Лабораторная работа Основные классы неорганических соединений
 Скачать 2.63 Mb.
|
Алюминий, олово, свинецЦель работы: изучить химические свойства алюминия и его соединений, а также соединений олова и свинца. Задание: получить гидроксиды Al, Sn (II), Pb (II) и убедиться на опытах, что они имеют амфотерный характер; что соединения Sn (II) проявляют свойства восстановителей, а соединения Pb (IV) – окислителей. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу. Теоретическое введение Алюминий, олово, свинец – элементы главных подгрупп III и IV групп. Относятся к р-металлам. На внешнем энергетическом уровне у атомов алюминия находится три электрона (3s23p1), поэтому в большинстве соединений он проявляет степень окисления +3. На воздухе алюминий покрывается очень прочной тончайшей оксидной пленкой, которая определяет его высокую коррозионную стойкость: 4А1 + 3О2 = 2А12О3. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4], алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой: Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3Н2↑. Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий, особенно при нагревании. В концентрированных азотной и серной кислотах, а также в сильно разбавленной азотной кислоте алюминий устойчив, так как эти кислоты пассивируют алюминий, упрочняя защитную оксидную пленку на его поверхности. Алюминий легко растворяется в растворах щелочей с образованием гидроксоалюминатов и водорода: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2↑. Гидроксид алюминия Al(OH)3 получается действием щелочи на раствор соли и, как амфотерный гидроксид, легко растворяется в избытке щелочи с образованием гидроксоалюмината, так и сильных кислотах, давая соли алюминия. Атомы олова и свинца на внешнем энергетическом уровне имеют по 4 электрона (ns2р2). Поэтому характерные степени окисления олова и свинца +2 и +4. Для олова наиболее устойчивыми являются соединения со степенью окисления +4. Поэтому соединения Sn (II) являются восстановителями. Для свинца, наоборот, наиболее типичны соединения со степенью окисления +2. Вследствие этого соединения Pb (IV) проявляют себя как окислители. В обычных условиях олово устойчиво по отношению к воздуху и воде, свинец на воздухе окисляется, покрываясь синевато-серой пленкой: Pb + O2 + CO2 = PbO∙PbCO3 В ряду напряжений олово и свинец расположены непосредственно перед водородом. В разбавленных HCl и H2SO4 олово растворяется очень медленно с образованием Sn2+ и выделением водорода, а свинец в этих кислотах почти не растворяется, так как покрывается нерастворимыми продуктами окисления PbCl2 и PbSO4. В концентрированной HCl эти металлы растворяются с образованием хлорокомплексов: М + 4HCl (конц.) = Н2[MCl4] + H2↑. Концентрированная H2SO4 окисляет олово до Sn(SO4)2, а свинец до Pb(HSO4)2; Н2SO4 при этом восстанавливается до SO2. Разбавленной HNO3 олово и свинец окисляются до нитратов М(NO3)2, восстанавливая HNO3 до NO: 3М + 8HNO3 (разб.) = 3М(NO3)2 + 2NO + 4Н2О Концентрированная HNO3 переводит олово в оловянную кислоту H2SnO3, а свинец – в соль Pb(NO3)2, HNO3 восстанавливается до NO2. При нагревании оба металла растворяются в водных растворах щелочей: М + 2NaOH + 2H2O = Na2[M(OH)4] + H2↑. Олово и свинец образуют нерастворимые в воде оксиды: SnO, PbO и SnO2, PbO2. Этим оксидам соответствуют гидроксиды, обладающие амфотерными свойствами. В гидроксидах олова (II) и свинца (II) преобладают основные свойства, а в гидроксидах олова (IV) и свинца (IV) – кислотные. Выполнение работыОпыт 1. Взаимодействие алюминия с кислородом и водой Две алюминиевые проволоки зачистить наждачной бумагой. В пробирку налить 2–3 мл концентрированного раствора NaОН, нагреть его и опустить туда алюминиевые проволоки на 2–3 секунды. Затем сполоснуть их водой и опустить в раствор соли ртути, налитой в пробирку. Снова сполоснуть проволоки и обсушить фильтровальной бумагой. Одну из проволок опустить в воду, а другую оставить на воздухе. Отметить протекающие изменения с проволоками. Требования к результатам опыта 1. Объяснить, с какой целью алюминиевые проволоки обрабатывают растворами NaОН и Hg(NO3)2. 2. Закончить уравнения реакций: Al + H2O = …; Al + O2 + H2O = …. Опыт 2. Получение и свойства гидроксида алюминия В две пробирки налить по 1–2 мл раствора соли алюминия и в каждую пробирку добавить по каплям раствор щелочи до образования осадка. В первой пробирке на осадок подействовать разбавленной HCl, во второй – раствором NaOH. Что наблюдается? Требования к результатам опыта 1. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций получения Al(OH)3 и взаимодействия Al(OH)3 с кислотой и щелочью. 2. Составить уравнение диссоциации Al(OH)3 по типу кислоты и по типу основания. 3. Сделать вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида алюминия. Опыт 3. Получение и свойства гидроксидов олова (II) и свинца (II) В одну пробирку налить 2–3 мл раствора соли олова, в другую – такое же количество соли свинца. В обе пробирки по каплям добавить щелочи до образования осадка. Для испытания образовавшихся осадков содержимое каждой из пробирок разделить на две части. К одной из них добавить разбавленной азотной Кислоты HNO3, к другой – концентрированной щелочи NaOH. Размешать растворы до растворения осадков. Требования к результатам опыта 1. Написать молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций получения гидроксидов олова (II) и свинца (II). 2. Составить молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия Sn(OH)2 и Pb(OH)2 с кислотой и щелочью. 3. Составить уравнение диссоциации М(ОН)2 по типу кислоты и по типу основания. 4. Сделать вывод о кислотно-основных свойствах гидроксидов олова (II) и свинца (II). Опыт 4. Восстановительные свойства соединений олова (II) В пробирку налить 3–4 мл раствора KMnO4, добавить 1–2 мл разбавленной HCl и прилить раствор SnCl2 до обесцвечивания раствора. В пробирку налить 4–5 мл раствора K2Cr2O7, добавить 2–3 мл разбавленной HCl и прилить по каплям раствор SnCl2 до появления зеленой окраски. Опыт 5. Окислительные свойства оксида свинца (IV) В пробирку налить 3–4 мл раствора HNO3, добавить шпатель PbO2 и 1 мл раствора MnSO4. Содержимое осторожно прокипятить, дать отстояться и отметить окраску раствора. Требования к результатам опытов 4, 5 1. Закончить уравнения реакций: KMnO4 + SnCl2 + HCl = …; K2Cr2O7 + SnCl2 + HCl = …; PbO2 + MnSO4 + HNO3 = HMnO4 + …. 2. Сделать вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений олова и свинца. Задачи и упражнения для самостоятельного решения 18.1. Составить уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: Al → Al2(SO4)3 → Al(OH)3 → К[Al(OH)4] → Al(NO3)3. 18.2. Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные свойства соединений свинца (IV)? Закончить уравнения реакций: а) SnCl2 + HgCl2 = …; б) KCrO2 + PbO2 + KOH = K2CrO4 + …. 18.3. Какие оксиды и гидроксиды образует олово? Как изменяются их кислотно-основные свойства в зависимости от степени окисления Sn? Закончить уравнения реакций: а) SnO2 + KOH = …; б) SnO + H2SO4 = …; в) Sn(OH)2 + NaOH = …. 18.4. При сжигании 18 г алюминия в кислороде выделилось 558 кДж теплоты. Определить энтальпию образования Al2O3. (Ответ: −1674 кДж/моль). 18.5. Закончить уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) PbO2 + Cr(NO3)3 + NaOH = Na2CrO4 + …; б) SnCl2 + FeCl3 = …. 18.6. Написать уравнения реакций взаимодействия металлов с кислотами: а) Sn + H2SO4 (разб.) = …; б) Pb + HNO3 (конц.) = …; в) Sn + HNO3 (конц.) = …. 18.7. Закончить в молекулярном и ионном виде уравнения реакций гидролиза солей: а) AlCl3 + H2O ↔ …; б) SnSO4 + H2O ↔ …; в) Pb(NO3)2 + H2O ↔ …. 18.8. Какие оксиды и гидроксиды образует свинец? Как изменяются их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства в зависимости от степени окисления свинца? Закончить уравнения реакций: а) PbO2 + NaOH = …; б) PbO + HNO3 = …; в) Pb(OH)2 + KOH = …. 18.9. Рассчитать ΔG°х.р.и установить возможность самопроизвольного протекания реакции 4Al + 3CO2 =2Al2O3 + 3C. (  –394,4 кДж/моль;  = –1582 кДж/моль).18.10. Закончить уравнения реакций: а) Al + HCl = …; б) Sn + HNO3 (разб.) = …; в) Pb + HNO3 (разб.) = …; г) Al + KOH + H2O = …. 18.11. Вычислить ΔH°х.р.реакции восстановления оксида свинца углем с образованием СО. (  –219,3 кДж/моль;  –110,5 кДж/моль). (Ответ: 108,8 кДж). 18.12. Как можно получить α-оловянную кислоту, а затем перевести ее в раствор? Написать соответствующие уравнения реакций. 18.13. При электролизе водного раствора SnCl2 на аноде выделилось 4,48 л хлора (условия нормальные). Найти массу выделившегося на катоде олова. (Ответ: 23,7 г) 18.14. Каким образом можно перевести в раствор металлический свинец? Составить соответствующие уравнения реакций. 18.15. Составить схемы электролиза водного раствора Pb(NO3)2, если: а) анод свинцовый; б) анод угольный. 18.16. Как можно перевести в раствор металлическое олово? Составить соответствующие уравнения реакций. 18.17. К раствору, содержащему SnSO4 и Pb(NO3)2, прибавили избыток раствора КОН. Составить молекулярные и ионные уравнения происходящих при этом реакций. 18.18. Как можно перевести в раствор металлический алюминий? Составить соответствующие уравнения реакций. 18.19. Закончить уравнения реакций: а) SnCl2 + KMnO4 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + …; б) PbO2 + Na3CrO3 + NaOH = …. 18.20. Закончить уравнения реакций: а) Al + KMnO4 + H2SO4 = …; б) AlCl3 + Na2CO3 + H2O = …. Лабораторная работа 19 |