Качественные реакции и среда растворов — ОГЭ по химии, задание 17

Коротко о главном

Качественная реакция — это реакция, которая сопровождается заметным внешним эффектом (осадок определённого цвета, выделение газа с запахом, изменение окраски раствора) и позволяет доказать присутствие конкретного иона или вещества.

Среда раствора — кислая, нейтральная или щёлочная — определяется соотношением концентраций $H^+$ и $OH^-$. Она зависит от того, какая соль растворена (идёт ли гидролиз), и определяется с помощью индикаторов или значения $pH$.

В задании 17 ОГЭ чаще всего просят: 1) определить среду раствора соли/кислоты/щёлочи и цвет индикатора в нём; 2) подобрать реактив для обнаружения иона и записать уравнение реакции; 3) сопоставить вещество и наблюдаемый эффект (осадок, газ, цвет).

Определения и формулы/правила

Шкала pH: $$pH = -\lg[H^+]$$

• $pH < 7$ — кислая среда;
• $pH = 7$ — нейтральная среда;
• $pH > 7$ — щелочная среда.

Цвет индикаторов в разных средах:

Индикатор	Кислая среда	Нейтральная среда	Щелочная среда
Лакмус	красный	фиолетовый	синий
Метилоранж	красный	оранжевый	жёлтый
Фенолфталеин	бесцветный	бесцветный	малиновый

Обратите внимание: фенолфталеин в кислой и нейтральной среде выглядит одинаково — бесцветным, отличить их по нему нельзя.

Гидролиз солей и среда раствора:

• соль сильной кислоты + сильного основания → среда нейтральная ($NaCl$, $KNO_3$, $Na_2SO_4$);
• соль сильной кислоты + слабого основания → среда кислая ($NH_4Cl$, $ZnSO_4$, $AlCl_3$, $FeCl_3$, $CuSO_4$);
• соль слабой кислоты + сильного основания → среда щелочная ($Na_2CO_3$, $K_2SiO_3$, $CH_3COONa$, $Na_3PO_4$);
• соль слабой кислоты + слабого основания → гидролиз часто идёт по обоим ионам, среда близка к нейтральной или зависит от силы электролитов.

Качественные реакции на катионы:

Ион	Реактив	Признак	Пример уравнения
$Ag^+$	раствор хлорида	белый осадок, не растворяется в $HNO_3$	$AgNO_3+NaCl \rightarrow AgCl\downarrow+NaNO_3$
$Ba^{2+}$	раствор сульфата	белый осадок, не растворяется в кислотах	$BaCl_2+Na_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow+2NaCl$
$Ca^{2+}$	карбонат-ион	белый осадок, растворяется в кислотах с выделением газа	$CaCl_2+Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow+2NaCl$
$Cu^{2+}$	щёлочь	голубой осадок	$CuSO_4+2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow+Na_2SO_4$
$Fe^{2+}$	щёлочь	зеленоватый осадок, буреет на воздухе	$FeSO_4+2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow+Na_2SO_4$
$Fe^{3+}$	щёлочь / роданид	буро-красный осадок / кроваво-красное окрашивание	$FeCl_3+3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow+3NaCl$
$Al^{3+}$, $Zn^{2+}$	щёлочь (избыток)	белый осадок, растворяется в избытке щёлочи	$AlCl_3+3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow+3NaCl$
$NH_4^+$	щёлочь при нагревании	запах аммиака, синеет влажная лакмусовая бумага	$NH_4Cl+NaOH \rightarrow NaCl+NH_3\uparrow+H_2O$

Качественные реакции на анионы и газы:

Ион/газ	Реактив	Признак
$Cl^-$	$AgNO_3$	белый осадок $AgCl$
$Br^-$	$AgNO_3$	светло-жёлтый осадок $AgBr$
$I^-$	$AgNO_3$	жёлтый осадок $AgI$
$SO_4^{2-}$	$BaCl_2$	белый осадок $BaSO_4$, нерастворим в кислотах
$CO_3^{2-}$	кислота	газ $CO_2$ без цвета и запаха, мутит известковую воду
$SO_3^{2-}$	кислота	газ $SO_2$ с резким запахом
$S^{2-}$	кислота / $Pb(NO_3)_2$	газ $H_2S$ (запах тухлых яиц) / чёрный осадок $PbS$
$PO_4^{3-}$	$AgNO_3$	жёлтый осадок $Ag_3PO_4$
$SiO_3^{2-}$	кислота	белый студенистый осадок $H_2SiO_3$
$H_2$	поджигание	хлопок
$O_2$	тлеющая лучина	вспыхивает ярче
$CO_2$	известковая вода	мутнеет (белый осадок $CaCO_3$)
$NH_3$	влажная лакмусовая бумага	синеет, резкий запах

Как применять

Пример 1. Определите среду раствора $Na_2CO_3$ и цвет фенолфталеина в нём. Решение: $Na_2CO_3$ — соль слабой кислоты ($H_2CO_3$) и сильного основания ($NaOH$), значит идёт гидролиз по аниону, среда щелочная, $pH>7$. Фенолфталеин окрасится в малиновый цвет.

Пример 2. Как одним реактивом различить растворы $NaCl$, $Na_2SO_4$ и $Na_2CO_3$? Решение: добавляем $BaCl_2$. С $Na_2SO_4$ выпадет белый осадок $BaSO_4$, нерастворимый в кислотах; с $Na_2CO_3$ выпадет белый осадок $BaCO_3$, который растворится при добавлении кислоты с выделением газа; с $NaCl$ видимых изменений не будет.

Пример 3. Как доказать наличие иона $Fe^{3+}$ в растворе? Решение: добавить раствор щёлочи — выпадет буро-красный осадок $Fe(OH)_3$: $$FeCl_3+3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow+3NaCl$$ Можно также добавить раствор роданида калия $KSCN$ — раствор окрасится в кроваво-красный цвет.

Типичные ошибки

• Считают, что фенолфталеин отличает кислую среду от нейтральной — на самом деле в обоих случаях он бесцветный, для этого нужен лакмус или метилоранж.
• Путают осадки железа: зеленоватый $Fe(OH)_2$ (буреет на воздухе) и буро-красный $Fe(OH)_3$.
• Забывают, что $BaSO_4$ и $AgCl$ не растворяются в кислотах, а карбонаты ($BaCO_3$, $CaCO_3$) растворяются с выделением газа — это ключевое отличие при выборе реактива.
• Неверно определяют среду солей, образованных слабой кислотой и слабым основанием, считая её всегда нейтральной.
• Забывают указывать признак реакции (цвет осадка, запах газа) при записи уравнения, а не только формулы веществ.

Где встречается на экзамене

Тема качественных реакций и среды растворов — основа задания 17 ОГЭ по химии, где нужно определить среду раствора или подобрать реактив для распознавания иона. Знание этой темы также необходимо в заданиях на генетическую связь веществ (18), в вопросах о лабораторных опытах и практических основах химии, а также при написании уравнений реакций ионного обмена.