Вопросы
Каковы положения теории электролитической диссоциации?
Как количественно характеризуется процесс диссоциации? Какие бывают электролиты? Приведите примеры.
Составьте молекулярные уравнения, если сокращенные ионные уравнения выглядят так:
а) Ca2+ + CO32- = CaCO3,
б) Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2,
в) 3Cu2+ + 2PO43- = Cu3(PO4)2.
Что такое ионное произведение воды?
Что называют водородным показателем? Как его определяют?
Каково биологическое значение pH среды?
Что такое гидролиз вообще? Какое биологическое значение имеет этот процесс?
Составьте уравнение реакции гидролиза нитрата железа (III). Каким способом можно довести гидролиз соли до ее полного разложения?
Почему в таблице растворимости для некоторых солей значится прочерк?
В раствор какой соли нужно бросить гранулу цинка, чтобы выделился водород?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
НЕМЕТАЛЛЫ. СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ГАЛОГЕНОВ И
ХАЛЬКОГЕНОВ
Цель: Изучить качественные реакции на галогенид – ионы и свободный йод. Познакомиться с лабораторными способами получения соляной, сернистой кислот и кислорода, свойствами серной кислоты.
Теоретические основы
Неметаллы располагаются в главных подгруппах групп: VIII (благородные газы); VII (галогены); VI (Халькогены); V (азот, фосфор, мышьяк); IV (углерод, кремний, германий); III (бор); I (водород).
Все простые вещества – неметаллы при обычных условиях находятся либо в газообразном состоянии в молекулярной форме или в атомарной (благородные газы), либо в твердом виде. Только бром при обычных условиях - жидкость.
Твердые неметаллы образуют либо огромные макромолекулы - кристаллы (C, Si и др.), либо относительно небольшие макромолекулы (B12, S8, P4). Связь между атомами ковалентная.
В периоде Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева с увеличением порядкового номера элемента энергия ионизации атома увеличивается, а радиус – уменьшается. В группе наблюдается обратная зависимость этих величин от порядкового номера элемента. Это обусловливает увеличение окислительной способности элементов в периоде слева направо, а в группе снизу вверх.
Наиболее сильными окислителями являются фтор и кислород, хлор и бром.
Преимущественно восстановительные свойства проявляют водород, бор, углерод, кремний, германий, фосфор, мышьяк и теллур.
Промежуточные окислительно-восстановительные свойства имеют азот, сера, йод.
Кислород и галогены могут образовывать ионные соединения, а бор, углерод, водород, азот и фосфор – преимущественно ковалентные соединения.
Благородные газы имеют мало соединений.
Практическая часть
Опыт 1. Качественная реакция на хлорид-ион
В четыре пробирки налейте по 5 – 7 капель растворов следующих хлоридов: в первую – хлорида кальция, во вторую – хлорида бария, в третью – хлорида калия, в четвертую – хлорида натрия. Составьте уравнения диссоциации всех четырех солей. Что между ними общего?
В каждую пробирку добавьте по 2 капли раствора нитрата серебра. Сравните результаты, наблюдающиеся во всех четырех пробирках. Имеется ли сходство? Чем вы его объясните? Напишите уравнения всех протекающих реакций в молекулярной и ионной форме. Сравните между собой все краткие ионные уравнения.
Во все пробирки добавьте по 1 капле концентрированного раствора аммиака и тщательно размешайте. Что происходит с осадком? Добавьте в каждую пробирку по 1 капле концентрированной азотной кислоты. Наблюдаются ли изменения? Что можно сказать о поведении хлорида серебра в аммиачной и кислой среде? Сделайте вывод о том, какой ион является реактивом на хлорид-ион.
Опыт 2. Качественная реакция на йод
В пробирку с сильно разбавленной йодной водой капните крахмальный клейстер. Как меняется окраска смеси? Эта реакция широко применяется для распознавания простого вещества йода, она очень чувствительна.
В другую пробирку налейте 5 – 7 капель йодида калия и тоже добавьте каплю крахмального клейстера. Наблюдается ли такое же окрашивание, как в первом опыте? Почему? Сделайте вывод об отношении крахмала к свободному йоду – простому веществу и к йодид-иону.
Опыт 3. Действие на бромиды и йодиды нитрата серебра
Налейте в одну пробирку 5 – 7 капель раствора йодида калия, в другую – столько же бромида калия и добавьте в оба раствора по капле нитрата серебра. Каков цвет образующихся осадков? Для сравнения получите известным вам способом осадок хлорида серебра. Чем он отличается от первых двух осадков? Дайте осадкам некоторое время постоять. Обратите особое внимание на осадок бромида серебра. Какие изменения происходят с осадками? Чем вы это объясните?
Опыт 4. Получение хлороводорода и соляной кислоты и изучение их свойств
Соберите прибор по схеме, изображенной на рис.2. Все детали прибора должны быть совершенно сухими. Опыт проводят под тягой! В пробирку, закрепленную в штативе, положите немного сухой поваренной соли и слегка смочите ее концентрированной серной кислотой (слишком большое количество H2SO4 будет мешать). Быстро закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Другой конец газоотводной трубки опустите до самого дна в сухую пробирку, прикрыв последнюю рыхлым комочком ваты. Рядом поставьте чашку с водой. Слегка подогрейте пробирку.
Пробирку можно считать заполненной хлороводородом, когда над прикрывающим ее кусочком ваты появится туман. Тогда вату и газоотводную трубку из пробирки выньте, прикрывая отверстие пальцем, и быстро опрокиньте ее в воду. Наблюдайте повышение уровня воды в пробирке. Когда повышение уровня воды в пробирке прекратится, выньте пробирку из чашки вместе с вошедшей в нее водой, закрыв под водой отверстие пальцем. Испытайте раствор индикаторной бумагой. Изменилась ли ее окраска?
Рисунок 2. Прибор для получения хлороводорода
Возьмите из пробирки пробу и испытайте ее раствором нитрата серебра. Что вы наблюдаете? Напишите уравнение реакции получения хлороводорода лабораторным способом. Начертите схему прибора для его получения. Почему для проведения этого опыта все детали прибора должны быть совершенно сухими? Пойдет ли реакция, если взять исходные вещества в виде разбавленных растворов? Почему? Напишите уравнение реакции взаимодействия нитрата серебра с соляной кислотой в молекулярной, полной ионной и сокращенной ионной форме. В чем разница между соляной кислотой и хлорной водой?
Сделайте вывод о способе получения хлороводорода в лаборатории, условиях проведения реакции, правилах техники безопасности и наиболее ярких свойствах хлороводорода. Укажите, какая связь между хлороводородом и соляной кислотой.
Опыт 5. Получение кислорода
Налейте в пробирку 10 капель пергидроля (30% раствор пероксида водорода) и добавьте крупинку оксида марганца (IV). Реакция идет чрезвычайно бурно, поэтому пробирку с пероксидом водорода в руках держать не следует. Ее необходимо поставить в штатив - стойку или закрепить в металлическом штативе Бунзена, отодвинуть подальше от глаз и лишь после этого прибавлять оксид марганца (IV). Испытайте выделяющийся газ тлеющей лучинкой. Как ведет себя лучинка? Потрогайте по окончании реакции пробирку пальцами. Наблюдается ли на ощупь изменение температуры? Какую роль играет оксид марганца (IV) при разложении пероксида водорода. Напишите уравнение реакции, протекающей при разложении пероксида водорода.
Соберите прибор, изображенный на рис. 3.
Рисунок 3. Прибор для получения кислорода
В пробирку поместите 5 – 6 микрошпателей перманганата калия. Пробирку горизонтально укрепите в штативе, закройте пробкой с газоотводной трубкой, а между веществом и пробкой положите рыхлый комочек ваты. Вата должна быть расположена около самой пробки. Для собирания кислорода приготовьте ванну, наполовину налитую водой, и опрокиньте в нее наполненную водой пробирку-сборник. Нагрейте прибор и соберите выделяющийся кислород над водой. Заполненную кислородом пробирку выньте из воды, закрыв под водой пальцем. Испытайте кислород тлеющей лучинкой.
Не забудьте правило работы с подобными приборами: прежде чем прекратить нагревание, конец газоотводной трубки следует вынуть из воды, иначе воду засосет в прибор, и он лопнет.
Напишите уравнение реакции разложения перманганата калия при нагревании. Начертите схему прибора для получения кислорода. Для чего в пробирку, в которой разлагается перманганат, вкладывают вату? Растворим ли кислород в воде? Легче или тяжелее воздуха кислород? Можно ли собирать кислород в цилиндр вытеснением воздуха? Если можно, то начертите схему прибора для получения кислорода и собирания его вытеснением воздуха. Является ли реакция разложения перманганата калия окислительно-восстановительным процессом? Дайте обоснованный ответ.
Опыт 6. Получение пластической серы
Положите в пробирку немного серного цвета (примерно 1∕4 пробирки), укрепите пробирку в держателе и прогревайте в пламени горелки до тех пор, пока сера расплавится. Обратите внимание на подвижность образовавшейся расплавленной серы. Продолжая нагревать пробирку, наблюдайте загустение серы, сильное повышение ее вязкости, Нагревая серу почти до кипения, наблюдайте снова возникшую подвижность расплава серы. После этого быстро вылейте серу в стакан с холодной водой.
Сравните свойства образовавшейся пластической серы (вынув ее из воды) и свойства ромбической серы. Чем они отличаются? Положите пластическую серу на лист фильтровальной бумаги и оставьте на 30-40 минут. Рассмотрите образец пластической серы через 30-40 мин. Наблюдаются ли изменения? Сделайте вывод об особенностях плавления серы, о сравнительной устойчивости аллотропных видоизменений ее.
Опыт 7. Получение оксида серы (IV) и растворение его в воде
Получение оксида серы (IV) – сернистого газа – удобно проводить в таком же приборе, как и получение хлороводорода. Поместите в прибор сухой сульфит натрия слоем 1 см и смочите его серной кислотой (разбавленной 1:3). Выделяющийся оксид серы (IV) соберите в пробирку, прикрытую кусочком ваты. Пробирку можно считать заполненной, когда у отверстия появится сильный запах оксида серы (IV) (нюхайте осторожно!). После этого немедленно выньте конец газоотводной трубки из пробирки и быстро опрокиньте пробирку с газом в кристаллизатор с водой и укрепите ее, чтобы она не упала.
Конец газоотводной трубки прибора опустите в другую пробирку, заполненную на 1/3 водой. Из трубки должны все время выходить пузырьки газа, если этого не происходит, подогрейте пробирку с реакционной смесью. Пропускайте газ через воду несколько минут, чтобы получилась сернистая кислота достаточной концентрации. Она понадобится для проведения последующих опытов. Затем выньте конец газоотводной трубки из воды и прекратите нагревание. Рассмотрите пробирку, опрокинутую отверстием в кристаллизатор с водой. Поднялась ли вода вверх по пробирке? Если вода поднялась не очень высоко, сделайте пробиркой, не вынимая ее из воды, несколько размешивающих движений. Затем выньте пробирку вместе с вошедшей в нее водой из кристаллизатора, закрыв отверстие пальцем, поставьте ее в штатив и возьмите индикаторную пробу.
О чем говорит повышение уровня воды в пробирке? С каким газом наблюдалось такое же явление? О чем говорит окрашивание изменение окраски индикатора? Какая кислота образовалась в пробирке? Зарисуйте прибор для получения оксида серы (IV). Составьте уравнение реакции получения оксида серы (IV). Какая реакция произошла при пропускании оксида серы (IV) через воду? Напишите ее уравнение. Почему сернистую кислоту надо использовать в момент получения, а нельзя хранить? Можно ли собирать оксид серы (IV) над водой? Легче или тяжелее воздуха оксид серы (IV)? Сделайте вывод о лабораторном способе получения оксида серы (IV), его физических свойствах и отношении к воде.
Опыт 8. Свойства сернистой кислоты
Для работы понадобится сернистая кислота, полученная в предыдущем опыте.
а) Действие сернистой кислоты на индикаторы
Возьмите из пробирки с сернистой кислотой две пробы по 5 капель: на лакмус и метиловый оранжевый. Какую окраску приобретают индикаторы? Сернистая кислота – это сильная или слабая кислота? Если вы затрудняетесь ответить на этот вопрос, поместите в другую пробирку 5 капель соляной кислоты и добавьте метиловый оранжевый. Сравните окраску индикатора в пробирках с соляной и сернистой кислотой.
б) Восстановительные свойства сернистой кислоты
В четыре пробирки налейте по 5-7 капель полученной в опыте 7 сернистой кислоты и добавьте в первую пробирку каплю бромной воды, во вторую – каплю йодной воды, в третью – каплю перманганата калия и разбавленной серной кислоты, в четвертую – каплю дихромата калия и разбавленной серной кислоты. Что вы наблюдаете в каждом отдельном случае? Напишите уравнения протекающих реакций. Расставьте в них коэффициенты, пользуясь электронным балансом.
в) Обесцвечивание органических веществ оксидом серы (IV)
В пробирку поместите каплю раствора фуксина и добавьте по каплям сернистую кислоту до обесцвечивания раствора, затем полученный бесцветный раствор нагрейте до появления прежней окраски. Чем объясняется потеря окраски фуксина и восстановление ее? К раствору фуксина добавьте хлорной воды до исчезновения окраски и затем прокипятите смесь. Восстановилась ли окраска? Чем отличается действие на фуксин оксида серы (IV) от действия хлорной воды?
Опыт 9. Действие серной кислоты на металлы (тяга!)
В две пробирки положите по маленькому кусочку медной стружки и добавьте в первую пробирку 10 капель концентрированной серной кислоты, а во вторую – 10 капель разбавленной серной кислоты. Прокипятите обе смеси. Рассмотрите окраску растворов и осторожно понюхайте содержимое обеих пробирок. Обнаружили вы разницу? Напишите уравнение реакции. Почему во второй пробирке реакция не происходит?
Положите в две пробирки по 1 кусочку цинка и добавьте в одну пробирку разбавленную, а в другую – концентрированную кислоту. Попытайтесь в первой пробирке обнаружить водород. Напишите уравнение реакции.
Вторую пробирку подогрейте и наблюдайте вначале образование оксида серы (IV), затем свободной серы, и, наконец – сероводорода. Напишите три уравнения реакций взаимодействия серной кислоты с цинком. Расставьте в них коэффициенты с помощью электронного баланса.
Опыт 10. Качественная реакция на сульфат-ион
Налейте в одну пробирку разбавленной серной кислоты, в другую сульфата натрия и добавьте в каждую пробирку раствора хлорида или нитрата бария. Напишите уравнения реакций в молекулярной, полной ионной и сокращенной ионной форме. Какой ион является реактивом на сульфат-ион?