате реакции (см. уравнение). При добавлении CH₃COONa сильная кислота замещается на слабую СНзСООН, в которой ВаСrО₄ не растворяется.

Н⁺ + СН₃СОО^– →СН₃СООН.

При этом образуется буферная смесь (СН₃СООН + CH₃COONa) с рН = 4 – 5, обеспечивающая полноту осаждения ВаСrО₄. В отличие от ВаСrО₄ (K_S⁰ = 1,2 ∙10^–10) осадок SrCrO₄ (K_S⁰ = 3,6∙10^–5) растворяется в СН₃СООН, поэтому не может быть осажден при данном значении рН. Осадок СаСrО₄ (K_S⁰ = 7,1·10^–4), являясь наиболее растворимым, также не осаждается при данных условиях. Следовательно, эта реакция может быть использована как для обнаружения иона Ва²⁺ в присутствии ионов Са²⁺ и Sr²⁺, так и для отделения иона Ва²⁺ от этих ионов.

Выполнение реакций. К 2–3 каплям ВаС1₂ прибавить 1–2 капли раствора К₂СгO₄. Полученный осадок разделить на две части и исследовать его растворимость в НС1 или HNO₃ и в СН₃СООН, прибавив к осадку по 3–4 капли 2 Мраствора кислоты. В другую пробирку поместить 2–3 капли раствора ВаС1₂, прибавить 4–5 капель раствора К₂Сr₂О₇ и 2–3 капли раствора CH₃COONa.

Условия проведения реакции – слабокислая среда, при наличии ацетатного буферного раствора. Реакции мешает присутствие катионов Рb²⁺.

1.3.2. Родизонат натрия Na₂С₆О₆ с ионами бария образует красно-бурый осадок родизоната бария ВаС₆О₆, который при действии НС1 становится розово-красным вследствие превращения в гидрородизонат бария:

Выполнение реакции. На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора ВаС1₂ и каплю реактива. На красно-бурое пятно образовавшегося осадка подействовать каплей 0,5 Мраствора НС1. Наблюдать изменение окраски осадка.

1.3.3. Реакция окрашивания пламени. Летучие cоли бария окрашивают бесцветное пламя в зеленый цвет.

Частные аналитические реакции ионов Sr²⁺

1.3.4. Гипсовая вода (насыщенный раствор гипса CaSO₄∙2H₂O) с катионами Sr²⁺ образует осадок (муть) SrSO₄:

Sr²⁺ + CaSO₄ → SrSO₄↓ + Ca²⁺.

Появление мути SrSO₄ объясняется малой концентрацией ионов SO₄^2– в гипсовой воде за счет незначительной растворимости CaSO₄.

Выполнение реакции. К 2–3 каплям SrCl₂ прибавить 3–4 капли гипсовой воды, нагреть при перемешивании до появления белой мути.

Условия проведения реакции – в отсутствие ионов Ва²⁺. Ионы Ва²⁺ с гипсовой водой дают осадок BaSO₄, который образуется лучше, чем SrSO₄ (K_S⁰(BaSO₄) < K_S⁰(SrSO₄))

1.3.5. Родизонат натрия Na₂C₆O₆ с ионами Sr²⁺ в нейтральной среде дает красно-бурый осадок SrC₆O₆, растворимый в НС1:

Выполнение реакции. На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора SrCl₂ и каплю реактива. На красно-бурое пятно осадка подействовать каплей раствора НС1. Наблюдать обесцвечивание.

1.3.6. Реакция окрашивания пламени. Летучие соли стронция окрашивают бесцветное пламя в карминно-красный цвет.

Частные аналитические реакции ионов Са²⁺

1.3.7. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ и другие растворимые соли щавелевой кислоты образуют с катионом Са²⁺ белый кристаллический осадок СаС₂О₄:

Са²⁺ + С₂О₄^2– → СаС₂О₄↓.

Осадок растворим в сильных кислотах НС1 и HNO₃:

СаС₂О₄ + 2Н⁺ → Са²⁺ + Н₂С₂О₄,

но не растворяется в СНзСООН.

Выполнение реакций. К 2– 3 каплям раствора СаС1₂ прибавить 1–2 капли раствора (NH₄)₂C₂O₄. Осадок разделить на две части и исследовать его растворимость в НС1 иСН₃СООН.

Условия проведения реакции – в нейтральной или слабокислой среде в отсутствие катионов Ва²⁺ и Sr²⁺.

1.3.8. Открытие Ca²⁺ с помощью индикатора хрома темно-синего.

В присутствии аммонийной буферной смеси (рН = 9,2) раствор, содержащий ионы кальция, при добавлении хрома темно-синего окрашивается в малиновый или вишневый цвет. Реакции мешают металлы, дающие комплексные соединения с кислотным хромом темно-синим.

1.3.9. Реакция окрашивания пламени. Соли кальция окрашивают бесцветное пламя в кирпично-красный цвет.

1.3.10. Важное значение в анализе имеют также реакции катионов II аналитической группы с карбонатом аммония, оксалатом аммония, гидрофосфатом натрия.

Контрольные вопросы

1. Какова сравнительная растворимость сульфатов катионов II группы?

2. Как понизить растворимость сульфата кальция CaSO₄?

3. Как переводят в раствор сульфаты II группы?

4. В чем растворяют карбонаты катионов II группы?

5. С помощью какого реактива открывают Ва²⁺ в присутствии Sr²⁺ и Са²⁺?

6. Каковы условия практически полного осаждения ВаСrО₄ при действии дихромата калия?

7. Почему необходимо удалить катион Ва²⁺ перед обнаружением Sr²⁺ и Са²⁺?

8. Почему при действии «гипсовой воды» на катион Sr²⁺ образуется не осадок, а лишь «муть» SrSO₄?

9. Для чего при осаждении сульфатов добавляют этанол?