Уравнение реакции катионов третьей аналитической группы (4 видео)

Аналитическая химия. Катионы 3 аналитической группы

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Общая характеристика катионов третьей группы

Катионы третьей группы – осаждаются серной кислотой и ее солями, которые являются групповыми реагентами. При взаимодействии с сульфатом катионы дают нерастворимые в воде сульфаты бария и стронция и плохо растворимый сульфат кальция. Они образуют также нерастворимые в воде фосфаты, сульфиты, карбонаты. Нитраты, бромиды, хлориды, гидрокарбонаты хорошо растворимы в воде.

Гидроксиды кальция, бария, стронция обладают слабощелочными свойствами и в воде растворимы плохо. Катионы бесцветны, окраска их солей зависит от аниона. Соединения кальция, бария и стронция широко применяют как реактивы, минеральные краски, строительные материалы.

Значение в медицине и фармации катионов 3-ей аналитической группы

В медицинской и фармацевтической практике применяют соли кальция и бария. Сульфат кальция или гипс применяют для наложения повязок, при изготовлении зубных порошков. Хлорид кальция, глюконат кальция, лактат кальция используют при аллергических заболеваниях, как кровоостанавливающее средство, при пониженной свертываемости крови. Карбонат кальция или мел способен снижать повышенную кислотность желудочного сока. Он входит в состав зубных порошков и паст. Соединения кальция играют важную роль в организме, входя в состав костей, тканей, крови. Они регулируют деятельность системы свертывания крови, нервные и имунные процессы, работу сердца.

Из солей бария в медицине применяется сульфат бария как рентгеноконтрасное средство при рентгеноскопии желудка и кишечника.

Действие группового реактива

Для открытия катионов 3-ей группы применяется групповой реактив – разбавленная серная кислота и ее соли. При взаимодействии катионов 3-ей группы с сульфат-ионом в в растворах образуются белые кристаллические осадки:

Наименьшую растворимость имеет сульфат бария. Сульфат стронция и кальция растворяются в воде лучше, особенно сульфат кальция, который выделяется в осадок из концентрированных солей кальция. Поэтому при проведении реакции осадок сульфата бария образуется практически мгновенно, сульфат стронция – после стояния, сульфат кальция – только из концентрированных растворов. Благодаря высокой растворимости в воде сульфат кальция образует насыщенный раствор, который может служить реактивом на катионы бария:

Насыщенный раствор сульфата стронция соответственно является реактивом на катионы бария:

Эти особенности сульфатов катионов 3-ей группы объясняются различием из произведений растворимости (ПР _Ba = 1,1*10 -10 ; ПР _Sr =2,8*10 -7 ; ПР _Са =6,1*10 -5 ). Наименьшую величину произведения растворимости имеет сульфат бария, наибольшую сульфат стронция. В осадок, прежде всего, выпадает соль, имеющая наименьшую величину произведения растворимости.

Осадки сульфатов катионов 3-ей группы нерастворимы в кислотах и щелочах, лишь сульфат кальция растворим в растворе сульфата аммония ( NH ₄ ) ₂ SO ₄ с образованием комплексной соли:

Эту реакцию иногда используют для отделения ионов кальция от остальных. В виду высокой растворимости сульфата кальция в воде его осаждение следует проводить из спирто-водных растворов (50º), растворимость CaSO ₄ в них значительно снижается.

При отделении катионов 3-ей группы от других катионов с помощью сульфат-ионов образующиеся осадки нерастворимы в кислотах или щелочах. С целью улучшения их растворимости сульфаты переводят в карбонаты. Для перевода сульфатов бария, стронция и кальция в карбонаты осадок обрабатывают при нагревании многократно раствором Na ₂ CO ₃ :

При этом образуются осадки карбонатов бария, стронция и кальция, растворимые в кислотах:

Полученный раствор затем используют для качественного открытия отдельных ионов 3-ей группы.

Реакции катионов бария Ba 2+

Реакция с солями хромовой кислоты:

Образуется желтый кристаллический осадок хромата бария, растворимый в азотной и соляной кислотах:

В серной кислоте желтый осадок осадок хромата бария переходит в белый осадок сульфата бария:

В уксусной кислоте и других слабых кислотах осадок хромата бария нерастворим.

При взаимодействии солей бария с солями дихромовой кислоты также образуется осадок хромата бария:

При проведении реакции выделяется соляная кислота, которая частично растворяет осадок хромата бария, поэтому при применении дихроматов осаждение хромата бария происходит не полностью.

Для полного осаждения хромата бария с помощью дихроматов используют добавку солей уксусной кислоты. Соли уксусной кислоты взаимодействует с соляной кислотой, в итоге образуется слабая уксусная кислота, в которой осадок хромата бария не растворяется:

CH ₃ COONa + HCl → CH ₃ COOH + NaCl

Ионы стронция и кальция осадка с дихроматами не образуют, так как образующиеся хроматы кальция и стронция растворяются полностью в выделяющейся соляной или уксусной кислоте.

Реакция с солями щавелевой кислоты:

Образуется белый кристаллический осадок оксалата бария, растворимый в соляной и азотной кислотах, при нагревании – в концентрированной уксусной кислоте.

Реакция с карбонатами:

Образуется белый аморфный осадок, при нагревании переходящий в кристаллический, растворимый в соляной, азотной и уксусной кислотах.

Реакция с моногидрофосфатом натрия:

Образуется белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, азотной и уксусной кислотах.

Реакция с гипсовой водой:

Образуется белый осадок сульфата бария.

Капельная реакция с родизонатом натрия:

CO – CO – CO – Na CO – CO – CO

BaCl ₂ + │ ║ → │ ║ Ba ↓+ 2NaCl

CO – CO – CO – Na CO – CO – CO

При нанесении на фильтровальную бумажку капли нейтрального раствора соли бария и раствора родизоната натрия появляется красно-бурое окрашивание вследствие выделения осадка родизоната бария. При добавлении капли соляной кислоты красно-бурое окрашивание переходит в красное, так как родизонат бария переходит в гидрородизонат бария красного цвета.

CO – CO – CO CO – CO – CO —

2 │ ║ Ba+2HCl → │ ║ Ba ↓+ BaCl ₂

CO – CO – CO CO – CO – COH 2

В присутствии K ₂ CrO ₄ родизонат бария не образуется . Реакция специфична для катионов бария.

Реакция окрашивания пламени. При внесении в пламя газовой горелки летучих солей бария(хлорид, нитрат) – пламя окрашивается в желто-зеленый цвет.

Реакции катионов стронция Sr 2+

Дает осадки, аналогичные по свойствам катиону бария с солями щавелевой, угольной и хромовой кислот, с гидрофосфатами, щелочами, гипсовой водой. Но не дает осадка с дихроматами.

Капельная реакция с родизонатом натрия:

CO – CO – CO – Na CO – CO – CO

SrCl ₂ + │ ║ → │ ║ Sr ↓+ 2NaCl

CO – CO – CO – Na CO – CO – CO

При проведении этой реакции на фильтровальной бумаге образуется красно-бурое окрашивание осадка родизоната стронция, исчезающее при добавлении капли соляной кислоты (растворение осадка). Реакция катиона стронция с родизонатом натрия происходит в присутствии K ₂ CrO ₄ вследствие слабой растворимости осадка SrCrO ₄ . Это свойство используют при открытии ионов стронция в присутствии ионов бария. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора K ₂ CrO ₄ и каплю исследуемого раствора. При этом бумага окрашивается в желтый цвет вследствие образования осадков SrCrO ₄ и Ва CrO ₄ . Затем на пятно наносят каплю раствора родизоната натрия. В присутствии ионов стронция пятно окрашивается в буро-красный цвет, в отсутствии стронция окраска остается желтой, так как Ва CrO ₄ реакцию с родизонатом натрия не дает.

Реакция с родизонатом натрия позволяет открыть катионы бария и стронция при совместном присутствии. Если при проведении этой реакции на бумаге образовалось красно-бурое пятно, исчезающее при добавлении HCl , в растворе присутствует стронций. Если красно-бурое пятно краснеет при добавлении HCl , то в растворе присутсвует барий и возможно стронций. Для подтверждения присутствия стронция проводят реакцию с родизонатом натрия в присутствии K ₂ CrO ₄ . Окрашивание желтого пятна в красно-бурый цвет указывает на присутствие стронция.

Реакция окрашивания пламени. При внесении летучих солей стронция (хлорид, нитрат) в пламя газовой горелки пламя окрашивается в карминово-красный цвет.

Реакции катионов кальция С a 2+

Катион кальция образует в растворах осадки с гидрофосфатами, карбонатами, щелочами, хроматами, аналогичные по свойствам осадкам, образуемым катионами бария и стронция. Реакции с гипсовой водой, дихроматами, хроматами ион кальция не дает. С родизонатом натрия ион кальция образует фиолетовый осадок в щелочной среде, растворимый в HCl .

Реакция с оксалатами:

Образуется кристаллический белый осадок оксалата кальция, который растворим в минеральных кислотах и нерастворим в уксусной кислоте( в отличие от оксалатов бария и стронция).

Реакция с гексациано(2) ферратом калия K ₄ [ Fe ( CN ) ₆ ]:

CaCl ₂ + K ₄ [ Fe ( CN ) ₆ ]+2 NH ₄ OH → Ca ( NH ₄ ) ₂ [ Fe ( CN ) ₆ ]↓+ 2 KCl +2 KOH

В слабощелочной среде рН=9 образуется белый кристаллический осадок гексациано (2) феррата кальция-аммония, растворимый в минеральных кислотах, но не растворимый в уксусной кислоте. Реакцию проводят в присутствии буферной смеси NH ₄ Cl + NH ₄ OH при нагревании. Проведению реакции мешает ион Ba 2+ .

Реакция окрашивания пламени. Пламя газовой горелки при внесении солей кальция окрашивается в кирпично-красный цвет.

Анализ смеси катионов третьей аналитической группы

Из растворов катионы 3-ей аналитической группы выделяют с помощью разбавленной серной кислоты. При осаждении катионов 3-ей анал. группы разбавленной серной кислоты добавляют 50% (от объема исследуемого раствора) этилового спирта для понижения растворимости сульфата кальция. Дают осадку постоять 5-10 мин, испытывают на полноту осаждения. Осадок фильтруют и промывают холодной водой.

Т.к. осадки сульфатов катионов3-ей группы практически нерастворимы в кислотах и щелочах, проводят реакцию их перевода в карбонаты. Для этого добавляют большой избыток карбоната натрия и кипятят. При этом сульфаты переходят в карбонаты. Осадок карбонатов промывают холодной водой до нейтральной реакции фильтрата и растворяют в уксусной кислоте. В фильтрате открывают катионы 3-ей группы. Катион бария открывают реакцией с дихроматом калия. При обнаружении катиона бария, его удаляют из раствора, добавляя избыток дихромата калия. Отделяют осадок и в фильтрате обнаруживают катионы стронция и кальция. Их осаждают, добавляя избыток насыщенного раствора карбоната натрия и нагревают. Осадок карбонатов стронция и кальция промывают горячей водой до удаления ионов хромата и растворяют в уксусной кислоте. К части раствора удаляют гипсовую воду и кипятят. При наличии в растворе катиона стронция образуется осадок сульфата стронция. Его при обнаружении удаляют, осаждая раствором сульфата аммония.

После отделения стронция в фильтрате открывают кальций с помощью раствора оксалата аммония или гексациано(2) феррата калия.

Видео:Качественные реакции на катионы III аналитической группы. Кузьмич Е.ССкачать

Третья аналитическая группа катионов

К третьей аналитической группе относят катионы бария, стронция и кальция (Ва 2+ , Sr 2+ , Са 2+ ). Их групповым реактивом является разбавленная серная кислота H₂SO₄, которая осаждает эти катионы в виде белых кристаллических малорастворимых в кислотах и щелочах сульфатов (BaSO₄, SrSO₄, CaSO₄).

Растворимость сульфатов в воде различна: ПР_CaSO₄ = 2.4∙10 -5 ; ПР_SrSO₄ = 3.2∙10 -7 ; ПР_BaSO₄ = 2.1∙10 -10 . Наименее растворим сульфат бария, поэтому групповым реактивом смеси катионов этой группы он осаждается первым, сульфат стронция — через некоторое время после смешивания реактивов, а сульфат кальция образуется только из насыщенных растворов. Растворимость сульфата кальция существенно снижается в присутствии этилового спирта. Для отделения ионов кальция от остальных катионов третьей группы используют растворимость сульфата кальция в сульфате аммония:

Труднорастворимы и карбонаты этих ионов. Их произведения растворимости: ПР_СаСО₃ = 4.8∙10 -9 ; ПР_Sr_СОз = 1 6∙10 -9 ; ПР_ВаСО₃ = 8∙10 -9 . В ходе анализа сульфаты необходимо перевести в карбонаты. В соответствии с их растворимостью сульфаты кальция и стронция довольно легко переходят в карбонаты, а сульфат бария очень трудно. Для перевода сульфатов бария, кальция и стронция в карбонаты их многократно обрабатывают горячим раствором Na₂CO₃ или сплавляют с гидрокарбонатом натрия при температуре 600-800 0 С:

Образовавшиеся карбонаты ионов третьей аналитической группы легко растворимы в минеральных кислотах:

В полученном растворе можно специфическими реакциями открывать отдельные катионы данной группы.2.3.1. Реакции катиона бария

1. Окрашивание пламени. При внесении в пламя горелки летучих солей бария пламя окрашивается в желто-зеленый цвет.

++=2. Реакция с хроматом K₂CrO₄ и дихроматом калия K₂Cr₂O₇.

Образуется желтый кристаллический осадок хромата бария, растворимый в азотной и соляной кислотах. Реакцию ведут в присутствии уксусной кислоты, которая растворяет хромат стронция SrCrO₄ и препятствует его осаждению вместе с хроматом бария.

Методика проведения реакции. К 1-2 каплям раствора, содержащего ионы бария, добавляют 3-4 капли раствора CH₃COONa и 1-2 капли раствора дихромата калия. Пробирку нагревают на водяной бане. Образуется желтый кристаллический осадок хромата бария.

3. Реакция с гипсовой водой CaSO₄. Образуется белый осадок сульфата бария по реакции:

Реакции катиона кальция

1. Окрашивание пламени. Пламя горелки при внесении солей кальция окрашивается в кирпично-красный цвет.

2. Реакция с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄.

Оксалат аммония образует с ионами кальция кристаллический осадок CaC₂O₄ ∙5H₂O. Осадок растворяется в сильных кислотах, но нерастворим в уксусной кислоте (в отличие от оксалатов стронция и бария).

Методика проведения реакции. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы кальция, добавляют 2-3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок. Растворимость осадка проверяют в уксусной, а затем в соляной кислотах.

+++3. Реакция с гексацианоферратом(II) калия K₄[Fe(CN)₆].

В слабощелочной среде (рН 9) образуется белый кристаллический осадок смешанной кальций-аммонийной соли, растворимой в минеральных кислотах, но нерастворимой в уксусной кислоте. Реакцию проводят в присутствии аммиачной буферной смеси. Ионы Sr 2+ этим реактивом не осаждаются. Ионы Ba 2+ должны быть предварительно удалены.

Методика проведения реакции. На предметном стекле перемешивают 2-3 капли раствора, содержащего ионы кальция, с 2-3 каплями раствора NH₄OH, нагревают до 60-70 0 С и добавляют 3 капли раствора гексацианоферрата(II) калия.

4. Микрокристаллоскопическая реакция с серной кислотой H₂SO₄. В разбавленных растворах ион кальция образует с серной кислотой характерные игольчатые кристаллы CaSO₄ . 2H₂O. Мешают проведению реакции ионы Pb 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , если они присутствуют в 10-кратном по отношению к ионам кальция избытке.

Методика проведения реакции. На предметное стекло помещают каплю раствора соли кальция, рядом помещают каплю H₂SO₄ (1:4). Стеклянной палочкой соединяют капли, дают постоять и рассматривают под микроскопом кристаллы, образовавшиеся по краям капли.

Реакции катиона стронция

1. Окрашивание пламени. Летучие соли стронция окрашивают пламя горелки в карминово-красный цвет.

2. Реакция с родизонатом натрия Na₂C₆O₆.

При проведении этой реакции на фильтровальной бумаге образуется красно-бурое окрашивание осадка родизоната стронция, исчезающее в присутствии соляной кислоты. Если в растворе присутствуют ионы бария, то реакцию проводят, предварительно добавляя хромат-ионы.

Методика проведения реакции. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора хромата калия, затем каплю исследуемого раствора, содержащего ионы стронция. Выдерживают бумагу в течение 2-3 минут и добавляют каплю раствора родизоната натрия. В присутствии ионов стронция бумага окрашивается в буро-красный цвет, при их отсутствии остается желтой.

Некоторые реакции катионов третьей аналитической группы приведены в табл. 7.

Сводная таблица реакций катионов третьей аналитической группы

Реактив	Ca 2+	Sr 2+	Ba 2+
H₂SO₄	CaSO₄ ↓ белый осадок, растворим в (NH₄)₂SO₄	SrSO₄ ↓ белый осадок, растворим в конц. H₂SO₄	BaSO₄ ↓ белый осадок, растворим в конц. H₂SO₄
K₂CrO₄	—	SrCrO₄ ↓ желтый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH	BaCrO₄ ↓ желтый осадок, растворим в HNO₃, HCl, нерастворим в CH₃COOH
K₂Cr₂O₇	—	—	BaCrO₄ ↓ желтый осадок, растворим в HNO₃, HCl
(NH₄)₂C₂O₄	CaC₂O₄ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃ ,нераств. в CH₃COOH (гор.)	SrC₂O₄ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH (гор.)	BaC₂O₄ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH (гор.)
Na₂HPO₄	CaHPO₄ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH	SrHPO₄ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH	BaHPO₄ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH
(NH₄)₂CO₃	CaCO₃ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH	SrCO₃ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH	BaCO₃ ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃, CH₃COOH
CaSO₄	—	SrSO₄ ↓ белый осадок	BaSO₄ ↓ белый осадок
K₄[Fe(CN)₆]	CaK₂[Fe(CN)₆] ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃	—	BaK₂[Fe(CN)₆] ↓ белый осадок, растворим в HCl, HNO₃
Родизонат натрия	CaC₆O₆ . Ca(OH)₂ ↓ фиолетовый осадок, растворим в HCl	SrC₆O₆ ↓ красно-бурый осадок, растворим в HCl	BaC₆O₆ ↓ красно-бурый осадок, краснеет в HCl
Окрашивание пламени	Кирпично-красный цвет	Карминово-красный цвет	Желто-зеленый цвет

2.4. Четвёртая аналитическая группа катионов

К четвёртой аналитической группе относятся катионы Al 3+ , Zn 2+ , Cr 3+ , Sn 2+ , Sn 4+ , образующие с избытком щёлочи растворимые гидроксокомплексные соли. Групповой реактив ─ гидроксид натрия NaOH, при действии которого сначала выпадают осадки гидроксидов:

Гидроксиды элементов четвертой аналитической группы обладают амфотерными свойствами, поэтому способны растворяться как в щелочах, так и в кислотах. Поэтому в избытке реактива NaOH осадки гидроксидов растворяются:

При растворении гидроксидов в кислотах образуются соли катионов четвертой группы:

Катионы четвертой группы (кроме Аl 3+ и Zn 2+ ) имеют переменные степени окисления и легко вступают в окислительно-восстановительные реакции, что и используется при анализе этих ионов.

Реакции катиона алюминия

1. Реакция с ализарином C₁₄H₆O₂(OH)₂. Ион Аl 3+ открывают реакцией с ализарином (1,2-диоксиантрахиноном), который в аммиачной среде образует с катионом Аl 3+ ярко окрашенный комплекс красного цвета ализаринат алюминия — «алюминиевый лак».

Открытию мешают катионы Cr 3+ , Zn 2+ , Sn 2+ .

Методика проведения реакции. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора, содержащего ионы алюминия, выдерживают ее над парами аммиака и добавляют каплю спиртового раствора ализарина. Бумагу подсушивают, и наблюдают появление красного пятна.

+++2. Реакция с алюминоном [C₂₂H₁₁O₉(NH₄)₃]. Алюминон — аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты образует с катионом алюминия комплексное соединение красного цвета.

Методика проведения реакции. К 2-3 каплям раствора, содержащего ионы алюминия, добавляют 1-2 капли алюминона и нагревают на водяной бане. Затем добавляют раствор аммиака до появления запаха и 2-3 капли раствора карбоната аммония. Образуются хлопья алюминиевого лака.

. 3. Реакция с нитратом кобальта Co(NO₃)₂.

Методика проведения реакции. Реакция проводится на фильтровальной бумаге, которая смачивается раствором соли алюминия, азотной кислотой, подсушивается и после смачивания разбавленным раствором нитрата кобальта сжигается. Полученный пепел окрашен в синий цвет вследствие образования алюмината кобальта — тенаровой сини Co(AlO₂)₂. Проведению реакции мешают катионы Zn 2+ , Cr 3+ , Cu 2+ , Ni 2+ .

4. Реакция с 8-оксихинолином C₉H₆N(ОН). 8-оксихинолин образует с алюминием при рН =4,5-10 внутрикомплексное соединение:

Оксихинолинат алюминия малорастворим в воде, хорошо экстрагируется органическими растворителями (CHCl₃, CCl₄, спирты, кетоны). Экстракты окрашены в желтый цвет и интенсивно флуоресцируют зеленым светом. Мешают определению ионы Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Zr(IV), Sn 2+ , оксихинолинаты которых также флуоресцируют.

Методика проведения реакции. На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора, содержащего ионы алюминия, каплю ацетатного буферного раствора (рН = 6,5-9,5) и каплю 0,03%-ного спиртового раствора оксихинолина. В присутствии ионов алюминия влажное пятно в ультрафиолетовом свете имеет зеленое свечение.

Реакции катиона хрома (III)

Растворы солей хрома (III) имеют характерную зелёную окраску.

. 1. Реакция с пероксидом водорода H₂O₂. При действии окислителей на катион Cr 3+ образуются соли хромовой и дихромовой кислот. В кислой среде пероксид водорода окисляет хром (III) до дихромат-иона (раствор оранжевого цвета). Пероксид водорода в щелочной среде окисляет хром (III) до хромат-иона (раствор желтого цвета).

Методика проведения реакции. К 3 каплям раствора, содержащего ионы хрома, добавляют 3 капли раствора NaOH, 3 капли раствора H₂O₂, смесь подогревают. После появления желтой окраски охлаждают, добавляют 5 капель раствора HNO₃ для перехода хромата в дихромат (до появления оранжевой окраски), 6 капель смеси эфира с изоамиловым спиртом и 3 капли раствора H₂O₂. Раствор интенсивно перемешивают. Верхний слой окрашивается в синий цвет вследствие перехода в спиртовоэфирный слой пероксида хрома:

2. Реакция с бензидином NH₂─C₆H₄─C₆H₄─ NH₂. Бензидин окисляется различными окислителями, в том числе и хромат-ионами, в соединение синего цвета. Прежде чем проводить капельную реакцию, нужно окислить ион Cr 3+ в CrO₄ 2- пероксидом водорода в щелочной среде.

Методика проведения реакции. К 2-3 каплям раствора соли хрома (III) прибавить раствор щелочи до растворения выпавшего осадка Cr(ОН)₃, 2-3 капли 3%-го раствора H₂O₂ и нагреть, пока окраска из зеленой не перейдет в желтую. На полоску фильтровальной бумаги нанести каплю полученного раствора хромата и каплю бензидина. Появляется синее пятно. Эту реакцию можно использовать для дробного обнаружения Cr 3+ в смеси других катионов.

3. Реакция с пероксодисульфатом аммония (NH₄)₂S₂O₈.При окислении хрома(III) пероксодисульфатом аммония в кислой среде образуются бихромат-ионы. Для ускорения реакцию проводят в присутствии катализатора — нитрата серебра.

Методика проведения реакции. К 3 каплям раствора, содержащего ионы Cr 3+ , добавляют 3 капли HNO₃, 2 капли AgNO₃ и 4 капли (NH₄)₂S₂O₈. Смесь подогревают и наблюдают появление оранжевой окраски.

. 4. Реакция с гидроксидом аммония NH₄OH. Растворы аммиака осаждают гидроксид хрома(III) серо-зеленого цвета, растворимый в избытке реагента с образованием комплексного соединения — гидроксида гексааминохрома(III) [Cr(NH₃)₆](OH)₃.

Методика проведения реакции. К 3 каплям раствора соли хрома добавляют 3 капли раствора гидроксида аммония. После выпадения осадка добавляют 6-8 капель гидроксида аммония.

Реакции катиона цинка

1. Реакция с тетрароданомеркуратом аммония (NH₄)₂[Hg(SCN)₄]. В присутствии соли кобальта выпадает голубой осадок, состоящий из смеси солей Co[Hg(SCN)₄] и Zn[Hg(SCN)₄]:

Методика проведения реакции. К 2-3 каплям (NH₄)₂[Hg(SCN)₄] прибавить одну каплю очень разбавленного (0,02%) раствора СоС1₂. Затем в ту же пробирку добавить 1-2 капли раствора соли цинка и потереть палочкой стенки пробирки. Быстро выпадает осадок, состоящий из смеси солей Co[Hg(SCN)₄] голубого цвета и Zn[Hg(SCN)₄] белого цвета.

Роль цинка заключается в том, что образуемый им белый осадок как затравка ускоряет выпадение синего осадка соли кобальта. Реакция проводится в слабокислом растворе.

+++2. Реакция с гексацианоферратом(II) калия (желтой кровяной солью) K₄[Fe(CN)₆]. При проведении реакции в нейтральной или кислой среде образуется осадок двойной соли белого цвета:

Методика проведения реакции.В пробирку помещают 3 капли раствора соли цинка, 3 капли раствора гексацианоферрата(II) калия, нагревают и наблюдают образование белого осадка.

3. Реакция с дифенилтиокарбазоном (дитизоном) (C₆H₅)₂CSN₄H₂. При добавлении раствора дитизона в хлороформе CHCl₃ к водному раствору, содержащему ионы цинка, образуется дитизонат цинка, окрашивающий в щелочной среде хлороформный и водный слой в красный цвет. Мешают определению ионы Ag + , Hg 2+ , Pb 2+ , Cu 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Bi 3+ .

Методика проведения реакции. К 3-4 каплям раствора, содержащего ионы цинка, прибавляют 3-4 капли 2 н. раствора NaOH. Каплю полученного щелочного раствора наносят капилляром на фильтровальную бумагу. Пятно обводят по периферии капилляром с раствором дитизона в CCl₄. Образуется характерное красное кольцо, которое сравнивают с контрольным опытом. Для этого рядом помещают на бумагу каплю 2 н. NaOH и также обводят ее капилляром с раствором дитизона в CCl₄. Образуется оранжевое пятно.

Видео:Катионы 3 аналитической группыСкачать

—>Аналитические группы катионов —>

III аналитическая группа: Ca 2+ ,Sr 2+ ,Ba 2+

При действии группового реагента (водного раствора серной кислоты ^SO.j) катионы третьей аналитической группы осаждаются в виде малорастворимых в воде сульфатов кальция CaSO₄,стронцияSrSO₄ и бария BaSO₄ (свинец осаждается в виде сульфата PbSO₄). Числовые значения произведений растворимости этих сульфатов при комнатной температуре равны: K_s°(CaSO₄) = 2,5 10 -5 ,K_s° (SrSO₄) = 3,2 10 -7 , K_s°(BaSO₄) = 1,110 -10 ,K_s°(PbSO₄) = 1,6 10 -8 . При действии группового реагента катионы кальция неполностью осаждаются из водного рас-творавформеосадкасульфата кальция — частьионов Ca 2 + остается в растворе. Для более полного осаждения катионов кальция в форме сульфата кальция при действии группового реагента к анализируемому раствору прибавляют этанол, в присутствии которого растворимость сульфата кальция уменьшается.

Сульфаты кальция, стронция и бария практически нерастворимы в разбавленных кислотах, щелочах. Сульфат бария заметно растворяется в концентрированной серной кислоте с образованием кислой соли Ba(HSO₄)₂ Сульфат кальция растворим в водном растворе сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ с образованием комплекса (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]; сульфаты стронция и бария — не растворяются.

Аналитические реакции катиона кальция Ca 2+

Реакция с сульфат-ионами. Катионы кальция образуют с сульфат-ионами SO₄ 2- белый осадок малорастворимого в воде сульфата кальция, который при медленной кристаллизации выделяется в форме игольчатых кристаллов гипса — дигидрата сульфата кальция-CaSO_4*2H₂O:

Для увеличения полноты осаждения к раствору прибавляют равный объем этанола — в водно-этанольной среде растворимость сульфата кальция уменьшается по сравнению с растворимостью в чистой воде.

Осадок сульфата кальция нерастворим в кислотах и щелочах, но растворяется в насыщенном водном растворе сульфата аммония с образованием комплекса (NH₄)₂[Ca(SO₄)₂]:

что позволяет отделить катионы Ca 2+ от катионов Sr 2+ иBa 2+ .

При нагревании с растворимыми карбонатами, например, с раствором соды Na₂CO₃, белый осадок сульфата кальция переходит в белый же осадок карбоната кальция:

Карбонат кальция растворим в кислотах, поэтому нагревание CaSO₄ с раствором соды с последующим растворением образующегося CaCO₃ используют для отделения катионов кальция (вместе с катионами стронция и бария) от других катионов и перевода их в раствор.

Реакцию катионов кальция с сульфат-ионами обычно проводят как микрокристаллоскопическую. Предельное разбавление равно 2,5-10 4 мл/г.

Методика. Каплю раствора хлорида кальция CaCl₂ наносят на предметное стекло, прибавляют каплю раствора серной кислоты и слегка упаривают смесь. Под микроскопом наблюдают образовавшиеся игольчатые кристаллы гипса CaSO₄•2H₂Oв виде красивых сросшихся пучков или звездочек.

Реакция с оксалатом аммония (фармакопейная). Катионы Ca 2+ образуют с оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄ белый кристаллический осадок оксалата кальция CaC₂O₄:

Реакцию проводят в слабокислой среде (рН = 6-6,5) в присутствии уксусной кислоты, в которой оксалат кальция не растворяется. В конце проведения реакции можно добавить аммиак.

Осадок CaC₂O₄ нерастворим в растворе аммиака, но растворяется в разбавленных минеральных кислотах с образованием щавелевой кислоты H₂C₂O₄, например:

Открываемый минимум — около 100 мкг, предельное разбавление — 6 10 4 мл/г (подругимданным

Мешают катионы Sr 2+ ,Ba 2+ ,Mg 2+ , дающие аналогичные осадки.

Методика. В пробирку вносят 3 капли раствора CaCl₂, прибавляют каплю раствора уксусной кислоты и 3 капли раствора оксалата аммония. Выпадает белый кристаллический осадок оксалата кальция.

Реакция с гексацианоферратом(П) калия. Катионы Ca 2+ образуют с гексацианоферратом(П) калия K₄[Fe(CN)₆] при нагревании раствора до кипения в присутствии катионов аммония белый кристаллический осадок смешанного гексацианоферрата(П) аммония и кальция Осадок нерастворим в уксусной кислоте.

Открываемый минимум равен 25 мкг, предельное разбавление — 2-10 3 мл/г.

Мешают катионы Ba 2+ и другие катионы, образующие осадки фер-роцианидов.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли насыщенного водного раствора CaCl₂, 2-3 капли раствора аммиака. Нагревают раствор до кипения и прибавляют 5-6 капель свежеприготовленного насыщенного раствора K₄[Fe(CN)₆]. Выпадает белый кристаллический осадок.

Реакция сродизонатом натрия. Катионы Ca 2+ образуют со свежеприготовленным раствором родизоната натрия Na₂C₆O₆ в щелочной среде осадок фиолетового комплекса, состав которого, по-видимому, можно описать формулой Ca₂C₆O₆(OH)₂:

Реакция довольно чувствительна: предел обнаружения — 1 мкг, предельное разбавление — 5-10 4 мл/г. Катионы Sr 2+ иBa 2+ не мешают, так как в щелочной среде не образуют осадки с родизонатом натрия.

Реакцию можно проводить капельным методом на фильтровальной бумаге.

Методика. В пробирку вносят 3-4 капли раствора CaCl₂,3-4 капли раствора NaOH и

2 капли свежеприготовленного 0,2 % раствора ро-дизоната натрия. Выпадает фиолетовый осадок.

При проведении реакции на фильтровальной бумаге поступают следующим образом. На лист фильтровальной бумаги наносят каплю щелочного раствора CaCl₂ и каплю свежеприготовленного 0,2 % раствора Na₂C₆O₆ Образуется пятно (или осадок) фиолетового цвета.

Окрашивание пламени газовой горелки (фармакопейный тест). Соли (или другие соединения) кальция окрашивают пламя газовой горелки в кирпично-красный цвет.

Методика. На кончике платиновой или нихромовой проволоки, смоченной раствором HCl, вносят в пламя газовой горелки несколько кристалликов соли кальция или каплю раствора CaCl₂ Пламя окрашивается в кирпично-красный цвет.

Другие реакции катионов кальция. Катионы Ca 2+ образуют также осадки при реакциях в растворах: с растворимыми карбонатами — белый осадок CaCO₃ (растворяется в кислотах), с гидрофосфатом натрия

Na₂HPO₄ — белый CaHPO₄ (растворяется в кислотах), с хроматами — желтый CaCrO₄, с фторидами — белый студенистый CaF₂ (малорастворимый в кислотах и разлагающийся при нагревании с концентрированной серной кислотой).

Аналитические реакции катиона стронция Sr 2+

Реакция с сульфат-ионами. Катионы Sr 2+ образуют с сульфат-ионами белый осадок сульфата стронция SrSO₄:

Осадок нерастворим в щелочах, в растворе сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ (в отличие от сульфата кальция, который растворяется в этом реагенте).

Осадок сульфата стронция образуется и при прибавлении «гипсовой воды» (насыщенный водный раствор сульфата кальция) к растворам, содержащим соли стронция, поскольку растворимость в воде сульфата стронция ниже растворимости сульфата кальция. Добавление «гипсовой воды» приводит к образованию осадка SrSO₄ лишь при нагревании; без нагревания осадок SrSO₄ выделяется только при длительном стоянии. Мешают катионы Ba 2+ .

При нагревании осадка SrSO₄ с раствором соды он, как и сульфат кальция, переходит в карбонат стронция SrCO₃, также нерастворимый в кислотах.

а) Реакция с «гипсовой водой». В пробирку вносят 4 капли раствора хлорида стронция SrCl₂, прибавляют 5-6 капель «гипсовой воды», нагревают на водяной бане и оставляют на

10-15 минут. Постепенно выделяется белый осадок сульфата стронция.

б) Реакция с серной кислотой. В пробирку вносят 1-2 капли раствора SrCl₂, прибавляют 2-3 капли раствора серной кислоты. Выпадает белый кристаллический осадок сульфата стронция.

Реакция с карбонат-ионами. Катионы Sr 2+ образуют при нагревании с карбонат-ионами CO₃ 2- белый кристаллический осадок карбоната стронция:

Осадок растворяется в кислотах.

Методика. В пробирку вносят 3-5 капель раствора SrCl₂,прибавля-ют столько же капель раствора карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ иосто-рожно нагревают пробирку с раствором. Выпадает белый осадок карбоната стронция.

Реакция с родизонатом натрия. Катионы Sr 2+ образуют с родизона-том натрия Na₂C₆O₆ в нейтральной среде бурый осадок родизоната стронция, по-видимому, состава SrC₆O₆:

Реакцию проводят капельным методом на фильтровальной бумаге. Предел обнаружения — 7 мкг.

Катионы бария также образуют бурый осадок с родизонатом натрия. Однако родизонат стронция, в отличие от родизоната бария, растворим в хлороводородной кислоте, тогда как родизонат бария при взаимодействии с HO превращается в ярко-красный гидрородизонат бария.

Методика. На лист фильтровальной бумаги наносят каплю раствора SrCl₂ и каплю свежеприготовленного 0,2 % раствора родизоната натрия. Наблюдается образование красно-бурого пятна.

На пятно наносят каплю раствора HO. Окраска пятна исчезает (в присутствии катионов бария окраска не исчезает, а переходит из бурой в ярко-красную).

Окрашивание пламени газовой горелки. Соли (и другие соединения) стронция при внесении в бесцветное пламя газовой горелки окрашивают пламя в карминово-красный цвет. Методика аналогична описанной выше для теста на другие катионы.

Другие реакции катионов стронция. Катионы Sr 2+ образуют также осадки при реакциях в растворах: c оксалатом аммония (NH₄)₂C₂O₄ — белый SrC₂O₄ (частично растворяется в уксусной кислоте), с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄ — белый SrHPO₄ (растворяется в кислотах), с хроматом калия K₂CrO₄ — желтый SrCrO₄ (растворяется в уксусной кислоте; реакция высокочувствительна: предел обнаружения — 0,8 мкг).

Применяют также довольно чувствительную (предельное разбавление — 10 4 мл/г) микрокристаллоскопическую реакцию образования сине-зеленых кубических кристаллов K₂Sr[Cu(NO₂)₆].

Аналитические реакции катионов бария Ba 2+

Катионы бария Ba 2+ образуют с сульфат-ионами белый кристаллический осадок сульфата бария BaSO₄:

Осадок нерастворим в щелочах и кислотах, за исключением концентрированной серной кислоты, в которой он заметно растворяется с образованием гидросульфата бария Ba(HSO₄)₂:

При нагревании с растворами карбонатов (например, соды Na₂CO₃) сульфат бария превращается в малорастворимый в воде карбонат бария BaCO₃, который растворяется в кислотах.

Предел обнаружения каионов бария данной реакцией составляет 10 мкг. Мешают катионы Ca 2+ ,Sr 2+ ,Pb 2+ .

Методика. В пробирку вносят 2-3 капли раствора BaCl₂,прибавля-ют по каплям раствор H₂SO₄ Выпадает белый мелкокристаллический осадок сульфата бария.

Реакция с дихромат-ионами. Катионы Ba 2+ образуют с дихромат-ионами Cr₂O₇ 2- в присутствии ацетат-ионов желтый осадок хромата бария BaCrO₄:

Образование хромата бария BaCrO₄, а не дихромата BaCr₂O₇,вэтой реакции объясняется тем, что хромат бария менее растворим в воде, чем дихромат бария.

В водных растворах дихроматов устанавливается равновесие

В присутствии катионов Ba 2+ образуется и выпадает в осадок малорастворимый хромат BaCrO₄,тогда как дихроматBa₂Cr₂O₇ в осадок не выпадает вследствие его более высокой растворимости. В результате равновесие смещается вправо, и в растворе накапливаются ионы водорода, что, однако, препятствует более глубокому смещению равновесия. Поэтому для нейтрализации ионов водорода в раствор вводят ацетат натрия CH₃COONa. Ацетат-ионы CH₃COO — , образующиеся при электролитической диссоциации ацетата натрия, связывают ионы водорода в малодиссоциированную слабую уксусную кислоту CH₃COOH, вследствие чего равновесие образования хромат-ионов из дихромат-ионов смещается вправо. При этом возрастает полнота осаждения хромата бария.

Осадок хромата бария растворяется в сильных кислотах, но не растворяется в уксусной кислоте.

Мешают Ag + ,Pb 2+ ,Cd 2+ ,Co 2+ ,Ni 2+ и другие катионы, дающие осадки хроматов. Катионы Ca 2+ ,Sr 2+ не мешают открытию катионов бария.

Методика. В пробирку вносят 5 капель раствора BaCl₂, прибавляют 5 капель раствора дихромата калия K₂Cr₂O₇ и 4-5 капель раствора ацетата натрия CH₃COONa. Выпадает желтый кристаллический осадок хромата бария.

Хромат бария образуется также при реакции катионов Ba 2+ с хромат-ионами:

Однако при реакции с дихромат-ионами в присутствии ацетат-ионов катионы бария осаждаются практически количественно.

Реакция с родизонатом натрия. Катионы Ba 2+ реагируют с родизона-том натрия Na₂C₆O₆ в нейтральной среде с образованием красно-бурого осадка родизоната бария:

При прибавлении раствора хлороводородной кислоты красно-бурый осадок родизоната бария превращается в ярко-красный гидроро-дизонат бария Ba (HC₆O₆)₂.

Предел обнаружения — 0,25 мкг. Мешают катионы Pb 2+ .

Реакцию проводят капельным методом на фильтровальной бумаге. Методика аналогична описанной для реакции катионов стронция с родизонатом натрия.

Окрашивание пламени газовой горелки. Соли и другие соединения бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет. Методика — такая же, как и в других вышеописанных случаях.

Другие реакции катионов бария. Катионы Ba 2+ образуют также осадки при реакциях: с растворимыми оксалатами — белый BaC₂O₄ (растворяется в HCl, HNO₃, при нагревании — также и в CH₃COOH); с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄ — белый BaHPO₄ (растворяется в кислотах); с растворимыми карбонатами — белый BaCO₃ (растворяется в кислотах); с сульфитами — белый BaSO₃ (растворяется в кислотах).

Катионы Ba 2+ образуют окрашенные комплексы с некоторыми органическими реагентами, например, с 8-оксихинолином (желто-зеленый), с сульфоназом III (сине-зеленый) и др.