Номер 769, страница 136 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

769. К прозрачному водному раствору неизвестного вещества добавили раствор серной кислоты. При этом наблюдали образование белого осадка. Какие ионы могли присутствовать в растворе: $SO_4^{2-}$, $Br^{-}$, $Ca^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Cu^{2+}$, $K^{+}$, $CO_3^{2-}$, $Pb^{2+}$? Ответ поясните.

Решение

При добавлении раствора серной кислоты ($H_2SO_4$) в исходный водный раствор вносятся ионы водорода ($H^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$). Наблюдаемое образование белого осадка означает, что один из ионов, присутствующих в исходном растворе, вступил в реакцию с ионами из серной кислоты, образуя нерастворимое соединение белого цвета.

Проанализируем каждый из предложенных ионов на возможность образования осадка с компонентами серной кислоты:

• Ионы $Ca^{2+}$ и $Pb^{2+}$: Эти катионы образуют с сульфат-ионами ($SO_4^{2-}$) нерастворимые (или малорастворимые) соли белого цвета — сульфат кальция и сульфат свинца(II) соответственно. Исходные растворы солей этих металлов (например, хлориды или нитраты) являются прозрачными и бесцветными.

  $Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow$

  $Pb^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow PbSO_4 \downarrow$

  Следовательно, присутствие ионов $Ca^{2+}$ или $Pb^{2+}$ в исходном растворе объясняет образование белого осадка.

• Ионы $Fe^{3+}$ и $Cu^{2+}$: Сульфаты железа(III) и меди(II) хорошо растворимы в воде, поэтому осадок с сульфат-ионами они не образуют. Более того, водные растворы солей $Fe^{3+}$ имеют желто-коричневую окраску, а солей $Cu^{2+}$ — синюю или голубую, что противоречит условию о "прозрачном" растворе (обычно подразумевается бесцветный).

• Ион $K^+$: Сульфат калия ($K_2SO_4$) является хорошо растворимой солью, поэтому осадок не образуется.

• Ион $CO_3^{2-}$: Карбонат-ионы реагируют с ионами водорода ($H^+$) из сильной серной кислоты с образованием слабой и неустойчивой угольной кислоты ($H_2CO_3$), которая тут же разлагается на воду и углекислый газ ($CO_2$). Это привело бы к выделению пузырьков газа, а не к образованию осадка.

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

• Ионы $SO_4^{2-}$ и $Br^-$: Если в исходном растворе уже есть сульфат-ионы, добавление серной кислоты не приведет к образованию осадка (если только катион не является $Ca^{2+}$ или $Pb^{2+}$, что уже рассмотрено). Бромид-ионы ($Br^-$) не образуют осадков ни с ионами $H^+$, ни с $SO_4^{2-}$.

Таким образом, из перечисленных ионов только катионы кальция ($Ca^{2+}$) и свинца ($Pb^{2+}$) могли находиться в исходном прозрачном растворе и вызвать образование белого осадка при добавлении серной кислоты.

Ответ: В растворе могли присутствовать ионы $Ca^{2+}$ или $Pb^{2+}$.