Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
Оборудование:
Пробирки; резиновые конусные пробки для пробирок; газоотводные трубки с пробками; кристаллизатор; спиртовка: лучины;
ступка и пестик; фильтровальная бумага; вата; аппарат Киппа
(прибор Кирюшкина).
Получение и свойства азота
Опыт 1. В пробирку насыпьте около 1 г кристаллического
нитрита натрия и прилейте около 3 мл насыщенного раствора
NH4Cl. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, чтобы собирать газ под водой. Закрепите пробирку в лапке штатива
и нагрейте ее до начала выделения пузырьков. Первые пузырьки
выпустите в воду, а остальные соберите в две пробирки под
водой. Исследуйте свойства собранного в пробирках газа на
реакцию с тлеющей лучиной и известковой водой. Как объяснить
отличие азота от кислорода и диоксида углерода? Почему азот
можно собирать под водой? Напишите уравнение реакции получения азота из нитрита натрия и хлорида аммония.
Получение и свойства аммиака
Опыт 2. Приготовьте в ступке смесь из равных по объему
количеств хлорида аммония и гидроксида кальция (около трети
пробирки). Обладает ли смесь запахом? Перенесите смесь в пробирку и закройте ее газоотводной трубкой для сбора газа на
воздухе. Как надо располагать пробирку: дном вверх или вниз,
чтобы собрать в ней аммиак? Пробирку нагрейте и поднесите к
концу газоотводной трубки: а) лакмусовую бумажку, смоченную
водой; б) стеклянную палочку, смоченную концентрированной
соляной кислотой. Что наблюдаете? Почему?
Опыт 3. Выделяющийся аммиак соберите в три пробирки,
каждую из пробирок закройте сухой пробкой. Все пробирки
опустите вверх дном в кристаллизатор с водой, в которую предварительно добавили фенолфталеин. Под водой откройте пробки.
После того, как пробирки наполнятся водой, вновь закройте их
пробками. Объясните наблюдаемые явления. В первую пробирку
добавьте щепотку ацетата аммония, а вторую прокипятите. Сравните цвет фенолфталеина в трех пробирках. Почему изменился
цвет фенолфталеина? В каком направлении и почему смещается
равновесие?
41
Соли аммония и их свойства
Опыт 4. Насыпьте в сухую пробирку немного хлорида ам-
мония и нагрейте дно пробирки. Что наблюдается и почему?
Опыт 5. Нагрейте в сухой пробирке немного растертого сульфата аммония. Обратите внимание на запах, выделяющегося газа.
Поднесите влажную лакмусовую бумажку к отверстию пробирки.
Какой газ выделяется? После охлаждения пробирки добавьте в
нее воды и лакмус. Объясните наблюдаемые явления.
Опыт 6. В пробирке осторожно нагрейте несколько кристаллов дихромата аммония. Напишите уравнение реакции разложения соли.
На основании опытов 4–6 сделайте вывод о термической устойчивости солей аммония.
Опыт 7. Открытие катиона аммония. В пробирку налейте
около 1 мл раствора соли аммония и добавьте 1 мл раствора
щелочи. Нагрейте пробирку и поднесите к ее отверстию влажную
лакмусовую бумажку. Объясните наблюдаемые явления.
Гидразин, гидроксиламин и их свойства
Опыт 8. В две пробирки налейте по 5 мл воды и добавьте
по 2–3 капли гидразина или несколько кристалликов сульфата
гидразиния. В первую пробирку добавьте несколько капель йодной воды, во вторую — сульфата железа (II). Качественная реакция ионов железа (III) с тиоцианат-ионом поможет визуальным
наблюдениям во второй пробирке. Напишите уравнения протекающих реакций, сделайте выводы о свойствах гидразина.
Опыт 9. Растворите несколько кристалликов хлорида гидроксиламиния в 5 мл воды. Подействуйте приготовленным раствором
на: а) свежеосажденный гидроксид железа (II); б) хлорид железа (III). Объясните наблюдаемые явления и напишите уравнения
реакций.
Получение оксидов азота
Опыт 10. Оксид азота (I). В сухую пробирку насыпьте кри-
сталлический нитрат аммония (треть пробирки). Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой и осторожно нагрейте. Первые
пузырьки газа выпустите в воду, а остальные соберите в пробирку под водой. В пробирку с газом внести тлеющую лучинку. Объясните наблюдаемые явления и напишите уравнения реакций.
42
Опыт 11. Оксид азота (II). Опыт проводить в вытяжном
шкафу! Положите в пробирку немного медных стружек и облейте их 20%-ной азотной кислотой. Очень осторожно нагрейте
пробирку. Выделяющийся газ соберите в две пробирки под водой.
Не вынимая пробирки из воды, закройте их пробками. Обратите
внимание на цвет газа (фон — белый). Исследуйте газ по плану:
а) первую пробирку откройте на воздухе на белом фоне; б) во
вторую пробирку внесите горящую лучинку. Что происходит?
Опыт 12. Оксид азота (IV). Положите в пробирку немного
медных стружек и облейте их концентрированной азотной кислотой. Очень осторожно нагрейте пробирку. Выделяющийся газ
соберите в две пробирки. Пробирки закройте пробками. Обратите внимание на цвет газа (фон — белый). Исследуйте газ по
плану: а) в первую пробирку прилейте немного воды, взболтайте и добавите лакмус; б) во вторую пробирку внесите тлеющую
лучинку. Какие оксиды азота обладают более резко выраженными окислительными свойствами? Напишите соответствующие
уравнения реакций.
Получение азотистой кислоты и свойства нитритов
Опыт 13. В пробирку с небольшим количеством нитрита калия
налейте ~2 мл воды и добавьте разбавленную серную кислоту.
Наблюдайте окраску раствора и газов над ним на белом фоне.
Объясните результаты наблюдений. Напишите уравнения реакций.
Опыт 14. Налейте в две пробирки подкисленный серной кислотой раствор нитрита калия. В первую пробирку добавьте несколько капель перманганата калия, а во вторую — дихромата
калия. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.
Опыт 15. В пробирку с подкисленным раствором иодида
калия добавьте несколько капель крахмала и раствор нитрита
калия. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций.
На основании опытов 14 и 15 сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах нитритов.
Азотная кислота, нитраты и их свойства
Опыт 16. В вытяжном шкафу в четырех пробирках, закре-
пленных в штативе, испытайте действие разбавленной и концентрированной азотной кислоты на цинк и железо. Какие газы при
43
этом выделяются? Напишите уравнения реакций. Обоснуйте
действие концентрации кислоты и нагревания на процесс растворения железа?
В пробирке с разбавленной кислотой и цинком по истечению
10 мин. (пробирку периодически встряхивать) попытаться открыть катион аммония (см. Опыт 7).
Опыт 17. Термическая устойчивость нитратов.
а) Укрепите вертикально в штативе пробирку с небольшим
количеством нитрата калия и нагрейте до плавления. Прекратите подогрев, внесите в расплавленную массу маленький кусочек
серы (осторожно!). Что происходит? Аналогичный опыт проведите с тлеющим углем. Напишите уравнения реакций.
б) Несколько кристалликов сухого нитрата свинца разотрите
в ступке с равным объемом сухого песка и поместите в пробирку. Пробирку укрепите в штативе (почти горизонтально) и осторожно нагрейте в вытяжном шкафу. Какие газы выделяются?
Каков состав сухого остатка? Напишите уравнения реакций.
в) Поместите в пробирку несколько кристалликов сухого нитрата серебра. Пробирку укрепите в штативе (почти горизонтально) и осторожно нагрейте в вытяжном шкафу. Каков состав выделяющихся газов? Каков состав сухого остатка? Напишите
уравнения реакций.
Сделайте вывод о характере термического разложения нитратов.
Свойства красного и белого фосфора
Опыт 18. Положите на дно пробирки небольшое количество
сухого красного фосфора и заполните пробирку диоксидом углерода из аппарата Киппа, после чего закройте пробирку небольшим
кусочком ваты. Нагрейте пробирку в месте, где лежит фосфор.
Наблюдайте возгонку красного фосфора и образование налета
белого фосфора на холодной части пробирки. Напишите уравнение реакции перехода красного фосфора в белый и укажите
условия этого перехода.
Выньте вату из пробирки и осторожно снимите лучинкой немного налета белого фосфора со стенок пробирки, вынесите
лучинку на воздух. Наблюдайте вспыхивание фосфора и возгорание лучинки. Погасите лучинку и утилизируйте ее в сосуде с
раствором перманганата калия. Напишите уравнение реакции
фосфора с перманганатом калия в воде.
44
На пробирку с оставшимся налетом белого фосфора посмо-
трите в темноте. Что наблюдаете? В чем причина свечения?
Изучение свойств соединений фосфора
Опыт 19. Налейте в две пробирки по 1–2 мл разбавленного
раствора фосфористой кислоты.
а) В первую пробирку добавьте несколько капель разбавлен-
ного раствора перманганата калия. Что происходит?
б) Во вторую пробирку добавьте несколько капель раствора
нитрата серебра. В первый момент после прибавления соли образуется осадок фосфита серебра, который со временем темнеет
вследствие выделения дисперсии серебра. Этот процесс можно
ускорить путем нагревания раствора с осадком фосфита серебра.
Напишите уравнения происходящих реакций. Что происходит
с избытком фосфористой кислоты при нагревании?
Сделайте вывод об окислительно-восстановительных свойствах фосфористой кислота?
Опыт 20. Положите в маленькую фарфоровую чашечку около 0,5 г красного фосфора. Укрепите в штативе широкую стеклянную воронку на расстоянии 0,5 см от чашки. На конец воронки наденьте пробирку. Подожгите красный фосфор лучинкой,
после этого опустите лучинку в раствор перманганата калия.
Наблюдайте образование густого белого дыма (фосфорный ангидрид), который осаждается на стенках воронки. Когда весь
фосфор сгорит, переверните воронку с пробиркой и оставьте
в штативе на 1–2 минуты. На стенках пробирки наблюдайте расплывание фосфорного ангидрида. Чем оно обусловлено? Сохраните продукт для следующего опыта.
Опыт 21. Смойте полученный фосфорный ангидрид в пробирку дистиллированной водой. К полученному раствору добавьте раствор лакмуса или метилоранжа. Напишите уравнение
реакции P4O10 с водой и уравнение электролитической диссоциации ортофосфорной кислоты.
Опыт 22. В трех пробирках испытайте действие раствора
хлорида кальция на раствор ортофосфата, гидрофосфата и дигидрофосфата натрия. В каких пробирках выпал осадок? Напишите уравнения реакций и сделайте вывод о растворимости фосфатов кальция.
45
Опыт 23. В первую пробирку налейте раствор ортофосфата,
во вторую — гидрофосфата, в третью — дигидрофосфата натрия.
В каждую из пробирок добавьте несколько капель лакмуса. Сравните окраску индикатора в пробирках и определите характер
среды. Объясните наблюдаемые явления и подтвердите их расчетами.
Получение сурьмы и висмута
Опыт 24. В пробирку налейте 1–2 мл раствора хлорида
сурьмы (III), внесите несколько кусочков магниевой стружки
и нагрейте эту смесь. Наблюдайте выделение черного осадка
сурьмы.
Опыт 25. В пробирку внесите одну гранулу цинка и прилейте 1–2 мл раствора соли висмута (III). Наблюдайте выделение
металлического висмута.
Опыт 26. В пробирку налейте 1 мл раствора хлорида олова (II)
и приливайте к нему раствор щелочи, до тех пор, пока образующийся гидроксид олова (II) не растворится. К полученному
раствору добавьте несколько капель раствора соли висмута (III).
Наблюдайте образование висмута — осадка черного цвета. Напишите уравнения реакций.
Свойства сурьмы и висмута
Опыт 27. Подействуйте на порошок сурьмы концентрирован-
ной и разбавленной азотной кислотой. Проделайте аналогичный
опыт с концентрированной и разбавленной серной кислотой.
Объясните наблюдаемые явления и напишите уравнения реакций.
Опыт 28. Подействуйте на гранулу висмута концентрированной и разбавленной азотной кислотой. В каком случае реакция
идет быстрее? Объясните наблюдаемые явления и напишите
уравнения реакций.
Опыт 29. Получение и разложение стибина. В пробирку по-
местите 5–6 гранул цинка, добавьте 2–3 мл раствора хлорида
сурьмы и прилейте 5мл 2 н. соляной кислоты. Закрепите пробирку вертикально, закрыв ее Г-образной газоотводной трубкой,
с длиной горизонтальной части 8–10 см. Через 1–2 мин. после
начала опыта, когда можно считать, что из прибора вытеснен
воздух, трубку в средней части нагрейте пламенем спиртовки и
46
наблюдайте в месте нагрева образование металлического налета
«сурьмяного зеркала». Объясните наблюдаемые явления и напишите уравнения реакций.
Свойства гидроксидов сурьмы (III)
и висмута (III)
Опыт 30. В пробирке получите гидроксид сурьмы (III) и по-
действуйте на него кислотой и щелочью. Проделайте аналогичный
опыт с гидроксидом висмута (III). Сделайте вывод о кислотноосновных свойствах гидроксидов сурьмы (III) и висмута (III).
Гидролиз солей сурьмы и висмута
Опыт 31. Взболтайте в пробирке с водой несколько малень-
ких кристалликов хлорида сурьмы (III). Что наблюдаете? Приведите уравнение гидролиза. Суспензию разделите на две части.
К одной части прибавьте избыток гидроксида натрия, а ко второй — несколько капель концентрированной соляной кислоты до
полного растворения осадка. Можно ли приготовить раствор
хлорида сурьмы (III) в воде? Почему?
Опыт 32. Взболтайте в пробирке с водой несколько маленьких кристалликов хлорида (нитрата) висмута (III). Что наблюдаете? Приведите уравнение гидролиза. Осадок разделите на две
части. К одной части прибавьте щелочь; а ко второй — несколько капель концентрированной соляной кислоты до полного растворения осадка. Растворяется ли соль висмута (III) в щелочи?
Почему?
Получение и свойства соединений висмута (V)
Опыт 33. Осадите в пробирке гидроксид висмута (III) и об-
работайте его при нагревании 2–3 мл насыщенного раствора
пероксодисульфата калия. Наблюдайте образование малорастворимого висмутата калия. Осадок промойте 2–3 раза путем декантации, чтобы удалить избыток пероксодисульфата калия. Осадок сохраните для следующего опыта. Напишите уравнение
реакции.
Опыт 34. Приготовьте в пробирке раствор, содержащий
1–2 капли 5%-ного раствора нитрата марганца (II), 2–3 капли
концентрированной азотной кислоты и 1–2 мл воды. Внесите в
47
этот раствор немного висмутата калия, полученного в предыдущем опыте. Что происходит? Напишите уравнение реакции и
сделайте вывод об окислительной способности висмутат-иона.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Постройте схему МО для частиц N
+
, N2, N2‾. Как изменя-
2
ется межъядерное расстояние и энергия диссоциации в этом
ряду? Чем объясняется химическая инертность N2?
2. Спектрально чистый азот получают термическим разложением азида натрия. Реакцию разложения нитрита аммония используют для получения менее чистого азота. Определите изменение энтальпии и энтропии этих процессов при 298 K. К обратимому или необратимому типу относятся эти процессы?
3. Приведите уравнения реакций получения оксидов азота.
Какие условия необходимы для окисления азота кислородом?
4. Вычислите изменение энергии Гиббса реакции синтеза
аммиака при 298, 600, 1000 К. Как влияет температура на величину ΔG, состояние равновесия и скорость протекания реакции. Приведите примеры реакций получения аммиака в лаборатории.
5. Опишите строение молекулы аммиака. Поясните высокую
полярность молекулы, резко выраженную склонность к донорноакцепторному взаимодействию, легкую сжимаемость, и высокую
теплоту испарения, большую растворимость в воде и щелочную
реакцию среды этого раствора.
6. Как влияет природа аниона на характер термического разложения солей аммония? Приведите уравнения реакции термолиза: хлорида, карбоната, нитрата, нитрита, дигидрофосфата и
дихромата аммония. Почему реактив «карбонат аммония» пахнет
аммиаком, а «сульфат аммония» нет?
7. Вычислите изменение свободной энергии Гиббса при 298K
процессов окисления аммиака кислородом до NO и N2. Какой из
двух процессов наиболее вероятен? Что предпринимают в промышленности, чтобы аммиак окислялся до NO? Какой объем
воздуха потребуется для окисления 10 л аммиака до NO?
8. Напишите уравнения реакций последовательного восстановления нитрат-иона до нитрит-иона, гидроксиламина, гидра-
48
зина и аммиака, которые протекают при кипячении водного раствора нитрата натрия с порошком магния.
9. рН 0,1М раствора азида натрия составляет 8,85. Вычислите молярную концентрацию гидроксид-ионов, константу и
степень гидролиза соли, константу диссоциации HN3.
10. Опишите строение молекулы гидразина. Объясните его
агрегатное состояние, самоионизацию в жидком состоянии, способность образовывать соли гидразиния, окислительные и восстановительные свойства.
11. Используя метод ВС, опишите строение молекул нитрида
хлора и фторида азота (III). Напишите уравнения гидролиза этих
соединений.
12. Опишите строение гидроксиламина. Дайте характеристику его способности к донорно-акцепторному взаимодействию,
ассоциации молекул, к взаимодействию с гидрокарбонатом натрия
и кислотами, проявлению окислительно-восстановительных
свойств. Приведите примеры реакций.
13. Используя метод ВС, опишите строение молекулы оксида
азота (II). Можно ли заменить N2 на NO в дыхательной смеси?
Что происходит, если в атмосферу NO внести подожженные
фосфор, серу, и уголь? Напишите уравнения реакций.
14. Используя метод ВС, опишите строение молекулы оксида
азота (IV). Каков порядок связи в молекуле? Почему при охлаждении NO2 происходит его обесцвечивание? Напишите уравнения
реакций оксида азота (IV) c магнием, серой, водой, гидроксидом
калия.
15. Напишите уравнения термического разложения NaNO3,
Pb(NO3)2, HNO3, ClNO3. Нитраты каких металлов можно использовать для получения NO2?
16. Как влияет восстановительная способность металлов и
концентрация азотной кислоты на характер продуктов их взаимодействия? Ответ подтвердите уравнениями реакции цинка и
меди с разбавленной и концентрированной азотной кислотой.
Напишите уравнения реакции серы и фосфора с концентрированной кислотой.
17. Почему в азид-ионе межядерные расстояния (N-N) равны
и составляют 0,115 нм, а в молекуле азидоводородной кислоты —
0,113 и 0,124 нм, соответственно? Почему ионные азиды термически устойчивее ковалентных?
49
18. Сравните аммиак и фосфин по плану: длина связи, валентный угол НЭН, дипольный момент, температура фазового перехода, термическая устойчивость, электронодонорные и восстановительные свойства, отношение к воде.
19. Приведите уравнения реакций последовательного растворения оксида фосфора (V) в воде. Как меняются водоотнимающие
свойства веществ в ряду: оксид фосфора (V) — полифосфорные
кислоты — ортофосфорная кислота?
20. Сравните константы диссоциации ортофосфорной, фосфористой и фосфорноватистой кислот. Как согласуются эти данные
со строением этих молекул? Какая из кислот проявляет большую
восстановительную активность? Подтвердите ответ значениями
соответствующих стандартных электродных потенциалов.
21. Предложите способ получения фосфорноватистой кислоты
из белого фосфора, гидроксида бария и серной кислоты. Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.
22. На примере взаимодействия фосфора, мышьяка, сурьмы
и висмута с азотной кислотой продемонстрируйте изменение
природы простых веществ. Как на эти вещества действует концентрированная серная кислота? Напишите уравнения реакций.
23. Напишите уравнения гидролиза хлоридов сурьмы (III) и
висмута (III). Сделайте вывод о характере изменения кислотноосновных свойств в ряду PHal3–AsHal3–SbHal3–BiHal3.
24. Напишите уравнения реакции между висмутатом натрия
и концентрированной соляной кислотой.
25. При взаимодействии подкисленного раствора мышьяковой
кислоты с иодидом калия наблюдается потемнение раствора. При
добавлении к полученному темному раствору карбоната натрия
вновь происходит его обесцвечивание. Напишите уравнения реакций и объясните наблюдаемые явления.
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Вариант 1
1. Как можно получать водородные соединения элементов
15 группы Периодической системы? Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]