Лабораторна робота № 7

ВЛАСТИВОСТІ d-ЕЛЕМЕНТІВ

Мета роботи: вивчення закономірностей зміни хімічних властивостей d-металів і їх сполук в залежності від розміщення елементів у Періодичній системі Д.І.Менделєєва.

Розділ 1. Кислотно-основні властивості сполук d-елементів

Дослід 1. Кислотно-основні властивості сполук d-металів в залежності від порядкового номеру елемента

Помістити в дві пробірки по 12 мл розчинів солей цинку і кадмію. До солей додати 1−2 краплі гідроксиду натрію. Записати спостереження. Додати надлишок лугу і відмітити, який із утворених гідроксидів краще розчиняється і, таким чином, характеризується більш кислотними властивостями. Підтвердити свої спостереження значеннями величин енергій Гіббса процесів утворення аніонних комплексів [Ме(ОН)₄]^2–_:

G^о_утв Na₂[Zn(OH)₄] = 35,8 кДжмоль^–1

G^о_утв Na₂[Cd(OH)₄] = +33,6 кДжмоль^–1.

Написати рівняння реакцій і зробити висновок про зміну кислотно-основних властивостей з збільшенням порядкового номеру елемента у підгрупі ІІВ.

Дослід 2. Кислотно-основні властивості гідроксидів d-металів в залежності від ступеня їх окиснення

Ці властивості розглянемо на прикладі сполук заліза і хрому. Елементи виявляють ступінь окиснення +2, +3 і +6 і властивості їх сполук змінюються в залежності від цього параметра.

В дві пробірки помістити по 23 мл розчинів FeSO₄ і Cr₂(SO₄)₃ і додати по 13 краплі розчину лугу. Випробувати відношення осадів до розчинів хлоридної кислоти і надлишку розчину лугу, написати рівняння реакцій (при взаємодії Cr(OH)₃ з NaOH утворюється комплексна сполука  гексагідроксохроміт натрію Na₃[Cr(OH)₆]).

Гідроксиди хрому (VI) і заліза (VI) виявляють кислотні властивості, утворюючи солі: хромати (K₂CrO₄) і ферати (K₂FeO₄). Зробити висновок про зміну кислотно-основних властивостей сполук d-металів при збільшенні ступеня окиснення.

Розділ ІІ. Стійкість сполук нижчої ступені окиснення d-металів

Дослід 1. Стійкість оксидів d-елементів IV періоду

Налити в пробірки по 1–2 мл розчинів солей Mn(II), Fe(II), Ni(II), Zn(II). Долити до кожної пробірки розчин гідроксиду натрію до утворення осаду. Записати колір утворених гідроксидів. Вміст пробірок збовтати і, виконуючи наступні досліди, час від часу спостерігати за зміною кольору гідроксидів. Визначити, які з них окиснюються киснем повітря. Скласти рівняння реакцій, враховуючи, що відновлення кисню відбувається за реакцією:

О₂ + 2Н₂О + 4ē  4ОН^¯; ⁰ _О22ОН^– = +0,41 В.

Пояснити явища, які спостерігаються, співставляючи окиснювально-відновний потенціал цієї реакції з потенціалами ⁰ _{Ме(ОН)3Me(OH)2} (див. табл.).

Приблизно через півгодини в пробірки з гідроксидом марганцю і нікелю додати по декілька крапель 3%-го розчину пероксиду водню Н₂О₂.

Що спостерігається? Написати рівняння реакцій, враховуючи, що Н₂О₂ відновлюється за реакцією

Н₂О₂  2 ОН⁻; ⁰ _{Н2О22ОН}^– = +1,77 В.

Заповнити таблицю.

Формула до окиснення	Колір	Окиснювач	Формула після окиснення	Колір	0квід, B
Mn(OH)2		O2	Мn(OH)3		0,05
Fe(OH)2		O2	Fe(OH)3		0,53
Ni(OH)2		H2O2	Ni(OH)3		+0,49
Zn(OH)2		–	–	–	–
Mn(OH)3		H2O2	MnO2		+0,34

Зробити висновок про зміни стійкості до розглянутого ряду гідроксидів нижчих ступенів окиснення.

Розділ ІІІ. Окиснювально-відновні властивості d-металів і їх сполук

Дослід 1. Властивості металів вищих і нижчих ступенів окиснення на прикладі іонів Fe⁺² та MnO₄^– .

До розчину FeSO₄ долити розчин H₂SO₄ і додати розчин KMnO₄. Чому знебарвлюється розчин? Написати рівняння реакції, враховуючи, що

_Fe⁺³ _{+ 1ē  Fe}⁺² _{; }^o _{= +0,77 B.}

_MnO4^– _{+ 8H}⁺ _{+ 5ē  Mn}⁺² _{+ 4H2O; }^o _{= +1,51 B.}

Які властивості (окиснювальні чи відновні) виявляють іони Fe⁺² та іони MnO₄⁻ в даній реакції?

Дослід 2. Відновні властивості Cr⁺³

Налити в пробірку 1 мл розчину Cr₂(SO₄)₃ і додати до нього розчин NaOH в надлишку до розчинення утвореного осаду. Скласти рівняння реакції. До отриманого розчину хроміту долити 30%-й розчин пероксиду водню, нагріти пробірку і спостерігати утворення жовтого розчину хромату. Написати рівняння реакції, враховуючи, що

CrO₄^2– + 4H₂O + 3ē  [Cr(OH)₆]^3– + 2OH^–; ⁰ = 0,13 В;

H₂O₂ + 2ē  2OH^–; ⁰ = +1,77 В.

Зробити висновки про властивості Cr³⁺.

Завдання. На основі проведених дослідів зробити висновок про окиснювально-відновні властивості сполук d-елементів нижчих, вищих і середніх ступенів окиснення. Визначити, які властивості характерні для наступних сполук Мангану MnSO₄, MnO₂, KМnO₄.