b733e4
Проверьте знания по химии бесплатно
Узнать бесплатно
Открыть диалоговое окно с формой по клику

Качественные реакции

Качественные реакции
113.7K

Как отличить одно сложное вещество от другого, если они внешне выглядят одинаково? Для этого есть качественные реакции, которые также называют аналитическими. Они сопровождаются каким-либо внешним эффектом, по которому и опознают состав вещества. В этом материале мы рассмотрим качественные реакции органических и неорганических соединений.

Что такое качественная реакция

Предположим, у нас есть две пробирки — с водой и с гидроксидом натрия (каустической содой). Можно ли отличить один раствор от другого? Можно, если подобрать правильный реагент, с которым один раствор будет реагировать, а другой нет, или на который эти вещества будут реагировать по-разному.

Для таких целей подойдут не все реагенты. Например, если смешать гидроксид натрия с соляной кислотой, реакция произойдет: NaOH + HCl = NaCl + H2O. Но внешне она никак не проявится — два прозрачных раствора образуют такой же прозрачный третий. Такой реагент не подходит.

Если же смешать гидроксид натрия с хлоридом магния, результат химической реакции будет заметен невооруженным глазом. Характерным признаком станет образование белого осадка: 2NaOH + MgCl2 = Mg(OH)2 + 2NaCl. При смешивании хлорида магния с водой белый осадок не образуется. Значит, этот реагент позволяет отличить один раствор от другого.

Качественными называются реакции, позволяющие идентифицировать в исследуемом объекте определенные атомы, молекулы, функциональные группы и т. д. Идентификация происходит по внешним проявлениям, которые сопровождают реакцию: выделение газа, изменение цвета раствора, образование осадка, появление специфического запаха и др.

Качественные реакции — это простой и быстрый способ узнать качественный состав раствора или другого сложного вещества.

Качественная реакция

Качественный анализ

Определение состава того или иного вещества с помощью качественной реакции называют качественным анализом. В химии он часто используется перед количественным анализом, а также для того, чтобы понять, как можно разделить смесь.

Исследуемые объекты могут представлять собой твердые, жидкие или газообразные вещества, и в зависимости от этого качественный анализ проводится разными методами:

  • сухим способом — например, если внести пробу вещества в пламя горелки и отследить, как изменился цвет пламени;

  • мокрым способом — путем преобразования вещества в раствор.

Русский химик Ф. М. Флавицкий также предложил сухой метод растирания твердого исследуемого объекта с реактивом. Если реакция будет качественной, появятся характерные признаки: изменение цвета смеси, выделение газа и т. д.

Получи больше пользы от Skysmart:

Правила растворимости химических соединений

Сухим способом обычно проводят анализ в полевых условиях, а в лабораториях чаще использую растворы. Поэтому для изучения качественных реакций в химии (неорганической и органической) желательно знать правила растворимости сложных веществ. Наизусть учить, конечно, их не стоит — можно воспользоваться таблицей растворимости, которая приведена ниже.

Растворимы:

  • абсолютно все нитраты;

  • большинство солей аммония, натрия, калия (но есть исключения, например — гексанитритокобальтат (III) калия K3[Co(NO2)6]);

  • соли йодидной, хлороводородной и бромоводородной кислоты (но галогениды свинца (II), ртути (I) и серебра обладают умеренной растворимостью);

  • почти все сульфаты, кроме BaSO4, SrSO4, PbSO4 (при этом CaSO4 и Ag2SO4 умеренно растворимы).

Нерастворимы:

  • любые сульфиды, кроме сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов, а также (NH4)2S;

  • любые гидроксиды, кроме гидроксидов щелочных металлов (умеренной растворимостью отличаются Sr(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2);

  • любые карбонаты, фосфаты и сульфиты, кроме K2CO3, K2SO3, K3PO4, Na2CO3, Na2SO3, Na3PO4, (NH4)2CO3, (NH4)2SO3, (NH4)3PO4.

Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде

Качественные реакции органических веществ

В органической химии качественные реакции позволяют за считанные минуты определить класс соединения — узнать, относится ли исследуемый объект к спиртам, углеводам, альдегидам и т. д. По внешним эффектам судят о присутствии функциональных групп органических соединений в смеси или в растворе.

Белковые соединения при горении издают запах жженой шерсти. При добавлении концентрированной азотной кислоты они окрашивают раствор в ярко-желтый цвет, также характерно образование желтого осадка (ксантопротеиновая реакция). А если соединить в растворе белки со свежеосажденным гидроксидом меди (II), получится сине-фиолетовая смесь.

Глюкоза благодаря содержанию альдегидной группы в реакции с аммиачным раствором оксида серебра образует на стенках пробирки «серебряное зеркало». Вместе со свежеосажденным гидроксидом меди (II) она окрашивает раствор в синий цвет, а если данный раствор нагреть — происходит образование красно-оранжевого осадка.

СН2ОН — (СНОН)4 — СОН + Ag2O = СН2ОН — (СНОН)4 — СООН + 2Ag↓ — реакция «серебряного зеркала».

HOСН2 — (СНOH)4 — СН = O + 2Cu(OH)2 ⇒ HOСН2 — (СНOH)4 — СOOH + Cu2O + 2H2O — реакция глюкозы с гидроксидом меди (II).

Реакция серебряного зеркала

Фенол с бромной водой образует белый осадок. Также он вступает в качественную реакцию с раствором соли трехвалентного железа — окрашивает его в фиолетовый цвет.

C6H5OH + 2Br2 ⇒ C6H2Br3OH + 3HBr — реакция с бромной водой.

3C6H5OH + FeCl3 ⇒ (C6H5O)3Fe + 3HCl — реакция с хлоридом железа (III).

Углеводы с содержанием крахмала можно узнать по синему цвету раствора при добавлении йода. После нагревания такой раствор теряет цвет, но при охлаждении снова становится синим. Фруктозу можно идентифицировать по реакции с резорцином в растворе c соляной кислотой — смесь приобретает вишневый цвет (проба Селиванова).

I2 + (C6H10O5)n ⇒ I2(C6H10O5)n— качественная реакция крахмала с йодом.

Проба Селиванова

Все качественные реакции с органическими соединениями в рамках статьи описать невозможно, но в таблице ниже указаны самые важные из них.

Органическое соединение

Реактив

Уравнение реакции

Признак реакции

Непредельные углеводороды (алкены, алкины, диены)

KMnO4

3СН2=СН2 + 4Н2О + 2КMnO4 → 2КОН + 2MnO2↓ + 3СН2(ОН)—СН2(ОН)

Раствор обесцвечивается

I2

СН2=СН—CН3 + I2 → СН2(I)—СН(I)—CH3

Br2

СН2=СН2 + Br2 → СН2(Br)—СН2(Br)

Ацетилен

аммиачный раствор Ag2O

CH≡СН + 2[Ag(NH3)2]OH → AgC≡CAg↓ + 4NH3↑ + 2H2O

Образуется белый осадок

Бензол

HNO3 + H2SO4

t°C, H2SO4(конц.)
C6Н6 + HNO3 → C6H5—NO2 + H2O

Раствор желтого цвета с запахом миндаля

Толуол

KMnO4

5C6Н5—СН3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5C6Н5—COOH + 14H2O + 3K2SO4 + 6MnSO4

Раствор обесцвечивается

Фенол (карболовая кислота)

FeCl3

3C6Н5OH + FeCl3 → (C6Н5O)3Fe + 3HCl

Раствор приобретает фиолетовый цвет

Br2 (бромная вода)

C6Н5OH + 2Br2 → C6Н2Br3OH↓ + 3HBr

Белый осадок и резкий запах

Анилин (аминобензол)

CaOCl2

C6Н5NH2 + 3CaOCl2 → C6H5NO2 + H2O + 3CaCl2

Раствор приобретает фиолетовый цвет

Этанол

I2 + NaOH

C2H5OH + 4I2 + NaOH → CHI3↓ + HCOONa + 5HI

Желтый кристаллический осадок, резкий запах

CuO (медная проволока)

C2H5OH + CuO → Cu↓ + CH3—CHO + H2O

Образование медного осадка, характерный запах

Гидроксогруппа (спирты, фенол, гидроксикислоты)

Металлический Na

2R—OH + 2Na → 2R—O-Na+ + H2
2C6H5—OH + 2Na → 2C6H5—O-Na+ + H2

Гелеобразная масса с газовыми пузырьками

Эфиры

Н2О в присутствии NaOH (нагревание)

CH3—C(O)—O—C2H5 + H2O ↔ CH3COOH + C2H5OH

Характерный запах

Многоатомные спирты, глюкоза

Свежеосажденный гидроксид меди (II) в сильно щелочной среде

Пример качественной реакции

Раствор синеет

Карбонильная группа – СНО (альдегиды, глюкоза)

Аммиачный раствор Ag2O

R—CHO + 2[Ag(NH3)2]OH → R—COOH + 2Ag↓ + 4NH3↑ + H2O

Образование тонкого слоя Ag на стенках пробирки (эффект «серебряного зеркала»)

Свежеосажденный Сu(OH)2

R—CHO + 2Cu(OH)2 → R—COOH + Cu2O↓ + 2H2O

Красный осадок

Карбоновые кислоты

лакмус

Раствор становится розовым

раствор Na2CO3

2R—COOH + Na2CO3 → 2R—COO-Na+ + H2O + CO2

Выделение газа

спирт +H2SO4 (конц.)

R—COOH + HO—R1 ↔ RC(O)OR1 + H2O

Характерный запах

Муравьиная кислота

Свежеосажденный Сu(OH)2

HCOOH + 2Cu(OH)2 → Cu2O↓ + 3H2O + CO2

Красный осадок и выделение газа

Аммиачный раствор Ag2O

HCOOH + 2[Ag(NH3)2]OH → (NH4)2CO3 + 2Ag + 2NH3 + H2O

Образование тонкого слоя Ag на стенках пробирки (эффект «серебряного зеркала»)

Олеиновая кислота

KMnO4 или I2 или Br2

C17H33COOH + I2 → C8H17—CH(I)—CH(I)—(CH2)7—COOH

Раствор теряет цвет

Ацетаты

FeCl3

3CH3COONa + FeCl3 → (CH3COO)3Fe + 3NaCl

Раствор становится бурым

Стеарат натрия

Н2О + фенолфталеин

C17H35COONa + H2O ↔ C17H35OOH↓ + NaOH

Малиновый раствор

Раствор соли кальция

2C17H35COONa + Ca2+ ↔ (C17H35COO)2Ca↓ + 2Na+

Образование серого осадка

Концентрированная неорганическая кислота

C17H35COONa + H+ ↔ C17H355COOH↓ + Na+

Образование белого осадка

Белок

Огонь

Реакция горения

Запах жженой шерсти

НNO3 (конц.) при нагревании

Ксантопротеиновая реакция

Раствор приобретает желтый цвет, желтый осадок

Свежеосажденный Сu(OH)2

Биуретовая реакция

Раствор становится фиолетово-синим

Качественные реакции на неорганические вещества и ионы

В неорганической химии класс соединения, наличие тех или иных молекул или ионов также можно определить с помощью качественных реакций. При взаимодействии с определенным реагентом катионы или анионы неорганических соединений провоцируют внешние эффекты — выпадение осадка, окрашивание раствора, выделение газа и т. д.

Например, анион хлора с катионом серебра дает белый творожистый осадок, а если с тем же катионом серебра соединить анион брома — появится светло-желтый осадок. Катион железа в щелочной среде дает бурый осадок. Словом, в неорганике качественные реакции служат таким же полезным инструментом для идентификация химических веществ, как и в органике.

Качественные реакции на катионы

Катион

Реактив

Характерный признак

Ba2+
при условии нагрева

SO42-

Образование белого осадка:
Ba2+ + SO42- = BaSO4↓.

NH4+

OH-

Резкий запах:
NH4+ + OH- = NH3 + H2O.

Синий цвет влажной фенолфталеиновой или лакмусовой бумажки.

H+

Лакмус
Метиловый оранж

Окрашивается в красный.
Окрашивается в розовый.

Al3+

Щелочь

Образование гелеобразного белого осадка, если в раствор добавлено небольшое количество щелочи:
3OH- + Al3+ = Al(OH)3↓.

При дальнейшем добавлении щелочи белый осадок растворяется:
Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O.
Al(OH)3 + OH- = [Al(OH)4]-.

Cu2+

OH-

S2-

Образование голубого осадка:
Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2.

Образование черного осадка:
Cu2+ + S2- = CuS↓.

Fe3+

OH-

K4[Fe(CN)6]

NH4SCN

Осадок бурого цвета:
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3↓.

Синий осадок:
K+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6]↓.

Окрашивание раствора в ярко-красный цвет:
Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3.

Ag+

Cl-

Br-

I-

Белый творожистый осадок:
Ag+ + Cl = AgCl↓.

Желто-белый осадок:
Ag+ + Br- = AgBr.

Желтый осадок:
Ag+ + I- = AgI.

Pb+

I-

Образование ярко-желтого осадка:
Pb+ + 2I- = PbI2

Качественные реакции на катионы щелочных металлов

Почти все соли щелочных металлов обладают высокой растворимостью, поэтому качественный анализ проводят сухим пирохимическим способом — с помощью горелки. Проба соли, внесенная на платиновой или нихромовой проволоке в пламя горелки, меняет его цвет. По этому признаку можно судить о присутствии катионов того или иного щелочного металла. Это самые простые и быстрые качественные реакции в неорганической химии.

  • Li+ — придает темно-розовый, карминовый цвет;

  • Na+ — делает пламя желтым;

  • K+ — окрашивает в фиолетовый цвет;

  • Rb+ — придает буро-красный оттенок;

  • Cs+ — дает голубой или фиолетово-красный цвет.

Качественные реакции на катионы щелочных металлов

Качественные реакции на анионы

Анион

Реактив

Характерный признак

SO42-

Ba2+

Белый осадок:
Ba2+ + SO42- = BaSO4↓.

NO3

H2SO4 (конц.) и Cu с нагреванием раствора

Выделение бурого газа:
Cu + NO3- + 2H+ = Cu2+ + NO2↑ + H2O.

PO43-

Ag+

Светло-желтый осадок:
­3Ag+ + PO43- = Ag3PO4↓.

CrO42-

Ba2+

Желтый осадок:
Ba2+ + CrO42- = BaCrO4↓.

S2-

Pb2+

Черный осадок:
Pb2+ + S2- = PbS↓.

CO32-

Ca2+

H+

Белый осадок:
Ca2+ + CO32- = CaCO3↓.

Выделение газа без цвета и запаха, эффект вскипания раствора:
CO32- + 2H+ = CO2↑ + H2O.

CO2

Ca(OH)2

Белый осадок:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.

Растворение осадка при дальнейшем добавлении CO2:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.

SO32-

H+

Выделение газа с сильным запахом:
2H+ + SO32- = H2O + SO2↑.

F

Ca2+

Белый осадок:
Ca2+ + 2F = CaF2↓.

Cl

Ag+

Белый творожистый осадок:
Ag+ + Cl = AgCl↓.

Br

Ag+

Желтый осадок, который становится темнее под действием света:
Ag+ + Br = AgBr↓.

I

Ag+

Желтый, постепенно темнеющий под действием света осадок:
Ag+ + I = AgI↓.

OH

Лакмусовая бумага

Фенолфталеин

Окрашивается в синий.

Окрашивается в малиновый.

Качественные реакции для газов

Мы рассмотрели в предыдущих таблицах качественные реакции на катионы и анионы, но наличие в среде того или иного газа тоже можно определить с помощью специфических реактивов.

Вещество

Реактив

Реакция

Характерные признаки

Н2

О2

2 + О2 = 2Н2О

Образование конденсата на холодных поверхностях