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

Опыт 11. Хроматы щелочноземельных металлов

С помощью величин ПР объясните возможность образования хроматов кальция, стронция и бария и их растворимость в уксусной кислоте.

Подтвердите это экспериментально взяв по 1 мл необходимых реактивов.

Опыт 12. Оксалаты

К растворам щелочноземельных металлов (по 0,5 мл) добавьте несколько капель оксалата аммония (NH4)2C2О4. Каждый осадок разделите на две пробирки и исследуйте растворимость оксалатов в 2н. растворах уксусной и соляной кислот. Отметьте различное действие этих кислот. Объясните растворение оксалатов в соляной кислоте.

Образование оксалата кальция - очень чувствительная аналитическая реакция на ион Са2+. Проверьте, можно ли ею пользоваться в присутствии иона бария?

Опыт 13. Аналитическая реакция иона кальция

В две пробирки поместите по 2 – 3 кристаллика хлорида аммония и влейте (по 1 мл) в первую - раствор соли кальция, во вторую - бария. Встряхнув пробирки, добавьте в каждую из них 5 – 6 капель раствора гексацианоферрата

(II) калия K4[Fe(CN)6], нагрейте и дайте постоять. Наблюдайте образование осадка тройной соли CaKNH4[Fe(CN)6]. Напишите соответствующее уравнение реакции. Образует ли осадок соль бария?

Можно ли с помощью этой реакции обнаружить ион кальция в присутствии ионов бария?

11

Лабораторная работа №2 ХРОМ. СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА.

Приборы и реактивы. Спиртовка. Цинк (гранулы). Бензол. Ступка с пестиком. Дихромат аммония. Сульфат хрома (III). Хлорид хрома (III). Лакмус.

Растворы: сульфата хрома (III) (0,5н.), хлорида хрома (III) (0,5н.), хромата калия (0,5н.), дихромата калия (0,5н.), серной кислоты (2н.), азотной кислоты

(2н.), соляной кислоты (2 н.), гидроксида натрия (2 н.), карбоната натрия (0,5н.),

хлорида магния (0,5н.), хлорида бария (0,5н.),хлорида меди (0,5н.), иодида калия (0,5н.), пероксида водорода (3%-ный), ацетата натрия (насыщ.).

Опыт 1. Аквакомплексный ион Сг (II)

В пробирку налейте 2 мл 2н соляной кислоты, прилейте 4-5 капель бензола. На дно пробирки через воронку с длинным концом поместите сначала кусочек цинка, а затем - небольшое количество безводной соли СrС13.

Напишите реакцию восстановления Сr(III)→Сr(II). Какого цвета гидратированный ион Сr2+(Н2O)62+? Реакция идет 10-15 минут.

Полученный раствор (под слоем бензола) разделите на 4 пробирки для опытов 8-10.

Опыт 2. Получение полутораокиси хрома (демонстрационный),

разложение дихромата аммония

Тщательно разотрите в ступке несколько кристаллов дихромата аммония

(NH4)2Cr2O7, и насыпьте порошок в цилиндрическую пробирку на 1/5 ее объема. Пробирку закрепите вертикально в штативе и нагрейте соль на пламени горелки. Горелку отставьте, как только начнется реакция. Отметьте, внешний эффект реакции и изменение цвета порошка. Напишите уравнение реакции,

учитывая, что, кроме полутораокиси хрома Cr2O3, получается молекулярный азот и пары воды. Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

12

Опыт 3. Получение тригидроксида хрома и изучение его свойств

Получите в двух пробирках тригидроксид хрома взаимодействием растворов соответствующей соли хрома и гидроксида натрия. Отметьте цвет и характер осадка. В одну из пробирок добавьте избыток раствора гидроксида натрия, в другую несколько капель раствора кислоты. Что происходит с осадком? Какие растворимые вещества получились в каждом случае?

Напишите в ионной и молекулярной форме уравнения всех реакций и уравнение диссоциации тригидроксида хрома. С гидроксидом какого ранее изученного элемента он имеет сходство? Как называются полученные в растворе соли? Полученный раствор сохраните для опыта 5.

Опыт 4. Гидролиз солей хрома (III)

а) Гидролиз сульфата хрома. В пробирку с раствором нейтрального лакмуса (5—10 капель) опустите несколько кристаллов сульфата хрома и размешайте стеклянной палочкой до полного растворения соли. Отметьте изменение окраски раствора лакмуса и напишите уравнение реакции гидролиза,

объясняющее это изменение, учитывая, что гидролиз идет только по первой ступени.

Объясните, почему гидролиз этой соли не идет до конца. Прибавление каких веществ уменьшит степень гидролиза? Как изменится характер гидролиза этой соли, если к ее раствору прибавить раствор карбоната натрия? Проверьте ваш ответ на опыте и запишите уравнения совместного гидролиза сульфата хрома и карбоната натрия по фазам и в общей форме.

б) Гидролиз солей иона Сr3+. Опытным путем проверьте, будут ли сосуществовать в растворе следующие пары ионов: Сr3+ и СО32-; Сr3+ и S2-.

Напишите соответствующие реакции в молекулярном и ионном виде. Похоже ли поведение иона Cr(III) в реакциях гидролиза на ион Аl(III)? Определите рН растворов ацетата, предварительно его получив, и хлорида хрома (III). Какая из этих солей подвергается более глубокому гидролизу? Напишите ионные и

молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

13

Опыт 5. Переход хрома (III) в хром (VI)

В пробирку с хромитом натрия, полученным в опыте 3, прибавьте 1—2

капли раствора щелочи и 3—5 капель 3%-ного раствора пероксида водорода.

Напишите уравнение реакции перехода хромита натрия в хромат в щелочной среде. На основании данного опыта решите вопрос: H2O2 или хромат-ион CrO42- имеет более положительный окислительно-

восстановительный потенциал? Проверьте свой ответ по таблице стандартных электродных потенциалов.

Опыт 6. Условия существования в растворе хроматов и дихроматов

а) Превращение хроматов в дихроматы. В пробирку поместите 4 – 5

капель раствора хромата калия К2СrО4 Каков цвет раствора хромата калия,

характерный для ионов СrО42-? Прибавьте несколько капель раствора серной кислоты. Каков цвет полученного дихромата калия, обусловленный ионами

Сr2О72-?

Напишите уравнение реакции в молекулярной и ионной форме, учитывая,

что процесс обратим. При каких значениях рН существуют в растворе дихроматы?

б) Превращение дихроматов в хроматы. Учитывая обратимость процесса, исследованного в предыдущем опыте, определите смещение ионного равновесия в этой системе при добавлении кислоты и при добавлении щелочи.

Какого порядка рН следует создать в растворе, чтобы произошло превращение ионов Сr2О72- в ионы СrО42-? Проверьте ваше предположение опытом.

Напишите уравнение реакции перехода дихромата калия в хромат.

Опыт 7. Окислительные свойства соединений хрома с

окислительным числом +6

В пробирку внесите 6 – 7 капель раствора дихромата калия, 2 – 3 капли раствора серной кислоты и 3 – 4 капли иодида калия. Как изменилась окраска

раствора?

14

Напишите уравнение реакции. Укажите, каким реактивом можно

обнаружить получение свободного иода.

Опыт 8. Получение гидроксида хрома (II) и его свойства

К раствору CrCl2, полученному в опыте 1; прилейте несколько капель 2 н

гидроксида натрия до выпадения осадка, затем добавьте избыток NaOH.

Растворяется ли гидроксид хрома (II) в избытке NaOH? Напишите уравнения реакций.

Опыт 9. Получение сульфида хрома (II) и (III)

К раствору CrCl2; добавьте несколько капель сульфида натрия или сульфида аммония. Выпадает ли осадок CrS? Образуется ли сульфид хрома (III)

в аналогичных условиях? Напишите соответствующие реакции.

Опыт 10. Получение ацетата хрома (II)

К раствору CrCl2; полученному в опыте 1, прилейте несколько капель насыщенного раствора ацетата натрия и наблюдайте появление розово-красной окраски – Cr(CH3COO)2.

Опыт 11. Растворимость хроматов

В три пробирки прилейте по 5 капель хромата калия, добавьте в одну пробирку хлорида магния, в другую – хлорида меди, в третью – хлорида бария.

Что можно сказать о растворимости хроматов в воде?

Лабораторная работа №3

ЖЕЛЕЗО

Приборы и реактивы. (Полумикрометод.) Железо (стружка). Цинк

(гранулированный). Гексагидрат сульфата аммония-железа (II) (соль Мора).

Хлорид железа (III). Сероводородная вода. Лакмус (нейтральный раствор).

15

Растворы: соляной кислоты (2 н.), серной кислоты (2 н. и пл. 1,84 г/см3),

азотной кислоты (2 н.), ортофосфорной кислоты (2 н.), едкой щелочи (2 н.),

пероксида водорода (3%-ный), гексациано-(II)феррата калия (0,5 н.), роданида калия (или аммония) (0,01 н.), хлорида железа (111) (0,5 н.), перманганата калия

(0,5 н.), нитрата серебра , иодида калия (0,5 н.), сульфида аммония (0,5 н.).

Опыт 1. Взаимодействие железа с кислотами

Налейте в четыре пробирки по пять капель кислот: 2 н. HCl, 2 н. H2SO4,

концентрированной H2SO4 (пл. 1,84 г/см3), 2 н. HNO3 . В каждую пробирку внесите кусочек железной стружки. Пробирку с концентрированной серной кислотой нагрейте. Затем добавьте во все растворы по капле 0,01 н. раствора роданида калия или аммония, которые образуют с ионами железа (III) соль

Fe(SCN)3, интенсивно окрашенную в красный цвет. В каких пробирках образовались ионы Fe3+?

В тех кислотах, где не произошло окрашивания раствора в красный цвет,

при растворении железа образуются ионы Fe2+ .

Чем объясняется, что при взаимодействии железа с серной кислотой разной концентрации образуются ионы железа различной степени окисления?

Запишите уравнения реакций растворения железа в различных кислотах и укажите в каждом случае окислитель.

Опыт 2. Получение дигидроксида железа и его окисление кислородом

воздуха

В солях железа (II) вследствие частичного окисления на воздухе всегда присутствуют в небольшом количестве ионы железа (III). Поэтому для изучения свойств железа (II) следует брать кристаллическую двойную соль:

гексагидрат сульфата аммония-железа (II) (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O (соль Мора) и

для каждого опыта готовить свежий раствор, растворяя два микрошпателя этой соли в 5 – 6 каплях воды. Двойная соль Мора в растворе полностью

16

диссоциирует на все составляющие ионы, поэтому в уравнениях реакций можно записывать лишь формулу сульфата двухвалентного железа.

Поместите в пробирку три капли раствора соли Мора и добавьте по каплям 2н. раствор щелочи до выпадения зеленоватого осадка частично окислившегося дигидроксида железа. Перенесите часть осадка в другую пробирку и проверьте, взаимодействует ли он с 2 н. соляной кислотой.

Какие свойства проявляет в этой реакции дигидроксид железа? Остальной осадок перемешайте стеклянной палочкой и наблюдайте через несколько минут побурение вследствие образования тригидроксида железа. Запишите уравнения образования дигидроксида железа и его окисления в тригидроксид под действием кислорода воздуха и воды.

Опыт 3. Характерные реакции на ионы железа

а) Взаимодействие солей железа (II) с гексациано-(III)ферратом

калия. Приготовьте в пробирке раствор соли Мора (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O и

добавьте каплю раствора гексациано-(III)феррата калия (красной кровяной соли

K3[Fe(CN)6]. Отметьте цвет осадка, напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде и дайте рациональное наименование полученному веществу, известному под названием турнбулева синь.

б) Взаимодействие солей железа (III) с гексациано-(II)ферратом

калия. Поместите в пробирку 2-3 капли раствора трихлорида железа и добавьте одну каплю раствора гексациано-(II)феррата калия (желтой кровяной соли)

K4[Fe(CN)6]. Отметьте цвет осадка, напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде и дайте химическое наименование полученному веществу, известному под названием берлинская лазурь.

в) Взаимодействие солей железа (III) с роданидом калия (или

аммония). Поместите в пробирку 2 – 3 капли раствора трихлорида железа и добавьте каплю 0,01 н. раствора роданида калия (или аммония). Такой же опыт проделайте со свежеприготовленным раствором соли Мора и убедитесь, что

17

интенсивное красное окрашивание характерно только для роданида железа (III).

Напишите уравнение реакции в молекулярном виде.

Опыт 4. Восстановительные свойства железа (II)

а) Восстановление перманганата калия. Поместите в пробирку 5

капель раствора перманганата калия и 2 капли 2 н. раствора серной кислоты.

Внесите в раствор один микрошпатель гексагидрата сульфата аммония-железа

(II) (соли Мора). Обесцвечивание раствора происходит вследствие восстановления фиолетового иона MnO4- в кислой среде до практически бесцветного в разбавленных растворах иона марганца (II). Напишите уравнение реакции.

б) Восстановление пероксида водорода. Приготовьте в двух пробирках раствор соли Мора. В одну добавьте 3 капли 2 н. раствора серной кислоты и 3

капли 3%-ного раствора пероксида водорода H2O2 , а затем в обе пробирки – по одной капле 0,01 н. раствора роданида калия (или аммония). В какой пробирке обнаруживаются ионы железа (III)? Восстановите пероксид водорода солью Мора (NH4)2SO4·FeSO4·6H2O в щелочной среде. Что представляет собой выпадающий осадок? Напишите уравнения обеих окислительно-

восстановительных реакций.

в) Восстановление нитрата серебра. Приготовьте в двух пробирках раствор соли Мора. В одну из них добавьте равный объем раствора нитрата серебра и слегка нагрейте на пламени горелки (не доводя до кипения). Что наблюдается? Охладите пробирку и добавьте в нее и в контрольную пробирку по капле 0,01 н. раствора роданида калия (или аммония). В какой пробирке появляется окрашивание и почему? Напишите уравнение восстановления нитрата серебра до металлического серебра сульфатом железа (II).

Опыт 5. Получение тригидроксида железа и иследование его свойств

Внесите в две пробирки по пять капель раствора трихлорида железа и

добавьте по три капли 2 н. раствора щелочи до получения бурого осадка

18

тригидроксида железа. Испытайте полученный гидроксид на растворимость в 2

н. кислоте и щелочи.

Слабые кислотные свойства тригидроксида железа не проявляются при взаимодействии с растворами щелочей и лишь при сплавлении со щелочами или карбонатами образуются соли железистой кислоты, называемые ферритами. Ферриты нацело гидролизуются водой и потому не могут существовать в растворе.

Напишите уравнения реакций: а) взаимодействия трихлорида железа с раствором щелочи; б) растворения тригидроксида железа в кислоте; в)

образования ферритов при сплавлении Fe2O3 с KOH и с Na2CO3; г) гидролиза феррита. К какой группе гидроксидов относится тригидроксид железа?

Опыт 6. Окислительные свойства железа (III)

а) Окисление иодида калия. В пробирку с тремя каплями раствора FeCl3

добавьте 1-2 капли раствора иодида калия. Как окрашивается раствор? Почему?

Напишите уравнение реакции.

б) Окисление цинка. В пробирку с тремя каплями раствора FeCl3

внесите кусочек цинка. Что наблюдается на поверхности цинка? Напишите уравнение реакции.

Лабораторная работа №4

МАРГАНЕЦ

Приборы и реактивы. (Полумикрометод.) Фарфоровый тигель. Сетка асбестированная. Плитка электрическая. Пинцет. Стеклянная палочка.

Фильтровальная бумага. Едкий натр. Нитрат калия (или натрия). Перманганат калия. Сульфит натрия. Сульфат железа (II) (соль Мора). Двуокись марганца.

Сульфат марганца. Лакмусовая бумажка (синяя). Растворы: едкого натра (2 н.),

соляной кислоты (2 н.), серной кислоты (2 н., конц.), сульфида аммония (0,5 н.),

иодида калия (0,5 н.), пероксида водорода (10%-ный), сульфата железа (II),

19

гексациано-(II)феррата калия (0,5 н.), перманганата калия (0,5 н.), сульфата марганца (0,5 н.).

Опыт 1. Дигидроксид марганца, его получение и свойства

В три пробирки внесите по 3 – 5 капель раствора сульфата марганца (II) и

по 3 – 4 капли 2 н. раствора щелочи. Отметьте цвет осадка в первый момент.

Встряхните пробирку с осадком и оставьте стоять в штативе на некоторое время. В две-другие пробирки к осадку прилейте по 2 – 4 капли; в первую – 2 н.

раствора соляной кислоты, во вторую – 2 н. раствора щелочи. Что наблюдается в каждом случае? Какие свойства – основные, кислотные или амфотерные – проявляет дигидроксид марганца? Как изменился цвет осадка в первой пробирке? Отметьте неустойчивость дигидроксида марганца на воздухе.

Напишите уравнения реакций: а) получения дигидроксида марганца, б)

взаимодействия его с кислотой, в) окисления дигидроксида марганца до тетрагидроксида кислородом воздуха с участием воды.

Опыт 2. Действие на соли марганца (II) сульфида аммония

В пробирку внесите 3 - 5 капель раствора соли марганца (II), добавьте 3 – 5 капель раствора сульфида аммония или натрия .Отметьте наблюдаемые явления. Напишите уравнение реакции образования осадка сульфида марганца и укажите его цвет.

Осадок сульфида марганца (II) размешайте стеклянной палочкой: он буреет вследствие окисления кислородом воздуха. Напишите уравнение реакции, учитывая, что получается тетрагидроксид марганца и свободная сера.

Реакция протекает с участием воды.

Опыт 3. Восстановительные свойства соединений марганца (II)

а) Взаимодействие с пероксидом водорода в щелочной среде.

К раствору сульфата марганца (II) (3 – 5 капель) добавьте 2 – 3 капли

раствора щелочи и 3 – 4 капли раствора пероксида водорода. Смесь нагрейте до

20