Практическое задание (Реакции ионного обмена, качественные реакции)
Тема кодификатора ОГЭ: Реакции ионного обмена. Качественные реакции на ионы в растворе (хлорид-, сульфат-, карбонат-, фосфат-, гидроксид-ионы; ионы аммония, бария, серебра, кальция, меди и железа). Получение газообразных веществ.
1. О задании 23
Задание 23 является теоретической основой для проведения реального эксперимента в задании 24. В задании вам предложен раствор определенного вещества и набор реактивов. Ваша задача — выбрать два реактива, с которыми исходное вещество будет реагировать с видимыми признаками.
Для успешного выполнения необходимо:
- Написать два молекулярных уравнения реакций.
- Указать признак протекания для каждой реакции (цвет осадка, выделение газа, растворение осадка и т.д.).
2. Основные признаки химических реакций
Чтобы правильно указать признак реакции, нужно знать цвета основных осадков и свойства выделяющихся газов.
- Выпадение осадка (↓): большинство сульфатов, карбонатов, фосфатов и гидроксидов нерастворимы. Нужно знать их цвета (например, гидроксид меди(II) — синий, сульфат бария — белый).
- Выделение газа (↑):
- CO₂ и SO₂ — бесцветные газы (SO₂ с резким запахом загорающейся спички).
- H₂S — бесцветный газ с запахом тухлых яиц.
- NH₃ — бесцветный газ с резким запахом (аммиака).
- H₂ — бесцветный газ без запаха (выделяется при реакции металлов с кислотами).
- Изменение окраски: происходит при образовании окрашенных растворимых соединений или комплексов.
3. Качественные реакции на катионы
Ниже представлены основные реакции, которые используются для обнаружения катионов металлов и иона аммония.
| Катион | Реагент (Анион) | Признак реакции | Пример молекулярного уравнения |
|---|---|---|---|
| Ag⁺ (Серебро) | Cl⁻ (Хлорид-ион) | Белый творожистый осадок | AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃ |
| Ba²⁺ (Барий) | SO₄²⁻ (Сульфат-ион) | Белый мелкокристаллический осадок (не растворяется в кислотах) | BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl |
| Ca²⁺ (Кальций) | CO₃²⁻ (Карбонат-ион) | Белый осадок (растворяется в кислотах) | CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl |
| Cu²⁺ (Медь II) | OH⁻ (Гидроксид-ион) | Голубой (или синий) желеобразный осадок | CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ |
| Fe²⁺ (Железо II) | OH⁻ (Гидроксид-ион) | Серо-зеленый осадок (буреет на воздухе) | FeCl₂ + 2KOH → Fe(OH)₂↓ + 2KCl |
| Fe³⁺ (Железо III) | OH⁻ (Гидроксид-ион) | Бурый (ржавый) осадок | FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl |
| Al³⁺, Zn²⁺ | OH⁻ (недостаток) | Белый желеобразный (студенистый) осадок, который растворяется в избытке щелочи | AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl |
| NH₄⁺ (Аммоний) | OH⁻ (при нагревании) | Выделение бесцветного газа с резким запахом | NH₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃↑ + H₂O |
4. Качественные реакции на анионы
Эти реакции помогают обнаружить кислотные остатки (анионы) в растворах солей или кислотах.
| Анион | Реагент (Катион) | Признак реакции | Пример молекулярного уравнения |
|---|---|---|---|
| Cl⁻ (Хлорид) | Ag⁺ (Ион серебра) | Белый творожистый осадок | KCl + AgNO₃ → AgCl↓ + KNO₃ |
| Br⁻ (Бромид) | Ag⁺ (Ион серебра) | Светло-желтый (желтоватый) осадок | NaBr + AgNO₃ → AgBr↓ + NaNO₃ |
| I⁻ (Иодид) | Ag⁺ (Ион серебра) | Желтый осадок | KI + AgNO₃ → AgI↓ + KNO₃ |
| SO₄²⁻ (Сульфат) | Ba²⁺ (Ион бария) | Белый осадок, нерастворимый в кислотах | Na₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ → BaSO₄↓ + 2NaNO₃ |
| CO₃²⁻ (Карбонат) | H⁺ (Сильная кислота) | Выделение бесцветного газа без запаха | K₂CO₃ + 2HCl → 2KCl + CO₂↑ + H₂O |
| SO₃²⁻ (Сульфит) | H⁺ (Сильная кислота) | Выделение бесцветного газа с резким запахом | Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂↑ + H₂O |
| S²⁻ (Сульфид) | H⁺ (Сильная кислота) | Выделение газа с запахом тухлых яиц | Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S↑ |
| S²⁻ (Сульфид) | Cu²⁺ или Pb²⁺ | Черный осадок | Na₂S + Cu(NO₃)₂ → CuS↓ + 2NaNO₃ |
| PO₄³⁻ (Фосфат) | Ag⁺ (Ион серебра) | Желтый осадок (растворяется в сильных кислотах) | Na₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃ |
| SiO₃²⁻ (Силикат) | H⁺ (Сильная кислота) | Белый студенистый осадок (выпадение геля) | Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓ |
5. Разбор типовых заданий
Рассмотрим, как правильно оформлять ответ на задание 23 на бланке.
Пример 1: Хлорид магния
Дан раствор хлорида магния, а также набор следующих реактивов: растворы гидроксида натрия, серной кислоты, нитрата серебра, карбоната калия и азотной кислоты.
Используя только реактивы из приведенного перечня, запишите молекулярные уравнения двух реакций, которые характеризуют химические свойства хлорида магния, и укажите признаки их протекания.
Анализ исходного вещества: Хлорид магния — MgCl₂. Состоит из катиона Mg²⁺ и аниона Cl⁻.
1. Ищем реактив на катион магния. Mg²⁺ образует нерастворимое основание белого цвета с гидроксид-ионами. В перечне есть гидроксид натрия (NaOH).
Уравнение: MgCl₂ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2NaCl
Признак: Выпадение белого осадка.
2. Ищем реактив на хлорид-анион. Cl⁻ дает качественную реакцию с ионами серебра. В перечне есть нитрат серебра (AgNO₃).
Уравнение: MgCl₂ + 2AgNO₃ → 2AgCl↓ + Mg(NO₃)₂
Признак: Выпадение белого творожистого осадка.
Примечание: С карбонатом калия (K₂CO₃) также выпадет белый осадок MgCO₃, что тоже является правильным вариантом ответа (можно выбрать любую пару верных реакций).
Оформление ответа на бланке:
1) MgCl₂ + 2NaOH → Mg(OH)₂↓ + 2NaCl
Признак: выпадение белого осадка.
2) MgCl₂ + 2AgNO₃ → 2AgCl↓ + Mg(NO₃)₂
Признак: выпадение белого (творожистого) осадка.
Пример 2: Сульфат аммония
Дан раствор сульфата аммония, а также набор следующих реактивов: растворы хлорида бария, гидроксида калия, соляной кислоты, нитрата меди(II) и бромида калия.
Запишите молекулярные уравнения двух реакций, которые характеризуют химические свойства сульфата аммония, и укажите признаки их протекания.
Анализ исходного вещества: Сульфат аммония — (NH₄)₂SO₄. Состоит из иона аммония NH₄⁺ и сульфат-иона SO₄²⁻.
1. Ион аммония (NH₄⁺) дает качественную реакцию со щелочами при нагревании с выделением аммиака. В перечне есть гидроксид калия (KOH).
Уравнение: (NH₄)₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O
Признак: Выделение бесцветного газа с резким запахом.
2. Сульфат-ион (SO₄²⁻) определяется катионами бария. В перечне есть хлорид бария (BaCl₂).
Уравнение: (NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NH₄Cl
Признак: Выпадение белого осадка.
Оформление ответа на бланке:
1) (NH₄)₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2NH₃↑ + 2H₂O
Признак: выделение газа с резким запахом.
2) (NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NH₄Cl
Признак: выпадение белого осадка.