Номер 300, страница 224 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

Уровень 1. 7.4. Элементы IV группы. 7.4.1. Углерод. Тема 7. Элементы-неметаллы и их соединения - номер 300, страница 224.

Условие.

7.300. Как различить растворы карбоната и гидрокарбоната натрия?

Решение 3.

Решение

Для того чтобы различить растворы карбоната натрия ($Na_2CO_3$) и гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), можно использовать несколько качественных реакций, основанных на различиях в их химических свойствах.

Способ 1. Определение pH среды с помощью индикатора

Оба раствора имеют щелочную среду из-за гидролиза по аниону, однако раствор карбоната натрия является более щелочным (pH ≈ 11–12), чем раствор гидрокарбоната натрия (pH ≈ 8–9). Это различие легко обнаружить с помощью индикатора, например, фенолфталеина.

1. В пробирке с раствором карбоната натрия ($Na_2CO_3$) фенолфталеин изменит окраску на яркую малиновую, что свидетельствует о сильнощелочной среде. Это происходит из-за значительного гидролиза карбонат-иона:

$CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^{-} + OH^{-}$

2. В пробирке с раствором гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$) фенолфталеин даст лишь слабо-розовую окраску или вовсе не изменит цвет, так как среда в этом растворе слабощелочная, а pH близок к нижней границе перехода окраски индикатора (pH 8,2).

$HCO_3^{-} + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^{-}$

Ответ: При добавлении в растворы нескольких капель фенолфталеина, раствор карбоната натрия окрасится в яркий малиновый цвет, а раствор гидрокарбоната натрия — в слабо-розовый или останется бесцветным.

Способ 2. Реакция с раствором соли магния или кальция

В две пробирки с исследуемыми растворами нужно добавить немного раствора растворимой соли кальция (например, хлорида кальция $CaCl_2$) или магния (например, сульфата магния $MgSO_4$).

1. В пробирке с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) сразу же образуется обильный белый осадок карбоната кальция (или магния), так как он нерастворим в воде.

$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$

2. В пробирке с гидрокарбонатом натрия ($NaHCO_3$) в холодной воде осадок не образуется, поскольку гидрокарбонат кальция (или магния) растворим.

$2NaHCO_3 + CaCl_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2 + 2NaCl$

Если затем нагреть пробирку с гидрокарбонатом, то растворимый гидрокарбонат кальция разложится, и выпадет белый осадок карбоната кальция, а также выделится углекислый газ.

$Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3\downarrow + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: При добавлении раствора соли кальция (или магния) к карбонату натрия немедленно выпадает белый осадок; в случае с гидрокарбонатом натрия осадок образуется только при последующем нагревании раствора.

Способ 3. Нагревание растворов

Гидрокарбонаты щелочных металлов термически неустойчивы и при нагревании разлагаются.

1. Если нагреть до кипения раствор гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), будет наблюдаться выделение пузырьков газа — это углекислый газ ($CO_2$), образующийся при разложении.

$2NaHCO_3(р-р) \xrightarrow{t} Na_2CO_3(р-р) + H_2O + CO_2\uparrow$

2. Карбонат натрия ($Na_2CO_3$) — термически устойчивое соединение, и при кипячении его водного раствора никаких видимых изменений (выделения газа) не произойдет.

Ответ: При кипячении раствора гидрокарбоната натрия выделяется газ ($CO_2$), а при кипячении раствора карбоната натрия видимых изменений не наблюдается.