Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
2.6. Фосфор и его соединения
зонтально в штативе и осторожно нагревать на небольшом пламени, чтобы фосфор постепенно превращался в пар. Наблюдать
появление налета белого фосфора на холодных стенках пробирки
(вместе с налетом Р
). Прекратить нагревание, отнести пробир-
4О10
ку в темное место и наблюдать свечение белого фосфора. Вынуть
пинцетом тампон (руками не брать: ядовит). Потереть стеклянной
палочкой те места пробирки, где находился белый фосфор. Что
происходит с белым фосфором, когда палочку вынимают из пробирки? Составить уравнения реакций. Какая из аллотропных модификаций фосфора химически более активна? (Опыт проводить
под тягой. После проведения опыта пробирку сдать лаборанту.)
Изучить отношение красного фосфора к растворам кислот-окис-
лителей, раствору щелочи. Предложить и провести реакции на
свойства белого фосфора. Обратить внимание на условия хранения белого фосфора. С целью проведения реакций с белым фосфором необходимо отрезать скальпелем небольшие кусочки вещества, не извлекая его из-под воды.
2. Получение фосфина
В пробирку с газоотводной трубкой внести пинцетом 2–3 кусоч-
ка фосфида кальция или фосфида алюминия и 2–3 мл раствора
НС1. Наблюдать выделение газа. Самовоспламеняется ли он на
воздухе? Если нет, поджечь его, подождав, пока из реакционной
пробирки не вытеснится весь воздух. Пропустить ток фосфина в
водный раствор одного из окислителей
(предложить самим). Составить уравнения реакций. (Опыт проводить под
тягой.) Для получения фосфина можно использовать также реакцию между
красным фосфором и щелочью.
3. Получение оксида фосфора (V)
и его свойства
В фарфоровую чашку под тягой по-
ложить немного красного фосфора. Над
чашкой на небольшом расстоянии (не
более 0,5 см) укрепить сухую стеклян-
Рис. 2.19. Простейший
ную воронку, как показано на рис. 2.19.
Зажечь фосфор накаленной стеклянной
Рис. 2.19. Простейший
прибор для возгонки
прибор для возгонки
81
Часть 2. Химия непереходных элементов
палочкой. Какое соединение осаждается на стенках воронки? Составить уравнение реакции горения фосфора.
Собрать на часовое стекло при помощи стеклянной палочки
полученное вещество. Наблюдать расплывание его под действием влаги воздуха. Написать уравнение реакции. (Продукт сохра-
нить для опыта 5.)
4. Качественные реакции на мета-, пиро-, ортофосфат-ионы
В три пробирки налить раствор метафосфата, в другие три –
раствор пирофосфата, в следующие три – раствор ортофосфата
натрия. К первому ряду пробирок, содержащему растворы мета-,
пиро- и ортофосфата, добавить раствор нитрата серебра, ко второму – водный раствор белка, к третьему – молибденовую жидкость.
Наблюдать образование осадков солей серебра во всех пробирках.
Как они отличаются по окраске? Во всех ли пробирках наблюдается свертывание белка? Реактивом на какой анион является молибденовая жидкость? Составить уравнения протекающих реакций.
5. Взаимодействие оксида фосфора (V) с водой
К расплывшемуся на воздухе оксиду фосфора, оставшемуся после опыта 3, прибавить немного холодной воды. Разделить содержимое пробирки на две части, одну из них разделить на три пробирки
и провести качественные реакции с нитратом серебра, раствором
белка, молибденовой жидкостью. Вторую часть нагреть до кипения и, разделив на три части, провести те же реакции. Сопоставить наблюдения с результатами опыта 4. Какие фосфат-ионы
присутствуют в холодном растворе и в растворе, полученном после
кипячения?
6. Свойства солей ортофосфорной кислоты
а) В две пробирки внести по 2–3 кристалла дигидрофосфата
натрия NaH2PO4 и гидрофосфата натрия Na2HPO4 и прокалить в
пламени спиртовки. Содержимое пробирок после прокаливания
растворить в воде и с помощью качественных реакций выяснить
состав продуктов разложения.
б) С помощью универсального индикатора определить рН вод-
ных растворов Na3PO4, Na2HPO4 и NaH2PO4 и с помощью расчетов
объяснить полученный результат.
в) К водным растворам Na
, Na2HPO4 и NaH2PO4 добавить
3PO4
раствор хлорида кальция. Во всех ли пробирках выпадают осадки?
82
2.7. Элементы подгруппы мышьяка
Растворяются ли полученные осадки в соляной кислоте (доказать
количественно расчетом констант равновесий)?
7. Свойства солей и кислот фосфора в низших степенях
окисления
а) В две пробирки внести по 1–2 мл раствора КМnО
, 0,5–1 мл
4
разбавленного раствора H2SO4, затем в одну из них добавить фосфит, а в другую – гипофосфит натрия. Отметить наблюдения и составить уравнения реакций. Сделать вывод об окислительно-восстановительных свойствах фосфитов и гипофосфитов.
б) Фосфит и гипофосфит натрия прокалить в пламени спиртов-
ки. Идентифицировать продукты разложения.
в) Составить уравнения реакций взаимодействия фосфорис-
той и фосфорноватистой кислот с раствором щелочи. Какова основность данных кислот?
2.7. Элементы подгруппы мышьяка
Подгруппа мышьяка. Общая характеристика подгруппы.
Стабилизация степеней окисления +3 и +5, особенности координации. Особенности строения и свойств простых веществ. Сравнительная характеристика соединений в степенях окисления +3 и +5. Оксиды (гидроксиды), сульфиды и
воднорастворимые соли элементов подгруппы.
Вопросы и задания
1. Известно, что висмут образует легкоплавкие сплавы, напри-
мер, эвтектическая смесь, состоящая из 42 % свинца и 58 % висмута, плавится при 120 °С, а сплав Вуда (50 % Bi, 25 % Pb,12,5 % Sn
и 12,5 % Cd) – при 68,5 °С. Какое применение он находит?
2. Приведены температуры плавления (в °С) фторидов и окси-
дов р-элементов V группы [4]. Объясните ход изменения приведенных констант.
N P As Sb Bi
ЭF
Э2О
3
3
-206,5 -151 -5,95 292 730
-101 23,8 274 656 830
83
Часть 2. Химия непереходных элементов
3. Вычислите ΔG° гидролиза PCl3 и AsCl3. В каком случае и поче-
му гидролиз обратим?
4. При добавлении к подкисленному раствору арсената натрия
раствора йодида калия наблюдалось выделение йода, а при добавлении кристаллической пищевой соды раствор обесцветился.
Составьте уравнения реакций, ОВР уравняйте методом полуреакций.
5. Используя модель Гиллеспи, определите геометрическую
форму, валентные углы в [AsF
]-, [SbCl4]-. Приведите примеры изо-
6
электронных частиц.
6. В небольших количествах кислородное соединение мышьяка,
содержащего 76 % мышьяка и 24 % кислорода, применяют в стекловарении в качестве осветителя стекла. Плотность его по воздуху
в нормальных условиях составляет 6,83. Выведите формулу данного кислородного соединения мышьяка.
7. Висмут является самым сильным диамагнетиком среди всех
металлов. В чем суть явления диамагнитной левитации?
8. Как различить мышьяковое зеркало и сурьмяное зеркало, образующиеся при проведении реакции Марша?
9. Определите, может ли протекать реакция между антимонатом и йодидом калия при рН = 10 (концентрации всех осталь-
-
ных участников считать стандартными). φ0(SbO
3
/SbO
-
) = -0,43B,
2
φ0(I-/I2) = 0,54B. Чему равно изменение энергии Гиббса данного
процесса?
Лабораторная работа
1. Стибин
Для получения стибина собрать прибор (рис. 2.20). В колбу Вюрца поместить 25–30 кусочков гранулированного цинка, 50–70 мл
20 %-ного раствора серной кислоты и одно из соединений сурьмы.
Наблюдать бурное выделение газа (что это за газ?). Через некоторое время убедиться в том, что в колбе уже не содержится воздуха (как это сделать?), и после этого зажечь выходящий из нее газ,
а также нагреть трубку в средней ее части. Что наблюдается? Каков цвет пламени? Подержать в пламени крышку тигля, обратить
внимание на образующийся на ней налет сурьмы. Написать урав-
84
2.7. Элементы подгруппы мышьяка
нения всех протекающих в этом опыте реакций и объяснить их.
Сравнить свойства стибина и аналогичных соединений мышьяка,
фосфора и азота (температуры плавления, термическая устойчивость, восстановительные свойства и т. д.).
Рис. 2.20. Получение стибина
2. Гидроксиды сурьмы и висмута (III)
а) Что происходит при растворении трихлорида сурьмы в воде
и как можно приготовить прозрачный раствор трихлорида сурьмы
в воде? К 10 мл солянокислого раствора трихлорида сурьмы прилить раствор соды до слабощелочной реакции. Что наблюдается?
Нагреть реакционную смесь до удаления пузырьков углекислого
газа. Дать осадку осесть, промыть его путем декантации несколько раз горячей водой. Испытать отношение гидроксида сурьмы к
воде, к растворам хлористоводородной кислоты, а также к растворам щелочей. Написать уравнения реакций.
б) Осадить гидроксид висмута из раствора его соли. Изучить его
отношение к кислотам и щелочам. Написать уравнения реакций.
Объяснить характер и причины изменения кислотно-основных
свойств в ряду оксидов и гидроксидов мышьяка, сурьмы и висмута (III).
3. Свойства «пятиокиси сурьмы»
В две пробирки поместить немного «пятиокиси сурьмы» и ис-
пытать отношение ее к 10 %-ному раствору гидроокиси натрия и
концентрированной соляной кислоте. Что наблюдается? Написать
85
Часть 2. Химия непереходных элементов
уравнения реакций. Охарактеризовать состав и строение «пятиокиси сурьмы», сравнить с оксидом мышьяка (V).
4. Сульфиды и тиосоли сурьмы (III) и (V) и висмута (III)
а) Из каких растворов (кислых или щелочных) следует получать сульфиды сурьмы и почему? Получить сульфиды сурьмы (III)
и (V) и изучить отношение их к сульфиду и полисульфиду аммония, к гидроксиду
натрия. Написать уравнения реакций.
б) Получить сульфид висмута и также изучить его отношение
к сульфиду и полисульфиду аммония, к гидроксиду натрия. Образует ли висмут тиосоли? Написать уравнения реакций. Объяснить
различия в поведении сульфидов сурьмы и висмута.
в) Изучить отношение сульфидов сурьмы и висмута к раство-
рам концентрированной и разбавленной азотной кислоты.
5. Свойства солей висмута (III)
а) Испытать, что происходит при взаимодействии солей висмута с водой, объяснить наблюдения. Каким образом можно приготовить прозрачные растворы солей висмута (III)?
б) На крышке от тигля нагреть в пламени спиртовки небольшое
количество кристаллического нитрата висмута. Объяснить наблюдения. Написать уравнение реакции.
6. Восстановительные свойства соединений сурьмы и
висмута (III)
а) Испытать раствор антимонита натрия нитратом серебра. Что
выпадает в осадок? Какие свойства проявляет сурьма (III) в этой
реакции, как и почему они выражены?
б) Осадить в пробирке гидроксид висмута (III) и обработать ее
при нагревании насыщенным раствором персульфата калия (2–
3 мл). Что происходит? Написать уравнение реакции. Какие свойства проявляет в этой реакции гидроксид висмута (III), как и почему они выражены?
7. Окислительные свойства соединений висмута (V)
Приготовить в пробирке раствор, содержащий 1–2 капли 10 %ного раствора нитрата марганца и 1–2 мл концентрированного
раствора азотной кислоты. Внести в него порошок висмутата калия. Что наблюдается? На какие свойства соединений висмута (V)
указывает данная реакция, как и почему они выражены? Написать уравнение реакции.
86
2.8. Углерод и его соединения
2.8. Углерод и его соединения
Углерод. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления, сравнение их устойчивости. Аллотропия и свойства углерода. Получение, строение и свойства метана, ацетилена. Карбиды (метаниды, ацетилениды
и др.). Оксид углерода (II): получение, строение молекулы по
МВС и ММО, свойства. Оксид углерода (IV): получение, строение молекулы, свойства. Угольная кислота. Карбонаты. Галогениды и псевдогалогениды, строение, устойчивость, отношение к воде. СО и CN- как лиганды.
Вопросы и задания
1. Теплоты сгорания алмаза, графита и карбина равны соответ-
ственно -394,1; -396,3 и -356,1 кДж/моль. Какая модификация более
стабильна при стандартных условиях? (Подтвердите расчетами.)
2. Рассчитайте ΔG° реакций восстановления железа и цинка
из их оксидов углеродом при температуре 1000 °С. Возможны ли
с термодинамической точки зрения данные реакции? Почему в соответствующих условиях углерод может быть потенциальным восстановителем почти всех металлов из их оксидов?
3. Постройте график зависимости межъядерного расстояния
d(С–С) от порядка связи в ряду С2Н2 (0,121 нм), С2Н4 (0,135 нм),
С2Н6 (0,154 нм), С6Н6 (0,139 нм). Объясните ход кривой.
4. Какой фактор – энтальпийный или энтропийный – определя-
ет синтез карбида кальция из С и СаО, если в процессе синтеза образуется СО? (Ответ подтвердите расчетами.)
5. Значения ΔG°
соответственно -150, -251 и -211 кДж/моль, однако гидролиз фторида и хлорида при комнатной температуре не протекает. Почему?
6. Молекула цианамида водорода имеет плоское строение, дли-
ны связей N–H, N–C, C–N равны соответственно 0,094; 0,135 и
0,116 нм, ∠HNH = 120°. Опишите ее строение в рамках МВС.
7. Образование какого оксида – СО или СО2 – наиболее веро-
ятно при сгорании угля? Почему на стенках дымовых труб, через
которые проходят продукты сгорания угля (древесины), оседает
сажа?
реакций гидролиза СF4, CCl4 и COCl2 равны
298
87
Часть 2. Химия непереходных элементов
8. На каком принципе основана газификация топлива? Опиши-
те химические реакции, которые лежат в ее основе.
9. Оцените термодинамическую вероятность восстановления
оксида меди (II) водородом и оксидом углерода (II). Объясните полученные результата с кинетической точки зрения.
CuO CO CO
0
∆fG
(кДж/моль) [4] -129,4 -137,1 -394,4 -228,6
298
H2O
2
10. Галогенцианы, такие как ClCN и BrCN, получают обработ-
кой водных растворов цианидов хлором или бромом, в то время
как ICN получают обработкой сухого цианида (обычно Hg(CN)2).
Объясните причины и приведите соответствующие уравнения реакций.
Лабораторная работа
1. Простое вещество
а) Испытать отношение углерода к кислотам и щелочам.
б) В кусочке древесного угля сделать углубление и насыпать
туда немного оксида свинца (II). Уголь взять щипцами и внести в
пламя спиртовки так, чтобы оно касалось оксида. Наблюдать образование металла. Какие металлы могут быть восстановлены углем
и кремнием из их оксидов?
2. Свойства карбида кальция
(Опыт проводить под тягой!) В сухую колбу Вюрца положить
1–2 кусочка карбида кальция, в капельную воронку налить воды
(ее можно подкислить соляной кислотой). Приливая к карбиду
кальция по каплям воду, наблюдать выделение газа (какого?).
Изучить его восстановительные свойства в газовой фазе и в растворе (для этого предложить свои варианты реакций, продумать
признаки их протекания и способы обнаружения продуктов).
3. Получение и свойства оксида углерода (II)
Оксид углерода (II) – сильнейший яд (почему?)! Опыты проводить только под тягой в присутствии преподавателя или лаборанта, стекло опустить!
Собрать прибор по рис. 2.21. Поместить в колбу Вюрца 15 г
щавелевой кислоты, а в капельную воронку 20 мл концентриро-
88
2.8. Углерод и его соединения
ванного раствора серной кислоты. В первую промывалку налить
10 %-ный раствор гидроокиси натрия (зачем?), а во вторую – кон-
центрированный раствор серной кислоты. В среднюю часть трубки
из тугоплавкого стекла поместить около 0,2 г оксида меди. Нагревание реакционной смеси в колбе Вюрца следует проводить до начала энергичного выделения газа, после чего
Рис. 2.21. Прибор для получения СО из щавелевой кислоты
отставить горелку.
Исследовать свойства оксида углерода (II).
а) Нагреть пламенем горелки в токе окиси углерода ту часть
трубки, где лежит оксид меди. Как изменяется ее цвет? Испытать
действие выходящего газа на известковую воду. На какие свойства
окиси углерода указывает этот опыт?
б) Пропустить оксид углерода (II) через аммиачные растворы
нитрата серебра и хлорида меди. (Аммиачный раствор соли серебра готовится добавлением раствора аммиака к раствору нитрата
серебра до исчезновения осадка оксида серебра. Аммиачный раствор хлорида меди (I) получается растворением его в концентрированном растворе аммиака.) Одинаковые ли свойства проявляет
оксид углерода (II) в этих реакциях? Как доказать, что при нагревании образовавшегося комплексного соединения меди (I) будет
выделяться окись углерода?
89
Часть 2. Химия непереходных элементов
4. Соединения углерода в степени окисления +4
1) Получение двуокиси углерода и ее свойства
Как получают оксид углерода (IV) в лаборатории?
Зарядить аппарат Киппа для получения углекислого газа.
Наполнить три сухие банки углекислым газом (как убедиться в
этом?).
Вылить на пламя спиртовки содержимое одной из банок. Что
наблюдается? Во вторую банку при помощи пинцета
быстро внести ленту горящего магния. Что происходит? Написать
уравнение реакции.
В третью банку внести ложечку с зажженным на воздухе красным фосфором (осторожно, под тягой!). Объяснить наблюдаемые
явления.
Пропустить ток углекислого газа через дистиллированную воду
в течение 3–5 мин. Испытать раствор индикаторами. Какие процессы происходят при взаимодействии двуокиси углерода с водой?
2) Соли угольной кислоты
а) Гидролизуемость. Изучить с помощью универсального
индикатора гидролизуемость карбоната и гидрокарбоната натрия.
Какая соль сильнее гидролизуется и почему (подтвердить расчетами)?
б) Термическая устойчивость. Испытать отношение карбонатов различных металлов к нагреванию, для этого прокалить
в пробирках следующие соли: основной карбонат меди, карбонаты магния, кальция, натрия, бикарбонат натрия. Выделяющийся
газ пропустить в известковую воду. Написать уравнения реакций.
Объяснить причины различия термической устойчивости изученных карбонатов.
или щипцов
2.9. Кремний и его соединения
Кремний. Электронное строение атома, валентные возможности, степени окисления, координационные предпочтения.
Кремний как простое вещество: строение, свойства, сравнение с алмазом. Силан: получение, строение, свойства, сравнение с метаном. Причины меньшей устойчивости полисиланов в сравнении с предельными углеводородами. Оксид
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]