Химия металлов. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Неорганическая химия»

УДК: 546(07) М 474

Рецензент – доц. кафедры химии ЛГТУ, канд. хим. наук И.Г. Соболева

Мелихова, Е.В., Чмырева, О.В.

М 474 Химия металлов [Текст]: методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Неорганическая химия»/ сост. Е.В. Мелихова,

О.В. Чмырева. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 36 с.

Методические указания содержат типовые лабораторные работы к разделу дисциплины «Неорганическая химия» – Химия металлов.

Предназначено для студентов 1 курса очной формы обучения специальности 020201 Фундаментальная и прикладная химия и направления

020100.62 Химия.

Библиогр.: 2 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет», 2012

2

Содержание

Введение ……………………………………………………………………....3 Основные правила техники безопасности при работе в лаборатории….....4

Лабораторная работа №1……………………………………………………..7

Лабораторная работа №2…………………………………………………..12

Лабораторная работа №3……………………………………………………15 Лабораторная работа №4……………………………………………………19 Лабораторная работа №5……………………………………………………23

Лабораторная работа №6……………………………………………………26 Лабораторная работа №7……………………………………………………30 Лабораторная работа №8……………………………………………………32 Лабораторная работа №9……………………………………………………34 Лабораторная работа №10…………………………………………………..36 Библиографический список……………………………………………….41

3

Введение

Приступая к работе, следует:

1.Проработать по учебнику теоретический материал, ориентируясь на лекционный материал.

2.Решить задачи (допуск), указанные преподавателем.

3.Изучить описание лабораторной работы и приступить к ее выполнению.

4.Оформить записи в лабораторной тетради в следующем порядке:

а) Название лабораторной работы б) Цель работы в) Приборы и реактивы

г) Ход работы: принципиальная схема или рисунок прибора; запись химических реакций. Описание хода анализа должно показать полное понимание сущности всех проводимых в работе операций.

д) Результаты эксперимента (указание условий и признаков химических реакций, физические и химические свойства реагирующих веществ и продуктов реакции).

е) Основной вывод в конце лабораторной работы о результатах изучения свойств химических аналогов.

Практические занятия в лаборатории неорганической химии требуют соблюдения определенных правил и приемов работы, а также знаний правил техники безопасности.

4

Основные правила техники безопасности при работе в лаборатории

1.Студент допускается к работе в лаборатории только после инструктажа по технике безопасности, что подтверждается росписью студента и лица,

проводившего инструктаж, в специальном журнале.

2.Все студенты, прошедшие инструктаж, должны строго придерживаться правил техники безопасности. За несоблюдение правил установлена ответственность в административном или судебном порядке (с. 47 – 83, 49

КЗОТ РФ; ст. 137, 140 УК РФ).

3.Работа студента в лаборатории разрешается в часы, отведенные по расписанию, а также в дополнительное время согласованное с преподавателем, под наблюдением преподавателя или лаборанта.

4.Запрещается принимать пищу в лаборатории, пробовать на вкус химические вещества, оставлять какие-либо вещества в посуде без соответствующей надписи.

5.Реактивы, дистиллированную воду и электрическую энергию нужно расходовать экономно.

6.Все работы с веществами, образующими дымы, туманы, вредные или неприятно пахнущие пары и газы, следует проводить под тягой.

7.В раковину нельзя бросать бумагу и битое стекло, сливать в нее использованные концентрированные растворы кислот и щелочей, а также хромовую смесь. Предварительно их необходимо разбавить.

8.Все растворы, не подлежащие сливу в канализацию (органические растворители, соли ртути и серебра, легковоспламеняющиеся жидкости,

концентрированные кислоты и щелочи и т. д.), следует выливать в особые банки для слива, получив указание лаборанта.

9.Концентрированные кислоты и щелочи, сильнодействующие реактивы

(бром и др.) надо хранить в вытяжном шкафу под тягой на подносе и не выносить их оттуда.

10.При всех работах с едкими веществами (кислоты, щелочи и др.) необходимо

соблюдать максимальную осторожность, имея в виду, что несчастные случаи

5

всегда происходят в результате неосведомленности, невнимательности или

небрежности работающего.

11.Беря вещество для опыта, следует внимательно прочитать этикетку и проверить содержимое по качественным признакам (цвет, запах,

консистенция и др.).

12.Щелочи в сухом виде, а также фтористые соли нельзя брать руками, так как они вызывают ожоги, их можно брать только щипцами или шпателями.

13.При термических ожогах делают примочки из свежеприготовленного 5 %-

ного раствора перманганата калия или лучше из 96 %-ного этилового спирта.

14.При попадании концентрированных кислот на руки, лицо или одежду их смывают вначале большим количеством воды под краном в течение 10 – 15

мин, а затем 3 %-ным раствором питьевой соды.

15.При попадании растворов щелочей на кожу пораженное место обмывают 2

%-ным раствором борной или уксусной кислоты, а затем водой.

16.При всех работах, связанных с возможностью засорения, ожога и раздражения глаз, необходимо надевать защитные очки.

17.Запрещается переносить сосуды, содержащие кислоты, щелочи, ядовитые вещества, над головами людей. При переносе таких сосудов под их дно необходимо подкладывать полотенце.

18.При попадании едкого вещества на стол или на пол следует это место сразу же засыпать песком, затем песок собрать и вынести из помещения. Облитое кислотой место промыть раствором соды.

19.Нельзя приливать концентрированные кислоты к концентрированным щелочам, и, наоборот; до проведения нейтрализации их следует разбавить водой; и при разбавлении растворов щелочей следует приливать их тонкой струйкой в холодную воду при одновременном перемешивании.

20.Реакции, которые могут сопровождаться сильным нагревом (растворение кислот, щелочей), следует проводить только в посуде из химического стекла,

а не в толстостенной посуде. При этом реакционный сосуд помещают в

кристаллизатор.

6

21.Засасывать едкие жидкости в пипетку необходимо только с помощью груши или пневмонасоса, а не ртом.

22.Нельзя на нагревательных приборах смешивать кипящие растворы или добавлять в них сухие реагенты.

23.Нагревать растворы на плитке следует только в посуде из химического стекла без пробки. При этом посуда должна быть сухой снаружи. Брать нагретые предметы необходимо с помощью полотенца или специальных напальчников.

24.При неосторожном обращении с химической стеклянной посудой, при работе со стеклянными трубками или при сборке приборов можно порезать руку. В этом случае необходимо осмотреть рану (вынуть осколки стекла),

промыть ее водой, смазать 5 %-ным спиртовым раствором йода и забинтовать.

25.Работать в лаборатории нужно только в халатах. Без спецодежды работать студенту не разрешается.

26.Опыты со щелочными и щелочноземельными металлами проводите осторожно, остерегайтесь воды. Металлы из керосина вынимайте пинцетом.

При работе пользуйтесь защитными очками.

Лабораторная работа №1 ЩЕЛОЧНЫЕ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Приборы и реактивы. (Полумикрометод.) Кристаллизатор. Пинцет.

Стеклянная палочка. Фильтровальная бумага. Спиртовка. Этиловый спирт.

Натрий. Кальций. Сухие соли: LiCl, NaCl, KCl, CaCl2, BaCl2,NH4Cl. Растворы:

фенолфталеина, универсального индикатора, соляной кислоты (2 н., конц.),

серной кислоты (2 н., 96%),азотной кислоты (2 н.), уксусной кислоты (2 н.),

гидроксида натрия (2 н.), хлорида аммония (0,5 н.), оксалата аммония (0,5 н.),

карбоната натрия (0,5н.), гидрокарбоната натрия (0,5 н.), ортофосфата натрия

(0,5 н.), хлорида кальция (0,5 н.,1 М.), хлорида бария (0,5 н. и 1 М), сульфата

7

натрия (0,5 н.), сульфата лития, гексанитрокобальтата натрия (0,5 н.),

гексациано-(II) феррата калия.

Опыт 1. Открытие щелочных и щелочно-земельных металлов по

окраске пламени (качественные реакции) (Под тягой!)

Стеклянную палочку, прокалите на пламени горелки до получения бесцветного пламени. Если пламя окрашивается, то промойте палочку соляной кислотой и покалите в пламени. Опускайте палочку последовательно в соли лития, натрия, калия, кальция и бария и вносите в пламя горелки, промывая палочку после каждой соли. Запишите, какое окрашивание придает пламени каждая соль. Объясните причину возникновения окраски пламени.

Опыт 2. Взаимодействие щелочных металлов с водой (Под тягой!)

Налейте в кристаллизатор дистиллированной воды, внесите 2 – 3 капли фенолфталеина. Возьмите пинцетом из керосина кусочек натрия величиной с рисовое зерно, высушите его фильтровальной бумагой и внесите в кристаллизатор с водой. При полуспущенном окне тяги наблюдайте происходящую реакцию. Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод о химической активности щелочных металлов. От чего она зависит? Почему литий стоит первым в ряду стандартных электродных потенциалов?

Опыт 3. Малорастворимые соли щелочных металлов

Внесите в две пробирки по 0,5 мл насыщенного раствора сульфата лития.

В одну пробирку прилейте равный объем насыщенного раствора карбоната натрия, во вторую - фосфата натрия. Что наблюдается? Сравните растворимость карбонатов и фосфатов щелочных металлов. Используйте таблицу произведения растворимости.

8

Опыт 4. Получение малорастворимых соединений натрия и калия

К раствору соли калия, подкисленному уксусной кислотой, прилейте раствор гексанитрокобальтата (III) натрия Na3[Co(NO2)6]. Что наблюдается.

Напишите уравнение реакции.

Опыт 5. Гидролиз солей натрия

В две пробирки налейте по 1 мл гидрокарбоната и карбоната натрия и определите величины их рН с помощью универсального индикатора. Почему они отличаются? Зная величины констант диссоциации Н2СОз (K1=4,3 10-7; K2=5,6 10-11), рассчитайте величины констант гидролиза и степени гидролиза

0,1М растворов этих солей. Сопоставьте их и объясните результаты опыта.

Опыт 6. Восстановительные свойства кальция

В пробирку на 1/4 ее объема налейте дистиллированной воды и опустите маленький кусочек металлической стружки кальция. Наблюдайте выделение газа. Если реакция идет недостаточно энергично, пробирку подогрейте. Какой газ выделяется? Какое вещество образовало муть? Прибавьте в раствор 1 каплю фенолфталеина. Напишите уравнение реакции взаимодействия кальция с водой.

Укажите окислитель и восстановитель. Будет ли аналогичная реакция протекать со стронцием и барием?

Опыт 7. Взаимодействие кальция с кислотой

Кусочек кальциевой стружки опустите в пробирку с 2н. раствором соляной кислоты. Наблюдайте энергичное взаимодействие кальция с кислотой.

Какие вещества получаются в результате реакции? Напишите соответствующее уравнение. Какой элемент являлся окислителем в этой реакции?

Опыт 8. Получение гидроксидов шелочноземельных металлов

К 0,5 мл 1М растворов солей кальция и бария, взятых в отдельных

пробирках, прилейте 2н. раствор едкого натра. Обратите внимание на

9

количество выпавшего осадка в каждой пробирке. Какова растворимость

гидроксидов кальция, бария?

Опыт 9. Карбонаты щелочноземельных металлов и их

растворимость в кислотах

В две пробирки внесите раздельно по 3 – 5 капель растворов солей кальция и бария. В каждую пробирку добавьте несколько капель раствора карбоната натрия или калия. Отметьте образование осадков и их цвет.

Исследуйте растворимость полученных карбонатов в кислоте, для чего добавьте в каждую пробирку несколько капель 2н. раствора соляной кислоты.

Что наблюдается? Кислоту добавляйте осторожно по каплям, так как реакция идѐт очень энергично и содержимое пробирки может быть выброшено.

Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций получения карбонатов и их растворения в кислоте.

Опыт 10. Сульфаты щелочноземельных металлов и их

сравнительная растворимость

В две пробирки налейте по 0,5 мл 2н. H2SO4, в каждую из них добавьте такой же объем растворов солей кальция, бария. Наблюдайте сравнительную скорость образования осадков. Какой сульфат выпадает в осадок наиболее медленно? Испытайте действие на сульфаты 2н. растворов HCl, HNO3.

Сделайте вывод о сравнительной растворимости сульфатов.

Соответствуют ли сделанные вами выводы величинам произведения растворимости сульфатов щелочноземельных металлов? Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций получения сульфатов кальция и бария.

К раствору соли кальция или бария прибавьте равный объем 96%-ной серной кислоты (кислоту необходимо добавлять постепенно, охлаждая пробирку водой). В этом случае осадок сульфата кальция не выпадает, так как

образуется хорошорастворимая кислая соль.

10