Лабораторный опыт №25, страница 143 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 25. Ознакомление с составом минеральной воды

Ознакомьтесь с этикеткой на бутылке с минеральной водой. К какому типу относится рассматриваемая вода? Почему? Какие ионы входят в состав этой воды? Как их обнаружить? Запишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

Поскольку в задании требуется ознакомиться с этикеткой конкретной минеральной воды, а она не предоставлена, в качестве примера рассмотрим типичный состав лечебно-столовой минеральной воды, например, «Ессентуки-4». На этикетке такой воды обычно указан следующий ионный состав (в мг/л): гидрокарбонаты ($HCO_3^−$) 3400–4800, хлориды ($Cl^−$) 1300–1900, сульфаты ($SO_4^{2−}$) < 25, натрий + калий ($Na^+ + K^+$) 2000–3000, кальций ($Ca^{2+}$) < 150, магний ($Mg^{2+}$) < 100. Общая минерализация составляет 7,0–10,0 г/л.

К какому типу относится рассматриваемая вода? Почему?

Рассматриваемая вода относится к лечебно-столовым, так как её общая минерализация составляет от 1 до 10 г/л (в данном примере 7,0–10,0 г/л). По преобладающим ионам вода классифицируется как гидрокарбонатно-хлоридная натриевая. Это связано с тем, что основными анионами в её составе являются гидрокарбонат-ионы ($HCO_3^−$) и хлорид-ионы ($Cl^−$), а основным катионом — ионы натрия ($Na^+$).

Ответ: Вода относится к типу лечебно-столовых, гидрокарбонатно-хлоридных натриевых, так как ее общая минерализация находится в диапазоне 1-10 г/л, а преобладающими ионами являются $HCO_3^−$, $Cl^−$ и $Na^+$.

Какие ионы входят в состав этой воды?

На основании данных с этикетки, в состав воды входят следующие ионы:
Катионы: ионы натрия ($Na^+$), калия ($K^+$), кальция ($Ca^{2+}$), магния ($Mg^{2+}$).
Анионы: гидрокарбонат-ионы ($HCO_3^−$), хлорид-ионы ($Cl^−$), сульфат-ионы ($SO_4^{2−}$).

Ответ: Катионы: $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$; Анионы: $HCO_3^−$, $Cl^−$, $SO_4^{2−}$.

Как их обнаружить? Запишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

Для обнаружения ионов в растворе проводят качественные реакции.

Обнаружение гидрокарбонат-ионов ($HCO_3^−$):
К пробе воды добавляют раствор сильной кислоты (например, соляной $HCl$). Наблюдается выделение бесцветного газа без запаха (углекислого газа $CO_2$) — «вскипание».
Молекулярное уравнение: $NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$
Полное ионное уравнение: $Na^+ + HCO_3^− + H^+ + Cl^− \rightarrow Na^+ + Cl^− + H_2O + CO_2\uparrow$
Сокращенное ионное уравнение: $HCO_3^− + H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Обнаружение хлорид-ионов ($Cl^−$):
К пробе воды, подкисленной азотной кислотой ($HNO_3$), добавляют раствор нитрата серебра ($AgNO_3$). Наблюдается выпадение белого творожистого осадка хлорида серебра ($AgCl$), нерастворимого в кислотах.
Молекулярное уравнение: $NaCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + NaNO_3$
Полное ионное уравнение: $Na^+ + Cl^− + Ag^+ + NO_3^− \rightarrow AgCl\downarrow + Na^+ + NO_3^−$
Сокращенное ионное уравнение: $Ag^+ + Cl^− \rightarrow AgCl\downarrow$

Обнаружение сульфат-ионов ($SO_4^{2−}$):
К подкисленной пробе воды добавляют раствор хлорида бария ($BaCl_2$). Образуется белый мелкокристаллический осадок сульфата бария ($BaSO_4$), нерастворимый в кислотах.
Молекулярное уравнение: $Na_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NaCl$
Полное ионное уравнение: $2Na^+ + SO_4^{2−} + Ba^{2+} + 2Cl^− \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2Na^+ + 2Cl^−$
Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2−} \rightarrow BaSO_4\downarrow$

Обнаружение ионов кальция ($Ca^{2+}$):
К пробе воды добавляют раствор оксалата аммония ($(NH_4)_2C_2O_4$). Выпадает белый осадок оксалата кальция ($CaC_2O_4$).
Молекулярное уравнение: $CaCl_2 + (NH_4)_2C_2O_4 \rightarrow CaC_2O_4\downarrow + 2NH_4Cl$
Полное ионное уравнение: $Ca^{2+} + 2Cl^− + 2NH_4^+ + C_2O_4^{2−} \rightarrow CaC_2O_4\downarrow + 2NH_4^+ + 2Cl^−$
Сокращенное ионное уравнение: $Ca^{2+} + C_2O_4^{2−} \rightarrow CaC_2O_4\downarrow$
Другой способ — пламенный тест: соли кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

Обнаружение ионов магния ($Mg^{2+}$):
При добавлении к пробе воды раствора щелочи (например, $NaOH$) образуется белый студенистый осадок гидроксида магния ($Mg(OH)_2$).
Молекулярное уравнение: $MgCl_2 + 2NaOH \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2NaCl$
Полное ионное уравнение: $Mg^{2+} + 2Cl^− + 2Na^+ + 2OH^− \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow + 2Na^+ + 2Cl^−$
Сокращенное ионное уравнение: $Mg^{2+} + 2OH^− \rightarrow Mg(OH)_2\downarrow$

Обнаружение ионов натрия ($Na^+$) и калия ($K^+$):
Эти ионы обнаруживают с помощью пламенного теста. Пробу воды наносят на чистую платиновую или нихромовую проволоку и вносят в пламя горелки.
- Ионы натрия ($Na^+$) окрашивают пламя в интенсивный желтый цвет.
- Ионы калия ($K^+$) придают пламени фиолетовый (сиреневый) цвет. Для наблюдения может потребоваться кобальтовое стекло, которое поглощает желтое свечение натрия.
Простых реакций осаждения для этих ионов нет, так как большинство их солей растворимы.

Ответ: Ионы в составе минеральной воды обнаруживаются с помощью качественных реакций: $HCO_3^−$ — действием сильной кислоты (выделение $CO_2$); $Cl^−$ — действием нитрата серебра (белый творожистый осадок $AgCl$); $SO_4^{2−}$ — действием солей бария (белый осадок $BaSO_4$); $Ca^{2+}$ — действием оксалата аммония (белый осадок $CaC_2O_4$); $Mg^{2+}$ — действием щелочи (белый студенистый осадок $Mg(OH)_2$); $Na^+$ и $K^+$ — по окрашиванию пламени в желтый и фиолетовый цвета соответственно. Уравнения реакций приведены выше.