Номер 7, страница 126 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. В четырёх пробирках без этикеток находятся соляная кислота, хлорид натрия, карбонат натрия, гидроксид натрия. Как опытным путём установить содержание каждой пробирки? Напишите уравнения реакций.

Решение

Для того чтобы определить содержимое каждой из четырёх пробирок, необходимо провести последовательность химических экспериментов. В пробирках находятся растворы следующих веществ: соляная кислота ($HCl$), хлорид натрия ($NaCl$), карбонат натрия ($Na_2CO_3$) и гидроксид натрия ($NaOH$).

Шаг 1. Классификация веществ с помощью индикатора

Сначала отберём из каждой пробирки небольшие пробы и добавим в них по капле индикатора, например, фенолфталеина. Фенолфталеин меняет окраску на малиновую в щелочной среде ($pH > 8.2$).

• В двух пробирках раствор окрасится в малиновый цвет. Это будут растворы гидроксида натрия ($NaOH$, сильная щелочь) и карбоната натрия ($Na_2CO_3$, раствор которого имеет щелочную среду из-за гидролиза иона $CO_3^{2-}$).
• В двух других пробирках раствор останется бесцветным. Это будут соляная кислота ($HCl$, кислая среда) и хлорид натрия ($NaCl$, нейтральная среда).

Таким образом, мы разделили четыре вещества на две группы по две пробирки в каждой.

Шаг 2. Идентификация соляной кислоты

Теперь нужно различить вещества внутри каждой группы. Возьмём одну из пробирок с малиновой окраской (например, предполагаемый $Na_2CO_3$) и будем добавлять её содержимое к пробам из двух бесцветных пробирок.

• В той пробирке, где при добавлении щелочного раствора начнется выделение бесцветного газа без запаха (углекислого газа), находится соляная кислота.
• В пробирке, где видимых изменений не произойдет, находится хлорид натрия.

Если при добавлении содержимого первой малиновой пробирки газ не выделился ни в одной из бесцветных, значит, мы взяли пробирку с $NaOH$. В этом случае нужно повторить опыт, взяв для добавления раствор из второй малиновой пробирки (которая точно содержит $Na_2CO_3$), и тогда газ обязательно выделится в пробирке с кислотой.

Уравнение реакции, позволяющее определить соляную кислоту:

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

Шаг 3. Идентификация гидроксида натрия и карбоната натрия

На данном этапе у нас остались две неопознанные пробирки с малиновой окраской, содержащие $NaOH$ и $Na_2CO_3$. Мы уже определили, в какой из пробирок находится соляная кислота. Используем её для распознавания оставшихся веществ.

Отберём пробы из двух оставшихся пробирок и добавим в каждую из них по каплям раствор определённой на предыдущем шаге соляной кислоты.

• В пробирке, где начнется выделение газа, находится карбонат натрия.
• В пробирке, где газ не выделяется, а происходит лишь обесцвечивание малинового раствора (реакция нейтрализации), находится гидроксид натрия.

Уравнения реакций:

Реакция с карбонатом натрия:

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

Реакция с гидроксидом натрия (нейтрализация):

$NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O$

Ответ: Чтобы установить содержимое каждой пробирки, следует: 1. С помощью индикатора фенолфталеина разделить вещества на две группы: щелочную ($NaOH$ и $Na_2CO_3$) и нещелочную ($HCl$ и $NaCl$). 2. Добавляя раствор из щелочной группы к нещелочной, по выделению газа ($CO_2$) определить соляную кислоту ($HCl$). Вторая пробирка в этой группе содержит $NaCl$. 3. К оставшимся двум растворам щелочной группы добавить найденную соляную кислоту. Пробирка, в которой выделится газ, содержит карбонат натрия ($Na_2CO_3$), а та, где произойдет только обесцвечивание индикатора, — гидроксид натрия ($NaOH$).