Номер 35, страница 196 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.35. Как различить растворы гидрофторида, фторида и хлорида натрия, используя один реагент?

Дано:

Растворы: гидрофторид натрия ($NaHF_2$), фторид натрия ($NaF$), хлорид натрия ($NaCl$).

Найти:

Один реагент, позволяющий различить все три раствора.

Решение:

Для различения данных растворов необходимо проанализировать их свойства. Все три вещества являются солями натрия, но их водные растворы имеют разную реакцию среды (pH) из-за гидролиза или диссоциации анионов.

• Раствор хлорида натрия ($NaCl$) нейтрален ($pH \approx 7$), так как он образован сильным основанием ($NaOH$) и сильной кислотой ($HCl$) и не подвергается гидролизу.

• Раствор фторида натрия ($NaF$) имеет щелочную среду ($pH > 7$). Он образован сильным основанием ($NaOH$) и слабой кислотой ($HF$), поэтому подвергается гидролизу по аниону:
$F^- + H_2O \rightleftharpoons HF + OH^-$

• Раствор гидрофторида натрия ($NaHF_2$) имеет кислую среду ($pH < 7$). Эта кислая соль диссоциирует на ионы $Na^+$ и $HF_2^-$. Ион гидрофторида, в свою очередь, находится в равновесии с плавиковой кислотой и фторид-ионом, что и обуславливает кислую реакцию:
$HF_2^- \rightleftharpoons HF + F^-$

Учитывая различия в pH растворов и в анионном составе, можно подобрать реагент, который будет по-разному взаимодействовать с каждым из веществ. Таким реагентом является раствор хлорида железа(III) ($FeCl_3$). Сам по себе этот раствор имеет желто-коричневую окраску из-за присутствия гидратированных ионов $Fe^{3+}$.

Проведем мысленный эксперимент, добавляя по каплям раствор $FeCl_3$ в пробирки с исследуемыми растворами:

1. В пробирке с раствором хлорида натрия ($NaCl$):
Никакой химической реакции не произойдет, так как все возможные продукты обмена растворимы и являются сильными электролитами. Раствор в пробирке просто приобретет желто-коричневую окраску реагента.
$FeCl_3 + NaCl \rightarrow реакция \ не \ идет$

2. В пробирке с раствором фторида натрия ($NaF$):
В щелочной среде этого раствора ионы железа(III) образуют нерастворимый гидроксид железа(III), который выпадает в виде объемного осадка красно-бурого цвета.
Уравнение реакции:
$FeCl_3 + 3NaF + 3H_2O \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl + 3HF$

3. В пробирке с раствором гидрофторида натрия ($NaHF_2$):
В кислой среде этого раствора осадок гидроксида железа(III) не образуется. Вместо этого ионы $Fe^{3+}$ вступают в реакцию с фторид-ионами, образуя очень устойчивый и бесцветный комплексный ион гексафтороферрата(III) — $[FeF_6]^{3-}$. В результате этого процесса исходная желто-коричневая окраска, присущая ионам $Fe^{3+}$, исчезает, и раствор становится бесцветным.
Уравнение реакции:
$FeCl_3 + 6NaHF_2 \rightarrow Na_3[FeF_6] + 3NaCl + 6HF$

Таким образом, использование раствора хлорида железа(III) позволяет получить три различных, легко наблюдаемых аналитических сигнала (окрашивание, выпадение осадка, обесцвечивание) и однозначно идентифицировать каждый из трех исходных растворов.

Ответ:

Для различения растворов гидрофторида натрия, фторида натрия и хлорида натрия можно использовать один реагент — раствор хлорида железа(III) ($FeCl_3$). При его добавлении наблюдаются следующие эффекты:
1. С раствором хлорида натрия ($NaCl$) — видимых изменений нет, раствор окрашивается в желто-коричневый цвет.
2. С раствором фторида натрия ($NaF$) — выпадает красно-бурый осадок ($Fe(OH)_3$).
3. С раствором гидрофторида натрия ($NaHF_2$) — раствор обесцвечивается из-за образования бесцветного комплекса $[FeF_6]^{3-}$.