Номер 11, страница 229 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.11. Как доказать наличие примеси карбоната калия в гидроксиде калия?

Решение

Гидроксид калия ($KOH$) является сильным основанием и, как и другие щелочи, активно реагирует с углекислым газом ($CO_2$), содержащимся в воздухе. Эта реакция приводит к образованию карбоната калия ($K_2CO_3$) в качестве примеси, особенно при хранении гидроксида калия в негерметичной таре.

Уравнение реакции:

$2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

Для того чтобы доказать наличие этой примеси, необходимо провести качественную реакцию на карбонат-ион ($CO_3^{2-}$) в присутствии большого количества гидроксид-ионов ($OH^-$). Существует два основных способа.

Первый способ — это добавление к водному раствору исследуемого образца сильной кислоты, например, соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$). При добавлении кислоты сначала произойдет реакция нейтрализации гидроксида калия. После этого кислота начнет реагировать с карбонатом калия, что приведет к выделению углекислого газа. Этот процесс можно наблюдать визуально по появлению пузырьков газа (вскипанию раствора).

$K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Чтобы убедиться, что выделяющийся газ — это именно диоксид углерода, его можно пропустить через известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция $Ca(OH)_2$). Помутнение известковой воды из-за образования белого осадка карбоната кальция ($CaCO_3$) однозначно подтвердит наличие карбонат-ионов в исходном образце.

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

Второй способ основан на реакции осаждения. К раствору гидроксида калия добавляют раствор соли, катион которой образует нерастворимый карбонат, но растворимый гидроксид. Наилучшим реагентом для этой цели является растворимая соль бария, например, хлорид бария ($BaCl_2$) или нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$), поскольку гидроксид бария ($Ba(OH)_2$) хорошо растворим в воде и не будет выпадать в осадок. При наличии в растворе карбонат-ионов образуется белый мелкокристаллический осадок карбоната бария.

$K_2CO_3 + BaCl_2 \rightarrow BaCO_3\downarrow + 2KCl$

Для дополнительного подтверждения можно отделить полученный осадок (например, фильтрованием) и добавить к нему немного сильной кислоты. Растворение осадка с выделением пузырьков газа подтвердит, что это был карбонат.

$BaCO_3 + 2HCl \rightarrow BaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: Для доказательства наличия примеси карбоната калия в гидроксиде калия следует к его водному раствору добавить раствор соли бария (например, $BaCl_2$) — выпадение белого осадка укажет на присутствие карбонат-ионов. Альтернативно, можно добавить избыток сильной кислоты (например, $HCl$) — выделение пузырьков газа будет свидетельствовать о наличии карбоната.