Понятие о качественных реакциях
Определение состава веществ и растворов — одна из задач современной химии. Качественный и количественный состав веществ и их смесей — предмет изучения аналитической химии.
Одним из способов определения качественного состава растворов является использование качественных реакций. Качественными реакциями называют реакции, позволяющие ответить на вопрос: «Содержится ли определенное вещество или ион в исследуемом образце?»
Качественные реакции — это обычные химические реакции, протекающие достаточно быстро и сопровождающиеся определенными визуальными изменениями: изменение окраски раствора, образование осадка определенного цвета или выделение газа, который также может иметь (не иметь) окраску или запах.
Известно множество качественных реакций, позволяющих выявить наличие в растворах ионов, спиртов, аминокислот, белков и других веществ. С некоторыми качественными реакциями вы ознакомитесь в этом параграфе, а с другими — при дальнейшем изучении химии.
Выявление ионов в растворах электролитов
Качественные реакции, позволяющие выявить ионы в растворе, в большинстве случаев сопровождаются образованием осадка определенного цвета. Например, обнаружение ионов Ва2+ в растворе можно описать такой блок-схемой:
Наиболее часто употребляемые в школьном курсе химии реактивы для анализа приведены в таблице 8.
Выдающийся украинский физико-химик, член-корреспондент АН УССР. Родился в г. Сухуми, учился в Харьковском финансово-экономическом техникуме, работал на химическом факультете Харьковского университета. Основные научные исследования относятся к электрохимии растворов: изучал кислотно-основные взаимодействия в неводных растворах, развил теорию кислотно-основных реакций Брёнстеда и теорию действия стеклянного электрода, разработал количественную теорию диссоциации электролитов в растворах. Открыл метод тонкослойной хроматографии и разработал новые физико-химические методы анализа неводных растворов.
Таблица 8. Реактивы для определения некоторых анионов
|
Ион |
Реактив для качественного анализа и пример уравнения реакции |
Признак реакции |
 |
 |
Образование белого творожистого осадка AgCl, не растворимого в нитратной кислоте |
 |
 |
Образование бледно-желтого осадка AgBr |
 |
 |
Образование желтоватого осадка AgI |
 |
 |
Образование ярко-желтого осадка Ag3PO4 |
 |
 |
Образование белого осадка BaSO4, не растворимого в кислотах |
 |
 |
Образование белого осадка CaCO3 |
 |
Выделение углекислого газа |
Роль эксперимента в науке
Эксперимент — главный источник знаний. Проводя разнообразные исследования, ученые тысячелетиями накапливали знания в разных областях науки. Понятно, что, проведя один опыт, невозможно открыть закон или сформулировать теорию. На экспериментальном уровне познания происходит накопление фактов, информации о веществах и явления. Только обладая глубокими знаниями, можно
анализировать полученные данные и объяснять их, опираясь на уже существующую теорию или сформулировав свою.
Основываясь на экспериментальных фактах, ученые сформулировали большинство теорий. Так, изучая химические свойства кислорода, Лавуазье сформулировал кислородную теорию кислот, а взвешивая массы реагентов и продуктов реакции — закон сохранения массы. Изучая электропроводимость растворов, Аррениус заложил основы теории электролитической диссоциации. И таких примеров в истории химии множество.
Но некоторые теории и законы сначала были сформулированы теоретически путем анализа известных фактов. Необходимо было только «посмотреть» на эти факты с другой стороны. Анализируя свойства соединений элементов, Д. И. Менделеев открыл Периодический закон. Решая математические уравнения, Вольфганг Паули предположил существование неизвестной в то время характеристики электронов — спина, что экспериментально было подтверждено позже. Но, как говорил Нобелевский лауреат Лев Ландау: «Опыт — верховный судья теории». То есть любая теория или закон должны быть подтверждены экспериментально, как, например, открытие Галлия и Германия блестяще доказало истинность Периодического закона.
Известный украинский химик-аналитик, академик НАН Украины. Родился в поселке Кирилловка Черкасской области, окончил Киевский политехнический институт, работал в Киевском государственном университете. Занимался разработкой методов химического анализа неорганических материалов с использованием органических реактивов, применением комплексных соединений в химическом анализе. Руководил государственными программами «Чистая вода», принимал активное участие в ликвидации последствий Чернобыльской аварии, занимался созданием замкнутых циклов водоснабжения в промышленности, разработкой технологии комплексной переработки шахтных вод.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ № 7-9
Оборудование: штатив с пробирками, пипетки.
Реактивы: растворы NaCl, NaNO3, Na2CO3, Na2SO4, CaCl2, BaCl2, AgNO3, HCl.
Правила безопасности:
• для опытов используйте небольшие количества веществ;
• остерегайтесь попадания веществ на кожу, одежду, в глаза; при попадании кислоты ее следует немедленно смыть большим количеством воды и протереть поврежденное место раствором соды.
Определение хлорид-ионов в растворе
В первую пробирку налейте раствор натрий хлорида объемом 1 мл, во вторую — такое же количество раствора натрий нитрата. В обе пробирки добавьте по 2-3 капли раствора аргентум(1) нитрата. Что вы наблюдаете?
По какому признаку можно определить, в какой из пробирок находятся хлорид-ионы?
Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.
Определение сульфат-ионов в растворе
В первую пробирку налейте раствор натрий хлорида объемом 1 мл, во вторую — такое же количество раствора натрий сульфата. В обе пробирки добавьте по 2-3 капли раствора барий хлорида. Что вы наблюдаете?
По какому признаку можно определить, в какой из пробирок находятся сульфат-ионы?
Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.
Выявление карбонат-ионов в растворе
1. В первую пробирку налейте раствор натрий нитрата объемом 1 мл, во вторую — такое же количество раствора натрий карбоната.
В обе пробирки добавьте по 2-3 капли раствора кальций хлорида. Что наблюдаете?
2. Повторите опыт, но вместо кальций хлорида в обе пробирки добавьте по 1 мл хлоридной кислоты. Что наблюдаете?
По каким признакам можно определить, в какой из пробирок находятся карбонат-ионы?
Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.
Ключевая идея
Качественная реакция — это химическая реакция, позволяющая выявить определенное вещество. Эксперимент является главным источником знаний. Он играет двоякую роль: доказывает или опровергает любые теоретические выводы и может стать основой новой теории или гипотезы.
Контрольные вопросы
159. Как вы понимаете понятие «качественные реакции»?
160. Какие химические реакции можно использовать как качественные?
Задания для усвоения материала
161. По таблице растворимости предложите реактивы для выявления таких ионов: a) SO4-; б) Cl-; в) S2-; г) Ag+.
162. Предложите реактив, позволяющий различить пробирки с веществами в каждой из приведенных пар. Составьте соответствующие молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций:
а) MgCl2 и MgSO4; б) KNO3 и K2CO3.
163. Охарактеризуйте роль эксперимента для: а) определения качественного и количественного состава веществ; б) открытия и доказательства истинности Периодического закона; в) становления теории электролитической диссоциации; г) развития науки.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
Решение экспериментальных задач
Оборудование: штатив с пробирками.
Реактивы: растворы HCl, H2SO4, NaOH, Ca(OH)2, FeSO4, Na2SO3, Na2SiO3, AgNO3, NaCl, Mg(NO3)2, лакмус или метиловый оранжевый, порошок CaCO3.
Правила безопасности:
• для опытов используйте небольшие количества реактивов;
• остерегайтесь попадания реактивов на кожу, в глаза; при попадании едкого вещества смойте его большим количеством воды.
Задание 1
Определите необходимые реактивы и проведите реакции, которые соответствуют следующим ионно-молекулярным уравнениям:
Для всех проведенных реакций опишите свои наблюдения и составьте уравнения в молекулярной, полной и сокращенной ионномолекулярной формах.
Задание 2
Предложите, как можно доказать наличие каждого из ионов в растворе хлоридной кислоты.
Определите необходимые реактивы, выполните реакции и опишите визуальные изменения, по которым можно узнать состав веществ.
Для всех проведенных реакций опишите свои наблюдения и составьте уравнения в молекулярной, полной и сокращенной ионномолекулярной формах.
Задание 3
В пяти пронумерованных пробирках содержатся растворы следующих веществ: хлоридной кислоты, натрий хлорида, натрий сульфата, натрий гидроксида и магний нитрата. Предложите схему анализа, с помощью которого можно определить содержимое каждой пробирки, используя не более трех реактивов. Проведите химические реакции и укажите, в какой пробирке находится какое вещество. Составьте соответствующие уравнения реакций в молекулярной и сокращенной ионно-молекулярной формах.
Вывод. Сделайте обобщающий вывод к практической работе. Для этого используйте ответы на вопросы:
1. Может ли двум молекулярным уравнением реакции соответствовать одно сокращенное ионно-молекулярное уравнение?
2. Какие реакции называют качественными? По каким признакам выявляют те или иные ионы в растворе?
Темы учебных проектов по теме «Растворы»:
• Электролиты в современных аккумуляторах.
•Выращивание кристаллов солей.
•Приготовление растворов для оказания домедицинской помощи.
• Исследование pH почв своей местности.
• Исследование влияния кислотности и щелочности почв на развитие растений.
• Исследование pH атмосферных осадков и их влияния на различные материалы в окружающей среде.
• Исследование природных объектов в качестве кислотно-основных индикаторов.
• Исследование pH среды минеральных вод Украины.
Проверьте свои знания по теме «Растворы», выполнив тестовые задания на сайте.
Это материал учебника Химия 9 класс Григорович