Хімія. 9 клас. Савчин

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 13. ВИЯВЛЕННЯ В РОЗЧИНІ ГІДРОКСИД-ІОНІВ І ЙОНІВ ГІДРОГЕНУ. ЯКІСНІ РЕАКЦІЇ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

знати якісні реакції на аніони, за якими їх виявляють у розчинах електролітів;
пояснювати якісні реакції, ознаки їх перебігу;
наводити приклади рівнянь реакцій на якісне визначення в розчинах: хлорид-іонів, бромід-іонів, йодид-іонів, сульфат-іонів, ортофосфат-іонів, карбонат-іонів;
виконувати практично лабораторні досліди на виявлення йонів Гідрогену, хлорид-іонів, бромід-іонів, йодид-іонів, сульфат-іонів, ортофосфат-іонів, карбонат-іонів у розчинах.

Якісні реакції та їх використання досліджує аналітична хімія — наука, яка вивчає методи визначення якісного й кількісного складу речовин. Знання про якісний аналіз і вміння практично його застосувати дають змогу виявити, які хімічні елементи, йони чи молекули входять до складу досліджуваної речовини.

Застосування методів аналітичної хімії важливе для багатьох галузей науки, техніки та виробництва. Їх широко використовують у хімічних, біохімічних, санітарно-гігієнічних, контрольно-аналітичних лабораторіях для визначення якості харчових продуктів, косметичної продукції, води, чистоти повітря, хімічного складу ґрунту. У клінічних лабораторіях здійснюють аналізи крові, шлункового соку, сечі тощо для діагностування стану організму, виявлення захворювань.

Речовини, які належать до електролітів, здебільшого містять у своєму складі:

катіони Гідрогену й аніони кислотних залишків (кислоти);
катіони металічних елементів і гідроксид-іонів (основи);
катіони металічних елементів й аніони кислотних залишків (солі).

Тому важливо вміти виявляти в їхньому складі катіони й аніони. Отже, навчімося виявляти найпоширеніші аніони.

Виявлення в розчині гідроксид-іонів та йонів Гідрогену. Вивчаючи класи неорганічних сполук, зокрема кислоти та солі, ви дізналися, як їх можна виявити серед інших речовин за допомогою індикаторів. Крім того, у § 11 пояснено, як визначити середовище розчину за допомогою індикаторів (див. табл. 6, с. 67).

Виявлення в розчині хлорид-іонів. Хлорид-іони наявні в розчинах сильних електролітів, до яких належить хлоридна кислота та її солі.

Проаналізувавши дані таблиці розчинності (див. другий форзац), можна зробити висновок, що всі хлориди, за винятком арґентум(І) і плюмбум(ІІ) хлоридів, є добре розчинними у воді сполуками. Тому виявити хлорид-аніони в розчині можна за допомогою речовини, яка здатна зв'язати їх з утворенням осаду.

Для виявлення хлорид-аніонів у розчинах використовують розчин арґентум(І) нітрату. Під час доливання розчину цієї речовини до електроліту, який містить хлорид-аніони, випадає білий сирнистий осад арґентум(І) хлориду (рис. 39).

Рис. 39. Якісна реакція на хлорид-іон

Такий осад не розчиняється в нітратній кислоті. Це дає підстави стверджувати, що виявити хлорид-іони можна за допомогою арґентум(І) нітрату, який у розчині містить катіони Арґентуму Ag⁺. Саме вони, взаємодіючи з хлорид-аніоном, утворюють осад.

Отже, реактивом на хлорид-іони є катіони Ag⁺. Таку реакцію називають якісною.

Для підтвердження зазначеного вище проведемо лабораторний дослід 5.

Лабораторний дослід 5

Виявлення хлорид-іонів у розчині

Повторіть правила безпеки під час роботи з кислотами, арґентум(І) нітратом й іншими речовинами та суворо дотримуйтеся їх.

Завдання. Дослідіть, чи входять до складу хлоридної кислоти, натрій і барій хлоридів хлорид-іони. Напишіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

Дослід 1. Налийте в пробірку хлоридну кислоту об'ємом 1,52 мл, додайте кілька крапель розчину арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Дослід 2. Налийте у дві пробірки розчини натрій і барій хлоридів об'ємом по 1,5-2 мл і в кожну з них додайте по кілька крапель розчину арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Результати спостережень запишіть у таблицю в робочому зошиті (див. зразок таблиці на с. 75 підручника). Сформулюйте загальний висновок.

Виявлення в розчині бромід- і йодид-іонів. Арґентум(І) нітрат є реактивом на бромід- і йодид-іони. Якщо до солі, що містить бромід-аніон, долити розчин арґентум(І) нітрату, то випадає блідо-жовтий осад AgBr (рис. 40).

Рис. 40. Якісна реакція на бромід-аніон

Якщо ж долити цей самий реактив до розчину йодиду, то випадає жовтий осад AgI (рис. 41).

Рис. 41. Якісна реакція на йодид-іон

Запишемо молекулярні рівняння реакцій:

KBr + AgNO₃ = AgBr↓ + KNO₃;

NaI + AgNO₃ = AgI↓ + NaNO₃.

Дослідимо описані реакції під час проведення лабораторних дослідів 6 і 7.

Лабораторні досліди 6, 7

Виявлення бромід- і йодид-іонів у розчині

Завдання. Дослідіть наявність бромід- і йодид-іонів у розчинах відповідно натрій броміду та калій йодиду. Напишіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій. Зробіть висновки з ваших спостережень.

Дослід 1. Налийте в пробірку розчин натрій броміду об'ємом 1,5-2 мл, додайте кілька крапель розчину арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Дослід 2. Налийте в пробірку розчин калій йодиду об'ємом 1,52 мл, додайте кілька крапель розчину арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Результати лабораторних дослідів 5, 6, 7 довели, що реактивом на галогенід-іони є катіон Арґентуму Ag⁺, який входить до складу арґентум(І) нітрату.

• Пригадайте якісну реакцію на сульфатну кислоту та сульфати.

Виявлення сульфат-іонів у розчині. Якщо в розчин, який містить сульфат-іони, долити розчин барій гідроксиду або барій хлориду, то випадає білий, нерозчинний у нітратній кислоті осад барій сульфату (рис. 42).

Рис. 42. Якісна реакція на сульфат-аніон

Отже, реактивом на сульфат-аніон є катіон Барію Ва²⁺.

Щоб упевнитися в цьому, проведемо лабораторний дослід 8.

Лабораторний дослід 8

Виявлення сульфат-іонів у розчині

Повторіть правила безпеки під час роботи із сульфатною кислотою й суворо дотримуйтеся їх.

Завдання. Дослідіть наявність сульфат-іонів у розчинах відповідно сульфатної кислоти, натрій сульфату й ферум(ІІ) сульфату. Напишіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій, зробіть висновки з ваших спостережень.

Дослід 1. Налийте в пробірку розчин сульфатної кислоти об'ємом 2-2,5 мл, долийте приблизно таку саму порцію розчину барій хлориду. Що спостерігаєте?

Дослід 2. Налийте в пробірку розчин натрій сульфату об'ємом 2-3 мл, долийте розчин барій гідроксиду. Що спостерігаєте?

Дослід 3. Налийте в пробірку розчин ферум(ІІ) сульфату об'ємом 2-3 мл, долийте таку саму порцію розчину барій хлориду. Що спостерігаєте?

Виявлення ортофосфат-іонів у розчині. Ортофосфат-іони входять до складу ортофосфатної кислоти та середніх солей цієї кислоти. Якщо в розчин ортофосфатної кислоти або її розчинної солі долити розчин арґентум(І) нітрату, то випадає жовтий осад арґентум(І) ортофосфату (рис. 43).

Рис. 43. Якісна реакція на ортофосфат-іон

Ортофосфатна кислота H₃PO₄, як вам уже відомо, дисоціює ступінчасто з утворенням дигідрогенортофосфат-іонів Н₂РО^-₄^,гідрогенортофосфат-іонів НРО^2-₄ й ортофосфат-іонів РО^3-₄. Тому молекулярні рівняння реакції взаємодії цієї кислоти з розчином арґентум(І) нітрату можна подати так:

Н₃РО₄ + AgNO₃= AgH₂PO₄ + HNO₃;

AgH₂PO₄ + AgNO₃= Ag₂HPO₄+ HNO₃;

Ag₂HPO₄ + AgNO₃ = Ag₃PO₄ + HNO₃.

Сумарне рівняння:

Н₃РО₄ + 3AgNO₃ = Ag₃PO₄↓ + 3HNO₃.

Отже, реактивом на аніон РО^3-₄ є катіон Арґентуму Ag⁺.

Щоб підтвердити наявність ортофосфат-іонів у розчині, проведемо лабораторний дослід 9.

Лабораторний дослід 9

Виявлення ортофосфат-іонів у розчині

Повторіть правила безпеки під час роботи з кислотами й арґентум(І) хлоридом і суворо дотримуйтеся їх.

Завдання. Дослідіть наявність ортофосфат-іонів у розчинах відповідно ортофосфатної кислоти й натрій ортофосфату. Напишіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій, зробіть висновки з ваших спостережень.

Дослід 1. Налийте в пробірку розчин ортофосфатної кислоти об'ємом 2-3 мл, додайте краплями розчин арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Дослід 2. Налийте в пробірку розчин натрій ортофосфату об'ємом 2-3 мл, додайте до нього розчин арґентум(І) нітрату. Що спостерігаєте?

Виявлення карбонат-іонів у розчині. Карбонати — солі карбонатної кислоти, які переважно є нерозчинними у воді.

Серед карбонатів розчинними є амоній карбонат (NH₄)₂CO₃, натрій карбонат Na₂CO₃ і калій карбонат K₂CO₃. Для їх дисоціації властиво утворювати катіони NH⁺₄, Na⁺ і К⁺ й аніони CO^2-₃.

Усі карбонати, розчинні та нерозчинні у воді, реагують з кислотами. Результатом таких реакцій є нові солі й утворення нестійкої карбонатної кислоти, яка розкладається на карбон(ІV) оксид і воду. Реакція супроводжується виділенням великої кількості газу, що подібне до «закипання»:

BaCO₃+ 2HNO₃= Ba(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑;

BaCO₃ + 2H⁺ + 2NO^-₃ = Ba²⁺ + 2NO₃ + H₂O + CO₂↑;

BaCO₃ + 2H⁺ = Ba²⁺ + H₂O + CO₂↑.

Отже, реактивом на аніон CO^2-₃ є катіон Гідрогену Н⁺.

• Напишіть самостійно рівняння реакції взаємодії натрій карбонату з хлоридною кислотою.

Лабораторний дослід 10

Виявлення карбонат-іонів у розчині

Завдання. Дослідіть наявність карбонат-іонів у розчинах відповідно натрій і калій карбонатів. Напишіть молекулярні, повні та скорочені йонні рівняння реакцій, зробіть висновки з ваших спостережень.

Дослід 1. Налийте в пробірку розчин натрій карбонату об'ємом 3 мл, дуже обережно долийте розчин нітратної кислоти. Що спостерігаєте?

Дослід 2. Налийте в пробірку розчин калій карбонату об'ємом 3 мл, долийте розчин сульфатної кислоти. Що спостерігаєте?

Результати спостережень запишіть у таблицю в робочому зошиті (див. зразок таблиці на с. 75 підручника).

Зробіть загальний висновок про те, як можна довести наявність карбонат-іонів у розчинах.

Перевірте результати своїх досліджень, скориставшись таблицею 8.

Теоретичні знання про якісні реакції застосовують на практиці в лабораторіях під час розв'язування експериментальних задач. Специфіка їх полягає в тому, що при цьому проводять досліди, зокрема визначають якісний склад речовин, способи їх добування, вивчають хімічні властивості.

Таблиця 8

Якісні реакції на катіони й аніони

Примітка: р — ознак реакцій немає; м — розчин каламутний; риска — розкладаються водою або не існують; ↑ — речовини, під час розкладання яких утворюються гази.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Принципи та методи визначення якісного й кількісного складу речовин вивчає аналітична хімія.

• Речовини, які належать до електролітів, здебільшого містять у своєму складі: катіони Гідрогену й аніони кислотних залишків (кислоти); катіони металічних елементів і гідроксид-іонів (основи); катіони металічних елементів й аніони кислотних залишків (солі).

• Якісні реакції — реакції, за допомогою яких можна виявити катіони й аніони в складі речовини.

• Йони Гідрогену та гідроксид-іони в розчинах електролітів виявляють за допомогою індикаторів.

• Реактивом на хлорид-, бромід-, йодид-, ортофосфат-іони є катіон Арґентуму Ag⁺, що входить до складу солі арґентум(І) нітрату. У результаті відповідних реакцій утворюються осади: арґентум(І) хлориду — білий сирнистий, нерозчинний у нітратній кислоті; арґентум(І) броміду — блідо-жовтий; арґентум(І) йодиду й арґентум(І) ортофосфату — жовтий.

• Реактивом на сульфат-іони є катіон Барію Ва²⁺. Випадає білий осад, нерозчинний у нітратній кислоті.

• Реактивом на карбонат-іони в розчинах є катіони Гідрогену Н⁺.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Напишіть молекулярні та йонні рівняння реакцій між попарно взятими речовинами: а) BaCl₂ і AgNO₃; б) MgI₂ і AgNO₃; в) CaBr₂ і AgNO₃; г) Na₃PO₄ і AgNO₃ ; ґ) Ba(OH)₂ і H₂SO₄; д) Na₂CO₃ і HNO₃.
2. Поясніть, як виявити хлорид- і сульфат-іони в розчинах магній хлориду й алюміній сульфату. Напишіть рівняння реакцій.
3. Запропонуйте спосіб розпізнавання, який передбачає використання якісних реакцій на аніони: а) хлоридної та сульфатної кислот; б) солей хлоридної та сульфатної кислот.
4. Запропонуйте спосіб розпізнавання хлоридної й ортофосфатної кислот за допомогою одного реактиву. Напишіть рівняння реакцій.
5. Запропонуйте спосіб розпізнавання йодидів і бромідів.
6. На розчин натрій броміду масою 51,5 г з масовою часткою солі 0,3 подіяли розчином арґентум(І) нітрату до повної їх взаємодії. Обчисліть масу утвореного осаду.
7. Унаслідок взаємодії розчинів калій йодиду й арґентум(І) нітрату випав жовтий осад масою 4,7 г. Обчисліть маси та кількості речовин вихідних сполук.

Практична робота 2

Розв'язування експериментальних задач

Виконавши цю практичну роботу, ви зможете:

закріпити вміння й набути навичок самостійно виконувати досліди, використовуючи теоретичні знання про якісні реакції на катіони Гідрогену, гідроксид-, хлорид-, бромід-, йодид-, сульфат-, ортофосфат-, карбонат-іони;
спостерігати ознаки перебігу якісних реакцій на аніони;
пояснювати результати спостережень;
набути практичних умінь роботи з речовинами й обладнанням;
складати молекулярні та йонно-молекулярні рівняння реакцій;
робити висновки з досліджень.

Повторіть правила безпеки під час роботи з кислотами, арґентум(І) нітратом та іншими речовинами й суворо дотримуйтеся їх.

Мета практичної роботи — навчитися розпізнавати речовини, установлювати наявність аніонів за допомогою якісних реакцій, набути практичних умінь і навичок роботи з речовинами.

Варіанти практичної роботи подані за зростанням складності завдань і відповідають різним рівням навчальних досягнень учнів.

І варіант

Завдання 1. У двох пробірках під шифрами містяться хлоридна кислота й розчин натрій гідроксиду. Визначте експериментально кожну з цих речовин. Зробіть висновки.

Завдання 2. Доведіть, що в розчині натрій броміду є аніон Брому Br^-. Напишіть рівняння реакції в молекулярній і йонній формах. Зробіть висновок.

Завдання 3. Проведіть якісну реакцію на карбонат-іон. Напишіть рівняння реакції в молекулярній і йонній формах. Зробіть висновок.

ІІ варіант

Завдання 1. У трьох пробірках під шифрами містяться розчини нітратної, сульфатної кислот і калій гідроксиду. Визначте експериментально кожну з цих речовин. Де можливо, напишіть рівняння реакції в молекулярній і йонній формах. Зробіть висновки.

Завдання 2. Виявіть за допомогою якісних реакцій, у якій із пробірок наявні розчини калій хлориду й калій броміду. Напишіть рівняння реакцій у молекулярній і йонній формах. Зробіть висновок.

Завдання 3. У пробірках є розчини натрій карбонату й натрій ортофосфату. Виявіть за допомогою якісних реакцій, у якій із пробірок міститься кожна з цих речовин. Напишіть рівняння реакцій у молекулярній і йонній формах. Зробіть висновок.

ІІІ варіант

Завдання 1. У трьох пробірках без написів містяться хлоридна кислота, розчини натрій хлориду й барій гідроксиду. Визначте експериментально кожну з цих речовин. Де можливо, напишіть рівняння реакцій у молекулярній і йонній формах. Зробіть висновки.

Завдання 2. Виявіть за допомогою якісних реакцій, у якій із пробірок містяться розчини натрій хлориду, натрій броміду й натрій йодиду. Напишіть рівняння реакцій у молекулярній і йонній формах. Зробіть висновок.

Завдання 3. У пробірках містяться розчини калій карбонату, магній сульфату й ортофосфатної кислоти. Виявіть за допомогою якісних реакцій, у якій із пробірок наявна кожна з цих речовин. Напишіть рівняння реакцій у молекулярній і йонній формах. Зробіть висновок.

НАВЧАЛьНИЙ ПРОЕКТ

І. Оберіть самостійно або з допомогою вчителя тему навчального проекту з тих, що подані нижче.

1. Електроліти в сучасних акумуляторах.
2. Виготовлення розчинів для надання медичної допомоги.
3. Дослідження рН ґрунтів певної місцевості.
4. Дослідження впливу кислотності й лужності ґрунтів на розвиток рослин.
5. Дослідження рН атмосферних опадів та їхнього впливу на різні матеріали в довкіллі.
6. Дослідження властивостей природних індикаторів.
7. Дослідження pH середовища мінеральних вод України.

II. Виконайте навчальний проект, скориставшись поданою нижче послідовністю роботи.

1. Визначте: