Перейти до основного вмісту
Хімія• 15 хв читання

§ 14. Виявлення йонів у водних розчинах (Григорович)

Д
До уроку
Опубліковано: (Оновлено: )

Зміст

ПРИГАДАЙТЕ

У який спосіб можна виявити крохмаль у харчових продуктах? Як ви вважаєте, чи можна назвати цей спосіб якісною реакцією на крохмаль?

Крохмаль у харчових продуктах виявляють за допомогою спиртового розчину йоду або розчину Люголя, крапля якого забарвлює зразок у темно-синій колір. Цей спосіб є якісною реакцією, бо він відбувається швидко, супроводжується чіткою візуальною зміною забарвлення і однозначно доводить наявність крохмалю.

РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

159. Як ви розумієте поняття «якісні реакції»?

Якісні реакції — це хімічні реакції, які дають змогу відповісти на запитання: «Чи міститься певна речовина або йон у досліджуваному зразку?». Вони перебігають досить швидко та супроводжуються помітними зовнішніми змінами: випаданням або розчиненням осаду певного кольору, появою чи зміною забарвлення розчину або виділенням газу з характерним запахом чи без нього.

160. Які хімічні реакції можна використовувати як якісні?

Як якісні можна використовувати лише ті реакції, перебіг яких супроводжується чіткими й однозначними візуальними ознаками. До них належать утворення характерного осаду, його розчинення в кислотах чи лугах, зміна кольору розчину або виділення газу.

161. Проаналізуйте етикетки від доступних вам напоїв і харчових продуктів. Які йони є в їх складі? Чи можна лише за йонним складом визначити продукцію, з якою ви маєте справу?

На етикетках мінеральних вод та соків зазначають катіони , , , та аніони , , . Лише за якісним переліком йонів неможливо точно визначити конкретну марку продукту, тому що більшість напоїв містять схожий набір мінеральних йонів, а вирішальну роль відіграють їхні кількісні співвідношення та інші складники (цукри, органічні кислоти, ароматизатори).

162. У додаткових джерелах дізнайтеся, як якісні реакції на йони використовують для аналізу лікарських засобів і контролю їх якості. Підготуйте коротке повідомлення про одну з професій: фармацевт, хімік-аналітик, лаборант у клінічній лікарні.

У контролі якості ліків якісні реакції використовують для ідентифікації активних речовин і виявлення сторонніх чи токсичних домішок (наприклад, важких металів, хлоридів або сульфатів).

Хімік-аналітик досліджує хімічний склад сировини й готової продукції на виробництві, у наукових інститутах і санітарних лабораторіях. За допомогою якісних та кількісних хімічних методів цей фахівець перевіряє відповідність ліків і харчових продуктів державним стандартам безпеки та визначає концентрацію діючих речовин.

РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)

163. Чому для виявлення певних йонів використовують саме ті реагенти, що утворюють малорозчинні осади? Чому не всі реакції за участю йонів придатні для їх виявлення?

Утворення нерозчинного або малорозчинного осаду є чітким візуальним сигналом перебігу реакції, який легко помітити неозброєним оком. Більшість йонних реакцій відбувається без зовнішніх ефектів (наприклад, утворення розчинних солей), тому такі процеси не несуть аналітичної інформації і не можуть слугувати якісними реакціями.

164. Чи завжди колір осаду є унікальною ознакою для певного йона?

Колір осаду не завжди є унікальною ознакою, оскільки багато різних речовин утворюють осади однакового кольору. Зокрема, йони і дають білі осади з сульфат- та карбонат-аніонами. Для точного визначення додатково перевіряють розчинність утвореного осаду в кислотах або дію інших реактивів.

165. Як ви вважаєте, які розчини використовують для проведення якісних реакцій: концентровані чи розбавлені? Відповідь обґрунтуйте.

Для якісних реакцій застосовують помірно розбавлені розчини. У розбавлених розчинах міститься достатньо йонів для швидкого випадання осаду, але водночас не виникає побічних явищ: пересичення, передчасного випадання інших солей або розчинення осаду через утворення комплексних сполук у надлишку реагенту.

166. Чому інколи для виявлення йона проводять кілька різних реакцій, а не обмежуються однією?

Кілька реакцій проводять для запобігання помилкам, коли в суміші присутні сторонні йони, здатні утворювати схожі осади чи забарвлення. Послідовне застосування двох-трьох специфічних реакцій гарантує точне визначення конкретного йона.

167. Запропонуйте речовини, які можна використати для якісного виявлення йонів та .

Для виявлення катіонів і аніонів використовують кислотно-основні індикатори та солі:

  • Катіони Гідрогену виявляють за допомогою індикаторів: лакмус і метилоранж у кислому середовищі стають червоними. Також можна використати тверді карбонати (наприклад, ): кислота спричиняє бурхливе виділення безбарвного вуглекислого газу .
  • Гідроксид-іони виявляють фенолфталеїном (розчин стає малиновим) або лакмусом (стає синім). З розчинами солей Купруму(II) чи Феруму(III) луги утворюють забарвлені осади гідроксидів: синій або бурий .

168. Запропонуйте один реактив, додавання якого до обох речовин дасть змогу їх розрізнити.

а) і : додати розчин барій хлориду . З магній сульфатом випадає білий осад , а з магній хлоридом змін немає.

б) і : додати розчин хлоридної кислоти . З калій карбонатом виділяється безбарвний вуглекислий газ , а з калій нітратом змін немає.

в) і : додати розчин аргентум(I) нітрату . З барій хлоридом випадає білий сирнистий осад , а з барій бромідом — блідо-жовтий осад .

г) і : додати розчин хлоридної кислоти . Кальцій карбонат бурхливо розчиняється з виділенням газу , а з кальцій силікатом виділення газу немає й утворюється желеподібний осад силікатної кислоти .

д) і : додати розчин барій хлориду . Із сульфатною кислотою випадає білий осад , а з хлоридною кислотою реакція не відбувається.

е) і : додати декілька крапель індикатора метилоранжу або лакмусу. У розчині хлоридної кислоти індикатор забарвлюється в червоний колір, а в нейтральному розчині натрій хлориду колір не змінюється на червоний. Також можна додати розчин натрій карбонату : з кислотою виділятиметься газ .

ж) і : додати розчин натрій сульфату . З барій хлоридом випадає білий осад , а з магній хлоридом змін немає, оскільки магній сульфат розчинний у воді.

и) і : додати розчин хлоридної кислоти . З калій сульфітом виділяється сірчистий газ із різким задушливим запахом, а з калій сульфатом змін немає.

169. Сформулюйте гіпотезу щодо можливості виявлення йонів у водних розчинах: а) катіонів , , , , , , ; б) аніонів , , , .

а) Катіони у водних розчинах можна виявити за допомогою реактивів, що містять аніони, які зв’язують їх у характерні забарвлені або нерозчинні сполуки:

  • виявляють хлорид-іонами (випадає білий сирнистий осад );
  • виявляють карбонат-іонами (випадає білий осад , розчинний у кислотах);
  • виявляють лугом (випадає білий драглистий осад );
  • виявляють сульфід-іонами (чорний осад ) або йодид-іонами (яскраво-жовтий осад );
  • виявляють лугом (утворюється блакитний драглистий осад );
  • виявляють лугом (утворюється сіро-зелений осад , що буріє на повітрі);
  • виявляють лугом (утворюється червоно-бурий осад ).

б) Аніони у водних розчинах можна виявити катіонами, які утворюють із ними специфічні осади або виділяють гази:

  • виявляють катіонами Кальцію (випадає білий осад );
  • виявляють йонами (випадає чорний осад ) або кислотою (виділяється газ із запахом тухлих яєць);
  • виявляють сильною кислотою (випадає драглистий білий осад );
  • виявляють розчинною сіллю Аргентуму(I) (випадає яскраво-жовтий осад , що розчиняється в нітратній кислоті та водному амоніаку).

170. У семи пробірках містяться розчини таких речовин: , , , , , , . Уміст кожної з пробірок розділили навпіл. До першої половини додали розчин аргентум(1+) нітрату, а до другої — розчин барій хлориду. Результати дослідження зафіксували в таблиці.

ЗразокСпостереження після додавання Спостереження після додавання
1Жовтуватий осадБілий осад
2Видимі зміни відсутні, забарвлює полум’я в жовтий колірБілий осад
3Видимі зміни відсутніВидимі зміни відсутні
4Жовтий осадВидимі зміни відсутні
5Видимі зміни відсутні, забарвлює полум’я у фіолетовий колірБілий осад
6Жовтуватий осадВидимі зміни відсутні
7Білий осад, який зникає під час додавання розчину Видимі зміни відсутні

• 1. Яка сіль міститься в кожній пробірці?

  • Зразок 1 — (натрій карбонат): з дає жовтуватий осад , а з — білий осад .
  • Зразок 2 — (натрій сульфат): не реагує з , дає білий осад з , забарвлює полум’я в жовтий колір (катіон ).
  • Зразок 3 — (натрій нітрат): не утворює осадів з жодним із доданих реактивів.
  • Зразок 4 — (калій йодид): з утворює яскраво-жовтий осад , а з змін немає.
  • Зразок 5 — (калій сульфат): не утворює осаду з , дає білий осад з , забарвлює полум’я у фіолетовий колір (катіон ).
  • Зразок 6 — (калій бромід): з дає жовтуватий (блідо-жовтий) осад , а з не реагує.
  • Зразок 7 — (натрій хлорид): з утворює білий сирнистий осад , який розчиняється в розчині амоніаку, а з не реагує.

• 2. У зразку 7 за додавання аргентум(1+) нітрату утворюється осад. Як ви вважаєте, чим можна пояснити його зникнення після додавання розчину амоніаку?

У зразку 7 міститься хлорид-іон, який з іонами Аргентуму утворює білий сирнистий осад:

Під час додавання водного розчину амоніаку осад аргентум(I) хлориду переходить у розчинний комплекс — діамінаргентум(I) хлорид, тому осад повністю зникає:

• 3. У природних водоймах іноді виявляють високий уміст сульфатів і галогенідів. Чому знання про якісні реакції може бути важливим для контролю якості природної води?

Якісні реакції дозволяють швидко та в польових умовах встановити факт техногенного чи побутового забруднення водойми. Підвищена концентрація сульфатів і хлоридів погіршує смак води, шкодить травній системі людини, підвищує мінералізацію водойми й руйнує природні екосистеми водних організмів.

НАВЧАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ 10 «РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗАДАЧ»

Задача 1. Визначте необхідні реактиви та здійсніть реакції, яким відповідають такі йонно-молекулярні рівняння:
а) ;
б) ;
в) ;
г) ;
д) .
Для всіх проведених реакцій опишіть свої спостереження та запишіть хімічні рівняння.

а) Реактиви: розчин хлоридної кислоти і розчин натрій гідроксиду (з додаванням фенолфталеїну).
Спостереження: у лужному розчині фенолфталеїн має малиновий колір; при додаванні хлоридної кислоти розчин знебарвлюється, виділяється теплота.
Рівняння реакції:

Повне йонне рівняння:

Скорочене йонне рівняння:

б) Реактиви: розчин ферум(II) сульфату і розчин натрій гідроксиду .
Спостереження: миттєво випадає сіро-зелений осад, який на повітрі темніє і поступово стає бурим.
Рівняння реакції:

Повне йонне рівняння:

Скорочене йонне рівняння:

в) Реактиви: твердий кальцій карбонат (порошок) і розчин хлоридної кислоти .
Спостереження: порошок бурхливо розчиняється, супроводжуючись «закипанням» рідини через виділення безбарвного вуглекислого газу без запаху.
Рівняння реакції:

Повне йонне рівняння:

Скорочене йонне рівняння:

г) Реактиви: розчин натрій сульфіту і розчин хлоридної кислоти .
Спостереження: розчин залишається прозорим, але спостерігається виділення газу з різким характерним запахом сірчистого газу.
Рівняння реакції:

Повне йонне рівняння:

Скорочене йонне рівняння:

д) Реактиви: насичений розчин кальцій гідроксиду (вапняна вода) і розчин натрій силікату .
Спостереження: прозорий розчин стає каламутним і утворюється білий драглистий осад кальцій силікату.
Рівняння реакції:

Повне йонне рівняння:

Скорочене йонне рівняння:

Задача 2. Запропонуйте спосіб, яким можна довести наявність кожного з йонів у хлоридній кислоті. Визначте необхідні реактиви, здійсніть реакції та опишіть візуальні зміни, за якими можна дізнатися склад речовин. Для всіх проведених реакцій опишіть свої спостереження та запишіть хімічні рівняння.

Хлоридна кислота дисоціює на катіон Гідрогену та хлорид-аніон:

1) Доведення наявності катіонів :
У пробірку з розчином хлоридної кислоти додаємо кілька крапель розчину індикатора лакмусу (або метилоранжу).
Спостереження: колір індикатора одразу змінюється на червоний, що однозначно підтверджує наявність катіонів Гідрогену .

2) Доведення наявності аніонів :
В іншу пробу кислоти додаємо кілька крапель розчину аргентум(I) нітрату .
Спостереження: негайно випадає білий сирнистий осад, який не зникає при додаванні сильних кислот.
Рівняння реакції:

Повне йонне рівняння:

Скорочене йонне рівняння:

Задача 3. У п’ятьох пронумерованих пробірках містяться: хлоридна кислота, розчини: натрій хлориду, натрій сульфату, натрій гідроксиду та магній нітрату. Запропонуйте схему аналізу для визначення вмісту кожної пробірки, використовуючи не більше трьох реактивів. Здійсніть хімічні реакції та визначте, у якій пробірці міститься яка речовина. Запишіть відповідні хімічні рівняння.

Для визначення речовин візьмемо три реактиви: індикатор лакмус, розчин барій хлориду і розчин калій або натрій гідроксиду (або визначений у ході аналізу ).

Порядок аналізу:

1) Випробування індикатором лакмусом:
З кожної пробірки відбираємо порції розчину і додаємо по краплі лакмусу.

  • У пробірці, де лакмус став червоним, міститься кислота — .
  • У пробірці, де лакмус став синім, міститься луг — .
  • У трьох пробірках лакмус залишився нейтральним фіолетовим: , , .

2) Визначення :
До порцій трьох нейтральних розчинів додаємо кілька крапель розчину натрій гідроксиду .

  • У пробірці, де утворився білий драглистий осад, міститься магній нітрат :

    Скорочене йонне рівняння:
  • В інших двох пробірках осад не утворюється.

3) Розрізнення та :
До порцій двох розчинів, що залишилися, додаємо розчин барій хлориду .

  • У пробірці, де випадає білий нерозчинний у кислотах осад, міститься натрій сульфат :

    Скорочене йонне рівняння:
  • У пробірці, де змін немає, міститься натрій хлорид .

ВИЗНАЧАЄМО НЕБЕЗПЕКИ Й ОЦІНЮЄМО РИЗИКИ

Які небезпечні ситуації можуть виникнути під час роботи з названими речовинами та обладнанням? Якими мають бути ваші дії в разі небезпеки?

Під час експерименту можливі небезпеки:

  • Хімічні опіки шкіри чи очей від їдких розчинів кислот (, ) та лугів (, ).
  • Подразнення дихальних шляхів через виділення задушливого сірчистого газу .
  • Порізи склом при пошкодженні пробірок.

Правила дій:

  • У разі потрапляння кислоти чи лугу негайно змити речовину великою кількістю проточної води. Потім промити місце ураження слабким розчином питної соди (при дії кислоти) або розчином борної кислоти (при дії лугу).
  • Досліди з виділенням проводити у витяжній шафі або брати мінімальні кількості речовин і не нахилятися над отвором пробірки.
  • При розбитті посуду не збирати уламки руками, а повідомити вчителя.

ДЛЯ ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ РОБОТИ ОБГОВОРІТЬ ПИТАННЯ

1. Чи може двом молекулярним рівнянням реакцій відповідати одне скорочене йонно-молекулярне рівняння? Відповідь поясніть.

Так, двом і більше різним молекулярним рівнянням може відповідати однакове скорочене йонно-молекулярне рівняння.

Скорочене рівняння відображає лише суть процесу — зв’язування йонів у малодисоційовану сполуку, осад чи газ. Якщо взаємодіють розчинні сильні електроліти, які постачають у розчин ті самі активні йони, кінцевий запис буде ідентичним.

Наприклад:


Обидві реакції зводяться до одного скороченого рівняння:

2. Які реакції називають якісними? За якими ознаками виявляють різні йони в розчині?

Якісними називають швидкі хімічні реакції, які супроводжуються очевидними зовнішніми змінами та дозволяють однозначно встановити наявність певної речовини чи йона у зразку.

Йони в розчині виявляють за такими зовнішніми ознаками:

  • Випадання осаду характерного кольору і структури (сирнистий , білий кристалічний , драглистий блакитний , яскраво-жовтий ).
  • Зміна кольору розчину або зміна забарвлення індикаторів під дією чи .
  • Виділення газу з характерним запахом (задушливий ) або без запаху ().
  • Подальша поведінка осаду: його розчинення в сильних кислотах або у водному розчині амоніаку.

Теги статті:

#9 клас Григорович
Д

До уроку

Освітній портал «До уроку»

← До розділу «Хімія»↑ Вгору