Химия элементов. Лабораторный практикум. Учебное пособие

Опыт 9. Влияние хлорид-иона на коррозию алюминия.

Ион хлора является сильным активатором коррозии. Ионы хлора, адсорбируясь на поверхности алюминия, разрушают оксидную пленку, вследствие этого коррозия алюминия усиливается.

В две пробирки поместите по кусочку алюминия. Затем в одну пробирку добавьте раствор сульфата меди(II), а в другую– раствор хлорида меди (II). Отметьте различие протекания процесса в пробирках.

Запись данных опыта. Объясните полученные результаты. Напишите соответствующие уравнения реакций.

Опыт 10. Образование и горение эфиров борной кислоты.

В фарфорувую чашку поместите2-3 кристалла буры, 3-4 капли концентрированного раствора серной кислоты и 6-8 капель этилового спирта. Смесь перемешайте стеклянной палочкой. Подожгите образующийся борноэтиловый эфир. Отметьте цвет пламени.

Запись данных опыта. Напишите уравнение реакции образования и горения борно-этилового эфира.

Опыт 11. Получение малорастворимых боратов.

В две пробирки внесите по 3-4 капли насыщенного раствора Na2B4O7 и добавьте по несколько капель растворов: первую– сульфата меди (II), во вторую – сульфата алюминия. Отметьте цвета выпавших осадков.

Запись данных опыта. Напишите уравнения, учитывая, что в первой пробирке образуется гидроксометаборат меди (СuОНВО2), во второй – гидроксид алюминия.

Контрольные задания

1.Электронное строение атомов элементов III А группы.

2.Получение элементов главной группы.

3.Свойства элементов главной подгруппы.

4.Основные соединения элементов главной подгруппы.

21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ IV ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ

Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Цель работы: ознакомить студентов со свойствами р-элементов IV группы периодической системы Д.И. Менделеева.

Приборы, посуда и реактивы.

Растворы солей с молярной концентрацией эквивалента0,5 моль/дм3: карбоната натрия, гидрокарбоната натрия, хлорида кальция, нитрата кобальта (II), нитрата свинца (II), сульфата меди (II), силиката натрия, хлорида железа (III), гексацианоферрата (III) калия. Растворы гидроксида натрия, серной, соляной и азотной кислот с молярной концентрацией эквивалента2 моль/дм3. Концентрированный раствор гидроксида натрия.

Металлы: олово, свинец. Универсальная индикаторная бумага.

Пробирки вместимостью 20 см3. Спиртовка.

Ход работы

Опыт 1. Получение солей кремниевой кислоты.

Вчетыре пробирки внесите по 3–5 капель растворов солей:

впервую – хлорида кальция, во вторую – нитрата кобальта, в третью – нитрата свинца и в четвертую – сульфата меди. Добавьте в каждую пробирку по 2–3 капли раствора силиката натрия.

Запись данных опыта. Отметьте цвета образующихся осадков. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном виде.

Опыт 2. Взаимодействие олова с разбавленными кислотами.

В три пробирки положите по маленькому кусочку металлического олова. В каждую из пробирок добавьте раздельно по 10 капель с концентрацией 2 моль/дм3 растворов кислот: хлороводородной, серной, азотной. Отметьте медленное взаимодейст-

22

вие на холоду. Нагрейте пробирки на маленьком пламени спиртовки. Наблюдайте выделение газа.

Запись данных опыта. Напишите уравнения протекающих реакций методом электронно-ионного баланса, учитывая, что при взаимодействии олова с разбавленной азотной кислотой выделяется преимущественно NО, а олово окисляется во всех случаях до Sn2+, образуя соответствующие соли. Какой газ выделяется при взаимодействии олова с разбавленной серной и хлороводородной кислотами?

Опыт 3. Восстановительные свойства олова(II) в нейтральной среде.

В пробирку внесите по раствор соли FeCl3 и добавьте свежеприготовленный раствор хлорида олова(II). Прилейте к образовавшемуся раствору 2-3 капли раствора соли K3[Fe(CN)6]. Как изменилась окраска раствора?

Комплексная соль K3[Fe(CN)6] используется как индикатор на ионы Fe2+. В присутствии ионов железа (II) в растворе появля-

ется синее окрашивание, т. к. протекает реакция: Fe2+ + [Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2

Запись данных опыта. Составьте уравнение реакции и на основании электронных уравнений расставьте коэффициенты.

Опыт 4. Восстановительные свойства олова (II) в щелочной среде.

В пробирку поместите2–3 капли свежеприготовленного раствора хлорида олова (II) и по каплям добавьте раствор щелочи до растворения, образовавшегося в начале осадка гидроксида олова (II). К полученному раствору Na2[Sn(OH)4] добавьте несколько капель раствора нитрата висмута (III) и перемешайте раствор. Образовавшийся вначале осадок Bi(OH)3 чернеет, так как Bi+3 восстанавливается до Biо, а тетрагидроксостаннит натрия окисляется и образуется гексагидроксостаннат натрия.

Эта реакция используется как качественная реакция на ионы Sn2+. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

23

Опыт 5. Получение труднорастворимых солей свинца (II).

Приготовьте раствор нитрата свинца (II). Разлейте его по трем пробиркам (II). В пробирки с растворами соли свинца -до бавьте: а) несколько капель разбавленной серной кислоты; б) 2-3 капли раствора K2CrO4; в) несколько капель иодида калия.

Запись данных опыта. Какого цвета образуются осадки? Разделите осадок иодида калия на две пробирки. Проверьте растворимость осадка в воде при нагревании и в уксусной кислоте. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном видах.

Опыт 6. Гидроксид свинца (II) и его свойства.

В две пробирки поместите по5–7 капель раствора соли свинца и добавьте в каждую по несколько капель с концентрацией 2 моль/дм3 раствора гидроксида натрия до выпадения осадка. Исследуйте свойства полученного гидроксида свинца, добавив в одну пробирку несколько капель раствора азотной кислоты концентрацией 2 моль/дм3, в другую – раствора гидроксида натрия концентрацией 2 моль/дм3. Размешайте растворы стеклянной па-

лочкой или осторожно встряхните пробирки до растворения осадков в обоих случаях.

Запись данных опыта. На основании результатов опыта сделайте вывод о свойствах гидроксида свинца. Напишите уравнения реакций получения гидроксида свинца, его растворения в кислоте и в щелочи, учитывая образование в щелочной среде комплексного аниона [Рb(ОН)6]4– – гексагидроксоплюмбата (II). Почему в данном опыте следует пользоваться азотной кислотой, а не хлороводородной или серной?

Опыт 7. Гидролиз солей свинца (II).

В пробирку внесите 5–7 капель раствора нитрата свинца и опустите в раствор индикаторную бумажку. Что наблюдается? Какая среда в растворе нитрата свинца? Добавьте к нему такой же объем раствора карбоната натрия. Наблюдайте выпадение осадка соли (PbOH)2CO3. В какой кислоте можно растворить полученную соль?

24

Запись данных опыта. Напишите уравнения реакции гидролиза нитрата свинца по первой ступени. Как влияет добавление карбоната натрия на этот процесс? Напишите уравнение реакции совместного гидролиза нитрата свинца и карбоната натрия.

Опыт 8. Адсорбция красящих веществ из растворов.

В пробирку до половины ее объема налейте светло-розовый раствор фуксина. Внесите в раствор немного активированного угля. Плотно закройте пробирку пробкой и энергично встряхивайте ее 2-3 мин. Дайте раствору отстояться и отметьте его обесцвечивание.

Запись данных опыта. Сделайте вывод о свойствах угля.

Опыт 9. Восстановительные свойства угля.

В пробирку поместите 2-3 капли концентрированной серной кислоты и маленький кусочек угля. Осторожно подогрейте ее. Наблюдайте выделение пузырьков газа. По запаху определите один из выделяющихся газов.

Запись данных опыта. Напишите уравнение реакции, учи-

тывая, что углерод окисляется до СО. Какое вещество восстанавли-

2

вается?

Контрольные задания

1.Электронное строение атомов элементов главной подгруппы IV группы периодической системы.

2.Способы получения кремния, германия и металлов главной подгруппы.

4.Основные соединения элементов подгруппы углерода, их свойства и применение.

5.Окислительно-восстановительные свойства соединений германия, олова и свинца.

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ V ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Цель работы: ознакомить студентов со свойствами элементов V группы главной подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева.

слоты. Насыщенный раствор метаванадата аммония.

Кристаллы: ортофосфат, гидрофосфат и дигидрофосфат натрия. Металлический цинк.

Универсальная индикаторная бумага. Пробирки вместимостью 20 см3.

Ход работы

Опыт 1. Гидролиз солей ортофосфорной кислоты.

Пробирку наполовину наполните дистиллированной водой и внесите несколько капель раствора лакмуса. Разделите содержимое пробирки на 4 части. В три пробирки добавьте несколько кристалликов ортофосфата, гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия, четвертую оставьте для сравнения. Отметьте изменения окраски в трех пробирках по сравнению с контрольной.

Запись данных опыта. Напишите уравнения гидролиза солей в молекулярном и ионном виде. Рассчитайе константы гидролиза I, II и III ступеней и сравните их с константами диссоциации. Почему соль гидролизуется только по I и II ступеням?

26

Опыт 2. Образование азотистой кислоты и ее разложение.

В пробирку внесите 3-4 капли насыщенного раствора нитрита натрия и добавьте2-3 капли разбавленной серной кислоты. Образующаяся азотистая кислота окрашивает раствор в голубо- вато-зеленый цвет, при ее разложении над раствором в пробирке появляется бурое окрашивание газа.

Запись данных опыта. Напишите реакцию образования азотистой кислоты и ее разложения в результате диспропорционирования с выделением оксидов азота. Сравните устойчивость азотной и азотистой кислот.

Опыт 3. Окислительно-восстановительные свойства нитритов.

А. Взаимодействие нитрита натрия с иодидом калия.

Внесите в пробирку по2-3 капли разбавленных растворов иодида калия и серной кислоты. Добавьте 2-3 капли насыщенного раствора нитрита натрия (или калия). Отметьте изменение окраски. Возможно выделение иода в виде кристаллов.

Запись данных опыта. Напишите уравнение реакции (электронно-ионный баланс), учитывая образование оксида азота (II) и иода. Какие свойства проявляет в этой реакции нитрит?

Б. Взаимодействие нитрита натрия с перманганатом калия.

В пробирку внесите по2-3 капли разбавленных растворов перманганата калия и серной кислоты, добавьте столько же насыщенного раствора нитрита натрия (или калия). Отметьте изменение окраски раствора.

Запись данных опыта. Запишите уравнение реакции (электронно-ионный баланс), зная что марганец из перманганата

– иона переходит в кислой среде в марганец(II). Какие свойства проявляет нитрит в этой реакции? Сделайте общий вывод об окислительных и восстановительных свойствах нитритов.

27

Опыт 4. Гидроксиды сурьмы (III) и висмута (III).

В две пробирки внесите по3-4 капли раствора хлорида сурьмы, в две другие – столько же нитрата висмута (III). Во все четыре пробирки прибавьте по3-4 капли разбавленной щелочи (до выпадения осадка). В одну из пробирок с осадком гидроксида сурьмы добавьте несколько капель разбавленной кислоты, в другую столько же щелочи. Отметьте растворение осадков в обоих случаях. Испытайте на действие кислоты и щелочи осадка гидроксида висмута, заменив соляную кислоту азотной разбавленной. В каком случае наблюдается растворение?

Запись данных опыта. Напишите все уравнения реакций, учитывая, что в избытке щелочи гидроксид сурьмы образует комплексный ион гексагидроксоантимоната.

Опыт 5. Гидролиз солей сурьмы и висмута.

В две пробирки раздельно внесите по3-5 капель растворов солей висмута (III) и сурьмы (III). К каждому из растворов добавьте по 5-10 капель воды. Отметьте помутнение осадков основных солей.

Запись данных опыта. Напишите уравнения гидролиза солей сурьмы и висмута с учетом того, что на второй ступени гидролиза основные соли, теряя молекулу воды, переходят в хлорид оксосурьмы и оксовисмута. Каким образом можно уменьшить или предотвратить гидролиз этих солей? Докажите Ваши теоретические выводы опытным путем.

Опыт 6. Восстановительные свойства Sb3+.

Сурьма в степени окисления+3 может проявлять восстановительные свойства и переходить в степень оксисления +5.

К 2–3 каплям хлорида сурьмы (III) прилейте 1-2 капли соляной кислоты и3–5 капель раствора KMnO4. Образуется соль сурьмяной кислоты.

Запись данных опыта. Напишите уравнения протекающих реакций, используя метод ионно-электронного баланса.

28

Опыт 7. Качественные реакции на ионы Bi3+.

Иодид калия осаждает из растворов солей висмута (III) черный осадок BiI3, который растворяется в избытке КI с образованием комплексной соли – тетраиодовисмутата (III) калия:

BiI3↓ + KI = K[BiI4].

К 2–3 каплям раствора соли висмута (III) добавьте по каплям раствор KI до появления черного осадка. Затем к полученному осадку прибавьте избытокKI до растворения осадка. К полученному раствору K[BiI4] добавьте 5–10 капель воды. Что происходит? Добавьте еще несколько капель воды и нагрейте раствор. Образуется оранжевый осадокBiOI из-за гидролиза иодида вис-

мута (III).

Запись данных опыта. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

Опыт 8. Восстановление ванадата аммония.

В мерный цилиндр емкостью50 см3 прилейте 10 см3 концентрированной серной кислоты, добавьте дистиллированной воды до 20 см3, затем раствор метаванадата аммония и 5-7 кусочков цинка. Наблюдайте изменение цвета

При взаимодействии цинка или кадмия с ванадатом натрия в кислой среде происходит последовательное восстановление ва-

надат иона по схеме:

VO3- → VO2+ → V3+ → V 2+.

Цвет раствора при этом меняется от желтого (VO3-) до синего (VO2+), затем до зеленого (V3+) и до фиолетового (V2+).

Запись данных опыта. Напишите уравнения протекающих реакций, используя метод ионно-электронного баланса.

Опыт 9. Качественная реакция на NH4+-ион.

В пробирку внесите раствор соли аммония и добавьте столько же раствора едкого натра. Слегка нагрейте пробирку и над ее отверстием подержите влажную бумажку, смоченную фе-

29

нолфталеином. По запаху и по изменению цвета бумажки убедитесь в выделении аммиака и образовании ОН- - ионов.

Запись данных опыта. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнение реакции.

Опыт 10. Гидролиз солей аммония.

Исследуйте характер среды растворовNH4Cl и (NH4)2SO4. Почему твердый (NH4)2CO3 пахнет аммиаком?

Запись данных опыта. Запишите уравнения гидролиза этих солей. Определите рН растворов.

Опыт 11. Качественная реакция на PO43- -ион.

К 3-4 каплям раствора Na2HPO4 прибавьте несколько капель раствора BaCl2. Образуется белый осадок BaHPO4, растворимый в HCl и HNO3 и нерастворимый в CH3COOН.

Запись данных опыта. Напишите в молекулярной и ионной форме уравнение реакции.

Контрольные задания

1.Общая характеристика свойств элементов главной подгруппы V группы.

2.Электронное строение атомов элементов главной под-

группы.

3.Явление аллотропии у неметаллов V группы.

4.Химические свойства азота.

5.Аммиак, строение, свойства, применение.

6.Азотная и азотистая кислоты, нитраты и нитриты.

7.Химические свойства фосфора и его соединений.

8.Получение элементов главной группы.

9.Применение элементов главной подгруппы и их соеди-

нений.

30