Как определить что находится в пробирке

Как определить что находится в пробирке

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.

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, На₂SiO₃, 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 т. д. Реальная ситуация не всегда согласуется с теоретическим прогнозом, и в этой главе таблицы-матрицы»идеала» и «реальности» иногда будут отличаться. А чтобы разбираться в том, что же происходит на самом деле, ищите всякую возможность работать руками экспериментально на уроке или факультативе (помните при этом о требованиях техники безопасности).

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;

X

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)	—
S. 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.

Запишем далее уравнения протекающих реакций в тех случаях, когда наблюдаются изменения в реакционной системе (выделение газа, осадка, изменение цвета) и занесем формулу наблюдаемого вещества и соответствующий квадратик таблицы-матрицы выше пересекающей ее диагонали:

I. 1 + 2:	AgNO3 + НСl		AgCl + HNO3;
II. 1 + 5:	2AgNO3 + 2NaOH		Ag2O + 2NaNO3 + H2O;
бурый(2AgOH Ag2O + H2O)
III. 2 + 3:	2НСl + Рb(NO3)2		РbСl2 + 2НNO3;
белый
IV. 3 + 4:	Pb(NO3)2 + 2NH4OH		Pb(OH)2 + 2NH4NO3;
помутнение
V. 3 + 5:	Pb(NO3)2 + 2NaOH		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-матрицу (как в предыдущем примере), 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 (см., например, с. 178).

1+2:	3AgNO3 + A1C1,		3AgCl белый	+ Al(NO3)3;
1 + 3:	2AgNO3 + Na2S		Ag2S черный	+ 2NaNO3;
1 + 4:	2AgNO3 + BaCl2		2AgCl белый	+ Ba(NO3)2;
1 + 6:	3AgN03 + K3PO4		Ag3PO4 желтый	+ 3KNO3;
1 + 7:	2AgNO3 + H2SO4		Ag,SO4 белый	+ 2HNOS;
1 + 8:	AgNO3 + HCl		AgCl белый	+ HNO3;
2 + 3:	2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O		2Al (OH)3,	+ 3H2S + 6NaCl;
(Na2S + H2O NaOH + NaHS, гидролиз);
2 + 6:	AlCl3 + K3PO4		A1PO4 белый	+ 3KCl;
3 + 7:	Na2S + H2SO4		Na2SO4	+ H2S
3 + 8:	Na2S + 2HCl		-2NaCl	+ H2S;
4 + 6:	3BaCl2 + 2K3PO4		Ba3(PO4)2 белый	+ 6KC1;
4 + 7	BaCl2 + H2SO4		BaSO4 белый	+ 2HC1.

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.

Пример 3. В четырех пробирках без этикеток находятся бензол, хлоргексан, гексан и гексен. Используя минимальные количества и число реактивов, предложите метод определения каждого из указанных веществ.

Решение. Определяемые вещества между собой не реагируют, таблицу попарных реакций нет смысла составлять.
Существует несколько методов определения данных веществ, ниже приведен один из них.
Бромную воду обесцвечивает сразу только гексен:

Хлоргексан можно отличить от гексана, пропуская продукты их сгорания через раствор нитрата серебра (в случае хлоргексана выпадает белый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте, в отличие от карбоната серебра):

2С₆Н₁₄+ 19O₂= 12СO₂+ 14Н₂О;
С₆Н₁₃Сl + 9O₂ = 6СO₂ + 6Н₂O + НС1;
HCl + AgNO₃ = AgCl + HNO₃.

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 каждое из 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.

1. Для определения воды и серной кислоты можно использовать различие в физических свойствах: температурах кипения и замерзания, плотности, электропроводности, показателе преломления и т. п. Самое сильное различие будет в электропроводности.

2. Прильем к порошкам в пробирках соляную кислоту. Серебро не прореагирует. При растворении железа будет выделяться газ: Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂
Оксид железа (III) и оксид меди (II) растворяются без выделения газа, образуя желто-коричневый и сине-зеленый растворы: Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O; CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O.

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O (голубой раствор); BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HCl (белый осадок).
С сажей и NaCl разбавленная серная кислота не взаимодействует.

4. Небольшое количество каждого из веществ помещаем в воду:

CuSO4+5H2O = CuSO45H2O	(образуется голубой раствор и кристаллы);
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S	(выпадает осадок и выделяется газ с неприятным запахом);
AlCl3 + 6H2O = A1C13 6H2O + Q AlCl3+ H2O AlOHCl2+ HCl AlOHC12 + H20 = Al (OH) 2Cl + HCl А1(ОН)2С1 + Н2О = А1(ОН)2 + НСl	(протекает бурная реакция, образуются осадки основных солей и гидроксида алюминия);
P2O5 + H2O = 2HPO3 HPO3+H2O = H3PO4	(бурная реакция с выделением большого количества тепла, образуется прозрачный раствор).

Два вещества — хлорид натрия и хлорид аммония— растворяются, не реагируя с водой; их можно различить, нагревая сухие соли (хлорид аммония возгоняется без остатка): NH₄Cl NH₃ + HCl; или по окраске пламени растворами этих солей (соединения натрия окрашивают пламя в желтый цвет).

5. Составим таблицу попарных взаимодействий указанных реагентов

X

X

X

X

Вещества	1. NaOH	2 НСl	3. К2СО3	4. Аl2(SO4)3	Общий результат наблюдения
1, NaOH	—	—	Al(OH)3	1 осадок
2. НС1	_	CO2	__	1 газ
3. К2СО3	—	CO2	Al(OH)3 CO2	1 осадок и 2 газа
4. Al2(S04)3	А1(ОН)3	—	А1(ОН)3 CO2	2 осадка и 1 газ
NaOH + HCl = NaCl + H2O
К2СO3 + 2HC1 = 2КС1 + Н2O + СO2

3K₂CO₃ + Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3CO₂ + 3K₂SO₄;

Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4	(наличие осадка зависит от порядка сливания и избытка и щелочи)
Al(OH)3 + NaOH + 2H2O = Na[Al(OH)4(H2O)2]

Исходя из представленной таблицы по числу выпадения осадка и выделения газа можно определить все вещества.

6. Попарно смешивают все растворы Пара растворов, дающая малиновую окраску, — NaOH и фенолфталеин Малиновый раствор прибавляют в две оставшиеся пробирки. Там, где окраска исчезает, — серная кислота, в другой — сульфат натрия. Остается различить NaOH и фенолфталеин (пробирки 1 и 2).
А. Из пробирки 1 прибавляют каплю раствора к большому количеству раствора 2.
Б. Из пробирки 2 — каплю раствора прибавляют к большому количеству раствора 1. В обоих случаях— малиновое окрашивание.
К растворам А и Б прибавляют по 2 капли раствора серной кислоты. Там, где окраска исчезает, содержалась капля NaOH. (Если окраска исчезает в растворе А, то NaOH — в пробирке 1).

8. Бурно реагируют с водой: Р₂О₅ и СаО с образованием соответственно H₃PO₄ и Са(ОН)₂:

XCaHPO₄ PbHPO₄CaHPO₄2. Са(ОН)₂СаНРО₄

XPb(OH)₂—3. Pb(NO₃)₂РbНРО₄Pb(OH)₂

XРbСl₂4. СаС1₂CaHPO₄PbCl₂

Таким образом, раствор 1 (H₃PO₄) образует осадки со всеми другими растворами при взаимодействии. Раствор 3 — Pb(NO₃)₂ также образует осадки со всеми другими растворами. Вещества: I —Р₂O_5, II —СаО, III —Pb(NO₃)₂, IV—СаСl₂.
В общем случае выпадение большинства осадков будет зависеть от порядка сливания растворов и избытка одного из них (в большом избытке Н₃РО₄ фосфаты свинца и кальция растворимы).

9. Задача имеет несколько решений, два из которых приведены ниже.
а. Во все пробирки добавляем раствор медного купороса:
2NaOH + CuSO₄ = Na₂SO₄ + Cu(OH)₂ (голубой осадок);
Na₂S + CuSO₄ = Na₂SO₄ + CuS (черный осадок);
NaCl + CuSO₄ (в разбавленном растворе изменений нет);
4NaI+2CuSO₄ = 2Na₂SO₄ + 2CuI+I₂ (коричневый осадок);
4NH₃ + CuSO₄ = Cu(NH₃)₄SO₄ (синий раствор или голубой осадок, растворимый в избытке раствора аммиака).

б. Во все пробирки добавляем раствор нитрата серебра:
2NaOH + 2AgNO₃ = 2NaNO₃ + Н₂О + Ag₂O (коричневый осадок);
Na₂S + 2AgNO₃ = 2NaNO₃ + Ag₂S (черный осадок);
NaCl + AgNO₃ = NaN0₃ + AgCl (белый осадок);
NaI + AgNO₃ = NaNO₃ + AgI(желтый осадок);
2NH₃ + 2AgNO₃ + H₂O = 2NH₄NO₃ + Ag₂O (коричневый осадок).
Ag₂O растворяется в избытке раствора аммиака: Ag₂0 + 4NH₃ + H₂O = 2[Ag(NH₃)₂]OH.

10. Для распознавания этих веществ следует провести реакции всех растворов друг с другом:

X

Вещества	1. NaCl	2. NH4C1	3. Ba(OH),	4. NaOH	Общий результат наблюдения
1. NaCl	___	_	_	взаимодействия не наблюдается
2. NH4Cl	_	X	NH3	NH3	в двух случаях выделяется газ
3. Ва(ОН)2	—	NH3	X	—	в одном случае выделяется газ
4. NaOH	—	NH3	—	X	в одном случае выделяется газ

NaOH и Ва(ОН)₂ можно различить по разному окрашиванию пламени (Na+ окрашивают в желтый цвет, а Ва 2 + — в зеленый).

11. Определяем кислотность растворов с помощью индикаторной бумаги:
1) кислая среда —НСl, NH₄C1, Pb(NO₃)₂;
2) нейтральная среда — Na₂SO₄, ВаС1₂, AgNO₃;
3) щелочная среда — Na₂CO₃, NaOH. Составляем таблицу:

Вещества	AgNO3	ВаС12	HCl	NaOH	Na2SO4	Na2CO3	NH4C1	Pb(NO3)2
НС1	AgCl	—	X	—	—	CO2	_	PbCl2
NaOH	Ag2O	—	—	X	—	—	NH3	Pb(OH)2
Na2SO4	может выпасть Ag2SO4	BaSO4	—	—	X	—	—	PbSO4
Na2CO3	Ag2O	BaCO3	CO2	—	—	X	NH3	Pb(OH)2
NH4C1	AgCl	—	NH3	—	NH3	X	PbCl2
Pb(NO3)2	—	PbCl2	PbCl2	Pb(OH)2	PbSO4	PbCO3Pb(OH)2	PbCl2	X
ВаС12	AgCl	X	—	—	BaSO4	BaCO3	—	PbCl2
AgNO3	X	AgCl	AgCl	Ag2O	Ag2SO4	Ag2O	AgCl	—

12. В пустую пробирку наливают один из растворов и приливают каплю другого.
С л у ч а й п е р в ы й : образовался осадок и сразу растворился, или вовсе не образовался:

6NaOH + Al₂(SO₄)₃ 3Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃;
Al(OH)₃ + NaOH (избыток) + 2Н₂О Na[Al(OH)₄(H₂O)₂].

С л у ч а й в т о р о й : осадок образовался и не растворился. Тогда, наоборот, раствор (1) — Al₂(SO₄)₃, а раствор (2)—NaOH.

13. По цвету определяют КМпО₄ (розово-фиолетовый) и бромную воду (желтая или красно-бурая).
Раствор брома в воде определится сразу при взаимодействии с Na₂S:
Na₂S + Br₂ 2NaBr+S; (белый или светло-желтый осадок).
Раствор КМnО₄ обесцвечивается Na₂S и толуолом при кипячении:
2KMnO₄ + 3Na₂S + 4H₂O 2MnO₂ + 3S + 2KOH + 6NaOH;

С₆Н₅СООН.

Оставшееся вещество — бензол.

14. Прибавим последовательно сульфат меди и избыток гидроксида натрия ко всем веществам. С гексеном-1, ацетатом натрия, 1,2-дихлорэтаном реакция идти не будет, но в водном растворе ацетата натрия сульфат меди растворится. В пробирке с бу-таналем при нагревании выпадает красный осадок оксида меди(1). В пробирках с глицерином и глюкозой получится темно-синий раствор. При нагревании раствора глюкозы с добавленными реагентами выпадает оксид меди(1). Оставшиеся вещества, не смешивающиеся друг с другом, можно различить по плотности: гексен-1 имеет наименьшую плотность, а 1,2-дихлорэтан — наибольшую.

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Источник