Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А. И. ГЕРЦЕНА
ПРАКТИКУМ
ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ
ХИМИИ
Санкт-Петербург
Издательство РГПУ им. А. И. Герцена
2020
ББК 24.1
П69
Печатается по рекомендации кафедры
неорганической химии и решению редакционноиздательского совета РГПУ им. А. И. Герцена
Авторы: проф., д-р хим. наук Т. Б. Бойцова (гл. 1, 2, 10, 11), доц., канд.
хим. наук И. А. Блинова (гл. 3, 6), доц., канд. хим. наук М. В. Пузык (гл. 4),
доц., канд. тех. наук В. В. Горбунова (гл. 5), доц., канд. хим. наук В. В. Васильев
(гл. 7), доц., канд. хим. наук Е. И. Исаева (гл. 8, 9, 13), проф., д-р хим. наук
А. М. Тимонов (гл. 12), доц., канд. хим. наук Л. П. Ардашева (гл. 14).
Научный редактор: зав. кафедрой неорганической химии, д-р хим. наук
Т. Б. Бойцова.
Практикум по неорганической химии: Учебное пособие / под
П69
ред. Т. Б. Бойцовой. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена,
2020. — 176 с.
ISBN 978-5-8064-2826-5
Практикум содержит описание лабораторных работ, задания для работы
студентов на практических занятиях, а также индивидуальные задания для
самостоятельной работы студентов по основным разделам неорганической
химии — «Химии непереходных элементов» (главы 1–7) и «Химии переходных
элементов» (главы 8–14).
Учебное пособие написано в соответствии с действующим федеральным
государственным образовательным стандартом высшего образования по
направлениям «04.03.01» Химия и «44.03.01» Педагогическое образование
(профиль «Химическое образование») для дисциплин «Химия непереходных
элементов», «Химия переходных элементов» и «Неорганическая химия».
ББК 24.1
© Коллектив авторов, 2020
© С. В. Лебединский, оформление обложки, 2020
ISBN 978-5-8064-2826-5 © Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2020
СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1. Водород ......................................... . . 5
Лабораторная работа ................................... . . 5
Задания для практических занятий ....................... . . 6
Индивидуальные задания ............................... . . 7
Глава 2. Элементы 17 группы Периодической системы ....... . . 12
Лабораторная работа ................................... . . 12
Задания для практических занятий ....................... . . 16
Индивидуальные задания ............................... . . 18
Глава 3. Элементы 16 группы Периодической системы ........ . . 25
Лабораторная работа ................................... . . 25
Задания для практических занятий ....................... . . 30
Индивидуальные задания ............................... . . 31
Глава 4. Элементы 15 группы Периодической системы ......... . .40
Лабораторная работа ................................... . . 40
Задания для практических занятий ....................... . . 48
Индивидуальные задания ............................... . . 50
Глава 5. Элементы 14 группы Периодической системы ........... . . 58
Лабораторная работа ................................... . . 58
Задания для практических занятий ....................... . . 63
Индивидуальные задания ............................... . . 64
Глава 6. Элементы 13 группы Периодической системы ......... . 72
Лабораторная работа ................................... . . 72
Задания для практических занятий ....................... . . 75
Индивидуальные задания ............................... . . 76
Глава 7. Элементы 1 и 2 групп Периодической системы ....... . . 83
Лабораторная работа ................................... . . 83
Задания для практических занятий ....................... . . 86
Индивидуальные задания ............................... . . 87
Глава 8. Элементы 4 группы Периодической системы ......... . . 95
Лабораторная работа ................................... . . 95
Задания для практических занятий ....................... . . 97
Глава 9. Элементы 5 группы Периодической системы ......... . . 99
Лабораторная работа ................................... . . 99
Задания для практических занятий ....................... . 102
Индивидуальные задания ............................... . 104
Глава 10. Элементы 6 группы Периодической системы ........ . 113
Лабораторная работа ................................... . 113
Задания для практических занятий ....................... . 116
Глава 11. Элементы 7 группы Периодической системы ........ . 118
Лабораторная работа ................................... . 118
Задания для практических занятий ....................... . 121
Индивидуальные задания ............................... . 122
Глава 12. Элементы 8–10 групп Периодической системы ...... . 131
Лабораторная работа ................................... . 131
Задания для практических занятий ....................... . 134
Индивидуальные задания ............................... . 135
Глава 13. Элементы 11 группы Периодической системы ........ .144
Лабораторная работа ................................... . 144
Задания для практических занятий ....................... . 147
Индивидуальные задания ............................... . 148
Глава 14. Элементы 12 группы Периодической системы ....... . 156
Лабораторная работа ................................... . 156
Задания для практических занятий ....................... . 158
Индивидуальные задания ............................... . 159
Приложение ............................................. . 167
Список литературы ....................................... . 175
Глава 1
ВОДОРОД
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Работа с водородом требует большой осторожности! Водород
горюч и в смеси с кислородом или воздухом образует взрывчатую
смесь.
При опытах с водородом нельзя зажигать выходящий из прибора водород, не убедившись предварительно в его чистоте. Для
определения чистоты пробирку заполняют водородом из прибора, а затем поджигают его. Если водород сгорает спокойно,
без «взрыва», то такой водород можно считать «чистым».
Реактивы:
Zn (гранулы); Al (гранулы); CuO (порошок); 1%-ный раствор
KMnO4; 20%-ный раствор H2SO4; 20%-ный раствор NaOH;
Оборудование:
Пробирки; лучинки; газоотводные трубки, ∠90о с пробками;
стеклянная воронка; спиртовка; прибор Кирюшкина или аппарат
Киппа.
ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА
Опыт 1. Соберите прибор для получения водорода. Помести-
те в пробирку 3–5 кусочков гранулированного цинка, прилейте
5 мл 20%-ного раствора серной кислоты, закройте пробкой с
газо отвод ной трубкой. Проверьте водород на чистоту. Для этого
наденьте на газоотводную трубку сухую пробирку и заполните
ее водородом. Затем снимите пробирку с газоотводной трубки,
поднесите к отверстию горящую лучину и подожгите содержимое
пробирки. Чистый водород должен загораться почти беззвучно.
Убедившись в чистоте выделяющегося водорода (в присутствии преподавателя), подожгите его горящей лучинкой у отверстия газоотводной трубки. Поместите над пламенем водорода
холодную стеклянную воронку. Что наблюдаете?
5
Опыт 2. Поместите в пробирку 3 мл 20%-ного раствора гидроксида натрия и несколько кусочков алюминия. Если реакция
идет плохо, осторожно подогрейте раствор. Определите, какой
газ выделяется.
СВОЙСТВА ВОДОРОДА
Опыт 3. Сухую пробирку с небольшим количеством оксида
меди (II) укрепите в зажиме штатива в несколько наклонном
положении. Пропустите в пробирку ток чистого водорода из
аппарата Киппа. После вытеснения воздуха пробирку нагрейте.
Когда восстановление закончится (как это установить?), нагревание прекратите и охладите пробирку в токе водорода (почему?).
Что образуется на стенках пробирки?
Опыт 4. Приготовьте очень разбавленный подкисленный серной кислотой раствор KMnO4 и налейте его в две пробирки.
В одну из них поместите гранулу цинка, в другую пропускайте
водород из аппарата Киппа.
Сравните скорость изменения цвета раствора в пробирках.
Объясните разницу в скорости обесцвечивания раствора.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. В чем причина уникальности свойств водорода и отсут-
ствия элементов — его аналогов?
2. Поясните, чем обусловлены низкие температуры плавления
и кипения водорода?
3. Определите степень окисления водорода в ионах HF2‾,
BH4‾, NH
+
.
4
4. Может ли молекулярный водород проявлять окислительные
свойства? Ответ проиллюстрируйте уравнениями химических
реакций.
5. Как отличить водород от кислорода, оксида углерода (IV),
азота? Ответ проиллюстрируйте уравнениями химических реакций.
6. Какой из гидридов и почему является наиболее термически
устойчивым: Li[AlH4], Na[AlH4], K[AlH4], Cs[AlH4]?
6
7. Напишите уравнения реакций, протекающих при раство-
рении гидридов металлов и неметаллов в воде.
8. Объясните, почему смесь водорода и кислорода, взятая в
соотношении 2 : 1, взрывоопасна, а смеси со значительно большим или меньшим содержанием водорода не взрываются.
9. При электролизе растворов каких солей может выделяться водород: FeSO4, ZnCl2, Ca(NO3)2, BaCl2, Pb(NO3)2? Напишите
уравнения соответствующих реакций.
10. Напишите уравнения химических реакций, с помощью
которых можно из тяжелой воды получить DCl, D2SO4, ND3?
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Вариант 1
1. Объясните, почему метан загорается при 500оС, в то время
как силан самовоспламеняется на воздухе?
2. Газ, полученный при разложении гидрида кальция водой,
пропустили над раскаленным оксидом железа (II). В результате
этого произошло уменьшение массы образца на 16 г. Определите массу использованного гидрида кальция.
3. Закончите уравнения реакций:
Zn + NaOH → MnCl2 + H2 →
NH
+ Br2 → Na[BH4] + NaOH →.
3(изб.)
Вариант 2
1. Объясните, почему существует газообразный диборан, B2H6,
но не существует газообразного диалана, Al2H6?
2. Какой объем водорода можно получить действием металла на 20%-ный раствор серной кислоты объемом 150 мл (ρ =
= 1,14 г/мл)? Рассчитайте объем выделившегося водорода при
нормальном давлении и температуре 30о С.
3. Закончите уравнения реакций:
HBr + KMnO4 → K2[PtCl4] + H2 →
LiH + B2H6 → CaH2 + H2SO4 →.
7
Вариант 3
1. Взаимодействие водорода с азотом протекает по уравнению:
3Н2 + N2 ⇄ 2NН3, ΔНо = –92.4 кДж/моль.
В каком направлении сместится это равновесие при: а) повы-
шении давления; б) понижении температуры.
2. При разложении раствора пероксида водорода массой 18,7 г
выделился газ объемом 672 мл (н.у). К оставшемуся раствору
пероксида водорода добавили серную кислоту и избыток раствора иодида калия. Масса полученного при этом йода составила
12,7 г. Определите массовую долю пероксида водорода в исходном растворе.
3. Закончите уравнения реакций:
BaH2 + H2O → Na[AlH4] + H2O →
NH3 + F2 → Bi2O3 + H2 →.
Вариант 4
1. Метан можно получить при действии воды на карбид алюминия. Будет ли выделяться метан, если заменить воду на соляную кислоту, раствор щелочи, азотную кислоту? Напишите
уравнения реакций.
2. При действии воды на гидрид двухвалентного металла
массой 0,84 г выделился водород, объем которого составил
896 мл (н. у.). Определите, гидрид какого элемента был взят.
3. Закончите уравнения реакций:
SiCl4 + H2 → Na[BH4] + HCl →
NiO + Н2 → Fe(OH)2 + H2O2 →.
Вариант 5
1. Объясните, почему атомарный водород обладает большей
восстановительной способностью, чем молекулярный?
2. На нейтрализацию раствора, полученного при взаимодействии гидрида кальция с водой, затратили 43,67 мл 29,2%-ного
раствора соляной кислоты (ρ = 1,145 г/мл). Какой объем водорода, измеренный при нормальных условиях, выделился при
разложении гидрида?
8
3. Закончите уравнения реакций:
Al + NaOH → KMnO4 + H2O2 + H2SO4→
H2S + Br2 → [Pt(NH3)2Cl2] + H2 →.
Вариант 6
1. Объясните причину существования ионных соединений с
катионом оксония, например, H3O+ClO4ˉ.
2. Какой объем водорода (н.у.) выделится при действии на
алюминий массой 32,4 г 30%-ного раствора гидроксида натрия
объемом 200 мл (ρ = 1,29 г/мл)?
3. Закончите уравнения реакций:
KH + B2H6 → Ni + HCl →
PdCl2 + H2 → SiH4 + NaOH + H2O →.
Вариант 7
1. Почему взаимодействие Н2 и Cl2 не протекает самопроизвольно при комнатной температуре, однако при облучении УФ
светом эта реакция идет?
2. Некоторый элемент образует гидрид ЭН3, массовая доля
водорода в котором равна 1,245%. Какой элемент образует гидрид?
3. Закончите уравнения реакций:
H2 + Cl2 → SiCl4 + Li[AlH4] →
H2O2 + KI → ZrI4 + H2 →.
Вариант 8
1. Могут ли существовать частицы Н
, Н
2
2+
, Н2‾, Н3, Н
2
+
3
, Не
+
2
+
Не2‾ ? Ответ обоснуйте.
2. При взаимодействии щелочноземельного металла массой
3,425 г с водой выделился водород объемом 560 мл (н.у.). Определите, какой металл взят для реакции.
3. Закончите уравнения реакций:
H2S + H2O2 → NH3 + BCl3 →
SiH4 + HCl → AlCl3 + Li[AlH4] →.
Вариант 9
1. Объясните, почему высокодисперсная платина вызывает
самовозгорание водорода на воздухе, тогда как контакт водорода
с компактной платиной безопасен.
,
9
2. При электролизе раствора гидроксида калия на катоде выделился водород объемом 13,4 л (н. у.). Вычислите, какой объем
кислорода выделился при этом на аноде?
3. Закончите уравнения реакций:
PH3 + O2 → HCl + CrO3 →
Si + NaOH + H2O → NaH + H2O →.
Вариант 10
1. Пользуясь методом молекулярных орбиталей, объясните,
почему существуют катионы НеН+ и Не
+
, но не существует
2
анион НеН‾ и молекула Не2.
2. Сколько литров водорода выделится на катоде, если вести
электролиз водного раствора KОН в течение 2,5 ч при силе тока
1,2 А?
3. Закончите уравнения реакций:
SiH4 + Cl2 → B2H6 + H2O →
KI + H2O2 + H2SO4 → CaH2 + O2 →.
Вариант 11
1. Объясните, почему существуют ионные кристаллы М+Н‾,
но никогда не образуются в свободном виде ионные вещества
Н+А‾ (А‾ — анион).
2. Для заполнения аэростатов иногда пользуются взаимодействием гидрида кальция с водой. Сколько килограммов СаН2
придется израсходовать для наполнения аэростата объемом
500 м3 (н. у.)? сколько потребуется для этой цели цинка и серной
кислоты?
3. Закончите уравнения реакций:
SiH4 + O2 → H2O2 + Hg(NO3)2 + NaOH →
H2S + I2 → FeO + H2 →t .
Вариант 12
1. Почему водород и кислород не взаимодействуют при обычной температуре, а при 700о С реакция протекает практически
мгновенно?
2. К 150 г раствора пероксида водорода прибавили MnO2.
Выделившийся кислород при нормальных условиях занял объем
10–3 м3. Вычислите массовую долю H2O2 в исходном растворе.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]