4.1.4. Качественные реакции на неорганические вещества и ионы.
Представим себе такую ситуацию:
Вы работаете в лаборатории и решили провести какой-либо эксперимент. Для этого вы открыли шкаф с реактивами и неожиданно увидели на одной из полок следующую картину. У двух баночек с реактивами отклеились этикетки, которые благополучно остались лежать неподалеку. При этом установить точно какой банке соответствует какая этикетка уже невозможно, а внешние признаки веществ, по которым их можно было бы различить, одинаковы.
В таком случае проблема может быть решена с использованием, так называемых, качественных реакций.
Качественными реакциями называют такие реакции, которые позволяют отличить одни вещества от других, а также узнать качественный состав неизвестных веществ.
Например, известно, что катионы некоторых металлов при внесении их солей в пламя горелки окрашивают его в определенный цвет:
Данный метод может сработать только в том случае, если различаемые вещества по разному меняют цвет пламени, или же одно из них не меняет цвет вовсе.
Но, допустим, как назло, вам определяемые вещества цвет пламени не окрашивают, или окрашивают его в один и тот же цвет.
В этих случаях придется отличать вещества с применением других реагентов.
В каком случае мы можем отличить одно вещество от другого с помощью какого-либо реагента?
Возможны два варианта:
Например, нельзя отличить воду от раствора гидроксида натрия с помощью соляной кислоты, не смотря на то, что щелочи с кислотами прекрасно реагируют:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Связано это с отсутствием каких-либо внешних признаков реакции. Прозрачный бесцветный раствор соляной кислоты при смешении с бесцветным раствором гидроксида образует такой же прозрачный раствор:
Но зато, можно воду от водного раствора щелочи можно различить, например, с помощью раствора хлорида магния – в данной реакции выпадает белый осадок:
2) также вещества можно отличить друг от друга, если они оба реагируют с добавляемым реагентом, но делают это по-разному.
Например, различить раствор карбоната натрия от раствора нитрата серебра можно с помощью раствора соляной кислоты.
с карбонатом натрия соляная кислота реагирует с выделением бесцветного газа без запаха — углекислого газа (СО2):
а с нитратом серебра с образованием белого творожистого осадка AgCl
Ниже в таблицах представлены различные варианты обнаружения конкретных ионов:
Качественные реакции на катионы
Катион
Реактив
Признак реакции
Ba 2+
SO4 2-
Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах:
1) Выпадение осадка голубого цвета:
2) Выпадение осадка черного цвета:
Выпадение осадка черного цвета:
Выпадение белого осадка, не растворимого в HNO3, но растворимого в аммиаке NH3·H2O:
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Качественные реакции в химии»
Многие вещества, которые нас окружают, мы можем определить по их специфическим признакам и свойствам. Например, алюминий несложно отличить от других металлов. Он легче, также легко изменяет свою форму, при трении о бумагу или белую ткань оставляет серую полосу. Медь – металл красного цвета, имеет металлический блеск, хорошо проводит электрический ток, поэтому медь применяют при изготовлении проводов.
Такие жидкости, как уксусная кислота и этиловый спирт, также легко отличить. У каждого из вас дома наверняка есть уксусная кислота. Определить её вы можете по специфическому резкому запаху. Уксусная кислота очень хорошо растворима в воде. Этиловый спирт имеет характерный запах и хорошо смешивается с водой.
Кристаллы медного купороса имеют синий цвет, легко растворяются в воде, образуя голубой раствор. У всех у вас в аптечке есть марганцовка, её также несложно отличить. Марганцовка представляет собой тёмно-фиолетовые кристаллы, которые хорошо растворяются в воде и образуют раствор ярко-розового цвета.
Однако многие вещества распознать достаточно сложно. Как распознать кислород и углекислый газ, ведь эти газы бесцветны и не имеют запаха? Или как узнать, какое вещество находится в пробирке: раствор кислоты или соли? Какой газ находится в сосуде? Для этого проводят химические реакции, в результате которых происходят изменения с веществами. Эти специфические признаки мы можем определить с помощью наших органов чувств: зрения, обоняния, слуха. Такие химические реакции называются качественными.
То есть качественные реакции – это химические превращения, сопровождающиеся характерными признаками, с помощью которых проводят распознавание веществ.
Основными признаками химических реакций являются: изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, появление запаха, выделение тепла и света.
Такие явления при проведении качественных реакций называются аналитическими сигналами.
Если опустить тлеющую лучинку в пробирку с кислородом и углекислым газом, то в одной пробирке лучинка гаснет, а в другой – ярко вспыхивает. Этот опыт позволяет определить, в какой пробирке кислород, а в какой – углекислый газ. В той пробирке, где лучинка гаснет, находится углекислый газ, так как углекислый газ не поддерживает горение. В той пробирке, где лучинка вспыхнула, находится кислород, потому что кислород поддерживает горение.
А как отличить, например, углекислый газ от азота, ведь азот, как и углекислый газ, не поддерживает горение? Для этого существует качественная реакция на углекислый газ.
Если в стакан с углекислым газом добавить небольшое количество известковой воды и встряхнуть жидкость в стакане, то жидкость мутнеет. Таким образом, с помощью известковой воды, или раствора гашёной извести, можно обнаружить углекислый газ.
Если в пробирку с прозрачной известковой водой опустить стеклянную трубку и продуть через неё выдыхаемый воздух, то раствор мутнеет. Значит, и в выдыхаемом воздухе есть углекислый газ.
То есть вещество, с помощью которого проводят качественную реакцию, называется реактивом на определяемое вещество.
В нашем случае известковая вода является реактивом на углекислый газ и углекислый газ является реактивом на известковую воду.
Проведём небольшой эксперимент. В четырёх стаканах у нас находятся: вода, раствор поваренной соли, раствор сахара и известковая вода. Определим, в каком стакане известковая вода. Для этого нужно пропустить через жидкость в каждом стакане выдыхаемый воздух, который обогащён углекислым газом. В третьем стакане появилось помутнение, значит, здесь находится известковая вода.
Чтобы реакцию можно было считать качественной, аналитический сигнал на определённый реактив должен появляться только при взаимодействии с одним или немногими веществами. В противном случае трудно будет сделать вывод о том, какое вещество мы обнаружили с помощью реактива.
Например, крахмал можно обнаружить с помощью раствора йода и наоборот. Если капнуть несколько капель йодной настойки на кусочек картофеля, то наблюдается появление сине-фиолетовой окраски. Данная реакция является качественной на крахмал и подтверждает наличие крахмала в картофеле.
Качественный анализ — совокупность химических, физико-химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые, характерные химические реакции, при которых наблюдается появление или исчезновение окрашивания, выделение или растворение осадка, образование газа и др. Реакции должны быть как можно более селективны и высокочувствительны. Качественный анализ в водных растворах основан на ионных реакциях и позволяет обнаружить катионы или анионы.
Качественные реакции
Примеры качественных реакций на катионы
Катион
Воздействие и реактив
Наблюдаемая реакция
Li +
Пламя
Карминово-красное окрашивание
Na +
Пламя
Желтое окрашивание
K +
Пламя
Фиолетовое окрашивание
Ca 2 +
Пламя
Кирпично-красное окрашивание
Sr 2 +
Пламя
Карминово-красное окрашивание
Ba 2 +
1. Пламя
2.
2. Выпадение белого осадка, не растворимого в кислотах.
Cu 2 +
Вода
Гидратированные ионы Cu 2 + имеют голубую окраску
Pb 2 +
S 2 −
Выпадение черного осадка
Ag +
Cl −
Выпадение белого осадка
Fe 2 +
Гексациано-феррат (III) калия K3[Fe(CN)6]
Выпадение синего осадка
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Качественные реакции» в других словарях:
Качественный анализ (химия) — Качественный анализ совокупность химических, физико химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют… … Википедия
Молочная кислота — Молочная кислота … Википедия
Антраниловая кислота — ароматическая аминокислота. Производные антраниловой кислоты применяются в производстве … Википедия
Качественный анализ — совокупность химических, физико химических и физических методов, применяемых для обнаружения элементов, радикалов и соединений, входящих в состав анализируемого вещества или смеси веществ. В качественном анализе используют легко выполнимые,… … Википедия
Гликозиды — Гликозид кверцетина Гликозиды органические соединения, молекулы которых состоят из двух частей: углеводного (пиранозидного или фуранозидного) ос … Википедия
Е270 — Молочная кислота Молочная кислота α оксипропионовая кислота, CH3CH(OH)COOH. tпл 25–26 °С оптически активная + или – форма. tпл 18 °C рацемическая форма. Молочная кислота образуется при молочнокислом брожении сахаров, в частности в прокисшем… … Википедия
Лактат — Молочная кислота Молочная кислота α оксипропионовая кислота, CH3CH(OH)COOH. tпл 25–26 °С оптически активная + или – форма. tпл 18 °C рацемическая форма. Молочная кислота образуется при молочнокислом брожении сахаров, в частности в прокисшем… … Википедия
Полимер — (Polymer) Определение полимера, виды полимеризации, синтетические полимеры Информация об определении полимера, виды полимеризации, синтетические полимеры Содержание Содержание Определение Историческая справка Наука о Полимеризация Виды… … Энциклопедия инвестора
ЖЕЛУДОК — ЖЕЛУДОК. (gaster, ventriculus), расширенный отдел кишечника, имеющий благодаря наличию специальных желез значение особо важного пищеварительного органа. Ясно диференцированные «желудки» многих беспозвоночных, особенно членистоногих и… … Большая медицинская энциклопедия
Железо — (техн.) Ж. есть наиболее распространенный и наиболее употребительный из металлов. Ж. было известно еще египтянам во время постройки пирамид; у греков упоминается о нем в Илиаде Гомера, причем о нем говорится, как о трудно обрабатываемом металле,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Многие вещества, которые нас окружают, мы можем определить по их специфическим признакам и свойствам. Например, алюминий несложно отличить от других металлов. Он легче, также легко изменяет свою форму, при трении о бумагу или белую ткань оставляет серую полосу. Медь — металл красного цвета, имеет металлический блеск, хорошо проводит электрический ток, поэтому медь применяют при изготовлении проводов.
Такие жидкости, как уксусная кислота и этиловый спирт, также легко различить. Уксусная кислота очень хорошо растворима в воде. Этиловый спирт имеет характерный запах и хорошо смешивается с водой.
Кристаллы медного купороса имеют синий цвет, легко растворяются в воде, образуя голубой раствор.
У всех в аптечке есть марганцовка, её также несложно распознать. Марганцовка представляет собой тёмно-фиолетовые кристаллы, которые хорошо растворяются в воде и образуют раствор ярко-розового цвета.
Однако многие вещества определить достаточно сложно. Как распознать кислород и углекислый газ, ведь эти газы бесцветны и не имеют запаха? Или как узнать, какое вещество находится в пробирке: раствор кислоты или соли? Какой газ находится в сосуде?
Для этого проводят химические реакции, в результате которых происходят изменения с веществами. Эти специфические признаки мы можем определить с помощью наших органов чувств: зрения, обоняния, слуха. Такие химические реакции называются качественными.
То есть качественные реакции — это химические превращения, сопровождающиеся характерными признаками, с помощью которых проводят распознавание веществ.
Основными признаками химических реакций являются: изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, появление запаха, выделение тепла и света.
Такие явления при проведении качественных реакций называются аналитическими сигналами.
Если опустить тлеющую лучинку в пробирку с кислородом и углекислым газом, то в одной пробирке лучинка гаснет, а в другой — ярко вспыхивает. Этот опыт позволяет определить, в какой пробирке кислород, а в какой — углекислый газ. В той пробирке, где лучинка гаснет, находится углекислый газ, так как углекислый газ не поддерживает горение. В той пробирке, где лучинка вспыхнула, находится кислород, потому что кислород поддерживает горение.
А как отличить, например, углекислый газ от азота, ведь азот, как и углекислый газ, не поддерживает горение? Для этого существует качественная реакция на углекислый газ.
Если в стакан с углекислым газом добавить небольшое количество известковой воды и встряхнуть жидкость в стакане, то жидкость мутнеет. Таким образом, с помощью известковой воды или раствора гашёной извести можно обнаружить углекислый газ.
Если в пробирку с прозрачной известковой водой опустить стеклянную трубку и продуть через неё выдыхаемый воздух, то раствор мутнеет. Значит, и в выдыхаемом воздухе есть углекислый газ.
То есть вещество, с помощью которого проводят качественную реакцию, называется реактивом на определяемое вещество.
В нашем случае известковая вода является реактивом на углекислый газ и углекислый газ является реактивом на известковую воду.
Чтобы реакцию можно было считать качественной, аналитический сигнал на определённый реактив должен появляться только при взаимодействии с одним или немногими веществами. В противном случае трудно будет сделать вывод о том, какое вещество мы обнаружили с помощью реактива.
Например, крахмал можно обнаружить с помощью раствора йода и наоборот. Если капнуть несколько капель йодной настойки на кусочек картофеля, то наблюдается появление сине-фиолетовой окраски. Данная реакция является качественной на крахмал и подтверждает наличие крахмала в картофеле.
Таким образом, с помощью качественных реакций проводят распознавание веществ. Качественная реакция сопровождается аналитическим сигналом. Кислород и углекислый газ можно распознать с помощью тлеющей лучинки. Реактивом на углекислый газ является известковая вода и наоборот. Реактивом на крахмал является раствор йода.
Качественная реакция — это химическое взаимодействие определяемого вещества и реагента, сопровождающееся ярким внешним эффектом. Кроме того, реакции должны быть специфичными, т. е. возможными только для определённого элемента или группы соединений. К их эффектам могут относиться:
Так как в аналитической химии широко применяют физические и физико-химические методы анализа, то для некоторых веществ признаком прохождения качественной реакции становятся изменение окраски пламени горелки при внесении в него вещества, начало люминесценции при ультрафиолетовом облучении или характе́рная форма образующихся кристаллов (которую возможно рассмотреть только при помощи микроскопа).
Аналитические группы
Качественные реакции на катионы и анионы принято классифицировать по так называемым аналитическим группам, приняв за основной признак деления взаимодействие ряда ионов со специальным, групповым реагентом. Продуктами таких реакций будут соединения с похожими свойствами, например, осадки, плохо растворимые в воде, или неустойчивые комплексы.
Самой распространённой схемой деления является сероводородная, где групповыми реагентами являются карбонат аммония, раствор сероводорода и соляная кислота. Свойства образуемых хлоридов, сульфидов и карбонатов позволяют определить 5 аналитических групп, к которым относятся ионы:
Групповые реакции в химии используются не только для определения состава, но и для переведения ионов в инертное (не реакционноспособное) состояние.
Этот приём называется маскированием и своей целью имеет устранение соединений, мешающих проведению определённых химических исследований объекта.
Обнаружение катионов
Изменение окраски пламени является самым эффектным признаком качественной реакции и распространяется на определённое количество катионов неорганических веществ. За счёт выделения избытка энергии пламя становится жёлто-зелёным (Ba2+) и жёлтым (Na+), карминово-красным (Sr2+) и кирпично-красным (Ca2+), и даже фиолетово-розовым (K+). Тем не менее такой способ не является наиболее эффективным, так как интенсивность окраски напрямую зависит от концентрации, а определение цвета является субъективным. Поэтому результаты обычно проверяют дополнительно, используя иные реакции.
Выпадение белого кристаллического осадка, нерастворимого в воде, растворимого в гидроксиде калия и соляной кислоте
NH4+
NH4Cl+NaOH=NH3 + H2O +NaCl
Выделение аммиака
Mg2+
MgCl2+2Na2CO3+H2O=(MgOH)2CO3+4NaCl+CO2
Образование белого аморфного осадка
II
Ba2+
2BaCl2+K2Cr2O7+H2O=2BaCrO4+2HCl
Жёлтый осадок, растворимый в HCl и нерастворимый в CH3COOH
Ca2+
CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl
Белый кристаллический осадок
III
Zn2+
ZnCl2+H2S=ZnS+2HCl
Белый осадок
Cr3+
2CrCl3+3H2O2+10KOH=2K2CrO4+8H20+6KCl
Появление жёлтой окраски
Mn2+
2Mn(NO3)2+5PbO2+6HNO3=2HMnO4+5Pb(NO3)2+2H2O
Красно-фиолетовый цвет раствора
Fe2+
FeSO4+K3Fe(CN)6=KFeFe(CN)6+K2SO4
Синий осадок
Fe3+
FeCl3+4KSCN=K Fe(SCN)4+3KCl
Ярко-красный цвет раствора
IV
Cu2+
CuSO4+4NH3=Cu(NH3)4SO4
Устойчивый комплекс ярко-синего цвета
Cu2+
CuCl2+H2S=CuS+2HCl
Чёрный, нерастворимый в воде и разбавленных кислотах, осадок
Пятая группа отличается тем, что катионы серебра, свинца и меди, образуют малорастворимые в воде соединения характе́рной окраски, позволяющие без труда отличить их от других веществ. Например, серебро образует следующие осадки — AgSO4 бесцветный, Ag2S чёрный, AgI жёлтый, AgBr бледно-жёлтый, AgCl белый творожистый и Ag3PO4 жёлтый кристаллический, свинец — PbI2 ярко-жёлтый, PbSO4 белый.
Кроме того, и сам ион серебра является специфическим реагентом, только не для неорганической химии, а для органических соединений.
Ag2O в аммиачном растворе при добавлении альдегида образует на поверхности сосуда тонкую плёнку чистого серебра. Сама реакция широко известна как получение «серебряного зеркала».
Определение анионов
По групповому реагенту и органические, и неорганические анионы делятся на три группы: групповой реагент BaCl2, AgNO3 (или HNO3) или групповой реагент отсутствует. Для I группы (SO4(2-), PO4(3-), SO3(2-)) признаком прошедшей качественной реакции является образование бесцветных и малорастворимых соединений. Нитрат серебра образует с анионами II группы (ионы галогенов) характерно окрашенные соединения, растворимые в азотной кислоте.
Для определения остальных анионов существуют специфические реакции, например, NO3- взаимодействует с дифениламином ((С6H5)2NH), окрашивая раствор в очень яркий оттенок фиолетового.
Эта реакция проводится капельным методом, т. е. с помощью микропипеток на стеклянные пластинки наносится по 1-2 капли обоих реагентов, что является достаточным для получения яркого внешнего эффекта.
Качественные реакции имеют большое значение для химии. При помощи относительно простых специфических реакций становится возможным установить, какие же вещества находятся в смеси, и в дальнейшем провести ряд сложных операций, направленных на её разделение, экстракцию определённых соединений и т. д. Это используют и в исследовательских, и в промышленных лабораториях, следящих за контролем качества продукции.
