11. Реакция на ион
Нитрат-ион не образует малорастворимых и окрашенных в характерные цвета солей, которые могли бы быть использованы для открытия их присутствия в растворе. Для этой цели используются окислительные свойства нитрат-ионов.
А) Восстановление до аммиака. К 3-4 каплям раствора нитрата прибавьте 6-8 капель раствора гидроксида натрия и небольшой кусочек алюминия ( или цинка). Пробирку можно прикрыть ватным тампоном для задержания брызг щелочи, уносимых выделяющимися газами. Поверх там пона поместите кусочек влажной индикаторной бумаги (или фильтровальной бумаги, смоченной фенолфталеином) и оставьте ее на несколько минут. В данных условиях ион NО3¯ восстанавливается до NН3, который и вызывает изменение окраски индикатора:
3 NО3¯ + 8 А1 + 5 ОН- + 2 Н2О = 3 NН3 + 8 А1О2
-Обнаружению NО3¯ мешает ион NН4+, который должен быть предварительно удален из раствора кипячением со щелочью.
Б) Реакция «бурого кольца». В каплю исследуемого раствора нитрата, помещенного на часовое стекло, внесите кристаллик FeSO4 и каплю концентрированной серной кислоты. В присутствии NО3¯ вокруг кристалла появляется бурое кольцо вследствие образования комплексного соединения [Fe(NО)SO4]: 6 Fe2+ + 2 NО3¯ + 8 Н+ = 6 Fe3+ + 2 NО + 4 Н2О
NО + Fe2+ + SO42- = [Fe(NО)SO4]
Ионы NО2¯ также дают эти две реакции, но их можно различить при помощи реакций с серной кислотой, перманганатом или дихроматом калия.
Лабораторная работа№15 «фосфор и его аналоги»
1. Превращение красного фосфора в белый. (Тяга)
Белый фосфор – очень ядовитое и огнеопасное вещество. Соблюдайте необходимые меры предосторожности!
В стеклянную трубку на середину поместить немного сухого красного фосфора. Закрыть оба отверстия ватными тампонами и сильно нагреть участок с фосфором. После выгорания кислорода в трубке фосфор возгоняется и оседает на холодной части пробирки в виде желтоватого налёта. Трубку поместить в тёмное место и наблюдать свечение белого фосфора. Внести трубку в вытяжной шкаф, установить вертикально и удалить сначала верхний, а затем нижний тампоны. Происходит воспламенение фосфора.
2. Свойства красного фосфора
А. Растворимость. Проверить, растворяется ли в хлороформе красный фосфор. Объяснить результат.
Б. Окислительные свойства. Поместить в сухую пробирку 0,7 г красного
фосфора и кусочек очищенного натрия (величиной с горошину). Закрепив в держа
теле, нагревать пробирку на спиртовке в присутствии группы. Что наблюдается? Почему? После охлаждения опустить пробирку (тоже в присутствии группы) в кристаллизатор (чтобы вода набралась в пробирку). Объяснить наблюдаемый внешний эффект.
В. Восстановительные свойства. Испытать отношение красного фосфора к
концентрированной азотной кислоте при нагревании. После прекращения выделения оксидов азота полученный раствор охладить, отфильтровать и проанализировать на присутствие фосфат-ионов (с помощью каких реактивов?).
ОПЫТ 3. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТА- И ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТ
Рис. Установка для получения оксида фосфора(V)
А. Синтез метакислоты. Положить в фарфоровый тигель 1,5 г красного
фосфора, укрепить в штативе стеклянную воронку, как показано на рис. 15. Зажечь фосфор с помощью горящей лучины (после этого лучину погрузить в раствор KMnO4 - зачем?). Опустить воронку на тигель на расстояние 1 см от стола. Что наблюдается? После прекращения горения вставить воронку в пробирку. Что происходит при выдерживании полученного продукта на воздухе? (На холодных стенках воронки осаждается оксид фосфора(V). Поглощая влагу он быстро расплывается.) Смыть его в пробирку небольшим объемом (не более 2 мл) воды (с помощью капельницы) и сохранить для опыта Б. К части полученного раствора прибавить несколько капель раствора нитрата серебра, перемешать и осторожно прилить по стенкам пробирки очень разбавленного раствора аммиака так, чтобы жидкости не смешивались и образовали два слоя. Получение белого кольца на границе двух жидкостей (выделение AgPO3) свидетельствует о присутствии в растворе метафосфорной кислоты.
Б. Синтез ортокислоты. Разделить раствор, полученный в опыте А, на две пробирки, содержимое одной из них после добавления 0,5 мл концентрированной азотной кислоты прокипятить в течение 10 мин. Оба раствора сохранить для опыта В.
В. Качественная реакция на P(V). Отобрать по 2 капли растворов, полученных в опыте Б, в две другие пробирки, добавить по 2 мл молибденовой жидкости (Для приготовления молибденовой жидкости смешивают равные объемы 35% HNO3 и 10% раствора (NH4)2MoO4 Через 2 дня отстаивания осторожно сливают раствор с осадка (если он образовался) и нагреть на водяной бане. Отметить внешний эффект. Можно ли с помощью этой реакции отличить данные кислоты друг от друга? Оставшиеся растворы нейтрализовать по универсальной индикаторной бумаге содой или аммиаком до pH ≈ 5 (зачем?) и сохранить для анализа, описанного в опыте 4.
К небольшому количеству раствора молибдата аммония, подкисленного азотной кислотой прибавить несколько капель раствора фосфорной кислоты или её соли. Смесь нагреть. Наблюдать выделение кристаллического осадка фосформолибдата аммония по уравнению:
H3PO4 + 12(NH4)2MoO4 + 21HNO3 = (NH4)3[P(Mo12O40)] + 21NH4NO3 + 12H2O
ОПЫТ 4. АНАЛИЗ ФОСФАТ-ИОНОВ
А. Реакция свертывания белка. Налить в три пробирки по 1 мл раствора
белка (Белок одного яйца разводят в 400 мл воды, тщательно перемешивают палочкой и отфильтровывают), затем в первую и вторую пробирки добавить равные объемы соответственно первого и второго растворов, полученных в опыте 3А, а в третью - дифосфата натрия. Затем приливать по каплям (во все пробирки одновременно) 1M уксусную кислоту до появления мути в одной из пробирок. Какой из фосфорсодержащих анионов сворачивает белок?
Б. Реакция с нитратом серебра. К 1 мл раствора дифосфата натрия доба-
вить 3 капли раствора нитрата серебра. Что наблюдается? Аналогичные реакции
провести с растворами, полученными в опытах 3А и 3Б. Сравнить результаты.
Можно ли с помощью данных реакций (пункты А и Б) отличить метафосфат-,
ортофосфат- и дифосфат-ионы друг от друга?
3 Аg+ + НРО4 2¯ = Аg3РО4↓ + Н+
Образуется желтый осадок Аg3РО4 , растворимый в разбавленной азотной кислоте и в растворе аммиака.
ОПЫТ 5. РАСТВОРИМОСТЬ ФОСФАТОВ
А. Фосфат железа(III). Получить фосфат Fe(III). Растворяется ли он в 1M CH COOH 3 ? а в 1М 3 HNO ?
Б. Фосфат кальция. В две пробирки поместить по 1 мл раствора хлорида
кальция, затем в первую добавить 1 мл дигидрофосфата натрия, во вторую – гидрофосфата натрия. Что наблюдается? Объяснить результаты.
ОПЫТ 6. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
Соли фосфорной кислоты растворимые в воде гидролизуются. Гидролиз протекает неодинаково у средних и кислых солей. При гидролизе кислых солей щелочных металлов одновременно с гидролизом анионов происходит их диссоциация:
а) Н2РО4¯ + Н2О <=> Н3РО4 + ОН¯; НРО42¯ + Н2О <=> Н2РО4¯ + ОН¯;
б) Н2РО4¯ <=> НРО42¯ + Н+; НРО42¯ <=> РО4 3¯ + Н+;
Какой процесс (гидролиз или диссоциация) будет преобладать при растворении в воде NaН2РО4 и Na2НРО4? С помощью универсальной индикаторной бумаги проверьте характер среды в растворах солей: Na3РО4 , Na2НРО4 и NaН2РО4. Полученные окраски индикаторной бумаги сравните с цветной шкалой рН-индикаторной бумаги. Результаты опыта вместе с расчетными данными оформите в виде таблицы.
Таблица Результаты исследования гидролиза солей фосфорной кислоты
Реакции образования малорастворимых фосфатов металлов широко используются в аналитической химии как качественные реакции на фосфат -ион.
ОПЫТ 7. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ВИСМУТА
Получить металлический висмут восстановлением его с помощью цинка из
раствора соли в двух пробирках. Одну пробирку сохранить для демонстрации, а висмут в другой разделить на две порции и испытать отношение его к разбавленной азотной кислоте (растворяется ли висмут в концентрированной азотной кислоте?), и к разбавленной хлороводородной кислоте. Что наблюдается и почему? Слить раствор с висмута в последнем случае и обработать металл концентрированной хлороводородной кислотой при нагревании. Что происходит? (Те же ли результаты получатся в опытах с сурьмой?)
ОПЫТ 8. КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГИДРОКСИДОВ ВИСМУТА(III) И СУРЬМЫ(III)
К 1 мл соли висмута(III) добавить по каплям при перемешивании 1М щелочи
до полной нейтрализации кислой среды (не более!). Что наблюдается? Полученный продукт разделить на три пробирки. В одну прилить избыток конц.NaOH, а в другую – 0,5 мл конц.HCl, третью оставить для сравнения. Провести аналогичные испытания с солью сурьмы(III).
ОПЫТ 9. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СУЛЬФИДОВ СУРЬМЫ И ВИСМУТА(III)
Поместить в две пробирки по 6 капель растворов солей сурьмы(III) и
висмута(III), добавить по 3 капли раствора сульфида натрия. Отметить внешние эффекты. Проверить, отбирая небольшие части осадков, растворяются ли они в избытке сульфида натрия?
ОПЫТ 10. ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СУРЬМЫ(III) И ВИСМУТА(III)
В две пробирки поместить по 3 капли 0,1М перманганата калия и 6 капель 2М
азотной кислоты. Добавить (по 4 капли) в одну пробирку раствора соли сурьмы(III), во вторую – соли висмута(III). Отметить, одинаковы ли внешние эффекты в обеих пробирках, и сделать вывод. Подтверждают ли значения ОВП участников реакций результаты, полученные в данном опыте?
ОПЫТ 11. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ВИСМУТА(V)
Получить гидроксид висмута(III), прилив к 0,5 мл нитрата висмута(III) 0,5 мл
40%-ной щелочи, затем всыпать в пробирку 2 лопаточки персульфата калия. Содержимое пробирки тщательно перемешать и нагреть на водяной бане до образования темно-бурого осадка. Какова формула осадка?
Осадок взмутить, разделить на две пробирки, отделить от раствора и промыть его три раза водой от щелочи (каждый раз взмучивая осадок в воде и потом отфильтровывая его). Затем одну пробирку сохранить для сравнения, а во вторую – добавить 1 мл 3М азотной кислоты и 1 каплю 0,1М сульфата марганца(II). Взмутить осадок, тщательно перемешать содержимое пробирки, нагреть на водяной бане, отделить осадок от раствора с помощью центрифуги, отметить и объяснить цвет раствора.
ОПЫТ 12. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ИОДИДНОГО КОМПЛЕКСА ВИСМУТА(III)
Поместить в пробирку 6 капель раствора висмута(III) и 1 каплю иодида калия, до получения чёрного осадка BiI3 отметить внешний эффект и затем добавлять иодид калия по каплям при энергичном перемешивании лишь до момента растворения осадка. образование оранжево-желтого раствора K[BiI4]. Отметить цвет раствора и к половине его прилить 0,5 мл воды. Что наблюдается и почему? Затем нагреть содержимое данной пробирки и объяснить внешний эффект происходящей реакции.