Хлорид кальция и оксалат аммония ионное уравнение

Соли аммония: получение и химические свойства

Соли аммония

Соли аммония – это соли, состоящие из катиона аммония и аниона кислотного остатка .

Способы получения солей аммония

1. Соли аммония можно получить взаимодействием аммиака с кислотами . Реакции подробно описаны выше.

2. Соли аммония также получают в обменных реакциях между солями аммония и другими солями.

Например , хлорид аммония реагирует с нитратом серебра:

3. Средние соли аммония можно получить из кислых солей аммония . При добавлении аммиака кислая соль переходит в среднюю.

Например , гидрокарбонат аммония реагирует с аммиаком с образованием карбоната аммония:

Химические свойства солей аммония

1. Все соли аммония – сильные электролиты , почти полностью диссоциируют на ионы в водных растворах:

NH₄Cl ⇄ NH₄ + + Cl –

2. Соли аммония проявляют свойства обычных растворимых солей –вступают в реакции обмена с щелочами, кислотами и растворимыми солями , если в продуктах образуется газ, осадок или образуется слабый электролит.

Например , карбонат аммония реагирует с соляной кислотой. При этом выделяется углекислый газ:

Соли аммония реагируют с щелочами с образованием аммиака.

Например , хлорид аммония реагирует с гидроксидом калия:

NH₄Cl + KOH → KCl + NH₃ + H₂O

Взаимодействие с щелочами — качественная реакция на ионы аммония. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по характерному резкому запаху и посинению лакмусовой бумажки.

3. Соли аммония подвергаются гидролизу по катиону , т.к. гидроксид аммония — слабое основание:

4. При нагревании соли аммония разлагаются . При этом если соль не содержит анион-окислителя, то разложение проходит без изменения степени окисления атома азота. Так разлагаются хлорид, карбонат, сульфат, сульфид и фосфат аммония:

Если соль содержит анион-окислитель, то разложение сопровождается изменением степени окисления атома азота иона аммония. Так протекает разложение нитрата, нитрита и дихромата аммония:

При температуре 250 – 300°C:

При температуре выше 300°C:

Разложение бихромата аммония («вулканчик»). Оранжевые кристаллы дихромата аммония под действием горящей лучинки бурно реагируют. Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция (внутримолекулярная ОВР):

Окислитель – хром (VI) превращается в хром (III), образуется зеленый оксид хрома. Восстановитель – азот, входящий в состав иона аммония, превращается в газообразный азот. Итак, дихромат аммония превращается в зеленый оксид хрома, газообразный азот и воду. Реакция начинается от горящей лучинки, но не прекращается, если лучинку убрать, а становится еще интенсивней, так как в процессе реакции выделяется теплота, и, начавшись от лучинки, процесс лавинообразно развивается. Оксид хрома (III) – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив. Температура плавления – почти 2300 градусов. Оксид хрома – очень устойчивое вещество, не растворяется даже в кислотах. Благодаря устойчивости и интенсивной окраске окись хрома используется при изготовлении масляных красок.

Видеоопыт разложения дихромата аммония можно посмотреть здесь.

Частные реакции катионов третьей аналитической группы

Реакции катиона бария Ba 2+

1. Реакция окрашивания пламени. Летучие соли бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. Соль бария (лучше BaCl₂ ) смачивают хлороводородной кислотой и вносят в основание пламени на тонкой платиновой проволоке или на грифеле, а затем переводят в зону пламени с наивысшей температурой.

2. Разбавленная серная кислота H₂SO₄ и растворимые сульфаты выделяют даже из очень разбавленных растворов осадок сульфата бария:

BaCl₂ + H₂SO₄ BaSO₄↓ + 2HCl

Ba 2+ + SO₄ 2- BaSO₄↓

Осадок не растворяется в кислотах и щелочах. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. К одной капле раствора соли бария добавляют одну каплю разбавленной серной кислоты.

3. Карбонат аммония (NH₄)₂CO₃ или другой растворимый карбонат с солями бария дает белый осадок карбоната бария:

BaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ BaCO₃↓ + 2NH₄Cl

Ba 2+ + CO₃ 2- BaCO₃↓

Осадок растворим в разбавленных минеральных кислотах и в уксусной кислоте (но не в серной, так как в этом случае образуется нерастворимый сульфат бария). Осаждение следует вести в слабощелочной среде, лучше в аммиачной.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2 капли раствора BaCl₂ или Ba(NO₃)₂, добавляют 1 каплю разбавленного раствора аммиака и 2 капли раствора карбоната аммония.

4. Хромат калия K₂CrO₄ или натрия Na₂CrO₄ осаждает из нейтральных или уксуснокислых растворов бариевой соли хромат бария желтого цвета:

BaCl₂ + K₂CrO₄ BaCrO₄

Ba 2+ + CrO₄ 2- BaCrO₄

Выполнение реакции. К одной капле раствора бариевой соли добавляют 1 каплю раствора хромата калия.

5. Дихромат калия K₂Cr₂O₇ осаждает из растворов солей бария также желтый осадок BaCrO₄:

2BaCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂O 2BaCrO₄ + 2HCl

2Ba 2+ + Cr₂O₇ 2- + H₂O 2BaCrO₄ +

Осадок BaCrO₄ растворим в сильных кислотах, поэтому реакция не доходит до конца (сильная кислота HCl образуется в результате самой реакции). Если к раствору добавить ацетат натрия, хлороводородная кислота будет замещена слабой уксусной кислотой

CH₃COONa + HCl CH₃COONa +NaCl

И реакция практически дойдет до конца.

Выполнение реакции. К 1-2 каплям раствора бариевой соли добавляют 2 капли раствора ацетата натрия и 2 капли раствора дихромата калия.

6. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с солями бария белый осадок, растворимый в хлороводородной и азотной кислотах, а в уксусной кислоте только при кипячении:

BaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ Ba C₂O₄↓ + 2NH₄Cl

Ba 2+ + C₂O₄ 2- Ba C₂O₄↓

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора соли бария добавляют 2 капли раствора оксалата аммония.

Реакции катиона Ca 2+

1. Реакция окрашивания пламени. Летучие соли кальция окрашивают бесцветное газовое пламя в кирпично-красный цвет. Реакция является фармакопейной.

Выполнение реакции. Реакция выполняется так же, как описано для катиона бария.

2. Разбавленная серная кислота H₂SO₄ образует с ионом кальция белый осадок сульфата кальция:

CaCl₂ + H₂SO₄ CaSO₄↓ + 2HCl

Ca 2+ + SO₄ 2- СaSO₄↓

Вследствие достаточно высокой растворимости сульфата кальция (2 г/л) осаждение возможно только из достаточно концентрированных растворов солей кальция. Более полное осаждение сульфата происходит при добавлении к раствору этилового спирта.

Выполнение реакции. К 3 каплям раствора соли кальция добавляют 3-4 капли разбавленной серной кислоты. К помутневшему раствору приливают 8-10 капель этилового спирта. Наблюдают выделение осадка.

3. Карбонат аммония (NH₄)₂CO₃ осаждает карбонат кальция в виде осадка белого цвета:

CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ CaCO₃↓ + 2NH₄Cl

Ca 2+ + CO₃ 2- CaCO₃↓

Для полного осаждения кальция необходим достаточный избыток осадителя. Осадок растворим в разбавленных минеральных кислотах и в уксусной кислоте. Осаждение следует проводить в аммиачной среде.

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2 капли раствора соли кальция, добавляют 1 каплю разбавленного раствора аммиака и 2 капли раствора карбоната аммония.

4. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ дает на холоду в нейтральных и слабощелочных растворах белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ CaC₂O₄↓ + 2NH₄Cl

Ca 2+ + C₂O₄ 2- CaC₂O₄↓

Осадок не растворим в уксусной кислоте, но легко растворим в минеральных кислотах. Реакцию с оксалатом аммония нельзя проводить в присутствии солей бария, так как ион Ba 2+ образует с оксалатом аммония белый осадок ВaC₂O_4.

Это наиболее важная качественная реакция иона Са 2+ . Она является фармакопейной.

Выполнение реакции. К 2 каплям раствора хлорида кальция добавляют 2 капли раствора оксалата аммония.

5. Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль К₄[Fe(CN)₆]) с солями кальция образует в слабощелочной среде белый кристаллический осадок, нерастворимый в уксусной кислоте:

CaCl₂ + К₄[Fe(CN)₆] + NH₄Cl CaKNH₄[Fe(CN)₆] ↓ + 3KCl

Ca 2+ + K + + NH₄ + + [Fe(CN)₆] 3- CaKNH₄[Fe(CN)₆] ↓

В присутствии значительных количеств иона Ba 2+ не рекомендуется применять эту реакцию для открытия ионов Ca 2+ , так как ион Ba 2+ при достаточном количестве может дать осадок с К₄[Fe(CN)₆].

Выполнение реакции. В пробирку помещают 2 капли раствора хлорида кальция, добавляют 1 каплю раствора хлорида аммония и 2 капли раствора аммиака до щелочной реакции и нагревают 1-2 минуты на водяной бане. К горячему раствору прибавляют 5-6 капель 0,5 М раствора желтой кровяной соли. Вновь нагревают 2-3 минуты на водяной бане. Реакция менее чувствительна, чем с оксалатом аммония.

6. Микрокристаллоскопическая реакция. Разбавленная серная кислота образует с солями кальция иглообразные кристаллы СaSO₄*2H₂O.

Выполнение реакции. На предметное стекло помещают одну каплю раствора соли кальция и рядом одну каплю разбавленной серной кислоты. Соединяют стеклянной палочкой обе капли и слегка подсушивают (но не высушивают досуха!) над огнем до появления каемки по краям капли. Образующиеся кристаллы рассматривают под микроскопом.

Задания для самостоятельной работы

учащихся по теме:

«Катионы 3 аналитической группы, анализ смеси катионов 1,2,3 аналитических групп»

1.Какие катионы относятся к третьей аналитической группе . Назовите групповой реагент третьей аналитической группы.

2.Какую роль в организме человека играют ионы Ca 2+ ,Ba 2+ . Какие соли этих катионов используются в медицине.

3.Напишите в молекулярном и ионном виде реакции обнаружения на катион Ba 2+ .

4.Допишите реакцию взаимодействия:

а) Pb(NO₃)₂ + 2KOH

б) Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄

в) CaCl₂ + H₂SO₄

г) CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃

д) CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄

е) CaCl₂ + К₄[Fe(CN)₆] + NH₄Cl

5.На какой из катионов 3 аналитической группы проводится микроскопическая реакция. Опишите ее выполнение.

6.Какой катион второй группы при систематическом анализе смеси катионов 1,2,3 групп может оказаться вместе с катионами третьей группы

7.Почему сульфаты катионов третьей аналитической группы необходимо превращать в карбонаты

8.Какой реактив в качестве катализатора следует добавить в реакционную среду при взаимодействии серной кислоты и Са 2+ для полного осаждения продукта реакции?

9. В какой цвет окрашивают пламя горелки соли бария?

а) зеленый в) кирпично-красный

б) фиолетовый г) желто-зеленый

10.В каком реактиве растворяется осадок, образующийся в реакции хромата калия с солями бария?

Хлорид кальция и оксалат аммония ионное уравнение

Решение (для нахождения ПР используем табл. 3 Приложения).

При растворении PbC ₂ O ₄ в воде протекает диссоциация по уравнению:

PbC₂O₄ Pb 2+ + C₂O₄ 2-

[Pb 2+ ][C₂O₄ 2- ]

Если S – растворимость PbC ₂ O ₄ (моль/л), то

S = [Pb 2+ ] = [C₂O₄ 2- ] моль / л .

Задача 2. Вычислите произведение растворимости хромата серебра Ag ₂ Cr О₄, если в 100 мл воды растворяется 1,85·10 -3 г этой соли.

Найдем растворимость хромата серебра моль/л. Молярная масса Ag ₂ Cr О₄ равна 329,73 г/моль.

моль/л,

где – масса хромата серебра (г), растворенного в 100 мл воды.

Ag₂Cr О ₄ 2Ag + + CrO₄ 2-

Произведение растворимости хромата серебра:

Задача 3 . При каком рН достигается практически полное осаждение ионов Са 2+ в виде СаС₂О₄ из раствора, содержащего 0,005 моль/л ионов кальция, при 50% избытке осадителя и общем объеме раствора 100 мл?

Избыток осадителя в растворе составляет

0,005 ∙ 0,5 = 0,0025 моль в 100 мл

или 2,5∙10 -2 моль/л. Следовательно, такова концентрация осадителя по окончании осаждения.

Общая концентрация осадителя с учетом образования С₂О₄ 2- и НС₂О₄ – равна

Для практически полного осаждения необходимо, чтобы

моль/л.

[НС₂О₄ – ] = 2,5∙10 -2 – 2,3∙10 -3 = 2,3∙10 -2 моль/л.

моль/л

(Значения ПР и константы диссоциации взяты из табл. 3 и табл. 4 Приложения).

рН = – lg 5,4∙10 -4 = 3,3.

Задача 4. Рассчитайте растворимость СаС₂О₄ 1) в воде, 2) в 2М растворе HCl .

1) СаС₂О₄ Са 2+ + С₂О₄ 2-

Произведение растворимости оксалата кальция:

[ Ca 2+ ][ C ₂ O ₄ 2- ] = S 2

Растворимость оксалата кальция (числовое значение ПР находим в табл. 3 Приложения):

моль/л

2) В растворе, содержащем ионы водорода Н + , образующиеся вследствие диссоциации HCl , протекают реакции

С ₂ O₄ 2- + H + HC₂O₄ –

HC₂O₄ – + H + H₂C₂O₄

ПР у = ·α ,

где К₁ и К₂ – константы ступенчатой диссоциации щавелевой кислоты Н₂С₂О₄ (табл. 4 Приложения). Концентрация ионов водорода, образующихся при диссоциации HCl :

[ H + ] = C_HCl = 2 моль/л.

Растворимость CaC ₂ O ₄ в 2М растворе соляной кислоты

моль/л.

Задача 5. Вычислите растворимость карбоната кальция Ca C O₃ в воде, в 0,01 М растворе нитрата калия KNO₃ и в 0,01 М растворе нитрата магния Mg(NO₃)₂, если ПР_Ca _C _O3 =3,8 × 10 -9 (табл. 3 Приложения).

Обозначим растворимость Ca C O₃ через S, тогда

ПР _CaCO3 = [ Ca 2+ ] × [ CO₃ 2- ] = S × S=S 2 =3,8 × 10 -9 ,

S ==6,16 × 10 -5 (моль/л).

Найдем растворимость Ca C O₃ в 0,01 М растворе KNO₃. Ионная сила раствора будет определяться концентрацией и зарядами всех присутствующих в растворе ионов, но ионы K + и NO ₃ – в растворе содержатся в гораздо большем количестве, чем Ca 2+ и CO ₃ 2- . Поэтому можно приближено рассчитать ионную силу по двум концентрациям:

= 1 /₂ (0,01 × 1 2 +0,01 × 1 2 )=0,01.

В табл. 6 Приложения для ионной силы раствора, равной 0,01, находим величины коэффициентов активности f _Ca =0,675; f _C _O =0,665.:

ПР _CaCO3 = [ Ca 2+ ] × [ CO₃ 2- ] × f _Ca × f _CO =S × S × 0,675 × 0,665=3,8 × 10 -9 ,

или S ==9,2 × 10 -5 (моль/л).

Найдем растворимость карбоната кальция в 0,01 М растворе нитрата магния Mg(NO₃)₂

Ионная сила раствора и коэффициенты активности равны (если пренебречь концентрациями ионов малорастворимой соли):

I = 1 /₂ ( [ Mg 2+ ] × 2 2 + [ NO₃ – ] × 1 2 )=

= 1 /₂ (0,01 × 4 + 0,02 × 1) = 0,03.

В табл . 6 Приложения нет ионной силы, равной 0,03. Поэтому значения коэффициентов активности найдем с помощью линейной интерполяции f _Ca =0,55; f _CO =0,53.

ПР _CaCO = [ Ca 2+ ] × [ CO₃ 2- ] × f _Ca × f _CO =S × S × 0,55 × 0,53=3,8 × 10 -9 ,

или S ==1,14 × 10 -4 (моль/л).

Таким образом, растворимость карбоната кальция в 0,01 М растворе нитрата калия приблизительно в 1,5 раза больше, чем в чистой воде, а растворимость Ca C O₃ в 0,01 М растворе нитрата магния приблизительно в 1,9 раза больше, чем в чистой воде.

Задача 6. В каком порядке будет происходить осаждение оксалатов, если к смеси, содержащей 1 моль/л ионов Ва 2+ и 0,005 моль/л ионов Са 2+ , приливать раствор оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄?

H айдем по справочнику (табл. 3 Приложения) величины произведений для BaC₂O₄ и CaC₂O₄

ПР= [ Ва 2+ ] × [ С₂О₄ 2- ] =1,1 × 10 -7

ПР = [ Са 2+ ] × [ С₂О₄ 2- ] =2,3 × 10 -9

[ С₂О₄ 2- ] = = 1,1 × 10 -7 (моль/л),

[ С₂О₄ 2- ] = = 4,6 × 10 -7 (моль/л).

Меньшая концентрация оксалат-ионов (1,1 × 10 -7 моль/л) необходима для осаждения ионов бария. Следовательно, осадок ВаС₂О₄ будет образовываться в первую очередь. Вторым будет осаждаться СаС₂О₄. Однако к началу выпадения осадка СаС₂О₄ не весь Ва 2+ выпадет в осадок в виде ВаС₂О₄. К началу образования осадка СаС₂О₄ в системе должно установиться соотношение

= = = 2,1 × 10 -2 .

Таким образом, концентрация ионов Ва 2+ в растворе к началу осаждения СаС₂О₄ составит

[ Ва 2+ ] = = = 2,4 × 10 -1 (моль/л).

Это означает, что 0,24 моль/л Ва 2+ будут осаждаться совместно с ионами Са 2+ .

Задача 7 . Выпадет ли осадок при смешении равных объемов 0,05 М раствора ацетата свинца Pb(CH₃COO)₂ и 0,5 М раствора хлорида калия КC l ?

1 Концентрации ионов свинца и хлора в момент сливания будут равны:

[ Pb 2+ ] = 2,5 × 10 -2 моль/л, [ C l – ] = 2,5 × 10 -1 моль/л.

2 Произведение концентраций ионов в этом случае равно:

[ Pb 2+ ] [ C l – ] 2 = 2,5 × 10 -2 × (2,5 × 10 -1 ) 2 = 1,56 × 10 -3 .

Полученная величина произведения концентраций ионов почти в 100 раз превышает величину произведения растворимости. Поэтому раствор окажется пересыщенным в отношении данной соли и часть PbC l ₂ выпадает в осадок.

Задача 8. Вычислите число молекул воды в молекуле кристаллогидрата хлорида магния, если из навески его 0,5000 г получили 0,2738 г Mg ₂ P ₂ O ₇ .

Пересчитаем массу Mg ₂ P ₂ O ₇ на массу кристаллогидрата MgCl ₂ · x H ₂ O :