Страница 270 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Для того чтобы доказать, в какой из пробирок находится раствор хлорида калия ($KCl$), а в какой — сульфата магния ($MgSO_4$), необходимо провести качественные реакции на анионы: хлорид-ион ($Cl^−$) и сульфат-ион ($SO_4^{2−}$). Качественной реакцией на сульфат-ионы является их взаимодействие с ионами бария ($Ba^{2+}$) или свинца ($Pb^{2+}$), в результате чего образуются нерастворимые осадки белого цвета — сульфат бария ($BaSO_4$) и сульфат свинца ($PbSO_4$). Качественной реакцией на хлорид-ионы является их взаимодействие с ионами серебра ($Ag^+$) или свинца ($Pb^{2+}$), что приводит к выпадению белых осадков — хлорида серебра ($AgCl$) или хлорида свинца ($PbCl_2$).

Раствор из первой пробирки разделите пополам и перелейте в две пробирки. Прилейте в одну пробирку раствор нитрата свинца (II), в другую — раствор хлорида бария. В какой из пробирок выпал осадок? Какая из солей — KCl или MgSO₄ — содержится в первой пробирке?

При добавлении к раствору из первой пробирки как нитрата свинца (II), так и хлорида бария, будет наблюдаться выпадение белого осадка в обеих пробирках. Это происходит потому, что ионы свинца ($Pb^{2+}$) и ионы бария ($Ba^{2+}$) образуют нерастворимые соли с сульфат-ионами ($SO_4^{2−}$), которые содержатся в растворе сульфата магния.

Реакция с нитратом свинца (II): $MgSO_4 + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbSO_4\downarrow + Mg(NO_3)_2$

Реакция с хлоридом бария: $MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + MgCl_2$

Если бы в пробирке был хлорид калия, то осадок образовался бы только при добавлении нитрата свинца (II) ($PbCl_2$), а с хлоридом бария реакции бы не произошло, так как все возможные продукты реакции растворимы. Таким образом, образование осадка в обеих пробирках однозначно указывает на наличие сульфат-ионов.

Ответ: Осадок выпал в обеих пробирках (и с нитратом свинца (II), и с хлоридом бария). В первой пробирке содержится раствор сульфата магния ($MgSO_4$).

Раствор из второй пробирки испытайте на присутствие аниона, не обнаруженного в первой пробирке. Для этого к испытуемому раствору прилейте раствор нитрата свинца (II). Объясните наблюдаемое.

Поскольку в первой пробирке был обнаружен сульфат-ион ($SO_4^{2−}$), во второй пробирке должен находиться раствор хлорида калия ($KCl$), а анион, который предстоит обнаружить, — это хлорид-ион ($Cl^−$).

При добавлении к раствору из второй пробирки (хлорид калия) раствора нитрата свинца (II) наблюдается образование белого осадка. Этот осадок — хлорид свинца (II) ($PbCl_2$), который образуется в результате реакции обмена между ионами свинца ($Pb^{2+}$) из реагента и хлорид-ионами ($Cl^−$) из исследуемого раствора. Эта реакция является качественной на хлорид-ион и подтверждает его присутствие.

Ответ: Во второй пробирке находится раствор хлорида калия. При добавлении к нему раствора нитрата свинца (II) выпадает белый осадок хлорида свинца (II) ($PbCl_2$), что доказывает наличие хлорид-ионов в растворе.

Составьте уравнения реакций обмена проведённых вами реакций и полные и сокращённые ионные уравнения реакций обнаружения ионов.

1. Реакция обнаружения сульфат-ионов в первой пробирке с помощью нитрата свинца (II):

Молекулярное уравнение: $MgSO_4 + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbSO_4\downarrow + Mg(NO_3)_2$

Полное ионное уравнение: $Mg^{2+} + SO_4^{2-} + Pb^{2+} + 2NO_3^- \rightarrow PbSO_4\downarrow + Mg^{2+} + 2NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение: $Pb^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow PbSO_4\downarrow$

2. Реакция обнаружения сульфат-ионов в первой пробирке с помощью хлорида бария:

Молекулярное уравнение: $MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + MgCl_2$

Полное ионное уравнение: $Mg^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4\downarrow + Mg^{2+} + 2Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

3. Реакция обнаружения хлорид-ионов во второй пробирке с помощью нитрата свинца (II):

Молекулярное уравнение: $2KCl + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbCl_2\downarrow + 2KNO_3$

Полное ионное уравнение: $2K^+ + 2Cl^- + Pb^{2+} + 2NO_3^- \rightarrow PbCl_2\downarrow + 2K^+ + 2NO_3^-$

Сокращенное ионное уравнение: $Pb^{2+} + 2Cl^- \rightarrow PbCl_2\downarrow$

Ответ: Уравнения реакций обмена, а также полные и сокращенные ионные уравнения для проведенных реакций обнаружения ионов представлены выше.

Решение

а) хлорида бария ($BaCl_2$)

Хлорид бария – это соль, состоящая из катионов бария ($Ba^{2+}$) и хлорид-анионов ($Cl^{-}$). Для подтверждения качественного состава необходимо провести реакции на каждый из этих ионов, используя данные из таблицы 12.

1. Качественная реакция на катион бария ($Ba^{2+}$)

Согласно таблице, для определения иона $Ba^{2+}$ используется реактив, содержащий сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), например, раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) или сульфата натрия ($Na_2SO_4$). В результате реакции выпадает белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимый в кислотах.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

Уравнение реакции в ионном виде:

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

2. Качественная реакция на хлорид-анион ($Cl^{-}$)

Согласно таблице, для определения иона $Cl^{-}$ используется реактив, содержащий ионы серебра ($Ag^+$), как правило, раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). В результате реакции образуется белый творожистый осадок хлорида серебра ($AgCl$).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$BaCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow 2AgCl \downarrow + Ba(NO_3)_2$

Уравнение реакции в ионном виде:

$Cl^{-} + Ag^{+} \rightarrow AgCl \downarrow$

Ответ: Качественные реакции на хлорид бария ($BaCl_2$): для обнаружения иона $Ba^{2+}$ используется реакция с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$) с образованием белого осадка $BaSO_4$; для обнаружения иона $Cl^{-}$ используется реакция с ионами серебра ($Ag^+$) с образованием белого творожистого осадка $AgCl$.

б) сульфата магния ($MgSO_4$)

Сульфат магния – это соль, состоящая из катионов магния ($Mg^{2+}$) и сульфат-анионов ($SO_4^{2-}$). Для подтверждения качественного состава необходимо провести реакции на каждый из этих ионов.

1. Качественная реакция на катион магния ($Mg^{2+}$)

В представленной таблице 12 отсутствует качественная реакция на ион магния. Однако стандартной реакцией является взаимодействие с раствором щелочи (например, $NaOH$). При этом образуется белый осадок гидроксида магния ($Mg(OH)_2$), который не растворяется в избытке щелочи.

Уравнение реакции в молекулярном виде:

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

Уравнение реакции в ионном виде:

$Mg^{2+} + 2OH^{-} \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow$

2. Качественная реакция на сульфат-анион ($SO_4^{2-}$)

Согласно таблице, для определения иона $SO_4^{2-}$ используется реактив, содержащий ионы бария ($Ba^{2+}$), например, раствор хлорида бария ($BaCl_2$). В результате реакции выпадает белый осадок сульфата бария ($BaSO_4$).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$MgSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + MgCl_2$

Уравнение реакции в ионном виде:

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

Ответ: Качественные реакции на сульфат магния ($MgSO_4$): для обнаружения иона $Mg^{2+}$ используется реакция с гидроксид-ионами ($OH^-$) с образованием белого осадка $Mg(OH)_2$; для обнаружения иона $SO_4^{2-}$ используется реакция с ионами бария ($Ba^{2+}$) с образованием белого осадка $BaSO_4$.

в) карбоната аммония ($(NH_4)_2CO_3$)

Карбонат аммония – это соль, состоящая из катионов аммония ($NH_4^+$) и карбонат-анионов ($CO_3^{2-}$). Для подтверждения качественного состава необходимо провести реакции на каждый из этих ионов.

1. Качественная реакция на катион аммония ($NH_4^+$)

Согласно таблице, для определения иона $NH_4^+$ используется реактив, содержащий гидроксид-ионы ($OH^-$), то есть раствор щелочи (например, $NaOH$). При нагревании смеси выделяется газ аммиак ($NH_3$) с характерным резким запахом. Выделение аммиака можно также подтвердить с помощью влажной индикаторной бумаги (красная лакмусовая бумага синеет).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$(NH_4)_2CO_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + 2NH_3 \uparrow + 2H_2O$

Уравнение реакции в ионном виде:

$NH_4^{+} + OH^{-} \xrightarrow{t} NH_3 \uparrow + H_2O$

2. Качественная реакция на карбонат-анион ($CO_3^{2-}$)

Согласно таблице, для определения иона $CO_3^{2-}$ используется реактив, содержащий ионы водорода ($H^+$), то есть сильная кислота (например, $HCl$). В результате реакции выделяется углекислый газ ($CO_2$) — газ без цвета и запаха, который вызывает помутнение известковой воды (раствора $Ca(OH)_2$) из-за образования нерастворимого карбоната кальция ($CaCO_3$).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$(NH_4)_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NH_4Cl + H_2O + CO_2 \uparrow$

Уравнение реакции в ионном виде:

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

Ответ: Качественные реакции на карбонат аммония ($(NH_4)_2CO_3$): для обнаружения иона $NH_4^{+}$ используется реакция с гидроксид-ионами ($OH^-$) при нагревании, что приводит к выделению аммиака ($NH_3$) с резким запахом; для обнаружения иона $CO_3^{2-}$ используется реакция с ионами водорода ($H^+$), что приводит к выделению углекислого газа ($CO_2$), который вызывает помутнение известковой воды.