Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
Г лава 12
ЭЛЕМЕНТЫ 8–10 ГРУПП
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
1. Соединения никеля и, особенно, кобальта ядовиты при
попадании внутрь организма человека, необходимо использовать
минимальные количества, проявлять осторожность при нагревании растворов.
2. Концентрированные растворы аммиака, кислот и щелочей
наливать в пробирки только при помощи пипеток или воронок
в вытяжном шкафу.
3. При работе с бромом проявлять особую осторожность, опыт
выполнять в вытяжном шкафу.
Реактивы:
5%-ные растворы солей: CuSO4, FeCl3, CoCl2, NiSO4, NiCl2,
K3[Fe(CN)6], K4[Fe(CN)6], K2Cr2O7, KMnO4, KI, KNO2.
Кислоты и щелочи: концентрированная и разбавленная серная,
соляная и азотная кислоты; концентрированный и разбавленный
растворы NaOH; концентрированный раствор аммиака; разбавленный раствор уксусной кислоты.
Кристаллические вещества: FeC2O4, FeSO4 · 7H2O, CoCl2 ·
6H2O, KCNS, Fe (опилки), Fe (стружка), Fe (стержни).
Индикаторы (лакмус, универсальный), бромная вода, сероводородная вода.
Оборудование:
Пробирки; спиртовка; стеклянные палочки; фильтровальная
бумага.
Свойства простых веществ
Опыт 1. В вытяжном шкафу в три пробирки поместите же-
лезные опилки или стружку и добавьте разбавленные растворы
соляной, серной и азотной кислот, пробирки слегка подогрейте
на спиртовке. Что наблюдается? Отметьте окраску образующихся в ходе реакции растворов.
131
Опыт 2. В вытяжном шкафу в двух пробирках испытайте
действие концентрированных серной и азотной кислот на железо при обычной температуре и при нагревании. Обоснуйте влияние концентрации кислот и температуры раствора на характер
реакции железа с серной и азотной кислотами.
Опыт 3. Два железных стержня зачистите наждачной бумагой.
В вытяжном шкафу конец одного стержня погрузите в концентрированную азотную кислоту и выдержите там примерно 1 минуту. После этого выньте его из кислоты и промойте водой. Оба
стержня погрузите в раствор сульфата меди (II) и отметьте эффективность реакции образования меди на поверхности железа.
Обоснуйте наблюдения.
Опыт 4 (групповой опыт). Пирофорное железо. Сухую про-
бирку на ¼ заполните порошком оксалата железа (II) и укрепите
ее в наклонном положении в штативе. В вытяжном шкафу осторожно нагрейте пробирку пламенем спиртовки и проведите термическое разложение оксалата железа (II), сопровождающееся
выделением углекислого газа и образованием черного порошка
железа. После завершения реакции, выделившиеся в верхней
части пробирки капельки воды удалите фильтровальной бумагой,
закройте пробирку пробкой и охладите до комнатной температуры. Полученный черный порошок железа высыпьте на лист
бумаги и наблюдайте его самовоспламенение. Обоснуйте повышенную активность пирофорного железа.
Свойства соединений железа (II),
кобальта (II) и никеля (II)
Опыт 5. В три пробирки внесите по 2 мл раствора соли
железа (II), кобальта (II) и никеля (II) (раствор железа (II)
приготовьте растворением соли непосредственно перед опытом)
и добавьте избыток раствора щелочи. Отметьте цвет первоначально образующихся осадков и его изменение во времени.
Обоснуйте наблюдения и сделайте вывод о характере изменения
восстановительных свойств гидроксидов в ряду Fe (II) →
Co (II) → Ni (II).
Опыт 6. Приготовьте раствор сульфата железа (II) и с помощью индикаторной бумаги определите реакцию среды. Разделите по 2 мл раствора в четыре пробирки и добавьте в них
растворы гексацианоферрата (III) калия, бромной воды, дихро-
132
мата калия и перманганата калия, подкисленные раствором разбавленной серной кислоты. Обоснуйте наблюдения. Напишите
уравнения реакций.
Опыт 7. Смоченной в растворе хлорида кобальта (II) палочкой сделайте надпись на бумаге. Высушите бумагу на воздухе и
осторожно нагрейте над пламенем спиртовки. Что наблюдается,
почему?
Опыт 8. В пробирке приготовьте насыщенный раствор хлорида кобальта (II) и добавьте к нему концентрированную соляную
кислоту. Обоснуйте изменение окраски раствора. Напишите уравнения реакций.
Опыт 9. В отдельных пробирках к свежеприготовленному
раствору сульфата железа (II), растворам хлоридов никеля (II) и
кобальта (II) в вытяжном шкафу добавьте сероводородную воду.
Что наблюдается? Отметьте цвет осадков сульфидов и испытайте их растворимость в разбавленной соляной кислоте. Обоснуйте наблюдения. Напишите уравнения реакций.
Опыт 10. В две пробирки налейте по 2 мл растворов хлорида никеля (II) и кобальта (II) и добавьте к ним избыток концентрированного раствора аммиака (опыт проводить в вытяжном
шкафу). Отметьте и обоснуйте изменение цвета растворов.
Опыт 11. Смешайте в ступке равное количество кристаллического гексагидрата хлорида кобальта (II) и тиоцианата калия.
Смесь тщательно разотрите и наблюдайте изменение ее окраски.
Обоснуйте наблюдение.
Свойства соединений железа (III),
кобальта (III) и никеля (III)
Опыт 12. К раствору хлорида железа (III) добавьте разбав-
ленный раствор щелочи и наблюдайте образование осадка. Осадок разделите на две части и определите его растворимость
в избытке щелочи и в соляной кислоте. Обоснуйте наблюдения.
Опыт 13. В двух пробирках к 2 мл растворов хлоридов кобальта (II) и никеля (II) прилейте разбавленный раствор щелочи
до образования соответствующих гидроксидов. В вытяжном шкафу добавьте в каждую пробирку по 1–2 мл бромной воды. Отметьте изменение цвета осадков. Дайте осадкам отстояться, декантируйте растворы и прибавьте к осадкам по 1 мл концентрированной соляной кислоты. С помощью бумажки, смоченной
133
в растворе иодида калия, установите выделение хлора. Обоснуйте наблюдения и сделайте вывод о влиянии рН раствора и природы ионов 3d-элементов семейства железа на окислительные
свойства соединений в степени окисления +3.
Опыт 14. К раствору хлорида кобальта (II) добавьте избыток
раствора нитрита калия, подкисленного уксусной кислотой и
нагрейте реакционную смесь на спиртовке. Наблюдайте изменение окраски раствора и выделение газа. После окончания реакции
охладите пробирку и отметьте образование желтого осадка гексанитрокобальтата (III) калия. Обоснуйте наблюдения.
Качественные реакции на ионы железа (III)
и железа (II)
Опыт 15. В три пробирки налейте по 1–2 мл раствора хло-
рида железа (III) и добавьте равные объемы растворов — тиоцианата, гексацианоферрата (II) и гексацианоферрата (III) калия.
Отметьте цвет образующихся растворов. Повторите опыт, заменив
раствор хлорида железа (III) на свежеприготовленный раствор
сульфата железа (II). Различаются ли продукты взаимодействия
ионов железа (III) c гексацианоферратом (II) калия и ионов железа (II) с гексацианоферратом (III) калия, называемые соответственно «турнбулевой синью» и «берлинской лазурью»?
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Объясните аномальное изменение атомной массы в ряду
Fe–Co–Ni.
2. Как и почему изменяется энтальпия атомизации, темпера-
туры плавления и кипения в ряду Fe–Co–Ni.
3. Напишите уравнения реакций, лежащих в основе получения
простых веществ — кобальта и никеля: выщелачивание оксидов
металлов, полученных при окислительном обжиге руд, разбавленной серной кислотой и последующее катодное электровосстановление металлов из водных сульфатных растворов.
4. При 80 оС один объем палладия может поглотить 900 объемов водорода. Найдите, в каком числовом соотношении находятся атомы палладия и водорода при насыщении металла газом,
если ρ(Pd) = 12,02 г/см3.
134
5. Обоснуйте проявление низших степеней окисления атомами элементов семейства железа. Какими свойствами должны
обладать лиганды для стабилизации соединений в низших степенях окисления? Приведите примеры соединений.
6. Охарактеризуйте отношение простых веществ семейства
железа к соляной, серной и азотной кислотам разной концентрации и при разных температурных условиях. Напишите уравнения
соответствующих реакций.
7. Используя значения стандартных электродных потенциа-
лов, объясните, почему при растворении железа в соляной кислоте первоначально образуется соединение железа (II)?
8. Охарактеризуйте отношение простых веществ семейства
железа к водным растворам и расплавам щелочей. Напишите
уравнения соответствующих реакций. Почему сплавление со
щелочами проводят в железных, а не в платиновых тиглях?
9. Приведите уравнения реакций получения FeS и FeS2.
10. Охарактеризуйте способы получения оксидов железа. Как
изменяются кислотно-основные свойства в ряду оксидов железа (II) — железа (VIII). Приведите уравнения реакций, демонстрирующие химические свойства.
11. Как меняются окислительно-восстановительные и кислотные свойства в ряду оксоферратов (II), (III) и (VI).
12. Учитывая значения окислительно-восстановительных потенциалов, подберите три окислителя пригодных для перевода
желтой кровяной соли в красную.
13. Опишите электронное строение и свойства карбонилов
железа, кобальта и никеля.
14. При взаимодействии растворов соды и нитрата железа (III)
в осадок выпадает гидроксид железа (III). Объясните это явление
и приведите соответствующее уравнение.
15. Как и почему меняется устойчивость в ряду комплексных
соединений платины: [PtF6]2ˉ–[PtCl6]2ˉ–[PtBr6]2ˉ–[PtI6]2ˉ?
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Вариант 1
1. Принято двояким образом подразделять d-элементы 8–
10 групп: 1) на семейства железа (Fe, Co, Ni) и платиновых металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt); 2) на подгруппы Fe–Ru–Os, Co–
135
Rh–Ir, Ni–Pd–Pt. Какие факторы лежат в основе того и другого
¾ ¾®
деления?
2. Рассчитайте ЭДС концентрационного гальванического элемента, состоящего из железных пластинок, опущенных в 0.1 моль/л
и 10–3 моль/л растворы сульфата железа (II).
3. Используя ТКП, объясните строение и магнитные свойства
[Co(NH3)6]3+ и [Co(CN)6]3-.
4. Вычислите концентрацию ионов кобальта (III) в 0,1 М растворе [Co(NH3)6](NO3)
3
5. Закончите уравнения реакций:
FeS2 + HNO3 → Fe + H2O(пар) →
Ni(OH)2 + H2O2 → CoCl2 + Cl2 + KOH →
Co(NO3)2
t
[Ni(NH3)6]Cl2 + KCN →.
Вариант 2
1. Ферраты, их получение; влияние кислотности среды на устойчивость ферратов. Окислительно-восстановительные свойства
ферратов. Сравните окислительные свойства ферратов с окислительной способностью перманганата калия и дихромата калия.
2. Определите потенциал железного электрода в насыщенном
растворе сульфида железа (II).
3. Получите из металлического железа: соль железа (II), соль
железа (III), феррат железа. Напишите уравнения реакций гидролиза соответствующих солей и сравните кислотность среды их
водных растворов.
4. Используя ТКП, объясните различные магнитные свойства
следующих комплексных соединений: [Co(NH3)6]3+ и [Co(NH3)6]2+;
[Fе(СN)6]3ˉ и [Fе(СN)6]4ˉ.
5. Закончите уравнения реакций:
Fe(OH)2 + O2 + H2O → Fe + HNO3(разб.) →
NiCl2 + NaBrO + NaOH → Ni(OH)2 + Br2 + NaOH →
Co(OH)3 + H2SO4 → CoC2O4
Вариант 3
¾ ¾®
t
.
1. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, составленного
из железного электрода, опущенного в раствор сульфата железа (II) с концентрацией соли 0.05 М, и медного электрода, опущенного в 0,1 М раствор нитрата меди (II).
136
2. Почему гидроксид кобальта (III) и гидроксид никеля (III)
¾ ¾®
¾ ¾ ¾®
получают иным способом, чем гидроксид железа (III)?
3. Уравнение реакции работы щелочного железо-никелевого
аккумулятора имеет следующий вид:
Fe + Ni2O3 + 3H2O ⇄ Fe(OH)2 + 2Ni(OH)
2
Какая масса железа и оксида никеля (III) расходуется при
разряде аккумулятора для получения 6,7 А × ч электричества?
4. Используя справочные данные, рассчитайте изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса для процесса образования
карбонила никеля.
5. Закончите уравнения реакций:
Co + HNO3(разб.) → Co(OH)3
t
Fe(OH)2 + O2 + H2O → FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4→
NiO + Fe2O
сплав
3
Ni(OH)3 + HCl(конц.) →.
Вариант 4
1. На чем основан карбонильный процесс получения химически чистых никеля и железа? Как называются реакции, лежащие в основе карбонильных процессов очистки металлов?
2. Как и почему изменяются окислительно-восстановительные
свойства ионов кобальта (III) и кобальта (II) при переходе от
гексааква- к гексацианидным комплексам?
3. Напишите уравнения реакций, доказывающих природу и
строение Fe3O4.
4. Какой объем хлора (t = 27 oC, p = 96.5 кПа) необходим для
окисления 2,79 г гидроксида никеля (II) в щелочной среде?
5. Закончите уравнения реакций:
FeSO3 + KMnO4 + H2SO4 → Fe(OH)3 + HCl →
CoF2 + F2 → K3[Fe(CN)6] + H2O2 + KOH →
Co + HCl → NiCl2 + NH3 →.
Вариант 5
1. Как и почему изменяются окислительно-восстановительные
и кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов элементов
семейства железа в степенях окисления +2 и +3? Ответ проиллюстрируйте уравнениями реакций.
137
2. Методы защиты железа от коррозии. Что произойдет, если
¾ ¾ ¾®
¾ ¾ ¾®
взять пластинку из оцинкованного железа и сделать на ней надрез напильником, а затем опустить в водный раствор хлорида
натрия?
3. К водному раствору комплексного соединения никеля
[Ni(NH3)6]Cl2 прибавили: а) раствор гидроксида натрия; б) раствор сероводородной воды. Исходя из произведений растворимости образующихся соединений никеля, определите, в каком
случае произойдет более полное разрушение комплекса.
4. Сколько граммов гидроксида железа (III) образуется в растворе при взаимодействии 4,84 г хлорида железа (III) с 40 мл
раствора гидроксида натрия с концентрацией растворенного вещества 40% и плотностью 1,18 г/мл?
5. Закончите уравнения реакций:
K3[Fe(CN)6] + KOH → Ni + H2SO4(конц.) →
Co(OH)2 + H2O2 → Fe2O3 + KNO3 + KOH
сплав
NiCl2 + N2H4 + H2O → Co3O4 + H2SO4(конц.) →.
Вариант 6
1. Как и почему изменяется устойчивость и температуры плавления следующих соединений: FeF2–FeCl2–FeBr2–FeI2?
2. Сравните кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства гидроксидов металлов семейства железа в степенях окисления (II) и (III). Ответ проиллюстрируйте уравнениями химических реакций.
3. На 1 грамм смеси сульфатов железа (II) и железа (III) при
окислении в присутствии серной кислоты израсходовано 50 мл
0,1 М раствора перманганата калия. Найдите массовую долю
сульфата железа (II) в данной смеси.
4. Охарактеризуйте магнитные свойства [Co(H2O)6]3+ и
[Сo(CN)6]4ˉ? Чем объясняется высокая восстановительная способность низкоспиновых комплексов кобальта (II) и высокая окислительная способность высокоспиновых комплексов кобальта (III)?
5. Закончите уравнения реакций:
Fe + HNO3(конц.) → FeCl3 + Na2S + H2O →
Co3O4 + HCl(конц.) → CoCl2 + NH3 + NH4Cl →
Ni(OH)2 + O2 + KOH
сплав
Ni(OH)2 + NH4OH →.
138
Вариант 7
¾ ¾®
1. Объясните, почему водные растворы солей железа (III)
окрашены в бурый цвет? Как ослабить или усилить интенсивность этой окраски?
2. Определите степень окисления железа в следующих соединениях: FeO, Fe2O3, Fe3O4, K2FeO4, Fe(CO)5, Fe3C. Характерными
реакциями докажите природу этих соединений.
3. Из 1 грамма технического железного купороса получили
25 мл водного раствора. Определите массовую долю FeSO4 ·
7H2O в исследуемом образце, если 20 мл полученного раствора
прореагировало с 24,6 мл 0,1 М раствора перманганата калия.
4. Сравните рН водных растворов солей одинаковой концентрации: FeSO3 и FeSO4, FeCl2 и FeCl3, FeCl3 и NaFeO2.
5. Закончите уравнения реакций:
Fe + KNO3 + KOH
сплав
¾ ¾ ¾®
Co(OH)2 + ZnO
сплав
¾ ¾ ¾®
Fe3O4 + HCl(конц.) → FeSO3 + KMnO4 + H2O →
CoCl2 + HCl(конц.) → Ni(OH)2 + Cl2 + NaOH →.
Вариант 8
1. Сравните структуру и магнитные свойства следующих комплексов: а) [NiCl4]2ˉ и [Ni(CN)4]2ˉ; б) [NiCl4]2ˉ и [PdCl4]2ˉ.
2. Образование какого сульфида FeS или FeS2 наиболее вероятно при взаимодействии простых веществ в обычных условиях?
Ответ обоснуйте.
3. Определите реакцию среды водного раствора аммонийных
квасцов NH4Fe(SO4)2.
4. Сравните растворимость сульфида железа (II) в чистой воде
и в 0,01М растворе сульфида натрия.
5. Закончите уравнения реакций:
NiCl2 + KBrO + KOH → Ni(NO3)2
CoS + HNO3(конц.) → Co3O4 + HCl(конц.) →
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4→ FeS2 + O2
¾ ¾®
t
t
.
Вариант 9
1. Как получить чистое железо, исходя из его оксидов, солей,
карбонилов? Ответ подтвердите уравнениями химических реакций.
139
2. Как относятся кобальт и никель к разбавленным и концен-
¾ ¾ ¾®
трированным растворам соляной, серной и азотной кислот на
холоду и при нагревании? Ответ проиллюстрируйте уравнениями
химических реакций.
3. Сравните заселение электронами t2g и eg орбиталей в октаэдрических комплексах: [Fe(CN)6]4-, [Fe(CN)6]3-, [Co(CN)6]4-. Какими магнитными свойствами обладают эти комплексы?
4. Какие продукты образуются на железном катоде и никелевом аноде при электролизе раствора сульфата никеля? С какой
целью железные изделия покрывают никелем?
5. Закончите уравнения реакций:
Fe(NO3)3 + Na2CO3 + H2O → FeSO3 + Cl2 + NaOH →
Co(OH)3 + HCl → Co(OH)2 + Br2 + KOH
сплав
Ni2O3 + HCl → Ni + HNO3(конц.) →.
Вариант 10
1. Напишите ионно-молекулярное уравнение реакции взаимодействия ионов железа (II) с перманганатом калия в кислой
среде и, используя значения электродных потенциалов, определите ΔGо и константу равновесия реакции.
2. Как и почему изменяется устойчивость шести координационных комплексов никеля (II) с аммиаком и этилендиамином.
Энтальпийный или энтропийный фактор определяют явление
хелатного эффекта?
3. Сравните рН водных растворов сульфатов железа (II), кобальта (II) и никеля (II) одинаковой концентрации.
4. Рассчитайте силу тока, необходимую для выделения в течении 1 часа 50% никеля, содержащегося в 120 мл 0,4 н раствора сульфата никеля (II).
5. Закончите уравнения реакций:
FeCl3 + Na2S → K4[Fe(CN)6] + H2O2 + H2SO4 →
FeS2 + O
t
NiS + HNO3(конц.) →
¾ ¾®
2
Ni(OH)3 + H2SO4(разб.) → Co(OH)2 + NaClO + H2O →.
Вариант 11
1. Что происходит с металлическим железом в воздушной
среде? Как влияет на этот процесс присутствие паров воды,
углекислого газа?
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]