Минералы и смеси солей
Пламя и осадки
Анализ неизвестной соли удобно начинать с окраски пламени: некоторые металлы придают ему характерный цвет. Однако этот признак требует осторожности. Натрий окрашивает пламя в интенсивный жёлтый цвет даже при следовых примесях и может скрыть окраску других металлов. Фиолетовую окраску калия в таком случае наблюдают через синее кобальтовое стекло, которое поглощает жёлтый свет.
| Металл | Окраска пламени |
|---|---|
| Li | Соединения лития окрашивают пламя в малиновый цвет. |
| Na | Соединения натрия окрашивают пламя в жёлтый цвет. |
| K | Соединения калия окрашивают пламя в фиолетовый цвет, заметный через синее стекло. |
| Ca | Соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет. |
| Sr | Соединения стронция окрашивают пламя в карминово-красный цвет. |
| Ba | Соединения бария окрашивают пламя в жёлто-зелёный цвет. |
Окраску пламени дополняют реакциями осаждения. Ионы бария образуют белый \(\ce{BaSO4}\), нерастворимый в кислотах, и жёлтый \(\ce{BaCrO4}\), который осаждают в уксуснокислой среде. Для обнаружения кальция используют белый \(\ce{CaC2O4}\): он растворяется в HCl, но не растворяется в уксусной кислоте. Ионы калия образуют малорастворимые \(\ce{KClO4}\) и \(\ce{K2[PtCl6]}\). Для натрия реакций осаждения немного; одна из них приводит к образованию \(\ce{Na[Sb(OH)6]}\).
boltСинее стекло
Если пламя жёлтое, рассмотрите его через кобальтовое стекло: фиолетовая окраска позволит обнаружить калий. Жёлтое пламя само по себе мало говорит о составе пробы, поскольку натрий может попасть в неё с пальцев или со стекла.
scienceКачественные реакции
- \(\ce{Ca^2+ + C2O4^2- -> CaC2O4 v}\) — при взаимодействии ионов кальция с оксалат-ионами образуется белый осадок оксалата кальция.
- \(\ce{Ba^2+ + CrO4^2- -> BaCrO4 v}\) — при взаимодействии ионов бария с хромат-ионами образуется жёлтый осадок хромата бария.
- \(\ce{K+ + ClO4- -> KClO4 v}\) — при взаимодействии ионов калия с перхлорат-ионами образуется осадок малорастворимой соли калия.
- \(\ce{Na+ + [Sb(OH)6]- -> Na[Sb(OH)6] v}\) — при взаимодействии ионов натрия с ионами гексагидроксостибата образуется осадок соли натрия.
Смеси хлоридов и карбонатов
Окраска пламени и образование осадка помогают определить, какие вещества присутствуют в пробе. Чтобы рассчитать состав смеси из двух веществ, нужно найти количества обоих компонентов. Для этого составляют два независимых уравнения. Если известны масса смеси и масса образовавшегося из неё осадка либо потеря массы при прокаливании, такой расчёт называют методом двух масс.
edit_noteСмесь хлоридов натрия и калия
Обозначим количества хлоридов натрия и калия через \(x\) и \(y\) соответственно. Каждый из них образует осадок \(\ce{AgCl}\), поэтому по массе осадка находят сумму их количеств: \(x + y = m(\ce{AgCl})/143{,}32\). Второе уравнение выражает массу исходной смеси через количества её компонентов: \(58{,}44x + 74{,}55y = m\). Совместное решение уравнений позволяет найти \(x\) и \(y\).
edit_noteСмесь карбонатов кальция и магния
Обозначим количества карбонатов кальция и магния через \(x\) и \(y\) соответственно. При прокаливании обоих карбонатов выделяется \(\ce{CO2}\), поэтому потеря массы позволяет составить уравнение \(x + y = \Delta m/44{,}01\). Массу исходной смеси выражают вторым уравнением: \(100{,}09x + 84{,}31y = m\). Если исследуют доломит \(\ce{CaMg(CO3)2}\), количества кальциевого и магниевого компонентов равны: \(x = y\).
boltПроверка на разумность
Если смесь содержит оба предполагаемых компонента, расчёт должен дать положительное количество каждого из них. Если одно из количеств получилось отрицательным, проверьте исходные массы и предположение о составе. Возможно, в смеси есть третье вещество или примесь, которая не разлагается при прокаливании.
Кристаллогидраты и минералы
При анализе минералов важно учитывать воду, входящую в состав некоторых солей. Такие вещества называют кристаллогидратами. К ним относятся \(\ce{CaCl2*6H2O}\), \(\ce{MgSO4*7H2O}\), \(\ce{BaCl2*2H2O}\), \(\ce{Na2B4O7*10H2O}\) и карналлит \(\ce{KCl*MgCl2*6H2O}\). Входящую в их состав воду называют кристаллизационной водой. Её количество можно определить по потере массы при нагревании, если известно, какие вещества при этом образуются.
При прокаливании нельзя всегда считать всю потерянную массу массой воды. Например, хлорид магния гидролизуется с выделением HCl, и в остатке образуется оксид. При нагревании кристаллогидрата хлорида кальция также следует учитывать возможность гидролиза (урок 69).
scienceПрокаливание кристаллогидратов
- \(\ce{BaCl2*2H2O ->[t] BaCl2 + 2H2O}\) — при нагревании кристаллогидрат хлорида бария теряет воду, и образуется безводный хлорид бария.
- \(\ce{MgSO4*7H2O ->[t] MgSO4 + 7H2O}\) — при нагревании кристаллогидрат сульфата магния теряет воду, и образуется безводный сульфат магния.
- \(\ce{MgCl2*6H2O ->[t] MgO + 2HCl + 5H2O}\) — при прокаливании кристаллогидрата хлорида магния вследствие гидролиза образуются оксид магния, хлороводород и вода.
- \(\ce{CaSO4*2H2O ->[t] CaSO4 + 2H2O}\) — при нагревании кристаллогидрат сульфата кальция теряет воду, и образуется безводный сульфат кальция.
boltПотеря массы при прокаливании хлорида
Если масса кристаллогидрата хлорида при прокаливании уменьшилась сильнее, чем следует из содержания кристаллизационной воды, проверьте, не выделился ли также HCl. Состав остатка помогает проверить предположение: хлорид растворяется в воде, а образовавшийся оксид (например, в случае магния) в ней практически не растворяется, но растворяется в кислоте.
auto_awesomeМёртвое море
В рассолах Мёртвого моря содержится 34 % солей, в том числе хлориды магния, натрия, кальция и калия. Из рассолов добывают калийные удобрения и бром. При испарении рассола кристаллизуется карналлит; так образовались калийные месторождения в древних высохших морях.
push_pinГлавное
Окраска пламени помогает предположить, какой металл содержится в пробе: Na окрашивает пламя в жёлтый цвет и может скрыть окраску других металлов, K придаёт ему фиолетовый цвет, заметный через синее стекло, Ca — кирпично-красный, Sr — карминово-красный, Ba — жёлто-зелёный. Состав смеси хлоридов рассчитывают по массе осадка AgCl и массе смеси; состав смеси карбонатов — по потере массы при выделении \(\ce{CO2}\) и массе смеси. В обоих случаях две измеренные массы позволяют составить два независимых уравнения для двух неизвестных. При анализе кристаллогидратов учитывают потерю воды при нагревании и проверяют, не сопровождается ли она разложением соли.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.