Реши задание на изображении
На фото два варианта и общий блок заданий 4–6. Ниже — решения всех видимых заданий. Используй свой вариант.
Кратко: в качественных реакциях ионы определяют по осадкам, газу и окраске пламени; растворы карбонатов и сульфидов имеют щелочную среду, а соли \(\mathrm{Zn^{2+}}\), \(\mathrm{Fe^{2+}}\), \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{Al^{3+}}\), \(\mathrm{NH_4^+}\) — кислую. В задании 6 идёт взаимный гидролиз: выпадает \(\mathrm{Al(OH)_3}\) и выделяется \(\mathrm{CO_2}\).
Вариант 1
1. Доказательство состава
а) Серная кислота \(\mathrm{H_2SO_4}\).
В растворе есть ионы \(\mathrm{H^+}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\):
\[ \mathrm{H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}} \]
- На \(\mathrm{H^+}\): лакмус краснеет; можно добавить цинк — выделяется водород:
\[ \mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow} \]
\[ \mathrm{Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2\uparrow} \]
- На \(\mathrm{SO_4^{2-}}\): добавить \(\mathrm{BaCl_2}\), выпадает белый осадок \(\mathrm{BaSO_4}\), нерастворимый в кислотах:
\[ \mathrm{H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl} \]
\[ \mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow} \]
б) Хлорид железа(III) \(\mathrm{FeCl_3}\).
\[ \mathrm{FeCl_3 \rightarrow Fe^{3+} + 3Cl^-} \]
- На \(\mathrm{Fe^{3+}}\): прилить \(\mathrm{NaOH}\), выпадает бурый осадок \(\mathrm{Fe(OH)_3}\):
\[ \mathrm{FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl} \]
\[ \mathrm{Fe^{3+} + 3OH^- \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow} \]
Можно также использовать роданид калия \(\mathrm{KSCN}\) — раствор становится кроваво-красным.
- На \(\mathrm{Cl^-}\): добавить \(\mathrm{AgNO_3}\), выпадает белый творожистый осадок \(\mathrm{AgCl}\):
\[ \mathrm{FeCl_3 + 3AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + 3AgCl\downarrow} \]
\[ \mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow} \]
2. Испытание растворов индикатором
\(\mathrm{KCl}\) — соль сильной кислоты \(\mathrm{HCl}\) и сильного основания \(\mathrm{KOH}\). Гидролиза нет, среда нейтральная. Лакмус фиолетовый, фенолфталеин бесцветный.
\(\mathrm{K_2CO_3}\) — соль сильного основания и слабой кислоты \(\mathrm{H_2CO_3}\). Гидролиз по аниону, среда щелочная, фенолфталеин малиновый.
\[ \mathrm{K_2CO_3 + H_2O \leftrightarrow KHCO_3 + KOH} \]
\[ \mathrm{CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-} \]
\(\mathrm{ZnCl_2}\) — соль слабого основания \(\mathrm{Zn(OH)_2}\) и сильной кислоты \(\mathrm{HCl}\). Гидролиз по катиону, среда кислая, лакмус красный.
\[ \mathrm{ZnCl_2 + H_2O \leftrightarrow ZnOHCl + HCl} \]
\[ \mathrm{Zn^{2+} + H_2O \leftrightarrow ZnOH^+ + H^+} \]
3. Превращения
\[ \mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4} \]
\[ \mathrm{Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow} \]
Образуется голубой осадок \(\mathrm{Cu(OH)_2}\).
При нагревании:
\[ \mathrm{Cu(OH)_2 \rightarrow CuO + H_2O} \]
Образуется чёрный \(\mathrm{CuO}\).
\[ \mathrm{CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O} \]
\[ \mathrm{CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O} \]
Затем железо вытесняет медь:
\[ \mathrm{CuCl_2 + Fe \rightarrow FeCl_2 + Cu} \]
\[ \mathrm{Cu^{2+} + Fe \rightarrow Fe^{2+} + Cu} \]
На пластинке появляется красная медь.
Вариант 2
1. Доказательство состава
а) Гидроксид калия \(\mathrm{KOH}\).
\[ \mathrm{KOH \rightarrow K^+ + OH^-} \]
- На \(\mathrm{OH^-}\): фенолфталеин становится малиновым. Можно добавить \(\mathrm{CuSO_4}\) — выпадает голубой осадок:
\[ \mathrm{2KOH + CuSO_4 \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + K_2SO_4} \]
\[ \mathrm{Cu^{2+} + 2OH^- \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow} \]
- На \(\mathrm{K^+}\): окрашивание пламени в фиолетовый цвет.
б) Сульфат аммония \(\mathrm{(NH_4)_2SO_4}\).
\[ \mathrm{(NH_4)_2SO_4 \rightarrow 2NH_4^+ + SO_4^{2-}} \]
- На \(\mathrm{NH_4^+}\): добавить \(\mathrm{NaOH}\) и нагреть — выделяется аммиак с резким запахом; влажная красная лакмусовая бумажка синеет:
\[ \mathrm{(NH_4)_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2NH_3\uparrow + 2H_2O} \]
\[ \mathrm{NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3\uparrow + H_2O} \]
- На \(\mathrm{SO_4^{2-}}\): добавить \(\mathrm{BaCl_2}\) — белый осадок \(\mathrm{BaSO_4}\):
\[ \mathrm{(NH_4)_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2NH_4Cl} \]
\[ \mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow} \]
2. Испытание растворов индикатором
\(\mathrm{NaNO_3}\) — соль сильного основания \(\mathrm{NaOH}\) и сильной кислоты \(\mathrm{HNO_3}\). Гидролиза нет, среда нейтральная. Индикатор цвет не меняет.
\(\mathrm{Na_2CO_3}\) — соль сильного основания и слабой кислоты. Гидролиз по аниону, среда щелочная, фенолфталеин малиновый.
\[ \mathrm{Na_2CO_3 + H_2O \leftrightarrow NaHCO_3 + NaOH} \]
\[ \mathrm{CO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HCO_3^- + OH^-} \]
\(\mathrm{Zn(NO_3)_2}\) — соль слабого основания \(\mathrm{Zn(OH)_2}\) и сильной кислоты \(\mathrm{HNO_3}\). Гидролиз по катиону, среда кислая, лакмус красный.
\[ \mathrm{Zn(NO_3)_2 + H_2O \leftrightarrow ZnOHNO_3 + HNO_3} \]
\[ \mathrm{Zn^{2+} + H_2O \leftrightarrow ZnOH^+ + H^+} \]
3. Превращения
\[ \mathrm{Fe + H_2SO_4\ (разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow} \]
\[ \mathrm{Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2\uparrow} \]
\[ \mathrm{FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4} \]
\[ \mathrm{Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow} \]
Образуется серо-зелёный осадок \(\mathrm{Fe(OH)_2}\), который на воздухе быстро буреет. Для следующей стадии лучше брать свежий осадок.
\[ \mathrm{Fe(OH)_2 + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + 2H_2O} \]
\[ \mathrm{Fe(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + 2H_2O} \]
\[ \mathrm{FeCl_2 + 2AgNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + 2AgCl\downarrow} \]
\[ \mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow} \]
Выпадает белый осадок \(\mathrm{AgCl}\), в растворе остаётся \(\mathrm{Fe(NO_3)_2}\).
Задания 4–6
4. Гидролиз солей
Записаны уравнения по первой ступени.
- \(\mathrm{Cu(NO_3)_2}\) — среда кислая:
\[ \mathrm{Cu(NO_3)_2 + H_2O \leftrightarrow CuOHNO_3 + HNO_3} \]
\[ \mathrm{Cu^{2+} + H_2O \leftrightarrow CuOH^+ + H^+} \]
- \(\mathrm{FeSO_4}\) — среда кислая:
\[ \mathrm{Fe^{2+} + H_2O \leftrightarrow FeOH^+ + H^+} \]
- \(\mathrm{ZnCl_2}\) — среда кислая:
\[ \mathrm{ZnCl_2 + H_2O \leftrightarrow ZnOHCl + HCl} \]
\[ \mathrm{Zn^{2+} + H_2O \leftrightarrow ZnOH^+ + H^+} \]
- \(\mathrm{K_2S}\) — среда щелочная:
\[ \mathrm{K_2S + H_2O \leftrightarrow KHS + KOH} \]
\[ \mathrm{S^{2-} + H_2O \leftrightarrow HS^- + OH^-} \]
- \(\mathrm{Na_2SO_3}\) — среда щелочная:
\[ \mathrm{Na_2SO_3 + H_2O \leftrightarrow NaHSO_3 + NaOH} \]
\[ \mathrm{SO_3^{2-} + H_2O \leftrightarrow HSO_3^- + OH^-} \]
- \(\mathrm{NH_4Cl}\) — среда кислая:
\[ \mathrm{NH_4Cl + H_2O \leftrightarrow NH_3\cdot H_2O + HCl} \]
\[ \mathrm{NH_4^+ + H_2O \leftrightarrow NH_3\cdot H_2O + H^+} \]
- \(\mathrm{Al(NO_3)_3}\) — среда кислая:
\[ \mathrm{Al(NO_3)_3 + H_2O \leftrightarrow AlOH(NO_3)_2 + HNO_3} \]
\[ \mathrm{Al^{3+} + H_2O \leftrightarrow AlOH^{2+} + H^+} \]
5. Допишите левые части
а)
\[ \mathrm{Li_2SO_3 + H_2O \leftrightarrow LiHSO_3 + LiOH} \]
б)
\[ \mathrm{MgBr_2 + H_2O \leftrightarrow MgOHBr + HBr} \]
в)
\[ \mathrm{Cr_2S_3 + 6H_2O \rightarrow 2Cr(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow} \]
6. Взаимодействие карбоната натрия и сульфата алюминия
\[ \mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3CO_2\uparrow + 3Na_2SO_4} \]
Ионное уравнение:
\[ \mathrm{2Al^{3+} + 3CO_3^{2-} + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3CO_2\uparrow} \]
Почему так: \(\mathrm{Al^{3+}}\) усиливает гидролиз как катион слабого основания, а \(\mathrm{CO_3^{2-}}\) — как анион слабой кислоты. Происходит взаимное усиление гидролиза: образуется нерастворимый \(\mathrm{Al(OH)_3}\), а угольная кислота распадается на \(\mathrm{CO_2}\) и воду. Поэтому видим и осадок, и газ.
Проверка: во всех ионных уравнениях заряды слева и справа одинаковы; осадки \(\mathrm{BaSO_4}\), \(\mathrm{AgCl}\), \(\mathrm{Fe(OH)_3}\), \(\mathrm{Cu(OH)_2}\), \(\mathrm{Al(OH)_3}\) и газы \(\mathrm{NH_3}\), \(\mathrm{CO_2}\), \(\mathrm{H_2S}\) соответствуют качественным реакциям. В цепочке с железом после первой стадии железо остаётся в степени окисления +2: \(\mathrm{FeSO_4 \rightarrow Fe(OH)_2 \rightarrow FeCl_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2}\).
