Задание 24. Качественные реакции на неорганические и органические вещества

Задание 24 проверяет ваше знание качественных реакций — реакций, сопровождающихся яркими аналитическими (видимыми) признаками. Это может быть изменение цвета раствора, выпадение или растворение осадка, выделение газа или появление специфического запаха.

Алгоритм решения задания

Вам необходимо отличить два вещества друг от друга (например, подобрать реактив к паре веществ) или установить признак реакции между веществами.
1. Чтобы отличить два вещества, реактив должен реагировать с одним из них с видимым признаком (или с обоими, но давать разные видимые признаки).
2. Чтобы отличить соли, проанализируйте катионы и анионы. Найдите ион, который отличается, и подберите к нему качественный реактив.
3. В органической химии ориентируйтесь на функциональные группы, наличие кратных связей и ароматического кольца.

1. Качественные реакции в неорганической химии

1.1. Качественные реакции на катионы (металлы и аммоний)

Ион Реактив Признак реакции Уравнение реакции (пример)
Ag+ Cl−, Br−, I− Белый творожистый осадок (AgCl), светло-желтый (AgBr), желтый (AgI) AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
Ba2+ SO42− Белый мелкокристаллический осадок, нерастворимый в сильных кислотах BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl
Cu2+ OH− Голубой желеобразный осадок CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Fe2+ OH− Серо-зеленый осадок, который буреет на воздухе FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2↓ + 2KCl
Fe3+ OH− Бурый (коричнево-ржавый) осадок FeCl3 + 3KOH → Fe(OH)3↓ + 3KCl
Al3+, Zn2+, Be2+ OH− (растворы щелочей) Образование белого амфотерного осадка, который растворяется в избытке щелочи AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4] (растворение)
NH4+ OH− (при нагревании) Выделение газа с резким запахом, посинение влажной красной лакмусовой бумажки NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3↑ + H2O
Pb2+ I−, S2− Желтый осадок (PbI2 — «золотой дождь»), черный осадок (PbS) Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2↓ + 2KNO3
Окрашивание пламени (катионы щелочных и щелочноземельных металлов)

Li+ — карминово-красный
Na+ — желтый
K+ — фиолетовый
Ca2+ — кирпично-красный
Sr2+ — карминово-красный
Ba2+ — желто-зеленый
Cu2+ — сине-зеленый

1.2. Качественные реакции на анионы

Ион Реактив Признак реакции Уравнение реакции (пример)
CO32− H+ (сильные кислоты) Выделение бесцветного газа без запаха (CO2) Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O
SO32− H+ (сильные кислоты) Выделение бесцветного газа с резким запахом (SO2) Na2SO3 + 2HCl → 2NaCl + SO2↑ + H2O
S2− H+ (сильные кислоты) Выделение газа с запахом тухлых яиц (H2S) K2S + H2SO4 → K2SO4 + H2S↑
S2− Cu2+, Pb2+, Ag+ Выпадение черного осадка (CuS, PbS, Ag2S) CuSO4 + H2S → CuS↓ + H2SO4
SiO32− H+ (сильные кислоты) Выпадение прозрачного студенистого (желеобразного) осадка Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + H2SiO3↓
PO43− Ag+ Выпадение желтого осадка, растворимого в сильных кислотах Na3PO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4↓ + 3NaNO3
Cl−, Br−, I− Ag+ Белый (AgCl), светло-желтый (AgBr), желтый (AgI) осадки NaBr + AgNO3 → AgBr↓ + NaNO3
NO3− Cu + H2SO4(конц.) Растворение меди (голубой раствор) и выделение бурого газа (NO2) Cu + 4H+ + 2NO3− → Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O

2. Качественные реакции в органической химии

Для определения классов органических соединений используют качественные реакции на их функциональные группы или кратные связи.

2.1. Углеводороды

Класс / Связь Реактив Признак реакции Особенности
Кратные связи
(Алкены, Алкины, Диены)		 Бромная вода (Br2) Обесцвечивание красно-бурой бромной воды Происходит реакция присоединения по кратным связям.
Кратные связи Раствор KMnO4 (водный, без нагревания) Обесцвечивание малинового раствора KMnO4 и выпадение бурого осадка MnO2 (реакция Вагнера) Образуются диолы (двухатомные спирты).
Терминальные алкины
(алкины с тройной связью на конце, RC≡CH)		 Аммиачный раствор оксида серебра ([Ag(NH3)2]OH) Выпадение белого/сероватого осадка ацетиленида серебра Качественная реакция, отличающая терминальные алкины (бутин-1) от алкинов с внутренней связью (бутин-2).
Гомологи бензола
(Толуол, этилбензол)		 Раствор KMnO4 + H2SO4 при нагревании Обесцвечивание раствора (окисление боковой цепи) Бензол не окисляется KMnO4. Гомологи бензола окисляются только при нагревании!

2.2. Кислород- и азотсодержащие соединения

Класс веществ Реактив Признак реакции Пример / Примечание
Одноатомные спирты Оксид меди (II) (CuO) при нагревании Изменение цвета осадка с черного (CuO) на красно-медный (Cu), появление запаха альдегида C2H5OH + CuO → CH3CHO + Cu↓ + H2O
Многоатомные спирты
(Глицерин, этиленгликоль)		 Свежеосажденный Cu(OH)2 Растворение осадка и образование ярко-синего раствора (комплекс) Реакция идет без нагревания!
Фенол Бромная вода (Br2) Выпадение белого осадка (2,4,6-трибромфенол) В отличие от бензола, фенол реагирует с бромной водой.
Фенол Хлорид железа (III) (FeCl3) Фиолетовое окрашивание раствора Специфическая реакция на фенольный гидроксил.
Альдегиды Аммиачный раствор Ag2O (реактив Толленса) Реакция серебряного зеркала (выделение серебра на стенках колбы) R-CHO + 2[Ag(NH3)2]OH → R-COONH4 + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O
Альдегиды Свежеосажденный Cu(OH)2 при нагревании Выпадение кирпично-красного осадка Cu2O Сначала образуется желтый осадок CuOH, который разлагается до красного Cu2O.
Карбоновые кислоты Лакмус, карбонаты/гидрокарбонаты Покраснение лакмуса; выделение пузырьков бесцветного газа CO2 2CH3COOH + Na2CO3 → 2CH3COONa + H2O + CO2↑
Муравьиная кислота Аммиачный раствор Ag2O / Cu(OH)2 при t° Дает реакцию серебряного зеркала / красный осадок Единственная карбоновая кислота, содержащая альдегидную группу!
Анилин Бромная вода (Br2) Выпадение белого осадка (2,4,6-триброманилин) Аналогично фенолу, реагирует очень легко.
Качественные реакции на углеводы и белки

Крахмал + I2 (йод) → синее окрашивание.
Глюкоза — так как это альдегидоспирт, то она дает ярко-синий раствор с Cu(OH)2 (без нагревания) и красный осадок Cu2O (при нагревании).
Сахароза — только ярко-синий раствор с Cu(OH)2 (без нагревания), так как в ней нет альдегидной группы (не дает реакции серебряного зеркала).
Белки (биуретовая реакция) + Cu(OH)2 в щелочной среде → фиолетовое окрашивание (реакция на пептидную связь).
Белки (ксантопротеиновая реакция) + конц. HNO3 при нагревании → желтое окрашивание (реакция на ароматические остатки аминокислот).

3. Цвета основных осадков и веществ

Часто в задании 24 вас просят соотнести пару реагирующих веществ и признак реакции. Для этого необходимо выучить цвета осадков.

Газы с запахом: NH3 (резкий запах аммиака), SO2 (резкий запах жженой спички), H2S (запах тухлых яиц).
Газы без цвета и запаха: O2, H2, CO2, N2, CO.

Разбор типовых заданий

Задание 1: Различение органических веществ

Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

ВЕЩЕСТВА:
А) пропен и пропин
Б) этанол и фенол
В) бензол и толуол
Г) муравьиная кислота и уксусная кислота

РЕАКТИВЫ:
1) бромная вода
2) аммиачный раствор Ag2O
3) NaHCO3 (водный раствор)
4) раствор KMnO4
5) свежеосажденный Cu(OH)2 (без нагревания)

Показать решение

Разбор:

  • А) пропен и пропин. Оба обесцвечивают бромную воду и перманганат калия. Однако пропин содержит тройную связь с края цепи (терминальный алкин). С аммиачным раствором оксида серебра пропин даст осадок ацетиленида серебра, а пропен не прореагирует. Реактив: 2.
  • Б) этанол и фенол. Фенол реагирует с бромной водой с образованием белого осадка (трибромфенол). Этанол с бромной водой не реагирует. Реактив: 1.
  • В) бензол и толуол. Бензол не окисляется раствором KMnO4, а толуол при нагревании окисляется (обесцвечивая малиновый раствор). Реактив: 4.
  • Г) муравьиная и уксусная кислоты. Муравьиная кислота содержит альдегидную группу и вступает в реакцию «серебряного зеркала» при нагревании. Реактив: 2.

Ответ: 2142

Задание 2: Определение неорганических веществ по признакам реакции

Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком протекающей между ними реакции.

РЕАГЕНТЫ:
А) FeCl3 + KOH →
Б) Ba(OH)2 + Na2SO4 →
В) Cu + HNO3 (конц.) →
Г) Na2SiO3 + HCl →

ПРИЗНАКИ РЕАКЦИИ:
1) выделение бесцветного газа
2) выделение бурого газа
3) образование бурого осадка
4) выпадение студенистого (желеобразного) осадка
5) образование белого кристаллического осадка

Показать решение

Разбор:

  • А) FeCl3 + KOH → Ионный обмен. Выпадает нерастворимый гидроксид железа (III) — Fe(OH)3. Его цвет — бурый. Подходит 3.
  • Б) Ba(OH)2 + Na2SO4 → Образуется осадок сульфата бария (BaSO4). Это белый мелкокристаллический осадок, нерастворимый в кислотах. Подходит 5.
  • В) Cu + HNO3 (конц.) → Реакция ОВР. Концентрированная азотная кислота восстанавливается медью до диоксида азота (NO2). Это бурый газ. Подходит 2.
  • Г) Na2SiO3 + HCl → Выделяется нерастворимая кремниевая кислота (H2SiO3), которая выпадает в виде студенистого (желеобразного) осадка. Подходит 4.

Ответ: 3524

Задание 3: Различение солей

Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно их различить.

ВЕЩЕСТВА:
А) K2CO3 и K2SiO3
Б) Na2SO4 и NaCl
В) NH4Cl и KCl
Г) AgNO3 и KNO3

РЕАКТИВЫ:
1) NaOH (раствор)
2) BaCl2 (раствор)
3) HCl (раствор)
4) Cu
5) NaCl

Показать решение

Разбор:

  • А) K2CO3 и K2SiO3. Катионы одинаковые (K+). Различаем анионы. Добавив кислоту (HCl), с карбонатом мы увидим выделение газа (CO2), а с силикатом — выпадение студенистого осадка (H2SiO3). Реактив: 3.
  • Б) Na2SO4 и NaCl. Различаем сульфат- и хлорид-ионы. Качественный реактив на сульфаты — ионы бария. При добавлении BaCl2 к сульфату натрия выпадет белый осадок (BaSO4), а с NaCl реакция не пойдет. Реактив: 2.
  • В) NH4Cl и KCl. Различаем катионы. Качественная реакция на ион аммония — действие щелочи. При добавлении NaOH к NH4Cl выделится газ с резким запахом аммиака. Реактив: 1.
  • Г) AgNO3 и KNO3. Различаем катионы. Ионы серебра (Ag+) дают творожистый белый осадок с хлоридами (Cl−). При добавлении NaCl выпадет AgCl, а с нитратом калия реакции нет. Реактив: 5.

Ответ: 3215