Сильные кислоты и сильные основания в растворах диссоциируют на 100% и поэтому:
а) при концентрации сильной кислоты
СН+= Скислоты или СНА, и рН = – 1g CНА,
в тоже время -lgCНА = р СНА, тогда рН = рСНА
рОН = 14 – рН или рОН = 14 – рСНА
б) при концентрации сильного основания
Сон- = Соснов. = Св, рОН = -lg Сон = – lg Св,
отсюда - lg Св = рСв, а рН = 14 – р СВ
В растворах слабых кислот и оснований степень диссоциации меньше 10%, поэтому необходимо учитывать степень диссоциации, т.е.
СН+ = α * СНА, СОН-= α * СВ, α = 
Подставляя значения для α, получим для кислоты:
СН+= 
= 
рН = – lg С Н+ = 0,5(рК НА – рСНА) рОН = рКW – 0,5
для основания:
СОН- = 
рОН = – lg Сон- = ½ (рКв – рСв)
рН = pKw – ½ рКв + ½ р Св
Лабораторный практикум.
«Анализ смеси катионов І- ІІІ групп»
III группа катионов
1. Действие группового реактива - H2SO4.
Ион SO42- с катионами III группы образует осадки белого цвета. Наименьшую растворимость из них имеет ВаSO4.Осадки CaS04 и Sr SO4 растворяются в воде лучше, поэтому их осаждают из спиртовых растворов.
Осадки сульфатов катионов III группы не растворимы в кислотах и щелочах, лишь только CaS04 растворим в насыщенном растворе (NH 4 )2 SO4 с образованием комплексной соли (NH4)2[Ca(SO4)2]. Эту реакцию используют для отделения кальция.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В три пробирки поместить по 3 капли кальция и стронция, прибавить в каждую по 1-2 капли 1М раствора н H2SO4, перемешать. Осадок сульфата кальция не выпадает. Для осаждения добавить 3 капли этанола. Осадки сульфатов проверить на растворимость в кислотах и щелочах. Осадок CaS04 проверить дополнительно в насыщенном растворе сульфата аммония. Написать уравнения и реакции.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ БАРИЯ
1. Действие хромата калия – К2СгО4 .
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 – 3 каплям раствора соли бария прибавляют 2 – 3 капли раствора хромата калия. Полученный осадок желтого цвета исследовать на растворимость в HCl и в СН3СООН. Реакция с уксусной кислотой используется для обнаружения катиона бария в смеси, т.к в отличии от хроматов стронция и кальция не растворим в растворе уксусной кислоты.
2. Оксалат аммония – (NH4)2 C2 O4
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 3 каплям раствора соли бария прибавить 2 капли раствора оксалата аммония. Осадок исследовать на растворимость в HCI и в СН3СООН.
3. Родизонат натрия.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
На фильтровальную бумагу нанести каплю раствора соли бария и каплю родизоната. На бурое пятно образовавшегося осадка подействовать каплей HCl. Пятно краснеет вследствие перехода родизоната бария в гидрородизонат.
4 Реакция окрашивания пламени.
Соли бария окрашивают пламя в зеленый цвет.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ КАЛЬЦИЯ
1. Действие оксалата аммония.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 3 каплям раствора соли кальция прибавить 2 капли оксалата аммония. Белый кристаллический осадок CaC2О4 растворим в сильных кислотах и не растворим в СН3СООН. Проверить полученный вами осадок на растворимость в кислотах. Реакция аналитическая и фармокопейная.
2. Родизонат натрия
В щелочной среде с ионами кальция образует осадок родизоната кальция фиолетового цвета. Этой реакцией Са2+ может быть обнаружен в присутствии ионов Sr2+ и Ва2+, которые с родизонатом в щелочной среде не реагируют.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
На фильтровальную бумагу нанести каплю соли кальция,добавить каплю реактива, каплю щелочи и каплю соли кальция
3. Реакция окрашивания пламени.
Соли кальция окрашивают пламя в кирпичо-красный цвет.
IV группа катионов.
1. Действие группового реактива NaQH
При взаимодействии катионов данной группы со щелочами образуются аморфные осадки гидроксидов, которые растворяются в избытке щелочи и переходят в раствор в виде комплексных ионов типа [Э(ОН)4]2-, в случае с катионом олова Sn 4+ – [Sn (ОН)6]-, для упрощения часто эти ионы записывают в виде ЭО22-
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В 5 пробирок поместить 3 – 4 капли солей А13+, Cr3+, Sn2+, Sn4+. Добавить в каждую пробирку 1 – 2 капли 2М раствора NaOH. Обратите внимание на цвет осадков. Исследовать их на растворимость в НСl и NaOH. Написать уравнения реакций.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ АЛЮМИНИЯ
1. Реакция с NH4 OН
Гидроксид аммония образует с катионом А13+ белый аморфный осадок А1(ОН)3.
Al(NO3)3 + 3NH4OH → А1(ОН)3 ↓ + 3NH4NO3
Реакцию следует проводить в избытка NH4Cl для более полного осаждения А1(ОН)3 и лучшей коагуляции образовавшегося коллоидного раствора.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 – 3 каплям раствора соли алюминия прибавить 1 – 2 капли 2М раствора NH4OH, перемешать. К полученному осадку прибавить 3 – 4 капли насыщенного раствора NH4CI. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.
2. Реакция с ализарином (1.2-диоксиантрахинон).
Ализарин со свежеосажденным Аl(ОН)3 образует трудно растворимое внутрикомплексное соединение ярко-красного цвета «алюминиевый лак»
Реакции мешают катионы Cr3+, Zn2+, Sn2+, Fe3+, которые также образуют окрашенные лаки с ализарином, поэтому реакцию в смеси этих ионов следует проводить в присутствии соли К4[Fe(СN)6], чтобы связать мешающие ионы в трудно растворимый комплекс. Реакцию проводят капельным методом.
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
На фильтровальную бумагу наносят каплю раствора K4[Fe(CN)6]. В центр влажного пятна помещают каплю исследуемого раствора. При этом все мешающие алюминию катионы прореагируют с K4[Fe(CN)6], образовав осадок А13+ не взаимодействует с K4[Fe(CN)6], поэтому на пятно наносят 1 – 2 капли воды, и ионы А13+ диффундируют вместе с водой на периферию пятна, где они могут быть открыты при помощи ализарина. Для этого пятно обрабатывают газообразным аммиаком с целью получения А1(ОН)3, добавляют по периферии 2 – 3 капли ализарина, бумагу высушиваю над горелкой. В присутствии алюминия появляется розовое кольцо на желтом фоне, если бумага подсушена или на фиолетовом фоне, если бумага не подсушена.
4 Действие алюминона
Алюминон – соль ауринтрикарбоновой кислоты – С22Н11О9(СООNН4)3 образует с ионами А13+ внутрикомплексную соль красного цвета:
С22Н11O9(СООNН4)3 + A1(NO3)3 → С22H11O9Аl + 3 NH4NO3
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
В пробирку поместить 4 – 5 капель соли алюминия, добавить 2 – 3 капли 2N раствора уксусной кислоты и 4 – 5 капель 0,1 % раствора алюминона. Пробирку со смесью нагреть на водяной бане, перемешать и добавить раствор аммиака до щелочной реакции, а затем 3 – 4 капли 2N раствора (NH4)2CO3. Обратить внимание на цвет осадка. Проведению данной реакции мешают катионы Fe3+ и Bi3+.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ХРОМА
1. Гидросиды щелочных металлов осаждают Cr(OH)3 зеленого цвета, растворимый в избытке реактива, вследствие амфотерных свойств:
Сr3+ + 3ОН-→Cr(OH)3
Cr(OH)3 + OH- →CrO2- + 2Н2 О
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 – 3 каплям раствора соли хрома (III) прибавить 1 – 2 капли 2М раствора NH4OH. К полученному осадку прилить избыток реактива. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции
2. Действие окислителей.
При этом образуются соли хрома и дихромовой кислоты. Действием Н2О2 ион хрома (III) окисляется в щелочной среде до СгO42- желтого цвета (хромат-ионы).
Сr3+ + 2 OН- → CrO2- + 2 H+
2 СrO2- + 3 H2O2 + 2 OH- → 2 CrO42- + 4 H2O
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 – 3 каплям раствора соли хрома (III) добавить 2 – 3 капли 3% раствора перекиси водорода и 4 – 5 капель 2М раствора NaOH. Смесь нагреть до перехода зеленой окраски в желтую. Это значит, что Cr3+ окислился до CrO42-. Для доказательства в пробирку прилить 1 – 2 капли полученного раствора и добавить 1 – 2 капли раствора соли бария или раствора серебра. Что наблюдается? Написать уравнения реакций.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ЦИНКА
1. Гидроксиды щелочных металлов осаждают из водных растворов Zn2+ осадок Zn(OH)2 белого цвета, растворимый в избытке реактива с образованием цинкатов:
ZnC12 + 2 NaOH → Zn(OH)2 + 2 NaCl
Zn(OH)2 + 2 NaOH → Na2ZnO2 + 2 H2O
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 – 3 каплям раствора цинка (Zn 2+) прибавить по каплям 2М раствор NaOH сначала до появления осадка, а затем до растворения. Написать уравнение реакций и наблюдения.
2. Гексацианоферрат (II) калия
K4[Fe(CN)6] образует с ионами Zn2+ белый осадок калий-цинк гексацианоферрата (II), нерастворимый в разбавленной НСl (реакция фармакопейная).
3 Zn(NO3)2 + 2 K4[Fe(CN)6] → K2Zn3[Fe(CN)6]2 + 6 KNO3
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 4 – 5 каплям раствора соли цинка прибавить такое же количество раствора реактива. Нагреть смесь до кипения. Образующийся осадок не растворяется в кислотах, но растворяется в едких щелочах.
3. Действие H2S или Na2S (реакция фармакопейная)
Сероводородная вода или сульфид натрия осаждает из водных растворов солей цинка белый осадок ZnS, нерастворимый в уксусной кислоте и в разбавленной НС1.
Zn2+ + S2- → ZnS(т)
ZnS(т) + 2 HCl → ZnCl2 + H2S(г)
Реакцию с сульфидами используют как дробную, предварительно удалив мешающий Рb2+ осаждением в виде сульфата, Sn2+ – окислением Н2O2, остальные мешающие катионы – осаждением избытком NaOH.
4. Реакция с дитизоном (дифенилтиккарбазоном).
Раствор дитизона в хлороформе дает с ионами цинка внутрикомплексную соль малиново-красного цвета. Реакция протекает по схеме:
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА.
К 2 – 3 каплям раствора соли цинка прибавить 2 М раствор NaOH до образования осадка, затем добавить избыток щелочи до растворения осадка и 3 капли раствора дитизона в хлороформе.
РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ОЛОВА (II)
1. Раствор аммиака NH4OH с ионами олова (II) дает белый осадок Sn(OH)2, не растворимый в избытке реактива:
SnCl2 + 2 NH4OH → Sn(ОН)2 ↓+2 NHСl
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 2 – 3 каплям раствора соли олова (II) прибавить 2 – 3 капли 2М раствора NH4OH, перемешать и прибавить избыток реактива. Что наблюдается? Напишите уравнение реакций.
2. Ионы железа (III) восстанавливаются солями олова (II) до ионов железа (II) которые при взаимодействии с K3[Fe(CN)6] образуют темно-синий осадок «турнбулевой сини».
3 Fe3+ + Sn2+ → 2 Fe2+ + Sn4+
3 Fe2+ + 2 [Fe(CN)6]3- → Fe3[Fe(CN)6] ↓
ВЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
К 4 каплям раствора соли Fe3+ прибавить 3 капли 2М раствора НС1, 2 капли раствора K3[Fe(CN)6] и 2 капли раствора соли олова.
3. Соединения висмута (III) восстанавливаются солями олова (II) в щелочной среде дo металлического висмута.
BЫПОЛНЕНИЕ ОПЫТА
Приготовить в пробирке раствор NaSnO2. Для этого к 2 – 3 каплям 1М раствора соли олова прибавить 8 – 10 капель 2М раствора Na0H. К полученному раствору прибавить 2 – 3 капли соли висмута (III). Через некоторое время выпадает черный осадок металлического висмута. Напишите уравнение реакции.
