4. Лабораторная работа по теме «Взаимодействие металлов с водой, водными растворами кислот и щелочей»

Опыт 1. Действие воды на металлы:

а). (Надеть защитные очки!). В фарфоровую чашку, наполненную водой, осторожно (пинцетом) помещают маленький кусочек металлического натрия (вместо натрия можно взять кальций). Чашку покрывают стеклом, чтобы не происходило разбрызгивания, и наблюдают происходящую реакцию; после окончания ее в отдельной пробе исследуют индикатором (2-3 капли фенолфталеина) полученный раствор.

б). В две пробирки наливают воду и насыпают в каждую небольшое количество порошка магния. Взаимодействует ли магний с холодной водой? Затем одну пробирку нагревают, а в другую добавляют раствор хлорида аммония. Хлорид аммония растворяет пленку гидроксида, покрывающую поверхность металла:

2NH₄Cl + Mg(OH)₂↓→ MgCl₂ + 2NH₄OH.

В результате этой реакции образуется NH₄OH – основание более слабое, чем Mg(OH)₂, поэтому ее равновесие сдвинуто вправо. При удалении пленки Mg(OH)₂ происходит бурное взаимодействие металла с водой. Заметное взаимодействие металла с водой при нагревании обусловлено увеличением растворимости Mg(OH)₂.

в). Проверяют отношение Аl, Zn, Cu к воде на холоде и при нагревании. Дайте объяснение проведенным опытам. Составьте уравнения реакций. Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в воде.

Опыт 2. Действие соляной и разбавленной серной кислот на Ме.

Испытывают действие указанных кислот на Аl, Fe, Pb, Cu. (В пробирку с кислотой и железом в данном и последующих опытах добавляют раствор роданида калия для определения степени окисления Fe).

Форма записи:

Ме	Формула кислоты	Ионное уравнение реакции	Примечание

Сделайте выводы об условиях растворения Ме в кислотах, окисляющее действие которых обусловлено только ионами водорода.

Опыт 3. Действие концентрированной серной кислоты на Ме.

(ТЯГА!) Проверяют действие концентрированной серной кислоты на Al, Fe, Zn, Cu. Для этого в отдельные пробирки наливают по 2-3 мл кислоты (ρ=1,86 г/мл) и бросают по кусочку указанных металлов. Если на холоде реакция не идет, слегка нагревают пробирки.

Дайте объяснение опытов, составьте уравнения реакций, пользуясь ТОВП. Составьте схему взаимодействия концентрированной серной кислоты с Ме различной активности. Дайте пояснения к схеме. По отношению к каким Ме проявляется пассивирующее действие концентрированной серной кислоты?

Опыт 4.Действие азотной кислоты на металлы.

(ТЯГА!) В отдельных пробирках испытывают действие разбавленной азотной кислоты (ρ = 1,2) на Аl, Fe, Cu. Испытывают действие концентрированной азотной кислоты (ρ = =1,4) на Аl, Cu.

Алюминиевую проволоку помещают в пробирку с соляной кислотой. Наблюдают выделение газа. Вынимают проволоку, обмывают водой и на некоторое время снова погружают в концентрированную азотную кислоту. Затем, осторожно вынув ее из азотной кислоты, обмывают водой и снова опускают в соляную кислоту. Почему не происходит выделение газа?

Дайте объяснения опытов, составьте уравнения реакций, пользуясь ТОВП. Составьте схему взаимодействия азотной кислоты с Ме различной активности. Дайте пояснения к схеме. По отношению к каким Ме проявляется пассивирующее действие концентрированной азотной кислоты? Какой процесс называют депассивацией? Как осуществляют депассивацию на практике?

Опыт 5. Действие щелочи на металлы Аl, Fe, Cu.

В отдельных пробирках испытывают действие раствора щелочи на Аl, Fe, Cu. Дайте объяснение проведенным опытам. Составьте уравнения реакций, пользуясь ТОВП. Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

Индивидуальные задания к самостоятельной работе

Вариант 1

1. Как действует вода на Nа и Аl? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на металлы Ni и Ga? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Мg и Сu в соляной кислоте? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в простой кислоте.

4. Какой металл – Сd или Аl – энергичнее взаимодействует с раствором соляной кислоты? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Fe + HNO_3(разб.) → …;

Fe + HNO_3(конц.) → …;

t

Fe + HNO_3(конц.) → … .

6. Дайте анализ реакции

Аu + KCN + O₂ + H₂O → …

Укажите роль КСN в этой реакции.

7. Перечислите растворители для металла Сu

8. Водные растворы HNO₃ для травления высокоуглеродистых сталей неприменимы из-за их быстрого разъедающего действия. Более равномерное травление достигается действием HNO₃ в метиловом спирте. Объясните эти факты.

9. Микроструктура Ni и его сплав выявляется действием азотной кислоты или серной кислоты с добавлением бихромата калия. Закончите уравнения реакций:

Ni + HNO₃ → …;

Ni + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → … .

Вариант 2

1. Как действует вода на Cu и Li? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на металлы Cr и Pd? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Ag и Be в соляной кислоте. Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в простой кислоте.

4. Какой металл – Zn или Ni – энергичнее взаимодействует с раствором серной кислоты? Ответ мотивируйте.

5.Дайте анализ реакций:

AI + H₂SO_{4 (конц)} → …;

t

AI + H₂SO_{4 (конц)} → …;

AI + HNO_{3 (разб)} → … .

6. Дайте анализ реакции

Pt + HNO₃ + HCI →… .

Укажите роль HCI в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Co.

8. Некий металл протравливается водным раствором HNO₃ и этим же раствором с добавлением глицерина. Какой состав травителя более целесообразен, если требуется высокая скорость травления? Ответ мотивируйте.

9. Для травления медных сплавов применяются аммиачные растворы. С какой целью в эти растворы добавляется H₂O₂? Закончите уравнение реакции

Cu + H₂O₂ + NH₃ + H₂O →…

NH₄OH

Вариант 3

1. Как действует вода на K и Mn? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на металлы Ge и Cd? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Pb и Ag в уксусной кислоте? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в простой кислоте.

4. Какой металл – Fe или Co – энергичнее взаимодействует с водным раствором соляной кислоты? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Zn + HNO_{3 (разб)} → … ;

Zn + HNO_{3 (конц)}→ …;

Fe + H₂SO_{4 (конц)} → … .

6. Дайте анализ реакции

Cu + NH₃ + H₂O + О₂→… .

Укажите роль NH₃ в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Be.

8. Какой травитель сильнее действует на металл: водный раствор HNO₃ или раствор HNO₃ в изоамиловом спирте? Ответ мотивируйте.

9. Для выявления структуры золота применяют «царскую водку». Почему нельзя воспользоваться раствором азотной кислоты? Закончите уравнение реакции

Au + HCI + HNO₃ → … .

Вариант 4.

1. Как действует вода на Co и Sn? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на металлы Mg и Zn? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Fe и TI в соляной кислоте? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл – Mg или Zn – энергичнее взаимодействует с водным раствором соляной кислоты? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакции:

Cr + HNO_{3 (разб)}→ …;

Cr + HNO_{3 (конц)}→ …;

t

Cr + HNO_{3 (конц.)}→ … .

6. Дайте анализ реакции

Ti + HF + HNO₃ → … .

Укажите роль HF в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Fe.

8. Сравните интенсивность травления Ме водным раствором HNO₃ и раствором HNO₃ в пропиловом спирте? Ответ мотивируйте.

9. Для травления медных сплавов применяется раствор соли FeCI₃. Почему для этих целей нельзя применять раствор FeCI₂? Закончите уравнение реакции.

Cu + FeCI₃ → …

Вариант 5

1. Как действует вода на Rb и Cr? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Sn и Mn? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Nb и Zn в разбавленном растворе серной кислоты? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл –Fe или Ni – энергичнее взаимодействует с водным раствором соляной кислоты? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Mg + HNO_{3 (разб)}→ …;

Mg + HNO_{3 (конц)}→ …;

AI + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Дайте анализ реакции

Cu + KCN + O₂ + H₂O → … .

Укажите роль KCN в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Ti.

8. Микроструктура титана и его сплавов выявляется растворами HF с добавлением HNO₃. В качестве растворителя используют воду или глицерин. В каком случае травление происходит более интенсивно? Ответ мотивируйте.

9. Для выявления структуры платины применяют смесь кислот: HNO₃, HCI. Почему нельзя воспользоваться раствором азотной кислоты? Закончите уравнение реакции

Pt + HCI + HNO₃ → … .

Вариант 6

1. Как действует вода на Ca и Sn? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Co и Pb? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Ni и W в соляной кислоте? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл –Cr или Be – энергичнее взаимодействует с раствором щелочи? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Pb + HNO_{3 (разб)}→ …;

Pb + HNO_{3 (конц)}→ …;

Cr + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Дайте анализ реакции

Rh + HNO₃ + HCI → … .

Укажите роль HCI в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Mg.

8. В каком растворителе –воде или пропиловом спирте – азотная кислота является более интенсивным травителем? Ответ мотивируйте.

9.Аммиачные растворы применяются для травления серебряных сплавов. С какой целью в эти растворы добавляется H₂O₂? Закончите уравнение реакции

Ag + H₂O₂ + NH₃ + H₂O → … .

NH₄OH

Вариант 7

1. Как действует вода на Ba и AI? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Ag и AI? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Zn и Hg в разбавленном растворе серной кислоты? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в растворе простой кислоты.

4. Какой металл –Mg или Ba – энергичнее взаимодействует с водой? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Fe + HNO_{3 (конц)}→ …;

Cu + H₂SO_4(конц)→ …;

Mg + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Дайте анализ реакции

Ag + KCN + H₂O + O₂ → … .

Укажите роль KCN в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Ni.

8. С какой целью в травильный раствор, состоящий из HNO₃ и HCI, добавляют глицерин? Ответ мотивируйте.

9. Почему серебро не поддается травлению вHCI? Можно ли для этой цели использовать HNO₃? Закончите уравнение реакции:

Ag + HCI + HNO₃ → … .

Вариант 8.

1. Как действует вода на Cs и W? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Са и TI? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Co и Au в растворе соляной кислоты? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл – Ве или Zn – энергичнее взаимодействует с водным раствором щелочи? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

t

Сr + HNO_{3 (конц)}→ …;

Cr + HNO_3(конц)→ …;

Zn + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Микроструктура циркония и его сплавов выявляется смесью разбавленных растворов HF и HNO₃ Учитывая, что цирконий ведет себя подобно титану, закончите уравнение реакции:

Zr + HF + HNO₃ → … .

Укажите роль HF в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Cr.

8. Пластичные сплавы индия отмечаются повышенной окисляемостью. Для их травления используют спиртовые растворы азотной кислоты. Почему не рекомендуется в этом случае водный раствор азотной кислоты? Ответ мотивируйте.

9. Универсальный растворитель для медных сплавов – раствор, содержащий NH₄OH и H₂O₂. Можно ли медь растворить в растворе NH₄OH без добавления Н₂О₂? Закончите уравнение реакции:

Cu + H₂O₂ + NH₃ + H₂O →… .

NH₄OH

Вариант 9.

1. Как действует вода на Мg и Zn? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Ge и TI? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Co и Au в разбавленном растворе серной кислоты? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл – Zn или Fe – энергичнее взаимодействует с водным раствором щелочи? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Be + HNO_{3 (разб.)}→ …;

Al + HNO_3(конц)→ …;

t

Al + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Основная цель для подбора реагентов для травления меди – достигнуть ее окисления за счет понижения окислительно-восстановительного потенциала меди в результате комплексообразования. Подберите такой реагент для окисления меди и закончите уравнение реакции

Сu + реагент + H₂О + О₂ → … .

Укажите роль HF в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Sn.

8. Общая микроструктура термически обработанных сплавов железа выявляется с помощью НСl на спирту. Почему используют спиртовые растворы кислоты, а не водные? Ответ мотивируйте.

9. Поясните, почему НF входит как составляющая в травители для ниобия и его сплавов наряду с НNO₃? Учитывая, что координационное число Nb⁺⁵ равно 7, закончите уравнение реакции

Nb + НF + HNO₃→ … .

Вариант 10.

1. Как действует вода на Li и Ti? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Al и Mg? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли Ca и Pd в соляной кислотe? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл – Al или Sn – энергичнее взаимодействует с водным раствором щелочи? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реaкций:

Ag + HNO_{3 (конц)}→ …;

Ag + HNO_{3 (разб.)}→ …;

Fe + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Почему платина не поддается травлению в растворе НСl или НNO₃? Что происходит с металлом, если действовать на него смесью кислот? Какова роль HCl? Закончите уравнение реакции

Pt + HCl + HNO₃ → … .

7. Назовите растворители для металла Zn.

8.Для выявления микроструктуры алюминия и его сплавов используют разбавленный раствор плавиковой кислоты НF. Если употребляют смесь НF и HNO₃, то обязательным условием является добавление в эту смесь глицерина. С какой целью это делается? Ответ мотивируйте.

9. Структура чистого свинца и сплавов с преобладанием свинца легко выявляется реактивами, содержащими СН₃СООН. Чем это можно объяснить? Почему не используют для травления НСl и H₂SO_{4 (разб.)}? Ответ подтвердите анализом соответствующих реакций.

Вариант 11.

1. Как действует вода на Pb и Rb? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Mg и AI? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли металлы Pb и Pt в растворе уксусной кислоты? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл – Rb или Na – энергичнее взаимодействует с водой? Ответ мотивируйте.

5. Дайте анализ реакций:

Ni + HNO_{3 (конц)}→ …;

Ni + HNO_3(разб.)→ …;

t

Ni + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Дайте анализ реакции

Os + HCl + HNO₃ → … .

Укажите роль HCl в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Pb.

8. Для выявления общей структуры ванадия применяют «царскую водку» с глицерином. С какой целью добавляют глицерин? Ответ мотивируйте.

9. Для выявления структуры серебра на него действуют раствором персульфата аммония и цианистого калия, при этом выделяется свободный кислород и происходит реакция:

Ag + KCN + H₂O + O₂→ .

Закончите уравнение реакции, пользуясь ТОВП.

Вариант 12.

1. Поясните действие воды на металлы К и Fe. Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Ве и W? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в водном растворе щелочи.

3. Растворяются ли металлы Рb и Cu в разбавленном растворе сoляной кислоты? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл –Fe или Co – энергичнее взаимодействует с HCl?

5. Дайте анализ реакций:

Fe + HNO_{3 (конц)}→ …;

Zn + H₂SO_4(конц)→ …;

Al + H₂SO_{4 (конц)}→ … .

6. Дайте анализ реакции

Zr + HNO₃ + HF → … .

Укажите роль HF в этой реакции.

7. Назовите растворители для металла Cu.

8. Какой травитель сильнее действует на Ме: водный раствор HNO₃ или раствор HNO₃ в изоамиловом спирте? Ответ мотивируйте.

9. Для травления медных сплавов применяется раствор FeCl₃. Почему для этих целей нельзя применять раствор FeCl₂? Закончите уравнение реакции

Cu + FeCl₃ → … .

Вариант 13.

1. Как действует вода на Sn и Mg? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в воде.

2. Как действует водный раствор щелочи на Be и Co? Сформулируйте условия, необходимые для растворения Ме в щелочи.

3. Растворяются ли Mg и Ca в растворе HF? Сформулируйте условия, необходимые для растворения металла в простой кислоте.

4. Какой металл – Na или Ca – энергичнее взаимодействует с водой?

5. Дайте анализ реакций:

Mg + HNO_{3 (разб.)}→ …;

Сr + H₂SO_4(конц.)→ …;

t

Cr + H₂SO_{4 (конц)}→ …

Ti + HF + HNO₃₎→ … .

В последней реакции укажите роль НF.

6. Назовите растворители для металла Аg.

7. Почему добавление глицерина, этилового спирта к азотной кислоте уменьшает интенсивность окисления поверхности Ме при травлении?

8. При травлении металлографических шлифов используют реакцию:

W + NaOH + H₂O₂→ Na₂WO₄ + H₂O.

Укажите роль обоих компонентов травителя в этой реакции.