Качественные реакции на ионы и на газы
В этом задании от вас потребуется подобрать реактив, с помощью которого можно различить два предложенных вещества. За правильное выполнение этого задания дается 2 балла.
1. Что такое качественные реакции?
Для того чтобы реакция считалась качественной, она должна сопровождаться одним из следующих признаков, который можно заметить «на глаз»:
- Выпадение или растворение осадка (с учетом его цвета и структуры: творожистый, студенистый, кристаллический).
- Выделение газа (с запахом, без запаха, цветной газ).
- Изменение окраски раствора (или окрашивание пламени).
Чтобы успешно различать вещества, вам нужно найти такой реактив, который будет реагировать только с одним из двух веществ, либо реагировать с обоими, но давать разные видимые признаки (например, в одной пробирке — белый осадок, а в другой — выделение газа).
2. Качественные реакции на катионы
Катионы — это положительно заряженные ионы, чаще всего ионы металлов (а также ион аммония $NH_4^+$ и катион водорода $H^+$).
| Катион | Реактив (Ион) | Уравнение реакции и признак |
|---|---|---|
| $H^+$ (кислоты) | Индикаторы |
Лакмус — краснеет Метиловый оранжевый — розовеет |
| $Ag^+$ (серебро) | $Cl^-$ (хлориды) | $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$ Белый творожистый осадок |
| $Ba^{2+}$ (барий) | $SO_4^{2-}$ (сульфаты) | $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$ Белый мелкокристаллический осадок, нерастворимый в кислотах |
| $Ca^{2+}$ (кальций) | $CO_3^{2-}$ (карбонаты) | $Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow$ Белый осадок, растворимый в кислотах с выделением газа |
| $Cu^{2+}$ (медь(II)) | $OH^-$ (щелочи) | $Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow$ Голубой осадок |
| $Fe^{2+}$ (железо(II)) | $OH^-$ (щелочи) | $Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow$ Серо-зеленый осадок (буреет на воздухе) |
| $Fe^{3+}$ (железо(III)) | $OH^-$ (щелочи) | $Fe^{3+} + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow$ Бурый (ржавый) осадок |
| $Al^{3+}, Zn^{2+}$ | $OH^-$ (по каплям!) | $Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3\downarrow$ Белый студенистый осадок. При добавлении избытка щелочи осадок растворяется! |
| $NH_4^+$ (аммоний) | $OH^-$ (щелочи, $t^\circ$) | $NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t^\circ} NH_3\uparrow + H_2O$ Выделение газа с резким запахом аммиака. Влажная лакмусовая бумажка синеет. |
В некоторых заданиях можно различить катионы щелочных и щелочноземельных металлов по цвету пламени, в которое вносится их соль:
• Ионы Лития ($Li^+$) — карминово-красный.
• Ионы Натрия ($Na^+$) — желтый.
• Ионы Калия ($K^+$) — фиолетовый.
• Ионы Кальция ($Ca^{2+}$) — кирпично-красный.
• Ионы Бария ($Ba^{2+}$) — желто-зеленый.
• Ионы Меди ($Cu^{2+}$) — сине-зеленый.
3. Качественные реакции на анионы
| Анион | Реактив (Ион) | Уравнение реакции и признак |
|---|---|---|
| $OH^-$ (щелочи) | Индикаторы |
Фенолфталеин — малиновый Лакмус — синеет |
| $Cl^-$ (хлорид) | $Ag^+$ (серебро) | $Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow$ Белый творожистый осадок |
| $Br^-$ (бромид) | $Ag^+$ (серебро) | $Ag^+ + Br^- \rightarrow AgBr\downarrow$ Светло-желтый (желтоватый) осадок |
| $I^-$ (иодид) | $Ag^+$ (серебро) | $Ag^+ + I^- \rightarrow AgI\downarrow$ Желтый осадок |
| $SO_4^{2-}$ (сульфат) | $Ba^{2+}$ (барий) | $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$ Белый осадок, не растворяется в кислотах |
| $CO_3^{2-}, SO_3^{2-}$ | $H^+$ (сильные кислоты) |
$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow CO_2\uparrow + H_2O$ Выделение газа без цвета и запаха ($CO_2$) $SO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow SO_2\uparrow + H_2O$ Выделение газа с резким запахом жженой спички ($SO_2$) |
| $S^{2-}$ (сульфид) | $H^+$ (сильные кислоты) | $S^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2S\uparrow$ Выделение газа с запахом тухлых яиц |
| $S^{2-}$ (сульфид) | $Cu^{2+}, Pb^{2+}$ | $Cu^{2+} + S^{2-} \rightarrow CuS\downarrow$ Черный осадок |
| $PO_4^{3-}$ (фосфат) | $Ag^+$ (серебро) | $3Ag^+ + PO_4^{3-} \rightarrow Ag_3PO_4\downarrow$ Желтый осадок, растворимый в кислотах |
| $SiO_3^{2-}$ (силикат) | $H^+$ (сильные кислоты) | $SiO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2SiO_3\downarrow$ Белый студенистый осадок (гель) |
4. Качественные реакции на газы
Иногда в заданиях нужно не только отличить соли, но и определить, какой газ выделился в результате реакции.
| Газ | Способ распознавания / Признак |
|---|---|
| $H_2$ (водород) | Газ без цвета и запаха. Горит со слабым голубым пламенем. При поднесении горящей лучинки к пробирке слышен характерный «лающий» хлопок (звук «п-п»). |
| $O_2$ (кислород) | Газ без цвета и запаха. Тлеющая лучинка, опущенная в сосуд с кислородом, ярко вспыхивает. |
| $CO_2$ (углекислый газ) | Газ без цвета и запаха. Не поддерживает горение (горящая лучинка гаснет). Пропускание газа через прозрачную известковую воду ($Ca(OH)_2$) вызывает ее помутнение из-за образования осадка $CaCO_3$. |
| $NH_3$ (аммиак) | Газ с резким специфическим запахом (нашатырного спирта). Влажная красная лакмусовая бумажка, поднесенная к пробирке, синеет (т.к. водный раствор аммиака имеет щелочную среду). |
| $SO_2$ (сернистый газ) | Газ с резким запахом жженой серы/спички. Обесцвечивает розовый раствор перманганата калия ($KMnO_4$) или бромную воду. |
5. Разбор типовых заданий
При решении задания 17 нужно внимательно смотреть на оба вещества. Если катионы у них одинаковые (например, $NaCl$ и $Na_2SO_4$), значит, различать их нужно по анионам. И наоборот, если анионы одинаковые ($K_2SO_4$ и $MgSO_4$), различаем их по катионам.
Пример 1: Различить соли с одинаковым катионом
Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
А) $K_2CO_3$ и $K_2SiO_3$
Б) $Na_2SO_4$ и $NaCl$
В) $NH_4Cl$ и $KCl$
1) $BaCl_2$
2) $HCl$
3) $NaOH$
4) $AgNO_3$
Разбор:
А) $K_2CO_3$ и $K_2SiO_3$. Катионы калия одинаковые. Анионы: $CO_3^{2-}$ и $SiO_3^{2-}$. Оба реагируют с кислотами ($H^+$), но дают разные признаки. При добавлении $HCl$ (реактив 2) к карбонату выделится газ ($CO_2$), а при добавлении к силикату — выпадет белый студенистый осадок кремневой кислоты. Различить удалось!
Б) $Na_2SO_4$ и $NaCl$. Катионы натрия одинаковые. Анионы: $SO_4^{2-}$ и $Cl^-$. Качественный реактив на сульфат — ион бария. Подходит $BaCl_2$ (реактив 1). С сульфатом натрия он даст белый осадок $BaSO_4$, а с хлоридом натрия видимой реакции не будет.
В) $NH_4Cl$ и $KCl$. Анионы хлора одинаковые. Катионы: $NH_4^+$ и $K^+$. Качественный реактив на ион аммония — щелочь при нагревании. Берем $NaOH$ (реактив 3). С хлоридом аммония появится запах аммиака ($NH_3$), а с хлоридом калия реакции нет.
Ответ: 213.
Пример 2: Соли и основания
Установите соответствие между двумя веществами и реактивом, с помощью которого можно различить эти вещества.
А) $KOH$ и $KCl$
Б) $ZnSO_4$ и $K_2SO_4$
В) $Cu(NO_3)_2$ и $Ba(NO_3)_2$
1) $NaOH$
2) $FeCl_2$
3) фенолфталеин
4) $Na_2SO_4$
Разбор:
А) $KOH$ и $KCl$. Здесь щелочь ($KOH$) и средняя соль ($KCl$). Щелочную среду легко определить с помощью индикатора. Подходит фенолфталеин (реактив 3), который станет малиновым в пробирке с $KOH$, а в пробирке с $KCl$ останется бесцветным.
Б) $ZnSO_4$ и $K_2SO_4$. Анионы одинаковые. Катионы: $Zn^{2+}$ и $K^+$. Катион цинка реагирует с щелочами с образованием белого осадка амфотерного гидроксида. Выбираем $NaOH$ (реактив 1). С сульфатом цинка выпадет белый осадок, с сульфатом калия реакции нет.
В) $Cu(NO_3)_2$ и $Ba(NO_3)_2$. Анионы одинаковые. Катионы: $Cu^{2+}$ и $Ba^{2+}$. Можно выбрать $Na_2SO_4$ (реактив 4). Сульфат-ион — качественный реактив на барий ($Ba^{2+}$). В пробирке с нитратом бария выпадет белый осадок $BaSO_4$. С нитратом меди сульфат натрия не реагирует.
Ответ: 314.