Опыт 3. Распознавание соединений металлов. В четырёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся кристаллические соли: сульфат магния, сульфат цинка, сульфат натрия, карбонат кальция. С помощью предложенных вам реактивов распознайте каждую соль. Напишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной формах.

Опыт 3. Распознавание соединений металлов

Цель: Распознать четыре неизвестные соли: сульфат магния (MgSO₄), сульфат цинка (ZnSO₄), сульфат натрия (Na₂SO₄) и карбонат кальция (CaCO₃).

План распознавания:

Будем использовать качественные реакции на соответствующие катионы и анионы, а также учитывать физические свойства солей.

1. Растворимость и цвет

• Сульфат натрия (Na₂SO₄): Хорошо растворим в воде, раствор бесцветный.
• Сульфат магния (MgSO₄): Хорошо растворим в воде, раствор бесцветный.
• Сульфат цинка (ZnSO₄): Хорошо растворим в воде, раствор бесцветный.
• Карбонат кальция (CaCO₃): Практически нерастворим в воде, белый осадок.

Таким образом, пробирка №4, скорее всего, содержит карбонат кальция.

2. Качественные реакции на сульфат-ион (SO₄^2-)

Для всех трех растворимых солей (Na₂SO₄, MgSO₄, ZnSO₄) характерна реакция на сульфат-ион с солями бария (например, BaCl₂) в кислой среде. Образуется белый осадок сульфата бария (BaSO₄).

Реакция (молекулярная форма):

\[ Na_2SO_4 + BaCl_2 → BaSO_4 ↓ + 2NaCl \]

Реакция (ионная форма):

\[ SO_4^{2-} + Ba^{2+} → BaSO_4 ↓ \]

Эта реакция подтвердит наличие сульфат-иона во всех трех растворимых солях, но не поможет их различить между собой.

3. Качественные реакции на катионы (Na⁺, Mg²⁺, Zn²⁺)

3.1. Распознавание карбоната кальция (CaCO₃)

Реактив: Соляная кислота (HCl).

Наблюдение: При добавлении кислоты выделяется углекислый газ (шипение).

Реакция (молекулярная форма):

\[ CaCO_3 + 2HCl → CaCl_2 + H_2O + CO_2 ↑ \]

Реакция (ионная форма):

\[ CaCO_3 + 2H^+ → Ca^{2+} + H_2O + CO_2 ↑ \]

Вывод: Пробирка №4 содержит карбонат кальция.

3.2. Распознавание сульфата магния (MgSO₄)

Реактив: Раствор гидроксида натрия (NaOH).

Наблюдение: Образуется белый студенистый осадок гидроксида магния (Mg(OH)₂), который нерастворим в избытке щелочи.

Реакция (молекулярная форма):

\[ MgSO_4 + 2NaOH → Mg(OH)_2 ↓ + Na_2SO_4 \]

Реакция (ионная форма):

\[ Mg^{2+} + 2OH^- → Mg(OH)_2 ↓ \]

Вывод: Если в одной из растворимых солей образуется белый студенистый осадок при добавлении NaOH, то это сульфат магния.

3.3. Распознавание сульфата цинка (ZnSO₄)

Реактив: Раствор гидроксида натрия (NaOH).

Наблюдение: Образуется белый аморфный осадок гидроксида цинка (Zn(OH)₂), который растворяется в избытке щелочи с образованием гидроксокомплекса.

Реакция (молекулярная форма):

\[ ZnSO_4 + 2NaOH → Zn(OH)_2 ↓ + Na_2SO_4 \]

Реакция (растворение в избытке щелочи):

\[ Zn(OH)_2 + 2NaOH → Na_2[Zn(OH)_4] \]

Реакция (ионная форма):

\[ Zn^{2+} + 2OH^- → Zn(OH)_2 ↓ \]

\[ Zn(OH)_2 + 2OH^- → [Zn(OH)_4]^{2-} \]

Вывод: Если при добавлении NaOH образуется белый осадок, растворимый в избытке щелочи, то это сульфат цинка.

3.4. Распознавание сульфата натрия (Na₂SO₄)

Реактив: Раствор гидроксида натрия (NaOH) и раствор хлорида бария (BaCl₂).

Наблюдение: При добавлении NaOH к раствору сульфата натрия видимых изменений не происходит (Na₂SO₄ хорошо растворим, NaOH также растворим, образуется раствор сульфата натрия и гидроксида натрия). При добавлении раствора хлорида бария к раствору сульфата натрия образуется белый осадок сульфата бария.

Реакция (молекулярная форма):

\[ Na_2SO_4 + BaCl_2 → BaSO_4 ↓ + 2NaCl \]

Реакция (ионная форма):

\[ SO_4^{2-} + Ba^{2+} → BaSO_4 ↓ \]

Вывод: Соль, которая растворима, не дает осадка с NaOH, но дает белый осадок BaSO₄ с BaCl₂, является сульфатом натрия.

Сводная таблица распознавания:

Итоговое заключение:

• Пробирка №1: Сульфат магния (MgSO₄)
• Пробирка №2: Сульфат цинка (ZnSO₄)
• Пробирка №3: Сульфат натрия (Na₂SO₄)
• Пробирка №4: Карбонат кальция (CaCO₃)