Номер 1226, страница 189 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1226. Как можно качественно обнаружить присутствие карбонатов и гидрокарбонатов? Приведите уравнения соответствующих реакций и кратко поясните свой ответ.

Решение

Качественное обнаружение карбонатов и гидрокарбонатов

Общим качественным признаком для определения наличия карбонат-ионов ($CO_3^{2-}$) и гидрокарбонат-ионов ($HCO_3^−$) является их взаимодействие с сильными кислотами (например, соляной $HCl$ или серной $H_2SO_4$). В ходе реакции происходит выделение углекислого газа ($CO_2$), что наблюдается как «вскипание» раствора или шипение при добавлении кислоты к твердому веществу. Это происходит из-за того, что образующаяся угольная кислота ($H_2CO_3$) очень неустойчива и сразу разлагается на воду и углекислый газ.

Уравнения реакций в ионном виде:

$CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

$HCO_3^{-} + H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$

Примеры с конкретными веществами:

Реакция с карбонатом натрия:

$Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Реакция с гидрокарбонатом натрия:

$NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2\uparrow$

Для достоверного подтверждения, что выделяемый газ — это углекислый газ, его пропускают через известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция $Ca(OH)_2$). Появление белого осадка (помутнение) карбоната кальция ($CaCO_3$) подтверждает наличие $CO_2$.

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

Различение карбонатов и гидрокарбонатов в растворе

Если необходимо различить эти два вида солей в растворе, можно использовать один из следующих методов:

1. Реакция с растворимыми солями кальция или магния. К исследуемым растворам добавляют раствор соли, например, хлорида кальция ($CaCl_2$).

С раствором карбоната (например, $Na_2CO_3$) немедленно выпадает белый осадок карбоната кальция:

$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$

С раствором гидрокарбоната (например, $NaHCO_3$) в тех же условиях осадка не образуется, так как гидрокарбонат кальция растворим. Осадок $CaCO_3$ выпадает только при нагревании раствора, так как гидрокарбонат-ион разлагается:

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$

Затем образовавшийся карбонат натрия реагирует с хлоридом кальция:

$Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2NaCl$

2. Использование кислотно-основных индикаторов. Растворы карбонатов имеют более щелочную среду (pH > 9) из-за гидролиза ($CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^−$), чем растворы гидрокарбонатов (pH ≈ 8). Поэтому индикатор фенолфталеин в растворе карбоната становится малиновым, а в растворе гидрокарбоната остается бесцветным.

Ответ:

Для качественного обнаружения карбонатов и гидрокарбонатов используют сильные кислоты, при взаимодействии с которыми выделяется углекислый газ ($CO_2$), вызывающий помутнение известковой воды. Уравнения ключевых реакций: $CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$; $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$. Различить карбонаты и гидрокарбонаты в растворе можно с помощью солей $Ca^{2+}$ или $Mg^{2+}$ (карбонаты дают осадок на холоде, гидрокарбонаты — только при кипячении) или с помощью индикатора фенолфталеина (в растворе карбоната он малиновый, в растворе гидрокарбоната — бесцветный).