Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по неорганической химии. В 3 частях. Ч.3. Химия переходных элементов. Учебно-методическое пособие.pdf
7.2.3. Соединения хрома(III)
Оксид хрома(III
)
Проверить малую реакционную способность оксида хрома(III). Для этого
в три пробирки поместить немного (на кончике шпателя) оксида хрома(III).
Во все пробирки прилить по ~ 1 мл: в первую — концентрированной соляной
кислоты, во вторую — концентрированной серной кислоты, в третью — концентрированного раствора гидроксида натрия.
Наблюдаются ли признаки химических реакций в пробирках?
Осторожно нагреть каждую из пробирок в пламени спиртовки в течение 1–2 мин.
Изменилось ли что-то?
На основании проведенных опытов сделать вывод о реакционной способности оксида хрома(III).
Как оксид хрома(III) в результате одностадийных превращений можно
превратить в «растворимые соединения» хрома:
а) хромит натрия;
б) сульфат хрома(III);
в) хромат(VI) натрия?
Написать уравнения реакций с указанием условий их проведения.
Гидроксид хрома(III
)
В две пробирки налить по ~ 0,5 мл раствора хлорида хрома(III). В обе
пробирки добавить равный объем концентрированного раствора аммиака.
Что наблюдается? Написать уравнение реакции.
В каких условиях образуются амминокомплексы хрома(III)?
В первую пробирку с ранее полученным осадком гидроксида хрома(III)
добавить по каплям при перемешивании избыток концентрированного раствора
гидроксида натрия, во вторую — по каплям при перемешивании избыток рас-
твора серной кислоты.
Написать уравнения реакций.
Каковы кислотно-основные свойства гидроксида хрома(III)?
Почему для более полного осаждения гидроксида хрома(III) из раствора
солей хрома(III) предпочтительнее использовать избыток концентрированного
раствора аммиака, а не раствор щелочи?
Соли хрома(III
)
1. Поместить в пробирку немного (на кончике шпателя) кристаллов хро-
мокалиевых квасцов и растворить их в ~ 0,5 мл дистиллированной воды.
11
Демонстрационный
эксперимент
С помощью стеклянной палочки перенести каплю приготовленного раствора на полоску универсальной индикаторной бумаги и оценить рН.
Объяснить оценку рН, написав уравнение реакции частичного гидролиза
в ионном виде.
Какие ионы содержатся в узлах кристаллической решетки хромокалиевых квасцов? Чем обусловлен фиолетовый цвет твердых хромокалиевых квасцов и их водного раствора?
2. К раствору хромокалиевых квасцов, полученному в предыдущем опыте,
добавить равный объем раствора сульфида натрия.
Что наблюдается? Изменится ли состав осадка, если в этой реакции
вместо раствора сульфида натрия приливать раствор карбоната натрия?
Написать уравнения соответствующих реакций.
Существует ли сульфид хрома(III)? Как его можно получить (уравнение
реакции с указанием условий ее проведения)?
3. Поместить в пробирку 2–3 капли раствора хлорида хрома(III). Добавить
при перемешивании по каплям концентрированный раствор щелочи до полного
растворения первоначально выпавшего осадка. К полученному изумруднозеленому прозрачному раствору добавить при перемешивании ~ 1 мл бромной
воды и, если необходимо, осторожно нагреть реакционную смесь в пламени
спиртовки до изменения цвета раствора.
Отметить изменения и написать уравнение реакции. Какие свойства
3+
проявляет ион Cr
в этой реакции?
Оксид хрома(VI
при постоянном перемешивании стеклянной палочкой прилить ~ 10 мл концен-
трированной серной кислоты.
Отметить цвет образовавшегося осадка. Написать уравнение реакции.
Небольшое количество полученного оксида хрома(VI) с помощью стеклянного шпателя поместить в сухую фарфоровую чашку. Осторожно, с помо-
щью стеклянной пипетки, добавить по каплям ~ 1 мл этилового спирта.
Что происходит? Какие свойства проявляет оксид хрома(VI) в этом
опыте? Написать уравнение реакции.
7.2.4. Соединения хрома(VI)
)
Поместить в фарфоровую чашку ~ 1 г предварительно
тщательно растертого дихромата калия и добавить
~ 1 мл дистиллированной воды. К полученной суспензии
12
Демонстрационный
эксперимент
Соли хромовых кислот
1. Налить в пробирку ~ 0,5 мл раствора дихромата калия и добавить
при перемешивании несколько капель разбавленного раствора гидроксида
натрия до изменения окраски. К образовавшемуся раствору добавить ~ 1 мл раствора серной кислоты.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
Как изменяется состав солей хромовых кислот в зависимости
от рН среды?
2. В одну пробирку налить ~ 0,5 мл раствора хромата калия, во вторую —
такой же объем раствора дихромата калия. В обе пробирки прилить равный
объем раствора соли бария.
Что наблюдается? Каков состав выпавших осадков в этих опытах?
Написать уравнения проведенных реакций.
Растворится ли образовавшийся в этих опытах осадок в избытке рас-
твора сильной кислоты, например серной (уравнение реакции)?
Будут ли протекать принципиально другие реакции при замене раствора
соли бария растворами: а) нитрата свинца(II); б) нитрата серебра(I)? Ответ
подтвердить уравнениями реакций.
3. К ~ 0,5 мл раствора дихромата калия в пробирке добавить 4–5 капель
раствора серной кислоты и прилить ~ 0,5 мл раствора сульфита натрия.
Что наблюдается? Написать уравнение реакции.
Какие свойства соединений хрома(VI) проявляются в этом опыте?
Пероксосоединения хрома(VI
)
Налить в пробирку ~ 1 мл 3%-го раствора пероксида водорода, добавить
при перемешивании 3–4 капли раствора серной кислоты, ~ 1 мл диэтилового
эфира и 3–4 капли раствора дихромата калия. Осторожно перемешать содер-
жимое пробирки.
Отметить окраску эфирного слоя. Написать уравнение реакции.
Что будет происходить при отсутствии эфирного слоя (уравнение реакции)?
7.3. Молибден и вольфрам
7.3.1. Оксиды молибдена(VI) и вольфрама(VI)
В два фарфоровых тигля поместить по ~ 0,5 г твердых солей
аммония: в первый — молибдата аммония, во второй —
вольфрамата аммония. Оба тигля нагреть на электроплитке.
13
Дождаться начала разложения аммонийных солей (контроль с помощью
влажной полоски универсальной индикаторной бумаги). Продолжать нагревание обоих тиглей еще в течение ~ 10 мин, периодически перемешивая их содержимое с помощью стеклянной палочки.
Спустя ~ 10 мин прокаливания оба тигля аккуратно снять с электроплитки и охладить их содержимое до комнатной температуры.
Отметить изменения и написать уравнения реакций термического разложения молибдата и вольфрамата аммония.
Проходит ли так же термолиз хромата аммония (уравнение реакции)?
Сравнить свойства оксидов состава МО
(для М = Cr, Mo, W):
3
цвет, термическая устойчивость, отношение к воде, окислительная способность.
Образуют ли тиосоли соединения молибдена(VI) и вольфрама(VI)? В каких условиях? Подтвердить ответ уравнениями реакций.
7.3.2. Гетерополисоединения молибдена(VI)
Поместить в пробирку немного (на кончике шпателя) твердого молибдата
аммония, добавить ~ 0,5 мл дистиллированной воды и аккуратно нагреть содержимое пробирки в пламени спиртовки до растворения соли. Не охлаждая
раствор, добавить к нему ~ 0,5 мл концентрированной азотной кислоты
и 3–5 капель раствора ортофосфата натрия. Если необходимо, пробирку слегка
подогреть в пламени спиртовки до образования осадка.
Отметить наблюдения и написать уравнение реакции.
В чем различие строения гетеро- и изополимолибдатов?
Образует ли вольфрам(VI) гетеро- и изополисоединения?
7.3.3. «Молибденова синь»
Налить в пробирку ~ 1 мл раствора молибдата аммония и аккуратно поместить гранулу металлического цинка. Добавить при перемешивании
3–4 капли концентрированной соляной кислоты.
Что наблюдается? Написать уравнение реакции.
Что такое «молибденова синь»? Чем обусловлена ее яркая окраска?
Образует ли вольфрам подобные соединения?
14
Глава 8. Синтезы соединений элементов 5 и 6 групп
8.1. Синтезы соединений ванадия
8.1.1. Гексагидрат хлорида ванадия(III)
VCl
⋅ 6H2O
3
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Использовать защитные очки и перчатки!
Получение гексагидрата хлорида ванадия(III)
В стакан объемом 100 мл поместить навески ~ 1 г металлического ванадия
и ~ 2,5 г порошка оксида ванадия(V). Добавить к навескам ванадийсодержащих
реагентов ~ 30 мл концентрированной соляной кислоты. Стакан накрыть часовым стеклом, поместить на электроплитку и кипятить его содержимое в течение
40–50 мин до образования темно-зеленого раствора.
Затем полученный горячий раствор быстро профильтровать через складчатый бумажный фильтр («желтая лента») в другой стакан объемом 100 мл (стакан 5 на рис. 2).
Металлический ванадий, оставшийся на фильтре,
с помощью стеклянного шпателя и промывалки
аккуратно перенести в стакан объемом 100 мл,
3–4 раза тщательно промыть дистиллированной водой методом декантации,
высушить между листами фильтровальной бумаги и сдать лаборанту!
Из фильтрата в стакане 5 возможно частичное образование кристаллов синтезируемого соединения, для увеличения выхода которого необходимо
насыщение
реакционного раствора газообразным хлороводородом.
Для этого собрать установку, изображенную на рис. 2. В колбу Вюрца 1
объемом 250 мл поместить ~ 20 г хлорида натрия и смочить его ~ 5 мл концентрированной соляной кислоты. В капельную воронку 2 налить (~ 1/2 объема) концентрированную серную кислоту. Верхнее отверстие капельной воронки закрыть
пробкой. В склянку Дрекселя 3 налить такое количество концентрированной серной кислоты, чтобы трубка погрузилась в жидкость на ~ 1 см.
К склянке Дрекселя 3 с помощью небольшого отрезка шланга и изогнутой
трубки присоединить воронку 4, которая максимально подходит по диаметру стакана 5 и под небольшим наклоном не полностью касается поверхности раствора
в нем. Стакан 5 с раствором поместить в кристаллизатор 6 со льдом.
15
3
1
2
5
4
6
Рис. 2. Установка для получения гексагидрата хлорида ванадия(III):
1 — колба Вюрца; 2 — капельная воронка с противодавлением;
3 — склянка Дрекселя; 4 — воронка, соединенная с изогнутой трубкой;
5 — стакан с реакционной смесью; 6 — кристаллизатор со льдом
Осторожно приоткрыть кран капельной воронки 2 и, добавляя по каплям
концентрированную серную кислоту к хлориду натрия, установить равномерный ток хлороводорода (скорость пропускания пузырьков через склянку Дрекселя 3 должна быть 1–2 пузырька в секунду). Пропускать хлороводород через
раствор в стакане 5 в течение 30–40 мин при охлаждении в кристаллизаторе 6
со льдом.
Образовавшиеся в стакане 5 кристаллы отфильтровать на стеклянном пористом фильтре (40 пор) и высушить между листами фильтровальной бумаги. Полученное вещество перенести в тарированную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнение реакции и рассчитать выход продукта.
16
Изучение некоторых свойств полученного вещества
В четыре пробирки поместить с помощью стеклянного шпателя немного
(по ~ 1/4 шпателя) полученного вещества и растворить его в ~ 0,5 мл дистиллированной воды.
Раствор в первой пробирке осторожно нагреть в пламени спиртовки.
Во вторую пробирку с раствором синтезированного вещества налить
~ 1 мл концентрированной соляной кислоты и аккуратно внести гранулу цинка.
Закрыть пробирку клапаном Бунзена и оставить на ~ 2 мин.
В третью пробирку добавить при перемешивании ~ 0,5 мл концентрированного раствора гидроксида натрия и 3–4 капли раствора соли висмута(III).
В четвертую пробирку налить ~ 1 мл концентрированной азотной кислоты
и осторожно нагреть ее содержимое в пламени спиртовки.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
Общая характеристика гексагидрата хлорида ванадия(III)
Гексагидрат хлорида ванадия(III) — гигроскопичные кристаллы зеленого
цвета, имеющие строение [V(H
2O)4Cl2
]Cl ⋅ 2H2O. Вещество хорошо растворимо
в воде. В инертной атмосфере устойчиво продолжительное время. Реагирует
с водой, в водном растворе — сильный восстановитель.
Литературные источники
1. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. / под ред. Г. Брауэра.
М.: Мир, 1985. Т. 5. С. 1513.
2. Практикум по неорганической химии / под ред. А. В. Шевелькова.
М.: Лаборатория знаний, 2021. С. 261.
На основании проведенных опытов, а также сопоставив характеристики полученного Вами вещества с общей характеристикой, описанной в методике, сделать вывод о свойствах и чистоте полученного гексагидрата хлорида
ванадия(III).
17
8.1.2. Тригидрат сульфата ванадила
VOSO
· 3H2O
4
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Использовать защитные очки и перчатки!
Получение тригидрата сульфата ванадила
В синтезе использовать свежеприготовленный оксид ванадия(V).
Для этого в стакан объемом 250 мл поместить ~ 6 г ванадата аммония и прилить
~ 150 мл воды. Полученную суспензию нагреть на электроплитке до ~ 70 °С
и осторожно при постоянном перемешивании стеклянной палочкой добавить
~ 8 мл концентрированной серной кислоты. Смесь охладить до комнатной температуры. Отфильтровать образовавшийся осадок на воронке Бюхнера (фильтр
«желтая лента») и промыть 3 раза порциями по ~ 10 мл водой, подкисленной
3–4 каплями концентрированной серной кислоты.
Полученный осадок свежеосажденного оксида ванадия(V) максимально
возможно перенести в стакан объемом 100 мл. Для этого сначала основную
часть вещества перенести с помощью стеклянного шпателя, а затем остатки
вещества смыть с фильтра и шпателя небольшим количеством дистиллированной воды (ее суммарный объем должен составлять ~ 10 мл).
Стакан с полученной суспензией поместить на магнитную мешалку
с функцией нагревания. Осторожно добавить при перемешивании ~ 10 мл концентрированной серной кислоты. Накрыть стакан часовым стеклом и нагреть
реакционную смесь до ~ 60 °С.
Периодически снимая часовое стекло, при перемешивании и нагревании
(50–60 °C) добавить небольшими порциями с помощью стеклянного шпателя
~ 1,4 г дигидрата щавелевой кислоты. Реакцию вести до исчезновения взвеси
оксида ванадия(V) — если потребуется, можно добавить еще небольшое количество щавелевой кислоты.
Полученный раствор небесно-голубого цвета перелить в фарфоровую чашку объемом ~ 50 мл и упарить на электроплитке при постоянном перемешивании
стеклянной палочкой до начала кристаллизации. Охладить реакционную смесь
сначала до комнатной температуры, а затем при ~ 0 °С в течение ~ 30 мин в кристаллизаторе со льдом.
Образовавшийся осадок отфильтровать на стеклянном пористом фильтре
(16 пор), промыть ~ 10 мл этанола и высушить на фильтре током воздуха
при включенном водоструйном насосе в течение ~ 15 мин. Полученное вещество
перенести в тарированный бюкс и взвесить.
Написать уравнения всех реакций и рассчитать выход продукта.
18
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Изучить термическую устойчивость тригидрата сульфата ванадила. Для
этого поместить немного (на кончике шпателя) полученного вещества в сухую
пробирку и сильно нагреть в пламени спиртовки в течение ~ 5 мин.
Что наблюдается? Написать уравнение реакции.
2. В три пробирки поместить немного (на кончике шпателя) полученного
вещества и добавить в каждую из них по ~ 0,5 мл воды.
К раствору в первой пробирке добавить по каплям при перемешивании
концентрированный раствор гидроксида натрия (вначале недостаток, затем избыток).
К раствору во второй пробирке добавить равный объем концентрированной соляной кислоты, аккуратно внести гранулу цинка и закрыть пробирку
клапаном Бунзена.
Раствор в третьей пробирке подкислить ~ 0,5 мл раствора серной кислоты,
прилить 2–3 капли раствора перманганата калия и слегка подогреть в пламени
спиртовки.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
3. Небольшое количество полученного соединения поместить в сухую
1
пробирку и отдать для регистрации ИК-спектра в области 4000−400 см
−
.
Найти в спектре характеристичные полосы поглощения и сравнить
их положение с описанными в литературе данными. Результаты представить
в виде таблицы.
Сопоставление литературных и экспериментальных данных ИК-спектров
1
данные
−
)
Отнесение
полос
Положения полос поглощения (см
и их относительная интенсивность
Литературные
данные
Экспериментальные
Общая характеристика тригидрата сульфата ванадила
Тригидрат сульфата ванадила — очень гигроскопичные голубовато-cиние
кристаллы, хорошо растворимые в воде (112,8 г в 100 г воды при 25 °С),
плохо растворимые в этаноле и ацетоне. Без доступа влаги воздуха (в ампуле) вещество сохраняется долгое время. При нагревании выше 250 °С теряет кристаллизационную воду, выше 520 °С разлагается с образованием оксида ванадия(V).
19
Литературные источники
1. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. / под ред. Г. Брауэра.
М.: Мир, 1985. Т. 5. С. 1537.
2. Карякин Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические вещества. М.: Химия,
1974. С. 78.
3. Могилевкина М. Ф., Максаков В. А., Голубенко А. Н. Практикум по не-
органической химии. Новосибирск: НГУ, 2004. Вып. 3. С. 39.
На основании проведенных опытов, а также сопоставив спектральные
данные и характеристики полученного Вами вещества с общей характеристикой, описанной в методике, сделать вывод о свойствах и чистоте полученного
тригидрата сульфата ванадила.
8.1.3. Бис(ацетилацетонато)оксованадий [VO(Acac)
]
2
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Использовать защитные очки и перчатки!
Получение бис(ацетилацетонато)оксованадия
В стакан объемом 100 мл внести навеску ~ 2,5 г оксида ванадия(V), прилить
~ 15 мл воды, ~ 5 мл концентрированной серной кислоты и ~ 35 мл этанола.
Накрыть стакан часовым стеклом и поместить его на магнитную мешалку
с функцией нагревания.
Нагревать реакционную смесь (~ 70 °C) при постоянном перемешивании
в течение ~ 40 мин. При этом цвет реакционной смеси должен изменится от желтого до небесно-голубого.
Если по окончании реакции полученный раствор будет мутным (содержится некоторое количество непрореагировавшего оксида ванадия(V)), его необходимо профильтровать через бумажный фильтр (фильтр «желтая лента»).
Собрать установку, изображенную на рис. 3.
В стакане объемом 100 мл заранее приготовить раствор ~ 10 г безводного
карбоната натрия в ~ 60 мл воды. Перелить приготовленный раствор в капельную
воронку 3 (рис. 3).
Поместить стакан 2 с охлажденным до комнатной температуры прозрачным
раствором небесно-голубого цвета на магнитную мешалку 1, добавить ~ 6 мл
ацетилацетона и перемешивать реакционную смесь в течение ~ 5 мин.
20