Оформите отчёт о наблюдениях и условиях проведения реакций. Запишите уравнения реакций с участием электролитов в молекулярной и ионной формах.

Краткий ответ

1. а) В \(\mathrm{Ca(OH)_2}\): \(\mathrm{OH^-}\) — фенолфталеин (малиновый), \(\mathrm{Ca^{2+}}\) — \(\mathrm{Na_2CO_3}\) (белый осадок \(\mathrm{CaCO_3}\)). б) В \(\mathrm{(NH_4)_2SO_4}\): \(\mathrm{NH_4^+}\) — \(\mathrm{NaOH}\) при нагревании (запах \(\mathrm{NH_3}\)), \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) — \(\mathrm{BaCl_2}\) (белый осадок \(\mathrm{BaSO_4}\)).
2. \(\mathrm{NaNO_3}\) — нейтральная среда (гидролиза нет); \(\mathrm{Na_2CO_3}\) — щелочная (гидролиз по \(\mathrm{CO_3^{2-}}\)); \(\mathrm{Zn(NO_3)_2}\) — кислая (гидролиз по \(\mathrm{Zn^{2+}}\)).
3. \(\mathrm{Fe \rightarrow FeSO_4 \rightarrow Fe(OH)_2 \rightarrow FeCl_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2}\) — реакции с \(\mathrm{H_2SO_4}\), \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{AgNO_3}\).

1. Доказываем состав

Качественная реакция должна давать видимый признак: осадок, газ или изменение окраски. Каждый ион доказываем своим реагентом.

а) \(\mathrm{Ca(OH)_2}\)

• \(\mathrm{OH^-}\): фенолфталеин → малиновое окрашивание (щелочная среда).
• \(\mathrm{Ca^{2+}}\): раствор \(\mathrm{Na_2CO_3}\) → белый осадок \(\mathrm{CaCO_3}\).

\[ \mathrm{Ca(OH)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaOH} \] \[ \mathrm{Ca^{2+} + 2OH^- + 2Na^+ + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2Na^+ + 2OH^-} \] \[ \mathrm{Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow} \]

Дополнительно \(\mathrm{Ca^{2+}}\) подтверждают кирпично-красным окрашиванием пламени.

б) \(\mathrm{(NH_4)_2SO_4}\)

• \(\mathrm{NH_4^+}\): \(\mathrm{NaOH}\) при нагревании → запах аммиака; влажная красная лакмусовая бумажка синеет.
• \(\mathrm{SO_4^{2-}}\): \(\mathrm{BaCl_2}\) → белый осадок \(\mathrm{BaSO_4}\), нерастворимый в азотной кислоте.

\[ \mathrm{(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O} \] \[ \mathrm{2NH_4^+ + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \xrightarrow{t} 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2NH_3\uparrow + 2H_2O} \] \[ \mathrm{NH_4^+ + OH^- \xrightarrow{t} NH_3\uparrow + H_2O} \] \[ \mathrm{(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NH_4Cl} \] \[ \mathrm{2NH_4^+ + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NH_4^+ + 2Cl^-} \] \[ \mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow} \]

2. Гидролиз

Среда зависит от силы кислоты и основания, образующих соль. Сильная кислота + сильное основание — гидролиза нет. Сильное основание + слабая кислота — гидролиз по аниону, среда щелочная. Слабое основание + сильная кислота — гидролиз по катиону, среда кислая. Записываем первую ступень.

\(\mathrm{NaNO_3}\) — \(\mathrm{NaOH}\) (сильное) + \(\mathrm{HNO_3}\) (сильная). Гидролиз не идёт, \(\mathrm{pH = 7}\). Лакмус фиолетовый, фенолфталеин бесцветный.

\(\mathrm{Na_2CO_3}\) — \(\mathrm{NaOH}\) (сильное) + \(\mathrm{H_2CO_3}\) (слабая). Гидролиз по аниону, \(\mathrm{pH > 7}\). Фенолфталеин малиновый, лакмус синий.

\[ \mathrm{Na_2CO_3 + H_2O \rightleftharpoons NaHCO_3 + NaOH} \] \[ \mathrm{2Na^+ + CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons Na^+ + HCO_3^- + Na^+ + OH^-} \] \[ \mathrm{CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-} \]

\(\mathrm{Zn(NO_3)_2}\) — \(\mathrm{Zn(OH)_2}\) (слабое) + \(\mathrm{HNO_3}\) (сильная). Гидролиз по катиону, \(\mathrm{pH < 7}\). Лакмус красный, метилоранж розовый.

\[ \mathrm{Zn(NO_3)_2 + H_2O \rightleftharpoons Zn(OH)NO_3 + HNO_3} \] \[ \mathrm{Zn^{2+} + 2NO_3^- + H_2O \rightleftharpoons ZnOH^+ + NO_3^- + H^+ + NO_3^-} \] \[ \mathrm{Zn^{2+} + H_2O \rightleftharpoons ZnOH^+ + H^+} \]

3. Цепочка превращений

Каждую стрелку осуществляем реальной реакцией — с образованием осадка, газа или воды. \(\mathrm{Fe}\) — простое вещество, поэтому первая реакция ОВР.

1) \(\mathrm{Fe \rightarrow FeSO_4}\)

\[ \mathrm{Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow} \] \[ \mathrm{Fe + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{2+} + SO_4^{2-} + H_2\uparrow} \] \[ \mathrm{Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2\uparrow} \]

Электронный баланс: \[ \mathrm{Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}} \] \[ \mathrm{2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0} \]

\(\mathrm{Fe^0}\) — восстановитель, окисляется; \(\mathrm{H^+}\) — окислитель, восстанавливается. Наблюдение: железо растворяется, выделяется газ. Условие: разбавленная \(\mathrm{H_2SO_4}\).

2) \(\mathrm{FeSO_4 \rightarrow Fe(OH)_2}\)

\[ \mathrm{FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4} \] \[ \mathrm{Fe^{2+} + SO_4^{2-} + 2Na^+ + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + 2Na^+ + SO_4^{2-}} \] \[ \mathrm{Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow} \]

Наблюдение: серо-зелёный осадок. Условие: свежеприготовленные растворы, без доступа воздуха — на воздухе осадок буреет из-за окисления до \(\mathrm{Fe(OH)_3}\).

3) \(\mathrm{Fe(OH)_2 \rightarrow FeCl_2}\)

\[ \mathrm{Fe(OH)_2 + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + 2H_2O} \] \[ \mathrm{Fe(OH)_2 + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Fe^{2+} + 2Cl^- + 2H_2O} \] \[ \mathrm{Fe(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + 2H_2O} \]

Наблюдение: осадок растворяется.

4) \(\mathrm{FeCl_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2}\)

\[ \mathrm{FeCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2AgCl\downarrow} \] \[ \mathrm{Fe^{2+} + 2Cl^- + 2Ag^+ + 2NO_3^- \rightarrow Fe^{2+} + 2NO_3^- + 2AgCl\downarrow} \] \[ \mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow} \]

Наблюдение: белый творожистый осадок.

Проверка

Я проверил уравнения: в молекулярных уравнениях число атомов каждого элемента слева и справа одинаково; в ионных сумма зарядов слева и справа равна нулю. Например, в \(\mathrm{Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3\downarrow}\): \(+2 + (-2) = 0\). В ОВР отдано и принято по 2 электрона.

Что понять, чтобы решать похожие

1. Качественная реакция — это видимый признак: осадок, газ или окраска. Подбираем реагент под конкретный ион.
2. Гидролиз — сравниваем силу кислоты и основания; записываем первую ступень и сокращённое ионное уравнение.
3. В цепочке превращений каждая стрелка — реальная реакция; для простых веществ пишем электронный баланс.