Хімія. 9 клас. Березан

§ 13. Якісні реакції на деякі йони

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • дізнаєтесь, які реакції називають якісними;
  • навчитесь виявляти йони Cl-, Br-, I-, SO2-4, PO3-4, CO2-3 в розчинах.

Складання йонно-молекулярних рівнянь

Серед реакцій обміну є низка реакцій, які дають змогу виявляти йони в розчинах.

Реакції, характерні для певних йонів, називають якісними.

Речовину, яку використовують для якісного виявлення того чи іншого йона, називають реактивом на цей йон.

Виявлення хлорид-, бромід- і йодид-іонів

Так, реактивом на йони Сl-, Вr-, I- є одна й та сама речовина — розчинна сіль Аргентуму(І) — аргентум(І) нітрат AgNO3.

Під час додавання розчину AgNO3 до налитих у різні пробірки розчинів калій хлориду КСl, калій броміду КВr і калій йодиду КI спостерігається утворення характерних осадів.

Складаємо відповідні молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій. У першій склянці випадає білий сирнистий осад, який не взаємодіє з кислотами:

КСl + AgNO3 = AgCl↓ + KNO3;

К+ + Cl- + Ag+ + NO-3 = AgCl↓ + K+ + NO-3.

Вилучивши однакові йони в лівій та правій частинах рівняння, отримаємо:

Cl- + Ag+ = AgCl↓.

У другій склянці, де міститься розчин калій броміду, спостерігаємо також випадання осаду, але жовтуватого кольору:

КВr + AgNO3 = AgBr↓ + KNO3.

Аргентум(І) бромід також не взаємодіє з кислотами:

К+ + Вr- + Ag+ + NO-3 = AgBr↓ + К+ + NO-3.

Вr- + Ag+ = AgBr↓.

У третій склянці, де міститься розчин калій йодиду, також спостерігаємо випадання осаду, але характерного жовтого кольору:

KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3.

Аргентум йодид теж не взаємодіє з кислотами:

К+ + I- + Ag+ + NO-3 = AgI↓ + К+ + NO-3.

I- + Ag+ = AgI↓.

Лабораторний дослід 7

Виявлення хлорид-іонів у розчині.

У першу пробірку налийте приблизно 2 мл розчину натрій хлориду, а в другу — стільки ж хлоридної кислоти. В обидві пробірки додайте по 2 краплі розчину аргентум(І) нітрату. Що спостерігаєте? Чи потрібно додавати в пробірки кислоту, щоб переконатись, що осад не реагує з нею? Напишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Демонстраційні досліди

Виявлення бромід- та йодид-іонів у розчині.

У першу пробірку налиймо приблизно 2 мл розчину калій броміду, а в другу — стільки ж калій йодиду. В обидві пробірки додаймо по 2 краплі розчину аргентум(І) нітрату. Що спостерігаєте? Напишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Висновок. Для якісного виявлення хлорид-, бромід- та йодид-іонів необхідно скористатись розчином аргентум(І) нітрату. У результаті його додавання утворюється нерозчинний у кислотах осад характерного кольору.

Виявлення сульфат-іонів

Для якісного виявлення сульфат-іонів у розчинах електролітів використовують розчинні солі Барію (наприклад, барій хлорид ВаСl2 або барій нітрат Ba(NO3)2). Якщо до розчину калій сульфату K24 долити розчин барій хлориду ВаСl2, то утвориться білий осад:

K2SO4 + ВаСl2 = BaSO4↓ + 2КСl;

+ + SO2-4 + Ва2+ + 2Сl- = ВаSO4↓ + 2К+ + 2Сl-.

SO2-4 + Ba2+ = BaSO4

Виявлення ортофосфат-іонів

Для якісного виявлення ортофосфат-іонів у розчинах електролітів використовують аргентум(І) нітрат AgNO3. Якщо до розчину калій ортофосфату К3РО4 долити розчин аргентум(І) нітрату AgNO3, то утвориться жовтий осад:

К3РО4 + 3AgNO3 = Ag3PO4 + 3KNO3;

+ + РО3-4 + 3Ag+ + 3NO-3 = Ag3PO4↓ + 3K+ + 3NO-3.

3Ag+ + PO3-4 = Ag3PO4.

Рис. 13.1. Виявлення сульфат- і ортофосфат-іонів

Лабораторний дослід 8

Виявлення сульфат-іонів у розчині.

У першу пробірку налийте приблизно 2 мл розчину натрій сульфату, а в другу — стільки ж розбавленого розчину сульфатної кислоти. В обидві пробірки долийте по 2 мл розчину барій хлориду. Що спостерігаєте? Яка сполука випала в осад у кожній пробірці? Чи можна стверджувати, що осад не взаємодіє з кислотами, чи це потрібно довести експериментально? Напишіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Висновок. Для якісного виявлення сульфат-іонів необхідно використати розчин солі Барію. У результаті її додавання випадає білий осад, який не взаємодіє з кислотами.

Демонстраційний дослід

Виявлення ортофосфат-іонів у розчині.

У пробірку налийте приблизно 2 мл розчину натрій ортофосфату й додайте 2-3 краплі розчину аргентум(І) нітрату AgNO3. Що спостерігаєте? Напишіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

Висновок. Для якісного виявлення ортофосфат-іонів у розчині необхідно використати розчин аргентум(І) нітрату AgNO3. У результаті його додавання випадає яскраво-жовтий осад, який не взаємодіє з кислотами.

Виявлення карбонат-іонів

Для якісного виявлення карбонатів використовують розчини кислот. Якщо до розчину калій карбонату K2CO3 долити хлоридної кислоти, то почнеться бурхливе виділення безбарвного газу, який не має запаху:

К2СО3 + 2НСl = 2КСl + СО2↑ + Н2О;

+ + СО2-3 + 2Н+ + 2Сl- = 2К+ + 2Сl- + СО2↑ + H2О;

СО2-3 + 2Н+ = СО2↑ + Н2О.

Це карбон(ІV) оксид, або вуглекислий газ. Розпізнають його, пропускаючи через прозору вапняну воду (розчин Са(ОН)2), що зумовлює її помутніння через утворення білої каламуті: Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3↓ + Н2О.

Рис. 13.2. Виявлення карбонат-іонів у розчині

Лабораторний дослід 9

Виявлення карбонат-іонів у розчині.

У пробірку налийте приблизно 2 мл розчину натрій карбонату й додайте 2-3 краплі хлоридної кислоти. Що спостерігаєте? Напишіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

У другу пробірку помістіть шматочок крейди і долийте хлоридної кислоти. Що спостерігаєте? Напишіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

Підсумки

Результати дослідів зведемо в таблицю.

Таблиця 13.1. Якісне виявлення деяких йонів

Йон

Реактив

Приклади реакцій

Ознаки реакції

Сl-

AgNO3

KCl + AgNO3 = AgCl↓ + KNO3

Сl- + Аg+ = АgСl↓

Випадання білого сирнистого осаду, що не взаємодіє з кислотами.

Вr-

AgNO3

KBr + AgNO3 = AgBr↓ + KNO3

Br- + Ag+ = AgBr↓

Випадання жовтуватого осаду, нерозчинного в кислотах.

I-

AgNO3

KI + AgNO3 = AgI↓ + KNO3

I- + Ag+ = AgI↓

Випадання характерного жовтого осаду, що не взаємодіє з кислотами.

SO2-4

BaCl2, Ba(NO3)2

K2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2KCl

SO2-4 + Ba2+ = BaSO4

Утвориться білий осад, що не взаємодіє з кислотами.

PO3-4

AgNO3

K3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3KNO3

3Ag+ + PO3-4 = Ag3PO4

Утвориться яскраво-жовтий осад, що не взаємодіє з кислотами.

CO2-3

HCl

K2CO3 + 2HCl = 2KCl + СО2↑ + H2O

CO2-3 + 2H+ = СО2↑ + H2O

Виділення газу без запаху і кольору, який розпізнають, пропускаючи крізь вапняну воду, що зумовлює її помутніння.

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

Доволі цікавими експериментальними задачами є задачі на дослідження невідомої речовини з метою встановлення її складу.

Дано: розчин солі Калію. Дослідити: які аніони містить ця сіль, коли відомо, що це не сульфат.

До розчину, який досліджують, доливають розчин AgNO3, що дає змогу виявляти йони S2-, Сl-, Вr-, I- та РО3-4. (Зауважмо, що Ag2S — осад чорного кольору.)

Випадає білий осад. Робимо попередній висновок: розчин не містив йонів S2-, Вr-, I- та РО3-4, оскільки вони утворюють з катіоном Ag+ кольорові осади. Але білий осад утворює також Ag2CO3 (дивимось таблицю розчинності).

Робимо попередній висновок: це аргентум(І) карбонат або аргентум(І) хлорид. Ми знаємо, що карбонати скипають під дією кислот, а аргентум(І) хлорид з кислотою не взаємодіє.

Додаємо розчин нітратної кислоти. Осад не розчиняється. Отже, у пробірці міститься аргентум(І) хлорид, а досліджуваний розчин спочатку містив калій хлорид.

Контрольні запитання

  • 1. В одній пробірці міститься калій сульфат, а в іншій — калій карбонат. Запропонуйте методику визначення вмісту пробірок.
  • 2. Як довести, що певний водний розчин містить хлорид-іони?
  • 3. Який реактив використовують для виявлення ортофосфат-іонів?
  • 4. Чи можна за допомогою хлоридної кислоти довести, що вибрана сіль є цинк карбонатом, а не цинк сульфатом?
  • 5. Який реактив використовують для якісного виявлення бромід-іонів?
  • 6. Як експериментально розрізнити у трьох пронумерованих пробірках розчини MgCl2, MgBr2 і MgI2?
  • 7. Чи можна під час проведення якісної реакції на сульфат-іони в разі відсутності розчину солі Барію використати Ва(ОН)2? Чому?
  • 8. Як експериментально розрізнити розчини калій сульфату і калій ортофосфату, що містяться в пробірках?
  • 9. У трьох пронумерованих пробірках містяться розчини калій ортофосфату, калій броміду та калій карбонату. Як експериментально розрізнити вміст пробірок?
  • 10. У двох пронумерованих пробірках містяться хлоридна кислота і розчин сульфатної кислоти. Як експериментально розрізнити вміст пробірок?
  • 11. У двох пронумерованих пробірках містяться розчини натрій ортофосфату і натрій сульфату. Як експериментально розрізнити вміст пробірок?
  • 12. У трьох пронумерованих пробірках містяться розчини сульфатної кислоти, натрій сульфату та натрій карбонату. Як експериментально розрізнити вміст пробірок?

Навчальні проекти

  • 1. Електроліти в сучасних акумуляторах.
  • 2. Вирощування кристалів солей.
  • 3. Виготовлення розчинів для надання долікарської допомоги.
  • 4. Дослідження pH ґрунтів певної місцевості.
  • 5. Вплив кислотності ґрунтів на розвиток і видовий склад рослинності.
  • 6. Дослідження pH атмосферних опадів та їх впливу на довкілля.
  • 7. Дослідження властивостей індикаторів натурального походження.
  • 8. Дослідження pH середовища мінеральних вод України.

Практична робота № 1

Реакції йонного обміну між електролітами у водних розчинах.

Завдання 1. Користуючись таблицею розчинності, передбачте, як з магній сульфату одержати магній нітрат. Своє припущення перевірте експериментально. Опишіть спостереження. Складіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

Завдання 2. Вам видано розчини: магній броміду, натрій карбонату, сульфатної кислоти та калій гідроксиду. Користуючись таблицею розчинності, установіть, між якими парами речовин із цього переліку може відбутись хімічна реакція. Перевірте ваші міркування експериментально й опишіть спостереження. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Завдання 3. Які реакції йонного обміну можна здійснити, маючи розчини барій гідроксиду, купрум(ІІ) сульфату, калій нітрату, а також хлоридну кислоту? Користуючись таблицею розчинності, установіть, між якими парами речовин із цього переліку може відбутись хімічна реакція. Перевірте ваші міркування експериментально й опишіть спостереження. Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Завдання 4. Користуючись таблицею розчинності, доберіть електроліти і здійсніть реакції, які відповідають йонно-молекулярним рівнянням:

а) Ζn2+ + 2ОН- = Ζn(OΗ)2↓;

б) Са2+ + SiO2-3 = CaSiO3.

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій. Сформулюйте висновки.

Практична робота № 2

Розв'язування експериментальних задач.

Для здійснення експериментів використовуйте видане лабораторне обладнання (штатив із пробірками, тримач для пробірок, скляні палички), реагенти, воду і таблицю розчинності.

Задача 1. У трьох пронумерованих пробірках містяться білі порошки магній сульфату, магній карбонату і магній хлориду. Як експериментально розрізнити вміст пробірок? Результати досліджень упишіть у таблицю.

№ пробірки

Розчинність у воді

Формула реактиву

Спостереження

Формула речовини в пробірці

1

2

3

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Задача 2. У чотирьох пронумерованих пробірках містяться розчини калій ортофосфату, калій броміду, калій йодиду та калій карбонату. Як експериментально розрізнити вміст пробірок?

Під час виконання роботи ви використовуєте метод проб: із пробірки № 1 відливаєте 1 мл розчину в чисту пробірку (проба 1) й додаєте 1 мл хлоридної кислоти. Що спостерігаєте? Далі відбираєте з пробірки № 1 в чисту пробірку таку саму пробу (проба 2) і додаєте 1 мл розчину аргентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Повторіть ці маніпуляції з пробірками № 2, № 3, № 4.

Результати спостережень і досліджень упишіть у таблицю.

№ пробірки

Реактиви

Висновки

хлоридна кислота

аргентум(І) нітрат

1

2

3

4

Складіть молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій.

Зробіть висновки.