Определение одного или нескольких веществ на основании качественных реакций. §5

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 используется специальная таблица-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, Br 2 /aq прекрасно обесцвечивается растворами Na 2 CO 3 , На 2 SiO 3 , CH 3 COONa; образование осадка Ag 3 PO 4 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) 2 SO 4 , 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;

Вещества	1. AgNO 3 ,	2. НСl	3. Pb(NO 3) 2 ,	4. NH 4 OH	5. NaOH
1. AgNO 3	X	AgCl белый	-	выпадающий осадок растворяется	Ag 2 O бурый
2. НСl	белый	X	PbCl 2 белый,	-	_
3. Pb(NO 3) 2	-	белый PbCl 2	X	Pb(OH) 2 помутнение)	Pb(OH) 2 белый
4. NH 4 OH	-	-	(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:	AgNO 3 + НСl		AgCl + HNO 3 ;
II. 1 + 5:	2AgNO 3 + 2NaOH		Ag 2 O + 2NaNO 3 + H 2 O;
			бурый(2AgOH Ag 2 O + H 2 O)
III. 2 + 3:	2НСl + Рb(NO 3) 2		РbСl 2 + 2НNO 3 ;
			белый
IV. 3 + 4:	Pb(NO 3) 2 + 2NH 4 OH		Pb(OH) 2 + 2NH 4 NO 3 ;
			помутнение
V. 3 + 5:	Pb(NO 3) 2 + 2NaOH		Pb(OH) 2 + 2NaNO 3
			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:	3AgNO 3 + A1C1,		3AgCl белый	+ Al(NO 3) 3 ;
1 + 3:	2AgNO 3 + Na 2 S		Ag 2 S черный	+ 2NaNO 3 ;
1 + 4:	2AgNO 3 + BaCl 2		2AgCl белый	+ Ba(NO 3) 2 ;
1 + 6:	3AgN0 3 + K 3 PO 4		Ag 3 PO 4 желтый	+ 3KNO 3 ;
1 + 7:	2AgNO 3 + H 2 SO 4		Ag,SO 4 белый	+ 2HNO S ;
1 + 8:	AgNO 3 + HCl		AgCl белый	+ HNO 3 ;
2 + 3:	2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O		2Al (OH) 3 ,	+ 3H 2 S + 6NaCl;
		(Na 2 S + H 2 O NaOH + NaHS, гидролиз);
2 + 6:	AlCl 3 + K 3 PO 4		A1PO 4 белый	+ 3KCl;
3 + 7:	Na 2 S + H 2 SO 4		Na 2 SO 4	+ H 2 S
3 + 8:	Na 2 S + 2HCl		-2NaCl	+ H 2 S;
4 + 6:	3BaCl 2 + 2K 3 PO 4		Ba 3 (PO 4) 2 белый	+ 6KC1;
4 + 7	BaCl 2 + H 2 SO 4		BaSO 4 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, ВаС1 2 и К 3 РО 4 различают по цвету выпавшего осадка с AgNO 3: AgCl - белый, a Ag 3 PO 4 - 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:

С 6 Н 12 + Вr 2 = С 6 Н 12 Вr 2 .

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):

2С 6 Н 14 + 19O 2 = 12СO 2 + 14Н 2 О;
С 6 Н 13 Сl + 9O 2 = 6СO 2 + 6Н 2 O + НС1;
HCl + AgNO 3 = AgCl + HNO 3 .

Бензол отличается от гексана по замерзанию в ледяной воде (у С 6 Н 6 т. пл.= +5,5°С, а у С 6 Н 14 т. пл. = -95,3°С).

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 = FeCl 2 + H 2
Оксид железа (III) и оксид меди (II) растворяются без выделения газа, образуя желто-коричневый и сине-зеленый растворы: Fe 2 O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 O; CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O.

3. CuO и С - черного цвета, NaCl и ВаВr 2 - белые. Единственным реактивом может быть, например, разбавленная серная кислота H 2 SO 4:

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O (голубой раствор); BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl (белый осадок).
С сажей и NaCl разбавленная серная кислота не взаимодействует.

4 . Небольшое количество каждого из веществ помещаем в воду:

CuSO 4 +5H 2 O = CuSO 4 5H 2 O	(образуется голубой раствор и кристаллы);
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S	(выпадает осадок и выделяется газ с неприятным запахом);
AlCl 3 + 6H 2 O = A1C1 3 6H 2 O + Q AlCl 3 + H 2 O AlOHCl 2 + HCl AlOHC1 2 + H 2 0 = Al (OH) 2 Cl + HCl А1(ОН) 2 С1 + Н 2 О = А1(ОН) 2 + НСl	(протекает бурная реакция, образуются осадки основных солей и гидроксида алюминия);
P 2 O 5 + H 2 O = 2HPO 3 HPO 3 +H 2 O = H 3 PO 4	(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): NH 4 Cl NH 3 + HCl; или по окраске пламени растворами этих солей (соединения натрия окрашивают пламя в желтый цвет).

5. Составим таблицу попарных взаимодействий указанных реагентов

Вещества	1. NaOH	2 НСl	3. К 2 СО 3	4. Аl 2 (SO 4) 3	Общий результат наблюдения
1, NaOH		-	-	Al(OH) 3	1 осадок
2. НС1	_		CO 2	__	1 газ
3. К 2 СО 3	-	CO 2		Al(OH) 3 CO 2	1 осадок и 2 газа
4. Al 2 (S0 4) 3	А1(ОН) 3	-	А1(ОН) 3 CO 2		2 осадка и 1 газ
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
К 2 СO 3 + 2HC1 = 2КС1 + Н 2 O + СO 2

3K 2 CO 3 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O = 2 Al(OH) 3 + 3CO 2 + 3K 2 SO 4 ;

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).

Вещества	Fe	Zn	СаСО 3	К 2 СО 3	Na 2 SO 4	NaCl	NaNO 3
Ва(ОН) 2				осадок	осадок	раствор	раствор
NaOH		возможно выделение водорода		раствор	раствор	раствор	раствор
Осадка нет в случае двух солей у Ва(ОН) 2 и в случае четырех солей У NaOH	темные порошки (раствсворяющийся в щелочах - Zn, нерастворяющийся в щелочах - Fe)		СаСО 3 дает осадок с обеими щелочами	дают по одному осадку, различаются по окрашиванию пламени: К + - фиолетовое, Na+ - желтое		осадков не дают; различаются поведением при нагревании (NaNO 3 плавится, а потом разлагается с выделением О 2 , затем NО 2

8 . Бурно реагируют с водой: Р 2 О 5 и СаО с образованием соответственно H 3 PO 4 и Са(ОН) 2:

Р 2 O 5 + 3Н 2 О = 2Н 3 РO 4 , СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .
Вещества (3) и (4) -Pb(NO 3) 2 и СаСl 2 - растворяются в воде. Растворы могут реагировать друг с другом следующим образом:

Вещества	1. Н 3 РО 4	2. Са(ОН) 2 ,	3. Pb(NO 3) 2	4. CaCl 2
1. Н 3 РО 4		CaHPO 4	PbHPO 4	CaHPO 4
2. Са(ОН) 2	СаНРО 4		Pb(OH) 2	-
3. Pb(NO 3) 2	РbНРО 4	Pb(OH) 2		РbСl 2
4. СаС1 2	CaHPO 4		PbCl 2

Таким образом, раствор 1 (H 3 PO 4) образует осадки со всеми другими растворами при взаимодействии. Раствор 3 - Pb(NO 3) 2 также образует осадки со всеми другими растворами. Вещества: I -Р 2 O 5, II -СаО, III -Pb(NO 3) 2 , IV-СаСl 2 .
В общем случае выпадение большинства осадков будет зависеть от порядка сливания растворов и избытка одного из них (в большом избытке Н 3 РО 4 фосфаты свинца и кальция растворимы).

9. Задача имеет несколько решений, два из которых приведены ниже.
а. Во все пробирки добавляем раствор медного купороса:
2NaOH + CuSO 4 = Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 (голубой осадок);
Na 2 S + CuSO 4 = Na 2 SO 4 + CuS (черный осадок);
NaCl + CuSO 4 (в разбавленном растворе изменений нет);
4NaI+2CuSO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2CuI+I 2 (коричневый осадок);
4NH 3 + CuSO 4 = Cu(NH 3) 4 SO 4 (синий раствор или голубой осадок, растворимый в избытке раствора аммиака).

б. Во все пробирки добавляем раствор нитрата серебра:
2NaOH + 2AgNO 3 = 2NaNO 3 + Н 2 О + Ag 2 O (коричневый осадок);
Na 2 S + 2AgNO 3 = 2NaNO 3 + Ag 2 S (черный осадок);
NaCl + AgNO 3 = NaN0 3 + AgCl (белый осадок);
NaI + AgNO 3 = NaNO 3 + AgI(желтый осадок);
2NH 3 + 2AgNO 3 + H 2 O = 2NH 4 NO 3 + Ag 2 O (коричневый осадок).
Ag 2 O растворяется в избытке раствора аммиака: Ag 2 0 + 4NH 3 + H 2 O = 2OH.

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

Вещества	1. NaCl	2. NH 4 C1	3. Ba(OH),	4. NaOH	Общий результат наблюдения
1. NaCl		___	_	_	взаимодействия не наблюдается
2. NH 4 Cl	_	X	NH 3	NH 3	в двух случаях выделяется газ
3. Ва(ОН) 2	-	NH 3	X	-
4. NaOH	-	NH 3	-	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, NH 4 C1, Pb(NO 3) 2 ;
2) нейтральная среда - Na 2 SO 4 , ВаС1 2 , AgNO 3 ;
3) щелочная среда - Na 2 CO 3 , NaOH. Составляем таблицу.

Задача 9-1.

На чашках весов уравновешены две колбы, в которые налито по 100 мл одного и того же раствора серной кислоты. В одну из колб опустили 1 г алюминия, который полностью растворился. Какую массу карбоната магния надо добавить во вторую колбу, чтобы восстановить нарушенное равновесие?
Какова должна быть минимальная молярная концентрация кислоты в использованном растворе, чтобы этот вывод был однозначным? (10 баллов).

Задача 9-2.

Древнейший белый пигмент, дошедший до нас в произведениях станковой живописи, формально состоит из двух связанных соединений одного и того же двухвалентного металла; мольное соотношение соединений в пигменте 1:2. Оба соединения растворяются в азотной кислоте, при этом одно из них - без выделения газа.

При растворении 15,5 г пигмента в азотной кислоте выделяется 896 мл газа (н.у.) с плотностью по водороду 22. Если полученный раствор обработать избытком раствора сульфата натрия, то можно получить 18,18 г осадка. Установите состав пигмента. (10 баллов)

Задача 9-3.

Хлорофилл является важным пигментом, обеспечивающим зеленый цвет листьев растений и процесс фотосинтеза. При сжигании 89.2 мг хлорофилла в избытке кислорода образуются следующие четыре вещества: 242 мг газа, которым газируют напитки, 64.8 мг жидкости, составляющей основу этих напитков, 5.6 мг газа, которого больше всего в земной атмосфере и 4.00 мг белого порошка, который является оксидом металла, у которого число протонов в ядре атома в 6 раз больше числа электронов на внешнем слое электронной оболочки.

Вопросы:
а) Какие вещества образовались при сжигании хлорофилла?
б) Какие химические элементы входят в состав его молекулы? Найдите их массы
в) Рассчитайте формулу хлорофилла, учтя, что его молекула содержит один атом металла.
г) Напишите уравнение реакции горения хлорофилла.
д) Содержит ли хлорофилл хлор? Что между ними общего?

(10 баллов)

Задача 9-4.

Вам выдана смесь следующих сухих солей: сульфата аммония, сульфата меди, сульфата цинка и сульфата бария. Кроме того, в вашем распоряжении вода, разбавленные растворы едкого калия и серной кислоты, необходимое лабораторное оборудование.

Составьте описание работы по разделению смеси и получению исходных солей в чистом виде. Напишите уравнения реакций, которые вы будете проводить при этом.

Составьте список минимально необходимого оборудования.

(10 баллов)

Задача 9-5.

В четырех пробирках находятся прозрачные растворы четырех веществ с концентрацией 0,1 моль/л. Известно, что в этих растворах можно обнаружить катионы водорода, цинка, бария и натрия и анионы хлорида, сульфата и карбоната. Известно также, что хлорид-ион есть только в одном растворе.

1) Какие вещества могут находиться в каждой пробирке? Является ли предложенный вариант единственным? Объясните свой выбор.

2) Опишите последовательность действий, позволяющих определить, какое вещество находится в каждой пробирке, не прибегая к помощи других реактивов.

3) Напишите уравнения предложенных вами реакций в молекулярном и ионном виде и укажите признаки их протекания.

(10 баллов)

Итого 50 баллов.

Галогеноводороды и галогеноводородные кислоты. Все галогеноводороды (общую формулу их можно записать как НГ) - бесцветные газы, с резким запахом, токсичны. Очень хорошо растворяются в воде и дымятся во влажном воздухе, так как притягивают находящиеся в воздухе водяные пары, образуя при этом туманное облако.

На рисунке 93 проиллюстрирован опыт, наглядно показывающий хорошую растворимость хлороводорода в воде (при обычных условиях в одном объёме воды растворяется около 500 его объёмов).

Рис. 93.
Растворение хлороводорода в воде:
а - в начале опыта; б - через некоторое время после его протекания

Растворы галогеноводородов в воде являются кислотами, это HF - фтороводородная, или плавиковая, кислота, НСl - хлороводородная, или соляная, кислота, НВr - бромоводородная кислота, HI - иодоводородная кислота. Способность их к электролитической диссоциации с образованием катионов водорода увеличивается от HF к HI.

Самая сильная из галогеноводородных кислот - иодоводородная, а самая слабая - фтороводородная. Большая прочность химической связи Н-F (поэтому фтороводородная кислота слабо диссоциирует в воде) обусловлена малым размером атома F и соответственно малым расстоянием между ядрами атомов водорода и фтора. С увеличением радиуса атома от F к I растёт и расстояние Н-Г, прочность молекул уменьшается и соответственно способность к электролитической диссоциации увеличивается.

Наиболее технически важными являются хлороводород и соляная кислота. В промышленности хлороводород получают синтезом из водорода и хлора:

Н 2 + Сl 2 = 2НСl.

В лабораторных условиях для получения хлороводорода используют реакцию, проводимую при нагревании (рис. 94):

Рис. 94.
Получение хлороводорода

Необратимому протеканию этой реакции способствует летучесть НСl.

Соляная кислота представляет собой бесцветную, дымящуюся на воздухе жидкость, которая несколько тяжелее воды. Это типичная кислота, взаимодействует с металлами, оксидами и гидроксидами металлов и солями (приведите уравнения соответствующих реакций и охарактеризуйте их в свете теории электролитической диссоциации и процессов окисления и восстановления там, где это имеет место).

Соляная кислота находит широкое применение в промышленности (рис. 95).

Рис. 95.
Применение соляной кислоты:
1 - очистка поверхности металлов; 2 - паяние; 3 - получение солей; 4 - производство пластмасс и других синтетических материалов; 5 - получение лекарственных средств; 6 - производство красок

Соли галогеноводородных кислот . Галогеноводородные кислоты образуют соли: фториды, хлориды, бромиды и иодиды. Хлориды, бромиды и иодиды многих металлов хорошо растворимы в воде.

Для определения в растворе хлорид-, бромид- и иодид-ионов и их различения используют реакцию с нитратом серебра AgNO 3 (рис. 96). В результате реакции хлоридов (и самой соляной кислоты) с этим реактивом выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра AgCl, сокращённое ионное уравнение этой реакции записывается так:

Ag + + Cl - = AgCl↓.

Рис. 96.
Качественные реакции на галогенид-ионы (Cl - , Br - , I -)

В реакциях с бромоводородной кислотой и её солями и с иодоводородной кислотой и её солями также образуются осадки, но только жёлтого цвета, которые различаются оттенками:

Лабораторный опыт № 26
Качественная реакция на галогенид-ионы

А вот для распознавания фтороводородной кислоты и её солей (фторидов) нитрат серебра в качестве реактива непригоден, так как образующийся фторид серебра AgF растворим в воде. Для доказательства присутствия в растворе фторид-ионов F - можно использовать реакцию с ионами кальция Са 2+ , так как фторид кальция CaF 2 выпадает в осадок (рис. 97).

Рис. 97.
Качественная реакция на фторид-ион F -

Своё название плавиковая кислота получила из-за уникального свойства: при взаимодействии с оксидом кремния (IV), входящим в состав стекла, как бы плавить его:

SiO 2 + 4HF = SiF 4 + 2Н 2 O.

Эту реакцию используют для изготовления надписей и рисунков на стекле. На стекло наносят тонкий слой парафина, по которому процарапывают рисунок, а затем изделие погружают в раствор плавиковой кислоты. Таким образом, например, литовский художник М. Чюрлёнис создал около 30 художественных произведений (рис. 98).

Рис. 98.
Репродукции картин М. К. Чюрлёниса (1875-1911) из цикла «Зима». 1907

Галогены в природе . Галогены в природе существуют только в связанном состоянии. Среди них наиболее распространены хлор (0,19% от массы земной коры) и фтор (0,03%).

Важнейшее природное соединение хлора - галит NaCl (рис. 99), с ним вы подробно знакомились в прошлом году. Галит добывают путём разработки залежей каменной соли - твёрдого хлорида натрия.

Рис. 99.
Каменная соль

Кроме галита, встречается природный хлорид калия КСl. Это минералы сильвин (рис. 100) и сильвинит (смесь КСl и NaCl, состав которой отражают формулой КСl NaCl).

Рис. 100.
Сильвин

Природный минерал фтора - это флюорит, или плавиковый шпат CaF 2 (рис. 101).

Рис. 101.
Плавиковый шпат

Бром и иод - рассеянные элементы и своих минералов не образуют. Эти элементы концентрируются в водах океанов и морей, в водах буровых скважин, а также в водорослях (рис. 102).

Рис. 102.
Морская водоросль ламинария богата иодом

Новые слова и понятия

1. Галогеноводороды.
2. Галогеноводородные кислоты: фтороводородная, или плавиковая, хлороводородная, или соляная, бромоводородная, иодо-водородная.
3. Галогениды: фториды, хлориды, бромиды, иодиды. Качественные реакции на галогенид-ионы.
4. Природные соединения галогенов: галит, сильвин, сильвинит, флюорит.

Задания для самостоятельной работы