Практикум по общей и неорганической химии рекомендовано учебнометодическим объединением по химическому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений
Скачать 2.18 Mb.
|
Сравнение восстановительных свойств металлов В четыре пробирки поместить по 8 капель разбавленной соляной кислоты. В первую пробирку внести кусочек магния, во вторую – железа, в третью – меди, в четвёртую – цинка. В отчёте описать наблюдения написать уравнения реакций, объяснить, почему в третьей реакция не происходит. В выводе указать, соответствуют ли обнаруженные в опыте свойства изученных металлов их положению в ряду напряжений. Опыт 2. Взаимодействие железа с разбавленной и концентрированной соляной кислотой В две пробирки внести по 8–10 капель разбавленной соляной кислоты и по одному микрошпателю порошкообразного железа. Для ускорения реакции пробирки слегка подогреть. Затем впервой пробирке провести качественную реакцию на ионы железа (II): FeCl 2 + K 3 [Fe(CN) 6 ] = KFe[Fe(CN) 6 ] ↓ + 2KCl, а во второй – на ионы железа (III): FeCl 3 + 3NH 4 SCN = Fe(SCN) 3 + 3NH 4 Cl При наличии впервой пробирке ионов Fe 2+ образуется темно-синий осадок турнбулевой сини, а во второй пробирке при наличии ионов Fe 3+ – кроваво-красный раствор роданида трёхвалентного железа (при малой концентрации ионов Fe 3+ наблюдается слабое окрашивание раствора. Затем опыт повторить от начала до конца, заменив разбавленную соляную кислоту на концентрированную. Описать опыт. Составить уравнения двух возможных реакций железа с соляной кислотой и объяснить, какая из них более вероятна и как влияет увеличение концентрации HCl на её протекание. Опыт Взаимодействие цинка с водой и раствором аммиака В две пробирки внести по одному микрошпателю цинковой пыли. В первую прилить 15–20 капель воды, а во вторую – столько же концентрированного водного раствора аммиака. Описать наблюдения. Используя потенциалы полуреакций 3, 6, 7 (табл. 10), оценить возможность протекания реакций Zn + 2H 2 O = Zn(OH) 2 + H 2 ↑ Zn + 2H 2 O + 4NH 3 = [Zn(NH 3 ) 4 ](OH) 2 + 2H 2 ↑ Объяснить, какая реакция и почему термодинамически более вероятна почему впервой пробирке взаимодействие практически не идет. Опыт Взаимодействие меди с соляной кислотой в присутствии аммиака и сульфида натрия В две пробирки внести по одному микрошпателю порошка меди. В первую прилить 10 капель концентрированного раствора аммиака, во вторую – столько же капель раствора сульфида натрия. Затем в обе пробирки прилить по 10 капель концентрированной соляной кислоты. Для сравнения в третьей пробирке провести реакцию меди с НС при отсутствии аммиака и сульфида натрия. Описать наблюдения. На основании результатов опыта и полуреакции 11 (табл. 10) написать уравнение реакции, протекающей впервой пробирке. Появление черного осадка во второй пробирке свидетельствует о протекании реакций Cu + 2HCl + Na 2 S = CuS ↓ + 2NaCl + H 2 ↑ 2Cu + 2HCl + Na 2 S = Cu 2 S ↓ + 2NaCl + H 2 ↑ Используя потенциалы полуреакций 9 и 10 таблицы 10 и значения произведений растворимости CuS (6·10 –36 ) и Cu 2 S (1·10 –48 ), объяснить, какая из этих двух реакций термодинамически более вероятна. В выводе отразить влияние комплексообразования и образования осадка на восстановительные свойства меди. Опыт Пассивация железа в концентрированной серной и азотной кислотах Три железные пластинки очистить наждачной бумагой, протравить в концентрированной соляной кислоте, промыть водой и осушить фильтровальной бумагой. Одну пластинку погрузить в пробирку сконцентрированной азотной, а другую – сконцентрированной серной кислотой на 1–2 мин третью пластинку не пассивировать. Затем все пластинки погрузить в раствор сульфата меди (II). Описать наблюдения. Объяснить различное отношение пластинок к раствору CuSO 4 . Написать уравнение реакции непассивированного железа с сульфатом меди (II). В выводе сформулировать влияние обработки в концентрированных азотной и серной кислотах на восстановительные свойства железа и указать практическое значение этого явления. Опыт Взаимодействие металлов со щелочами Небольшие количества алюминия, цинка и меди поместить в три пробирки и добавить в них по 10 капель концентрированного раствора гидроксида натрия. Описать наблюдения. Используя потенциалы полу- реакций 5, 7, 12, 13 и 15 (табл. 10), объяснить, почему медь не взаимодействует, а алюминий и цинк взаимодействуют с раствором NaOH; написать уравнения реакций. Написать также уравнения реакций алюминия и цинка с расплавленным гидроксидом натрия. В выводе сформулировать отличительные признаки металлов, взаимодействующих со щелочами, и указать, чем отличаются реакции таких металлов с растворами и расплавами щелочей. Опыт 7. Взаимодействие металлов с растворами солей 1. Взаимодействие цинка с раствором сульфата меди (II). Поместить в пробирку кусочек цинка и прилить 8–10 капель раствора сульфата меди (II). Описать наблюдения. Составить уравнение реакции. 2. Взаимодействие алюминия с раствором карбоната натрия Поместить в пробирку кусочек алюминия и прилить 6 капель раствора Na 2 CO 3 . Пробирку нагреть. Описать наблюдения. Исходя из положения металлов в ряду напряжений, оценить возможность взаимодействия алюминия непосредственно с раствором карбоната натрия Al + Na 2 CO 3 = Написать уравнение гидролиза карбоната натрия в молекулярном и ионном виде. Объяснить, с каким из продуктов гидролиза взаимодействует алюминий, и написать уравнение этой реакции. Составить суммарное уравнение реакции и указать в ней окислитель и восстановитель. В выводе по опытами указать на особенность взаимодействия металлов с растворами солей. Контролирующие задания 1. Какие металлы, из предложенных в перечне, взаимодействуют с водой при обычных условиях Ni, Na, Mg, Fe, Cu, Ca? 2. Покажите с помощью уравнений реакции механизм взаимодействия алюминия с раствором щелочи, учитывая, что его поверхность покрыта оксидной плёнкой. 3. Напишите несколько уравнений взаимодействия цинка с азотной кислотой. Протекание какой реакции наиболее вероятно при стандартных условиях Уравняйте её методом полуреакций. 4. Наиболее сильным окисляющим воздействием обладает смесь двух кислот – азотной и фтороводородной. Напишите уравнение реакции взаимодействия вольфрама с этой смесью. 5. Приведите формулы соединений, имеющих названия турнбулева синь, берлинская лазурь, роданид железа (III). 6. Какое явление называется пассивацией металла Работа 20. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Комплексными называются такие соединения, в узлах кристаллических решеток которых находятся комплексные ионы, устойчивые как в твердом состоянии, таки в растворах. Комплексными ионами называется сложные ионы, в состав которых входят катионы или атомы металлов, связанные с несколькими полярными молекулами или анионами. Рассмотрим типичный состав комплексных соединений на примере [Cu(NH 3 ) 4 ]SO 4 . Частица [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ называется комплексным ионом другие названия комплекс, внутренняя сфера, а SO 4 2- – внешней сферой. Катион Cu 2+ в комплексе называется комплексообразователем, а молекулы NH 3 – лигандами. Число лигандов, равное в этом соединении четырем, называется координационным числом комплексообразователя. Комплексообразователями являются главным образом катионы металлов, а лигандами – полярные молекулы (NH 3 , H 2 O) или анионы – кислотные остатки (F - , Cl - , Br - , I - , CN - , NO 2 - , SCN - ), а также гидроксид- ион ОН. Координационное число чаще всего равно 6, 4 или 2. По заряду комплекса эти соединения подразделяются на катионные, например [Zn(H 2 O) 4 ]Cl 2 , анионные – K 3 [Co(CN) 6 ], двойные (кати- он-анионные) – [Ni(NH 3 ) 6 ] 2 [Fe(CN) 6 ] и нейтральные – [Pt(NH 3 ) 2 Cl 4 ]. По виду лигандов комплексные соединения подразделяются так 1) аквакомплексные, лигандами являются молекулы воды, например) амминокомплексные, лигандами являются молекулы NH 3 , например) гидроксокомплексные, лигандами являются ОН - -ионы, например Na 3 [Al(OH) 6 ]; 4) ацидокомплексные, лигандами являются кислотные остатки, например) смешанные, лигандами являются различные частицы, например При растворении комплексные соединения (кроме нейтральных) диссоциируют на комплексные ионы и ионы внешней сферы K 3 [Fe(CN) 6 ] = 3K + + Комплексные ионы в растворах диссоциируют незначительно. Константы их диссоциации (Кн) называются константами нестойкости [Fe(CN) 6 ] 3- ' Fe 3+ + 6CN - ; 31 3 6 6 3 Н 10 ] ] ) CN ( Fe [[ ] CN [ ] Fe [ К − − − + = ⋅ = Номенклатура комплексных соединений изучается на практических занятиях. Напомним её с помощью примеров [Zn(NH 3 ) 4 ](OH) 2 – гидроксид тетраамминцинка, K 3 [Fe(CN) 6 ] – гексацианоферрат (III) калия, [Ni(NH 3 ) 4 ][PtCl 6 ] – гексахлороплатинат (IV) тетраамминникеля (II), [PdCl 2 (H 2 O) 4 ] – тетрааквадихлоропалладий. Экспериментальная часть Целью работы является экспериментальное ознакомление с методами получения комплексных соединений, а также изучение их свойств. Опыт 1. Получение соединения с комплексным анионом В пробирку внести 3–5 капель раствора нитрата ртути (II) и добавлять по каплям раствор йодида калия до полного растворения образовавшегося вначале осадка йодида ртути (II). Написать уравнения реакций а) получения нерастворимого йодида ртути (II); б) взаимодействия йодида ртути (II) c иодидом калия с получением комплексного соединения, в котором координационное число комплексообразователя равно 4. Написать схемы электролитической диссоциации полученного комплексного соединения, написать выражение для константы нестойкости комплекса. Опыт 2. Получение соединения с комплексным катионом К 5–6 каплям раствора сульфата меди (II) добавлять й раствор аммиака до полного растворения образующегося вначале осадка гидроксида меди (II). В отчёте описать опыт. Написать 1) уравнения реакций, приводящих к образованию осадка гидроксида меди (II) и комплексного соединения с координационным числом комплексообразователя, равным) уравнение электролитической диссоциации всего соединения и комплексного иона 3) выражение для константы нестойкости комплекса. Опыт 3. Получение двойного комплексного соединения Двойными называются такие комплексные соединения, в которых комплексами являются и катион, и анион. Для получения одного из таких соединений в пробирку внести 3–5 капель раствора желтой кровяной соли – раствора гексацианоферрата (II) калия K 4 [Fe(CN) 6 ] и 5–6 капель раствора сульфата никеля (II). К полученному осадку гексацианоферрата (II) никеля (II) Ni 2 [Fe(CN) 6 ] добавить й раствор аммиака до полного растворения осадка. Одновременно наблюдать образование бледно-лиловых кристаллов комплексной соли [Ni(NH 3 ) 6 ] 2 [Fe(CN) 6 ]. В описании опыта привести уравнения реакций образования гекса- цианоферрата (II) никеля (II) и взаимодействие его с аммиаком и название полученной комплексной соли. Определить заряды комплексных ионов и комплексообразователя. Опыт 4. Ионообменные реакции с участием комплексных соединений В одну пробирку внести 4–5 капель раствора сульфата меди (II), в другую – столько же капель хлорида железа (III). В обе пробирки внести по 2–3 капли раствора K 4 [Fe(CN) 6 ]. В результате ионообменных реакций в обеих пробирках образуются новые комплексные соединения впервой во второй – малорастворимый KFe[Fe(CN) 6 ]. Второе соединение называют берлинской лазурью. В отчёте описать опыт и наблюдения. Написать уравнения реакций и номенклатурные названия полученных соединений. Опыт 5. Окислительно-восстановительная реакция с участием комплексного соединения К 4–5 каплям раствора перманганата калия добавить для создания кислой среды 5–6 капель серной кислоты, а затем прибавлять по каплям раствор желтой кровяной соли K 4 [Fe(CN) 6 ], обладающей восстановительными свойствами. Наблюдать обесцвечивание раствора. В отчёте описать опыт и наблюдения. Написать уравнение окисли- тельно-восстановительной реакции, в которой марганец (+7) в составе перманганата калия восстанавливается до марганца (+2), а железо (+2) в составе комплексного соединения окисляется до железа (+3) с образованием нового (какого) комплексного соединения. Опыт 6. Исследование прочности комплексных ионов В двух пробирках получить осадки хлорида серебра путем взаимодействия растворов нитрата серебра и хлорида натрия (калия. В одну пробирку добавить й раствор аммиака, а в другую – раствор тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3 до растворения осадков. Растворение осадков свидетельствует об образовании комплексных соединений. В обе пробирки добавить по 2 капли раствора KI и слегка встряхнуть их. Выпадение осадка AgI водной из пробирок указывает на непрочность комплексного иона в полученном комплексном соединении. В отчёте написать 1) уравнения реакций хлорида серебра с аммиаком и тиосульфатом натрия (образуются комплексные соединения с координационным числом, равным двум 2) названия комплексных соединений) схемы электролитической диссоциации комплексных соединений и выражения для констант нестойкости комплексных ионов. Для какого комплексного иона константа нестойкости больше, какой комплексный ион прочнее На присутствие каких ионов в растворе комплексной соли указывает появление осадка йодида серебра Контролирующие задания 1. Назовите основные составные части данных комплексных соединений, приведите их названия, классифицируйте по трём-четырём признакам. Напишите формулу гексацианоферрата (II) никеля (II). 3. Для комплексного соединения напишите уравнения первичной и вторичной диссоциации, выражение константы нестойкости. Константы нестойкости комплексных ионов равны [Co(CN) 4 ] 2- Кн = 8·10 –2 [Cd(CN) 4 ] 2- Кн = Кн = В растворе какого вещества концентрация ионов CN – наибольшая 5. Напишите уравнение реакции получения хлорид гекса амин никеля) взаимодействием хлорида никеля (II) с раствором аммиака. Работа 21. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ Одно из важнейших применений химии – анализ веществ. Химический анализ подразделяется на качественный и количественный. Качественным анализом производится идентификация вещества и устанавливается наличие в нём тех или иных примесей. Количественным анализом устанавливается содержание основного вещества и примесей. Качественный анализ отвечает на вопрос что (присутствует в веществе, а количественный – на вопрос сколько. Качественный анализ неорганической веществ основан на обнаружении в растворах этих веществ катионов и анионов с помощью характерных качественных реакций. Характерной называют реакцию, сопровождающуюся изменением окраски, выпадением осадка, растворением осадка или выделением газа. Характерная качественная реакция является селективной, тес ее помощью данный элемент обнаруживается в присутствии многих других элементов. Важной характеристикой качественной реакции является ее чувствительность. Чувствительность выражается наименьшей концентрацией раствора, при которой данный элемент еще может быть уверенно обнаружен без предварительной обработки раствора с целью увеличения его концентрации. Экспериментальная часть Целью работы является проведение характерных реакций на катионы и анионы и ознакомление с внешними проявлениями качественных реакций. Опыт 1. Качественные реакции на катионы серебра Для обнаружения катионов Ag + используются его реакции с хроматом калия, щелочами и галогенидами щелочных металлов. 1. Хромат калия образует с ионами Ag + кирпично-красный осадок хромата серебра Ag 2 CrO 4 : 2AgNO 3 + K 2 CrO 4 = Ag 2 CrO 4 ↓ + 2KNO 3 , который растворяется в азотной кислоте и растворе аммиака, ноне растворяется в уксусной кислоте. 2. Щёлочи (NaOH или КОН) образуют с ионами Ag + осадок AgOH, разлагающийся с образованием оксида серебра (I) бурого цвета 2AgNO 3 + 2NaOH = Ag 2 O ↓ + 2NaNO 3 + H 2 O 3. Растворы галогенидов металлов образуют с ионами Ag + белый творожистый осадок хлорида, бледно-зеленый – бромида и желтый – йодида серебра AgNO 3 + NaCl = AgCl ↓ + NaNO 3 AgNO 3 + NaBr = AgBr ↓ + NaNO 3 AgNO 3 + KI = AgI ↓ + Осадок хлорида серебра хорошо растворяется в растворе аммиака с образованием комплексного соединения AgCl + 2NH 4 OH = [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl + 2H 2 O Бромид серебра растворяется в NH 4 OH частично, а йодид серебра практически нерастворим. Провести все указанные реакции, написать их уравнения и указать признаки, по которым обнаруживаются катионы серебра. Сделать вывод о том, какая из реакций является наиболее чувствительной. Опыт 2. Качественные реакции на катионы ртути 1. Щелочи образуют с солями ртути (II) желтый осадок HgO, так как образующийся по ионообменной реакции гидроксид ртути (II) неустойчив. Йодид калия образует с ионами Hg 2+ оранжево-красный осадок йодида ртути (II), который в избытке реактива растворяется, образуя в растворе бесцветное устойчивое комплексное соединение тетрайодо- гидраргират (II) калия Hg(NO 3 ) 2 + 2KI = HgI 2 ↓ + 2KNO 3 HgI 2 + 2KI = K 2 [HgI 4 ] Провести реакции, указать признаки обнаружения катионов Hg 2+ и сделать вывод о том, какая из этих реакций является более чувствительной. Опыт 3. Качественные реакции на катионы свинца 1. Иодид калия образует с ионами Р осадок йодида свинца (II) желтого цвета Pb(NO 3 ) 2 + 2KI = PbI 2 ↓ + К полученному осадку прибавить 4–5 капель воды и столько же капель н. уксусной кислоты и нагреть. При этом осадок растворяется, но при охлаждении (погружении пробирки вхолодную воду) йодид свинца (II) снова появляется в виде блестящих золотистых кристаллов. Эта специфическая для Р реакция является одной из наиболее красивых реакций в аналитической химии. 2. Хромат и дихромат калия образуют с катионами Родин и тот же осадок – хромат свинца (II) желтого цвета Pb(NO 3 ) 2 + K 2 CrO 4 = PbCrO 4 ↓ + 2KNO 3 Pb(NO 3 ) 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 O = PbCrO 4 ↓ + Осадок растворяется в растворах щелочей, в растворе аммиака ив уксусной кислоте. Эта реакция на ионы Р является наиболее чувствительной. Серная кислота и растворимые сульфаты осаждают ион Р в виде белого осадка сульфата свинца (II): Pb 2+ + SO − 2 4 = PbSO 4 ↓ Осадок растворим при нагревании в растворах щелочей, вследствие образования тетрагидроксоплюмбатов (II): PbSO 4 + 4NaOH = Na 2 [Pb(OH) 4 ] + Опыт 4. Качественные реакции на катионы бария Дихромат калия K 2 Cr 2 O 7 образует с ионами Ва 2+ желтый осадок BaCrO 4 , а не BaCr 2 O 7 , как можно было бы ожидать. Объясняется это тем, что в растворе дихромата калия имеются ионы CrO − 2 4 , которые образуются в результате взаимодействия ионов Cr 2 O − 2 7 с водой по обратимой реакции Cr 2 O − 2 7 + H 2 O ' С 4 + Концентрация ионов С 4 невелика, но все же достаточна для того, чтобы образовался осадок BaCrO 4 , произведение растворимости которого намного меньше, чем произведение растворимости дихромата бария 2Ba 2+ + 2CrO − 2 4 = 2BaCrO 4 ↓ При сложении обоих уравнений получают общее уравнение этой специфической реакции 2Ba 2+ + Cr 2 O − 2 7 + H 2 O = 2BaCrO 4 ↓ + 2H + 2BaCl 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 O = 2BaCrO 4 ↓ + 2KCl + 2HCl Осадок хромата бария растворим в сильных кислотах. Сильная кислота НС образуется при самой реакции, поэтому полного осаждения BaCrO 4 не происходит. Но если к исходному раствору хлорида бария прибавить избыток ацетата натрия, то соляная кислота будет взаимодействовать с ним с образованием слабой уксусной кислоты (CH 3 COONa + НС = CH 3 COOH + NaCl), в которой BaCrO 4 нерастворим. Для проведения опыта внести в пробирку 2–3 капли раствора ВаСl 2 , добавить 5–6 капель раствора ацетата натрия и добавлять раствор дихромата калия, наблюдая образование желтого осадка хромата бария. Ионы Са 2+ и Sr 2+ с дихроматом калия осадков не образуют и обнаружению бария не мешают, поэтому рассмотренная реакция применяется не только для открытия ионов Ва 2+ , но и для отделения их от ионов кальция и стронция. Осадок BaCrO 4 образуется также при действии на растворы солей бария хроматом калия K 2 CrO 4 (проведите реакцию. Но хромат калия образует такой же желтый осадок SrCrO 4 c ионами Sr 2+ , поэтому данная реакция уже не является специфической. |