Якісні реакції на аніони
~20 хв · 9 розділів · 10 тестових запитань
Виявляй у розчині гідроксид-, хлорид-, сульфат-, карбонат-, силікат- та ортофосфат-йони за допомогою характерних реактивів і ознак, записуй якісні реакції в молекулярній та йонній формах і складай послідовність реактивів для розпізнавання кількох розчинів.
Якісні реакції дають змогу виявити певний йон у розчині за характерною зовнішньою ознакою — утворенням осаду певного кольору, виділенням газу або зміною забарвлення індикатора. У цьому розділі ти навчишся розпізнавати гідроксид-йони (OH⁻) та хлорид-йони (Cl⁻).
Виявлення гідроксид-йонів (OH⁻)
Гідроксид-йони створюють у водному розчині лужне середовище. Найпростіший спосіб виявити OH⁻ — скористатися індикаторами. Фенолфталеїн у лужному середовищі набуває малинового забарвлення (за достатньо високого pH, приблизно понад 8,2). Універсальний індикатор змінює колір поступово залежно від pH: його шкала дає змогу не лише виявити лужність, а й оцінити її силу. Жовтий метилоранж сам по собі не є доказом лужності — він жовтіє вже в нейтральному середовищі, тому для підтвердження лужності обов'язково використовують фенолфталеїн або універсальний індикатор.
Виявлення хлорид-йонів (Cl⁻)
Хлорид-йони виявляють за допомогою аргентум нітрату (AgNO₃). Під час додавання AgNO₃ до розчину, що містить хлорид-йони, утворюється білий сирнистий осад аргентум хлориду:
NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃ — молекулярне рівняння
Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓ — скорочене йонне рівняння
Осад AgCl не розчиняється в нітратній кислоті (HNO₃). Це важлива відмінність від інших осадів Аргентуму (Ag₃PO₄, Ag₂CO₃), які в HNO₃ розчиняються. На світлі білий осад AgCl поступово темніє, розкладаючись на срібло та хлор.
Оскільки AgNO₃ дає осади й з іншими аніонами (ортофосфат-йонами — жовтий Ag₃PO₄, карбонат-йонами — білий Ag₂CO₃), отриманий осад обов'язково перевіряють нітратною кислотою. Якщо осад не розчиняється — це AgCl, тобто в розчині були хлорид-йони. Якщо осад розчиняється — це інша сіль Аргентуму.
Сульфат-йони (SO₄²⁻) та карбонат-йони (CO₃²⁻) — поширені аніони; їхнє виявлення передбачено програмою НМТ (тема 1.6). Їхні якісні реакції ґрунтуються на утворенні нерозчинних сполук із катіонами Барію або на виділенні газу під дією кислоти.
Виявлення сульфат-йонів (SO₄²⁻)
Сульфат-йони виявляють за допомогою йонів Барію. Для цього використовують розчинні солі Барію — барій хлорид (BaCl₂) або барій нітрат (Ba(NO₃)₂). Під час реакції утворюється білий осад барій сульфату:
Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl — молекулярне рівняння
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ — скорочене йонне рівняння
Осад BaSO₄ — білий, дрібнокристалічний, нерозчинний у кислотах (зокрема в хлоридній і нітратній). Це ключова відмінність від BaCO₃, який у кислотах розчиняється з виділенням CO₂.
Важливо: аргентум нітрат (AgNO₃) для виявлення сульфат-йонів не підходить! Аргентум сульфат (Ag₂SO₄) — малорозчинна сполука (позначка «М» у таблиці розчинності), тому чіткого осаду не утворюється, і реакція не дає однозначної ознаки.
Виявлення карбонат-йонів (CO₃²⁻)
Карбонат-йони виявляють за допомогою сильної кислоти (наприклад, хлоридної HCl або нітратної HNO₃). Під час реакції бурхливо виділяється вуглекислий газ — спостерігають «закипання» розчину:
Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ — молекулярне рівняння
CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑ — скорочене йонне рівняння
Виділений газ не має запаху. Його додатково ідентифікують, пропускаючи крізь вапняну воду (розчин Ca(OH)₂) — вона каламутніє через утворення нерозчинного кальцій карбонату:
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Зверни увагу: карбонат-йони теж дають білий осад із Ba²⁺ (BaCO₃), але цей осад розчиняється в кислотах із виділенням CO₂. Цим карбонат відрізняють від сульфату: BaSO₄ у кислотах не розчиняється. Якщо довго пропускати CO₂ крізь вапняну воду, каламуть поступово зникає — утворюється розчинний кальцій гідрогенкарбонат Ca(HCO₃)₂.
Силікат-йони (SiO₃²⁻) та ортофосфат-йони (PO₄³⁻) — аніони, які теж мають характерні якісні реакції. Їх часто доводиться розпізнавати поряд з іншими аніонами.
Виявлення силікат-йонів (SiO₃²⁻)
Силікат-йони виявляють за допомогою сильної кислоти (наприклад, хлоридної HCl або нітратної HNO₃). Під час реакції утворюється драглистий (желеподібний) осад силікатної кислоти:
Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl — молекулярне рівняння
SiO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂SiO₃↓ — скорочене йонне рівняння
На відміну від карбонат-йонів, під час дії кислоти на силікат-йони газ не виділяється — утворюється саме осад. Силікатну кислоту можна витіснити й слабшою кислотою, наприклад карбонатною. Якщо пропускати CO₂ крізь розчин натрій силікату, випадає драглистий осад H₂SiO₃:
Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O → Na₂CO₃ + H₂SiO₃↓
Виявлення ортофосфат-йонів (PO₄³⁻)
Ортофосфат-йони виявляють за допомогою аргентум нітрату (AgNO₃). Під час реакції утворюється жовтий осад аргентум ортофосфату:
Na₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ + 3NaNO₃ — молекулярне рівняння
3Ag⁺ + PO₄³⁻ → Ag₃PO₄↓ — скорочене йонне рівняння
Жовтий осад Ag₃PO₄ розчиняється в нітратній кислоті (HNO₃). Це відрізняє його від білого осаду AgCl, який у HNO₃ не розчиняється. Тому за кольором осаду та його поведінкою в кислоті можна надійно розрізнити хлорид- і ортофосфат-йони.
Як одна кислота розрізняє різні солі
Сильна кислота (HCl або HNO₃) по-різному діє на розчини різних солей:
з карбонатом (CO₃²⁻) — бурхливе виділення газу CO₂ без запаху
із силікатом (SiO₃²⁻) — драглистий осад H₂SiO₃, газу немає
із сульфатом (SO₄²⁻), хлоридом (Cl⁻) чи ортофосфатом (PO₄³⁻) — видимих змін немає
Коли перед тобою кілька розчинів без підписів, їх можна розпізнати за допомогою послідовності реактивів. Головне правило: щоразу бери нову пробу розчину, а не додавай наступний реактив у ту саму пробірку. Інакше йони попереднього реактиву спотворять результати наступних тестів.
Розпізнавання Na₂SO₄, Na₂CO₃ і NaCl
Маємо три розчини: натрій сульфат, натрій карбонат і натрій хлорид. Ось покроковий план:
До трьох окремих проб долити нітратну кислоту (HNO₃). Газ (CO₂) бурхливо виділяється лише в пробірці з Na₂CO₃. Карбонат розпізнано.
До нових проб двох інших розчинів (Na₂SO₄ і NaCl) долити барій нітрат Ba(NO₃)₂. Білий осад BaSO₄ утворюється в пробірці з Na₂SO₄. Сульфат розпізнано.
У пробі останнього розчину (NaCl) додати AgNO₃ — утворюється білий сирнистий осад AgCl. Хлорид розпізнано.
Чому важливі порядок і нові проби
Якби ти почав із AgNO₃, він дав би осади і з хлоридом (білий AgCl), і з карбонатом (білий Ag₂CO₃) — ти не зміг би їх розрізнити без додаткового тесту кислотою. Якби ти почав із BaCl₂, він дав би білі осади і з сульфатом (BaSO₄), і з карбонатом (BaCO₃) — знову неоднозначно.
Чому щоразу беруть нову пробу? Уяви, що ти додав BaCl₂ до суміші, а потім у цю ж пробу капаєш AgNO₃. У розчині вже є йони Cl⁻ з BaCl₂, тому AgNO₃ дасть білий осад AgCl навіть там, де його не було. Ти отримаєш хибний позитивний результат на хлорид-йони.
Розпізнавання NaCl, Na₃PO₄ і NaNO₃ одним реактивом
Іноді для розпізнавання вистачає одного реактиву. Наприклад, до розчинів натрій хлориду, натрій ортофосфату й натрій нітрату додають AgNO₃:
NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ — білий сирнистий осад
Na₃PO₄ + AgNO₃ → Ag₃PO₄↓ — жовтий осад
NaNO₃ + AgNO₃ → реакції немає (нітрат-йон не утворює осадів із Ag⁺)
Три різні результати — три різні солі. Це можливо, тому що кожен аніон дає з AgNO₃ свій характерний осад або не дає його взагалі.
Приклад 1. Логічні пари: аніон — реактив і ознака
У завданні на встановлення відповідності (логічні пари 1–3 → А–Д) потрібно зіставити аніон із реактивом і характерною ознакою реакції.
Аніони: 1 — SO₄²⁻; 2 — PO₄³⁻; 3 — SiO₃²⁻.
Варіанти відповідей: А — Ba²⁺, білий осад, нерозчинний у кислотах; Б — Ag⁺, жовтий осад, розчинний у нітратній кислоті; В — H⁺, драглистий осад; Г — H⁺, газ, що каламутить вапняну воду; Д — Ag⁺, білий сирнистий осад.
Розв'язання: Для SO₄²⁻ характерна реакція з Ba²⁺ — білий осад BaSO₄, нерозчинний у кислотах (відповідь А). Для PO₄³⁻ характерна реакція з Ag⁺ — жовтий осад Ag₃PO₄, розчинний у HNO₃ (відповідь Б). Для SiO₃²⁻ характерна реакція з H⁺ — драглистий осад H₂SiO₃ (відповідь В).
Ключ: 1А, 2Б, 3В.
Приклад 2. Вибір однієї відповіді: розрізнення K₂CO₃ і K₂SO₄
Завдання: «Яким реактивом можна розрізнити розчини K₂CO₃ і K₂SO₄?»
Варіанти: А — хлоридна кислота (HCl); Б — барій хлорид (BaCl₂); В — натрій хлорид (NaCl); Г — калій нітрат (KNO₃).
Розв'язання: Хлоридна кислота реагує з K₂CO₃ з виділенням газу CO₂ («закипання»), а з K₂SO₄ видимих змін немає. Отже, HCl дає різні результати. BaCl₂ дає білі осади з обома солями (BaCO₃ і BaSO₄) — не розрізняє. NaCl і KNO₃ не реагують з жодною з них.
Ключ: А (хлоридна кислота).
Чому інші варіанти неправильні: BaCl₂ (Б) утворює осад з обома солями — ознака неоднозначна. NaCl (В) і KNO₃ (Г) не дають видимих змін із жодним розчином.
Приклад 3. Вибір однієї відповіді: скорочене йонне рівняння для силікат-йонів
Завдання: «Яке скорочене йонне рівняння описує якісну реакцію на силікат-йони?»
Варіанти: А — CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑; Б — Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓; В — SiO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂SiO₃↓; Г — SiO₃²⁻ + 2H⁺ → SiO₂↑ + H₂O.
Розв'язання: Силікат-йони реагують із кислотою, утворюючи драглистий осад H₂SiO₃. Цьому відповідає рівняння В. Варіант А — реакція на карбонат-йони. Варіант Б — реакція на хлорид-йони. Варіант Г хибний, бо силікатна кислота не розкладається на SiO₂ і H₂O в цих умовах, і газу не виділяється.
Ключ: В (SiO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂SiO₃↓).
Приклад 4. Вибір однієї відповіді: два реактиви для трьох розчинів
Завдання: «Яких двох реактивів достатньо, щоб розпізнати розчини Na₂CO₃, Na₂SO₄ і NaCl?»
Варіанти: А — фенолфталеїн і HCl; Б — HCl і BaCl₂; В — NaOH і KNO₃; Г — NaOH і KCl.
Розв'язання: Спочатку додають HCl до трьох проб — газ виділяється лише з Na₂CO₃. Потім до нових проб двох інших розчинів додають BaCl₂ — білий осад дає Na₂SO₄, без змін — NaCl. Отже, HCl і BaCl₂ (Б) достатньо. Фенолфталеїн і HCl (А) не розрізняють сульфат і хлорид. NaOH і KNO₃ (В) та NaOH і KCl (Г) не дають видимих змін із жодним розчином.
Ключ: Б (HCl і BaCl₂).
Виявляють сульфат-йони аргентум нітратом замість сполук Барію. Ag₂SO₄ — малорозчинна сполука (позначка «М» у таблиці розчинності), тому чіткого осаду не утворюється. Для SO₄²⁻ використовують BaCl₂ або Ba(NO₃)₂.
Не перевіряють білий осад з Ba²⁺ кислотою й плутають BaCO₃ з BaSO₄. Обидва осади білі, але BaCO₃ розчиняється в кислотах із виділенням CO₂, а BaSO₄ — нерозчинний. Завжди перевіряй осад кислотою!
Плутають ознаки реакцій з кислотою: карбонат — газ, силікат — драглистий осад без газу. Запам'ятай: CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑ (газ), а SiO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂SiO₃↓ (осад).
Вважають жовтий осад Ag₃PO₄ нерозчинним у нітратній кислоті, як AgCl. Насправді Ag₃PO₄ розчиняється в HNO₃, а AgCl — ні. Це ключова відмінність для розрізнення хлориду й ортофосфату.
Додають реактиви в одну пробу й вносять йони попереднього реактиву (Cl⁻ з BaCl₂ перед тестом на хлорид). Після BaCl₂ у розчині вже є хлорид-йони, тому AgNO₃ дасть хибний позитивний результат. Завжди бери нову пробу!
Вважають, що вапняна вода каламутніє від будь-якого газу, а не від CO₂. Насправді вапняну воду каламутить вуглекислий газ (утворюється нерозчинний CaCO₃), а також SO₂ (утворюється CaSO₃), але SO₂ має різкий запах, а CO₂ — ні. Гази H₂, O₂, N₂ такої реакції не дають.
Програма НМТ з хімії (тема 1.6) передбачає, що ти вмієш обирати спосіб виявлення в розчині гідроксид-, хлорид-, сульфат-, карбонат-, силікат- та ортофосфат-йонів, а також складати рівняння якісних реакцій у молекулярній та йонній формах.
У демоваріанті НМТ-2026 завдання № 12 (вибір однієї відповіді з чотирьох, 1 бал; теми 2.2.4 і 1.6) перевіряє вміння дібрати реагент, що по-різному діє на розчини карбонату й силікату. Для його виконання потрібна таблиця розчинності.
Логічні пари 1–3 → А–Д (завдання № 19–20, 0–3 бали, по 1 балу за кожну правильну пару) можуть стосуватися й якісних реакцій, наприклад у форматі «аніон — реактив — ознака». Тоді тобі пропонують три аніони (наприклад, SO₄²⁻, PO₄³⁻, SiO₃²⁻) і п'ять описів реактивів з ознаками, з яких потрібно вибрати три правильні пари. У демоваріанті 2026 року ці завдання стосувалися інших тем: якісних реакцій органічних сполук і гідролізу солей.
Довідка: таблиця розчинності підкаже, які солі Аргентуму й Барію нерозчинні (AgCl, Ag₃PO₄, BaSO₄, BaCO₃ — позначка «Н»; Ag₂SO₄ — «М»). Однак кольорів осадів і їхньої поведінки в кислотах у таблиці розчинності немає — ці знання потрібно засвоїти окремо.
Стратегія: для завдань на розпізнавання спочатку визнач, які аніони можуть бути в розчині, потім обери реактив, що дає різні ознаки з кожним із них. Якщо сумніваєшся, перевір за таблицею розчинності, чи утворює обраний реактив осад із цим аніоном.
Чому сульфат-йони не виявляють аргентум нітратом?
Аргентум сульфат (Ag₂SO₄) — малорозчинна сполука, а не нерозчинна. У таблиці розчинності він має позначку «М». Це означає, що чіткого осаду не утворюється, і реакція не дає однозначної візуальної ознаки. Тому для виявлення сульфат-йонів використовують сполуки Барію (BaCl₂ або Ba(NO₃)₂), які утворюють нерозчинний білий осад BaSO₄.
Як відрізнити осад AgCl від Ag₃PO₄?
По-перше, за кольором: AgCl — білий сирнистий осад, а Ag₃PO₄ — жовтий. По-друге, за розчинністю в нітратній кислоті: AgCl не розчиняється в HNO₃, а Ag₃PO₄ розчиняється. Тому, додавши до осаду трохи HNO₃, ти можеш надійно визначити, який це аніон: якщо осад лишився — хлорид, якщо розчинився — ортофосфат.
Чому для розпізнавання кількох розчинів щоразу беруть нову пробу?
Якщо додавати всі реактиви в одну пробу, йони попереднього реактиву спотворять результати наступних тестів. Наприклад, після додавання BaCl₂ у розчині з'являються хлорид-йони Cl⁻. Якщо потім у цю ж пробу додати AgNO₃, він дасть білий осад AgCl незалежно від того, чи були хлорид-йони в початковому розчині. Ти отримаєш хибний позитивний результат. Тому для кожного нового реактиву беруть окрему порцію (нову пробу) досліджуваного розчину.
Що буде, якщо довго пропускати CO₂ крізь вапняну воду?
Спочатку вапняна вода каламутніє через утворення нерозчинного кальцій карбонату: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Якщо продовжувати пропускати CO₂, каламуть поступово зникає, бо CaCO₃ реагує з надлишком CO₂ та водою, утворюючи розчинний кальцій гідрогенкарбонат: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂. Розчин знову стає прозорим.
Чим відрізняється дія кислоти на розчини карбонату й силікату?
З карбонат-йонами кислота реагує з бурхливим виділенням газу CO₂ (спостерігають «закипання»): CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑. Із силікат-йонами кислота утворює драглистий (желеподібний) осад силікатної кислоти без виділення газу: SiO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂SiO₃↓. Отже, карбонат дає газ, а силікат — осад. Це дві різні ознаки, які не можна плутати.
OH⁻ — фенолфталеїн малиновий
Cl⁻ — AgNO₃: білий сирнистий осад, нерозчинний у HNO₃
SO₄²⁻ — Ba²⁺: білий осад, нерозчинний у кислотах
CO₃²⁻ — кислота: газ, що каламутить вапняну воду
SiO₃²⁻ — кислота: драглистий осад H₂SiO₃
PO₄³⁻ — AgNO₃: жовтий осад, розчинний у HNO₃
Кілька розчинів: кислота → сіль Барію → AgNO₃, щоразу нова проба