Этот метод основан на способности ионов металлов, входящих в состав летучих солей, окрашивать пламя горелки в определенный цвет.

Уравнения качественных реакций

Материал для задания 37 ЕГЭ (по-старому С2 ЕГЭ), для олимпиад, да и вообще для тех, кому нужны нормальные знания по химии

 

Автор статьи — Саид Лутфуллин

 

 

 

В статье приведены многие реакции, которые встречаются в ЕГЭ. Формулировки описания реакций тоже как в ЕГЭ, поэтому не удивляйтесь если встретите что-то вроде «…осадок растворяется в кислотах…», конечно же, он не растворяется, он реагирует с кислотой. Растворение – это немного другой процесс, но господа составители из ФИПИ со мной не согласны и упорно применяют в таких случаях именно этот термин.

Уравнения качественных реакций неорганической химии.

 

 

· I группа
II группа
Be, Zn, Al
Медь
Серебро
Железо
Хром
Марганец
Ртуть
Ион аммония
Водород
Галогены: F, Cl, Br, I
Сера
Карбонат — ион
Фосфат — ион
Силикат — ион
Оксид азота (IV) — ион
Гидроксид-ион

 

 

I. Элементы IA-группы (щелочные металлы)

 

– легкие металлы, настолько пластичные, что их можно разрезать ножом. Из-за чрезвычайной активности, на воздухе легко окисляются (некоторые со взрывом), поэтому их хранят в керосине, кроме лития. Литий хранить в керосине невозможно из-за физических свойств. Этот металл легче керосина, поэтому всплывает в нем. Литий хранят в вазелине или еще в чем-нибудь таком инертном и вязком.

 

Почти все соли щелочных металлов растворимы в воде.

 

Поэтому обнаружение их катионов выпадением осадка невозможно. Для определения катионов металлов используют метод пирохимического анализа.

 

Этот метод основан на способности ионов металлов, входящих в состав летучих солей, окрашивать пламя горелки в определенный цвет.

 

1) Li⁺ Окрашивает пламя горелки в карминово-красный цвет

Помимо этого, литий – один единственный щелочной металл, катион которого можно обнаружить с помощью осадка. Катион лития с фосфат-ионом дает белый осадок:

3LiCl + Na₃PO₄ → Li₃PO₄↓ + 3NaCl

Сокращенное ионное уравнение:

3Li⁺+ PO4^3- → Li3PO4↓

 

2) Na⁺ Окрашивает пламя горелки в желтый цвет.

 

 

3) K⁺ Окрашивает пламя горелки в фиолетовый цвет.

 

 

4) Rb⁺ Окрашивает пламя горелки в розово-фиолетовый цвет.

 

 

5) Cs⁺ Окрашивает пламя горелки в голубовато-фиолетовый цвет.

 

 

 

II. Щелочноземельные металлы (подгруппа кальция)

– металлы серого цвета. Твердые, ножом не режутся. На воздухе ведут себя спокойно: покрываются оксидной пленкой.

Определить катионы щелочноземельных металлов можно как с помощью выпадения осадка, так и с помощью пирохимического метода:

1. Ca²⁺ Образует белый осадок с карбонат-ионом: CaCl₂ + K₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2KCl

Сокращенное ионное уравнение: Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

Образуется карбонат кальция – мел. Так же карбонат кальция – составная часть накипи. Иногда можно встретить формулировку: «…белый осадок, растворимый в кислотах с выделением газа (без цвета, вкуса, запаха)…». Имеется в виду реакция карбонатов с кислотами: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

Катион кальция окрашивает пламя горелки в оранжево-красный цвет.

 

2. Sr²⁺ Образует белый нерастворимый в кислотах осадок с сульфат-ионом: SrCl₂ +K₂SO₄ → SrSO₄↓ + 2KCl

Сокращенное ионное уравнение:Sr²⁺ + SO₄^2- → SrSO₄↓

Окрашивает пламя горелки в темно-красный цвет.

 

3. Ba²⁺ Образует белый нерастворимый в кислотах осадок с сульфат-ионом: BaCl₂ +K₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2KCl

Сокращенное ионное уравнение: Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Катионы бария окрашивают пламя горелки в зеленый цвет

 

4. Mg²⁺ Определяется, как и кальций, карбонат-ионами.

Карбонат магния – белый осадок: Mg(NO₃)₂ + K₂CO₃ → MgCO₃↓ + 2KNO₃

Сокращенное ионное уравнение: Mg²⁺ + CO₃^2- → MgCO₃↓

 

III. Be⁰ (Be²⁺), Zn⁰ (Zn²⁺), Al⁰ (Al³⁺)

эти три металла объединяют амфотерные свойства. Поэтому если в задании встречается следующая формулировка: «…металл, растворимый в растворе щелочи…», «…металл, который растворяется и в щелочах, и кислотах…» или «…металл, растворяющийся в щелочи с выделением горючего газа, легче воздуха…», то имеют в виду один из этих трех металлов.

Реакции: Be + 2KOH + 2H₂O → K₂[Be(OH)₄] + H₂↑

Zn + 2KOH + 2H₂O → K₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

2Al + 2KOH + 6H₂O → 2K[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Ионы этих металлов в растворах тоже определяют добавлением щелочи.

Выпадает белый студенистый осадок (гидроксид металла), который в избытке щелочирастворяется (гидроксиды алюминия, цинка и бериллия реагируют со щелочами, образуя растворимые гидроксоалюминаты, гидроксоцинкаты и гидроксобериллаты соответственно):

BeCl₂ + 2KOH → Be(OH)₂↓ + 2KCl(образование осадка)сокращенное ионное уравнение: Be²⁺ + 2OH^— → Be(OH)₂↓

Be(OH)₂ + 2KOH → K₂[Be(OH)₄] (растворение осадка)

 

ZnCl₂ + 2KOH → Zn(OH)₂↓ + 2KCl (образование осадка)

сокращенное ионное уравнение: Zn²⁺ + 2OH^— → Zn (OH)₂↓

Zn(OH)₂ + 2KOH → K₂[Zn(OH)₄] (растворение осадка)

 

AlCl₃ + 3KOH → Al(OH)₃↓ + 3KOH (образование осадка)

сокращенное ионное уравнение:

Al³⁺ + 3OH^— → Al(OH)₃↓

Al(OH)₃ + KOH → K[Al(OH)₄] (растворение осадка)

 

Оксиды этих металлов, как и гидроксиды, растворяются в кислотах и щелочах, рассмотрим на примере оксида алюминия:

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2KOH + 3H₂O → 2K[Al(OH)₄]

 

У гидроксида цинка есть характерная особенность: он растворяется в NH₃ (водн.)

Zn(OH)₂ + 4NH₃*H₂O → [Zn(NH₃)₄](OH)₂ + 4H₂O

 

Ион Zn²⁺ с S²⁺ образует белый осадок. Который растворяется в кислотах с выделением газа с запахом тухлых яиц – сероводорода (про него подробнее ниже, в разделе сера):

ZnSO₄ + K₂S → ZnS↓ + K₂SO₄ (образование осадка)

Сокращенное ионное уравнение:

Zn²⁺ + S^2- → ZnS↓

ZnS + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂S↑ (растворение осадка с выделением сероводорода)

 

Медь – пластичный розовато-красный металл.

 

Хороший проводник электрического тока.

Не вытесняет из кислот водород.

Реагирует только с кислотами-окислителями (азотной и концентрированной серной):

Cu + 2H₂SO_4(конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Cu + 4HNO_3(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

3Cu + 8HNO_3(разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

 

Оксид меди – CuO – черный – основный.

 

Растворяется в кислотах, окрашивая раствор в голубой цвет: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

Cu²⁺

 

Летучие соли меди окрашивают пламя горелки в зеленый цвет. Соединения меди имеют голубоватую окраску, это можно использовать как диагностический признак.

 

В растворе ионы меди можно обнаружить добавлением щелочи выпадает растворимый в кислотах, голубой осадок, который используется в нескольких качественных реакциях органической химии. CuCl₂ + 2KOH → Cu(OH)₂↓ + 2KCl

Сокращенное ионное уравнение: Cu²⁺ + 2OH^— → Cu(OH)₂↓

 

 

растворение осадка в кислотах: Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O

Осадок Cu(OH)₂ растворяется в избытке NH₃(водн.) образуя интенсивно синий раствор:

Cu(OH)₂ + 4NH₃*H₂O → [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 4H₂O

Если нагреть осадок Cu(OH)₂, то он почернеет. Потому что гидроксид меди(II) – нерастворимое основание и разлагается:

Cu(OH)₂ (t)→ CuO (черный) + H₂O

Голубой – это фирменный цвет соединений меди, и если в задании ЕГЭ написано про этот цвет, то 90% вероятности, что говорят про соединение меди.

 

 

Серебро – мягкий благородный металл. Цвет серебристый.

Оксид серебра Ag₂O- черный – основный.

Ag⁺

Катион серебра с хлорид-ионом дает белый творожистый осадок: AgNO₃ + KCl → AgCl↓ + KNO₃

сокращенное ионное уравнение: Ag⁺ + Cl^— → AgCl↓

Осадок хлорида серебра (и остальные галогениды), как и гидроксида меди, растворяется в NH₃*H₂O

 

AgCl + 2NH₃*H₂O → [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O

Еще одна особенность серебра, которая позволяет определить его ионы в растворе, – это его гидроксид, который нестабилен и быстро разлагается в водном растворе.

При добавлении к раствору соли серебра щелочи, выпадает черный осадок оксида серебра: AgNO₃ + KOH → KNO₃ + AgOH

2AgOH → Ag₂O↓ + H₂O

можно (и грамотнее) записать сразу: 2AgNO₃ + 2KOH → Ag₂O↓ + H₂O + 2KNO₃

То есть при добавлении к соли серебра щелочи выпадает черный осадок. Осадок оксида серебра, как и галогениды этого металла, растворяются в NH₃(водн.):

Ag₂O + 4NH₃*H₂O → 2[Ag(NH₃)₂]OH + 3Н₂O

[Ag(NH₃)₂]OH – гидроксид диамминсеребра(I) известен как раствор Толленса.

Он используется в качественной реакции на альдегиды (реакция серебряного зеркала).

Оксид серебра как основный гидроксид растворяется в кислотах (само собой, в тех, с которыми серебро может образовать растворимую соль):

Ag₂O + 2HNO₃ → 2AgNO₃ + H₂O

 

Железо – серебристо-белый пластичный металл. Обладает магнитными свойствами.

Вытесняет из растворов кислот водород (кроме азотной). Обратите внимание, что при взаимодействии с кислотами-неокислителями, и слабыми окислителями железо приобретает степень окисления +2, а при взаимодействии с сильными окислителями оно приобретет степень окисления +3:

2HCl + Fe → FeCl₂ + H₂↑

И сравните с: 2Fe + 3Cl₂ (t)→ 2FeCl₃

Катион Fe³⁺ определяется гидроксид-ионом.

При добавлении к раствору, содержащему ионы трехвалентного железа, выпадает бурый осадок гидроксида железа (III):

Fe₂(SO₄)₃ + 6KOH → 2Fe(OH)₃↓ + 3K₂SO₄

Сокращенное ионное уравнение: Fe³⁺ + 3OH^— → Fe(OH)₃↓

 

 

Оксид и гидроксид железа(III) – амфотерные соединения, поэтому они растворяются в щелочах и кислотах:

 

Fe₂O₃ + 2KOH + 3H₂O → 2K[Fe(OH)₄]

и Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + KOH → K[Fe(OH)₄]

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

 

Катион Fe²⁺ с гидроксид ионом тоже образует осадок, только зеленоватого цвета.

FeSO₄ + 2KOH → Fe(OH)₂↓ + 3K₂SO₄

Сокращенное ионное уравнение: Fe²⁺ + 2OH^— → Fe(OH)₂↓

Оксид и гидроксид железа(II) – основные.

В щелочах не растворяются.Осадок со временем буреет (меняет степень окисления с 2+ на +3): 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

На ионы железы есть еще две похожие канонические качественные реакции. Образуется одно и то же вещество: берлинская лазурь, или турнбулева синь.

Раньше считали, что это два разных вещества, в книжках писали: «не путайте», а потом оказалось, что это не так.

Ион Fe²⁺ определяется добавлением красной кровяной соли (гексацианоферрат (III) калия):

4Fe²⁺ + 3[Fe^III(CN)₆]³⁻ → Fe^III₄[Fe^II(CN)₆]₃↓

 

Ион Fe³⁺ определяется добавлением желтой кровяной соли (гексацианоферрат (II) калия): 4Fe³⁺ + 3[Fe^II(CN)₆]⁴⁻ → Fe^III₄[Fe^II(CN)₆]₃↓

 

Хром – блестящий белый металл.

Не очень активный, так как покрывается оксидной пленкой.

Название элемента переводится с греческого «цвет», потому что соединения хрома, как правило, окрашены. Простое вещество хром ведет себя как типичный металл, со щелочами не реагирует.

Реагирует с кислотами. Кислоты-неокислители (в том числе разбавленная серная кислота) и вообще слабые окислители переводят хром в степень окисления +2:

Cr + 2HCl → CrCl₂ + H₂↑

Cr + H₂SO_4(разб.) → CrSO₄ + H₂↑

Cr + S (t)→ CrS с окислителями приобретает степень окисления +3:

2Cr + 3Cl₂ (t)→ 2CrCl₃

4Cr + 3O₂ (t)→ 2Cr₂O₃

В общем тут все как у железа. Правило простое и вполне логичное.

С азотной и концентрированной серной кислотой не реагирует, так как пассивируется.

Проявляет несколько устойчивых степеней окисления.

Степень окисления +2

В этих соединениях хром проявляет сильные восстановительные свойства.

Оксид хрома (II) – CrO(основный) – черный.

 

 

Растворы солей Cr²⁺ голубые. Если обработать черный оксид хрома(II) соляной кислотой, образуется голубой раствор:

CrO + 2HCl → CrCl₂ + H₂O

 

Если к раствору соли двухвалентного хрома добавить щелочь выпадет желтый осадок гидроксида хрома(II), (осадок на воздухе зеленеет, об этом чуть позже):

CrCl₂ + 2KOH → Cr(OH)₂↓ + 2KCl

Сокращенное ионное уравнение: Cr²⁺ + 2OH^— → Cr(OH)₂↓

Гидроксид хрома(II) основный,

 

поэтому он не растворяется в щелочах, зато прекрасно растворяется в кислотах, образуя все тот же синий раствор:

 

Cr(OH)₂ + 2HCl → CrCl₂ + 2H₂O

Степень окисления +3. Оксид хрома(III) – Cr₂O₃ (амфотерный) – зеленый.

 

 

Как амфотерный оксид Cr₂O₃ растворяется в кислотах и щелочах:

Cr₂O₃ + 6HCl → 2CrCl₃ + 3H₂O

Cr₂O₃ + 2KOH + 3H₂O → 2K[Cr(OH)₄]

Соли трехвалентного хрома могут быть разного цвета (от фиолетового до темно-зеленого). Поэтому визуально опознать соль трехвалентного хрома со 100% уверенностью нельзя. Наличие катионов Cr³⁺ в растворе определяется добавлением щелочи.

Cr³⁺ с гидроксид-ионами образует зеленый осадок гидроксида хрома(III):

Cr(NO₃)₃ + 3NaOH → Cr(OH)3↓ + 3NaNO₃

Сокращенное ионное уравнение: Cr³⁺ + 3OH^— → Cr(OH)₃↓

Выпавший осадок – гидроксид хрома(III) амфотерный, поэтому растворяется в кислотах и щелочах, с образованием зеленых солей – гидроксохроматов:

2Cr(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Cr(OH)₃ + KOH → K[Cr(OH)₄]

Если оставить на некоторое время на воздухе желтый осадок гидроксида хрома(II), то он позеленеет. Cr⁺² окисляется до Cr⁺³, образуется зеленый гидроксид хрома(III):

4Cr(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4Cr(OH)₃

Если подействовать на соединение хрома (+3) сильным окислителем, то произойдет смена окраски. Она станет желтой. Хром окислится до +6

2Na[Cr(OH)₄] + 3Br₂ + 8NaOH → 2Na₂CrO₄ + 6NaBr + 8H₂O

Степень окисления +6.

В этих соединениях хром проявляет сильные окислительные свойства.