Химия переходных элементов. Учебное пособие

7. Практика изучения химических свойств простых веществ…

Лабораторная работа 4: «Соединения марганца»

Задание для подготовки к лабораторной работе

1.Дайте общую характеристику элементов подгруппы марганца.

2.Укажите формы природных минералов этих элементов.

3.Приведите способы получения простых веществ подгруппы марганца.

4.Сколько аллотропных форм марганца известно? Опишите строение их кристаллических решеток.

5.Опишите физико-химические свойства простых веществ, их отношение к О2 воздуха, воде, кислотам и щелочам.

6.Укажите значения электродных потенциалов восстановления. Установите последовательность уменьшения химической активности металлов.

7.Напишите формулы всех оксидов марганца и сопоставьте их свойства.

8.Приведите константы диссоциации гидроксида марганца

(II)по кислотному и основному типу. Сделайте вывод о кислотноосновных свойствах гидроксида.

9.Как и почему изменяются свойства гидроксидов марганца по мере роста степени окисления центрального иона?

10.Как можно получить оксид марганца (IV)? Какие вещества могут быть получены при прокаливании диоксида марганца при разных температурах? Какое строение имеет Мn3O4?

11.Какими свойствами обладают соли марганца (II)?

12.Какие комплексные соединения марганца (III) и (IV) известны? Укажите возможные способы их синтеза.

13.Сопоставьте свойства оксидов и гидроксидов марганца (VII) и хлора (VII).

14.Что такое марганцовка и где ее применяют?

15.Осуществитецепочкупревращений:MnO2 →[Mn(OH2)6]Cl2 → KMnO4 → K2MnO4 → KMnO4 → MnO2.

Опыт 1. Гидроксид марганца (II)

1.1. Получите гидроксид марганца, приливая раствор щелочи к раствору соли марганца (II). Перемешивать раствор не нужно! По-

41

Химия переходных элементов

чему? Отметьте первоначальный цвет осадка. Изучите отношение полученного гидроксида марганца (II) к раствору кислоты, концентрированному раствору щелочи и кислороду воздуха (для этого интенсивно перемешайте осадок стеклянной палочкой). Напишите уравнения реакций.

1.2. В две пробирки поместите по 0,5–1 мл полученного в опыте 1.1 гидроксида марганца (II) и 1 мл 1 М раствора щелочи. В первую пробирку прилейте раствор бромной воды, во вторую – раствор пероксида водорода. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.

Сделайте выводы по кислотно-основным и окислительно-вос- становительным свойствам гидроксида марганца (II).

Опыт 2. Свойства солей марганца (II)

2.1.К раствору соли марганца (II) прилейте раствор сульфида аммония. Данная реакция является качественной на ионы Mn2+. Отметьте цвет образовавшегося осадка. Что с ним происходит при стоянии на воздухе? Напишите уравнения реакций.

2.2.Налейте в пробирку раствор персульфата аммония, подкисленный азотной кислотой, добавьте 1 каплю раствора нитрата серебра и 2–3 капли разбавленного раствора нитрата марганца. Как изменяется цвет раствора? Какова роль нитрата серебра?

Опыт 3. Получение и свойства оксалата марганца

К 50 мл насыщенного раствора сульфата марганца прилейте 100 мл насыщенного раствора оксалата калия или натрия. Что происходит? Напишите уравнение реакции. Когда закончится образование осадка, отфильтруйте его на воронке Бюхнера, промойте на фильтре водой и затем тщательно высушите в сушильном шкафу при температуре 100–110 °С.

Сухой оксалат марганца поместите в пробирку и прокалите на спиртовке, постоянно встряхивая. Что наблюдается? Высыпьте содержимое пробирки с большой высоты маленькими порциями. Что происходит? Напишите уравнения реакций, объясните наблюдаемое явление.

Опыт 4. Оксид марганца (IV)

Опыт проводится в вытяжном шкафу.

42

7. Практика изучения химических свойств простых веществ…

Изучите отношение диоксида марганца к концентрированным растворам серной и соляной кислот. Пробирку с серной кислотой и диоксидом марганца нагревайте до интенсивного выделения газа. Докажите, что выделяющийся газ – кислород.

Опыт 5. Получение соединений марганца (V)

Опыт проводится в вытяжном шкафу.

В пробирку поместите 5 г гранулированного гидроксида натрия или калия, добавьте несколько капель свежего раствора перманганата калия. Пробирку нагрейте на пламени горелки до плавления щелочи. Полученный плав окрашивается в интенсивно-си- ний цвет за счет образования соединений марганца (V). Напишите уравнение реакции.

Опыт 6. Получение манганата (VI) калия

Сплавьте 2 г КОН, 4 г К2СО3 и 6 г KNO3 в фарфоровом тигле. Внесите в расплав несколько крупинок диоксида марганца. Продолжайте нагревание смеси до изменения ее цвета на темно-зеленый. После охлаждения растворите продукт в 5 %-ном растворе КОН. Прозрачный раствор слейте в колбу, закройте пробкой (почему?) и сохраните для опыта 7. Каков цвет раствора? Напишите уравнение реакции.

Опыт 7. Свойства манганатов (VI)

7.1.Налейте в две пробирки по 1 мл раствора манганата (VI) калия, полученного в опыте 6. В одной пробирке раствор сильно разбавьте водой при энергичном перемешивании. Что и почему происходит с окраской раствора? В другую прилейте 2 мл воды и

пропустите ток СО2. Почему раствор мутнеет и изменяет окраску? Напишите уравнения.

7.2.К 1 мл раствора манганата калия прибавьте 1 мл спирта, пробирку нагрейте. Что происходит? Напишите уравнение реакции.

7.3.1–2 мл раствора щавелевой кислоты нагрейте до кипения, прибавьте раствор манганата калия. Как изменяется цвет раствора? Напишите уравнение реакции, определив продукты восстановления манганата по окраске раствора.

43

Химия переходных элементов

7.4. К раствору манганата калия прилейте насыщенный раствор хлорида бария до образования осадка. Напишите уравнение реакции.

Проявляют ли манганаты восстановительные свойства? Например?

Опыт 8. Свойства перманганатов

Опишите процесс термического разложения перманганата калия по мере роста температуры системы, укажите причины смещения равновесий в сторону продуктов реакций с увеличением температуры обжига.

8.1.К 1 мл насыщенного раствора глюкозы добавьте 2–3 мл 40 %-ного раствора щелочи. К щелочному раствору глюкозы добавьте 0,5 мл концентрированного раствора перманганата калия. Растворы перемешайте и пробирку осторожно прогрейте. Как меняется цвет раствора? Напишите уравнение процесса.

8.2.В пробирке к 1 мл раствора перманганата калия прилейте 1 мл раствора сульфида калия, нагрейте. Как меняется окраска раствора? Что выпадает в осадок? Напишите уравнение исследованного процесса.

8.3.В пробирке к 1 мл раствора перманганата калия прилейте 1 мл раствора иодида калия, нагрейте. Как меняется окраска раствора? Выпадает ли осадок? Для определения присутствия (или отсутствия) в растворе йода прилейте крахмальный клейстер. Напишите уравнения реакций.

8.4.Налейте в три пробирки по 1 мл раствора перманганата калия, подкисленного серной кислотой, и добавьте в первую из них раствор сульфата железа (II), во вторую – раствор сероводорода и

втретью – раствор сульфита натрия. Как меняется цвет раствора? Напишите уравнения реакций.

Как и почему величина рН раствора влияет на характер восстановления перманганат-ионов?

8.5.К раствору сульфата марганца добавляйте по каплям раствор перманганата калия. Что наблюдается? Напишите уравнение реакции.

Опыт 9. Получение и свойства оксида марганца (VII)

Опыт проводить под тягой, в присутствии преподавателя!

44

7. Практика изучения химических свойств простых веществ…

Несколько кристаллов перманганата калия разотрите в ступке и поместите в небольшую фарфоровую чашку. При помощи длинной пипетки смочите соль несколькими каплями 96 %-ного раствора серной кислоты. Смесь осторожно перемешайте длинной стеклянной палочкой. Что при этом образуется? Количества реагентов увеличивать нельзя!

Смочите чистую сухую стеклянную палочку приготовленной смесью и поднесите ее к спиртовке. Что происходит? Если спиртовка не загорелась, повторите опыт, взяв новую чистую и сухую палочку. Напишите уравнения реакций.

Лабораторная работа 5: «Железо, кобальт, никель»

Задание для подготовки к лабораторной работе

1.Дайте общую характеристику элементов триады железа.

2.Укажите формы природных минералов этих элементов и проявляемые ими в соединениях степени окисления.

3.Объясните изменение стабильности соединений в рядах: Fe2+ – Co2+ – Ni2+, Fe3+ – Co3+ – Ni3+, Fe2+ – Fe3+, Co2+ – Co3+, Ni2+ – Ni3+.

4.Приведите способы получения простых веществ триады железа.

5.Опишите физико-химические свойства простых веществ, их

отношение к О2 воздуха, воде, кислотам и щелочам, укажите значения электродных потенциалов данных элементов.

6.Какие химические процессы протекают при коррозии железа

исплавов на его основе?

7.Запишите уравнения реакций, доказывающих двойственный характер окислительно-восстановительных свойств ионов Fe2+, Со2+, Ni2+.

8.Как изменяются кислотно-основные свойства гидроксидов железа по мере роста в них заряда катиона Fen+?

9.Как изменяются окислительно-восстановительные и кислот- но-основные свойства гидроксидов (II) и (III) в триаде железа?

10.Какая из солей гидролизуется в большей степени: FeCl2 или

FeCl3?

11.Как получить натрия феррат (III)? Степень гидролиза выше

уакваили гидроксокомплексов железа (III)?

45

Химия переходных элементов

12.Как и почему изменяются величины произведений растворимости в ряду сульфидов железа, кобальта и никеля (II)?

13.Используя ТКП, предскажите, какие формы железа (II) и

(III)и кобальта (II) и (III) можно стабилизировать.

14.С точки зрения ТКП опишите цианидные комплексы железа (II) и кобальта (II). Объясните различную стабильность этих комплексов.

15.Сравните устойчивость октаэдрических и тетраэдрических комплексов кобальта (II).

16.Объясните изменение окраски при подкислении водного раствора СоСl2 концентрированной соляной кислотой.

17.Тетраэдрические или квадратные комплексы никеля (II) стабилизируются в сильном поле лигандов?

18.Одинаков ли состав берлинской лазури и турнбуллевой сини? Почему?

Опыт 1. Получение пирофорных форм железа, кобальта и никеля

К50 мл насыщенного раствора сульфатов железа (II), кобальта

(II)и никеля (II) прилейте 100 мл насыщенного раствора оксалата калия или натрия. Что происходит? Напишите уравнения ре-

акций. Когда осадок сформируется на дне стакана, отфильтруйте его, промойте на фильтре и затем высушите при Т < 100 °С.

Сухие оксалаты поместите в различные пробирки и прокалите, используя спиртовку. В процессе нагревания пробирки необходимо постоянно встряхивать. Что наблюдается? Высыпьте содержимое пробирки. Что происходит? Напишите уравнения реакций, объясните наблюдаемое явление.

Опыт 2. Гидроксид железа (II)

Для получения гидроксида железа (II) необходимо использовать бескислородную воду. Почему?

Приготовление бескислородной воды. Налейте в колбу 200 мл дистиллированной воды, прокипятите ее в течение 10 мин. Охладите воду и пропускайте через нее углекислый газ. Закройте колбу пробкой.

Налейте 3–5 мл бескислородной воды в пробирку и растворите в ней несколько кристаллов соли Мора (укажите состав этого вещес-

46

7. Практика изучения химических свойств простых веществ…

тва). Не перемешивайте раствор. Подкислите полученный раствор 10 %-ным раствором серной кислоты и положите в пробирку несколько кусочков железа (зачем?).

К полученному раствору соли Мора быстро по каплям прилейте раствор щелочи (приготовленный на прокипяченной воде) до выпадения осадка гидроксида железа (II). Каков первоначальный цвет осадка? Что происходит с ним на воздухе? Изучите отношение осадка к концентрированным растворам кислот и щелочей.

Проделайте аналогичный опыт с раствором FeSO4. Сравните наблюдения и объясните полученные результаты. Напишите уравнения реакций.

Опыт 3. Гидроксид железа (III)

Получите гидроксид железа (III) действием раствора аммиака на раствор соли железа (III). Изучите его отношение к растворам кислот и щелочей. Напишите уравнения реакций. Какими свойствами обладает гидроксид железа (III)?

Опыт 4. Гидроксид кобальта (II)

К 1–2 мл раствора соли кобальта (II) прилейте 1–2 мл 10 %-ного раствора щелочи. Каков цвет осадка? Каков состав образовавшегося вещества? Добавьте еще щелочи и нагрейте. Объясните изменение цвета осадка. Разделите осадок гидроксида кобальта (II) на три части. Изучите отношение гидроксида кобальта (II) к растворам кислоты и щелочи, используя осадки первой и второй пробирок. Третью пробирку с осадком оставьте на воздухе: что наблюдаете и почему? Напишите уравнения реакций.

Опыт 5. Гидроксид кобальта (III)

Опыт выполняется под тягой.

5.1.В пробирку налейте 1 мл раствора соли кобальта (II), 5 капель бромной воды и 2 мл раствора щелочи. Что происходит? Напишите уравнение реакции.

5.2.В пробирку налейте 1 мл раствора соли кобальта (II), 2 мл раствора пероксида водорода и 2 мл раствора щелочи. Что происходит? Напишите уравнение реакции.

47

Химия переходных элементов

5.3.Изучите отношение полученного гидроксида кобальта (III)

крастворам кислот и щелочей. Напишите уравнения реакций.

Опыт 6. Гидроксид никеля (II)

К 2-3 мл раствора соли никеля добавьте по каплям раствор щелочи до выпадения осадка гидроксида никеля (II). Разделите полученный осадок на четыре части. К первой части осадка прилейте раствор кислоты, ко второй – раствор щелочи, третью пробирку оставьте на воздухе, четвертую – сохраните для опыта 7. Напишите уравнения реакций.

Опыт 7. Гидроксид никеля (III)

Опыт выполняется под тягой.

К осадку гидроксида никеля (II), полученному в опыте 6, прилейте 3–5 капель бромной воды. Что происходит?

Как относится полученный осадок к растворам кислот и щелочей? Напишите уравнения реакций.

Опыт 8. Свойства солей железа (II)

8.1.Определите рН раствора соли Мора по универсальному индикатору. Прилейте к раствору соли Мора раствор карбоната натрия. Объясните полученные результаты. Напишите уравнения реакций.

8.2.К раствору соли Мора прилейте раствор калий гексацианоферрата (III). Что наблюдается? Напишите уравнение реакции. Для чего используется эта реакция?

8.3.Налейте в пробирку 0,5 мл раствора перманганата калия, подкислите его 1 мл раствора серной кислоты и по каплям прилейте к полученной системе раствор соли железа (II). Что наблюдается? Напишите уравнение реакции.

8.4.Налейте в пробирку 0,5 мл раствора бихромата калия, подкислите его 1 мл раствора серной кислоты и по каплям прилейте

кполученной системе раствор соли железа (II). Что наблюдается? Напишите уравнение реакции. Какие свойства солей железа (II) демонстрируют проведенные опыты?

8.5.Прилейте к раствору соли железа (II) раствор сульфида аммония. Что наблюдается? Напишите уравнение реакции. Будут ли

48

7.Практика изучения химических свойств простых веществ…

врастворе соли железа (II) происходить аналогичные изменения, если через него пропустить ток сероводорода?

Опыт 9. Свойства солей железа (III)

9.1.Определите рН раствора FeCl3. К раствору хлорида железа

(III)прилейте раствор Na2CO3. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.

9.2.В четыре пробирки налейте по 1 мл раствора хлорида железа (III). В одну пробирку добавьте несколько капель раствора роданида калия, в другую – раствор калий гексацианоферрата (II), в третью – немного раствора сульфида натрия, в четвертую – немного раствора иодида калия. В четвертую пробирку добавьте также неполярный органический растворитель (для чего?). Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.

Опыт 10. Получение и свойства ферратов (VI)

Опыт выполняется под тягой.

10.1.Положите в фарфоровую чашку 0,5 г измельченного КОН (без карбоната), добавьте к нему 5 капель раствора хлорида железа (III) и 2–3 капли брома (под тягой!). Осторожно нагрейте чашку до изменения окраски с коричневой на фиолетово-красную, характерную для ферратов (VI). После охлаждения перенесите реакционную смесь в стакан с 10 мл воды. Отлейте часть раствора в две пробирки и оставьте для следующего опыта, а к оставшемуся в стакане раствору добавьте раствор хлорида бария. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.

10.2.В одну пробирку с раствором феррата калия (из опыта 10.1) добавьте раствор сульфида натрия, в другую – 3–5 мл 1 М раствора серной кислоты. Что происходит? Напишите уравнения реакций. Какими свойствами обладают ферраты (VI)?

Опыт 11. Свойства солей кобальта (II)

11.1. Положите в пробирку несколько кристаллов безводного хлорида кобальта (II) и смочите водой. Как изменяется окраска? Добавьте в систему концентрированную соляную кислоту. Каков цвет раствора?

49

Химия переходных элементов

11.2.Положите в пробирку 1–2 г кристаллогидрата хлорида кобальта (II) и прилейте 1 мл спирта. Объясните изменение окраски.

11.3.Положите в пробирку 1–2 г кристаллогидрата хлорида кобальта (II), растворите его в концентрированном растворе роданида калия. Объясните изменение окраски.

11.4.Налейте в пробирку раствор соли кобальта (II) и добавьте 1 мл раствора сульфида натрия. Что происходит? Объясните наблюдаемые явления. Будет ли образовываться сульфид кобальта

(II)при пропускании через исходный раствор тока сероводорода?

11.5.Прокалите на крышке тигля несколько кристаллов нитрата кобальта (II). Что образуется? Положите немного полученного оксида кобальта в пробирку и прилейте концентрированной соляной кислоты. Какой газ выделяется? Напишите уравнения всех проведенных реакций.

Опыт 12. Свойства солей никеля (II)

12.1.Определите рН раствора соли никеля (II) и объясните полученное значение. Напишите уравнение реакции.

12.2.Налейте в пробирку раствор соли никеля (II) и добавьте раствор сульфида натрия. Что происходит? Объясните наблюдаемые явления. Выпадет ли сульфид при пропускании через раствор соли кобальта тока сероводорода?

Лабораторная работа 6: «Медь, серебро и их соединения»

Задание для подготовки к лабораторной работе

1.Дайте общую характеристику элементов подгруппы IB.

2.В каком виде эти элементы встречаются в природе? Приведите способы получения простых веществ этих элементов. Как получают серебро в промышленности?

3.Опишите физико-химические свойства простых веществ, их

отношение к О2 воздуха, воде, кислотам и щелочам, укажите значения электродных потенциалов данных элементов.

4.Почему, несмотря на то что серебро и золото имеют почти одинаковые радиусы атомов, золото окисляется гораздо труднее?

50