Лабораторный практикум по химии. Практикум по общей и неорганической химии

• Название: Практикум по общей и неорганической химии
• Дата: 25.02.2023
• Размер: 2.2 Mb.
• Имя файла: Лабораторный практикум по химии.pdf
• Тип: Практикум; #954944
• страница: 12 из 20

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.
120

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. 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
122

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
-
; Кн 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.
125

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
126

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.
127

Опыт 2. Качественные реакции на катионы ртути. 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. 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 = PbSO
−
2 4
4
↓
128

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 , которые образуются в результате взаимодействия ионов Cr
−
2 4
2
O с водой по обратимой реакции
−
2 7
Cr
2
O + H
−
2 7
2
O
'
С + 2H
−
2 Концентрация ионов С невелика, но все же достаточна для того, чтобы образовался осадок BaCrO
−
2 4
4
, произведение растворимости которого намного меньше, чем произведение растворимости дихромата бария
2Ba
2+
+ 2CrO = 2BaCrO
−
2 4
4
↓ При сложении обоих уравнений получают общее уравнение этой специфической реакции
2Ba
2+
+ Cr
2
O + H
−
2 7
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
129

образует такой же желтый осадок SrCrO
4
c ионами Sr
2+
, поэтому данная реакция уже не является специфической. Опыт 5. Качественные реакции на катионы железа
Железо в виде катионов Fe
2+
и Fe
3+
постоянно присутствует в грунтовых водах Западной Сибири. Для обнаружения этих катионов используется несколько высокочувствительных реакций. а) Обнаружение ионов Fe