Лабораторная 1 по химии. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. Классы неорганических химических соединений
 Скачать 123 Kb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Цель работы: изучение классификации неорганических соединений. Задачи работы: на конкретных примерах рассмотреть способы получения и реакции взаимодействия различных классов неорганических соединений, написать уравнения химических реакций и назвать продукты реакций. Реактивы: S; CaO (тв); Zn (гран.); Н2О (дистил.); растворы H2SO4, Ca(OH)2, NaOH, ZnSO4, CuCl2, MgCl2, FeCl3, BaCl2, Na2SO4, CuSO4; индикаторы метиловый оранжевый и фенолфталеин. Оборудование: аппарат Киппа (мрамор + HCl), стакан со стеклянной пластинкой, железная ложечка, пробирки, пипетки, спиртовка, спички, пробиркодержатель. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Основные классы неорганических химических соединений: оксиды, кислоты, основания и соли. Оксиды Оксидами называются бинарные соединения химического элемента с кислородом в степени окисления -2. В зависимости от своих химических свойств различают солеобразующие оксиды (кислотные, оснóвные, амфотерные) и несолеобразующие оксиды (СО, N2O, NO). 1.1. Кислотными оксидами называются оксиды, проявляющие кислотные свойства и образующие соответствующие кислородсодержащие кислоты. Они образованы типичными неметаллами и некоторыми переходными металлами (d-элементами). Примеры: СО2, SO2, SO3, SiO2, NO2, N2O5, N2O3, P2O5, CrO3, Mn2O7. Кислотные оксиды получают при дегидратации соответствующей кислоты H2SiO3 = SiO2+ H2О. Химические свойства: - взаимодействие с водой с образованием соответствующей кислоты (кроме SiO2) SO3 + H2O = H2SO4; - взаимодействие с основными оксидами с образованием соли CO2 + CaO = CaCО3; - взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O; - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием средней соли: 3SO3 + Al2O3 = Al2(SO4)3. 1.2. Оснóвными оксидами называются оксиды одно-, двух- и некоторых трехвалентных металлов. Примеры: Na2O, K2O, CaO, BaO, FeO, NiO, MnO, CuO, CdO. Химические свойства: - взаимодействие с водой основных оксидов наиболее активных металлов (щелочных и щелочноземельных, начиная с кальция) с образованием соответствующих оснований CaO + H2O = Ca(OH)2; - взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли (см. п. 1.1.); - взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O; - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием средней соли Li2O + Al2O3 = 2LiAlO2. 1.3. Амфотерными оксидами называются солеобразующие оксиды, проявляющие в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства (т. е. проявляющие амфотерность, двойственные свойства). При нормальных условиях амфотерные оксиды обычно не растворяются в воде и не реагируют с ней. Примеры: ZnO, BeO, SnO, PbO, Al2O3, Cr2O3, MnO2. Химические свойства: - взаимодействие с сильными кислотами с образованием соли этих кислот ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O; - взаимодействие с сильными щелочами с образованием средней соли (в расплаве) или комплексного соединения (в растворе) ZnO + 2KOH = K2ZnO2 (в расплаве), ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4] (в водном растворе); - взаимодействие с кислотными оксидами (см. п. 1.1.); - взаимодействие с основными оксидами (см. п. 1.2.). Кислоты Кислоты – это электролиты, диссоциирующие в растворе на катионы водорода и анионы кислотного остатка: HCl ↔ H+ + Cl–, H2SO4 (разб.) ↔ 2H+ + SO42– . Растворы кислот имеют кислый вкус и способны менять окраску индикаторов: фиолетовый лакмус и метиловый оранжевый в кислой среде (рН < 7) приобретают красную окраску. По содержанию атомов кислорода кислоты бывают бескислородные (HCl, H2S) и кислородсодержащие (H2SO4, HNO3). По количеству атомов водорода кислоты бывают одноосновные (HNO3), двухосновные (H2SO4) и трехосновные (H3PO4). Химические свойства: - взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды (см. п. 1.2.); - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды (см. п. 1.3.); - взаимодействие с щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации) HCl + NaOH = NaCl + H2O; - взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если используемая кислота растворима Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O; - взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HNO3, Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑; - металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (кроме HNO3 любой концентрации и концентрированной H2SO4) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑, Fe + H2SO4 (разб.) = FeSO4 + H2↑. 3. Основания и амфотерные гидроксиды Основания – это электролиты, диссоциирующие в растворе на катионы металла и анионы гидроксогруппы ОН–. Основания и кислородсодержащие неорганические кислоты относятся к группе гидроксидов. 3.1. Щелочами называются хорошо растворимые основания щелочных и щелочноземельных металлов. Примеры: LiOH, NaOH, KOH, Ba(OH)2, Sr(OH)2. Водные растворы щелочей изменяют окраску индикаторов: в щелочной среде (рН > 7) фиолетовый лакмус становится синим, метиловый оранжевый – желтым, а бесцветный фенолфталеин – малиново-красным. Практически нерастворимыми в воде основаниями являются Mg(OH)2, Cu(OH)2, Ni(OH)2, Fe(OH)3. Химические свойства: - взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли и воды (см. п. 1.1.); - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли (см. п. 1.3.); - взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (см. п. 2.); - взаимодействие с переходными металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (Zn, Al и др.) Zn + 2KOH + 2Н2О = K2[Zn(OH)4] + H2↑, 2Al + 2KOH +6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2↑; - взаимодействие с растворами солей с образованием нерастворимого основания или нерастворимой соли 2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4, Ba(OH)2 + Na2SO4 = BaSO4↓+ 2NaOH; - нерастворимые основания при нагреве разлагаются на оксид и воду t Cu(OH)2 → CuO + H2O. 3.2. Амфотерные гидроксиды – это гидроксиды некоторых металлов, проявляющие в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства. Примеры: Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3. Химические свойства: - при взаимодействии с кислотами образуются соли с амфотерным металлом в катионе Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O; - при взаимодействии с щелочами образуются соли с амфотерным металлом в анионе Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4]. 4. Соли Соли – это сложные вещества, в водных растворах диссоциирующие на катионы металлов или аммония NH4+ и анионы кислотных остатков. Средние (нормальные) соли – продукты замещения всех атомов водорода в молекулах кислоты на катионы металла. Примеры: Na3PO4, Na2SO4, KNO3, NH4Cl. Кислые соли – продукты частичного замещения катионов водорода в кислотах на катионы металла. Примеры: KHSO4, NaHCO3, K2HPO4. Кислые соли образуются многоосновными слабыми кислотами в условиях недостатка основания или избытка кислоты NaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O. Основные соли – продукты частичного замещения гидроксогрупп кислотными остатками. Примеры: FeOHSO4, ZnOHCl, (CuOH)2SO4. Основные соли могут быть образованы только многокислотными слабыми основаниями в условиях избытка основания или недостатка кислоты Cu(OH)2 + HCl = CuOHCl + H2O. По числу присутствующих в структуре катионов и анионов выделяют простые соли (NaCl), двойные соли (KAl(SO4)2) и смешанные соли (Ca(OCl)Cl). Также различают гидратные соли (кристаллогидраты), в состав которых входят молекулы кристаллизационной воды (Na2SO4·10H2O). Названия солей составляют из названия аниона в именительном падеже и катиона в родительном: NaNO3 – нитрат натрия, K2SO3 – сульфит калия, Al2(SO4)3 – сульфат алюминия. Если металл проявляет разную степень окисления, то ее указывают в скобках римской цифрой: NiSO4 – сульфат никеля (II), Ni2(SO4)3 – сульфат никеля (III). Названия кислых солей образуются путем добавления приставки гидро- к названию аниона. Количество атомов водорода указывают при помощи умножающей приставки: Mg(HCO3)2 – гидрокарбонат магния, KH2PO4 – дигидрофосфат калия, Cu(HSO3)2 – гидросульфит меди (II), CuHS – гидросульфид меди (I). Названия основных солей образуются аналогично, с помощью приставки гидроксо-: MgOHCl – гидроксохлорид магния, (CuOH)2SO4 – гидроксосульфат меди (II), Al(OH)22SO4 – дигидроксосульфат алюминия. Химические свойства: - взаимодействие с кислотами и основаниями, если продукт реакции выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующее вещество, например, вода) (см. пп. 2, 3.1.); - соли взаимодействуют между собой, если продукт реакции выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующее вещество, например, вода) AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3; - взаимодействие с металлами, если свободный металл находится в ряду стандартных электродных потенциалов левее металла в составе соли Cu + HgCl2 = CuCl2 + Hg; - некоторые соли разлагаются при нагревании t NH4NO3 → N2O↑ + 2H2O. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1. Свойства оксидов 1.1. Получение кислотного оксида и его взаимодействие с водой (Опыт проводить в вытяжном шкафу!) Нагрейте на железной ложечке серу до воспламенения и опустите в стакан, прикрыв стеклянной пластинкой. После сгорания серы добавьте в банку немного воды, взболтайте и проверьте реакцию раствора с помощью индикатора метилового оранжевого. О чем свидетельствует изменение окраски раствора? Напишите уравнения реакций, назовите продукты реакций и сделайте вывод. 1.2. Взаимодействие кислотного оксида с основанием с образованием средних и кислых солей Налейте в пробирку известковую воду (раствор Са(ОН)2) и пропускайте углекислый газ из аппарата Киппа. Наблюдайте образование белого осадка и его дальнейшее растворение в избытке СО2. Напишите уравнения реакций, назовите образующиеся соли и сделайте вывод. 1.3. Взаимодействие основного оксида с водой Поместите в пробирку немного негашёной извести СаО, осторожно добавьте воды и перемешайте. Проверьте реакцию раствора с помощью индикаторов (метилового оранжевого и фенолфталеина). О чем свидетельствует изменение окраски раствора? Напишите уравнение реакции, назовите продукт реакции и сделайте вывод. 2. Свойства оснований 2.1. Получение амфотерного гидроксида и его взаимодействие с кислотой и щелочью Налейте в пробирку немного раствор сульфата цинка, добавьте несколько капель разбавленной щелочи NaOH и перемешайте. Получившийся осадок разлейте на две пробирки. В первую пробирку добавьте разбавленную серную кислоту, во вторую – щелочь до полного растворения осадка. Напишите уравнения реакций, назовите продукты реакций и сделайте вывод. 2.2. Получение нерастворимого основания тяжелого металла и его разрушение при нагревании Налейте в пробирку немного раствора хлорида меди (II), добавьте несколько капель разбавленной щелочи NaOH до образования голубого осадка. Нагрейте полученное основание. Напишите уравнения реакций, назовите продукты реакций и сделайте вывод. 3. Свойства солей 3.1. Взаимодействие соли с кислотой Налейте в пробирку немного раствора хлорида бария и добавьте несколько капель серной кислоты. Наблюдайте образование осадка, отметьте его цвет, напишите уравнение реакции, назовите продукты реакции и сделайте вывод. 3.2. Взаимодействие соли с щелочью Налейте в одну пробирку раствор хлорида магния, а в другую – раствор хлорида железа (III). Добавьте в каждую пробирку несколько капель раствора щелочи NaOH. Наблюдайте образование осадков, отметьте их цвет, напишите уравнения реакций, назовите продукты реакций и сделайте вывод. 3.3. Взаимодействие двух солей с образованием нерастворимого соединения Налейте в пробирку раствор хлорида бария и добавьте раствор сульфата натрия. Наблюдайте образование осадка, отметьте его цвет, напишите уравнение реакции, назовите продукты реакции и сделайте вывод. 3.4. Взаимодействие соли с металлом В пробирку с раствором сульфата меди (II) положите 2-3 кусочка гранулированного цинка и нагрейте пробирку до обесцвечивания раствора. Наблюдайте выделение металлической меди. Напишите уравнение реакции, назовите образующуюся соль и сделайте вывод. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ Какие вещества относятся к оксидам и каковы химические свойства кислотных, основных и амфотерных оксидов? Оксидами называются бинарные соединения химического элемента с кислородом в степени окисления -2. В зависимости от своих химических свойств различают солеобразующие оксиды (кислотные(СО2, SO2, SO3, SiO2, NO2, N2O5, N2O3, P2O5, CrO3, Mn2O7,) оснóвные(Na2O, K2O, CaO, BaO, FeO, NiO, MnO, CuO, CdO), амфотерные(ZnO, BeO, SnO, PbO, Al2O3, Cr2O3, MnO2.)) и несолеобразующие оксиды (СО, N2O, NO). Химические свойства: - взаимодействие с водой с образованием соответствующей кислоты (кроме SiO2) SO3 + H2O = H2SO4; - взаимодействие с основными оксидами с образованием соли CO2 + CaO = CaCО3; - взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O; - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием средней соли: 3SO3 + Al2O3 = Al2(SO4)3. Основные оксиды. Химические свойства: - взаимодействие с водой основных оксидов наиболее активных металлов (щелочных и щелочноземельных, начиная с кальция) с образованием соответствующих оснований CaO + H2O = Ca(OH)2; - взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли (см. п. 1.1.); - взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O; - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием средней соли Li2O + Al2O3 = 2LiAlO2. Амфотерными оксидами Химические свойства: - взаимодействие с сильными кислотами с образованием соли этих кислот ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O; - взаимодействие с сильными щелочами с образованием средней соли (в расплаве) или комплексного соединения (в растворе) ZnO + 2KOH = K2ZnO2 (в расплаве), ZnO + 2KOH + H2O = K2[Zn(OH)4] (в водном растворе); - взаимодействие с кислотными оксидами (см. п. 1.1.); - взаимодействие с основными оксидами (см. п. 1.2.). Какие соединения называются кислотами и каковы их химические свойства? Кислоты – это электролиты, диссоциирующие в растворе на катионы водорода и анионы кислотного остатка: HCl ↔ H+ + Cl– Химические свойства: - взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды (см. п. 1.2.); - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды (см. п. 1.3.); - взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации) HCl + NaOH = NaCl + H2O; - взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если используемая кислота растворима Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O; - взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HNO3, - металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (кроме HNO3 любой концентрации и концентрированной H2SO4) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑, Какие вещества называются основаниями и каковы их химические свойства? Что такое гидроксид? Основания – это электролиты, диссоциирующие в растворе на катионы металла и анионы гидроксогруппы ОН–. Основания и кислородсодержащие неорганические кислоты относятся к группе гидроксидов. Щелочами называются хорошо растворимые основания щелочных и щелочноземельных металлов. Примеры: LiOH, NaOH, KOH, Ba(OH)2, Sr(OH)2. Химические свойства: - взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли и воды (см. п. 1.1.); - взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли (см. п. 1.3.); - взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (см. п. 2.); - взаимодействие с переходными металлами, которые образуют амфотерные оксиды и гидроксиды (Zn, Al и др.) 2Al + 2KOH +6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2↑; - взаимодействие с растворами солей с образованием нерастворимого основания или нерастворимой соли 2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + Na2SO4, - нерастворимые основания при нагреве разлагаются на оксид и воду t Cu(OH)2 → CuO + H2O. 3.2. Амфотерные гидроксиды – это гидроксиды некоторых металлов, проявляющие в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства. Примеры: Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3. Какие вещества называются солями и каковы их химические свойства? Чем отличаются по составу средние, кислые и основные соли? Соли – это сложные вещества, в водных растворах диссоциирующие на катионы металлов или аммония NH4+ и анионы кислотных остатков. Средние (нормальные) соли – продукты замещения всех атомов водорода в молекулах кислоты на катионы металла. Примеры: Na3PO4, Na2SO4, KNO3, NH4Cl. Кислые соли – продукты частичного замещения катионов водорода в кислотах на катионы металла. Примеры: KHSO4, NaHCO3, K2HPO4. Кислые соли образуются многоосновными слабыми кислотами в условиях недостатка основания или избытка кислоты NaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O. Основные соли – продукты частичного замещения гидроксогрупп кислотными остатками. Примеры: FeOHSO4, ZnOHCl, (CuOH)2SO4. Основные соли могут быть образованы только многокислотными слабыми основаниями в условиях избытка основания или недостатка кислоты Cu(OH)2 + HCl = CuOHCl + H2O. Химические свойства: - взаимодействие с кислотами и основаниями, если продукт реакции выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующее вещество, например, вода) (см. пп. 2, 3.1.); - соли взаимодействуют между собой, если продукт реакции выходит из сферы реакции (осадок, газ, малодиссоциирующее вещество, например, вода) AgNO3 + NaCl = AgCl↓ + NaNO3; - взаимодействие с металлами, если свободный металл находится в ряду стандартных электродных потенциалов левее металла в составе соли Cu + HgCl2 = CuCl2 + Hg; - некоторые соли разлагаются при нагревании t NH4NO3 → N2O↑ + 2H2O. Как определить наличие сульфат-ионов SO42– в растворе? Выберите из предложенных вариантов кислоты, для которых не характерно образование кислых солей: H2SO4, HNO3, H2CO3, H3PO4, HCl. Выберите из предложенных вариантов основания, реагирующие с водными растворами и кислот и оснований: Al(OH)3, NaOH, Ca(OH)2, Cr(OH)3, B(OH)3, P(OH)3. 8. Выберите из предложенных вариантов кислоты, которые нельзя получить растворением оксидов соответствующих элементов в воде: CH3COOH,. |