Номер 12, страница 62 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 9. Реакции ионного обмена. Качественные реакции. Глава 2. Химические реакции - номер 12, страница 62.

Условие.

12. Предложите схему опыта, позволяющего определить наличие в водопроводной воде ионов:

а) кальция;

б) железа (III);

в) $SO_4^{2-}$;

г) $CO_3^{2-}$.

Решение.

Решение 2.

Для определения наличия ионов в водопроводной воде можно провести следующие качественные реакции:

а) ионы кальция ($Ca^{2+}$)

Решение:

Для обнаружения ионов кальция используется реакция с растворимыми карбонатами, например, карбонатом натрия ($Na_2CO_3$) или карбонатом аммония ($(NH_4)_2CO_3$), или с оксалатом аммония ($(NH_4)_2C_2O_4$).

Схема опыта:

1. В пробирку наливают 5-10 мл исследуемой водопроводной воды.
2. К воде добавляют несколько капель раствора карбоната натрия ($Na_2CO_3$).
3. При наличии ионов кальция в воде наблюдается образование белого мутного осадка карбоната кальция ($CaCO_3$).

Уравнение реакции в ионном виде:

$Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow$

Ответ: Образование белого осадка при добавлении раствора карбоната натрия указывает на наличие в воде ионов кальция.

б) ионы железа (III) ($Fe^{3+}$)

Решение:

Качественной реакцией на ионы трехвалентного железа является их взаимодействие с роданид-ионами ($SCN^-$) или гексацианоферратом(II) калия ($K_4[Fe(CN)_6]$).

Схема опыта с роданидом калия ($KSCN$):

1. В пробирку наливают 5-10 мл исследуемой водопроводной воды.
2. Добавляют несколько капель раствора роданида калия или аммония.
3. Появление интенсивного кроваво-красного окрашивания свидетельствует о присутствии ионов $Fe^{3+}$, которые образуют комплексные соединения с роданид-ионами.

Уравнение реакции (упрощенное):

$Fe^{3+} + 3SCN^{-} \rightarrow Fe(SCN)_3$

Более точно, образуются комплексные ионы, например:

$Fe^{3+} + SCN^{-} \rightleftharpoons [Fe(SCN)]^{2+}$

Ответ: Появление кроваво-красной окраски раствора при добавлении роданида калия указывает на наличие в воде ионов железа (III).

в) сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$)

Решение:

Для определения сульфат-ионов используют реакцию с растворимыми солями бария (например, хлоридом бария $BaCl_2$ или нитратом бария $Ba(NO_3)_2$) в кислой среде.

Схема опыта:

1. В пробирку наливают 5-10 мл исследуемой водопроводной воды.
2. Для предотвращения осаждения других солей бария (например, карбоната) пробу подкисляют, добавляя несколько капель соляной ($HCl$) или азотной ($HNO_3$) кислоты.
3. Затем к подкисленному раствору добавляют несколько капель раствора хлорида бария.
4. Выпадение белого мелкокристаллического осадка сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимого в кислотах, подтверждает наличие сульфат-ионов.

Уравнение реакции в ионном виде:

$Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ: Образование белого осадка, нерастворимого в кислотах, при добавлении раствора соли бария указывает на наличие в воде сульфат-ионов.

г) карбонат-ионы ($CO_3^{2-}$)

Решение:

Карбонат-ионы можно обнаружить по выделению углекислого газа ($CO_2$) при действии на пробу сильной кислоты.

Схема опыта:

1. В пробирку наливают 5-10 мл исследуемой водопроводной воды.
2. Осторожно добавляют несколько капель сильной кислоты, например, соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$).
3. Наблюдают за выделением пузырьков газа (вскипание).
4. Для подтверждения, что выделяющийся газ — это углекислый газ, его пропускают через известковую воду (раствор $Ca(OH)_2$). Помутнение известковой воды из-за образования осадка $CaCO_3$ доказывает наличие карбонат-ионов в исходной пробе.

Уравнения реакций в ионном виде:

$CO_3^{2-} + 2H^{+} \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

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

Ответ: "Вскипание" раствора при добавлении кислоты и последующее помутнение известковой воды при пропускании через нее выделившегося газа указывает на наличие в воде карбонат-ионов.