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
4. К четвертой паре пробирок (к растворам Hg2(NO3)2 и Hg(NO3)2 соответ-
ственно) добавить при перемешивании раствор хлорида олова(II), сначала —
немного (по 1–2 капли), затем — избыток (по ~ 2 мл).
Что наблюдается? Написать уравнения реакций, указав избыток или не-
достаток соответствующего реагента.
10.4.2. Реактив Несслера
Налить в пробирку ~ 0,5 мл раствора нитрата ртути(II) и добавить
по каплям при перемешивании избыток концентрированного раствора иодида
калия до полного растворения первоначально образовавшегося осадка.
К полученному раствору при перемешивании добавить 2–3 капли концентрированного раствора гидроксида калия.
Отметить все происходящие изменения при приготовлении «реактива
Несслера» и написать уравнение реакции.
К приготовленному раствору реактива Несслера добавить при перемешивании ~ 1/3 шпателя хлорида аммония (при необходимости пробирку слегка
нагреть в пламени спиртовки).
Что происходит?
Написать уравнение реакции.
Что такое «основание Миллона»?
Каков состав ртутьсодержащих веществ, имеющих тривиальные названия: а) «белый плавкий преципитат»; б) «белый неплавкий преципитат»?
Объяснить происхождение названий этих веществ.
61
Глава 11. Синтезы соединений элементов 7–11 групп
11.1. Синтезы соединений марганца
11.1.1. Тригидрат трис(оксалато)манганата(III) калия
K
[Mn(C2O4)3] ⋅ 3H2O
3
Получение тригидрата трис(оксалато)манганата(III) калия
В стакан объемом 100 мл поместить ~ 5 г дигидрата щавелевой кислоты
и прилить ~ 30 мл дистиллированной воды. Полученный раствор нагреть
на магнитной мешалке до ~ 70 °С и добавить небольшими порциями при перемешивании ~ 1 г предварительно тонкорастертого перманганата калия. Пере-
мешивание реакционной смеси продолжать до ее обесцвечивания. Затем внести
небольшими порциями ~ 1,1 г карбоната калия и охладить реакционную смесь
в кристаллизаторе со льдом до ~ 0 °С.
Все дальнейшие операции проводить в затемненном стакане!
(стакан обернуть черной бумагой)
К охлажденному до ~ 0 °С раствору постепенно, небольшими порциями
при перемешивании добавить еще ~ 0,3 г тонкорастертого перманганата калия.
После добавления последней порции перманганата калия продолжить перемешивание
при ~ 0 °С еще ~ 10 мин. Следить за изменением окраски реакционной смеси.
К вишнево-красному раствору добавить ~ 25 мл предварительно охлажден-
ного в кристаллизаторе со льдом этанола и оставить полученный водно-спиртовый
раствор для кристаллизации на ~ 1,5 ч в кристаллизаторе с охлаждающей смесью
(смесь льда и хлорида натрия), периодически перемешивая реакционную смесь.
Полученное вещество отфильтровать на стеклянном пористом фильтре
(40 пор), промыть дважды порциями по ~ 10 мл охлажденного до ~ 0 °C этилового спирта, а затем — дважды порциями по ~ 5 мл эфира. Полученные краснофиолетовые кристаллы на стеклянном фильтре высушить током воздуха при
включенном водоструйном насосе в течение ~ 15 мин.
Высушенное вещество пересыпать в тарированный бюкс и взвесить.
Обернуть бюкс черной бумагой.
Написать уравнение реакции и рассчитать выход продукта.
Почему при проведении синтеза навеска перманганата калия добавляется дважды? Указать степени окисления марганца, которые реализуются
на отдельных стадиях синтеза.
62
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть кристаллы полученного соединения под микроскопом.
Описать цвет и форму кристаллов.
2. Исследовать фотохимическую устойчивость полученного комплексного
соединения. Для этого поместить немного полученного вещества в сухую пробирку и оставить ее на свету (например, на подоконнике) до следующего занятия.
Отметить изменения и написать уравнение реакции.
3. Изучить термическую устойчивость тригидрата трис(оксалато)манга-
ната(III) калия. Для этого поместить немного (на кончике шпателя) полученного
вещества в сухую пробирку и нагреть ее содержимое в пламени спиртовки.
Что происходит? Написать уравнения возможных реакций.
4. Проверить, что происходит с полученным веществом в водном растворе
при хранении. Для этого поместить немного (на кончике шпателя) полученного
соединения в пробирку, добавить ~ 1 мл дистиллированной воды, перемешать
и оставить в течение ~ 1 ч.
Отметить изменения. Написать уравнение реакции.
5. В две пробирки внести немного (на кончике шпателя) полученного со-
единения. В первую пробирку добавить ~ 0,5 мл концентрированной соляной
кислоты, во вторую — такой же объем разбавленного раствора серной кислоты.
Обе пробирки слегка нагреть в пламени спиртовки.
Что происходит? Написать уравнения реакций.
6. Небольшое количество полученного соединения поместить в сухую
пробирку, обернуть ее черной бумагой и отдать для регистрации ИК-спектра
1
−
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 тригидрата трис(оксалато)манганата(III) калия
Тригидрат трис(оксалато)манганата(III) калия представляет собой кристаллы красно-фиолетового цвета. В чистом виде в кристаллическом состоянии
без доступа воздуха и в темноте можно сохранить в течение некоторого времени при температуре до 20 °С. Вещество хорошо растворяется в воде (в растворе
неустойчиво), плохо — в этиловом спирте и эфире. На свету или при небольшом нагревании быстро разлагается.
63
Литературные источники
1. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. / под ред. Г. Брауэра.
М.: Мир, 1985. Т. 5. С. 1694.
2. Практикум по неорганической химии / под ред. А. В. Шевелькова.
М.: Лаборатория знаний, 2021. С. 297.
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 трис(оксалато)манганата(III) калия.
11.1.2. Манганат(VI) калия
K
MnO4
2
Получение манганата(VI) калия
В коническую колбу объемом 100 мл поместить ~ 12 г гидроксида калия,
добавить ~ 20 мл воды и внести ~ 4 г предварительно тонкорастертого пер-
манганата калия. Отметить с помощью маркера начальный уровень раствора
в колбе. Накрыть колбу часовым стеклом и кипятить реакционный раствор
в ней на электроплитке до тех пор, пока он полностью не окрасится в темнозеленый цвет (1–1,5 ч).
К реакционному раствору добавить дистиллированную воду до его
начального объема (отметка маркером) и охладить колбу в кристаллизаторе
со льдом до ~ 0 °C. Образовавшиеся кристаллы отфильтровать на стеклянном
пористом фильтре (40 пор), дважды промыть порциями по ~ 5 мл предвари-
°
тельно охлажденного до ~ 0
С ~ 1 М раствора гидроксида калия и высушить
в токе воздуха в течение ~ 20 мин.
Полученные темно-зеленые кристаллы перенести в тарированную чашку
Петри и взвесить.
Написать уравнения всех реакций и рассчитать выход продукта.
Для сохранения полученного вещества до следующего занятия чашку
Петри с кристаллами поместить в эксикатор над оксидом фосфора(V).
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть кристаллы полученного соединения под микроскопом.
Описать цвет и форму кристаллов.
2. Изучить термическую устойчивость манганата(VI) калия. Для этого по-
местить немного (~ 1/3 шпателя) полученного вещества в сухую пробирку, силь-
64
но нагреть ее содержимое в пламени спиртовки и тотчас внести в пробирку
тлеющую лучинку.
Что происходит? Написать уравнения всех реакций.
3. В двух пробирках приготовить по ~ 1 мл водного раствора полученного
вещества. В первую пробирку пропустить ток углекислого газа (из баллона),
во вторую — добавить немного (на кончике шпателя) твердого хлорида аммония.
Что наблюдается в обеих пробирках? Написать уравнения реакций.
В какой среде устойчив манганат(VI)-ион в водных растворах?
4. К небольшому количеству (на кончике шпателя) полученного мангана-
та(VI) калия добавить ~ 1 мл концентрированной соляной кислоты.
Какой газ выделяется? Написать уравнение реакции.
Общая характеристика манганата(VI) калия
Манганат(VI) калия — кристаллы темно-зеленого цвета, устойчивые некоторое время в сухой инертной атмосфере. При нагревании диспропорционирует с выделением кислорода. В растворе вещество устойчиво только в сильнощелочной среде; в нейтральной среде разлагается постепенно; при подкислении — очень быстро.
Литературные источники
1. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. / под ред. Г. Брауэра.
М.: Мир, 1985. Т. 5. С. 1687.
2. Практикум по неорганической химии / под ред. А. В. Шевелькова.
М.: Лаборатория знаний, 2021. С. 299.
основании проведенных опытов, а также сопоставив характеристики
На
полученного Вами вещества с общей характеристикой, описанной в методике,
сделать вывод о характерных свойствах полученного манганата(VI) калия.
65
11.2. Синтезы соединений железа и кобальта
11.2.1. Тетрагидрат хлорида железа(II) FeСl2 ⋅ 4H2О
Работу выполнять в вытяжном шкафу!
Работать вдали от открытых источников огня (выделяется водород)!
Использовать защитные очки и резиновые перчатки при работе с кислотами!
Получение тетрагидрата хлорида железа(II)
В фарфоровую чашку налить ~ 15 мл воды и ~ 30 мл концентрированной
соляной кислоты. Нагреть полученный раствор на электроплитке до ~ 50 °С
и добавить небольшими порциями (с помощью стеклянного шпателя) навеску
~ 12 г порошка металлического железа при периодическом перемешивании
стеклянной палочкой.
После окончания реакции (прекращение видимого выделения пузырьков
водорода) реакционную смесь, не прекращая перемешивание стеклянной палочкой, упарить на электроплитке до начала образования на поверхности раствора тонкой пленки кристалликов.
Горячий раствор быстро профильтровать от остатков железа через стеклянный пористый фильтр (160 пор; без применения вакуумного насоса) в стакан
объемом 50 мл. Накрыть стакан часовым стеклом и охладить его содержимое
сначала до комнатной температуры, а затем до ~ 0 °С в кристаллизаторе
со льдом.
Образовавшиеся кристаллы отфильтровать на стеклянном пористом
фильтре (40 пор), промыть сначала ~ 10 мл этанола, затем — таким же объемом
эфира. Высушить вещество на фильтре током воздуха при включенном водоструйном насосе в течение ~ 20 мин. Полученное соединение перенести в тарированную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнение реакции и рассчитать выход продукта.
Объяснить, почему в процессе синтеза металлическое железо должно
постоянно присутствовать в избытке (уравнение реакции).
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть кристаллы полученного соединения под микроскопом.
Описать цвет и форму кристаллов.
2. Изучить процессы, происходящие при нагревании тетрагидрата хлорида
железа(II) на воздухе. Для этого поместить немного (~ 1/4 шпателя) полученного
вещества в сухую пробирку и нагреть его в пламени спиртовки в течение ~ 2 мин.
66
Что происходит? Написать уравнение реакции.
3. Поместить в пробирку небольшое количество (на кончике шпателя) по-
лученного вещества и растворить его в ~ 1 мл воды. С помощью стеклянной палочки перенести каплю полученного раствора на полоску универсальной индикаторной бумаги и оценить рН.
Добавить в пробирку при перемешивании равный объем разбавленного
раствора гидроксида натрия и оставить полученный осадок на некоторое время
(5–10 мин) на воздухе.
Что наблюдается? Написать уравнения всех реакций.
4. В двух пробирках приготовить растворы полученного вещества,
как описано в предыдущем опыте. Быстро использовать эти растворы
при проведении следующих качественных реакций. К раствору в одной пробирке
добавить равный объем раствора сульфида натрия. К раствору в другой пробирке добавить равный объем раствора гексацианоферрата(III) калия.
Отметить все наблюдения и написать уравнения реакций.
5. Проверить наличие соединений Fe(III) в полученном веществе. Для это-
го его небольшое количество растворить в ~ 0,5 мл воды и тотчас добавить
равный объем раствора роданида калия или аммония.
Происходят ли изменения окраски раствора? Если да, написать уравнение
3+
реакции роданид-ионов с ионами Fe
в водном растворе.
Общая характеристика тетрагидрата хлорида железа(II)
Тетрагидрат хлорида железа(II) — гигроскопичные голубовато-зеленые
кристаллы, быстро окисляющиеся на воздухе (особенно во влажном состоянии).
Вещество хорошо растворимо в воде (154 г в 100 г воды при 20 °С;
316 г — при 100 °С), плохо растворимо в спирте. При нагревании в инертной
атмосфере, параллельно с процессами гидролиза, постепенно теряет воду.
Литературные источники
1. Карякин Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические вещества. М.: Химия,
1974. С. 107.
2. Могилевкина М. Ф., Максаков В. А., Голубенко А. Н. Практикум
по неорганической химии. Новосибирск: НГУ, 2005. Вып. 5. С. 31.
На основании проведенных опытов, а также сопоставив характеристики полученного Вами вещества с общей характеристикой, описанной в методике, сделать вывод о характерных свойствах полученного тетрагидрата хлорида железа(II).
67
11.2.2. Тригидрат трис(оксалато)феррата(III) калия
K3[Fe(C2O4)3] ⋅ 3H2O
Получение тригидрата трис(оксалато)феррата(III) калия
В стакан объемом 100 мл поместить навеску ~ 5 г гексагидрата сульфата
железа(II)-аммония (соли Мора) и налить ~ 40 мл воды, подкисленной
1–2 каплями концентрированной серной кислоты. Поместить стакан на магнитную мешалку и нагреть его содержимое до полного растворения соли Мора
при ~ 80 °C. К полученному горячему раствору добавить при перемешивании
небольшими частями навеску ~ 2 г дигидрата щавелевой кислоты. При этом образуется желтый осадок дигидрата оксалата железа(II).
Реакционную смесь охладить до комнатной температуры, дать ей отстояться и аккуратно слить раствор с осадка. Добавить к осадку ~ 20 мл дистиллированной воды и нагреть суспензию в стакане до ~ 80 °C при перемешивании
на магнитной мешалке. Вновь охладить содержимое стакана до комнатной температуры, дать ему отстояться и отделить промытый осадок методом декантации.
В стакан с промытым осадком добавить ~ 10 мл воды и ~ 3,5 г моногидра-
та оксалата калия. Накрыть стакан часовым стеклом, поместить его на магнитную мешалку и нагреть до ~ 40 °С. Периодически снимая часовое стекло, при
перемешивании и нагревании (~ 40 °C) добавить небольшими порциями ~ 10 мл
10%-го раствора пероксида водорода. При этом из реакционной смеси возможно частичное осаждение бурого осадка гидроксида железа(III).
Нагреть содержимое стакана на магнитной мешалке до ~ 80 °С и при перемешивании добавить небольшими порциями навеску ~ 1,2 г дигидрата щавелевой кислоты. При этом образуется прозрачный раствор зеленого цвета (если после добавления всей навески щавелевой кислоты в растворе остается
взвесь гидроксида железа(III), добавить по каплям еще ~ 1 мл 10%-го раствора
пероксида водорода).
Снять стакан с мешалки, извлечь «якорек» и охладить образовавшийся
раствор до комнатной температуры. Добавить к содержимому в стакане при перемешивании стеклянной палочкой ~ 30 мл этилового спирта. Выдержать стакан в кристаллизаторе со льдом при ~ 0 °С в течение ~ 20 мин.
Образовавшийся осадок отфильтровать на стеклянном пористом фильтре
(40 пор), промыть дважды порциями по ~ 5 мл этанола и высушить на фильтре
током воздуха при включенном водоструйном насосе в течение 20–30 мин.
Полученное вещество перенести в тарированную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнения всех реакций и рассчитать выход продукта.
68
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть кристаллы полученного соединения под микроскопом.
Описать цвет и форму кристаллов.
2. Исследовать фотохимическую устойчивость полученного комплексного
соединения. Для этого поместить немного полученного вещества в сухую пробирку и оставить ее на свету (например, на подоконнике) до следующего занятия.
Отметить изменения и написать уравнение реакции.
3. Изучить термическую устойчивость полученного трис(оксалато)-
феррата(III) калия. Для этого поместить немного (на кончике шпателя) вещества
в сухую пробирку и нагреть в пламени спиртовки в течение 1–2 мин.
Что наблюдается? Написать уравнение реакции.
4. Поместить в три пробирки небольшое количество (на кончике шпателя)
полученного вещества и растворить его в ~ 0,5 мл дистиллированной воды.
В первую пробирку прилить равный объем раствора гидроксида натрия.
Во вторую — ~ 0,5 мл раствора роданида калия или аммония, в третью —
столько же раствора гексацианоферрата(II) калия.
Отметить наблюдения и написать уравнения всех реакций.
5. 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 тригидрата трис(оксалато)феррата(III) калия
Тригидрат трис(оксалато)феррата(III) калия — кристаллы светло-зеленого
цвета, чувствительны к воздействию света. Вещество хорошо растворимо в воде (в 100 г воды 4,7 г при 0 °С; 118 г — при 100 °С), плохо растворимо в этиловом спирте. При нагревании выше ~ 230 °C вещество разлагается.
Литературные источники
1. Ключников Н. Г. Руководство по неорганическому синтезу. М.: Химия,
1965. С. 367.
2. Могилевкина М. Ф., Максаков В. А., Голубенко А. Н. Практикум по не-
органической химии. Новосибирск: НГУ, 2005. Вып. 3. С. 36.
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 трис(оксалато)феррата(III) калия.
69
11.2.3. Тригидрат трис(оксалато)кобальтата(III) калия
K
[Co(C2O4)3] ⋅ 3H2O
3
Получение тригидрата трис(оксалато)кобальтата(III) калия
В стакан объемом 150 мл налить ~ 50 мл воды, поместить его на магнитную мешалку и нагреть до ~ 80 °С. Растворить в стакане при перемешивании
~ 1,5 г дигидрата щавелевой кислоты и ~ 5,6 г моногидрата оксалата калия. Затем, не прекращая нагревание и перемешивание, добавить небольшими порция-
ми ~ 2 г карбоната кобальта.
После прекращения выделения углекислого газа убрать нагревание раствора и дождаться его охлаждения до ~ 40 °С. Затем при перемешивании
на магнитной мешалке внести ~ 2 г оксида свинца(IV) и по каплям с помощью
пипетки добавить 6–7 мл ледяной уксусной кислоты. При этом реакционная
смесь должна изменить красную окраску на зеленую.
Полученную реакционную смесь профильтровать через складчатый
фильтр («желтая лента») в стакан объемом 250 мл. К прозрачному фильтрату
зеленого цвета добавить при перемешивании стеклянной палочкой ~ 50 мл этилового спирта и выдержать содержимое стакана в кристаллизаторе со льдом
при ~ 0 °С в течение ~ 20 мин.
Образовавшийся изумрудно-зеленый осадок отфильтровать на воронке
Бюхнера (фильтр «желтая лента»), промыть дважды по порциями по ~ 10 мл
этанола, затем — ~ 5 мл эфира. Вещество высушить на фильтре током воздуха
при включенном водоструйном насосе в течение ~ 20 мин, перенести в тариро-
ванную чашку Петри и взвесить.
Написать уравнения всех реакций и рассчитать выход продукта.
Изучение некоторых свойств полученного вещества
1. Рассмотреть кристаллы полученного соединения под микроскопом.
Описать цвет и форму кристаллов.
2. В три пробирки внести немного (на кончике шпателя) полученного со-
единения. В первую пробирку налить ~ 0,5 мл дистиллированной воды и доба-
вить при перемешивании 1–2 капли концентрированного раствора гидроксида
натрия.
Во вторую пробирку добавить при перемешивании ~ 1 мл разбавленного
раствора серной кислоты, в третью — ~ 0,5 мл концентрированной соляной
кислоты. Обе пробирки слегка нагреть в пламени спиртовки.
Отметить, что происходит во всех трех пробирках.
Написать уравнения реакций.
70