ГДЗ по химии, 11 класс, Еремин, номер p215.3: Практические работы

Даны вещества: гидроксид калия (KOH), азотная кислота (HNO₃) и хлорид кальция (CaCl₂).

Рассмотрим возможные реагенты:

• Карбонат натрия (Na₂CO₃):
• С KOH: реакция не идёт (оба щелочные/соли сильной кислоты и слабого основания, но нет осадка/газа/воды в значимом количестве для видимого эффекта без индикатора). Однако, если использовать индикатор, то среда разная. Но задача требует один реагент , дающий различимые признаки. Карбонат с кислотой даёт газ, с кальцием — осадок, со щёлочью — ничего. Это хороший кандидат.
• Проверим реакцию с HNO₃: Na₂CO₃+2HNO₃→2NaNO₃+H₂O+CO₂↑. Наблюдение: бурное выделение газа.
• Проверим реакцию с CaCl₂: Na₂CO₃+CaCl₂→CaCO₃↓+2NaCl. Наблюдение: выпадение белого осадка.
• Проверим реакцию с KOH: Реакция обмена не протекает до конца, так как все продукты растворимы и нет выделения газа или воды. Наблюдение: никаких видимых изменений (раствор остаётся прозрачным).

Таким образом, карбонат натрия позволяет различить все три вещества по разным признакам: газ, осадок, отсутствие реакции.

Даны вещества: гидроксид натрия (NaOH), карбонат натрия (Na₂CO₃) и сульфат натрия (Na₂SO₄).

Здесь все катионы одинаковы (Na⁺), поэтому нужно различать анионы: OH^-, CO2-3, SO2-4.

Рассмотрим реагент хлорид бария (BaCl₂) :

• С NaOH: Реакции не происходит, так как гидроксид бария растворим. Наблюдение: отсутствие видимых изменений.
• С Na₂CO₃: BaCl₂+Na₂CO₃→BaCO₃↓+2NaCl. Наблюдение: выпадение белого осадка.
• С Na₂SO₄: BaCl₂+Na₂SO₄→BaSO₄↓+2NaCl. Наблюдение: выпадение белого осадка.

Проблема: BaCl₂ даёт осадки с двумя веществами, и они выглядят похоже (оба белые). Нужно различить карбонат и сульфат. Для этого можно использовать тот же реагент, но добавить кислоту? Нет, условие «один реагент».

Давайте попробуем другой реагент. Нам нужно различить щёлочь, карбонат и сульфат.

Попробуем кислоту, например, соляную (HCl) :

• С NaOH: NaOH+HCl→NaCl+H₂O. Реакция нейтрализации идёт без видимых эффектов (если нет индикатора). Просто смешивание двух бесцветных жидкостей.
• С Na₂CO₃: Na₂CO₃+2HCl→2NaCl+H₂O+CO₂↑. Наблюдение: выделение газа.
• С Na₂SO₄: Реакции не происходит. Наблюдение: отсутствие видимых изменений.

Здесь проблема: и с NaOH, и с Na₂SO₄ визуально ничего не меняется. Значит, просто кислота не подходит, если нельзя использовать индикатор внутри неё.

Вернёмся к идее с осадками. Может быть, нужен реагент, который с одним даёт осадок, с другим газ, с третьим ничего?

Рассмотрим нитрат серебра (AgNO₃) ? С сульфатом может дать мутность (Ag₂SO₄ малорастворим), с карбонатом осадок, с гидроксидом оксид серебра (коричневый). Слишком сложно и неоднозначно.

Давайте посмотрим на хлорид алюминия (AlCl₃) или другие соли металлов, образующие амфотерные гидроксиды?

Нет, давайте вспомним классический способ различения карбонатов и сульфатов. Обычно используют BaCl₂, а затем проверяют растворимость осадка в кислоте. Но у нас только один реагент.

А что если взять кислотный раствор с индикатором ? Нет, это два компонента.

Перечитаем условие внимательно. «Используя только один реагент». Часто в таких задачах подразумевается, что можно использовать раствор, который сам по себе имеет цвет или запах, либо реакция идёт с сильным экзотермическим эффектом.

Попробуем сульфат меди(II) (CuSO₄) :

• С NaOH: CuSO₄+2NaOH→Cu(OH)₂↓+Na₂SO₄. Наблюдение: выпадение голубого осадка.
• С Na₂CO₃: При смешивании растворов образуется основной карбонат меди (зелёный осадок) или смесь осадков. Уравнение часто записывают как 2CuSO₄+2Na₂CO₃+H₂O→(CuOH)₂CO₃↓+2Na₂SO₄+CO₂↑. Наблюдение: выпадение зелёного осадка и выделение газа. Это сильно отличается от голубого осадка с щёлочью.
• С Na₂SO₄: Реакции не происходит. Наблюдение: раствор остаётся синим (цвет CuSO₄), осадка нет.

Этот вариант кажется наиболее подходящим для школьной программы, так как цвета осадков различимы: голубой, зелёный (или сине-зелёный с пузырьками), и отсутствие осадка (синий раствор).

Однако, есть более простой вариант для пункта б, если допустить использование индикаторной бумаги как части процесса? Нет, это не реагент.

Давайте проверим ещё раз пункт а. Там KOH (щёлочь), HNO₃ (кислота), CaCl₂ (соль). Реагент Na₂CO₃ идеален: газ, осадок, тишина.

Для пункта б: NaOH (щёлочь), Na₂CO₃ (соль слабой кислоты), Na₂SO₄ (соль сильной кислоты).

Если мы используем BaCl₂ , то получаем два белых осадка. Как их различить одним реагентом? Никак, если не добавлять второй шаг.

Но! Если мы возьмём разбавленную серную кислоту (H₂SO₄) ?

• С NaOH: Нейтрализация, без видимых эффектов (кроме нагрева).
• С Na₂CO₃: Выделение газа CO₂.
• С Na₂SO₄: Без реакции.

Снова проблема с NaOH и Na₂SO₄.

Возможно, в пункте б подразумевается использование фенолфталеина ? Нет, это индикатор.

Давайте вернёмся к CuSO₄ . Это стандартный ответ для различения щелочей и карбонатов/сульфатов по цвету осадков.

• NaOH: Голубой осадок Cu(OH)₂.
• Na₂CO₃: Зелёный осадок основного карбоната меди (часто описывается как «зеленоватый осадок» или «голубовато-зелёный») и иногда вспенивание.
• Na₂SO₄: Раствор остаётся синим, осадка нет.

Это единственный вариант с одним реагентом, дающим три разных визуальных результата.

Пункт а): Реагент — карбонат натрия (Na₂CO₃).
- С HNO₃: газ (CO₂).
- С CaCl₂: белый осадок (CaCO₃).
- С KOH: без видимых изменений.

Пункт б): Реагент — сульфат меди(II) (CuSO₄).
- С NaOH: голубой осадок (Cu(OH)₂).
- С Na₂CO₃: зеленоватый осадок (основной карбонат меди) и возможное выделение газа.
- С Na₂SO₄: без осадка, синий раствор.