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

Опыт 1. Растворение цинка в кислотах и щелочах

Поместите в пробирку 4 – 5 капель 2 н. раствора серной кислоты,

добавьте один микрошпатель цинковой пыли и подогрейте. Какой газ выделяется? То же проделайте с концентрированной серной кислотой (пл. 1,84

г/см3). Определите по запаху, какой газ выделяется. Почему разбавленная и концентрированная серная кислота по-разному реагируют с цинком?

Проверьте растворимость цинка в 2 н. растворах соляной кислоты и едкой щелочи. Напишите уравнения всех проделанных реакций и названия всех полученных солей цинка.

Опыт 2. Получение гидроксидов цинка и кадмия и исследование их

свойств

В две пробирки налейте по 3 – 4 капли раствора соли цинка, в две другие – раствора соли кадмия. В каждой пробирке получите белые студенистые осадки гидроксидов, добавляя по каплям 2 н. раствор едкой щелочи. Проверьте, растворяются ли полученные гидроксиды в разбавленной кислоте и в избытке щелочи.

Напишите уравнения реакций ко всем проделанным опытам в молекулярной и ионной форме. Какие свойства обнаруживают гидроксиды?

Объясните различие в свойствах гидроксидов цинка и кадмия и запишите уравнения их диссоциации.

Опыт 3. Получение комплексных соединений цинка и кадмия

Поместите в одну пробирку две капли раствора соли цинка, в другую – раствора соли кадмия и добавьте в каждую по две капли 2 н. раствора гидроксида аммония. Какие вещества выпадают в осадок? Прибавляйте в обе пробирки по каплям раствор гидроксида аммония до полного растворения осадков.

Учитывая, что для обоих ионов-комплексообразователей характерное

координационное число равно 4, напишите уравнения реакций для

31

проделанных опытов, уравнения диссоциации полученных комплексных соединений, а также комплексных ионов и выражения констант их нестойкости. Назовите полученные соединения. Найдите в таблицах величины констант нестойкости. Какой комплексный ион прочнее: [Zn(NH3)4]2+ или

[Cd(NH3)4]2+? Чем это можно объяснить?

Лабораторная работа №8

ОЛОВО

Приборы и реактивы. Пробирки. Штатив для пробирок. Стеклянная палочка. Пипетка. Олово (гранулированное). Хлорид олова (II). Растворы:

хлорида олова (II) (0,5 н.), гексациано-(III)феррата калия (0,5 н.), хлорида железа (III) (0,5 н.), дихромата калия (0,5 н.), соляной кислоты (2 н., конц. пл. 1,19 г/см3), серной кислоты (2 н., конц. пл. 1,84 г/см3), азотной кислоты (2 н.,

конц. пл. 1,4 г/см3), гидроксида натрия.

Опыт 1. Взаимодействие олова с кислотами

Впять пробирок положите по маленькому кусочку металлического олова.

Впервую добавьте 5 – 10 капель 2 н. раствора соляной кислоты. Энергично ли идет реакция? Напишите уравнение реакции, протекающей с образованием дихлорида олова. Изменится ли характер реакции при взаимодействии олова с концентрированной соляной кислотой.

Во вторую пробирку добавьте 2 н. серной кислоты, в третью –

концентрированной (пл. 1,84 г/см3): в одну из оставшихся – разбавленной азотной кислоты, в другую – концентрированной (пл. 1,4 г/см3). Отметьте, что наблюдается в каждом случае. Напишите соответствующие уравнения реакции,

учитывая, что в ряду напряжений олово расположено до водорода (нормальный электродный потенциал Sn2+/Sn0 = – 0,136 в). Поэтому при взаимодействии олова с соляной и разбавленной серной кислотами выделяется водород и образуется соответствующая соль олова (II).

32

При взаимодействии олова с концентрированной серной кислотой олово окисляется до Sn (IV), образуя сульфат олова Sn(SO4)2. Серная кислота восстанавливается при этом до диоксида серы SO2. При взаимодействии олова с разбавленной азотной кислотой продуктами реакции являются оксиды азота,

главным образом NO, и нитрат олова (II) – Sn(NO3)2. На холоду с очень разбавленной азотной кислотой олово также окисляется до Sn (II),

восстанавливая азотную кислоту до нитрата аммония. Концентрированной азотной кислотой олово окисляется до оловянной кислоты сложного состава хSnO2·yH2O, которая выделяется в виде белого осадка. В уравнении реакции пишите простейшую формулу метаоловянной кислоты Н2SnO3.

Опыт 2. Свойства дигидроксида олова

В две пробирки с раствором дихлорида олова SnCl2 (3-5 капель) добавьте по 5-6 капель 2 н. раствора щелочи до появления белого осадка. Исследуйте свойства полученного гидроксида олова. Для этого в одну пробирку добавьте 3-

5 капель 2 н. раствора соляной кислоты, в другую – столько же 2 н. едкого натра. Встряхните пробирки. Что происходит с осадком в обоих случаях? Какой вывод можно сделать о характере дигидроксида олова?

Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций: а)

получения гидроксида олова, б) взаимодействия его с кислотой и щелочью.

Укажите названия полученных соединений олова. Напишите схему сложного равновесия диссоциации амфотерного гидроксида олова. Пользуясь этой схемой, объясните растворение гидроксида в кислоте и щелочи. Как изменяется концентрация катиона Sn2+ и аниона SnO22- в каждом случае?

Опыт 3. Гидролиз солей олова (II)

Вследствие того, что амфотерный гидроксид олова является слабым основанием и слабой кислотой, все соли олова в водных растворах гидролизованы. Убедитесь в этом на следующем опыте. 2-3 кристаллика сухой

соли дихлорида олова SnCl2 поместите в пробирку, добавьте 2-3 капли воды и,

33

помешивая стеклянной палочкой, растворите соль. К полученному прозрачному раствору добавьте еще несколько капель воды до образования белого осадка хлорида гидроксоолова SnOНCl. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакции гидролиза дихлорида олова. Как повлияло на степень гидролиза соли добавление воды? Добавлением какого реактива можно уменьшить степень гидролиза этой соли? Проверьте свое заключение опытом.

Что при этом наблюдается?

Опыт 4. Восстановительные свойства иона Sn2+

а) Восстановление железа (III). В две пробирки внесите по 1 – 3 капли растворов трихлорида железа и гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] и по

5 – 10 капель воды. Отметьте окраску полученного раствора. Одну пробирку сохраните для сравнения в качестве контрольной. В другую пробирку добавьте

2 – 4 капли раствора дихлорида олова. Как изменилась окраска по сравнению с первоначальной? Чем это можно объяснить?

Напишите уравнения реакций восстановления трихлорида железа оловом

(II) и взаимодействия получившегося дихлорида железа с K3[Fe(CN)6]. Для первой реакции составьте схему перехода электронов.

б) Восстановление дихромата калия. Внесите в пробирку 5 – 10 капель раствора соли дихлорида олова и 4 – 5 капель соляной кислоты. К полученному раствору постепенно, по одной капле добавляйте дихромат калия. Наблюдайте появление в растворе зеленой окраски, характерной для ионов Cr3+. Пользуясь электронной схемой, напишите уравнения окислительно-восстановительной реакции между дихлоридом олова и дихроматом калия в присутствии соляной кислоты.

Лабораторная работа №9

СВИНЕЦ

Приборы и реактивы. Штатив для пробирок. Стеклянная палочка. Цинк

(пластинка или гранулированный). Алюминий (пластинка или палочка).

34

Свинец. Медь. Растворы: серной кислоты (2 н.); соляной кислоты (2 и 4 н., пл. 1,19 г/см3), азотной кислоты (2 н.), гидроксида натрия (2 н.), нитрата свинца (0,5

н.), ацетата свинца (0,5 н.), хлорида натрия (0,5 н.), ацетата натрия (0,5 н.),

сульфида натрия, карбоната натрия (0,5 н.), хромата калия (0,5 н.), иодида калия

(0,5 н.).

Опыт 1. Получение свинца из его соединений (вытеснение свинца из

раствора его соли более активными металлами)

Возьмите две пробирки с 5 – 6 каплями раствора соли свинца и опустите в одну из них на нитке пластинку цинка, во вторую – хорошо очищенную пластинку алюминия. Отметьте появление кристаллов свинца на поверхности взятых металлов. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Найдите в таблицах величины стандартных потенциалов для А1, Zn, Pb и

сопоставьте с результатами опыта. Сравнив стандартные потенциалы Pb и Cu,

решите вопрос, можно ли получить металлический свинец, действуя на раствор его соли медью? Проверьте заключение на опыте.

Опыт 2. Малорастворимые соли свинца (II)

Приготовьте в штативе шесть пробирок, налейте в них по 3 – 4 капли раствора нитрата свинца и добавьте по такому же количеству растворов следующих солей: в первую – хлорида натрия NaCl, во вторую – сульфата натрия Na2SO4, в третью – хромата калия K2CrO4, в четвертую – ацетата натрия

CH3COONa, в пятую – сульфида натрия Nа2S, в шестую – карбоната натрия

Na2CO3. Отметьте, в какой из пробирок не выпал осадок и каков цвет каждого осадка.

Напишите в ионной форме уравнения реакций получения малорастворимых солей свинца, учитывая, что осадок, полученный в последней пробирке, является основной солью свинца Pb(OH)2·2PbCO3 и образуется при участии в реакции воды.

35

Опыт 3. Отношение свинца к разбавленным кислотам

Втри пробирки положите по кусочку свинца величиной с просяное зерно

иприлейте по 5 – 8 капель 2 н. растворов кислот: в одну – соляной, во вторую –

серной, в третью – азотной. Что наблюдается? Нагрейте пробирки. Во всех ли пробирках идет реакция? По охлаждении растворов добавьте к ним по 2 – 3

капли раствора иодида калия – реактива на ион свинца Pb2+. В какой из пробирок выпал желтый осадок иодида свинца?

На основании опыта сделайте вывод, в какой кислоте практически растворяется свинец? Выделение какого газа наблюдается при растворении свинца? Напишите уравнения реакций растворения свинца в кислоте и получения иодида свинца. Почему свинец практически не растворяется в соляной и серной кислотах?

Опыт 4. Получение дигидроксида свинца и изучение его свойств

В две пробирки с раствором соли свинца (по 2 – 3 капли в каждой)

внесите по каплям раствор гидроксида натрия до выпадения осадка дигидроксида свинца. Отметьте цвет и аморфное состояние осадка. Растворите осадок, добавляя растворы: в первую пробирку – кислоты, во вторую – щелочи.

Какая соль свинца была взята для опыта? В какой кислоте растворили осадок дигидроксида свинца?

Напишите молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций и уравнение диссоциации дигидроксида свинца. В виде каких ионов может существовать свинец в растворе при рН 2 и при рН 9? Какой вывод о химическом характере дигидроксида свинца можно сделать из опыта?

Лабораторная работа № 10

АЛЮМИНИЙ.

Приборы и реактивы. (Полумикрометод.) Штатив с пробирками.

Наждачная бумага. Алюминий (порошок и полоска или проволока). Сера

36

(порошок). Сульфат калия. Хлорид аммония. Растворы: лакмуса (нейтральный),

едкого натра (2 н.), соляной кислоты (2 н. и пл. 1,19 г/см3), серной кислоты (2

н., пл. 1,84 г/см3), азотной кислоты (2 н. и пл. 1,4 г/см3), хлорида алюминия (0,5

н.), сульфата алюминия (0,5 н.), нитрата ртути (0,5 н.), хлорида меди (0,5 н.),

сульфида аммония или натрия (0,5 н.), карбоната натрия (0,5 н.).

Опыт 1. Действие кислот на алюминий

а) Взаимодействие алюминия с соляной и серной кислотой,

разбавленной и концентрированной. В три пробирки положите по кусочку металлического алюминия и добавьте по 5 – 10 капель: в первую – 2 н. раствора соляной кислоты, во вторую – 2 н. раствора серной кислоты и в третью – концентрированной серной кислоты (пл. 1,84 г/см3).

Сравните активность взаимодействия алюминия с соляной и серной кислотами на холоду. Подогрейте пробирки с разбавленными кислотами. Какой газ выделяется в обоих случаях на холоду и при нагревании? Напишите соответствующие уравнения реакций. По запаху установите выделение SO2 при взаимодействии алюминия с концентрированной серной кислотой на холоду.

Осторожно нагрейте пробирку. Наблюдайте появление мути (выделение свободной серы). Напишите уравнения соответствующих реакций. Имеет ли значение концентрация соляной кислоты при ее взаимодействии с алюминием?

Почему?

б) Действие концентрированной азотной кислоты на алюминий

(пассивация алюминия). Кусочек алюминиевой проволоки очистите наждачной бумагой, опустите в пробирку и прилейте 5 – 10 капель концентрированной азотной кислоты (пл. 1,4 г/см3). Реагирует ли алюминий с концентрированной азотной кислотой на холоду? Через 3-5 минут вылейте кислоту из пробирки и осторожно, не встряхивая металла, промойте его 2 – 3

раза водой, после чего внесите в пробирку 5-10 капель концентрированной соляной кислоты. Реагирует ли теперь алюминий с соляной кислотой, как в

37

предыдущем опыте? Отметьте пассивирующее действие концентрированной азотной кислоты на алюминий.

Слейте соляную кислоту с металла, снова промойте его водой и прилейте

5 – 10 капель концентрированной азотной кислоты. Осторожно нагрейте пробирку на маленьком пламени горелки и отметьте взаимодействие алюминия с азотной кислотой при нагревании. Какой газ выделяется? Напишите уравнение реакции взаимодействия алюминия с концентрированной азотной кислотой при нагревании.

Опыт 2. Взаимодействие металлического алюминия со щелочью

Маленький кусочек алюминия поместите в пробирку и добавьте к нему 5

– 10 капель 2 н. раствора щелочи. Легко ли алюминий растворяется в щелочи?

Обратите внимание на механизм растворения.

В чистой воде при обычной температуре металлический алюминий практически не растворяется, так как от действия воды его поверхность быстро пассивируется, покрываясь прочной оксидной пленкой Al2O3. В щелочи эта пленка оксида алюминия легко растворяется с образованием алюмината

NaAlO2.

Реакция притекает по следующей схеме:

a)Al(амальгамма)+H2O→H2+Al2O3 (или Al(OH)3)

b)Al2O3+NaOH→NaAlO2+H2O

Напишите суммарное уравнение реакции и подберите коэффициенты.

Опыт 3. Естественная защита алюминия от коррозии и разрушение

защитной пленки

Маленький кусочек алюминия (поверхность 1 – 2 см3) очистите наждачной бумагой, промойте дистиллированной водой и высушите фильтрованной бумагой. В пробирку налейте около половины ее объема дистиллированной воды и опустите в нее приготовленную пластинку.

Выделяется ли водород? Осторожно, чтобы не раздавить пробирку, потрите

38

поверхность алюминия стеклянной палочкой. Выделяется ли газ? Почему не наблюдается заметной коррозии алюминия?

Вылейте воду из пробирки и выньте из нее алюминий. Вытрите его досуха и положите на бумагу. Смочите поверхность алюминия одной каплей раствора соли ртути Hg2(NO3)2. Через 2 – 3 мин удалите раствор соли ртути фильтрованной бумагой и снова опустите алюминий в пробирку с дистиллированной водой. Что наблюдается? Потрите поверхность алюминия стеклянной палочкой. Наблюдайте энергичную реакцию алюминия с водой и выделение водорода.

Проявление активности алюминия в данном случае объясняется тем, что при его взаимодействии с солью ртути алюминий восстанавливает ртуть и образует с ней амальгаму на поверхности металла. Это нарушает плотную структуру защитной пленки и дает возможность алюминию проявить свою химическую активность. Напишите уравнения реакций: а) взаимодействия алюминия с нитратом ртути Hg2(NO3)2; б) взаимодействия алюминия с водой.

Укажите окислитель и восстановитель в этих реакциях.

Опыт 4. Активирующее действие хлорид-иона на разрушение

защитной пленки

Ион СI– сильно активизирует процесс коррозии. В его присутствии разрушение защитной пленки окиси алюминия усиливается, и коррозия протекает более энергично.

В две пробирки положите по кусочку алюминия и добавьте в одну из них

5 – 10 капель раствора сульфата меди, в другую – столько же раствора хлорида меди. Отметьте различный результат в обоих случаях: в первой пробирке алюминий остается почти без изменения, во второй он быстро покрывается налетом меди.

39

Опыт 5. Получение гидроксида алюминия и исследование его

свойств

В две пробирки поместите по 4 – 6 капель раствора соли алюминия и осторожно добавьте в каждую по 1 – 3 капли 2 н. раствора едкого натра до образования осадка гидроксида алюминия. К полученному осадку прибавьте: в

одну пробирку 3 – 5 капель 2 н. раствора соляной кислоты, в другую – такое же количество 2 н. раствора едкого натра. Что наблюдается в обоих случаях?

Щелочной раствор сохраните для опыта 5. Какой вывод о свойствах гидроксида алюминия можно сделать? Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения: а) реакции получения гидроксида алюминия; б) реакции взаимодействия гидроксида алюминия с кислотой и щелочью; в) схему равновесия диссоциации гидроксида алюминия.

Укажите названия соединений алюминия, полученных при растворении гидроксида в кислоте и в щелочи. Как смещается равновесие диссоциации гидроксида алюминия при добавлении избытка кислоты? При добавлении избытка щелочи? Как изменяются в каждом случае концентрации катиона А13+

и аниона AlO2 ?

Опыт 6. Гидролиз солей алюминия

а) Гидролиз сульфата или хлорида алюминия. В пробирку с нейтральным раствором лакмуса (8 – 10 капель) добавьте 1 – 2 кристалла или 2

– 3 капли раствора соли алюминия. Отметьте изменение окраски лакмуса и напишите молекулярное и ионное уравнения первой ступени гидролиза.

Почему гидролиз данной соли не идет до конца? Какие продукты получаются в результате реакции? Как можно уменьшить и усилить гидролиз этой соли?

б) Влияние карбоната натрия на гидролиз солей алюминия. К

раствору соли алюминия (5 – 8 капель) добавьте такой же объем раствора карбоната натрия. Наблюдайте образование осадка гидроксида алюминия и выделение газа. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций

гидролиза соли алюминия в растворе, содержащем карбонат натрия.

40