Reakcje charakterystyczne kationów i anionów: jak je zapisać

Reakcje charakterystyczne kationów i anionów uczy się najczęściej jako listę par: jon, barwa osadu. Na egzaminie ta lista wystarcza rzadko, bo biały osad potrafi wytrącić kilka różnych jonów, a barwa bywa zapisana w pracy poprawnie i mimo to nie identyfikuje niczego. Rozstrzyga dopiero druga próba, czyli to, co z osadem dzieje się po dodaniu nadmiaru odczynnika albo kwasu.

Kationy: co zachodzi po dodaniu odczynnika

Najczęstszym odczynnikiem przy kationach jest wodorotlenek sodu dodawany najpierw w niewielkiej ilości, a potem w nadmiarze. Drugim jest wodny roztwór amoniaku, który rozróżnia jony tworzące kompleksy amoniakalne od tych, które ich nie tworzą.

Dwie pary z tej tabeli są w zadaniach najbardziej użyteczne. Para Al3+ i Zn2+ daje identyczny biały osad z niewielką ilością zasady i oba osady roztwarzają się w jej nadmiarze, więc rozróżnia je dopiero amoniak. Para Fe2+ i Fe3+ różni się barwą osadu, ale odpowiedź o żelazie na drugim stopniu utlenienia warto uzupełnić o to, że osad brunatnieje, bo utlenia się tlenem z powietrza. Czy dana sól w ogóle wytrąci się z roztworu, pokazuje tabela rozpuszczalności soli i wodorotlenków.

Aniony: ta sama logika, inne odczynniki

Najczęstsza pomyłka przy anionach dotyczy siarczanów i węglanów. Oba dają z jonami baru biały osad, ale węglan baru roztwarza się w rozcieńczonym mocnym kwasie z wydzieleniem gazu, a siarczan baru nie. Dlatego samo „wytrącił się biały osad z chlorkiem baru" nie identyfikuje anionu siarczanowego, dopóki nie zostanie sprawdzone zachowanie osadu w kwasie.

Biały osad sam w sobie niczego nie identyfikuje

Białe są między innymi: BaSO4, AgCl, Al(OH)3, Zn(OH)2 oraz węglany wapnia i baru. Zapis „powstał biały osad" jest poprawną obserwacją i zupełnie niewystarczającą przesłanką. Identyfikację daje dopiero sekwencja prób, w której każda kolejna odrzuca część możliwości.

Praktyczna kolejność wygląda tak: najpierw odczynnik, który wytrąca osad, potem próba roztwarzania go w nadmiarze tego samego odczynnika, a na końcu próba z kwasem albo z amoniakiem. Trzy próby zawężają zbiór kandydatów szybciej niż trzy niezależne odczynniki użyte równolegle, bo każda korzysta z wyniku poprzedniej.

Jak zapisać równanie, żeby nie stracić punktu

Polecenie zwykle wskazuje formę zapisu i ta wskazówka jest wiążąca. Równanie w formie cząsteczkowej wpisane tam, gdzie polecenie żąda jonowej skróconej, jest błędem formy, nawet jeśli wszystkie współczynniki się zgadzają. W formie jonowej skróconej zostają wyłącznie jony biorące udział w reakcji oraz powstający osad lub gaz, a jony niezmienione znikają z obu stron.

Zapis musi bilansować się na dwa sposoby naraz: pod względem liczby atomów każdego pierwiastka i pod względem sumy ładunków po obu stronach. Bilans ładunku jest tym, który wypada najczęściej, ponieważ przy zapisie cząsteczkowym w ogóle się nie pojawia i łatwo o nim zapomnieć po przejściu na jony.

Sama właściwość substancji nie zastąpi opisu tego, co zaszło. Zdanie o tym, że dany osad jest trudno rozpuszczalny, jest prawdziwe i jako całe uzasadnienie bywa uznawane za niewystarczające, dopóki nie powie, co po zmieszaniu roztworów stało się w probówce. Szerzej opisuje to wpis o zadaniu doświadczalnym z chemii.

Czego szukać w poleceniu

W arkuszach z ostatnich lat doświadczenie bywa pokazane na zdjęciu probówek, a polecenie brzmi „rozstrzygnij", „wybierz odczynnik" albo „napisz równanie". Każde z nich ma inny wymóg. Rozstrzygnięcie bez uzasadnienia nie jest odpowiedzią, wybór odczynnika rzutuje na wszystkie dalsze części zadania, a równanie ocenia się po formie i bilansie, nie po tym, czy pomysł był trafny.

Praktyczny wniosek dla powtórki: ucz się tych reakcji parami trudnymi do rozróżnienia, a nie pojedynczymi hasłami. Para Al3+ z Zn2+, para siarczanu z węglanem i para chlorku z jodkiem dają więcej punktów niż wyuczona na pamięć lista barw.

Najczęstsze pytania

Po czym rozróżnić jony glinu i cynku?

Po zachowaniu wodorotlenku w nadmiarze wodnego roztworu amoniaku. Oba dają biały osad z niewielką ilością zasady i oba osady roztwarzają się w jej nadmiarze, więc ta próba ich nie rozdziela. Wodorotlenek cynku roztwarza się dodatkowo w nadmiarze amoniaku, wodorotlenek glinu nie.

Czy sam kolor osadu wystarczy do identyfikacji jonu?

Zwykle nie. Kolor jest obserwacją, a identyfikacja wymaga wykluczenia innych jonów dających ten sam efekt. Przy osadach barwnych, jak czerwonobrunatny wodorotlenek żelaza na trzecim stopniu utlenienia, barwa zawęża zbiór mocno. Przy białych osadach nie zawęża go prawie wcale.

Jak odróżnić anion siarczanowy od węglanowego?

Dodając do wytrąconego osadu rozcieńczony mocny kwas. Osad węglanu roztwarza się z wydzieleniem gazu, osad siarczanu baru pozostaje. To jedna próba, która rozstrzyga między dwiema możliwościami dającymi wcześniej identyczny biały osad.

W jakiej formie zapisywać równanie reakcji z osadem?

W tej, której żąda polecenie. Gdy wskazano formę jonową skróconą, w równaniu zostają tylko jony reagujące i produkt wytrącający się z roztworu. Niezależnie od formy trzeba sprawdzić bilans atomów oraz bilans ładunku po obu stronach.

Czy trzeba pamiętać rozpuszczalność wszystkich soli?

Nie, ponieważ na egzaminie dostępna jest tablica rozpuszczalności. Pamięci wymaga natomiast to, co z osadem dzieje się dalej: które wodorotlenki roztwarzają się w nadmiarze zasady, które w amoniaku i które osady reagują z kwasem.

Jak to sprawdzisz w zdawce

W zdawce zadania z identyfikacji jonów rozbite są na elementy rubryki, więc osobno punktowany jest dobór odczynnika, osobno opis tego, co zaszło, i osobno równanie. Bilans i formę równania sprawdza warstwa deterministyczna, uzasadnienia ocenia model wedle tej samej rubryki, a punkty nie przekroczą liczby przewidzianej dla zadania. Ocenę, z którą się nie zgadzasz, możesz zgłosić do sprawdzenia. Metodę opisuje strona o zasadach oceniania.

Sprawdź to na parze, która najczęściej sprawia kłopot: zapisz, jak odróżnisz jony glinu od jonów cynku, i zobacz, czy zabrakło doboru odczynnika, opisu przemiany, czy bilansu ładunku w równaniu.