№24. Идентификация веществ: качественные реакции и выбор реактива
Задание №24 проверяет качественный анализ: по паре веществ или по реактиву нужно выбрать, чем различить вещества. Реактив годится только тогда, когда он даёт заметный признак с одним веществом и не даёт его со вторым. Соберём качественные реакции на ионы и газы в одну таблицу и разберём логику исключения.
Качественная реакция — это реакция с внешним, видимым эффектом, по которому узнают ион или вещество. Признаков всего четыре вида: выпадение осадка определённого цвета, выделение газа с характерным запахом или цветом, изменение окраски раствора и растворение осадка в избытке реактива. В задании №24 реактив считается подходящим только в том случае, если с одним веществом пары он даёт такой признак, а со вторым — либо ничего, либо совсем другой признак.
Ba^2+ + SO4^2− → BaSO4 (белый осадок, не растворяется в кислотах)
NH4^+ + OH^− →(t) NH3 (газ) + H2O
| Ион или вещество | Реактив | Признак реакции |
|---|---|---|
| H^+ (кислота) | лакмус, метилоранж, сода | лакмус краснеет, с содой выделяется CO2 |
| NH4^+ | раствор NaOH при нагревании | выделяется аммиак с резким запахом, синеет влажная лакмусовая бумага |
| Ba^2+ | H2SO4 или Na2SO4 | белый осадок BaSO4, не растворяется в азотной кислоте |
| Ca^2+ | Na2CO3 | белый осадок CaCO3 |
| Cu^2+ | NaOH, раствор аммиака | голубой осадок Cu(OH)2, с аммиаком яркий сине-фиолетовый раствор |
| Fe^2+ | NaOH | зеленоватый осадок Fe(OH)2, на воздухе буреет |
| Fe^3+ | NaOH, KSCN | бурый осадок Fe(OH)3, с роданидом кроваво-красный раствор |
| Al^3+ | NaOH, затем избыток NaOH | белый осадок Al(OH)3, растворяется в избытке щёлочи |
| Zn^2+ | NaOH, затем избыток NaOH | белый осадок Zn(OH)2, растворяется в избытке щёлочи |
| Mg^2+ | NaOH | белый осадок Mg(OH)2, в избытке щёлочи не растворяется |
| Ag^+ | HCl или NaCl | белый творожистый осадок AgCl |
| Pb^2+ | Na2S, KI | чёрный осадок PbS, жёлтый осадок PbI2 |
| Cl^− | AgNO3 | белый осадок AgCl |
| Br^− | AgNO3 | светло-жёлтый осадок AgBr |
| I^− | AgNO3, бромная вода | жёлтый осадок AgI, бурая окраска иода с бромной водой |
| SO4^2− | BaCl2 | белый осадок BaSO4 |
| SO3^2− | HCl | выделяется SO2 с резким запахом, обесцвечивает бромную воду |
| CO3^2− | HCl | выделяется CO2, мутнеет известковая вода |
| SiO3^2− | HCl | студенистый осадок H2SiO3 |
| PO4^3− | AgNO3 | жёлтый осадок Ag3PO4 |
| S^2− | HCl, Pb(NO3)2 | запах сероводорода, чёрный осадок PbS |
Отдельно разберём газы, потому что в задании их часто нужно различать. Оксид углерода (IV) обнаруживают известковой водой: раствор мутнеет из-за образования карбоната кальция. Оксид серы (IV) обесцвечивает бромную воду и подкисленный раствор перманганата калия, потому что окисляется. Аммиак узнают по резкому запаху, по посинению влажной лакмусовой бумаги и по белому дыму при поднесении стеклянной палочки с соляной кислотой. Водород восстанавливает медь из оксида меди (II): чёрный порошок становится красным. Хлор вытесняет иод из иодида калия, и раствор буреет.
| Газ | Реактив или способ обнаружения | Наблюдение |
|---|---|---|
| CO2 | известковая вода Ca(OH)2 | помутнение раствора |
| SO2 | бромная вода, подкисленный KMnO4 | обесцвечивание растворов |
| NH3 | влажная лакмусовая бумага, HCl | посинение бумаги, белый дым NH4Cl |
| H2 | CuO при нагревании | чёрный порошок становится красным |
| O2 | тлеющая лучинка | лучинка вспыхивает |
| Cl2 | раствор KI | раствор буреет, выделяется иод |
| HCl | AgNO3 | белый осадок AgCl |
| NO2 | цвет и запах | бурый газ |
Особая ловушка задания — амфотерность. Гидроксиды алюминия и цинка выпадают в осадок при добавлении щёлочи, но растворяются в её избытке, а гидроксид магния или железа так себя не ведёт. Поэтому щёлочь уверенно различает пары AlCl3 и MgCl2, ZnSO4 и K2SO4. Вторая ловушка — цвет осадка: с нитратом серебра хлорид даёт белый осадок, бромид светло-жёлтый, иодид жёлтый, и именно по цвету различают галогениды. Третья ловушка — одинаковый признак у обоих веществ: гидроксид кальция даёт белый осадок и с углекислым газом, и с сернистым, поэтому для этой пары он не подходит.
- Шаг 1. Для каждой пары выпиши, что даёт реактив с первым веществом и что со вторым: реактив годится только при различии наблюдений.
- Шаг 2. Начинай с однозначных пар: карбонат и кислота, соль аммония и щёлочь, сульфат и соль бария, галогенид и нитрат серебра узнаются сразу.
- Шаг 3. Если реактив даёт осадок с обоими веществами пары, сравни цвета осадков: белый AgCl и жёлтый AgI различить можно, а два белых осадка — нет.
- Шаг 4. Среди пар гидроксидов и солей металлов вспоминай про амфотерность: растворение осадка в избытке щёлочи отличает алюминий и цинк от магния и железа.
- Шаг 5. Если в задании даны реактивы, а не пары, иди в обратную сторону: подумай, какой признак даёт реактив и с какими веществами перечня он проявляется.
- Шаг 6. Отмечай использованные номера, чтобы не потерять оставшиеся пары, и в конце проверь, что каждое вещество перечня получило своё место.
Техника безопасности. 1) Никогда не пробуй вещества на вкус и не наклоняйся над сосудом, чтобы понюхать: пары направляй к себе лёгким движением руки. 2) Работай с малыми количествами веществ: для качественной реакции достаточно нескольких капель раствора. 3) Опыты с выделением ядовитых газов (Cl2, SO2, NO2, H2S) проводи только в вытяжном шкафу. 4) Концентрированные кислоты и щёлочи приливают осторожно, а при разбавлении кислоту добавляют в воду, а не наоборот. 5) Не смешивай неизвестные вещества наугад и не выливай остатки обратно в склянку с реактивом. 6) При попадании кислоты или щёлочи на кожу немедленно промой место большим количеством воды и сообщи преподавателю.
Типичные ошибки. 1) Выбирают реактив, который даёт одинаковый признак с обоими веществами: с Ca(OH)2 и CO2, и SO2 дают белый осадок, поэтому эта пара газов так не различается. 2) Забывают про цвет осадка: с AgNO3 хлорид даёт белый осадок, бромид светло-жёлтый, иодид жёлтый, и различает их именно цвет. 3) Не учитывают амфотерность: и Al(OH)3, и Zn(OH)2 растворяются в избытке щёлочи, поэтому щёлочь различает их с магнием, а не друг с другом. 4) Считают, что достаточно самого факта реакции: без видимого признака различить вещества нельзя. 5) Путают продукты реакций кислот с солями: карбонат даёт CO2, а сульфит даёт SO2, и признаки у этих газов разные. 6) Записывают ответ не под теми буквами: цифры должны стоять строго в порядке А, Б, В, Г.
Проверь себя
- Почему гидроксид кальция не различает CO2 и SO2, а подкисленный раствор перманганата калия различает?
- Как по цвету осадка с нитратом серебра различить хлорид, бромид и иодид?
- Каким реактивом можно различить AlCl3 и MgCl2 и что при этом наблюдают?
- Почему иодид калия помогает обнаружить хлор, а хлороводород с ним не реагирует?
- Почему при работе с летучими ядовитыми газами опыты проводят в вытяжном шкафу и с малыми количествами веществ?
Показательные решения
- Даны четыре пары газов — CO2 и SO2, H2 и NH3, Cl2 и HCl, H2 и N2 — и пять реактивов: фенолфталеин, KMnO4, KI, CuO, Ca(OH)2. Для каждой пары нужно выбрать реактив, который различает вещества.
- А) CO2 и SO2. Подкисленный раствор перманганата калия окисляет оксид серы (IV), и фиолетовая окраска исчезает, а с углекислым газом изменений нет. Гидроксид кальция не подходит: он даёт белый осадок с обоими газами. Значит, вариант 2.
- Б) H2 и NH3. Оба газа восстанавливают оксид меди (II) и оба обесцвечивают перманганат, но аммиак имеет щелочную среду, а водород — нет. Фенолфталеин в растворе аммиака даёт малиновую окраску, поэтому он и различает пару. Вариант 1.
- В) Cl2 и HCl. Хлор вытесняет иод из иодида калия: Cl2 + 2KI → 2KCl + I2, раствор буреет. Хлороводород с иодидом калия не реагирует. Вариант 3.
- Г) H2 и N2. Водород восстанавливает медь из оксида меди (II): CuO + H2 → Cu + H2O, и чёрный порошок становится красным. Азот с оксидом меди не реагирует. Вариант 4.
- Записываем цифры под буквами: А — 2, Б — 1, В — 3, Г — 4. Ответ: 2134.
Ответ: 2134
Официальное решение из банка ФИПИ
Установим соответствие. A) Оксид серы (IV), в отличие от оксида углерода (IV), способен окисляться (обесцвечивать подкисленный раствор марганцовки). При этом реакция с гидроксидом кальция не подходит, так как для обоих газов при их пропускании через раствор гидроксида образуются одинаковые белые осадки, растворимые при избытке газа (2). Б) Аммиак и водород являются хорошими восстановителями, они восстанавливают медь из соответствующего оксида, обесцвечивают раствор марганцовки, но аммиак, в отличие от водорода, имеет щелочную среду (окрашивает раствор фенолфталеина) (1). В) Хлор, в отличие от хлороводорода, может окислить иодид калия. Вытеснение галогенов галогенами, стоящими выше по группе, из соответствующих солей является особенным свойством для данного класса веществ, так как выделяющиеся газы имеют характерный цвет (3). Г) Водород, в отличие от азота, может восстановить медь из оксида меди (II) (4). Ответ: 2134.
- Даны пары KNO3 и KBr, ZnCl2 и MgCl2, K2CO3 и K2SO4, NH4Cl и NaCl. Реактивы: BaCl2, AgNO3, CaCO3, HCl, NaOH.
- А) KNO3 и KBr. Нитрат серебра даёт с бромидом светло-жёлтый осадок AgBr, а с нитратом калия осадка не образуется, ведь все нитраты растворимы. Подходит вариант 2.
- Б) ZnCl2 и MgCl2. Со щёлочью оба дают белый осадок, но гидроксид цинка амфотерен и растворяется в избытке щёлочи, а гидроксид магния остаётся. Значит, различает щёлочь — вариант 5.
- В) K2CO3 и K2SO4. Соляная кислота выделяет из карбоната углекислый газ, а с сульфатом калия не реагирует. Вариант 4.
- Г) NH4Cl и NaCl. При нагревании со щёлочью хлорид аммония выделяет аммиак, который узнают по резкому запаху и по посинению влажной лакмусовой бумаги. Вариант 5.
- Собираем ответ по буквам: 2, 5, 4, 5. Ответ: 2545.
Ответ: 2545
Официальное решение из банка ФИПИ
Установим соответствие. А) Бромид калия (в отличие от нитрата калия) реагирует с нитратом серебра (2). Б) Хлорид магния при взаимодействии со щелочью образует нерастворимое основание гидроксид магния, а хлорид цинка при взаимодействии со щелочью образует амфотерный гидроксид цинка, который при добавлении избытка щелочи растворится (5). В) Карбонат калия (в отличие от сульфата калия) реагирует с соляной кислотой с выделением углекислого газа (4). Г) Хлорид аммония (в отличие от хлорида натрия) реагирует со щелочью с выделением газообразного аммиака (5). Ответ: 2545.
- Даны пары NaCl и NaI, CaSO4 и CaSO3, KNO3 и Ba(NO3)2, AlCl3 и MgCl2. Реактивы: Na2SO4, Cu(OH)2, AgNO3, HCl, KOH.
- А) NaCl и NaI различает нитрат серебра по цвету осадков: хлорид даёт белый осадок AgCl, а иодид — жёлтый осадок AgI. Вариант 3.
- Б) CaSO4 и CaSO3 различает соляная кислота: из сульфита выделяется оксид серы (IV) с резким запахом, а сульфат кальция с соляной кислотой не реагирует. Вариант 4.
- В) KNO3 и Ba(NO3)2 различает сульфат натрия: с нитратом бария выпадает белый осадок BaSO4, а с нитратом калия изменений нет, потому что все нитраты и сульфаты натрия и калия растворимы. Вариант 1.
- Г) AlCl3 и MgCl2 различает гидроксид калия: оба дают белый осадок, но амфотерный гидроксид алюминия растворяется в избытке щёлочи, а гидроксид магния не растворяется. Вариант 5.
- Записываем по буквам: 3, 4, 1, 5. Ответ: 3415.
Ответ: 3415
Официальное решение из банка ФИПИ
Установим соответствие. А) NaCl и NaI: при реакции с нитратом серебра в случае с хлоридом натрия образуется белый хлорид серебра, а в случае йодида — желтый йодид серебра (3). Б) CaSO₄ и CaSO₃: сульфит кальция будет реагировать с соляной кислотой с образованием диоксида серы (4). В) KNO₃ и Ba (NO₃)₂: нитрат бария образует осадок сульфата бария при реакции с сульфатом натрия (1). Г) AlCl₃ и MgCl₂: и хлорид алюминия, и хлорид магния при добавлении гидроксида калия образуют осадки нерастворимых гидроксидов, но амфотерный гидроксид алюминия, в отличие от гидроксида магния, может раствориться при добавлении избытка щелочи (5). Ответ: 3415.