Качественные реакции в химии

Некоторые вещества нетрудно распознать по внешнему виду, специфическим свойствам или характерному запаху. Например, алюминий отличается от других металлов тем, что он легкий, пластичный – изменяет свою форму, например, от удара, при трении о белую ткань или бумагу оставляет серую полосу, подобно простому карандашу. Уксусная кислота (рис. 53) от остальных жидкостей отличается специфическим запахом. Кристаллы медного купороса имеют характерный синий цвет, легко растворяются в воде, образуя прозрачный голубой раствор. Эти вещества трудно перепутать с другими.

Рис. 53. Уксусная кислота

Некоторые вещества распознать не так просто. Например, кислород и углекислый газ бесцветны и запаха не имеют. Как узнать, какой газ находится в сосуде? Для этого проводят химические реакции, сопровождающиеся какими-нибудь характерными признаками, которые мы можем зафиксировать с помощью органов чувств: зрения, обоняния, слуха. Подобные реакции называют качественными.

Качественные реакции – это химические превращения, сопровождающиеся характерными признаками, с помощью которых проводят распознавание веществ.

Качественная реакция должна сопровождаться каким-то характерным эффектом. Это может быть изменение окраски, выпадение осадка, характерный звук, выделение газа, которое можно увидеть или почувствовать по появлению запаха. Такие явления при проведении качественных реакций называют аналитическим эффектом.

Демонстрационный эксперимент. В пробирки, наполненные кислородом и углекислым газом, учитель поочередно опускает тлеющую лучинку. В одной из пробирок лучинка гаснет (рис. 54), а в другой – ярко вспыхивает (рис. 55). В каком из стаканов находится кислород? Почему вы пришли к такому выводу?

Рис. 54. В пробирке с углекислым газом тлеющая лучинка гаснет	Рис. 55. В пробирке с кислородом тлеющая лучинка ярко вспыхивает

Проведенный учителем опыт позволяет отличить кислород от других газов. А как доказать, что во втором стакане находится именно углекислый газ, а, допустим, не азот, который тоже не поддерживает горение? Есть ли качественная реакция на углекислый газ?

Да, такая реакция существует.

Демонстрационный эксперимент. Приоткрыв крышку стакана, наполненного углекислым газом, учитель добавляет в него небольшое количество прозрачной жидкости – известковой воды. Закрыв крышку, встряхивает жидкость в стакане. При этом она мутнеет. Это качественная реакция на углекислый газ.

С помощью раствора гашеной извести в воде (гашеная известь применяется в строительстве и сельском хозяйстве) – так называемой известковой воды – можно обнаружить углекислый газ.

Ученический эксперимент. В выданную вам учителем пробирку с прозрачной известковой водой опустите стеклянную трубку и аккуратно продувайте через нее выдыхаемый воздух. Через некоторое время раствор помутнеет.
Какой газ содержится в выдыхаемом воздухе?

Вещество, с помощью которого проводят качественную реакцию, называется реактивом на определяемое вещество.

Известковая вода служит реактивом на углекислый газ. Однако верно и обратное: с помощью углекислого газа можно провести качественную реакцию на известковую воду.

Ученический эксперимент. В четыре одинаковых сосуда налейте равные объемы обычной воды, раствора поваренной соли, сахара и известковой водой. Попросите кого-нибудь перепутать сосуды. Определите, в каком из сосудов находилась известковая вода с помощью качественной реакции: пропусканием через жидкости выдыхаемого углекислого газа.

Чтобы реакцию можно было считать качественной, реактив должен давать аналитический эффект только с одним или по крайней мере немногими веществами. Иначе трудно будет сделать вывод о том, какое вещество мы обнаружили с помощью данного реагента. Примером такой специфической пары определяемое вещество–реактив могут служить крахмал и раствор йода. Как вы знаете из предыдущего параграфа, крахмал с йодом и только с ним дает сине-фиолетовое окрашивание.

1. Сравните следующие вещества: а) медь и алюминий; б) уксусную кислоту и этиловый спирт.

2. Какие реакции называют качественными?

3. Что такое реактив на определяемое вещество?

4. Как с помощью тлеющей лучинки распознать кислород и углекислый газ?

5. Приведите примеры, когда известковая вода является определяемым веществом, а когда – реактивом?

6. С помощью йодной настойки из домашней аптечки проведите обнаружение крахмала в картофеле, хлебе, макаронных изделиях.
Присутствует ли крахмал в майонезе, йогурте, вареном мясе, рисовой крупе?

Глава 2. Математика в химии § 10. Относительная атомная и молекулярная массы Давайте внимательно посмотрим на таблицу Д.И.Менделеева и выберем один из элементов. Например, обитатель шестой «квартиры» – углерод. Что изображено в этой клетке? Знак (символ) химического элемента и его название. В верхнем левом углу – порядковый номер элемента, под символом элемента – его название. А что означает записанное под названием число 12,011? Это число называется относительной атомной массой элемента, в нашем случае – углерода. Как вы помните, одно из важнейших свойств атомов химических элементов – их масса. Размерность массы вам хорошо известна: ее выражают в граммах, килограммах, миллиграммах. Существуют, конечно, и другие единицы массы: тонны, например, или центнеры. Однако в повседневной жизни бывает удобно оперировать не точной массой предмета, а сравнением ее с чем-либо. Поскольку массы атомов и молекул чрезвычайно малы, их сравнивают с массой атома самого легкого элемента – водорода. Такое сравнение позволяет утверждать, что масса атома углерода в 12 раз больше массы атома водорода. Масса атома кислорода больше массы атома водорода в 16 раз, а масса атома железа – в 56 раз. Величина, показывающая, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома водорода, принятой за единицу, называется относительной атомной массой элемента. Относительную атомную массу элемента обозначают символом Аr. Подстрочная буква r – это первая буква английского слова relative, что значит относительный. Например: Аr (Н) = 1, Аr (С) = 12, Аr (N) = 14, Аr (О) = 16, Аr (Fe) = 56, Аr (Cl) = 35,5. Обычно относительные атомные массы всех элементов округляют до целых чисел, кроме хлора (Аr (Cl) = 35,5), хотя в таблице Д.И.Менделеева они приведены с большей точностью. Обратите внимание, что относительная атомная масса хотя массой и называется, но размерности не имеет. Обладают ли массой молекулы веществ? Конечно! Можете ли вы ответить на вопрос, во сколько раз молекула воды тяжелее атома водорода? Это очень просто: надо сложить относительные атомные массы всех атомов, входящих в состав молекулы (рис. 56): Mr (H2O) = 2 Ar (H) + Ar (O) = 2•1 + 16 = 18. Рис. 56. Схема расчета относительной молекулярной массы воды Величина Mr (H2O) – это относительная молекулярная масса воды. Правильнее было бы называть ее относительной формульной массой. Во-первых, не все вещества состоят из молекул (мы уже приводили в пример железо и графит). Во-вторых, при расчете этой величины нужно внимательно смотреть на формулу вещества и не забывать про индексы, указывающие на число атомов каждого элемента: Mr (СH4) = Ar (С) + 4 Ar (Н) = 12 + 4•1 = 16, Mr (SO2) = Ar (S) + 2 Ar (O) = 32 + 2•16 = 64. Таблица относительных атомных масс Дж.Дальтона была далека от совершенства, содержала довольно много ошибок. Но благодаря ей стало возможным определять формулы химических веществ по соотношению масс входящих в их состав элементов. Как это делалось, мы расскажем на следующем уроке. 1. Что такое относительная атомная масса? Почему эта величина не имеет размерности? 2. Что такое относительная молекулярная масса? Как она рассчитывается? 3. В состав молекулы фосфорной кислоты входят три атома водорода, один атом фосфора и четыре атома кислорода. Найдите относительную молекулярную массу этого вещества. 4. Рассчитайте относительные молекулярные массы веществ по их формулам: Br2, H2O, CO2, H2SO4, KOH, BaCl2. Значения относительных атомных масс найдите по таблице Д.И.Менделеева, округлите их до целых чисел (за исключением хлора, Ar (Cl) = 35,5). 5. Атом серы образует с атомами кислорода два сложных вещества (их называют оксидами) разного состава. Относительная молекулярная масса первого оксида равна 64, а второго – 80. Выведите формулы этих оксидов. 6. Не производя расчетов, а только на основании значений относительных атомных масс (найдите их по таблице Д.И.Менделеева) определите, у какого из веществ, формулы которых приведены ниже, наибольшая и наименьшая относительные молекулярные массы: а) селеноводорода H2Se; б) воды Н2О; в) теллуроводорода H2Te; г) сероводорода H2S.