Решение качественных задач

Решение качественных задач по определению веществ, находящихся в склянках без этикеток, предполагает проведение ряда операций, по результатам которых можно определить, какое вещество находится в той или иной склянке.

Первым этапом решения является мысленный эксперимент, представляющий собой план действий и их предполагаемые результаты. Для записи мысленного эксперимента можно предложить удобную таблицу-матрица, в ней обозначены формулы определяемых веществ по горизонтали и вертикали. В местах пересечения формул взаимодействующих веществ записываются предполагаемые результаты наблюдений: ↑- выделение газа, ↓- выпадение осадка, указываются изменения цвета, запаха или отсутствие видимых изменений. Если по условию задачи возможно применение дополнительных реактивов, то результаты их использования лучше записать перед составлением таблицы — число определяемых веществ в таблице может быть таким образом сокращено.
Решение задачи будет, следовательно, состоять из следующих этапов:
— предварительное обсуждение отдельных реакций и внешних характеристик веществ
— запись формул и предполагаемых результатов попарных реакций в таблицу
— проведение эксперимента в соответствии с таблицей (в случае экспериментальной задачи)
— анализ результатов реакций и соотнесение их с конкретными веществами
— формулировка ответа задачи.

Необходимо подчеркнуть, что мысленный эксперимент и реальность не всегда полностью совпадают, так как реальные реакции осуществляются при определенных концентрации, температуре, освещении (например, при электрическом свете AgCl и AgBr идентичны). Мысленный эксперимент часто не учитывает многих мелочей. К примеру, Br2/aq прекрасно обесцвечивается растворами Na2CO3, Nа2SiO3, CH3COONa; образование осадка Ag3PO4 не идет в сильнокислой среде, так как сама кислота не дает этой реакции; глицерин образует комплекс с Сu(ОН) 2, но не образует с (CuOH)2SO4, если нет избытка щелочи, и так далее. 

Пример 1. В пронумерованных склянках содержатся растворы следующих веществ: нитрата серебра, соляной кислоты, сульфата серебра, нитрата свинца, аммиака и гидроксида натрия. Не используя других реактивов, определите, в какой склянке раствор какого вещества находится.

Решение. Для решения задачи составим таблицу-матрицу, в которую будем заносить в соответствующие квадратики ниже пересекающей ее диагонали данные наблюдения результатов сливания веществ одних пробирок с другими.

Наблюдение результатов последовательного приливания содержимого одних пронумерованных пробирок ко всем другим:

1 + 2 — выпадает белый осадок
1 + 3 — видимых изменений не наблюдается

Вещества 1. AgNO3, 2. НСl 3. Pb(NO3)2, 4. NH4OH 5. NaOH
1. AgNO3

X

AgCl↓ белый

выпадающий осадок растворяется Ag2O↓  бурый
2. НСl  ↓ белый X  PbCl2 ↓ белый

3. Pb(NO3)2

белый PbCl2↓ 

X

 Pb(OH)2↓     (помутнение) Pb(OH)2↓  белый
4. NH4OH

 ↓ (помутнение)

X

5. NaOH  ↓бурый

 ↓ белый

X

1 + 4 — в зависимости от порядка сливания растворов может выпасть осадок
1 + 5 — выпадает осадок бурого цвета
2 + 3— выпадает осадок белого цвета
2 + 4— видимых изменений не наблюдается
2 + 5 — видимых изменений не наблюдается 
3 + 4 — наблюдается помутнение
3 + 5 — выпадает белый осадок
4 + 5 — видимых изменений не наблюдается

Запишите уравнения протекающих реакций в тех случаях, когда наблюдаются изменения в реакционной системе (выделение газа, осадка, изменение цвета) и занесите формулу наблюдаемого вещества в соответствующую графу таблицы:

I. 1 + 2:  AgNO3 + НСl  AgCl↓ + HNO3
II. 1 + 5:  2 AgNO3 + 2 NaOH  Ag2O↓ + 2 NaNO3 + H2O  
 бурый (2 AgOH → Ag2O + H2O)
III. 2 + 3:  2 НСl + Рb(NO3)2  РbСl2↓ + 2 НNO3
 белый
IV. 3 + 4:  Pb(NO3)2 + 2 NH4OH  Pb(OH)2↓ + 2NH4NO3
 помутнение
V. 3 + 5:  Pb(NO3)2 + 2 NaOH  Pb(OH)2↓ + 2NaNO3
 белый

(при приливании нитрата свинца в избыток щелочи осадок может сразу раствориться).
Таким образом, на основании пяти опытов различаем вещества, находящиеся в пронумерованных пробирках.

Пример 2. В восьми пронумерованных пробирках (от 1 до 8) без надписей содержатся сухие вещества: нитрат серебра (1), хлорид алюминия (2), сульфид натрия (3), хлорид бария (4), нитрат калия (5), фосфат калия (6), а также растворы серной (7) и соляной (8) кислот. Как, не имея никаких дополнительных реактивов, кроме воды, различить эти вещества?

Решение. Прежде всего растворим твердые вещества в воде и отметим пробирки, где они оказались. Составим таблицу, в которую будем заносить данные наблюдения результатов сливания веществ одних пробирок с другими ниже и выше пересекающей ее диагонали. В правой части таблицы введем дополнительную графу»общий результат наблюдения», которую заполним после окончания всех опытов и суммирования итогов наблюдений по горизонтали слева направо.

1 + 2: 3 AgNO3 + A1C1  3 AgCl↓ белый  + Al(NO3)3
1 + 3: 2 AgNO3 + Na2S  Ag2S↓ черный  + 2 NaNO3
1 + 4: 2 AgNO3 + BaCl2  2 AgCl↓ белый  + Ba(NO3)2
1 + 6: 3 AgNО3 + K3PO4  Ag3PO4 желтый  + 3 KNO3
1 + 7: 2 AgNO3 + H2SO4  Ag,SO4↓ белый  + 2 HNOS
1 + 8: AgNO3 + HCl  AgCl↓  белый  + HNO3
2 + 3: 2 AlCl3 + 3 Na2S + 6 H2O  2 Al (OH)3  ↓белый  + 3 H2S↑ + 6 NaCl
(Na2S + H2O  → NaOH + NaHS, гидролиз)
2 + 6: AlCl3 + K3PO4  A1PO4↓ ↓  белый  + 3 KCl
3 + 7: Na2S + H2SO4  Na2SO4  + H2S↑ 
3 + 8: Na2S + 2 HCl  — 2 NaCl  + H2S↑ 
4 + 6: 3 BaCl2 + 2 K3PO4  Ba3(PO4)2↓  белый  + 6 KC1
4 + 7: BaCl2 + H2SO4  BaSO4↓  белый  + 2 HC1

Видимых изменений не происходит только с нитратом калия.

По тому, сколько раз выпадает осадок и выделяется газ, однозначно определяются все реагенты. Кроме того, ВаС12 и К3РО4 различают по цвету выпавшего осадка с AgNO3: AgCl — белый, a Ag3PO4 — желтый. В данной задаче решение может быть более простым — любой из растворов кислот позволяет сразу выделить сульфид натрия, им определяются нитрат серебра и хлорид алюминия. Нитратом серебра определяются среди оставшихся трех твердых веществ хлорид бария и фосфат калия, хлоридом бария различают соляную и серную кислоты.

Задачи для самостоятельного анализа

  1. В два одинаковых химических стакана налиты равные объемы: в один воды, в другой — разбавленного раствора серной кислоты. Как, не имея под рукой никаких химических реактивов, различить эти жидкости (пробовать растворы на вкус нельзя)?
  2. В четырех пробирках находятся порошки оксида меди(II), оксида железа (III), серебра, железа. Как распознать эти вещества, используя только один химический реактив? Распознавание по внешнему виду исключается.
  3. В четырех пронумерованных пробирках находятся сухие оксид меди (II), сажа, хлорид натрия и хлорид бария. Как, пользуясь минимальным количеством реактивов, определить, в какой из пробирок находится какое вещество? Ответ обоснуйте и подтвердите уравнениями соответствующих химических реакций.
  4. В шести пробирках без надписей находятся безводные соединения: оксид фосфора(V), хлорид натрия, сульфат меди, хлорид алюминия, сульфид алюминия, хлорид аммония. Как можно определить содержимое каждой пробирки, если имеется только набор пустых пробирок, вода и горелка? Предложите план анализа.
  5. В четырех пробирках без надписей находятся водные растворы гидроксида натрия, соляной кислоты, поташа и сульфата алюминия. Предложите способ определения содержимого каждой пробирки, не применяя дополнительных реактивов.
  6. В пронумерованных пробирках находятся растворы гидроксида натрия, серной кислоты, сульфата натрия и фенолфталеин. Как различить эти растворы, не пользуясь дополнительными реактивами?
  7. В банках без этикеток находятся следующие индивидуальные вещества: порошки железа, цинка, карбоната кальция, карбоната калия, сульфата натрия, хлорида натрия, нитрата натрия, а также растворы гидроксида натрия и гидроксида бария. В Вашем распоряжении нет никаких других химических реактивов, в том числе и воды. Составьте план определения содержимого каждой банки.
  8. В четырех пронумерованных банках без этикеток находятся твердые оксид фосфора (V) (1), оксид кальция (2), нитрат свинца (3), хлорид кальция (4). Определить, в какой из банок находится каждоеиз указанных соединений, если известно, что вещества (1) и (2) бурно реагируют с водой, а вещества (3) и (4) растворяются в воде, причем полученные растворы (1) и (3) могут реагировать со всеми остальными растворами с образованием осадков.
  9. В пяти пробирках без этикеток находятся растворы гидроксида, сульфида, хлорида, йодида натрия и аммиака. Как определить эти вещества при помощи одного дополнительного реактива? Приведите уравнения химических реакций.
  10. Как распознать растворы хлорида натрия, хлорида аммония, гидроксида бария, гидроксида натрия, находящиеся в сосудах без этикеток, используя лишь эти растворы?
  11. В восьми пронумерованных пробирках находятся водные растворы соляной кислоты, гидроксида натрия, сульфата натрия, карбоната натрия, хлорида аммония, нитрата свинца, хлорида бария, нитрата серебра. Используя индикаторную бумагу и проводя любые реакции между растворами в пробирках, установить, какое вещество содержится в каждой из них.
  12. В двух пробирках имеются растворы гидроксида натрия и сульфата алюминия. Как их различить, по возможности, без использования дополнительных веществ, имея только одну пустую пробирку или даже без нее?
  13. В пяти пронумерованных пробирках находятся растворы перманганата калия, сульфида натрия, бромная вода, толуол и бензол. Как, используя только названные реактивы, различить их? Используйте для обнаружения каждого из пяти веществ их характерные признаки (укажите их); дайте план проведения анализа. Напишите схемы необходимых реакций.
  14. В шести склянках без наименований находятся глицерин, водный раствор глюкозы, масляный альдегид (бутаналь), гексен-1, водный раствор ацетата натрия и 1,2-дихлорэтан. Имея в качестве дополнительных химических реактивов только безводные гидроксид натрия и сульфат меди, определите, что находится в каждой склянке.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *