Смеси галогенидов и цепочки превращений
Количественный анализ смеси
Чтобы определить состав смеси галогенидов, можно сравнить массу исходных солей с массой осадка, полученного при добавлении нитрата серебра. Метод разности масс основан на том, что в осадке место каждого иона натрия занимает ион серебра. Поэтому масса увеличивается на \(107{,}87 - 22{,}99 = 84{,}88\) г на моль галогенида независимо от того, был ли исходной солью хлорид или бромид. По увеличению массы находят общее количество галогенидов, а затем по массе исходной смеси — количество каждого из них.
edit_noteСмесь хлорида и бромида
Масса смеси \(\ce{NaCl}\) и \(\ce{NaBr}\) составляет 2,50 г, а масса полученного осадка — 5,00 г. Если \(n\) — общее количество солей, то \(5{,}00 - 2{,}50 = 84{,}88n\), откуда \(n = 0{,}02945\) моль. Обозначим количество \(\ce{NaCl}\) через \(x\); тогда по массе исходной смеси составляют уравнение \(58{,}44x + 102{,}89(0{,}02945 - x) = 2{,}50\). Из него находят \(x = 0{,}0119\) моль \(\ce{NaCl}\), а количество \(\ce{NaBr}\) составляет \(y = 0{,}0175\) моль. Массовая доля бромида в смеси равна 72,1 %.
boltРазность уравнений
Если обозначить количества хлорида и бромида через \(x\) и \(y\), массы смеси и осадка выражаются двумя уравнениями. При вычитании первого уравнения из второго получается \(m_\text{осадка} - m_\text{смеси} = 84{,}88(x + y)\). Так сразу находят сумму количеств солей, после чего из уравнения для массы смеси определяют их состав.
scienceРеакции анализа
- \(\ce{NaCl + AgNO3 -> AgCl v + NaNO3}\) — при добавлении нитрата серебра к хлориду натрия образуется осадок хлорида серебра.
- \(\ce{NaBr + AgNO3 -> AgBr v + NaNO3}\) — при добавлении нитрата серебра к бромиду натрия образуется осадок бромида серебра.
- \(\ce{AgCl + 2NH3 -> [Ag(NH3)2]Cl}\) — в разбавленном растворе аммиака хлорид серебра растворяется, а бромид серебра остаётся в осадке.
Цепочки превращений
Цепочкой превращений называют последовательность реакций, в которой продукт одной реакции служит исходным веществом для следующей. В задачах о галогенах такие последовательности обычно основаны на нескольких видах превращений:
- Окислительно-восстановительные реакции позволяют переходить между формами элемента, показанными схемой \(\ce{X- <-> X2 <-> XO- / XO3- / XO4-}\).
- При вытеснении галогенов более сильный окислитель превращает галогенид-ион в простое вещество.
- В щёлочи возможно диспропорционирование: атомы одного элемента одновременно окисляются и восстанавливаются. В кислоте продукты с разными степенями окисления могут вступать в сопропорционирование с образованием вещества с промежуточной степенью окисления.
- Осаждение галогенидов серебра и растворение некоторых осадков помогают распознавать полученные вещества.
edit_noteРазбор цепочки
Рассмотрим последовательность \(\ce{KI ->[Cl2] X ->[Cl2 (изб), H2O] Y ->[KI, H+] Z}\). Сначала хлор окисляет иодид до иода, поэтому X — иод (\(\ce{2KI + Cl2 -> 2KCl + I2}\)). При дальнейшем действии избытка хлора в воде иод окисляется до иодноватой кислоты: Y — иодноватая кислота (\(\ce{I2 + 5Cl2 + 6H2O -> 2HIO3 + 10HCl}\)). В кислой среде она реагирует с иодидом, и снова образуется иод: Z — иод (\(\ce{HIO3 + 5HI -> 3I2 + 3H2O}\)). Следовательно, возвращение к уже полученному веществу не означает ошибки в цепочке.
scienceУзловые реакции
- \(\ce{3I2 + 6KOH ->[t] 5KI + KIO3 + 3H2O}\) — при нагревании иода со щёлочью происходит диспропорционирование.
- \(\ce{KIO3 + 5KI + 3H2SO4 -> 3I2 + 3K2SO4 + 3H2O}\) — в кислой среде иодат и иодид реагируют с образованием иода.
- \(\ce{2KBr + Cl2 -> 2KCl + Br2}\) — хлор вытесняет бром из бромида; \(\ce{Br2 + 2NaOH -> NaBr + NaBrO + H2O}\) — бром диспропорционирует в щёлочи.
- \(\ce{4KClO3 ->[t] 3KClO4 + KCl}\) — при нагревании хлората образуются перхлорат и хлорид; перхлорат затем почти не реагирует с соляной кислотой вследствие кинетической инертности.
Надёжные и ненадёжные признаки
В экспериментальном анализе одного наблюдения не всегда достаточно для вывода о составе смеси. Надёжный аналитический признак позволяет различить рассматриваемые вещества в указанных условиях; если одинаковое наблюдение дают несколько веществ, требуется дополнительная проверка.
| Наблюдение | Надёжно? | Почему |
|---|---|---|
| Белый осадок с \(\ce{AgNO3}\) в \(\ce{HNO3}\), растворимый в разбавленном растворе \(\ce{NH3}\). | Да. | Среди галогенидов в этих условиях так распознают \(\ce{AgCl}\). |
| Жёлтый осадок с \(\ce{AgNO3}\). | Нет. | Осадок может содержать \(\ce{AgBr}\), \(\ce{AgI}\) или \(\ce{Ag3PO4}\) (в нейтральной среде). |
| Бурый раствор после добавления хлорной воды. | Нет. | Бром и иод дают похожую окраску в воде. |
| Фиолетовый слой \(\ce{CCl4}\). | Да. | Среди галогенов фиолетовую окраску этому слою придаёт иод. |
| Запах хлора при действии HCl. | Нет. | Хлор может выделяться при реакциях хлората, гипохлорита или \(\ce{MnO2}\) с HCl. |
| Синее окрашивание крахмала. | Да. | В присутствии иодида такую окраску даёт иод. |
errorКонцентрация меняет цвет
Разбавленный раствор брома бледно-жёлтый, а концентрированный — оранжево-бурый; окраска раствора иода в воде меняется от жёлтой до бурой. Поэтому сравнивайте растворы в одинаковых условиях. Для различения брома и иода полезнее экстракция: окраска слоя органического растворителя более информативна.
boltПорядок анализа смеси галогенидов
- Добавьте нитрат серебра в среде азотной кислоты, чтобы проверить, присутствуют ли галогениды.
- Добавляйте хлорную воду по каплям в присутствии \(\ce{CCl4}\). Фиолетовая окраска органического слоя указывает на иодид; после дальнейшего добавления хлорной воды оранжевая окраска указывает на бромид.
- Чтобы обнаружить хлорид в присутствии бромида и иодида, осадите галогениды серебром и обработайте осадок раствором карбоната аммония. При этом растворится только \(\ce{AgCl}\); после подкисления фильтрата появится белая муть.
push_pinГлавное
Для анализа смеси галогенидов используют осаждение нитратом серебра, растворение \(\ce{AgCl}\) в разбавленном растворе аммиака и окисление хлорной водой с последующей экстракцией: бром окрашивает органический слой в оранжевый цвет, иод — в фиолетовый, а избыток хлора устраняет фиолетовую окраску иода. Разность масс осадка и исходных солей позволяет найти их общее количество, поскольку при замене \(\ce{Na -> Ag}\) масса возрастает на 84,88 г/моль. Окраска водного раствора зависит от концентрации, поэтому вывод о составе смеси следует проверять более надёжными признаками.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.