Хімія. 9 клас. Гранкіна

§ 13. ЯКІСНІ РЕАКЦІЇ. ПОНЯТТЯ ПРО рН РОЗЧИНУ

— І про що ти думаєш, дивлячись на ці пробірки?

— Вони всі з водою!

— Ну звичайно, ні. Ти думаєш, якщо прозора безбарвна рідина — то це обов'язково вода? Тут тільки в першій пробірці вода, у другій — розчин натрій хлориду, а в третій — розчин натрій сульфату. От мені треба якось визначити, що де міститься. Але я не знаю як, бо рідини однакові.

— Це дуже просто! Треба знати якісні реакції.

— А що таке якісні реакції?

— Зараз дізнаєшся.

Хіміки часто мають потребу визначити склад речовини. Якщо речовина електроліт, то завдання зводиться до визначення йонів, на які дисоціює ця речовина в розчині. Для цього існують якісні реакції.

Якісними називають такі реакції, з допомогою яких можна визначити, атоми або групи атомів яких елементів входять до складу речовини.

Для електролітів це визначення буде звучати так:

Якісними називають такі реакції, з допомогою яких можна визначити, які йони входять до складу речовини.

У результаті якісної реакції повинна утворюватися речовина зі специфічними властивостями, не схожа на інші. Наприклад, для якісного визначення йонів Cl- використовують йони Ag+, тому що осад AgCl, який утворюється, досить специфічний, не схожий на інші: це білий сирнистий (або пластівчастий) осад. Жодний інший осад так не виглядає.

Розберемо деякі якісні реакції на йони, які містяться у водному розчині.

ВИЗНАЧЕННЯ ЙОНІВ H+ І OH-

Ці йони, як ви знаєте, утворюються в результаті дисоціації кислот або лугів відповідно.

Наявність у розчині йонів Гідрогену, які обумовлюють кислотне середовище, та гідроксид-іонів, які обумовлюють лужне середовище, можна виявити з допомогою індикаторів — речовин, що змінюють забарвлення залежно від кислотності й лужності середовища (табл. 8).

Таблиця 8

Зміна кольору індикаторів у різних середовищах

Лабораторний дослід

«Виявлення йонів Гідрогену та гідроксид-іонів у розчинах»

Візьмемо три пробірки. У першу наллємо 1-2 мл розчину кислоти, у другу — стільки ж розчину лугу, у третю — води.

Додамо в кожну пробірку по кілька крапель розчину лакмусу. Спостерігаємо зміну кольору розчинів: лакмус у кислотному середовищі стає червоним, у лужному — синім, а в нейтральному середовищі забарвлення лакмусу залишається фіолетовим.

Поясніть зміну кольору. Чому неважливо, розчин якої кислоти й лугу ми використовуємо?

ВОДНЕВИЙ ПОКАЗНИК рН

Для кількісного визначення кислотності (або лужності) розчину (часто говорять «середовища») використовують водневий показник — pH («пе аш»). Кожне значення pH відповідає певному вмісту катіонів Гідрогену в 1 л розчину.

У розчинах кислот уміст катіонів Гідрогену збільшується, а вміст гідроксид-іонів зменшується, у розчинах лугів спостерігається зворотна картина. Відповідно до цього змінюється й значення водневого показника (pH).

За кімнатної температури в нейтральних розчинах pH = 7, в кислотних розчинах pH < 7, а в лужних pH > 7. Приблизно значення pH водного розчину можна визначити з допомогою індикаторів.

Наприклад, метиловий оранжевий за pH < 3,1 має червоний колір, а за pH > 9,4 — жовтий; лакмус за pH < 6,1 — червоний, а за pH > 8 — синій і т. д.

Спробуйте самі визначити середовище за таких значень pH. Більш точно (до сотих часток) значення pH можна визначити з допомогою спеціальних приладів — pH-метрів.

Дізнайтеся більше

Значення pH часто вказують на етикетках мийних косметичних засобів. Це важливо, тому що в нас на шкірі й волоссі в нормі дуже слабкокисле середовище, тому постійне використання мийних засобів з pH > 7 (лужне середовище) призводить до погіршення стану шкіри й волосся. А от прати сильно забруднені речі краще в слабколужному середовищі.

У кислому середовищі гірше розвиваються гнильні бактерії, тому під час консервування овочів у банки додають оцтову кислоту.

У нашому організмі різні тканини мають різне значення pH. Це необхідна умова для нормальної роботи організму.

Лабораторний дослід

«Встановлення приблизного значення pH води і різних розчинів з допомогою універсального індикатора»

Підготуйте пробірки: з дистильованою водою, з розчинами натрій гідроксиду, хлоридної кислоти, харчової соди, мийного засобу для посуду, господарського й дитячого мила, засобу для прання. Усі розчини з масовою долею розчиненої речовини — приблизно 10 %. Опустіть у кожну пробірку смужку індикаторного паперу, вийміть його й порівняйте отриманий колір зі зразком на упакуванні паперу.

Визначте приблизне значення pH, укажіть середовище кожного розчину.

Дізнайтеся більше

Для дощової води середнє значення pH дорівнює 5,6. У випадку, коли pH опадів менше 5,6, говорять про кислотні дощі. Сполуками, що призводять до зниження рівня pH в опадах, є оксиди Сульфуру, Нітрогену, гідроген хлорид і леткі органічні сполуки.

Підвищена кислотність опадів призводить до пригнічення життя рослин і тварин, руйнування ґрунтів, а також будівель.

ВИЗНАЧЕННЯ ЙОНІВ Cl-, Br-, I-

Для якісного визначення цих трьох йонів необхідний реагент, який містить йони Ag+.

Лабораторний дослід

«Виявлення хлорид-іонів, бромід-іонів і йодид-іонів у розчині»

Візьміть 3 пробірки й налийте: в першу — 1-2 мл розчину хлориду, наприклад натрій хлориду або хлоридну кислоту, у другу — розчин броміду, наприклад калій броміду, у третю — йодиду, наприклад калій йодиду. У кожну пробірку додайте по декілька крапель розчину арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Чи можна було взяти інші розчинні хлориди, броміди, йодиди? Чому?

Додайте в кожну пробірку по кілька крапель розчину нітратної кислоти.

Зверніть увагу: осади не розчиняються.

Як ви вже помітили, характерною рисою є структура осадів — вони сирнисті, пластівчасті.

А от колір змінюється зі зміною йона галогену: AgCl — білий, AgBr — жовтуватий, AgI — жовтувато-коричневий.

Напишіть молекулярні, повні й скорочені йонні рівняння реакцій, які були здійснені в цьому досліді.

ВИЗНАЧЕННЯ ЙОНІВ SO2-4 У РОЗЧИНІ

Якісним реактивом на йони SO2-4 є йони Ba2+.

Лабораторний дослід «Виявлення сульфат-іонів у розчині»

У пробірку налийте 1-2 мл розчину сульфатної кислоти або будь-якого сульфату. Додайте трохи розчину солі Барію або барій гідроксиду. Розчин відразу стає білим, як молоко. Це утворився білий порошкоподібний осад BaSO4. Він досить швидко осідає на дно пробірки.

Додамо в пробірку розчин нітратної кислоти. Осад не розчиняється.

На перший погляд, утворення білого порошкоподібного осаду можливе в різних реакціях. Що ж тут незвичайного? Чому ця реакція якісна? Виявляється, BaSO4 не розчиняється в кислотах (ми це перевірили). От такий цей осад.

Напишіть молекулярні, повні й скорочені йонні рівняння реакції, яку було здійснено в цьому досліді.

ВИЗНАЧЕННЯ ЙОНІВ PO3-4 У РОЗЧИНІ

Для визначення цих йонів потрібен якісний реактив, який містить йони Ag+.

Лабораторний дослід

«Виявлення ортофосфат-іонів у розчині»

У пробірку налийте 1-2 мл розчину ортофосфатної кислоти або будь-якого ортофосфату. Додайте трохи розчину арґентум(І) нітрату. Випадає красивий жовтий осад.

Йони Ag+ , як ми вже знаємо, утворюють жовтуватий осад з йонами Br-. Але в цьому випадку осад не пластівчастий, а порошкоподібний, та й колір інший — яскравіший.

Напишіть молекулярні, повні й скорочені йонні рівняння реакції, яку було здійснено в цьому досліді.

ВИЗНАЧЕННЯ ЙОННІВ CO2-3 У РОЗЧИНІ

Для визначення цих йонів якісним реактивом може бути розчин будь-якої сильнішої кислоти.

Лабораторний дослід «Виявлення карбонат-іонів у розчині»

У пробірку налийте 1-2 мл розчину будь-якого карбонату. Додайте акуратно трохи хлоридної кислоти. Активно виділяються бульбашки газу.

Що це за газ? Як він утворився?

Карбонатна кислота, яка утворює карбонати, дуже нестійка й під час виділення моментально розкладається на вуглекислий газ і воду. У такому випадку ми спостерігаємо виділення CO2.

Напишіть молекулярні, повні й скорочені йонні рівняння реакції, що було проведено в цьому досліді.

Тепер із допомогою якісних реакцій ми можемо відрізнити різні речовини, які навіть зовні майже однакові, наприклад натрій карбонат від натрій сульфату.

У таблиці 9 наведено якісні реакції на деякі аніони.*

* Якісні реакції на деякі катіони див. у додатку на с. 300.

Таблиця 9

Якісні реакції на аніони

Аніон

Реагент

Рівняння реакції

Спостережувані явища

Cl-

Ag+

Ag+ + Cl- = AgCl↓

Білий сирнистий осад

Br-

Ag+

Ag+ + Br- = AgBr↓

Жовтуватий сирнистий осад

I-

Ag+

Ag+ + I- = AgI↓

Жовтувато-коричневий сирнистий осад

CO2-3

H+

CO2-3 + 2H+ = H2O + CO2

Виділяється газ

OH-

Метилоранж

Зміна кольору індикатора

Жовто-гаряче забарвлення змінюється на жовте

Лакмус

Зміна кольору індикатора

Фіолетове забарвлення змінюється на синє

Фенолфталеїн

Зміна кольору індикатора

З'являється малинове забарвлення

S2-

Cu2+або Pb2+

Cu2+ + S2- = CuS↓

Pb2+ + S2- = PbS↓

Чорний осад

SO2-3

H+

SO2-3 + 2H+ = H2O + SO2

Характерний запах або почервоніння вологого лакмусового паперу

SO2-4

Ba2+

SO2-4 + Ba2+ = BaSO4

Білий осад, не розчинний ані у воді, ані в кислотах

SiO2-3

H+

SiO2-3 + 2H+ = H2SiO3

Білий драглистий осад

PO3-4

Ag+

3Ag+ + PO3-4 = Ag3PO4

Жовтий осад

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

  • 171. Які реакції називають якісними? Чому?
  • 172. Як визначити йони H+ і OH- у розчині?
  • 173. Охарактеризуйте поняття «водневий показник» і з'ясуйте його значення.
  • 174. Наведіть приклади розчинів з різним показником pH.
  • 175. Які йони необхідні для визначення йонів:

Cl-, Br-, I-, SO2-4, PO3-4, CO2-3?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

176. Напишіть у молекулярній і йонній формах рівняння якісних реакцій, з допомогою яких можна виявити в розчині йони:

Cl- ____

CO2-3 ____

SO2-4 ____

S2- ____

SiO2-3 ____

Br- ____

Поясніть ваші відповіді.

177. Як розчином однієї солі розрізнити водні розчини Ca(NO3)2 і HCl? Напишіть рівняння відповідних хімічних реакцій у молекулярній і йонній формах, укажіть явища, що їх супроводжують.

178. Якого забарвлення набуде розчин лакмусу, який долили до розчину, що утворився після закінчення реакції між 1,5 моль хлороводню і 2 моль калій гідроксиду? Поясніть ваше рішення.

179. Яка кількість речовини солі та який об'єм водню утвориться під час взаємодії цинку з 200 г 22%-го розчину хлоридної кислоти?

180. До розчину, що містить суміш карбонату і натрій гідроксиду, спочатку додали надлишок розчину барій нітрату, а потім — сульфатної кислоти. Які йони залишились у розчині? Напишіть рівняння реакцій.

181. До розчину, який містить суміш калій сульфіту і натрій хлориду, спочатку додали надлишок розчину хлоридної кислоти, а потім — арґентум(І) нітрату. Які йони залишились у розчині? Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій.

Для допитливих

182. Мінерал гідрогаліт має у складі йони Натрію. Під час розчинення 9,4 г цього мінералу в 100 мл води отримали розчин з масовою часткою розчиненої речовини 5,35 %. Під час дії арґентум(І) нітрату на цей розчин утворюється білий сирнистий осад. Визначте з допомогою розрахунків формулу мінералу.

183. Білі кристали солі А після додавання краплі води перетворюються на сині кристали солі Б, які повністю розчиняються у воді з утворенням блакитного розчину В. Якщо до розчину В додати розчин натрій гідроксиду, випадає блакитний осад Г, а після додавання розчину барій хлориду випадає білий осад Д, який не розчиняється в розчині кислот. Визначте речовини А, Б, В, Г, Д.

184. Невелику кількість речовини Х блідо-зеленого кольору було поміщено в пробірку й розчинено у воді. Отриманий розчин розділили на дві частини. Після додавання до розчину першої пробірки — розчину натрій гідроксиду — випав осад брудно-зеленого кольору; до розчину другої пробірки — розчину барій нітрату — випав білий осад, що не розчиняється в розчинах кислот. Визначте формулу речовини Х, якщо відомо, що вона є кристалогідратом, масова частка двовалентного металу в якому дорівнює 20,14 %, а в його безводній солі — 36,8 %.

185. Натрій масою 0,23 г розчинили у воді масою 180 г. Обчисліть масову частку лугу в розчині, що утворився.

186. До розчину масою 1000 г з масовою часткою купрум(ІІ) сульфату 16 % додали надлишок розчину калій гідроксиду. Обчисліть масу блакитного осаду, що утворився після реакції.

187. До розчину сульфатної кислоти масою 200 г з масовою часткою розчиненої речовини 4,9 % додали надлишок розчину барій хлориду. Обчисліть масу білого осаду, що утворився після реакції.

188. До розчину нітратної кислоти масою 200 г з масовою часткою розчиненої речовини 6,3 % додали розчин натрій гідроксиду до повної нейтралізації кислоти. Обчисліть масу солі, що утворилася після реакції. Яку масу розчину лугу з масовою часткою натрій гідроксиду 4 % треба взяти для нейтралізації кислоти?

189. Обчисліть масу й об'єм води, яку необхідно додати до літій оксиду масою 15 г, щоб одержати розчин лугу з масовою часткою розчиненої речовини 10 %.