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.
|
|
Изучение свойств соединений серы (IV) 1. Восстановительные свойства сульфита натрия. В пробирку с 5–6 каплями перманганата калия добавить 3–4 капли серной кислоты и несколько кристалликов сульфита натрия. Что наблюдается Написать уравнение реакции, коэффициенты найти методом полуреакций. 2. Диспропорционирование сульфита натрия. Поместить микро- шпатель кристаллического сульфита натрия всухую пробирку и нагреть в пламени спиртовки в течение 4–5 минут. После того как пробирка остынет, растворить её содержимое вводе. Полученный раствор разделить на две части. К первой части добавить реактив для обнаружения сульфид-ионов. Какое другое соединение образуется при диспропорционировании сульфита натрия и как его обнаружить Написать уравнения всех реакций. 3. Окислительные свойства сульфита натрия. В свежеприготовленный раствор сульфита натрия добавить раствор сульфида натрия. Отметить образование осадка. Какую функцию проявляет сульфит по отношению к сульфиду Почему раствор сульфита натрия должен быть свежеприготовленным Какие свойства – окислительные или восстановительные – выражены сильнее у сульфита натрия и других соединений серы (IV)? Опыт 5. Изучение свойств серной кислоты. Дегидратирующие свойства серной кислоты. Стеклянной палочкой, смоченной концентрированной серной кислотой, написать что- нибудь на листочке бумаги. Бумагу слегка прогреть, держа её высоко над пламенем горелки. Что наблюдается В отчёте описать опыт, дать его объяснение и сделать вывод. 2. Взаимодействие серной кислоты с металлами. Подействовать в трех пробирках разбавленной серной кислотой на магний, цинк и медь. Написать уравнения реакций H 2 SO 4 с магнием и цинком. Почему разбавленная серная кислота не взаимодействует с медью Повторить опыт, подействовав на металлы концентрированной кислотой (под тягой, наблюдать выделение газов впервой и третьей пробирках (определить газы по их запаху) и образование белого осадка во второй. Написать уравнения реакций, подобрать коэффициенты методом полуреакций. В выводе сформулировать главное отличие концентрированной серной кислоты от разбавленной в окислительно- восстановительных реакциях с металлами. Опыт 6. Гидролиз солей, содержащих серу. Обратимый гидролиз сульфидов. На полоску универсальной индикаторной бумаги нанести каплю раствора сульфида натрия и каплю раствора сульфида аммония. Определить водородный показатель растворов, записать уравнения реакций гидролиза, сделать вывод о полноте гидролиза этих соединений. 2. Необратимый гидролиз сульфида алюминия. К 3–4 каплям сульфата алюминия прибавить несколько капель сульфида аммония. Наблюдать выпадение осадка. Проверить отношение полученного осадка к кислотами щелочам, предварительно разделив его на две части. Написать уравнения реакций гидролиза сульфида алюминия и взаимодействия полученного осадка с кислотой и щелочью. Обратимый гидролиз сульфитов. С помощью универсальной индикаторной бумаги определить pH раствора сульфита натрия, сделать выводи написать уравнения гидролиза в ионном и молекулярном виде. 4. Необратимый гидролиз сульфита алюминия. К 3–4 каплям сульфата алюминия прибавить по каплям раствор сульфита натрия, который приготовить предварительно растворением этой соли вводе. Наблюдать выпадение осадка и выделение газа. Написать уравнение реакции. 5. Обратимый гидролиз сульфатов. С помощью универсальной индикаторной бумаги определить рН растворов сульфатов цинка, алюминия и кадмия. Написать уравнения их гидролиза в молекулярном и ионном виде. Провести аналогичный опыт с растворами сульфатов натрия и калия, почему гидролиз этих солей не наблюдается Сделать общий вывод по опыту 6. Контролирующие задания 1. Покажите уравнениями реакций окислительные и восстановительные свойства серы. 2. В учебной литературе утверждается, что сероводород – сильный восстановитель. Какая справочная величина является показателем окислительной или восстановительной способности Чему она равна для сероводорода. Растворимость сероводорода вводе при 20 С равна 2,6 мл в 100 г воды. Вычислите молярную концентрацию образующейся сероводородной кислоты. 4. Сульфиды по составу и свойствам подразделяются на четыре группы приведите примеры трех сульфидов каждой группы. Какое практическое значение имеет эта классификация сульфидов 5. С какой максимальной концентрацией может быть получена сернистая кислота при 20 С Охарактеризуйте с помощью справочных данных окислительные и восстановительные свойства этого соединения. Объясните, почему при растворении серной кислоты вводе идет сильный разогрев раствора 7. Объясните, чем отличаются окислительные свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты. 8. Напишите уравнения гидролиза сульфида натрия, сульфита натрия, сульфата цинка и сульфида алюминия. Работа 3. ГЛАВНАЯ ПОДГРУППА ПЯТОЙ ГРУППЫ азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут) Соединения азота Среди многочисленных соединений азота особый интерес, в связи с широким применением, вызывают аммиак, соли азотистой кислоты – нитриты, азотная кислота HNO 3 и ее соли – нитраты. В промышленности аммиак получают путем каталитического синтеза из азота и водорода. В лабораториях для получения аммиака используют реакции между солями аммония (например, NH 4 Cl) и щелочами. Реагенты берутся в виде твердых веществ либо в виде концентрированных растворов. Реакция протекает в две стадии 1) образование гидроксида аммония 2) его разложение с выделением Аммиак бесцветен, но, тем не менее, он легко обнаруживается различными способами 1) по запаху 2) с помощью влажной индикаторной бумаги по её окрашиванию под действием газообразного аммиака 3) с помощью газообразного хлороводорода, с которым аммиак соединяется, образуя кристаллический хлорид аммония в виде белого дыма (стеклянную палочку, смоченную концентрированным раствором соляной кислоты, подносят к пробирке, в которой идет реакция. Аммиак обладает восстановительными свойствами. В газообразном состоянии при нагревании он восстанавливает металлы из оксидов, а в растворенном, в кислой среде, обесцвечивает раствор перманганата натрия и изменяет окраску дихромата калия, образуя соли марганца (II) и хрома (III). Аммиак при этом окисляется с образованием азота. Азотистая кислота HNO 2 и её соли нитриты обладают окислитель- но-восстановительной двойственностью в реакциях с сильными восстановителями) они окислители (восстанавливаются до оксида азота (II), ас сильными окислителями (KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , KClO 3 ) – восстановители (окисляются до нитратов. Для азотной кислоты и ее солей характерны окислительные свойства. В этом качестве азотная кислота используется в реакциях сметал- лами и неметаллами, а нитраты – для вскрытия минералов. Вскрытием минералов называются реакции, в которых химически инертные минералы пиролюзит MnO 2 , хромит FeO 3 ·Cr 2 O 3 , рутил TiO 2 , циркон ZrSiO 4 и другие превращаются в растворимые соединения, удобные для дальнейшей переработки. Вскрытие минералов чаще всего производится их сплавлением со смесью щелочей и нитратов. Соединения фосфора Среди соединений фосфора наибольшее практическое значение имеют ортофосфорная кислота и ее соли. Ортофосфорную кислоту в промышленности получают действием серной кислоты на природное соединение фосфат кальция (суперфосфата в лабораториях для этой цели используют реакцию красного фосфора с азотной кислотой. Обнаружить ортофосфорную кислоту можно раствором молибдата аммония, с которым она образует комплексное соединение ярко-желтого цвета. Ортофосфорная кислота – слабая, поэтому её растворимые соли ортофосфаты щелочных металлов) гидролизуются по аниону. Но большинство фосфатов не растворяется вводе, кислотах, щелочах и агрессивных средах. Образование нерастворимых фосфатов на поверхности металлов применяется для зашиты металлов от коррозии. В технике эту операцию называют фосфатированием. Соединения мышьяка, сурьмы, висмута У мышьяка, сурьмы и висмута, вследствие увеличения радиуса атомов, закономерно изменяются химические свойства мышьяк является неметаллом, сурьма – сильно амфотерный металла висмут – металл со слабыми признаками амфотерности. С соединениями мышьяка в учебных лабораториях опытов не проводят, так как они очень ядовиты. У сурьмы и висмута наибольший интерес представляют их соединения в степенях окисления +3 и +5: гидроксиды, соли и сульфиды. Экспериментальная часть Целью работы является получение и исследование свойств наиболее распространенных соединений азота, фосфора, сурьмы и висмута. Опыт 1. Получение и обнаружение аммиака Смесь кристаллического хлорида аммония и гидроксида натрия или KOH), поместить в пробирку и осторожно нагреть на спиртовке. Выделение аммиака установить с помощью влажной универсальной индикаторной бумаги или с помощью стеклянной палочки, смоченной концентрированной соляной кислотой. В отчете описать опыт и свои наблюдения, а также уравнения реакций образования аммиака и белого дыма около стеклянной палочки. Опыт 2. Восстановительные свойства аммиака В две пробирки поместить по 5–6 капель растворов перманганата калия и дихромата калия, подкислить их серной кислотой и прибавлять по каплям раствор аммиака до обесцвечивания первого и изменения окраски второго. В отчёте написать уравнения реакций и найти в них коэффициенты методом полуреакций. Опыт 3. Окислительно-восстановительная двойственность нитритов 1. Окислительные свойства нитритов. Провести в пробирке (под тягой) реакцию между растворами NaNO 2 (или К) и подкисленным раствором NaI (или KI), обратить внимание на изменение окраски раствора и цвет выделяющегося газа. В отчете описать опыт и составить уравнения реакций а) нитрита с иодидом в присутствии серной кислоты б) окисления образующегося оксида азота (II) кислородом воздуха на выходе из пробирки. Первую реакцию уравнять методом полуреакций. 2. Восстановительные свойства нитритов. Выбрать из штатива два известных окислителя и провести их восстановление нитритом натрия (или калия) в кислой среде. Описать ход опыта, написать уравнения реакций. В выводе объяснить причину окислительно-восстановительной двойственности нитритов. Опыт 4. Взаимодействие азотной кислоты с металлами Внимание! Опыты с азотной кислотой проводятся в вытяжном шкафу. В отдельных пробирках провести шесть опытов по взаимодействию разбавленной HNO 3 (из штатива) и концентрированной HNO 3 (хранится в вытяжном шкафу) с магнием, цинком и медью. Гранулы цинка и меди после опыта обмыть струей воды и возвратить для повторного использования. Описать наблюдения, составить уравнения реакций и подобрать в них коэффициенты методом полуреакций, сделать выводы. В выводах отразить влияние природы металла (положение в ряду напряжений) и концентрации азотной кислоты на состав продуктов её восстановления в этих реакциях. Опыт 5. Вскрытие минерала расплавленным нитратом Смесь твердых К и KOH расплавить в тигле на пламени спиртовки и добавить в расплав немного MnO 2 . Наблюдать образование в расплаве манганата калия, имеющего красивую окраску цвета морской волны или бирюзы. Составить уравнение реакции, подобрать коэффициенты методом полуреакций. Опыт 6. Получение и обнаружение фосфорной кислоты Подействовать концентрированной азотной кислотой на небольшое количество красного фосфора (опыт проводить под тягой, обратить внимание на окраску выделяющегося газа. К полученному раствору прибавить раствор молибдата аммония (1–2 капли. В отчете описать опыт, привести уравнение реакции фосфора с HNO 3 , уравняв его методом полуреакций. Найти в учебных пособиях (например, у Карапетьянца и Дракина, гл. 8.4) формулу окрашенного комплексного соединения, которое образуется при взаимодействии H 3 PO 4 с молибдатом аммония и написать уравнение его образования. Как называется класс неорганических соединений, к которому принадлежит это вещество Опыт 7. Гидролиз фосфатов С помощью универсальной индикаторной бумаги определить среду и рН раствора Na 3 PO 4 или K 3 PO 4 . Написать молекулярные и ионные уравнения ступенчатого гидролиза этой соли. Используя табличные значения констант ступенчатой диссоциации ортофосфорной кислоты К = 7,1·10 –3 , К = 6,2·10 –8 , К = 5,0·10 –13 ), вычислить константу гидролиза и степень гидролиза в 1 М растворе по каждой ступени. В отчете привести все уравнения реакций и все расчеты. В выводе указать, какая из ступеней гидролиза имеет практическое значение, а какие можно в общем случае не учитывать. Опыт 8. Получение нерастворимых фосфатов Используя раствор ортофосфата натрия (или калия) и растворы других солей, имеющихся в штативе, провести по своему выбору не менее пяти ионообменных реакций получения нерастворимых фосфатов. В отчете написать уравнения реакций и привести после каждой из них справочную величину произведения растворимости полученной соли, например Na 3 PO 4 + 3AgNO 3 = 3NaNO 3 + Ag 3 PO 4 ↓; ПР) = В выводе указать практическое значение проведенных реакций какие из них используются при водоподготовке для «доумягчения» воды Опыт 9. Получение гидроксидов сурьмы (III) и висмута (III) и исследование их свойств 1. Получение гидроксида сурьмы (III). В две пробирки поместить по 3–4 капли раствора хлорида сурьмы (III). В каждую пробирку прибавить по 3–5 капель раствора щелочи до выпадения осадка. Водной из пробирок на осадок гидроксида сурьмы (III) подействовать соляной кислотой (добавить несколько капель, в другую – раствором щелочи. Наблюдать протекание реакций в обоих случаях. В отчете описать опыт, написать все уравнения проделанных реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде. Сделать вывод об основно-кислотных свойствах гидроксида сурьмы (III). 2. Получение гидроксида висмута (III). Получить нерастворимый Bi(OH) 3 взаимодействием нитрата висмута (III) с раствором щелочи. Подействовать на осадок азотной кислотой и щелочью. Почему скисло- той гидроксид висмута взаимодействует, а со щелочью реакция не идёт? В отчете описать опыт, написать уравнения реакций получения гидроксида висмута (III) и его взаимодействия с азотной кислотой в молекулярном и ионно-молекулярном виде. Опыт 10. Гидролиз солей сурьмы (III) и висмута (III) В две пробирки налить 4–5 капель раствора хлорида сурьмы (III) и нитрата висмута (III). В каждую пробирку добавлять по каплям воду, перемешивая раствор стеклянной палочкой. Наблюдать помутнение растворов и выпадение осадков основных солей. Прибавить несколько капель концентрированной соляной кислоты к хлоридусурьмы (III) и концентрированной азотной кислоты к нитрату висмута (III); осадки при этом растворяются. Снова прилить воду, наблюдается вторичное образование осадка. Объяснить это явление. Вот- чете написать в молекулярном и ионно-молекулярном виде уравнения следующих реакций а) гидролиза хлорида сурьмы (III) и нитрата висмута) в две ступени с образованием основных солей – хлорида ди- гидроксосурьмы (III) и нитрата дигидроксовисмута (III); б) разложения основных солей с образованием оксохлорида сурьмы (III) SbOCl и ок- сонитрата висмута (III) BiONO 3 ; в) растворения осадков оксосолей при приливании кислот. В выводе объяснить причину гидролиза солей сурьмы и висмута, а также указать, какая из солей гидролизуется в большей степени и почему. Опыт 11. Получение и изучение свойств сульфидов сурьмы (III) и висмута (III) 1. Сульфид сурьмы (III). В пробирку с 2–3 каплями раствора хлорида сурьмы (III) прибавить 5–8 капель раствора сульфида натрия (или сульфида аммония, обратить внимание на яркую окраску образующегося сульфида сурьмы (III). После отстаивания осадка слить с него жидкость, после чего добавить раствор сульфида натрия (или аммония. Перемешивая осадок стеклянной палочкой, наблюдать его растворение с образованием сульфосоли Na 3 SbS 3 . К полученному раствору прибавить 5–6 капель концентрированной соляной кислоты, при этом снова образуется сульфид сурьмы (III) и выделяется газ с характерным запахом. По запаху определить, какой газ выделяется. В отчете описать опыт и составить уравнения реакций а) получения сульфида сурьмы (III); б) его растворения в сульфиде натрия в) разложения сульфосоли соляной кислотой. В выводе привести общее название всех сульфидов, растворяющихся в растворах сульфидов щелочных металлов и аммония. Объяснить причину неустойчивости сульфокислот. Сульфид висмута (III). Получить сульфид висмута (III) по ионообменной реакции нитрата висмута (III) с сульфидом натрия, отметить цвет осадка. Подействовать на осадок раствором Na 2 S – осадок не растворяется. Слить раствор с осадка и подействовать на него концентрированной азотной кислотой – осадок растворяется (для ускорения реакции пробирку можно подогреть на пламени спиртовки. В отчете описать опыт. Составить уравнения реакций получения сульфида висмута (III) и его взаимодействия с HNO 3 , имея ввиду, что вторая реакция является окислительно-восстановительной, в которой образуются нитрат висмута (III), серная кислота и оксид азота (II). Уравнять реакцию методом полуреакций. Объяснить, почему сульфид висмута (III) не образует сульфосоль при взаимодействии с раствором сульфида натрия. Контролирующие задания 1. Какие опытные данные свидетельствуют о химической инертности азота, как объясняется в теоретической химии инертность азота 2. Газообразный аммиак обесцвечивает подкисленный раствор перманганата калия напишите уравнение соответствующей реакции. 3. Объясните, почему азотистая кислота и ее соли обладают окис- лительно-восстановительной двойственностью Напишите уравнения всех возможных реакций нитрита калия с хлоратом калия и укажите среди них наиболее вероятную. 4. Напишите уравнения всех возможных реакций разбавленной азотной кислоты с цинком и укажите термодинамически наиболее вероятную реакцию. 5. Расплавленная смесь KNO 3 (NaNO 3 ) c KOH (NaOH) называется окислительной смесью. Она применяется при вскрытии минералов. Напишите уравнение вскрытия этой смесью минерала пиролюзита. 6. Ортофосфорную кислоту для химических целей получают взаимодействием красного фосфора сконцентрированной азотной кислотой. Напишите уравнение этой реакции. 7. Чем отличается взаимодействие As 2 S 3 и Sb 2 S 3 сконцентрированной азотной кислотой от взаимодействия Bi 2 S 3 с этой же кислотой 8. Почему сульфиды As 2 S 3 , As 2 S 5 , Sb 2 S 3 и Sb 2 S 5 называются суль- фоангидридами? Напишите уравнения соответствующих реакций. |