Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
2.3. Подгруппа галогенов
ɚ
ɛ
Рис. 2.11. Схема приборов для получения хлороводорода и растворения его в воде
2) Получение хлороводорода
Собрать прибор (рис. 2.11, а). В реакционную колбу поместить
10–15 г хлорида натрия, в U-образную трубку положить безводный
хлорид кальция. Через капельную воронку прилить в колбу 20–
25 мл 70 %-ного раствора серной кислоты. Наполнить сухую круг-
лодонную колбу выделяющимся хлористым водородом. Как определить конец наполнения?
3) Растворение хлористого водорода в воде
Закрыть склянку с хлористым водородом пробкой с капилля-
ром, обращенным внутрь. Перевернуть склянку с газом вверх
дном, погрузить ее горло в ванну с водой (рис. 2.11, б). Объяснить
происходящее явление.
Почему при получении хлористого водорода берут сухой хлорид
натрия и концентрированный раствор серной кислоты? Как получают соляную кислоту в промышленности?
4) Свойства плавиковой кислоты
Все опыты с плавиковой кислотой проводить в пластмассо-
вой посуде (почему?).
61
Часть 2. Химия непереходных элементов
а) Испытать действие раствора плавиковой кислоты на лакмус
и цинк.
б) К 1 мл раствора фтористоводородной кислоты прилить рас-
твор хлорида кальция. Что наблюдается? Написать уравнение реакции.
в) Опустить в раствор фтористоводородной кислоты кусочек стеклянной пластинки и оставить под тягой. Через 1–2 часа смыть раствор с пластинки. Что произошло
со стеклом? Написать уравнение
реакции. Почему только плавиковая кислота разъедает стекло?
5) Сравнение восстановительной активности галоге-
нид-ионов
К 2–3 мл раствора, содержащего бромид- и йодид-ионы (KBr и
KJ), добавить 0,5–1 мл органического неполярного растворителя
и около 0,5 мл хлорной воды. Наблюдать потемнение водного раствора. Пробирку энергично потрясти до тех пор, пока окрашенный
продукт реакции (какие вещества могут придать раствору эту окраску?) не перейдет в слой органического растворителя. По окраске слоя органического растворителя сделать вывод о том, какой галогенид-ион первым взаимодействует с хлорной водой. Описать,
какие процессы и в какой последовательности будут происходить
при дальнейшем добавлении хлорной воды.
6. Кислородные соединения хлора
1) Белильная известь
К 1 мл раствора белильной извести прилить 0,5 М раствор серной кислоты до кислой реакции. Написать уравнение реакции.
Что происходит с белильной известью при нагревании концентрированного раствора?
2) Бертолетова соль
а) В фарфоровый тигель поместить 2–3 стеклянные ложечки
бертолетовой соли, три гранулы КОН и несколько крупинок MnO2.
Тигель прогреть (осторожно!) в пламени спиртовки до плавления
реакционной смеси и появления зеленой окраски манганат-иона
2-
MnO
. Составить уравнение реакции.
4
б) В маленькую фарфоровую чашку положить несколько крис-
таллов бертолетовой соли и осторожно смочить их 3–4 каплями
96 %-ного раствора серной кислоты. Что наблюдается? Проделать
аналогичный опыт с концентрированной соляной кислотой. Что
наблюдается в этом случае? Написать уравнения реакций.
62
2.4. Подгруппа халькогенов
в) Отвесить 0,5 г мелкокристаллической бертолетовой соли и
смешать палочкой (осторожно!) с равным количеством сахарной
пудры. Высыпать смесь на крышку от тигля или в фарфоровую
чашку (под тягой!) и смочить ее двумя-тремя каплями концентрированной серной кислоты. Что происходит? На какие свойства бертолетовой соли указывают проделанные опыты?
3) Сравнение
окислительной активности кислородсо-
держащих анионов хлора
В три пробирки налить по 1 мл растворов хлорной извести,
KClO3 и KClO4 и добавить к ним равный объем свежеприготовлен-
ного раствора KJ. Наблюдаются ли какие-нибудь изменения? Там,
где признаков протекания реакции незаметно, долить немного
разбавленного раствора H2SO4. Что происходит? Сравнить и объяснить результаты опыта. Как и почему меняются окислительные
свойства анионов ClO- – ClO
-
– ClO
2
-
– ClO
3
-
и кислотные свойства
4
соответствующих кислот?
7. Кислородсодержащие соединения галогенов
Как и почему изменяется устойчивость степеней окисления +5
и +7 в ряду хлор–бром–йод? Как это отражается на окислительной
активности анионов ЭО
-
и ЭО
3
-
?
4
К 2–3 каплям насыщенного раствора бромата калия добавить
1–2 мл разбавленного раствора серной кислоты. Бросить в раствор
маленький кристаллик йода, несколько раз перемешать содержимое пробирки, декантировать раствор и прилить к нему несколько
капель органического растворителя. Что наблюдается? Написать
уравнение реакции.
2.4. Подгруппа халькогенов
Общая характеристика подгруппы. Особенности строения
атомов, характер изменения радиусов, потенциалов ионизации, энергии сродства атомов к электрону; устойчивость
степеней окисления. Сравнение строения, агрегатного состояния, температур плавления, растворимости в различных растворителях и химических свойств халькогенов.
Аллотропия серы. Физические и химические свойства серы.
Водородные соединения: строение, получение, температуры
63
Часть 2. Химия непереходных элементов
плавления и кипения, сравнение химических свойств. Получение и свойства сероводорода. Сероводородная вода. Сульфиды. Оксид серы (IV), сернистая кислота и сульфиты. Оксид
серы (VI). Промышленное получение и свойства серной кислоты. Особенности свойств концентрированной серной кислоты, причины. Сульфаты. Сравнение серной и сернистой
кислот, сульфитов и сульфатов. Галогениды и оксогалогениды серы
. Строение, агрегатное состояние (температуры
плавления и кипения) оксидов халькогенов ЭО2 и ЭО3. Сравнение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств оксидов. Сравнение кислотных и окислительных
свойств гидроксидов (солей) халькогенов в степени окисления
(+VI). Термическая устойчивость солей. Соединения со связями Э–Э. Сульфаны и полисульфиды. Политионовые кислоты.
Тиосоли, тиосульфат натрия, его свойства.
Вопросы и задания
1. Энергия одинарных связей О–О и S–S составляет 210 и
259 кДж/моль соответственно. Как можно объяснить наблюдае-
мое различие, а также особую склонность серы к образованию гомоцепей?
2. Вычислите теплоту полиморфного превращения моноклинной серы в ромбическую, если теплоты сгорания моноклинной и
ромбической серы соответственно равны 296,83 и 297,21 кДж/моль.
Какая модификация более термодинамически устойчива при комнатной температуре?
3. Используя модель Гиллеспи и (или) МВС, опишите строение
молекул и ионов SF6, SCl4, SO2, SOCl2, SO
изоэлектронных частиц.
4. Вычислите ΔG° реакций окисления кислородом SO2(г) до
SO3(к); SO
2-
(р) до SO
3
2-
(р) в расчете на 1 моль О2. Какой из двух
4
процессов более термодинамически вероятен?
5. В процессе реакции 2SO2 + O2 ⇔ SO3 при 400, 500 и 600 °С
окисляется 99,2; 93,5 и 73 % сернистого газа соответственно. Чем
это объясняется? Предложите способы повышения выхода SO3.
Как его получают в промышленности?
2-
. Приведите примеры
3
64
2.4. Подгруппа халькогенов
6. Почему термодинамически вероятная реакция гидролиза SF6
(ΔG°
= -460 кДж/моль) не протекает при комнатной температуре?
298
7. Анализ диаграммы состояния системы SO
– H2O показывает,
3
что в ней возможно образование четырех соединений, содержащих
25, 33, 50 и 66 мол. % H2O. Определите формулы соединений.
8. Сравните и объясните термическую устойчивость Н2Э в под-
группе халькогенов на основе энтальпии образования вещества:
H2О H2SH
Se H2Te
2
∆fН0 (кДж/моль) [4] -285,7 -39,75 33 99,7
9. Сравните кислотно-основные свойства гидроксидов HClO4 и
H2SO4, H2SeO3 и HBrО3, приведите уравнения реакций, доказывающие ваше предположение.
10. Приведите уравнение ядерной реакции получения изотопа
210
Ро из изотопа
210
Bi.
11. Для промывания желудка при многих видах отравлений в
качестве антидота принимают раствор тиосульфата натрия молярной концентрации 0,33 моль/л. В желудке содержится 0,2 %-ная
соляная кислота. Выделяется ли в таких условиях опасный сернистый газ? (Максимальная концентрация сернистой кислоты составляет 13,2 %.)
Лабораторная работа
1. Изменения серы при нагревании
Наполнить небольшую пробирку на
треть ее объема кусочками кристаллической серы, укрепить в пробиркодержателе
и осторожно прогревать в пламени спиртовки (рис. 2.12). Объяснить наблюдаемые
явления. Довести серу почти до кипения и
вылить в кристаллизатор с водой. Вынуть
полученную массу из воды и убедиться в
ее эластичности. Сохранить образовавшуюся пластическую серу до конца занятия,
чтобы проследить за потерей эластичности.
Какие превращения претерпевает сера при
нагревании?
Рис. 2.12. Нагревание
Рис. 2.12. Нагревание
серы
серы
65
Часть 2. Химия непереходных элементов
2. Окислительно-восстановительные свойства серы
Изучить окислительно-восстановительные свойства серы в реакциях с Fe, Al, Zn. Каковы условия осуществления этих реакций?
Как это связано со строением серы? В реакции с каким веществом
в этих опытах возможно проявление восстановительных свойств
серы? Как доказать, что в результате опытов получены сульфиды?
Изучить отношение серы к концентрированным растворам
азотной и серной кислот, прокомментировать условия проведения
и скорость протекания реакции.
Каково отношение серы к щелочам?
3. Получение и свойства сероводорода
Сероводород ядовит! Все опыты с сероводородом следует проводить в вытяжном шкафу. Пострадавшего от сероводорода необходимо немедленно перевести из лаборатории на свежий воздух или дать подышать чистым кислородом.
а) Получить сероводород в большой пробирке с газоотводной
трубкой (или колбе Вюрца) по реакции между сульфидом железа
и разбавленным раствором серной кислоты. Что можно сказать о
свойствах сероводорода на основании результата этого опыта?
б) Когда начнется энергичное выделение газа (какой запах он
имеет?), зажечь его у отверстия газоотводной трубки. Подержать
над пламенем мокрую лакмусовую бумажку и наблюдать изменение ее окраски.
в) Внести в пламя сероводорода холодную крышку от тигля или
фарфоровую чашку. Что появляется на ее поверхности?
Какие свойства проявляет H2S в опытах б) и в)?
(Опыты готовятся лаборантом и выполняются демонстрационно.)
Какой из вариантов окисления сероводорода кислородом воздуха и в каком температурном интервале термодинамически более
выгоден – до S или до SO2?
г) Предложите ваши варианты опытов для изучения кислот-
но-основных и окислительно-восстановительных свойств сероводородной воды. В чем причина различия в характере окислительновосстановительных процессов с участием H2S при их протекании в
газовой фазе и в водном растворе?
Сравните растворимость в воде и степень диссоциации H2S и
HCl. Дайте объяснение имеющимся различиям.
66
2.4. Подгруппа халькогенов
4. Соли сероводородной кислоты
а) Свойства сульфидов, не растворимых в воде
К растворам солей меди, железа (II), марганца (II), свинца до-
бавьте раствор сероводородной кислоты. Почему не во всех пробирках выпадают осадки (докажите количественно, рассчитав
константы равновесий)? В те пробирки, где не выпали осадки, добавьте раствор сульфида натрия или аммония. Объясните результаты опыта с точки зрения условий протекания обменных реакций
в растворах электролитов.
Все ли полученные сульфиды будут растворяться в разбавлен-
ных растворах кислот-неокислителей? кислот-окислителей? Ответ
обоснуйте, где это необходимо, расчетами констант равновесия и
подтвердите экспериментально.
б) Свойства сульфидов, растворимых в воде
Сульфид натрия растворить в воде. Разлить раствор в две про-
бирки. Испытать действие раствора сульфида натрия на индикаторы (фенолфталеин, лакмус). Как объяснить происходящее явление? Через раствор, находящийся во второй пробирке, пропустить
ток угольного ангидрида. Отметить запах выделяющегося при
этом газа. Написать уравнение реакции, рассчитать константу
равновесия.
Что произойдет с сульфидом натрия, если его оставить в откры-
той банке? Предложите и проведите реакции на восстановительные свойства сульфида натрия.
5. Получение и свойства сернистого ангидрида
а) Собрать прибор (под тягой!) (рис. 2.13). В промывалку на-
лить немного 96 %-ного раствора серной кислоты (зачем?). В колбу
Вюрца положить медные стружки и по каплям добавлять 96 %-ный
раствор серной кислоты из капельной воронки. Сильно нагреть реакционную колбу до начала интенсивного выделения газа. Написать уравнение реакции. Газоотводную трубку прибора поочередно
опускать в заранее приготовленные растворы реагентов, используемых для выявления свойств SO2 (опыты 5, б–г).
б) Пропустить ток SO2 в пробирку с водой. Какие равновесия
устанавливаются при растворении сернистого ангидрида в воде?
Испытать полученный раствор индикаторами. Объяснить наблюдения.
67
Часть 2. Химия непереходных элементов
в) Пропустить ток сернистого ангидрида в раствор гидроксида
натрия. Какие соли последовательно образуются при пропускании
сернистого газа в раствор щелочи? Как это можно доказать экспериментально?
г) В три пробирки налить по 1–2 мл хлорной и сероводородной
воды, а также подкисленного серной кислотой раствора перманганата калия. Пропустить поочередно в пробирки
ток сернистого
газа. Что происходит? Написать уравнения происходящих реакций. Какие свойства проявляет при этом сернистый газ?
Рис. 2.13. Прибор для получения сернистого ангидрида
6. Свойства серной кислоты
а) В стакан емкостью 50 мл поместить 50 г сахарной пудры, смочить ее водой до состояния густой кашицы и затем прилить 25 мл
концентрированной серной кислоты. Быстро перемешать массу
стеклянной палочкой и наблюдать происходящее явление. Какие
газообразные вещества при этом получаются? На какие свойства
серной кислоты указывает проделанный опыт?
б) В две пробирки налить 2–3 мл 96 %-ного раствора серной
кислоты, внести в одну из них небольшой кусочек серы, в другую –
угля и осторожно нагреть (под тягой!). Что происходит? Написать
уравнение реакции.
68
2.4. Подгруппа халькогенов
в) Налить в две пробирки 2–3 мл концентрированного раствора
серной кислоты и опустить в одну из них несколько кусочков меди,
в другую – 1–2 гранулы цинка. Что наблюдается? Какие свойства
проявляет серная кислота в этом случае? В чем различие действия
концентрированной и разбавленной серной кислоты на металлы?
Серная или сернистая кислота является более
сильной? более
активным окислителем? Ответы обоснуйте.
7. Сравнение свойств сульфитов и сульфатов
а) Изучите термическую устойчивость сульфатов натрия, же-
леза, кальция, гидросульфата натрия и сульфита натрия. Для
этого поместите небольшие количества кристаллических солей в
маленькие тигли и нагрейте в пламени спиртовки. Объясните наблюдения.
б) Исследуйте с помощью универсального индикатора рН рас-
творов сульфата, гидросульфита и сульфита натрия. Дайте объяснения, подтвердите расчетами.
в) Сравните окислительную активность сульфитов и сульфатов.
Предложите способы ее экспериментального обнаружения.
8. Свойства тиосульфата натрия
а) Растворить несколько кристаллов тиосульфата натрия в не-
большом количестве воды и добавить 1–2 мл раствора соляной кислоты. Что наблюдается? Написать уравнение реакции. Что можно сказать об устойчивости тиосульфат-иона по результатам этого
опыта?
б) Положить на крышку тигля несколько кристаллов тиосуль-
фата натрия и сначала осторожно, а затем сильно нагреть. Что наблюдается? Написать уравнение реакции. Доказать, какие вещества образовались при распаде тиосульфата натрия. Сделать вывод
о термической устойчивости тиосульфатов.
в) Налить в пробирку 3–4 мл хлорной воды и прибавлять по
каплям раствор тиосульфата натрия до исчезновения запаха хлора. Написать уравнение реакции. Почему тиосульфат натрия называется «антихлором»? Проделать аналогичный опыт с йодной
водой. Написать уравнение реакции. Почему при взаимодействии
хлорной и йодной воды с тиосульфатом натрия получаются различные
продукты окисления серы? Какие свойства проявляет тио-
сульфат в этих реакциях?
69
Часть 2. Химия непереходных элементов
9. Свойства двуокисей селена и теллура
Соединения селена и теллура ядовиты! Отработанные растворы после опытов следует слить в специальные склянки.
а) Испытать отношение двуокисей селена и теллура к воде, а
также к растворам кислот и щелочей. При необходимости следует
нагреть реакционные смеси. Написать уравнения реакций. Обосновать различия в поведении
гидридом.
б) В две пробирки поместить небольшие количества оксидов селена (IV) и теллура (IV), добавить 1–2 мл разбавленного раствора серной кислоты, а затем одну стеклянную ложечку сульфита
натрия. Что наблюдается? На какие свойства оксидов указывают
проведенные реакции? Написать уравнения реакций.
в) В двух пробирках приготовить подкисленный раствор бихромата калия, в одну добавить небольшое количество оксида селена
(IV), в другую – оксида теллура (IV). Нагреть содержимое пробирок. Что наблюдается? Написать уравнения реакций. Какие свойства проявляют оксиды в этом случае? Обоснуйте различия в окислительно-восстановительных свойствах ЭО2.
оксидов, сравнить с сернистым ан-
2.5. Азот и его соединения
Азот. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления. Строение молекулы азота в рамках
МВС и ММО, получение и свойства простого вещества. Аммиак: получение, строение молекулы и свойства. Свойства водного раствора аммиака. Соли аммония. Нитриды металлов.
Строение молекул, получение и сравнение свойств оксидов азота (N2О, NO, N2О3, NO2, N2О5). Азотистая кислота, нитриты.
Получение и свойства азотной кислоты. Нитраты. Сравнение азотной и азотистой кислот, нитритов и нитратов. Галогениды азота: строение, устойчивость, отношение к воде.
Вопросы и задания
1. Спектрально чистый азот получают разложением азида на-
трия при нагревании. Для получения менее чистого продукта ис-
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]