Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по неорганической химии. Учебное пособие
.pdf
Вариант 15
1. Опишите химические процессы, приводящие к образованию
«водяного» и «генераторного» газов. Вычислите теплотворную
способность водяного газа (в кДж/м3) при стандартных условиях,
если объемный состав газа: 40% СО, 50% Н2 и 10% СО2.
2. Опишите электронное строение тиоугольной кислоты. Как
и почему изменяется устойчивость тиоугольной кислоты по сравнению с угольной, тиокремниевой. Обоснуйте характер взаимодействия водного раствора тиоугольной кислоты с раствором
гидроксида натрия, разбавленной и концентрированной азотной
кислотой, хлорной водой.
3. В двух пробирках приготовили эквимолекулярные смеси:
(PbО + GeO2) и (PbO2 + GeO). После нагревания смесей их состав
в обеих пробирках оказался одинаковым. Каким? Почему? Какими химическими реакциями можно установить состав смесей
до нагревания и после нагревания?
4. Осуществите переход:
Pb3O4 → H4[PbCl6] → Pb(OH)2 → PbO2 → H2[PbCl6] →
PbO2 → Na2PbO2 → PbCO3 →PbO.
5. Закончите уравнения реакций:
Na2[SiF6] + H2SO4 → SnCl2 + KClO3 + KОН →
Н2С2О4 + KNO3 → Na2[Sn(OH)6] + СО2 →.
ГЛАВА 6
ЭЛЕМЕНТЫ 13 ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
1. Опыты с концентрированными кислотами (серной, азотной),
а также с 30%-ным раствором щёлочи проводить только в вытяжном шкафу.
Остатки концентрированных кислот и щелочей собирать в
специальную тару.
2. Опыт по горению борноэтилового эфира проводить в вытяжном шкафу вдали от горючих и легковоспламеняющихся веществ.
3. Опыты с сульфидами проводить только в вытяжном шкафу.
Реактивы:
5%-ные растворы солей: CaCl2, Pb(NO3)2, CoCl2, CrCl3, FeCl3,
NiCl2, MnCl2, CuCl2, Al2(SO4)3, AlCl3, Na2CO3, Na2S.
20%-ный раствор K2Cr2O7, насыщенный раствор NH4Cl
Кислоты и щелочи: Концентрированная и разбавленная серная,
соляная и азотная кислоты; концентрированный и разбавленный
раствор NaOH; разбавленный раствор аммиака.
Кристаллические вещества: Na2B4O7 · 10 H2O, H3BO3, Al (гра-
нулы), Al (проволока).
Индикаторы (лакмус, фенолфталеин, универсальный); этиловый спирт.
Оборудование:
Пробирки, спиртовка, кристаллизатор, фарфоровая чашка,
нихромовая проволока.
Получение и свойства ортоборной кислоты
Опыт 1. Растворите в стакане при нагревании 5 г буры
Na2B4O7 ∙ 10H2O в 10 мл воды и к раствору прибавьте 26%-ный
72
раствор соляной кислоты (ρ = 1,13 г/см3). Кислоту возьмите в избытке по отношению к рассчитанному количеству по уравнению
реакции. При медленном охлаждении из раствора выделяются
бесцветные кристаллы ортоборной кислоты. Составьте уравнение
реакции. Почему не образуется тетраборная кислота?
Опишите электронное строение молекулы ортоборной кислоты. В чём выражаются особенности ионизации борной кислоты
в водных растворах? Какова её сила? Перечислите возможные
способы получения ортоборной кислоты.
Опыт 2. В фарфоровую чашку внесите на кончике шпателя
кристаллы борной кислоты или буры Na2B4O7 ∙10H2O, смочите
их концентрированной серной кислотой (ρ = 1,84 г/см3) (2–3 капли) и налейте 2 мл этилового спирта. Размешайте смесь стеклянной палочкой и подожгите образовавшийся эфир. Отметьте окраску пламени. Составьте уравнения реакции получения эфира и
его горения.
Свойства тетрабората натрия
Опыт 3. Определите с помощью фенолфталеина реакцию
водного раствора тетрабората натрия. Составьте уравнение гидролиза. Как можно усилить гидролиз буры? Почему при действии
кислот на тетрабораты образуется ортоборная кислота, а при
добавлении к ортоборной кислоте раствора щёлочи образуются
тетрабораты, а не ортобораты?
Опыт 4. К раствору буры прибавьте растворы солей кальция
и свинца. Составьте уравнения реакций получения метаборатов,
отметьте окраску продуктов реакции и их растворимость.
Опыт 5. Получение окрашенных «перлов» буры. Доведите
ушко нихромовой проволочки до красного каления в пламени
спиртовки и прикоснитесь к кристалликам буры (борной кислоты). Прилипшие к проволоке кристаллы нагрейте в пламени до
их плавления. Проволоку с образовавшимся прозрачным стекловидным полиметаборатом опустите в пробирку с раствором соли
кобальта и снова нагрейте до плавления. Проделайте аналогичные
опыты с растворами солей хрома (III), никеля (II), марганца (II),
меди (II), железа (III). Составьте уравнение реакции и отметьте
окраску полученных «перлов».
73
Алюминий и его свойства
Опыт 6. Алюминиевую проволоку (пластинку) очистите от
окисной плёнки наждачной бумагой и опустите в стакан с водой.
Происходит ли образование водорода? Испытайте действие горячей воды на очищенный от оксидной плёнки алюминий. Составьте уравнение реакций.
Опишите восстановительную активность алюминия и его положение в ряду стандартных окислительно-восстановительных
потенциалов. Почему алюминий не восстанавливает воду? Перечислите способы активирования алюминия.
Опыт 7. Испытайте действие концентрированных азотной и
соляной кислот на алюминий. Какие газы образуются в результате реакции? Изучите действие 30%-ного раствора щёлочи на
алюминий при слабом нагревании. Составьте уравнения реакций.
Опыт 8. Алюминиевую гранулу погрузите на 5 минут в концентрированную (98%, «дымящуюся») азотную кислоту или 20%ный раствор K2Cr2O7. Наблюдаются ли какие-либо изменения?
Слейте раствор с металла и осторожно (без встряхивания) промойте водой. Испытайте действие раствора соляной кислоты на
пассивированный алюминий.
Соединения алюминия
Опыт 9. Получите гидроксид алюминия и испытайте его от-
ношение к разбавленным кислотам, щелочам, к растворам аммиака и хлорида аммония. Составьте уравнения реакций. Сделайте
вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида алюминия.
Опыт 10. Гидролиз солей алюминия.
а) Определите с помощью индикатора (какого?) реакцию водного раствора хлорида алюминия. Прилейте к раствору хлорида алюминия раствор карбоната или сульфида натрия. Что образуется? Составьте уравнения реакций и объясните наблюдаемые
явления.
б) Получите гексагидроксоалюминат натрия (или калия). К 1–
2 мл щелочного раствора гексагидроксоалюмината натрия (калия)
прибавьте равный объём насыщенного хлорида аммония, тройной
объём воды и осторожно прокипятите до образования осадка.
Составьте уравнения реакций. Какова роль хлорида аммония и
воды?
74
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. При обработке метиловым спиртом смеси тетрабората натрия с серной кислотой образуется летучий борсодержащий продукт, который при сгорании окрашивает пламя в зеленый цвет.
Если продукты поглотить раствором гидроксида кальция, а затем
выпарить досуха и прокалить твердый остаток, образуется безводный метаборат кальция. Запишите уравнения реакций.
2. Рассчитайте равновесную концентрацию ионов таллия (I)
в насыщенном растворе (моль/л) указанных солей (25 oС): ТlCl,
Tl2CO3, Tl2CrO4, Tl2SO4, ТlBr, Тl2S, Tl2S2O3, Тl2Se.
3. Определите, выпадет ли осадок при сливании 5 мл 0,004 М
раствора TlNO3 и 15 мл 0,003 М раствора Na2CO3?
4. Нагрели щелочной раствор, содержащий нитрат калия с
добавлением порошка алюминия. Выделившийся газ собрали.
Как доказать состав всех продуктов реакции? Запишите уравнения всех реакций.
5. Почему невозможно описать строение диборана по методу
ВС? Как объясняет образование мостиковой связи в диборане
метод МО? Составьте уравнение реакции между дибораном и
водой.
6. Составьте уравнение реакций гидролиза хлорида и фторида бора. Вычислите рН растворов.
7. Газообразный хлорид бора поглотили водой при комнатной
температуре. Выпавший осадок промыли водой, отфильтровали
и растворили в горячей воде. Раствор разделили на две части.
К одной добавили фтороводородную кислоту, к другой — карбонат натрия. Запишите уравнения реакций.
8. В трех пробирках находятся растворы AlCl3, SbCl3, Na2CO3.
Предложите способ идентификации веществ.
9. Как объяснить различное действие избытка растворов
аммиака и щелочи на раствор сульфата алюминия.
10. Определите рН водного раствора (25 oС), полученного при
растворении 0,185 г борной кислоты в 200 мл воды.
11. Как объяснить, что из всех элементов 13 группы только
таллий образует соединения со степенью окисления +1? Чем
обусловлено сходство соединений таллия (I) и щелочных металлов, серебра (I)? Приведите примеры.
12. Как и почему изменяется устойчивость ионов в ряду BH4‾–
AlH4‾–GaH4‾.
75
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Вариант 1
1. Объясните, используя представления теории МО, возмож-
ность существования молекулы B2.
2. Напишите уравнение химической реакции окисления пентаборана (B5H9) кислородом, рассчитайте тепловой эффект реакции при стандартных условиях. Опишите возможные недостатки,
кроме цены, использования пентаборана в качестве топлива для
двигателей внутреннего сгорания.
3. Какое из соединений сильнее гидролизуется и почему: сульфат алюминия, сульфид алюминия или ацетат алюминия? Напишите уравнения гидролиза этих соединений.
4. Закончите уравнения реакций:
Al + C → Al + KNO3 + KOH + H2O →
B(OH)3 + HF + NH4F → In + HNO3(разб.) →.
Вариант 2
1. Сравните пространственную конфигурацию молекулы BF3
и иона BF4‾.
2. Вычислите массу алюминия, образующегося при электролизе 1 т глинозёма, содержащего 94,5% Al2O3, и продолжительность электролиза при силе тока 3000 А?
3. В трёх пробирках находятся водные растворы следующих
веществ: Na2B4O7, Na2CO3, NaH2PO2. а) Напишите уравнения
гидролиза указанных соединений. б) Предложите способы идентификации содержимого каждой пробирки. Напишите уравнения
соответствующих реакций.
4. Закончите уравнения реакций:
B + H2SO4(конц.) → KAl(SO4)2 + KOH →
Li[BH4] + H2O → Ga2O3 + HNO3(разб.) →.
Вариант 3
1. Изобразите графическую формулу сложного эфира, образующегося при взаимодействии ортоборной кислоты с метиловым спиртом. Напишите уравнение реакции получения этого
эфира.
76
2. Какое топливо по его энергоёмкости на 1 г лучше использовать в ракетных двигателях: жидкий гидразин или газообразный
пентаборан? Ответ подтвердите расчетами.
3. Серебристо-белое лёгкое простое вещество А, обладающее
хорошей тепло- и электропроводностью, реагирует при нагревании с другим простым веществом В жёлтого цвета. Образующееся твёрдое вещество С разлагается водой с образованием белого осадка D и газообразного продукта, при пропускании которого через водный раствор оксида серы (IV) выпадает вещество В.
Осадок D растворяется в избытке щёлочи. Назовите вещества А,
В, С, D. Напишите уравнения реакций.
4. Закончите уравнения реакций:
AlCl3 + (NH4)2CO3 + H2O → B2S3 + HNO3(конц.) →
B(OH)3 + NaOH → Tl2O + O3 →.
Вариант 4
1. Какой тип гибридизации атомных орбиталей характерен
для бора в ионах BO2‾ и BO
3
‾? Используя метод ВС опишите
3
строение этих ионов.
2. Используя правило Лютера рассчитайте стандартное значение потенциала для Tl3+ + 3eˉ = Tl0, если известно, что:
Tl3+ + 2eˉ = Tl+, Eo = 1,25 B
Tl+ + eˉ = Tl0, Eo = –0,336 B.
3. Напишите уравнения реакций, которые происходят:
а) при растворении безводного хлорида алюминия в воде;
б) при добавлении к раствору хлорида алюминия по каплям
раствора щёлочи;
в) при добавлении к раствору хлорида алюминия избытка
раствора щёлочи и последующем пропускании через полученный
раствор оксида углерода (IV).
4. Закончите уравнения реакций:
Li[AlH4] + HCl → B2S3 + H2SO4(конц.) →
B2H6 + K2Cr2O7 + H2SO4 → LiH + GaCl3 →.
Вариант 5
1. Как и почему изменяются температуры плавления в ряду
галогенидов: a) бора ВF3–ВI3; б) галлия GaF3–GaI3?
77
2. Приведите уравнение ионизации ортоборной кислоты и
рассчитайте pH 0,1 М раствора данной кислоты.
3. При работе гальванического элемента
Al|Al2(SO4)3||Cr2(SO4)3|Cr
восстановилось до свободного металла 31,2 г хрома. Определите, на сколько уменьшилась масса алюминиевого электрода?
4. В результате взаимодействия каких соединений образова-
лись следующие продукты? Запишите уравнения реакций.
… → B(C2H5O)3 + H2O … → H[BF4] + B(OH)
… → NaAlO2 + CO
2
Вариант 6
… → Li[GaH4] + LiCl.
3
1. Опишите электронное строение молекул гидридов элементов 13 группы Периодической системы. В чём отличие гидрида
бора от остальных молекул?
2. Массовая доля алюминия в его сплаве с медью составляет
70%. Какая масса сплава вступила в реакцию с концентрированным раствором гидроксида калия, если при этом выделился 61
мл водорода (н. у.)? Назовите самый известный сплав алюминия
с медью.
3. В трёх пробирках находятся водные растворы следующих
веществ: InCl3, GaCl3, AlCl3.а) Напишите уравнения гидролиза
указанных соединений.
б) Предложите способы идентификации содержимого каждой
пробирки. Напишите уравнения реакций.
4. Закончите уравнения реакций:
Na2B4O7 + C2H5OH + H2SO4 → BP + H2O →
KAl(SO4)2 + NH3∙H2O → TlNO3 + Cl2 + KOH →.
Вариант 7
1. Рассчитайте массовую долю бора в буре Na2B4O7∙10H2O и
в карборане состава B10C2H12.
2. Рассчитайте время, необходимое для получения 777,6 кг
алюминия электролизом расплава Al2O3 при силе тока 9600 А.
3. Простое аморфное вещество А темно-коричневого цвета
реагирует при высокой температуре с другим простым веще-
78
ством В жёлтого цвета. Образуется белое твёрдое вещество С,
¾ ¾ ¾®
полностью разлагающееся водой с образованием газообразного
продукта с неприятным запахом и слабой кислоты, выпадающей
в виде белого осадка. Назовите вещества А, В и С. Напишите
уравнения реакций.
4. Закончите уравнения реакций:
KAl(SO4)2 + K2S + H2O → Al + NaNO3 + NaOH →
B(C2H5O)3 + О2 → TlCl
Вариант 8
hu
¾ ¾®
.
1. Укажите основные причины, определяющие различие
свойств простых веществ: бора (атомный кристалл) и алюминия
(металлический кристалл).
2. Рассчитайте массу ортоборной кислоты и объём водорода
(н. у.) получившиеся при взаимодействии 15 л диборана с водой?
3. Рассчитайте концентрацию ионов Al3+ в 10 мл 0,1 М водного раствора гексафтороалюмината натрия, содержащего в 1 л
0,1 моль NaF.
4. Закончите уравнения реакций:
B + Ce(SO4)2 + H2O → Ce3(SO4)3 + … BP + О2 →
AlCl3 + Na2S + H2O → Ga2O3 + KОH
Вариант 9
сплав
1. Учитывая стандартные электродные потенциалы, рассмотрите возможность растворения алюминия в кислотах, воде, щелочах. Охарактеризуйте коррозионную устойчивость алюминия
в этих растворах и на воздухе.
2. Простое кристаллическое вещество А серо-чёрного цвета
реагирует с газообразным бесцветным простым веществом В.
Образующееся тугоплавкое алмазоподобное вещество С, используемое как абразивный материал. Вещество С разлагается щёлочью с образованием соли и газообразного продукта с резким
запахом, хорошо растворимого в воде. Назовите вещества А, В
и С. Напишите уравнения реакций.
3. Какой объём 0,1 н. раствора гидроксида натрия потребуется для нейтрализации продуктов гидролиза 4,6 г хлорида
бора?
.
79
4. Закончите уравнения реакций:
B + KOH + H2O2 → Al + F2 →
Li[AlH4] + H2O → Tl2O3 + HBr →.
Вариант 10
1. Используя схему МО для трёхцентровых связей, покажите,
чем связь B–H–B в диборане отличается от водородной связи в
ионе (F–H–F)ˉ.
2. Тетрагидридоборат лития используется в полевых условиях для получения водорода. Напишите уравнение его реакции с
водой и покажите, что она даёт максимально возможный объём
водорода на единицу массы из всех реагирующих с водой веществ.
3. Рассчитайте объём газа (н. у.), который выделится при взаимодействии алюминия массой 2,7 г с 40% раствором гидроксида калия массой 50 г.
4. Закончите уравнения реакций:
Tl2SO4 + KMnO4 + H2SO4 → Al4C3 + H2O →
AlCl3 + Na2CO3 + H2O → Ga2O3 + KОH(раствор) →.
Вариант 11
1. Почему в водных растворах нельзя получить сульфид, карбонат и цианид галлия? Приведите примеры реакций получения
данных соединений.
2. Сколько граммов Na2B4O7 ∙ 10H2O необходимо взять для
приготовления 500 мл (ρ ~ 1 г/мл) 5%-ного раствора тетрабората
натрия?
3. Две одинаковые навески алюминия растворили: одну — в
растворе щёлочи, другую — в соляной кислоте. Как относятся
между собой объёмы газов, выделившихся при реакции, измеренные в одинаковых условиях?
4. Закончите уравнения реакций:
B2H6 + NaOH + 6H2O → Al2(SO4)3 + NH3 ∙ H2O →
TlCl3 + H2S → In + H2SO4(конц.) →.
Вариант 12
1. Что такое «перл буры»? Приведите примеры реакций образования окрашенных стеклообразных «перлов».
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]