Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы общей и неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
В сокращенном ионном уравнении отсутствуют те ионы, которые до
и после реакции остались неизменными.
При записи ионных уравнений принято придерживаться следующих
правил.
1. Как в левой, так и в правой части уравнения не записывают в виде
ионов формулы:
а) слабых электролитов, т. е. веществ, которые в водных растворах
лишь частично распадаются
сятся: вода, кислоты (H
, HClO, HClO2, H2SO
HNO
2
дов щелочных и щелочно-земельных металлов (NH
Al(OH)
, Fe(OH)2 и др.);
3
на ионы. К слабым электролитам отно-
, H2SiO3, H2S, CH3COOH, H3PO4, H2SO3, HF,
2CO3
), основания, за исключением гидрокси-
4(конц)
OH, Cu(OH)2,
4
б) нерастворимых и малорастворимых в воде веществ, которые устанавливаются по таблице растворимости кислот, оснований и солей;
в) газов: СО
г) оксидов: Al
д) водородсодержащих остатков слабых кислот:
HPO
, НS−,
24
, SO2, NH3 и т. д.;
2
, CuO, FeO, P2O5 и т. д.;
2O3
HSO
и т. д.;
3
HCO ,
3
HPO ,
е) остатков слабых оснований, содержащих гидроксогруппы:
CuOH
+
, MgOH+, AlOH2+,
Al(OH)
.
2
2. В виде ионов записывают формулы:
а) сильных кислот: HCl, HNO
;
H
2SO4
, HBr, HI, HClO3, HClO4, HMnO4,
3
б) щелочей (гидроксидов щелочных и щелочно-земельных металлов): LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)
в) растворимых в воде солей: NaCl, K
2SO4
, Sr(OH)2, Ba(OH)2;
2
, Сu(NO3)2 и т. д. Формулы
растворимых комплексных солей также представляют в виде ионов:
K[Al(OH)
] K+ + [Al(OH)4]−.
4
2
4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Цель работы
Изучить свойства основных классов неорганических соединений: оксидов, оснований, кислот, солей и ознакомиться со способами их получения. Научиться составлять и записывать в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения проделанных
реакций.
11
Опыт 1. Получение и химические свойства оксидов
1. Получение основного оксида
В металлическую ложечку для сжигания положите немного стружки
магния и нагрейте ее в пламени спиртовки до воспламенения магния.
Осторожно! Магний горит очень ярко. Напишите уравнение реакции.
Отметьте цвет оксида. Сохраните полученный оксид для следующего опыта.
2. Взаимодействие основного оксида с водой
В пробирку налейте 1–2 мл воды и добавьте 2–3 капли фенолфтале-
ина. Приобрел ли индикатор окраску? Полученный в предыдущем
опыте оксид поместите в пробирку. Отметьте малую растворимость
MgO в холодной воде. Как изменилась окраска раствора? Напишите
уравнение реакции взаимодействия оксида магния с водой и уравнение
диссоциации продукта реакции
.
3. Свойства амфотерных оксидов
В две пробирки поместите по одному микрошпателю оксида цинка.
В первую пробирку добавьте 10–15 капель 2 M раствора соляной кислоты, во вторую – столько же концентрированного раствора щелочи.
Осторожно встряхните содержимое пробирок до растворения осадков
в обеих пробирках. Напишите уравнения реакций в молекулярной
и ионно-молекулярной форме. Сделайте вывод
о характере взятого ок-
сида.
Опыт 2. Получение и химические свойства оснований
1. Получение оснований, нерастворимых в воде
Налейте в три пробирки приблизительно по 1 мл 1 М растворов со-
лей: хлорида железа (III), сульфата никеля (II), сульфата меди (II). Прилейте равное количество 2 М раствора едкого натра. Отметьте вид
и цвет выпавших осадков. Напишите уравнения реакций
в молекуляр-
ной и ионно-молекулярной форме.
2. Действие кислот на нерастворимые основания
В первые две пробирки с осадками прилейте по 5–7 капель концен-
трированной хлороводородной кислоты. Что при этом наблюдается?
Объясните результаты, используя таблицу растворимости. Напишите
уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме.
3. Термическое разложение нерастворимых оснований
Осторожно нагрейте
содержимое пробирки с гидроксидом меди
в пламени спиртовки. Для предупреждения выброса нагревайте верхнюю
12
часть содержимого пробирки. Что наблюдается? Сделайте вывод о разложении гидроксида меди (II) при нагревании. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме.
Опыт 3. Получение и химические свойства кислот
1. Взаимодействие соли с кислотой
Положите в пробирку немного кристаллов ацетата натрия и при-
бавьте несколько капель разбавленной серной кислоты. Определите
по
запаху, какое вещество образовалось. В отверстие пробирки внесите, не
прикасаясь к стенкам, полоску универсальной лакмусовой бумажки,
смоченной водой. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме.
2. Взаимодействие хлороводородной (соляной) кислоты и разбавлен-
ной серной кислоты с металлами
В две пробирки налейте приблизительно по 1 мл 2 М
соляной и 2 М
серной кислоты и опустите в каждую из них по одной грануле цинка.
В две другие пробирки также налейте по 1 мл разбавленных хлороводородной и серной кислоты и опустите туда по небольшому кусочку медной проволоки. Через некоторое время наблюдайте, в каких пробирках
происходит выделение газа. Дайте объяснение наблюдаемому
различию
в действии цинка и меди на разбавленные растворы кислот с помощью
понятия «активность металла», обратив внимание на положение цинка
и меди относительно водорода в электрохимическом ряду напряжений
металлов. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме. К какому типу относятся эти реакции?
3. Взаимодействие кислот с основаниями (реакция
нейтрализации)
Налейте в стаканчик 4–5 мл 2 М раствора щелочи NaOH, прибавьте
к нему 2–3 капли фенолфталеина. Добавьте по каплям аналогичный
объем 2 М раствора хлороводородной кислоты до исчезновения окраски
индикатора. Напишите уравнение реакции нейтрализации в молекулярной и ионно-молекулярной форме.
Опыт 4. Получение и химические свойства солей
1. Получение средних солей реакцией обмена
В
две пробирки налейте соответственно по 1 мл 1 М раствора сульфата и карбоната натрия. В каждую добавьте по 1 мл 1 М раствора хлорида бария. Объясните наблюдаемые явления. Что является признаком
протекания этих реакций? Добавьте в обе пробирки концентрированной
13
хлороводородной кислоты. Чем объясняется различное поведение осадков? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме.
2. Получение основных солей и их свойства
К 2 мл 1 М раствора сульфата кобальта (II) прилейте по каплям раствор гидроксида натрия до образования синего осадка. Составьте уравнение реакции образования основной соли (СоОН)
. Полученный
2SО4
осадок разделите на две части. В одну пробирку добавьте раствор щелочи до изменения цвета осадка, в другую – раствор серной кислоты до
его растворения. Отметьте цвет полученного осадка и образовавшегося
раствора. Составьте уравнения реакций превращения основной соли
в основание Со(ОН)
и основной соли в среднюю СоSО4.
2
3. Взаимодействие солей с металлами
Налейте в две пробирки по 1 мл соответственно 1 М растворы сульфатов цинка и меди (II). В первую пробирку опустите кусочек меди,
а во вторую – кусочек цинка. Что наблюдается? В какой из пробирок
заметны изменения, свидетельствующие о происходящей реакции?
Отметьте положение меди и цинка в электрохимическом ряду
напряжений металлов. Сделайте обобщающий вывод о взаимодействии растворов солей с металлами. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме.
Контрольные вопросы
1. Приведите по три примера основных, амфотерных, кислотных
и безразличных оксидов. Назовите их. Напишите графические формулы
их молекул.
2. Какие гидроксиды соответствуют следующим оксидам: оксид
стронция, оксид рубидия, оксид серы (IV), оксид мышьяка (V)? Напишите графические формулы их молекул. Назовите их.
3. Какие элементы образуют основные оксиды, а какие – кислотные?
4. Какие
а) NO
5. Напишите формулы ангидридов указанных кислот: H
H
4P2O7
из приведенных соединений относятся к пероксидам:
; б) K2O2; в) BaO2; г) MnO2?
2
, HOCl, HMnO4.
2SO4
, H3BO3,
6. Напишите формулы оксидов, соответствующие указанным соеди-
нениям: H
SiO3, Cu(OH)2, H3AsO4, H2WO4, Fe(OH)3.
2
14
7. Проклассифицируйте и дайте названия следующим соединениям:
K
O, H3PO3, Cu(OH)2, (CaOH)3PO4, Fe(H2PO4)2, NaAlO2, NaAsO2, K2S.
2
8. Проклассифицируйте и назовите следующие соли: SbONO
[Fe(OH)
CrO4, (AlOH)SO4, Cd(HS)2, Ca(H2PO4)2.
2]2
3
9. Напишите эмпирические формулы соответствующих солей: суль-
фат калия, нитрат бария, карбонат натрия, фосфат кальция, сульфит
натрия, йодид калия, хлорат натрия, перманганат калия, нитрит натрия,
гидросульфат кальция, гидроксохлорид меди (II), гидросульфат натрия,
гидроксонитрат алюминия.
10. Какими химическими свойствами обладают следующие оксиды:
K
O, Cr2O3, CrO3? Подтвердите ответ соответствующими уравнениями
2
реакций.
11. Какими химическими свойствами обладают следующие гидрок-
сиды: Fe(OH)
; Be(OH)2; H2SO4? Подтвердите ответ соответствующими
2
уравнениями реакций.
12. Как доказать амфотерный характер ZnO, Al
, Sn(OH)2, Cr(OH)3?
2O3
Приведите необходимые уравнения реакций.
13. Какими способами получают кислоты и основания? Подтвердите
ответ уравнениями реакций, в результате которых получаются Ca(OH)
Cu(OH)
, HCl.
2
2
14. Какие вещества могут быть получены при взаимодействии кис-
лоты с солью, кислоты с основанием, соли с солью? Приведите примеры
реакций.
15. Составьте уравнения реакций между кислотами и основаниями,
приводящие к образованию солей NaNO
Fe
(SO4)3.
2
, NaHSO4, Na2HPO4, K2S,
3
16. С какими из перечисленных веществ будет реагировать разбав-
ленная серная кислота: CuO, CO
Al(OH)
? Составьте уравнения возможных реакций.
3
, BaO, BaCl2, HNO3, P2O5, Zn, Cu,
2
17. Можно ли получить раствор, содержащий одновременно:
а) Ba(OH)
и НСl; б) СаСl2 и Na2CO3; в) NaCl и AgNO3; г) KCl и NaNO3.
2
Укажите, какие комбинации невозможны и почему.
18. Используя следующие вещества: CaO, H
NaOH, Na
, осуществите приведенные ниже превращения:
2CO3
O, HCl, Ca(OH)2, SO3,
2
а) оксид основание основная соль средняя соль;
б) оксид кислота кислая соль средняя соль;
в) гидроксид оксид соль соль.
,
,
15
19. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуще-
ствить следующие превращения:
а) Ca Ca(OH)
H2SO4 KHSO4 K2SO4;
б) SO
3
в) Cu(OH)
2
г) NaOH Na
д) Zn ZnO Zn(NO
CaCO3 CaO Ca(NO3)2 Ca3(PO4)2;
2
CuO CuSO4;
NaHCO3 Na2CO3 CO2;
2CO3
Zn(OH)2 Na2Zn(OH)4.
3)2
16
Глава 2
МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ВЕЩЕСТВ
Классификация химических реактивов по чистоте
Абсолютно чистых веществ нет, все они содержат примеси. Применяемые в лабораторной практике препараты имеют различную степень
чистоты. Максимально допустимое содержание примесей в веществе
регламентируется техническими условиями (ТУ) или государственными стандартами (ГОСТ). Для вырабатываемых химической промышленностью продуктов и реактивов применяются специальные наименования, обозначающие ту или иную степень чистоты
содержания основного вещества и допустимых примесей для химических реактивов установлены следующие квалификации.
− «Технический» («тех.») – низшая квалификация чистоты вещества. Содержание основного компонента не менее 95 %. Наличие большого количества примесей ограничивает область применения веществ
такой квалификации, в основном это вспомогательный материал для
применения в технологических
− «Чистый» («ч.») – основного вещества в реактиве не менее 98 %,
до 2 % могут составлять примеси. Посторонние запахи у такого реактива присутствуют крайне редко, вид тоже соответствует нормам, но
цвет может незначительно отличаться. Применяется для препаративных
работ, технологических и учебных целей.
− «Чистый для анализа
чистоты реактива показывает, что в нем не менее 99 % чистого вещества, а оставшийся 1 % или менее примесей не мешает применять вещество в аналитических целях. Применяется также для препаративных
и технологических целей.
схемах. Производят в больших объемах.
» («ч.д.а., ЧДА») – средняя квалификация
. В зависимости от
17
− «Химически чистый» («х.ч., ХЧ») − высшая степень чистоты ре-
актива. Содержание основного вещества более 99 %, точно соответствует нормам по внешнему виду и окраске. Применяется для научноисследовательских целей, особо точных методов анализа и физико-химических измерений, а также для технологических целей.
− «Особо чистый» («ос.ч.,
стоты реактива. Содержание примесей в особо чистых веществах лимитируется в пределах 10
–5
…10
ОСЧ») − самая высокая квалификация чи-
–10
%. Такое содержание примесей не влияет
на основные специфические свойства веществ и позволяет использовать
их в новейших технологиях и экспериментальном производстве.
Число и концентрация примесей в отдельных особо чистых веществах различны, поэтому внутри этого класса существует квалификация, указывающая область применения реактива и его особенные свойства, например, вещества спектрально-
чистые («сп.ч.»), эталонной чи-
стоты («в.э.ч.»).
Для всех реактивов при наличии у них ядовитых, огнеопасных
и взрывоопасных свойств наклеивается этикетка с надписями: «Огнеопасно» – красная; «Яд» – желтая; «Взрывоопасно» – голубая; «Беречь
от воды» – зеленая.
Методы очистки жидкостей, растворов и твердых веществ
При хранении химические реактивы «стареют»: поглощают и сорбируют из воздуха газы, а кристаллогидраты солей выветриваются, и поэтому
перед непосредственным использованием веществ может возникнуть проблема их очистки. В общем случае под очисткой веществ понимают совокупность операций по удалению посторонних примесей из исходного продукта до концентраций, соответствующих регламенту синтеза
Все методы очистки основаны на использовании различий в физикохимических свойствах очищаемого вещества и примесей, находящихся
в одинаковых или разных агрегатных состояниях (различия в растворимости, плотности, давлении паров и др.). Существует множество разнообразных способов очистки, применяемых при различных обстоятельствах. Наиболее распространенными способами являются декантация,
фильтрование, возгонка, перегонка,
экстракция и перекристаллизация.
Декантация – это отстаивание твердых частиц, содержащихся
в жидкости, под воздействием силы тяжести. После декантации осветленную жидкость осторожно сливают с осадка. К осадку вновь приливают
.
18
растворитель, перемешивают и дают раствору отстояться. Так повторяют несколько раз, при этом происходит очистка от примесей. Достоинство метода – его простота, а недостаток – замедленное отстаивание
мелких частиц. Значительно быстрее происходит разделение смеси
жидких и твердых частиц путем центрифугирования.
Центрифугирование основано на использовании центробежной
силы, возникающей при быстром вращении. Центробежная сила
напрямую зависит от скорости вращения, ее можно делать многократно
больше силы тяжести, просто увеличивая число оборотов центрифуги
в единицу времени. Благодаря этому достигается намного более быстрое по сравнению с отстаиванием разделение смеси.
Фильтрование применяется для освобождения жидкости от нахо-
дящихся в ней твердых нерастворимых веществ-примесей. С этой
целью жидкость пропускают через гладкий (простой) или складчатый
фильтр, сделанный из фильтровальной бумаги (рис. 2.1). Складчатый
фильтр применяют, если нужно получить чистую жидкость, освобожденную от механических примесей. Для приготовления гладкого фильтра квадратный лист фильтровальной бумаги складывают вчетверо, обрезают ножницами по дуге и отделяют один слой бумаги от остальных
трех, при этом получается конус. Фильтр вставляют в воронку так,
чтобы он плотно прилегал к ее стенке.
Рис. 2.1. Фильтрование
с бумажным фильтром:
1 – стеклянная воронка; 2 – бумажный
фильтр; 3 – стеклянная палочка
Прижимая фильтр пальцем к стенке, осторожно смачивают его небольшим количеством дистиллированной воды, после чего фильтр готов к работе. Край фильтра должен быть на 3–5 мм ниже края воронки.
Укрепить воронку в кольце штатива следует так, чтобы нижний конец
19
воронки касался стенки стакана, в который собирается фильтрат. Раствор на фильтр следует вливать осторожно по стеклянной палочке во
избежание разрыва фильтра и разбрызгивания жидкости.
Перекристаллизация – метод, основанный на изменении растворимости вещества с изменением температуры. Сущность перекристаллизации заключается в выделении кристаллов очищенного вещества из
насыщенного раствора, приготовленного при более
высокой температуре, в результате охлаждения до более низких температур. В этих условиях примеси остаются в растворе, поскольку они находятся в ненасыщенном состоянии. Однако незначительное количество примесей при
кристаллизации захватывается основным веществом за счет адсорбции,
поэтому перекристаллизацию повторяют иногда несколько раз.
Возгонка (или сублимация) – метод очистки, основанный на
непосредственном превращении твердого вещества в пар, минуя жидкое состояние. Этот метод используют, когда основное вещество обладает,
а примеси не обладают свойством возгоняться. Достигнув температуры
возгонки, твердое вещество без плавления переходит в пар, который затем конденсируется в кристаллы на поверхности охлажденных предметов. Возгонка всегда происходит при температуре ниже
температуры
плавления вещества. Возгонкой можно очистить йод, хлорид аммония,
серу, нафталин, бензойную кислоту и др.
Перегонка (или дистилляция) – метод, основанный на превращении
жидкости в пар с последующей конденсацией пара в жидкость, применяется для очистки жидкостей от растворенных в ней примесей, а также
для разделения жидких веществ с различной температурой
кипения.
Смысл процесса дистилляции заключается в том, что при кипении
смеси жидкостей первыми улетучиваются пары более легкокипящего
компонента. Пары этого вещества после прохождения через холодильник конденсируются и стекают в приемник. Метод дистилляции широко
используется в нефтяной промышленности при первичной переработке
нефти для разделения нефти на фракции. В химических лабораториях
перегонка
применяется, например, для получения дистиллированной
воды из водопроводной, содержащей примеси солей кальция, магния,
железа и др. Простейший прибор для перегонки при атмосферном давлении представлен на рис. 2.2.
Экстракция – метод разделения и очистки, основанный на извлечении одного вещества из компонентов раствора с помощью несмешивающегося с ним органического растворителя. Экстрагируемый
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]