Качественные реакции на неорганические вещества
олимпиадные задания по химии (11 класс) на тему

Катионы

Реактив, уравнение реакции, признаки присутствия данного катиона,  открываемый  минимум (чувствительность  реакции)

Калий

К+

В нейтральной или уксуснокислой среде:

1) Кобальтинитрит натрия Na3[Co(NO2)6] образует желтый  кристаллический осадок:

2K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- → K2Na[Co(NO2)6]

Микрокристаллоскопическая реакция с Na2Pb[Cu(NO2)6] – образуются черные кристаллы кубической формы (открываемый минимум - 0,15 мг К+; предельное  разбавление 1:7,5.104).

2) Окрашивает пламя в фиолетовый цвет.

Натрий 

Na+

1) Микрокристаллоскопическая реакция с цинкуранилацетатом  Zn(UO2)3(C2H3O2)8 – образуется зеленовато-желтый кристаллический осадок, имеющий форму тетраэдров или октаэдров; открываемый минимум - 12,5 мг Na+; предельное разбавление 1:5.103

Na++Zn(UO2)3(C2H3O2)8 + CH3COO- + 9H2O → NaZn(UO2)3(C2H3O2)9 .  9H2O

2) Окрашивание пламени – желтое

Аммоний 

NH4+

1) При действии щелочей при нагревании выделяется аммиак, который обнаруживают по характерному запаху, по посинению влажной лакмусовой бумаги или по почернению фильтровальной бумаги, смоченной раствором соли ртути (I).  

NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 + H2O

(NH4+ + OH-→ NH3 + H2O)

2) Реактив Несслера K2[HgI4] в щелочной среде образует оранжево-коричневый осадок;  

Магний 

Mg2+

1) Магнезон–I (или Магнезон–II) в отсутствие NH4+ дают синее окрашивание;  

2) Оксихинолин (при рН = 10 – 12) дает зеленовато-желтый кристаллический осадок  (чувствительность реакции - 0,1 мг иона магния)

3) Карбонаты щелочных металлов дают белый осадок карбоната магния, легко растворимый  в кислотах: Mg2+ + CO32- → MgCO3

Кальций

Са2+

1) Окрашивает пламя в кирпично-красный цвет.

2) Щавелевокислый аммоний (оксалат аммония) в уксуснокислом растворе образует белый кристаллический осадок (в отсутствие Ва2+ и Sr2

CaCl2 + (NH4)2C2O4→ 2NH4Cl + CaC2O4

(Сa2+ + C2O42- → CaC2O4)

3) Микрокристаллоскопическая реакция с H2SO4: характерная форма кристаллов в виде длинных игл или пластинок  (чувствительность -  0,1 мг  Са 2+)

Барий 

Ва2+

1) В уксуснокислой среде хромат калия  К2СrО4  или  К2Cr2O7 + CH3COONa  дают  ярко-желтый осадок  хромата бария.

2) Серная кислота и ее соли  образуют  белый кристаллический осадок сульфата бария, нерастворимого в кислотах и щелочах:

 Ba2+ + SO4 2- →BaSO4

 Гипсовая вода (насыщенный раствор СаSO4) с Ва2+ на холоде вызывает медленное образование осадка (тогда как для ее взаимодействия с ионами Sr2+ требуется  нагревание).

3) Окрашивает пламя в желто-зеленый цвет.

Алюминий 

Al3+

1) Гидроксиды щелочных металлов образуют белый студенистый осадок Al(OH)3, растворимый в кислотах с образованием соли соответствующей кислоты; он также растворим в растворах щелочей с образованием комплексных ионов [Al(OH)4]-:

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3         Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]-

(Гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства)

В отличие от гидроксида цинка, Al(OH)3 не растворяется в NH4OH.

2) Прокаливание гидроксида алюминия с солью кобальта дает синее  окрашивание  («тенарову синь»- Со(AlO2)2).

3) Оксихинолин дает желтый осадок; Ализарин красный S, Хинализарин или Алюминон - красные осадки.      

Хром

Cr 3+

1)      Окислители (например, перманганат калия, пероксид водорода, бромная вода)  превращают зеленые или фиолетовые соединения хрома (III) в соединения хрома (VI)- хроматы СrO42- (желтого цвета) в щелочной среде или дихроматы  Cr2O72- (оранжевого цвета) в кислой среде.

2) Гидроксиды щелочных металлов образуют серо-голубой осадок Сr(OH)3, проявляющий амфотерные свойства - растворяется в растворах кислот и в избытке щелочей и NH4OH.

Железо

Fe 3+

1) Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная соль) образует темно-синий осадок берлинской лазури;  

4K4[Fe(CN)6] + 4Fe3+ →12К+ + 4КFeIII[FeII(CN)6]  

2) Гидроксиды щелочных металлов и NH4OH образуют гидроксид железа (III)  красно-бурого цвета, растворимый в кислотах и нерастворимый в избытке щелочей (отличие от гидроксидов алюминия и хрома).  

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3

3) Роданид калия или аммония вызывает кроваво-красное окрашивание раствора

FeCl3 + 3NH4SCN → 3NH4Cl + Fe(SCN)3 

Железо

Fe2+

1) Гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль) образует темно-синий осадок турнбуллевой сини;  

3K3[Fe(CN)6] + 3Fe2+ → 3KFeII[FeIII(CN)6] + 6K+  

Недавно было установлено, что берлинская лазурь и турнбуллева синь – это одно и то же вещество, т.к. комплексы, образующиеся в  данных реакциях находятся  между собой  в равновесии:

KFeIII[FeII(CN)6] ↔ KFeII[FeIII(CN)6]

Цинк

Zn2+

1) Гидроксиды щелочных металлов образуют белый амфотерный осадок  Zn(OH)2, который растворим в NH4OH c образованием комплексных соединений:

Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2        Zn(OH)2 + 4NH3 → [Zn(NH3)4](OH)2

При прокаливании гидроксида цинка с соединениями кобальта образуется  окрашенная в зеленый цвет масса – «риманова зелень», представляющая собой цинкат кобальта СоZnO2.

2) H2S при рН = 2,2 дает белый осадок ZnS

Никель

Ni2+

1) Гидроксид натрия образует бледно-зеленый студенистый осадок Ni(OH)2;  . Осадок растворим в кислотах и в NH4OH и нерастворим в избытке щелочи.

2) Сероводород не осаждает NiS из сильнокислых растворов; черный осадок сульфида никеля образуется только при рН 4 – 5.

3) Диметилглиоксим (реактив Чугаева) образует красно-фиолетовый осадок;      

Серебро

Ag+

1) Соляная кислота дает белый творожистый осадок, растворимый в аммиаке, при подкислении HNO3 аммиачного раствора снова выпадает белый осадок;  

Ag+ + Cl-→ AgCl

AgCl + 2NH4OH → [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O

 [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H+→ AgCl + 2NH4+

2) Сероводород осаждает черный сульфид серебра;  

Медь

Cu2+

1) Растворы солей Сu2+ окрашены в голубой цвет; Cu2+ окрашивает пламя в зеленый цвет.

2) Сероводород образует черный осадок сульфида меди CuS;  Осадок нерастворим в соляной и серной кислотах, но растворяется в горячей концентрированной НNO3.

3) Гидроксиды щелочных металлов осаждают  голубой  осадок  Сu(OH)2, который при нагревании дегидратируется и превращается в черный осадок оксида меди CuO:

Cu2+ + 2OH-→ Cu(OH)2

Cu(OH)2 → CuO + H2O

 Гидроксид меди растворяется в концентрированных растворах аммиака, образуя аммиакат меди интенсивно синего цвета (реактив Швейцера; растворяет целлюлозу):

Cu(OH)2 + 4NH3 →[Cu(NH3)4]2+ + 2OH-

Анион

Реактив, уравнение реакции, признаки присутствия данного аниона,  открываемый  минимум (чувствительность  реакции)

F-

1) AgNO3 не образует осадка, т.к. фторид серебра растворим в воде (в отличие от других галогенидов серебра).

2) Хлорид кальция дает белый осадок фторида кальция.

Cl-

1) В азотнокислой среде AgNO3 дает белый осадок, растворимый в NH4OH. Открываемый минимум - 1 мг Cl-, предельное разбавление  1:105.

Br-

1) В азотнокислой среде AgNO3 образует светло-желтый осадок. Чувствительность реакции - 20 мг  Br -, предельное разбавление 1:2.105.

2) Хлорная вода окисляет бромид-анион до свободного брома, который окрашивает органический растворитель в соломенно-желтый цвет. Фуксин, обесцвеченный гидросульфитом, окрашивается свободным бромом в синий цвет. Чувствительность реакции 50 мг Br-.

2Br- + Cl2 → 2Cl- + Br2

I-

1) Нитрат серебра образует темно-желтый осадок AgI, нерастворимый в растворах HNO3, и NH4OH (в отличие от хлоридов и бромидов серебра, растворимых в аммиаке).

2) Хлорная вода окисляет йодид-анион до йода: 2I- + Cl2 → I2 + 2Cl-

3) Открываемый минимум - 40 мг I-; предельное разбавление 1:2,5.104 Выделившийся йод можно открыть с помощью крахмала, который окрашивается йодом в синий цвет, или, взбалтывая раствор с органическим растворителем, который приобретает красновато-фиолетовую окраску. При прибавлении избытка хлорной воды окраска исчезает, т.к. свободный йод окисляется до бесцветной йодноватой кислоты:

I2 + 5Cl2 + 6H2O →2HIO3 + 10H+ + 10Cl-

Другие окислители (перманганат калия, дихромат калия и др.) в кислом растворе также окисляют йодид-анион до йода:

Cr2O7 2- + 2I- + 14H+→ 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O

2MnO4- + 10I- + 16H+ → 2Mn2+ + 5I2 + 8H2O

S2-

1) Хлористоводородная и др. кислоты при взаимодействии с сульфидами  выделяют  сероводород, который имеет запах тухлых яиц:

S2- + 2H+ → H2S

2) Сульфид-анион с катионами многих тяжелых металлов образует разноцветные осадки: ZnS (белый), CdS (желтый), CuS, PbS, NiS (черный), HgS (красный) и др.

3) Нитропруссид натрия в щелочном растворе дает красно-фиолетовое окрашивание.

SO32-

1) Йодная  вода или раствор перманганата калия обесцвечивается.

2) Разбавленные минеральные кислоты выделяют сернистый газ SO2, который обесцвечивает  раствор KMnO4  или йода.

SO42-

1) Хлорид  бария  дает  белый осадок, нерастворимый в HNO3:

Ba2+ + SO42- → BaSO4

CO32-

1) Минеральные кислоты разлагают карбонаты (и гидрокарбонаты) с образованием углекислого газа СO2, который с известковой водой образует белый осадок:

CO32- + 2H+→ H2O + CO2           Ca(OH)2 + CO2→ CaCO3

SiO32-

1) Минеральные кислоты выделяют гель кремниевой кислоты

СН3СОО-

1) При растирании в ступке уксуснокислой соли с гидросульфатом калия появляется характерный запах уксусной кислоты (сильная кислота вытесняет из соли слабую):

CH3COOK + KHSO4 → CH3COOH + K2SO4

2) Хлорид железа (III) дает на холоде интенсивно-красное окрашивание (вследствие гидролиза до основной соли), при нагревании бурый осадок (образуется конечный продукт гидролиза - гидроксид железа (III)).

3) Этиловый спирт (в присутствии концентрированной Н2SO4) образует сложной эфир, имеющий специфический фруктовый запах.