Растворение оксалата кальция в соляной кислоте уравнение

Оксалат кальция

Оксалат кальция

Систематическое наименование	Оксалат кальция
Традиционные названия	Щавелевокислый кальций
Хим. формула	CaC₂O₄
Рац. формула	CaC₂O₄
Состояние	Бесцветные кристаллы
Молярная масса	128,10 г/моль
Плотность	2,2 г/см³
Растворимость
• в воде	0,00067 18 г/100 мл
Рег. номер CAS	25454-23-3
PubChem	16212978
Рег. номер EINECS	209-260-1
SMILES
ChEBI	60579
ChemSpider	30549
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Оксалат кальция — соль щелочноземельного металла кальция и органической двухосновной щавелевой кислоты с формулой CaC₂O₄, бесцветные кристаллы, образует кристаллогидрат.

Содержание

Получение

Обменными реакциями:

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ → CaC₂O₄↓ + 2NH₄Cl

Физические свойства

Оксалат кальция образует бесцветные кубические кристаллы. Из водных растворов образует кристаллогидрат CaC₂O₄•H₂O — бесцветные моноклинные кристаллы. В литературе есть упоминание о кристаллогидрате CaC₂O₄•3H₂O.

Химические свойства

Реагирует с сильными кислотами:

Чистую щавелевую кислоту можно получить, действуя серной кислотой на оксалат кальция.

Аналитические реакции катионов II группы

4.1 Аналитические реакции катионов кальция Са 2+

1.Катионы кальция Са 2+ образуют с анионами сульфата SO₄ 2− белый осадок малорастворимого в воде сульфата кальция, который при медленной кристаллизации выделяется в форме игольчатых кристаллов минерала гипса CaSO₄ ∙ 2 H₂O:

Для увеличения полноты осаждения к раствору добавляют равный объем этанола, поскольку в водно-спиртовом растворе растворимость сульфата кальция понижается по сравнению с растворимостью в воде.

Для проведения реакции микрокристаллоскопическим методом каплю раствора, содержащего катион Са 2+ , помещают на предметное стекло, затем добавляют каплю раствора H₂SO₄ и смесь упаривают. При этом образуются игольчатые кристаллы гипса (CaSO₄ ∙ 2 H₂O), хорошо видимые в микроскоп (рис. 4.1).

Крупные кристаллы гипса легко отличить от мелких кристаллов BaSO₄ и SrSO₄. В присутствии катионов Ba 2+ и Sr 2+ к анализируемому раствору добавляют каплю раствора серной кислоты H₂SO₄, смесь выпаривают досуха. Осадок нагревают с дистиллированной водой. Сульфат кальция, как наиболее растворимый сульфат катионов II группы, переходит в раствор. При упаривании полученного раствора выпадают кристаллы гипса, хорошо видимые под микроскопом.

Рис.4.1. Кристаллы гипса (CaSO₄ ∙ 2 H₂O) под микроскопом.

Осадок сульфата кальция нерастворим в кислотах и щелочах, но растворяется в насыщенном водном растворе сульфата аммония с образованием комплекса:

что позволяет отделить катионы Са 2+ от катионов Ba 2+ и Sr 2+ .

При нагревании с растворимыми карбонатами осадок CaSO₄ переходит в белый осадок карбоната кальция:

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

2.Катионы Са 2+ образуют с анионом оксалата (C₂O₄ 2− ) белый кристаллический осадок оксалата кальция CaC₂O₄:

Реакцию проводят в слабокислой среде (рН ≈ 6,0-6,5) в присутствии уксусной кислоты, в которой оксалат кальция не растворяется. Осадок CaC₂O₄ не растворяется в аммиаке, но растворяется в разбавленных минеральных кислотах с образованием щавелевой кислоты Н₂C₂O₄:

Данной реакции мешают катионы Ba 2+ , Sr 2+ , Mg 2+ , которые с оксалатом образуют аналогичные осадки.

3.Катионы Са 2+ образуют с гексацианоферратом (II) калия K₄[Fe(CN)₆] при нагревании раствора в присутствии катионов аммония белый кристаллический осадок смешанного гексацианоферрата (II) аммония и кальция (NH₄)₂Ca[Fe(CN)₆]:

белый крист. осадок

Осадок не растворяется в уксусной кислоте. Данной реакции мешают катионы Ba 2+ и другие, образующие осадки ферроцианидов.

4.При взаимодействии концентрированных растворов солей Са 2+ с раствором хромата калия K₂CrO₄ образуется желтый осадок хромата кальция:

В присутствии уксусной кислоты или ацетата натрия осадок не образуется.

Испытывают его растворимость в уксусной кислоте и ацетате калия: в обоих случаях осадок растворяется.

5.Другие реакции катионов Са 2+ . Катионы кальция образуют осадки: с растворимыми карбонатами — белый осадок CaCO₃ (растворим в кислотах); с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄ – белый осадок CaHPO₄ (растворим в кислотах).

4.2 Аналитические реакции катионов стронция Sr 2+

1.Катионы Sr 2+ образуют с анионами сульфата белый осадок сульфата стронция SrSO₄:

Осадок не растворяется в щелочах, а также в растворе сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ (в отличие от осадка сульфата кальция – см. реакцию 4.2).

Испытывают растворимость осадка в растворах щелочи и сульфата аммония (осадок не растворяется).

Осадок SrSO₄ образуется также при действии на растворимые соли стронция “гипсовой воды” (насыщенный водный раствор CaSO₄), поскольку растворимость в воде сульфата стронция меньше, чем сульфата кальция:

Реакция солей стронция с гипсовой водой протекает при нагревании раствора, ей мешает наличие катиона бария Ва 2+ .

При нагревании осадка SrSO₄ с насыщенным раствором соды он, как и сульфат кальция, переходит в осадок карбоната стронция SrСO₃, растворимый в кислотах.

2.Катионы Sr 2+ образуют при нагревании с анионами карбоната белый кристаллический осадок карбоната стронция:

Осадок растворим в кислотах (СН₃СООН, HCl, HNO₃).

3.При взаимодействии концентрированных растворов солей стронция с раствором хромата калия K₂CrO₄ образуется осадок хромата стронция желтого цвета:

В присутствии уксусной кислоты или ее соли осадок не образуется.

Испытывают растворимость осадка в уксусной кислоте или растворе ацетата калия – осадок растворяется.

4.При взаимодействии солей стронция с оксалатом калия (аммония) образуется белый кристаллический осадок оксалата стронция SrC₂O₄:

Осадок оксалата растворим в кислотах.

5.Реактив гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] не образует осадка при взаимодействии с солями стронция:

Sr 2+ + [Fe(CN)₆] 4− .

6.Другие реакции катионов стронция. Катионы Sr 2+ образуют белый осадок SrHPO₄ при реакциях в растворах с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄. Осадок гидрофосфата стронция растворим в кислотах.

4.3 Аналитические реакции катионов бария Ва 2+

1.При взаимодействии с анионами сульфата катионы Ва 2+ образуют белый кристаллический осадок сульфата бария:

Осадок не растворяется в кислотах и щелочах, за исключением концентрированной серной кислоты. В последнем случае образуется раствор гидросульфата бария:

При нагревании с растворами карбонатов осадок сульфата бария переходит в малорастворимый в воде карбонат бария ВаСО₃, который хорошо растворим в кислотах (СН₃СООН, HCl, HNO₃).

Проведению данной реакции мешают катионы Са 2+ , Sr 2+ , Pb 2+ , которые также образуют нерастворимые сульфаты.

2.Катионы бария Ва 2+ образуют с анионами хромата CrO₄ 2− или бихромата Cr₂O₇ 2− (в присутствии раствора ацетата натрия) желтый осадок хромата бария:

Образование хромата, а не бихромата бария в случае реакции (4.16) объясняется тем, что хромат ВаCrO₄ обладает меньшей растворимостью, чем бихромат Ва₂Cr₂O₇. В водном растворе устанавливается равновесие:

Равновесие смещено вправо, поэтому в растворе накапливаются катионы водорода Н + . Для их нейтрализации в раствор вносят ацетат натрия СН₃СООNa. Анионы ацетата связывают катионы водорода. При этом возрастает полнота осаждения хромата бария.

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

Проведению данной реакции мешают катионы Ag + , Pb 2+ , Cd 2+ , Co 2+ , Ni 2+ . Катионы кальция Са 2+ и стронция Sr 2+ не мешают открытию катионов бария с помощью бихромата.

3.При взаимодействии солей бария с оксалатом натрия (аммония) выпадает белый кристаллический осадок оксалата бария:

Осадок растворяется в кислотах: HCl, HNO₃.

Испытывают растворимость осадка в кислотах (HCl, HNO₃).

4.Катионы бария в присутствии солей аммония образуют с раствором гексацианоферрата (II) калия белый кристаллический осадок двойной соли:

белый крист. осадок

5.Другие реакции катионов бария. Растворимые соли бария образуют осадки: при взаимодействии с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄ – белый осадок ВаHPO₄ (растворим в кислотах); с карбонатами щелочных металлов – белый осадок карбоната бария ВаСО₃ (растворим в кислотах); с сульфитами щелочных металлов – белый осадок ВаSO₃ (растворим в кислотах).

В табл. 4.1 представлены продукты некоторых аналитических реакций катионов II аналитической группы по кислотно-основной классификации и свойства данных продуктов.

Продукты некоторых аналитических реакций катионов II группы

Растворение оксалата кальция в соляной кислоте 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 :