Классы химических соединений. Лабораторная работа. Лабораторная работа 1 классы химических соединений цель работы ознакомление с важнейшими классами неорганических соединений оксидами, основаниями, кислотами и солями способами их получения и свойствами.

• Название: Лабораторная работа 1 классы химических соединений цель работы ознакомление с важнейшими классами неорганических соединений оксидами, основаниями, кислотами и солями способами их получения и свойствами.
• Дата: 19.01.2022
• Размер: 394.57 Kb.
• Имя файла: Классы химических соединений. Лабораторная работа.pdf
• Тип: Лабораторная работа; #335823

Лабораторная работа № 1 КЛАССЫ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Цель работы ознакомление с важнейшими классами неорганических соединений оксидами, основаниями, кислотами и солями способами их получения и свойствами. Известно около 300 тысяч неорганических соединений их можно разделить на четыре важнейших класса – оксиды, основания, кислоты и соли. Оксиды – продукты соединения элементов с кислородом. Различают солеобразующие и несолеобразующие оксиды, а также пероксиды, которые по свойствам относятся к солям пероксида водорода
H
2
O
2
. Пероксиды образуют щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs и щелочноземельные металлы Ca, Sr, Ba. В пероксидах атомы кислорода связаны между собой ковалентной связью (например, K
2
O
2
: K–O–O–K) и легко разлагаются с отщеплением атомарного кислорода, поэтому они являются сильными окислителями. Несолеобразующих оксидов немного например, CO, NO, N
2
O), они не образуют солей ни с кислотами, ни с основаниями. Солеобразующие оксиды подразделяют на основные, кислотные и амфотерные. Основные оксиды образуют металлы с низшими степенями окисления (+1) (щелочные металлы, (+2) (Mg и щелочноземельные металлы, их гидратами являются основания. При растворении оксидов щелочных металлов вводе образуются растворимые основания (щелочи. Основания щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba) образуются также при растворении вводе соответствующих оксидов, но их растворимость меньше, к щелочам приближается только гидроксид бария Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами и кислотами, образуя соли
CaO + CO
2
= CaCO
3
;
CuO + 2HCl = CuCl
2
+ H
2
O. Неметаллы (B, C, N, P, S, Cl и др, а также металлы, расположенные в побочных подгруппах больших периодов в высших степенях окисления
(+5, +6, +7) (V, Cr, Mn и др, образуют кислотные оксиды, взаимодействие которых с основными оксидами и основаниями приводит к солям
SO
2
+ Na
2
O = Na
2
SO
3
;
N
2
O
5
+ 2NaOH = 2NaNO
3
+ H
2
O. Металлы главных и побочных подгрупп средних степеней окисления (+3, +4) (Cr, Mn, Sn и др, иногда (+2) (Sn, Pb), образуют амфотерные оксиды. Их гидраты проявляют как основные, таки кислотные свойства, реагируя как с кислотами, таки с основаниями
Cr
2
O
3
+ 6HCl = 2CrCl
3
+ 3H
2
O; Cr
2
O
3
+ 2NaOH = 2NaCrO
2
+ H
2
O.

Оксиды можно получить реакцией соединения элемента с кислородом
2Mg + O
2
= 2MgO;
4P + 5O
2
= или реакцией разложения сложного вещества
CaCO
3
= CaO + CO
2
;
2Zn(NO
3
)
2
= 2ZnO + 4NO
2
+ Продукты взаимодействия оксидов с водой называют гидроксидами или гидроокисями. Их состав выражают общей формулой
Э(ОН)n, где Э – атом элемента, n – индекс соответсвующий степени окисления ЭВ зависимости от природы атома элемента Э гидроксиды диссоциируют по связи Э–ОН и по связи ЭО–Н с образованием основных
(основания),кислотных кислоты) и амфотерных гидроксидов амфолиты. Основания при диссоциации в растворе в качестве анионов образуют только гидроксид-ионы:
NaOH → Na
+
+ Кислотность основания определяется числом ионов OH
‾
Многокислотные основания диссоциируют ступенчато
Ca(OH)
2
 (CaOH)
+
+ OH
‾
,
(CaOH)
+
 Ca
2+
+ Водные растворы хорошо растворимых оснований называют щелочами. Щелочи получают растворением оксидов вводе. Индикаторы в щелочных растворах меняют окраску так фиолетовый лакмус приобретает синий цвет, бесцветный фенолфталеин становится малиновым, метиловый оранжевый – желтым. Основания реагируют с кислотами, образуя соль и воду
NaOH + HCl = NaCl + H
2
O. Если основание и кислота взаимодействуют в эквивалентных отношениях, то среда становится нейтральной. Такая реакция называется реакцией нейтрализации. Многие нерастворимые вводе основания при нагревании разлагаются
Cu(OH)
2


t
CuO + H
2
O. Нерастворимые вводе основания обычно получают действием щелочей на растворимые соли металлов
CuSO
4
+ 2NaOH = Cu(OH)
2
↓ + Кислоты, согласно теории электролитической диссоциации, в качестве катиона образуют только катионы водорода Н (точнее ионы гидроксония НО
HCl = H
+
+ Различают кислоты бескислородные (HCl, HI, H
2
S, HCN и др) и кислородсодержащие (HNO
3
, H
2
SO
4
, H
2
SO
3
, H
3
PO
4
и др.

Основность кислоты определяется числом катионов водорода, образующихся при диссоциации.
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато
H
2
SO
4
 H
+
+

4
HSO ;

4
HSO  H
+
+

2
4
SO . В растворах кислот лакмус становится красным, метиловый оранжевый – розовым, фенолфталеин остается бесцветным. Кислоты получают растворением кислотных оксидов вводе или по реакции обмена соли с кислотой
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 3H
2
SO
4
= 3CaSO
4
+ Амфолиты представляют собой гидроксиды, проявляющие в реакциях как основные, таки кислотные свойства. К ним относятся
Be(OH)
2
, Al(OH)
3
, Zn(OH)
2
, Cr(OH)
3
и др. Амфотерные гидроксиды реагируют с основаниями как кислоты, с кислотами – как основания С + 3HCl = CrCl
3
+ 3H
2
O; С
+ 3NaOH = Na
3
[Cr(OH)
6
]. Соли при диссоциации образуют катионы металлов (или ион аммония

4
NH ) и анионы кислотных остатков
Na
2
SO
4
 2Na
+
+

2
4
SO ;
NH
4
NO
3


4
NH + Различают средние, кислые и основные соли. Существуют также двойные соли, образованные разными металлами и одним кислотным остатком KAl(SO
4
)
2
и смешанные, образованные одним металлом и разными кислотными остатками CaClOCl. Средние соли можно рассматривать как продукты полного замещения атомов водорода в кислоте атомами металла или гидроксогрупп основания кислотными остатками NaCl, K
2
SO
4
, Средние соли диссоциируют на катионы металла и анионы кислотных остатков
AlPO
4


3
Al +

3
4
PO . Кислые соли (гидросоли) являются продуктами неполного замещения атомов водорода многоосновных кислот атомами металла NaHSO
4
, Al(H
2
PO
4
)
3
, Диссоциация кислой соли выражается уравнением
Al(H
2
PO
4
)
3
 Al
3+
+ Анион (H
2
PO
4
)
−
дальнейшей диссоциации подвергается в незначительной степени. Основные соли (гидроксосоли) являются продуктами неполного замещения гидроксогрупп многокислотного основания на кислотные остатки AlOHSO
4
, MgOHCl, (Диссоциация основной соли выражается уравнением
AlOHSO
4
 (AlOH)
2+
+

2
4
SO

Катион (AlOH)
2+ дальнейшей диссоциации подвергается в незначительной степени. Средние соли могут быть получены многими способами
1) соединением металла и неметалла
2Na + Cl
2
= 2NaCl;
2) соединением основного и кислотного оксидов
CaO + CO
2
= CaCO
3
;
3) вытеснением активным металлом водорода или менее активного металла
Zn + 2HCl = H
2
+ ZnCl
2
,
Zn + CuSO
4
= ZnSO
4
+ Cu;
4) реакцией нейтрализации
NaOH + HCl = NaCl + H
2
O;
5) реакцией обмена
Ba(NO
3
)
2
+ Na
2
SO
4
= BaSO
4
+ 2NaNO
3
и др. Кислые соли могут быть получены в кислой среде
NaOH + H
2
SO
4 (избыток = NaHSO
4
+ H
2
O;
Na
3
PO
4
+ 2H
3
PO
4 (избыток = Основные соли могут быть получены в щелочной среде
H
2
SO
4
+ 2Cu(OH)
2 (избыток)
= (CuOH)
2
SO
4
+ Na
2
SO
4
,
2CuSO
4
+ 2NaOH недостаток = (CuOH)
2
SO
4
+ Кислые соли при избытке щелочи и основные соли при избытке кислоты переходят в средние соли
NaHSO
4
+ NaOH
(избыток = Na
2
SO
4
+ H
2
O,
(CuOH)
2
SO
4
+ H
2
SO
4 (избыток = 2CuSO
4
+ 2H
2
O. Для многих металлов характерны комплексные соединения, которые диссоциируют в растворе как сильные электролиты, образуя устойчивые комплексные ионы
(CuOH)
2
SO
4
+ 8NH
4
OH = [Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
+ [Cu(NH
3
)
4
]SO
4
+ 8H
2
O. Степень диссоциации комплексных соединений незначительна
[Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
 [Cu(NH
3
)
4
]
2+
+ 2OH
‾
;
[Cu(NH
3
)
4
]SO
4
 [Cu(NH
3
)
4
]
2+
+

2
4
SO . Комплексные соединения многих металлов окрашены, что позволяет их использовать в аналитической практике для обнаружения ионов металлов. Вопросы для подготовки к лабораторной работе
1. Какие бинарные соединения называются оксидами Какими способами можно получить оксиды Приведите примеры реакций.
2. Какие вещества называются кислотами Приведите примеры реакций получения кислот.
3. Чем определяется основность кислот Приведите примеры кислот различной основности.

4. Какие вещества называются основаниями Приведите примеры реакций получения оснований.
5. Чем определяется кислотность оснований Приведите примеры оснований различной кислотности.
6. Какие химические соединения относятся к классу солей Приведите примеры солей различных типов и способов их получения. Экспериментальная часть Опыт Получение оксида магния высокотемпературным окислением Стружку сплава магния возьмите тигельными щипцами и внесите в пламя спиртовки. Опыт проводите над асбестовой сеткой или фарфоровой чашкой. Магний горит ярким белым пламенем, покрываясь белым налетом оксида магния. Напишите уравнения реакции образования оксида магния. Осторожно опустите стружку с образовавшимся оксидом в пробирку с дистиллированной водой, добавьте 2–3 капли фенолфталеина, который является индикатором на наличие ионов OH
‾
, определяющих щелочную среду, отметьте окраску раствора. Напишите уравнение реакции образования гидроксида магния. Опыт Получение оксида реакцией разложения Возьмите тигельными щипцами кусочек мела и прокалите его в пламени спиртовки. Напишите уравнение реакции разложения карбоната кальция. Опустите прокаленный мел в пробирку с дистиллированной водой, добавьте 2–3 капли фенолфталеина, отметьте окраску раствора, напишите уравнение реакции образования гидроксида кальция. Опыт Получение гидроксида никеля Опыт выполняется капельным методом. Внесите по 2–4 капли 0,2 н. раствора соли никеля в 3 пробирки, добавьте в каждую по 4 капли 2 н. раствора гидроксида натрия, обратите внимание на окраску образовавшегося гидроксида никеля, напишите уравнение реакции. Проверьте растворимость гидроксида никеля в кислоте и избытке щелочи, для чего в одну пробирку добавьте 4–6 капель щелочи, в другую – 2–3 капли 2 н. раствора хлороводородной кислоты. Напишите уравнение протекающей реакции. Укажите характер гидроксида никеля. Опыт Получение гидроксида алюминия Опыт выполняется капельным методом.

Внесите по 2–4 капли 0,2 н. раствора соли алюминия в 3 пробирки, добавьте в каждую по 2 капли 2 н. раствора гидроксида натрия, напишите уравнение реакции. Проверьте растворимость гидроксида алюминия в кислоте и избытке щелочи, для чего в одну пробирку добавьте 2–3 капли щелочи, в другую – 2–3 капли 2 н. раствора хлороводородной кислоты. Напишите уравнение протекающих реакций. Определите свойства гидроксида алюминия. Опыт Получение гидроксида меди В пробирку налейте 1–2 млн. раствора соли меди, добавьте 3–4 млн. раствора гидроксида натрия, отметьте окраску образовавшегося осадка, напишите уравнение реакции. Закрепите в держателе пробирку и осторожно нагрейте ее в пламени спиртовки, обратите внимание на изменение цвета осадка, напишите уравнения реакции разложения гидроксида меди. Опыт Получение уксусной кислоты В пробирку поместите небольшое количество кристаллического ацетата натрия CH
3
COONa и по каплям прилейте 2 н. раствора хлороводородной кислоты, обратите внимание на появление запаха уксуса, напишите уравнение реакции в молекулярной и молекулярно- ионной форме. Опыт Получение угольной кислоты В пробирку поместите небольшой кусочек мела и прилейте 2 н. раствор хлороводородной кислоты. Опишите происходящие явления, напишите уравнение реакции в молекулярной и молекулярно-ионной форме. Опыт Получение средней соли Опыт выполняется капельным методом. Внесите в пробирку 2–4 капли 0,2 н. раствора соли бария, добавьте
2 капли 0,2 н. раствора сульфата натрия, напишите уравнение реакции в молекулярной и молекулярно-ионной форме. Опыт Получение основной соли Опыт выполняется капельным методом. Внесите в пробирку 2–4 капли 0,4 н. раствора соли кобальта, добавьте 2 капли 4 н. раствора гидроксида натрия, обратите внимание на образование голубого осадка основной соли кобальта, добавьте избыток гидроксида натрия, обратите внимание на изменение цвета осадка.

Напишите уравнение реакции в молекулярной и молекулярно-ионной форме. Опыт Получение кислой соли Налейте в пробирку 2–3 мл насыщенного раствора гидроксида кальция, добавьте по каплям 2 н. раствора фосфорной кислоты до выпадения осадка средней соли фосфата кальция по реакции
3Ca(OH)
2
+ 2H
3
PO
4
= Ca
3
(PO
4
)
2
↓ + 6H
2
O В избытке фосфорной кислоты осадок растворяется с образованием кислой соли
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 4H
3
PO
4
= Напишите уравнения приведенных реакций в молекулярно-ионной форме. Опыт Получение комплексной соли В пробирку налейте 1–2 млн. раствора сульфата меди, добавьте
1–2 мл 10%–ного водного раствора аммиака (гидроксида аммония
NH
4
OH), отметьте окраску образовавшегося осадка гидроксосульфата меди
2CuSO
4
+ 2NH
4
OH = (CuOH)
2
SO
4
↓+ (Добавьте избыток раствора аммиака до растворения осадка и образования комплексных солей
(CuOH)
2
SO
4
+ 8NH
4
OH = [Cu(NH
3
)
4
](OH)
2
+ [Cu(NH
3
)
4
]SO
4
+ 8H
2
O. Отметьте окраску образовавшегося раствора. Эта реакция является характерной и используется для обнаружения ионов меди в растворе. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ Пример 1. С какими из перечисленных веществ будет реагировать гидроксид натрия H
2
SO
4
, CaO, CO
2
, CuSO
4
, Be(OH)
2
, N
2
O
5
? Составьте уравнения реакции. Решение. С основаниями реагируют кислоты, кислотные оксиды, амфотерные гидроксиды и соли.
H
2
SO
4
+ 2NaOH = Na
2
SO
4
+ 2H
2
O
CO
2
+ 2NaOH = Na
2
CO
3
+ H
2
O
CuSO
4
+ 2NaOH = Cu(OH)
2
↓ + Na
2
SO
4
Be(OH)
2
+ 2NaOH = Na
2
[Be(OH)
4
]
N
2
O
5
+ 6NaOH = 2Na
2
PO
4
+ 3H
2
O. Пример 2. Докажите амфотерность гидроксида цинка. Решение. Амфотерные гидроксиды проявляют в реакциях как основные, таки кислотные свойства, с кислотами они реагируют как основания, ас основаниями как кислоты

Zn(OH)
2
↔ гидроксид цинка
H
2
ZnO
2 цинковая кислота
Zn(OH)
2
+ 2HCl = ZnCl
2
+ 2H
2
O
H
2
ZnO
2
+ 2NaOH = Na
2
ZnO
2
+ H
2
O Гидратом Na
2
ZnO
2
(цинката натрия) является комплексное соединение тетрагидроксоцинкатнатрия:
Na
2
ZnO
2
+ Н = Na
2
[Zn(OH)
4
]. Пример 3. Определите к какому классу соединений относится каждое из перечисленных ниже веществ и назовите их K
2
O
2
, Na
2
O,
MnO
2
, CrO
3
, V
2
O
5
, H
2
SiO
3
, Cr(OH)
3
, (AlOH)SO
4
, Cd(HS)
2. Решение. K
2
O
2
– пероксид, пероксид калия
Na
2
O – основной оксид, оксид натрия
MnO
2
– амфотерный оксид, диоксид марганца
CrO
3
– кислотный оксид, триоксид хрома
V
2
O
5
– кислотный оксид, оксид ванадия (V);
H
2
SiO
3
– кислота, кремниевая кислота
Cr(OH)
3
– амфотерный гидроксид,тригидроксид хрома
(AlOH)SO
4
– основная соль, гидроксосульфат алюминия
Cd(HS)
2
– кислая соль, гидросульфид кадмия. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ
1. Через какой промежуточный продукт, легко разлагающийся при нагревании, можно получить оксид металла из его соли Покажите на примерах а) FeCl
3
→ Fe
2
O
3
; б) CuSO
4
→ CuO; в) Al(CH
3
COO)
3
→ Al
2
O
3 2. Возможно ли взаимодействие между оксидами аи б) Na
2
O ив и K
2
O; гид и ZnO?
3. Анализом установлено, что в образце оксида бария массовая доля примеси сульфата бария составляет 10 %. Как был проведен анализ, и какой объем раствора нужного реагента концентрации 2 моль/л был затрачен на обработку навески массой 5 г (Ответ 30 мл реагента)
4. С какими из перечисленных веществ взаимодействует соляная кислота MgO; AgNO
3
; SO
3
; CuSO
4
; Ca(OH)
2
; Cu; Fe; KOH?
5. Какие свойства гидроксидов NaOH, Al(OH)
3
, Ni(OH)
2
могут быть использованы для их разделения из твердой смеси
6. Найдите массовую долю гидроксида натрия, превратившегося в карбонат за счет поглощения углекислого газа из воздуха, если масса гидроксида возросла с 200 г дог. Чему равен объем поглощенного при этом CO
2
(условия нормальные. (Ответ 50 %, 28 л)

7. Какими способами можно получить изданной соли другую соль стем же катионом или тем же анионом а) NaCl → AgCl; б) Ba(NO
3
)
2
→ BaSO
4
; в) Fe
2
(SO
4
)
3
→ FeCl
3
; г) Na
2
CrO
4
→ BaCrO
4
?
8. При помощи каких реакций можно осуществить следующие переходы а) Fe → FeCl
2
→ FeCl
3
→ FeOHSO
4
→ Fe
2
O
3
→ Fe; б) Zn → ZnS → ZnO → (ZnOH)
2
SO
4
→ ZnCl
2
→ ZnO →Zn.
9. Какой объем CO
2
(условия нормальные) потребуется для растворения 1,0 г свежеосажденного CaCO
3
? Какие процессы произойдут в растворе при а) кипячении, б) добавлении щелочи, в) при добавлении соляной кислоты (Ответ 0,224 л)
10. К какому классу относится каждое из следующих соединений
Cs
2
O; Na[Al(OH)
4
]; H
4
SiO
4
; NO
2
; [Fe(OH)
2
]
2
SO
4
; Ca(HCO
3
)
2
?