ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

«ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ»

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь

На практике для точного определения величин рН растворов различных веществ используют специальные приборы – рН-метры (рис. 1). Примерные значения рН растворов (с точностью ±1) можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги (рис. 2).

Её изготавливают, пропитывая фильтровальную бумагу смесью специальных красителей, придающих ей жёлтый цвет. В зависимости от среды растворов универсальная индикаторная бумага окрашивается в определённые цвета. Для определения рН полоску такой бумаги опускают на 1 сек в исследуемый раствор и по цветной шкале определяют искомое значение.

Э к с п е р и м е н т а л ь н а я ч а с т ь

ОПЫТ № 1. Определение среды растворов различных солей

Выполнение:

В 5 пробирок на 1/3 их объёма налейте дистиллированную воду. Первую пробирку оставьте в качестве контрольной, а в остальные добавьте по0,05 г (один микрошпатель) кристаллических солей: во вторую – карбонат натрия, в третью – хлорид алюминия, в четвёртую

– ацетат аммония, в пятую – хлорид калия. Содержимое пробирок перемешайте до полного растворения кристаллов. Определите величины рН приготовленных растворов. Для этого в каждый из них опустите на 1 сек полоску универсальной индикаторной бумаги и по цветной шкале определите искомые значения рН. Внесите их в таблицу:

41

Задания:

Заполните таблицу. Какие из исследованных солей подвергаются гидролизу? Какие из них гидролизуются по катиону; по аниону; по катиону и по аниону? Напишите ионномолекулярные уравнения соответствующих реакций(учтите, что карбонат натрия и хлорид алюминия в условиях опыта гидролизуются только по первой стадии). Сделайте выводы о влиянии природы солей на среду их водных растворов.

ОПЫТ № 2. Гидролиз солей фосфорной кислоты

Выполнение:

В первую пробирку налейте раствор Nа3РО4, во вторую – раствор Nа2НРО4 и в третью – раствор NаН2РО4 (концентрации всех солей в растворах равны 0,1 моль/дм3). Определите рН приготовленных растворов так же, как в опыте № 1 и внесите их в таблицу:

Задания:

Заполните таблицу и объясните полученные результаты. Рассчитайте константы гидролиза указанных солей. Какая из них гидролизуется наиболее глубоко? Какие процессы протекают при растворении указанных солей в воде? Какие равновесия устанавливаются в каждом из приготовленных растворов? Сравните константы гидролизаNа2НРО4 и NаН2РО4 с константами диссоциации содержащихся в них анионов. Какой из процессов – гидролиз или диссоциация преобладает в растворе Nа2НРО4, а какой – в растворе NаН2РО4 ?

Напишите уравнения реакций гидролиза в ионно-молекулярном виде(в условиях опыта фосфат и гидрофосфат гидролизуются только по первой стадии). Сделайте вывод о влиянии констант гидролиза солей и констант диссоциации их анионов на среду растворов этих солей.

ОПЫТ № 3. Влияние природы солей на степень их гидролиза

Выполнение:

В первую пробирку налейте 1 см3 раствора Na2CO3, а во вторую – такой же объём раствора Na2SO3 (концентрации обеих солей равны 0,5 моль/дм3). Добавьте в каждую пробирку по одной капле раствора фенолфталеина.

Задания:

Запишите наблюдаемые явления и сравните интенсивность окраски растворов. Напишите ионно-молекулярные уравнения гидролиза указанных солей. Какая из них гидролизуется наиболее глубоко? Рассчитайте соответствующие константы и степени гидролиза солей. Сделайте вывод о влиянии константы диссоциации слабого электролита, образовавшего соль, на степень её гидролиза.

ОПЫТ № 4. Влияние температуры на степень гидролиза соли

Выполнение:

Налейте в пробирку 3 см3 дистиллированной воды и добавьте 0,05 г (один микрошпатель) ацетата натрия СH3COONa. Содержимое пробирки перемешайте до полного растворения кристаллов. В приготовленный раствор добавьте одну каплю раствора фенолфталеина. После этого нагрейте приготовленный раствор в пламени спиртовки до начала кипения.

Задания:

Запишите наблюдаемые явления и сравните интенсивность окраски холодного и горячего растворов. Напишите ионно-молекулярные уравнения гидролиза ацетата натрия. В каком

42

направлении смещается равновесие гидролиза при повышении температуры? Почему это происходит? Сделайте вывод о влиянии температуры на степень гидролиза солей.

ОПЫТ № 5. Совместный гидролиз двух солей

Выполнение:

Из числа предложенных выберите 3 – 4 пáры растворов солей, способных к совместному гидролизу. В одной пробирке смешайте растворы из первой пары; в другой пробирке – растворы из второй пары и т. д.

Задания:

Запишите наблюдаемые в каждом опыте явления. Составьте ионно-молекулярные уравнения совместного гидролиза выбранных солей. Почему в данном случае они гидролизуются необратимо? Сделайте вывод о природе солей , подвергающихся совместному гидролизу.

КОГДА И ЧТО СДЕЛАТЬ?

Дома перед занятием:

1.Изучите содержание лабораторной работы, подготовьтесь к опросу по данному материалу.

2.В тетради для лабораторных работ сделайте заготовку отчёта о выполнении работы.

Вначале отчёта укажите дату, номер работы и её название. После этого перепишите в тетрадь названия и методики выполнения опытов из вышеприведенной «Экспериментальной части», оставляя места для записи наблюдений, объяснений, расчётов, ответов на вопросы и выводов.

На занятии:

3.Выполните экспериментальную часть работы, строго следуя инструкции и тщательно записывая промежуточные результаты в отчёт.

4.Уберите своё рабочее место.

Дома после занятия:

5.Выполните задания ко всем опытам. Проведите необходимые расчёты и запишите их

вотчёт.

6.Ответьте письменно в тетради для лабораторных работ на контрольные вопросы:

а) Чем определяется способность солей к гидролизу? Какие соли не гидролизуются? б) Взаимодействие между какими частицами лежит в основе гидролиза солей?

в) В каких случаях соли гидролизуются обратимо, а в каких – необратимо? Приведите по два примера соответствующих солей.

г) В чём заключается совместный гидролиз двух солей?

д) Что характеризует константа гидролиза соли? Как она рассчитывается? От каких факторов зависит её величина?

е) Что характеризует степень гидролиза соли? Как она связана с константой гидролиза? От каких факторов зависит величина степени гидролиза?

ж) Почему среда раствора Na2HPO4 щёлочная, а среда раствора KH2PO4 – кислая? з) Как можно на практике ослабить гидролиз соли; усилить его?

=====================================================

43

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

«ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ»

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь

1. Окислительные свойства перманганата калияKMnO4 в различных cредах (кислой, нейтральной и щелочной)

Перманганат калия KMnO4 – один из наиболее распространенных сильных окислителей, широко использующийся в химической промышленности, в лабораторной практике и в медицине. Состав продуктов его восстановления зависит, прежде всего, от среды растворов, в которых оно осуществляется. При этом, как правило:

При этом происходит резкое изменение окраски растворов в соответствии с данными таблицы 1:

Таблица 1. Окраска соединений марганца в зависимости от степени его окисления

2. Окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода

Поскольку в молекулах пероксида водорода атомы кислорода находятся в промежуточной степени окисления (–1), то это вещество, в зависимости от условий, может окисляться до

0 -2

простого вещества кислорода ( О2 ), восстанавливаться до воды ( Н2 О ) или диспропорционировать с одновременным образованием указанных веществ. Стандартные потенциалы соответствующих полуреакций:

Окисление H2O2 до простого вещества кислорода:

H2O2 – 2e– → О2 + 2H+ ; E° = 0,68 B.

Восстановление H2O2 до воды:

H2O2 + 2H+ + 2e– → 2H2O; E° = 1,78 B.

44

3. Внутримолекулярное окисление-восстановление

Если в составвещества входят одновременно частицы-восстановители и частицыокислители, оно может подвергаться внутримолекулярному окислению-восстановлению. К таким реакциям относится, например, реакция термического разложения дихромата аммония

-3 +6

( N H4 )2 Cr 2 O7 . При нагревании этого вещества начинается ОВР за счёт того, что содержа-

-3 +6

щиеся в нём частицы N являются восстановителями, а частицы Cr – окислителями.

4. Диспропорционирование и конпропорционирование

Реакции диспропорционирования (дисмутации) – ОВР внутримолекулярного типа, в

ходе которых одновременно окисляются и восстанавливаются атомы одного и того же -эле мента, входящие в состав одного исходного («самоокислениевеществасамовосстановление»).

ходе которых одновременно окисляются и восстанавливаются атомы одного и того же -эле мента, входящие в состав разных исходных веществ.

N окисляются, а частицы N восстанавливаются до N .

5. Окислительно-восстановительные свойства органических соединений.

Поскольку в молекулах органических веществ атомы углерода находятся в степенях окисления, меньших +4, они могут выступать как в роли восстановителей, так и в роли окислителей. Наиболее часто они проявляют восстановительные свойства.

Э к с п е р и м е н т а л ь н а я ч а с т ь

ОПЫТ 1. Взаимодействие перманганата калия с сульфитом натрия в разных сре-

дах

Выполнение: В каждую из трех пробирок налейте раствор КМnО4 объемом ~1 см3. В первую из них добавьте равный объем раствора серной кислоты, во вторую – дистиллированной воды, в третью – раствора гидроксида калия. Затем в каждую пробирку прилейте раствор сульфита натрия объемом ~1 см3.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Используя данные пункта «1» и таблицы 1, определите состав продуктов восстановления перманганата калия. Учитывая, что в условиях данного опыта сульфит-анионы SO32- окисляются до сульфат-анионов SO24- , запишите урав-

нения соответствующих реакций.

Рассчитайте стандартные значения ЭДС каждой реакции, приняв во внимание значения стандартных потенциалов полуреакций окисления сульфит-ионов в разных средах:

1)В кислой среде: SO24- + 4H+ + 2e— → [H2SO3]1 + H2О; E° = 0,17 B.

2)В нейтральной среде: SO24- + 2H+ + 2e— → SO32- + H2О; E° = 0,22 B.

3)В щелочной среде: SO24- + H2О + 2e— → SO32- + 2ОН – ; E° = – 0,93 B.

1 В подкисленном растворе сульфит-анионы SO23- , соединяясь с катионами H+, образуют молекулы H2SO3.

45

В какой среде окислительные свойства перманганата калия выражены сильнее?

ОПЫТ 2. Взаимодействие пероксида водорода с перманганатом калия в кислой среде.

Выполнение: В пробирку налейте раствор перманганата калия объемом~1 см3 и добавьте равный объём раствора серной кислоты. Затем прилейте в пробирку такой же объём раствора пероксида водорода. Внесите в пробирку тлеющую лучинку.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Используя данные таблицы 1 и приведенные выше значения потенциалов полуреакций с участиемH2O2, определите состав продуктов взаимодействия и напишите соответствующее уравнение реакции, укажите окислитель и восстановитель. Рассчитайте стандартное значение ЭДС данной реакции. В реакциях с какими веществами пероксид водорода является восстановителем?

ОПЫТ 3. Взаимодействие пероксида водорода с иодидом калия в кислой среде

Выполнение: В пробирку налейте раствор иодида калия объемом ~1 см3 и добавьте равный объём раствора серной кислоты. Затем прилейте в пробирку такой же объём раствора пероксида водорода.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Учитывая приведенные выше значения по-

определите состав продуктов взаимодействия и напишите соответствующее уравнение реакции, укажите окислитель и восстановитель. Рассчитайте стандартное значение ЭДС данного процесса. В реакциях с какими веществами пероксид водорода выступает в качестве окислителя?

ОПЫТ 4. Диспропорционированиe пероксида водорода

Выполнение: В пробирку налейте раствор пероксида водорода объемом ~1 см3 и добавьте с помощью микрошпателя небольшое количество порошка оксида марганца(IV). Внесите в пробирку тлеющую лучинку.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Учитывая, что данный процесс относится к реакциям диспропорционирования, составьте уравнение соответствующей реакции, укажите окислитель и восстановитель. Какую роль в данной реакции играет оксид марганца(IV)? В каких реакциях пероксид водорода подвержен диспропорционированию?

ОПЫТ 5. Термическое разложение дихромата аммония («Извержение вулкана»)

Выполнение: В сухую фарфоровую чашку, находящуюся в вытяжном шкафу, насыпьте горку кристаллического дихромата аммония высотой~1,5 см. В пламени спиртовки сильно нагрейте конец стеклянной палочки, быстро поместите его в середину горки и держите до начала бурной реакции. Палочку уберите, а чашку накройте большим химическим стаканом.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Почему стенки стакана«запотели» в ходе разложения соли? Составьте уравнение соответствующей реакции, учитывая, что одним из газообразных ее продуктов является простое вещество ,азот твердое вещество темнозеленого цвета представляет собой оксид хрома(III). Укажите окислитель и восстановитель в данной реакции. Какие вещества могут подвергаться внутримолекулярному окислениювосстановлению?

ОПЫТ 6. Диспропорционирование иода в щелочной среде

Выполнение: В пробирку налейте раствор гидроксида калия объёмом~1см3 и нагрейте его в пламени спиртовки, не доводя до кипения. В горячий раствор щелочи добавьте равный объем раствора иода. Полученную смесь сохраните для следующего опыта.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Учитывая, что в ходе данного процесса иод

46

вующей реакции, укажите окислитель и восстановитель. Какие вещества могут подвергаться диспропорционированию?

ОПЫТ 7. Конпропорционирование иодида и иодата в кислой среде

-

Выполнение: В раствор, полученный в предыдущем опыте (содержащий ионы I и

+5

I O3- ), добавьте равный объём раствора серной кислоты.

Задания: Запишите наблюдаемые явления. Чем обусловлено появление окраски? Составьте уравнение соответствующей ОВР, укажите окислитель и восстановитель. Какие вещества могут вступать в реакции конпропорционирования?

ОПЫТ 8. Окисление этанола дихроматом калия в присутствии серной кислоты

Выполнение: В пробирку налейте раствор дихромата калия объёмом~1см3 и добавьте равный объем раствора серной кислоты. Прилейте этиловый спирт объёмом ~0,5 см3 и полученную смесь осторожно нагрейте пламенем спиртовки(не кипятите !!!) до изменения окраски раствора. Осторожно определите запах продукта окисления этанола – уксусного альдегида, выделяющегося из реакционной смеси. Что напоминает Вам этот запах?

Задания: Учитывая, что дихромат калия в кислой среде восстанавливается до солей хрома (III), придающих раствору зеленый цвет, составьте уравнение соответствующей реакции, укажите окислитель и восстановитель. Приведите примеры органических веществ, обладающих сильными восстановительными свойствами.

КОГДА И ЧТО СДЕЛАТЬ?

Дома перед занятием:

1.Изучите содержание лабораторной работы, подготовьтесь к опросу по данному ма-

териалу.

2.В тетради для лабораторных работ сделайте заготовку отчёта о выполнении работы.

Вначале отчёта укажите дату, номер работы и её название. После этого перепишите в тетрадь названия и методики выполнения опытов из вышеприведенной «Экспериментальной части», оставляя места для наблюдений, объяснений, расчётов, ответов на вопросы и выводов.

На занятии:

3.Выполните экспериментальную часть работы, строго следуя инструкции и тщательно записывая промежуточные результаты в отчёт.

4.Уберите своё рабочее место.

Дома после занятия:

5.Выполните задания ко всем опытам.

6.Выполните необходимые расчёты и запишите их в отчёт.

7.Ответьте письменно в тетради для лабораторных работ на контрольные вопросы:

а) Какой главный фактор определяет состав продуктов восстановления перманганата калия?

б) Какие продукты образуются в результате восстановления перманганат-ионов в кислой, в нейтральной и в щёлочной средах? Какие визуальные эффекты сопровождают эти процессы?

в) Чем обусловлена окислительно-восстановительная двойственность пероксида водорода? Что образуется при его окислении; при восстановлении?

г) Какие ОВР относятся к реакциям дисмутации, а какие – к реакциям конмутации? В чём сходство этих реакций и чем они принципиально отличаются?

д) В чём заключаются различия ОВР межмолекулярного и внутримолекулярного

типов?

47

е) Какие свойства – восстановительные или окислительные наиболее характерны для органических веществ? Почему?

=======================================================================

48

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

«КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (КС)»

Э к с п е р и м е н т а л ь н а я ч а с т ь

ОПЫТ 1. Образование анионного КС – тетраиодовисмутата(III) калия.

Выполнение:

В пробирку с раствором нитрата висмута(III) добавляйте по каплям равный объем раствора иодида калия, внимательно наблюдая за изменениями в пробирке.

Задания:

Запишите наблюдаемые явления. Отметьте окраску выпавшего осадка и образовавшегося затем прозрачного раствора. Чем обусловлены эти изменения? Напишите уравнения протекающих реакций в полной и сокращенной ионно-молекулярной формах, если в молекулярной форме они имеют вид:

Bi(NO3)3 + 3KI → BiI3↓ + 3KNO3; BiI3 + KI → K[BiI4].

Напишите уравнения первичной и вторичной диссоциации полученного КС а также выражение общей константы нестойкости образовавшегося комплексного аниона.

ОПЫТ 2. Образование анионного КС– тетратиоцианокобальтата(II) аммония и его разрушение.

Выполнение:

В пробирку с раствором хлорида кобальта(II) прилейте равный объём водноацетонового раствора роданида аммония. В полученный раствор добавьте равный объём воды.

Задания:

Запишите наблюдаемые явления. Отметьте изменение окраски растворов. Чем оно обусловлено? Напишите уравнения протекающих реакций в полной и сокращенной ионномолекулярной формах, если в молекулярной форме они имеют вид:

ацетон

[Co(H2O)6]Cl2 + NH4NCS ¾¾¾® (NH4)2[Co(H2O)2(NCS)4] + NH4Cl + H2O; (NH4)2[Co(H2O)2(NCS)4] + 4H2O ¾® [Co(H2O)6] (NCS)2 + 2NH4NCS.

Сделайте вывод об устойчивости комплексного иона[Co(H2O)2(NCS)4]2– в водном растворе. Напишите уравнения первичной и вторичной диссоциации КС(NH4)2[Co(H2O)2(NCS)4] а также выражение общей константы нестойкости его комплексного аниона.

ОПЫТ 3. Образование катионного КС – сульфата тетраамминдиаквамеди(II)

Выполнение: В пробирку с раствором сульфата меди(II) добавьте равный объём концентрированного раствора аммиака (ВЫТЯЖНОЙ ШКАФ!).

Задания:

Запишите наблюдаемые явления. Отметьте изменение окраски растворов. Чем оно обусловлено? Напишите уравнение протекающей реакции в полной и сокращенной -ионно молекулярной формах, если в молекулярной форме оно имеет вид:

[Cu(H2O)6]SO4 + 4NH3 · H2O → [Cu(NH3)4(Н2O)2]SO4 + 8H2O.

Напишите уравнения первичной и вторичной диссоциации КС[Cu(NH3)4(Н2O)2]SO4 а также выражение общей константы нестойкости его комплексного катиона.

ОПЫТ 4. Образование КС, содержащих комплексные катионы и комплексные анионы

Выполнение:

В пробирку с раствором гексацианоферрата(II) калия K4[Fe(CN)6] добавьте примерно равный объем раствора соли никеля(II). К содержимому пробирки добавьте равный объем

49

концентрированного раствора аммиака(ВЫТЯЖНОЙ ШКАФ !) и осторожно перемешайте стеклянной палочкой.

Задания:

Запишите наблюдаемые эффекты. Напишите уравнения протекающих реакций в полной и сокращенной ионно-молекулярной формах, если в молекулярной форме они имеют вид:

2[Ni(H2O)6]SO4 + K4[Fe(CN)6] → [Ni(H2O)6]2[Fe(CN)6]↓ + 2K2SO4; [Ni(H2O)6]2[Fe(CN)6] + 12NH3·H2O → [Ni(NH3)6]2[Fe(CN)6]↓ + 24H2O.

Назовите полученные комплексные соединения.

ОПЫТ 5. Образование хелатного внутрикомплексного соединения– триоксалатоферрата(III) водорода.

Выполнение:

В пробирку с раствором хлорида железа(III) добавьте примерно равный объем раствора KOH. К содержимому пробирки прилейте равный объем насыщенного раствора щавелевой кислоты.

Задания:

Запишите наблюдаемые эффекты. Напишите уравнения протекающих реакций в полной и сокращенной ионно-молекулярной формах, если в молекулярной форме они имеют вид:

[Fe(H2O)6]Cl3 + 3KOH → Fe(OH)3↓ + KCl + 6H2O;

Fe(OH)3 + 3H2C2O4 → H3[Fe(C2O4)3] + 3H2O.

Напишите уравнения первичной и вторичной диссоциации полученного КС а также выражение общей константы нестойкости его комплексного катиона.

ОПЫТ 6. Диссоциация комплексных соединений и двойных солей

Выполнение:

В первую пробирку налейте1 см3 раствора двойной соли NH4Fe+3(SO4)2, а в другую– такой же объём раствора гексацианоферрата(III) калия K3[Fe+3(CN)6] (с = 0,1 моль/дм3). В каждую пробирку добавьте равные объёмы раствора KОН (с = 0,1 моль/дм3).

Задания:

Запишите и объясните наблюдаемые эффекты. Напишите уравнения протекающей реакции в полной и сокращенной ионно-молекулярной формах, если уравнение в молекулярной форме имеет вид:

(NH4)Fe(SO4)2 + 4KOH → NH3↑ + Fe(OH)3 + 2K2SO4 + H2O.

В чем заключается принципиальное различие в диссоциации двойных солей и - ком плексных соединений?

ОПЫТ 7. Обменные реакции с участием комплексных соединений

Выполнение:

В первую пробирку налейте 1 см3 раствора сульфата железа(II) и добавьте такой же объём раствора гексацианоферрата(III) калия. Во вторую пробирку налейте1 см3 раствора хлорида железа(III) и добавьте равный объём раствора гексацианоферрата(II) калия.

Задания:

Запишите наблюдаемые эффекты. Напишите уравнения протекающих реакций в полной и сокращенной ионно-молекулярной формах, если уравнения в молекулярной форме имеют вид:

[Fe(H2O)6]SO4 + K3[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ + K2SO4 + H2O;

[Fe(H2O)6]Cl3 + K4[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ + KCl.

КОГДА И ЧТО СДЕЛАТЬ?

Дома перед занятием:

50