Номер 5, страница 442 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Практикум. Практическая работа - номер 5, страница 442.

Условие.

Практическая работа 5. Экспериментальное решение задач по теме «Металлы главных подгрупп»

Реактивы: растворы карбоната натрия, гидроксида натрия, хлорида натрия, хлорида калия, хлорида кальция, гидроксида кальция, сульфата магния, сульфата алюминия, сульфата натрия, сульфата калия, хлорида бария, нитрата бария, нитрата серебра, хлорида алюминия, нитрата алюминия, гидроксида калия; соляная кислота; карбонат кальция.

Оборудование: лабораторный штатив, прибор Кирюшкина, стакан (100 мл), штатив для пробирок.

1. В пробирках без этикеток находятся растворы веществ. При помощи качественных реакций определите, какое вещество находится в каждой пробирке:

а) карбонат натрия, хлорид кальция, гидроксид кальция;
б) сульфат алюминия, хлорид алюминия, хлорид кальция;
в) нитрат бария, сульфат магния, сульфат калия.

2. Используя выданные вам вещества, получите осадок карбоната кальция и переведите его в гидрокарбонат кальция.

3. Полученный раствор гидрокарбоната кальция превратите в карбонат кальция двумя способами.

4. Распознайте при помощи одного реактива:

а) карбонат натрия, хлорид алюминия и хлорид кальция;
б) сульфат алюминия, сульфат магнияи сульфат натрия;
в) хлорид калия, хлорид кальция, хлорид алюминия.

5. Получите: а) из хлорида алюминия нитрат алюминия; б) из сульфата натрия хлорид натрия; в) из гидроксида калия нитрат калия; г) из карбоната кальцияхлорид кальция.

Решение.

Решение 2.

1. В пробирках без этикеток находятся растворы веществ. При помощи качественных реакций определите, какое вещество находится в каждой пробирке:

а) карбонат натрия, хлорид кальция, гидроксид кальция;

Решение

Для распознавания данных веществ можно воспользоваться методом попарного сливания растворов или использовать дополнительные реактивы из списка. Рассмотрим второй, более однозначный подход.

1. Отбираем пробы из трех пробирок. В каждую пробу добавляем несколько капель раствора соляной кислоты ($HCl$).

2. В пробирке, где наблюдается выделение газа (вспенивание), находится карбонат натрия ($Na_2CO_3$). Уравнение реакции:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

3. В двух оставшихся пробирках находятся хлорид кальция ($CaCl_2$) и гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Чтобы их различить, можно добавить к их пробам раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$) из списка реактивов.

4. В пробирке с гидроксидом кальция образуется студенистый белый осадок гидроксида алюминия:

$3Ca(OH)_2 + 2AlCl_3 \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CaCl_2$

5. В пробирке с хлоридом кальция видимых изменений при добавлении хлорида алюминия не произойдет. Таким образом, все три вещества идентифицированы.

Ответ: Сначала с помощью соляной кислоты определяется карбонат натрия (по выделению газа), затем с помощью раствора хлорида алюминия определяется гидроксид кальция (по выпадению студенистого осадка). В оставшейся пробирке находится хлорид кальция.

б) сульфат алюминия, хлорид алюминия, хлорид кальция;

Решение

1. Отбираем пробы из трех пробирок. В каждую пробу добавляем раствор хлорида бария ($BaCl_2$).

2. В пробирке, где выпадает плотный белый осадок, нерастворимый в кислотах, находится сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$). Уравнение реакции:

$Al_2(SO_4)_3 + 3BaCl_2 \rightarrow 3BaSO_4 \downarrow + 2AlCl_3$

3. В двух оставшихся пробирках находятся хлорид алюминия ($AlCl_3$) и хлорид кальция ($CaCl_2$). Для их распознавания добавляем к их пробам по каплям раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

4. В пробирке с хлоридом алюминия образуется студенистый белый осадок гидроксида алюминия, который растворяется в избытке щелочи:

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

$Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$ (раствор)

5. В пробирке с хлоридом кальция при добавлении раствора щелочи видимых изменений не будет (или выпадет незначительный осадок $Ca(OH)_2$, если растворы достаточно концентрированы). Это позволяет отличить его от хлорида алюминия, который дает обильный осадок.

Ответ: С помощью раствора хлорида бария определяется сульфат алюминия (по белому осадку). Затем с помощью раствора гидроксида натрия определяется хлорид алюминия (по студенистому осадку, растворимому в избытке щелочи). В оставшейся пробирке находится хлорид кальция.

в) нитрат бария, сульфат магния, сульфат калия.

Решение

1. Проводим попарное сливание растворов из трех пробирок. Раствор, который дает осадок с двумя другими, — это нитрат бария ($Ba(NO_3)_2$).

$Ba(NO_3)_2 + MgSO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + Mg(NO_3)_2$

$Ba(NO_3)_2 + K_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2KNO_3$

2. Два оставшихся раствора — сульфат магния ($MgSO_4$) и сульфат калия ($K_2SO_4$) — не реагируют друг с другом. Чтобы их различить, к их пробам добавляем раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$).

3. В пробирке с сульфатом магния выпадает белый осадок гидроксида магния:

$MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

4. В пробирке с сульфатом калия реакции со щелочью не происходит.

Ответ: Попарным сливанием растворов определяется нитрат бария (дает осадок с двумя другими веществами). Оставшиеся сульфаты магния и калия различают с помощью раствора щелочи ($NaOH$): сульфат магния дает белый осадок, сульфат калия не реагирует.

2. Используя выданные вам вещества, получите осадок карбоната кальция и переведите его в гидрокарбонат кальция.

Решение

1. Для получения осадка карбоната кальция ($CaCO_3$) необходимо слить растворы растворимой соли кальция и растворимого карбоната. Из списка реактивов подходят хлорид кальция ($CaCl_2$) и карбонат натрия ($Na_2CO_3$).

Уравнение реакции получения осадка:

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

2. Для перевода карбоната кальция в растворимый гидрокарбонат кальция ($Ca(HCO_3)_2$) необходимо пропустить через суспензию осадка в воде углекислый газ ($CO_2$).

3. Углекислый газ можно получить в аппарате Кирюшки-на, используя реакцию соляной кислоты ($HCl$) с карбонатом натрия ($Na_2CO_3$):

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow$

4. Пропуская полученный $CO_2$ через суспензию $CaCO_3$, мы наблюдаем растворение осадка:

$CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

Ответ: Осадок $CaCO_3$ получают смешиванием растворов $CaCl_2$ и $Na_2CO_3$. Затем через полученную суспензию пропускают углекислый газ (полученный из $Na_2CO_3$ и $HCl$), в результате чего осадок растворяется, образуя раствор $Ca(HCO_3)_2$.

3. Полученный раствор гидрокарбоната кальция превратите в карбонат кальция двумя способами.

Решение

Способ 1: Нагревание. Гидрокарбонат кальция — термически нестойкое соединение и при нагревании разлагается с образованием нерастворимого карбоната кальция, воды и углекислого газа.

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

Способ 2: Добавление щелочи. При добавлении к раствору гидрокарбоната кальция щелочи (например, гидроксида кальция $Ca(OH)_2$ или гидроксида натрия $NaOH$) происходит реакция нейтрализации, и образуется осадок карбоната кальция.

С гидроксидом кальция:

$Ca(HCO_3)_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2CaCO_3 \downarrow + 2H_2O$

С гидроксидом натрия:

$Ca(HCO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow CaCO_3 \downarrow + Na_2CO_3 + 2H_2O$

Ответ: Превратить гидрокарбонат кальция в карбонат можно нагреванием раствора или добавлением к нему раствора щелочи (например, $Ca(OH)_2$ или $NaOH$).

4. Распознайте при помощи одного реактива:

а) карбонат натрия, хлорид алюминия и хлорид кальция;

Решение

В качестве одного реактива можно использовать раствор сульфата алюминия ($Al_2(SO_4)_3$). При добавлении его к трем пробам будут наблюдаться различные эффекты:

• С карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) произойдет совместный гидролиз с образованием студенистого осадка и выделением газа: $3Na_2CO_3 + Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3Na_2SO_4 + 3CO_2 \uparrow$.
• С хлоридом кальция ($CaCl_2$) выпадет белый осадок сульфата кальция: $3CaCl_2 + Al_2(SO_4)_3 \rightarrow 3CaSO_4 \downarrow + 2AlCl_3$.
• С хлоридом алюминия ($AlCl_3$) видимых изменений не произойдет, так как в растворе находятся одноименные катионы.

Ответ: В качестве реактива используется раствор сульфата алюминия. С $Na_2CO_3$ он дает осадок и газ, с $CaCl_2$ — только осадок, с $AlCl_3$ — не реагирует.

б) сульфат алюминия, сульфат магния и сульфат натрия;

Решение

В качестве одного реактива используем раствор щелочи, например, гидроксида натрия ($NaOH$), добавляя его по каплям, в том числе в избытке.

• С сульфатом алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) образуется студенистый белый осадок, который растворяется в избытке щелочи: $Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3Na_2SO_4$; $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$.
• С сульфатом магния ($MgSO_4$) образуется белый осадок, нерастворимый в избытке щелочи: $MgSO_4 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$.
• С сульфатом натрия ($Na_2SO_4$) видимых изменений не произойдет.

Ответ: В качестве реактива используется раствор гидроксида натрия. $Al_2(SO_4)_3$ дает осадок, растворимый в избытке щелочи; $MgSO_4$ дает осадок, нерастворимый в избытке; $Na_2SO_4$ не реагирует.

в) хлорид калия, хлорид кальция, хлорид алюминия.

Решение

В качестве одного реактива используем раствор карбоната натрия ($Na_2CO_3$).

• С хлоридом алюминия ($AlCl_3$) произойдет необратимый гидролиз с образованием студенистого осадка и выделением газа: $2AlCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 6NaCl + 3CO_2 \uparrow$.
• С хлоридом кальция ($CaCl_2$) образуется белый кристаллический осадок карбоната кальция: $CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$.
• С хлоридом калия ($KCl$) видимых изменений не произойдет.

Ответ: В качестве реактива используется раствор карбоната натрия. $AlCl_3$ дает осадок и газ; $CaCl_2$ дает только осадок; $KCl$ не реагирует.

5. Получите:

а) из хлорида алюминия нитрат алюминия;

Решение

Для замены хлорид-иона на нитрат-ион нужно провести реакцию с веществом, которое свяжет хлорид-ионы в нерастворимое соединение. Для этого подходит нитрат серебра ($AgNO_3$).

$AlCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + 3AgCl \downarrow$

Ответ: К раствору хлорида алюминия добавить раствор нитрата серебра. После отделения осадка хлорида серебра в растворе останется нитрат алюминия.

б) из сульфата натрия хлорид натрия;

Решение

Для замены сульфат-иона на хлорид-ион необходимо провести реакцию с веществом, которое свяжет сульфат-ионы в нерастворимое соединение. Для этого подходит хлорид бария ($BaCl_2$).

$Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow 2NaCl + BaSO_4 \downarrow$

Ответ: К раствору сульфата натрия добавить раствор хлорида бария. После отделения осадка сульфата бария в растворе останется хлорид натрия.

в) из гидроксида калия нитрат калия;

Решение

Так как в списке реактивов нет азотной кислоты, для получения нитрата калия из гидроксида калия нужно провести реакцию обмена с растворимой солью-нитратом, катион которой образует с гидроксид-ионом нерастворимое основание. Подойдет нитрат алюминия ($Al(NO_3)_3$).

$3KOH + Al(NO_3)_3 \rightarrow 3KNO_3 + Al(OH)_3 \downarrow$

Ответ: К раствору гидроксида калия добавить раствор нитрата алюминия. После отделения осадка гидроксида алюминия в растворе останется нитрат калия.

г) из карбоната кальция хлорид кальция.

Решение

Карбонат кальция — нерастворимая соль слабой кислоты. Она легко реагирует с сильными кислотами. Из списка реактивов подходит соляная кислота ($HCl$).

$CaCO_3(тв.) + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$

Ответ: К твердому карбонату кальция добавить соляную кислоту до полного растворения осадка и прекращения выделения газа. В полученном растворе будет содержаться хлорид кальция.