Номер 7, страница 219 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

7. С помощью каких реакций можно отличить друг от друга хлориды натрия, кальция и алюминия? Напишите уравнения реакций.

Дано:

Три пробирки с водными растворами солей: хлорид натрия ($NaCl$), хлорид кальция ($CaCl_2$) и хлорид алюминия ($AlCl_3$).

Найти:

Способ, позволяющий различить эти три раствора, и написать уравнения соответствующих химических реакций.

Решение:

Для распознавания данных солей необходимо провести качественные реакции на катионы $Na^+$, $Ca^{2+}$ и $Al^{3+}$, поскольку анион во всех трех случаях одинаковый ($Cl^−$). Сделать это можно несколькими способами.

Способ 1. Использование раствора сильной щелочи (например, гидроксида натрия $NaOH$).

Этот метод основан на разной реакции катионов на добавление щелочи и на различной растворимости образующихся гидроксидов в избытке щелочи. Распознавание проводится в два этапа.

Этап 1: Постепенное добавление раствора $NaOH$ к каждому из растворов.

• В пробирке с хлоридом алюминия ($AlCl_3$) образуется белый студенистый осадок гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$).
  Уравнение реакции: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
• В пробирке с хлоридом кальция ($CaCl_2$) выпадает белый мелкокристаллический осадок малорастворимого гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$).
  Уравнение реакции: $CaCl_2 + 2NaOH \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$
• В пробирке с хлоридом натрия ($NaCl$) видимых изменений не происходит, так как реакция не идет.

Таким образом, на первом этапе мы сразу определяем пробирку с хлоридом натрия.

Этап 2: Добавление избытка раствора $NaOH$ в пробирки с осадками.

Чтобы отличить хлорид кальция от хлорида алюминия, в пробирки, где выпал осадок, добавляем избыток раствора щелочи.

• Гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) является амфотерным, поэтому он растворяется в избытке сильной щелочи с образованием растворимого комплексного соединения — тетрагидроксоалюмината натрия. Осадок исчезнет.
  Уравнение реакции: $Al(OH)_3 + NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4]$
• Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) проявляет основные свойства и в избытке щелочи не растворяется. Осадок останется без изменений.

Таким образом, пробирка, в которой осадок растворился в избытке щелочи, содержала исходно хлорид алюминия, а та, где осадок остался, — хлорид кальция.

Способ 2. Использование раствора карбоната натрия ($Na_2CO_3$).

Этот способ позволяет различить все три соли в одну стадию, так как реакции протекают по-разному.

• При добавлении раствора карбоната натрия к хлориду кальция ($CaCl_2$) выпадает белый осадок карбоната кальция ($CaCO_3$).
  Уравнение реакции: $CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$
• При добавлении раствора карбоната натрия к хлориду алюминия ($AlCl_3$) происходит необратимый совместный гидролиз, так как карбонат алюминия в воде не существует. В результате выпадает белый студенистый осадок гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$) и выделяется углекислый газ ($CO_2$).
  Уравнение реакции: $2AlCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6NaCl$
• В пробирке с хлоридом натрия ($NaCl$) видимых изменений не произойдет.

Таким образом, наблюдая за результатами (нет реакции, выпадение осадка, выпадение осадка и выделение газа), можно однозначно идентифицировать каждую из солей.

Ответ:
Различить растворы хлоридов натрия, кальция и алюминия можно с помощью раствора щелочи (например, $NaOH$) или раствора карбоната натрия ($Na_2CO_3$).
Уравнения реакций при использовании $NaOH$:
$CaCl_2 + 2NaOH \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$
$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$
$Al(OH)_3 + NaOH_{ (изб.) } \rightarrow Na[Al(OH)_4]$
Уравнения реакций при использовании $Na_2CO_3$:
$CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl$
$2AlCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3CO_2 \uparrow + 6NaCl$