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
1
2
3
Не прекращая перемешивание,
с помощью капельной воронки 3 постепенно добавлять приготовленный
ранее раствор карбоната натрия к реакционной смеси в стакане 2
(не допускать сильного вспенивания!).
Продолжить перемешивание реакционной смеси еще в течение
15–20 мин. Образовавшийся осадок
отфильтровать на воронке Бюхнера
(фильтр «желтая лента»), промыть
2–3 раза ледяной водой порциями
по ~ 10 мл и высушить на фильтре током воздуха при включенном водоструйном насосе в течение 15–20 мин.
Перенести полученное вещество в та-
Рис. 3. Установка для получения
бис(ацетилацетонато)оксованадия:
1 — магнитная мешалка;
рированную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнения всех реак-
3 — капельная воронка
ций и рассчитать выход продукта.
Изобразить структурную формулу полученного комплекса.
2 — стакан;
Идентификация полученного вещества
2
1. В мерной колбе объемом 50 мл приготовить 2,5 ⋅ 10
−
М раствор полученного бис(ацетилацетонато)оксованадия в этаноле и записать электронный
спектр поглощения в области 350–800 нм.
Для максимумов полос поглощения рассчитать логарифмы молярных ко-
ε
эффициентов экстинкции (lg
) и сравнить их с литературными данными.
i
2. 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 (см. с. 19).
Общая характеристика бис(ацетилацетонато)оксованадия
Бис(ацетилацетонато)оксованадий («ацетилацетонат ванадила») — веще-
ство бирюзового (сине-зеленого) цвета, плохо растворимое в воде. Хорошо рас-
творяется в полярных органических растворителях.
21
Литературные источники
Могилевкина М. Ф., Максаков В. А., Голубенко А. Н. Практикум по неорганической химии. Новосибирск: НГУ, 2004. Вып. 3. С. 91.
Сопоставив общую характеристику полученного Вами вещества с данными, описанными в методике, а также сравнив спектральные данные, сделать вывод о чистоте полученного бис(ацетилацетонато)оксованадия.
8.2. Синтезы соединений хрома
8.2.1. Ацетат хрома(II) (CH3COO)4(H2O)2]
[Cr
2
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Работать вдали от открытых источников огня!
Использовать защитные очки и резиновые перчатки!
Получение ацетата хрома(II
)
Для получения ацетата хрома(II) собрать установку, изображенную
на рис. 4. В реакционный сосуд 1 внести навеску ~ 4 г тригидрата ацетата
натрия, налить 7–8 мл дистиллированной воды и осторожно поместить не-
большой «якорек». Закрепить сосуд 1 в лапке штатива над магнитной мешалкой 2 (без функции подогрева). Капельную воронку 3 аккуратно заполнить
на ~ 1/3 объема гранулами цинка.
В стакане объемом 100 мл заранее приготовить раствор ~ 3 г гексагидрата
хлорида хрома(III) в ~ 20 мл дистиллированной воды. К приготовленному раствору добавить равный объем концентрированной соляной кислоты и перемешать стеклянной палочкой.
Солянокислый раствор хлорида хрома(III) осторожно, небольшими пор-
циями перелить в капельную воронку 3 и закрыть ее сверху пробкой, снабжен-
ной клапаном Бунзена 4.
После того как реакционная смесь в капельной воронке 3 приобретет характерный для солей Cr(II) голубой цвет, выдержать еще выделение водорода в течение ~ 5 мин для возможно полного удаления воздуха из реакционного сосуда 1.
Затем открыть кран воронки 3 и при постоянном перемешивании с помощью
магнитной мешалки 2 перелить раствор соли хрома(II) в сосуд 1.
22
2
1
3
4
4 — клапан Бунзена
Образовавшийся красный осадок
быстро отфильтровать на стеклянном
пористом фильтре (40 пор). Максимально
быстро промыть осадок ~ 10 мл дистил-
лированной воды, затем — дважды порциями по ~ 5 мл этилового спирта,
в заключение — ~ 10 мл диэтилового
эфира. Полученное вещество высушить
током воздуха при включенном водоструйном насосе в течение ~ 5 мин, перенести в тарированный бюкс и взвесить.
Гранулы цинка, оставшиеся в воронке 3,
поместить в стакан объемом 100 мл,
3–4 раза тщательно промыть водой
методом декантации,
высушить между листами фильтроваль-
ной бумаги и сдать лаборанту!
Написать уравнения всех реакций
и рассчитать выход продукта.
Изобразить структурную формулу
полученного «ацетата хрома(II)», отображающую действительное строение
этого соединения. Как химики
(«для краткости») обычно называют
Рис. 4. Установка для получения
ацетата хрома(II)
1 — реакционный сосуд;
2 — магнитная мешалка;
3 — капельная воронка
с противодавлением;
структуры подобного строения?
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. В три пробирки поместить по ~ 1/3 шпателя полученного вещества.
В первую пробирку добавить ~ 1 мл дистиллированной воды и слегка
нагреть в пламени спиртовки.
Во вторую — прилить ~ 1 мл концентрированной соляной кислоты.
В третью — добавить ~ 0,5 мл концентрированного раствора гидроксида
натрия и 3–4 капли раствора соли висмута(III). Осторожно нагреть пробирку
в пламени спиртовки.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
23
2. Небольшое количество полученного соединения поместить в сухую
1
−
пробирку и отдать для регистрации ИК-спектра в области 4000−400 см
.
Попросить по возможности зарегистрировать ИК-спектр в день синтеза!
Найти в спектре характеристичные полосы поглощения и сравнить
их положение с описанными в литературе данными. Результаты представить
в виде таблицы (см. с. 19).
Общая характеристика ацетата хрома(II)
Дигидрат ацетата хрома(II) — темно-красное вещество, плохо растворимое в воде и спирте, нерастворимое в диэтиловом эфире. В сухом состоянии
в инертной атмосфере соединение устойчиво в течение нескольких суток.
На воздухе оно быстро окисляется.
Литературные источники
1. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. / под ред. Г. Брауэра.
М.: Мир, 1985. Т. 5. С. 1614.
2. Практикум по неорганической химии / под ред. А. В. Шевелькова.
М.: Лаборатория знаний, 2021. С. 278.
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
ацетата хрома(II).
8.2.2. Хлорид хрома(III)
CrCl
3
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Работать в резиновых перчатках и защитных очках!
Получение безводного хлорида хрома(III)
Собрать в вытяжном шкафу установку, изображенную на рис. 5. В колбу
Вюрца 1 поместить ~ 30 г перманганата калия, в капельную воронку 2 налить
(не более ~ 2/3 ее объема) концентрированную соляную кислоту. К колбе Вюрца 1 последовательно присоединить склянку Дрекселя 3, содержащую концен-
трированную серную кислоту, и склянку Дрекселя 4 с тетрахлоридом углерода
(объем жидкости в склянках Дрекселя должен быть таким, чтобы внутренняя
трубка в них погружалась не более чем на ~ 1 см).
24
6
1
2
3
7
4
8
5
820 oC
Рис. 5. Установка для получения безводного хлорида хрома(III):
1 — колба Вюрца; 2 — капельная воронка;
3, 8 — склянки Дрекселя с серной кислотой;
4 — склянка Дрекселя с тетрахлоридом углерода; 5 — трубчатая печь;
6 — кварцевая трубка; 7 — предохранительная склянка Дрекселя
Приготовить смесь, состоящую из ~ 1 г оксида хрома(III) и ~ 0,5 г древесного угля. Смесь тщательно растереть в фарфоровой ступке и внести (без ло-
дочки) в кварцевую трубку 6, помещенную в трубчатую печь 5.
Кварцевая трубка 6 с реакционной смесью
должна быть «смещена» влево в печи 5, как изображено на рис. 5.
К кварцевой трубке 6 присоединить предохранительную склянку 7 (обратите внимание на порядок присоединения склянки Дрекселя 7) и склянку Дрек-
селя 8, содержащую концентрированную серную кислоту.
Включить трубчатую печь 5, установив значение температуры 820 °С.
Добавляя по каплям соляную кислоту к перманганату калия, пропускать
ток хлора через систему до вытеснения воздуха. Отрегулировать скорость продувания тока хлора по скорости барботирования газа через склянку Дрекселя 8
(рекомендуется поддерживать скорость 1–2 пузырька в секунду).
Хлорирование вести в течение ~ 1 ч, затем отключить печь и охладить
трубку 6 в токе хлора.
25
Отсоединить трубку 6 от склянок Дрекселя, перенести безводный хлорид
хрома(III) в тарированную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнения всех реакций и рассчитать выход продукта.
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть полученное соединение под микроскопом, отметить
цвет и форму кристаллов.
2. В три пробирки поместить небольшое количество (на кончике шпателя)
полученного безводного хлорида хрома(III), добавить в каждую из них по ~ 1 мл
дистиллированной воды и перемешать.
Первую пробирку оставить для сравнения.
Содержимое второй пробирки прокипятить в пламени спиртовки в тече-
ние ~ 2 мин. Затем охладить раствор до комнатной температуры.
В третью пробирку поместить гранулу металлического цинка и нагреть
в течение ~ 1 мин. Затем охладить раствор до комнатной температуры.
Отметить изменения в каждой из пробирок, если они наблюдаются.
Оценить рН полученного в каждой пробирке раствора с помощью универ-
сальной индикаторной бумаги.
Объяснить различия, написав уравнения всех соответствующих реакций.
В чем различие отношения к воде полученного Вами безводного хлорида
хрома(III) и гексагидрата хлорида хрома(III)? Пояснить ответ уравнениями
реакций в ионной форме.
Общая характеристика безводного хлорида хрома(III)
Безводный хлорид хрома(III) — блестящие фиолетовые кристаллы в форме листочков. В токе хлора возгоняется выше 600 ℃. Вещество не растворяется
в воде и в органических растворителях. При длительном кипячении вещества
в воде образуется слегка зеленоватый раствор.
Литературные источники
1. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. / под ред. Г. Брауэра.
М.: Мир, 1985. Т. 5. С. 1586.
2. Могилевкина М. Ф., Максаков В. А., Голубенко А. Н. Практикум по не-
органической химии. Новосибирск: НГУ, 2003. Вып. 2. С. 55.
На основании проведенных опытов, а также сопоставив характеристики полученного Вами вещества с общей характеристикой, описанной в методике, сделать вывод о свойствах полученного безводного хлорида хрома(III).
26
3
2
1
4
6
5
8.2.3. Хромокалиевые квасцы
(додекагидрат сульфата хрома(III)-калия)
KCr(SO
⋅ 12H2O
4)2
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Работать в резиновых перчатках и защитных очках!
Получение хромокалиевых квасцов
В стакан 1 (рис. 6) объемом
250 мл поместить «якорек» 2. Налить
в стакан ~ 50 мл воды и внести ~ 5 г дихромата калия. При постоянном перемешивании на магнитной мешалке 4
дождаться растворения вещества
при комнатной температуре, а затем
осторожно небольшими порциями добавить ~ 5 мл концентрированной серной кислоты. Поместить стакан в кристаллизатор 3 со льдом.
Не прекращая перемешивание,
к реакционному раствору с помощью
капельной воронки 5 постепенно
по каплям добавить ~ 15 мл этилового
спирта. При добавлении спирта следить с помощью термометра 6 за тем,
чтобы температура реакционной смеси
не превышала ~ 35 °С.
После завершения реакции снять
стакан с мешалки и извлечь «якорек».
Стакан накрыть часовым стеклом,
охладить реакционную смесь в нем
Рис. 6. Установка для получения
хромокалиевых квасцов:
1 — стакан; 2 — «якорек»;
3 — кристаллизатор со льдом;
4 — магнитная мешалка;
5 — капельная воронка;
6 — термометр
сначала до комнатной температуры,
а затем при ~ 0 °С в течение ~ 1,5 ч в кристаллизаторе со льдом.
Выделившийся осадок отфильтровать на воронке Бюхнера (маточный
раствор сохранить для последующего выращивания крупных кристаллов).
Промыть осадок на фильтре ~ 5 мл ледяной воды и высушить током воздуха
при включенном водоструйном насосе в течение 25–30 мин. Перенести полученное вещество в тарированную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнение реакции и рассчитать выход продукта.
27
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть полученное соединение под микроскопом, отметить
цвет и форму кристаллов. Аккуратно отобрать в отдельную чашку Петри са-
мый большой и хорошо образованный кристалл квасцов, который можно будет
использовать в качестве «затравки» для роста более крупного кристалла из маточного раствора (описание методики приведено далее).
2. Небольшое количество (на кончике шпателя) полученных хромокалие-
вых квасцов поместить в пробирку и растворить в ~ 2 мл воды. Разделить полученный раствор на четыре пробирки.
В первую пробирку добавить 3–4 капли раствора хлорида бария.
Во
вторую — прилить при перемешивании ~ 0,5 мл раствора карбоната натрия.
В третью — добавить по каплям при перемешивании концентрированный
раствор гидроксида натрия до растворения первоначально выпавшего осадка.
К образовавшемуся изумрудно-зеленому прозрачному раствору добавить ~ 1 мл
3%-го раствора пероксида водорода и осторожно слегка нагреть пробирку
в пламени спиртовки.
раствору в четвертой пробирке добавить 2–3 капли разбавленного раство-
К
серной кислоты, немного (на кончике шпателя) твердого пероксодисульфата
ра
калия и каплю раствора нитрата серебра (в качестве катализатора). Аккуратно при
перемешивании слегка нагреть содержимое пробирки в пламени спиртовки.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
2
−
3. В мерной колбе объемом 100 мл приготовить 5 ⋅ 10
М раствор полученных хромокалиевых квасцов в воде и записать электронный спектр поглощения
в области 350–800 нм.
Для максимумов полос поглощения рассчитать логарифмы молярных ко-
ε
эффициентов экстинкции (lg
) и сравнить их с литературными данными.
i
4. 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 (см. с. 19).
Общая характеристика хромокалиевых квасцов
Хромокалиевые квасцы (додекагидрат сульфата хрома(III)-калия) — темно-фиолетовые кристаллы, растворимые в воде (12,5 г в 100 г воды при 25 °С).
Постепенно «выветриваются» на воздухе. При нагревании выше 78 °С теряют
часть кристаллизационной воды и переходят в «зеленую модификацию». Выше
350 °С полностью обезвоживаются, а при нагревании выше 700 °С разлагаются.
28
4
2
3
1
5
5 — стакан
На основании выполненных опытов, а также сопоставив данные о полученном Вами веществе с общей характеристикой, описанной в методике, сделать вывод о характерных свойствах и чистоте полученных хромокалиевых квасцов.
Выращивание кристалла хромокалиевых квасцов из маточного раствора
(эта часть синтеза не является обязательной,
выполняется по согласованию с преподавателем)
Наиболее крупный и хорошо образованный кристалл 1 (рис. 7), отобранный Вами
ранее под микроскопом, аккуратно привязать
к тонкой нити 2 (или длинному волоску).
Привязать другой конец этой нити к стеклянной палочке 3. В фильтровальной бумаге 4
сделать небольшое отверстие, через которое
осторожно продеть нить с привязанным
к ней кристаллом.
В стакан 5 объемом 250 мл налить ма-
точный раствор, оставшийся после получения
хромокалиевых квасцов. Стакан накрыть
фильтровальной бумагой 4, аккуратно погрузив привязанный кристалл 1 в раствор.
Рис. 7. Выращивание кристалла
хромокалиевых квасцов:
1 — кристалл квасцов;
2 — нить;
3 — стеклянная палочка;
4 — фильтровальная бумага;
Оставить содержимое стакана на 3–4 недели.
По завершении опыта кристалл извлечь из раствора и осушить его с помощью фильтровальной бумаги.
Сохранить кристалл можно в бюксе, дополнительно герметизированном
с помощью пленки Parafilm.
Зарисовать выращенный кристалл.
Что будет происходить, если выращенный Вами кристалл хромокалиевых
квасцов поместить на несколько недель в насыщенный раствор алюмокалиевых
квасцов? Объяснить это явление.
Литературные источники
1. Практикум по неорганической химии / под ред. А. В. Шевелькова.
М.: Лаборатория знаний, 2021. С. 273.
2. Ключников Н. Г. Руководство по неорганическому синтезу. М.: Химия,
1965. С. 331.
3. Могилевкина М. Ф., Максаков В. А. Практикум по неорганической хи-
мии. Новосибирск: НГУ, 2003. Вып. 2. С. 56.
29
8.2.4. Тригидрат трис(оксалато)хромата(III) калия
K3[Cr(C2O4)3] ⋅ 3H2O
Получение тригидрата трис(оксалато)хромата(III) калия
В стакан объемом 250 мл внести ~ 2,3 г моногидрата оксалата калия,
~ 5,5 г дигидрата щавелевой кислоты и прилить ~ 80 мл воды. К полученной смеси добавлять небольшими порциями при перемешивании на магнитной мешалке
~ 1,9 г предварительно тонкоизмельченного дихромата калия. Перемешивание
продолжать до прекращения выделения газа.
Полученный реакционный раствор перелить в фарфоровую чашку и упарить на водяной бане при постоянном перемешивании стеклянной палочкой
до ~ 20 мл. Охладить раствор в чашке сначала до комнатной температуры, а затем до ~ 0 °C в кристаллизаторе со льдом. Выдержать содержимое чашки при
~ 0 °С в течение ~ 30 мин.
Выделившиеся кристаллы отфильтровать на воронке Бюхнера, промыть
~ 5 мл ледяной воды и высушить током воздуха при включенном водоструйном
насосе в течение 25–30 мин. Полученное вещество перенести в тарированную
чашку Петри и взвесить.
Написать уравнение реакции и рассчитать выход продукта.
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть полученное соединение под микроскопом, отметить
цвет и форму кристаллов.
2. Небольшое количество (на кончике шпателя) полученного комплексного
соединения поместить в пробирку и растворить в ~ 2 мл воды. Разделить полученный раствор на три пробирки.
В первую пробирку добавить при перемешивании равный объем концен-
трированного водного раствора аммиака.
Во вторую — прилить при перемешивании ~ 0,5 мл раствора сульфида натрия.
К раствору в третьей пробирке добавить ~ 1 мл разбавленного раствора
серной кислоты и 2–3 капли раствора перманганата калия.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
2
3. В мерной колбе объемом 250 мл приготовить 1 ⋅ 10
−
М раствор полученного тригидрата трис(оксалато)хромата(III) калия в воде и записать электронный
спектр поглощения в области 350–800 нм.
Для максимумов полос поглощения рассчитать логарифмы молярных ко-
эффициентов экстинкции (lg
ε
) и сравнить их с литературными данными.
i
30