Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Химия элементов. Лабораторный практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Федеральное государственное

образовательное учреждение высшего образования

«АМУРСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

_________________________________________________________________

Г. М. Ремизов, А. Н. Чайка

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Лабораторный практикум

2-е электронное издание

Комсомольск-на-Амуре Изд-во АмГПГУ 2019

Саратов

Ай Пи Ар Медиа

2019

УДК 54 ББК 24.1

Р38

Рецензенты:

Петров В. В. — д-р техн. наук, профессор КнАГТУ;

Золотарева Л. Т. — учитель МОУ СОШ №32 г. Комсомольска-на-Амуре,

Заслуженный учитель РФ;

Кузнецова А. Г. — д-р пед. наук, ректор ХК «ИРО» г. Хабаровска,

председатель КЭС ХК «ИРО»

Ремизов, Г. М., Чайка, А. Н.

Р38

Химия элементов : лабораторный практикум / Г. М. Ремизов, А. Н. Чайка. — 2-е эл. изд. — Электрон. дан. и прогр. (6 Мб). — Комсомольск-на-Амуре : Изд-во АмГПГУ ; Саратов : Ай Пи Ар Медиа, 2019. — 94 c.

ISBN 978-85094-421-6 (Изд-во АмГПГУ)

ISBN 978-5-4497-0152-7 (Ай Пи Ар Медиа)

В лабораторном практикуме приведены разработки лабораторных работ, которые могут быть использованы при проведении занятий по неорганической химии. Практикум содержит рекомендуемую литературу для проведения занятий, задания по самопроверке знаний, темы для самостоятельных работ, реко-

мендуемые проверочные работы.

Предназначен для изучения дисциплины «Химия» по всем специальностям

и направлениям подготовки высшего образования. Кроме того, лабораторный

практикум будет полезен всем, кто интересуется данной тематикой.

УДК 54

ББК 24.1

Учебное электронное издание

Для создания электронного издания использовано:

Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,

разработанное на основе Adobe Air

ISBN 978-85094-421-6 (Изд-во АмГПГУ)

ISBN 978-5-4497-0152-7 (Ай Пи Ар Медиа)

ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2019

Оглавление

Введение ….……………………………………………………........................5

Тема1. Щелочные металлы. Элементы I – А группы...............................11

Лабораторная работа № 1. Натрий, калий, щелочные металлы и их

соединения...............................................................................................14

Задания для самопроверки.................................................................... 16

Тема 2. Щелочноземельные металлы. Элементы I – А группы. Натрий………………………………………………………………………... 17

Лабораторная работа № 2. Кальций, магний, щелочноземельные

металлы и их соединения.................................................................................22

Задания для самопроверки.....................................................................23

Тема 3. Элементы III – А группы. Бор. Алюминий.................................25

Лабораторная работа № 3. А. Бор и его соединения. ..................27

Лабораторная работа № 3. Б. Алюминий и его соединения.........30

Задания для самопроверки.....................................................................31

Тема 4. Элементы IV – А группы. Углерод. Кремний..............................32

Задания для самопроверки.....................................................................36

Тема 5. Пниктогены. Элементы V – А группы. Азот. Фосфор.................38

Лабораторная работа № 4. Азот и его водородные и кислородные

соединения...............................................................................................43

Задания для самопроверки.....................................................................46

Лабораторная работа № 5. Фосфор и его соединения.

Ортофосфорная кислота и ее соли..................................................................48

Задания для самопроверки.....................................................................50

Тема 6. Халькогены. Элементы VI – А группы. Кислород. Сера............51

Лабораторная работа № 6. Кислород, оксиды, пероксиды..............55

Лабораторная работа № 7. Свойства серы и ее соединений..................62

Задания для самопроверки.....................................................................63

Тема 7. Тема 7. Элемент VII – А группы, водород..................................64

Лабораторная работа № 8. Свойства водорода и его соединений...65

Задания для самопроверки.......................................................................67

Тема 8. Галогены. Элементы VII – A группы. Хлор...............................70

Лабораторная работа № 9. Галогены и их свойства.........................72

Задания для самопроверки.....................................................................74

Тема 9. Металлы побочных подгрупп. Медь. Цинк. Железо. Хром...... 74

Лабораторная работа № 10. d-металлы, железо и

его соединения........................................................................................ 76

Задания для самопроверки.......................................................................77

Свойства цинка........................................................................................78

Лабораторная работа № 11. Закон эквивалентов. Вычисление

эквивалента цинка...................................................................................79

Задания для самопроверки.....................................................................81

Свойства железа......................................................................................82

Задания для самопроверки.....................................................................84

Свойства хрома.......................................................................................85

Задания для самопроверки.....................................................................86

Темы для самостоятельных работ, рекомендуемые контрольные работы………………………………………………………………………….87

Правила техники безопасности при работе в химической

лаборатории….........................................................................................88

Библиографический список...................................................................92

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Химия элементов» является первой частью курса «Неорганическая химия». «Химия элементов» посвящена изучению:

- номенклатуры и классификации неорганических соединений;

- закономерностей изменений атомных характеристик в зависимости

от положения в периодической системе;

-сравнительной характеристики свойств простых веществ,

водородных и кислородных соединений непереходных и переходных элементов;

- комплексных соединений переходных элементов;

- получения простых веществ из природных соединений.

Студент должен знать:

- закон о периодичности свойств химических элементов Д.И.

Менделеева;

- структуру периодической системы химических элементов

Д.И. Менделеева;

- основные закономерности периодической системы химических

элементов на основе знаний о строение атомов;

- основные физические и химические свойства элементов в

зависимости от их положения в периодической системе;

- номенклатуру и классификацию неорганических простых и

сложных химических соединений;

- основные методы получения простых веществ из природных

соединений.

Студент должен уметь:

- применять знания о структуре периодической системы химических

элементов Д. И. Менделеева для определения места в ней элемента, выявления аналогий по строению атомов химических элементов, составляющих период, группу, подгруппу периодической системы Д.И. Менделеева;

- характеризовать основные физические и химические свойства

элементов по группам и подгруппам периодической системы Д.И. Менделеева;

- называть и классифицировать простые и сложные неорганические

химические соединения;

- называть и писать химические формулы комплексных соединений;

- иллюстрировать химическими уравнениями основные методы

получения простых веществ из природных соединений.

Неорганическая химия – это химия элементов и их соединений. Основным законом изменения свойств элементов является Периодический закон Д.И. Менделеева. Основной классификацией элементов является Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, в которой химические элементы расположены по аналогиям.

Групповая аналогия - это наиболее общий вид аналогии, объединяющий элементы с одинаковым общим числом электронов на достраивающихся оболочках независимо от их типа, и просматривается только в высшей степени окисления, отвечающей номеру группы. Именно по этому признаку главные и побочные подгруппы объединяются в одну.

Типовая аналогия - это более глубокая аналогия, объединяющая элементы, которые проявляют сходство не только в высшей степени, но и во всех промежуточных степенях окисления, обусловленная не только одинаковым числом валентных электронов, но и одинаковым типом орбиталей, на которых эти электроны распределены (например, тип аналоги - бор, алюминий и подгруппа галлия).

Электронная аналогия - это глубокий вид аналогии, объединяющий элементы, атомы которых имеют подобные валентные электронные конфигурации (например, у серы и селена наблюдается полная электронная аналогия, а у серы и хрома - неполная электронная аналогия, поскольку она наблюдается только в высшей степени окисления).

Металлы и неметаллы

Все простейшие вещества, как известно, подразделяются на две категории: металлы и неметаллы. Эта классификация основана на существенно различном характере физических и химических свойств веществ, принадлежащих к разным категориям.

В химии названием «металл» обозначают, с одной стороны, металлические химические элементы, а с другой стороны, простые вещества, обладающие характерными для металлов признаками.

Металл - химический элемент:

1) имеет малую электроотрицательность как следствие низких

ионизационных потенциалов и малых, чаще отрицательных значений сродства к электрону;

2) образуют только положительно заряженные ионы, отдавая

электроны. Это свойство отдавать электроны, то есть являться восстановителем, в химии называют металлическим свойством. Обратное свойство - присоединять электроны - называют неметаллическим свойством;

3) в сложных ионах или в полярных молекулах металлы всегда

образуют положительные центры.

Деление элементов и простых веществ на металлы и неметаллы неоднозначно. С одной стороны, металлы и неметаллы различают по их

физическим свойствам, которые проявляются у соответствующих простых веществ. Так, для металлов характерна высокая теплопроводность и электропроводность, специфический металлический блеск, ковкость, пластичность, отрицательный температурный коэффициент (с увеличением температуры удельная электропроводность у металлов уменьшается) и т.п. Физические свойства у неметаллов существенно иные: они хрупки, обладают низкой теплопроводностью и электрической проводимостью с положительным температурным коэффициентом (удельная электропроводность с температурой возрастает) и т.п. С другой стороны, различие между металлами и неметаллами проявляются и в химических свойствах: для металлов характерны основные свойства оксидов и гидроксидов и они являются восстановителями, для неметаллов

- кислотный характер оксидов и гидроксидов, и окислительная активность. Однако не все металлы обладают столь четко металлическими свойствами. Так, медь, серебро и золото по физическим свойствам типичные металлы, а по химическим свойствам эти вещества вовсе не относятся к типичным металлам.

Деление на металлы и неметаллы относительно, поскольку существуют так называемые амфотерные элементы, причем амфотерность проявляется и в физических, и в химических свойствах.

Если в периодической системе элементов Д.И. Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то справа вверху от диагонали будут находиться элементы - неметаллы (исключая элементы побочных подгрупп), а слева внизу - элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп). Элементы, расположенные вблизи диагонали (например, Be,Al,Ti,Ge,Nb,Sb и дp.), обладают двойственным (амфотерным) характером. Таким образом, из 109 элементов 87 являются металлами. При этом при делении на металлы и неметаллы следует иметь в виду, по каким свойствам это деление осуществляется: по химическим или физическим.

Нахождение в природе и общие принципы получения простых

веществ

Подавляющее большинство элементов в природе находится в связанном состоянии - в виде соединений. Концентрированное нахождение природных соединений металлов и неметаллов называют рудами. Природные соединения, характерные для металлов, зависят от положения металла в ряду активности: чем более активен металл, тем более ярко выраженный солеобразный характер имеют его соединения в природе. Так, щелочные металлы находятся в виде галогенидов (NaCl), нитратов (KNO3), сульфатов (Na2SO4), изредка - карбонатов (содовые озера, Na2CO3). Благородные металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода

(Си,Ag,Аи,Hg и т.п.), встречаются в природе и в самородном состоянии.

Что касается природных соединений неметаллов, то здесь соблюдаются те же общие принципы. Так, наиболее активные неметаллы галогены - встречаются в природе исключительно в виде соединений, главным образом с щелочными металлами. Кислород и сера - также активные минералообразователи (поэтому и называется группа халькогенов - рождающие руды) и ассоциированные преимущественно с переходными металлами. Основной формой азота в природе является атмосферный азот, что обусловлено исключительной прочностью молекулы N2. Основными природными соединениями фосфора являются фосфаты. Природный углерод встречается в двух формах - органического и минерального происхождения. Кремний - основной элемент, образующий литосферу (самую внешнюю оболочку Земли).

Получение простых веществ из их природных соединений есть всегда окислительно-восстановительный процесс, кроме тех случаев, когда простые вещества встречаются в самородном состоянии. В последнем случаи их обычно выделяют из смесей физическими методами (фракционная перегонка сжиженного воздуха для получения N2,02, процессы флотации (S, Аи, Pt,Hg,Ag) и т.п.).

Все металлы (кроме самородных) находятся в природе в окисленном состоянии и их выделение из соединений сводится к восстановлению. Руды, из которых извлекают металлы:

оксидные руды - в соединениях с кислородом встречаются многие

металлы: Fe

, TiO2 ,A12O3, Mo2 O3 ,SnO2u дp.;

2О3

карбонатные руды- (соли угольной кислоты) легко переходят в оксидные руды, разлагаясь при нагревании:

CaCO3, MgCO3, FeCO3, CuCO • Cu(OH)2 - малахит ;

сульфидные руды - образуют многие металлы:

FeS2, MoS2, ZnS, PbS.

Эти руды полиметалличны, зачастую загрязнены мышьяком, путем обжига их переводят в оксидные;

галидные руды - (соли галогенводородных кислот). Они используются главным образом для получения легких активных металлов:

KCl, NaCl, KCI • MgCl2 и дp;

сульфатные руды - (соли серной кислоты) и фосфатные руды - (соли фосфорной кислоты) - практически не используются для получения металлов, так как содержат вредные примеси серы и фосфора;

силикатные и алюмосиликатные руды - очень трудно поддаются переработке ввиду их большой устойчивости:

О • А12О • 6SiO2 - полевой шпат,

А12О

• 2SiO2 • 2Н2О - каолинит

Область науки и техники, а также отрасль промышленности, охватывающая процессы получения металлов, называется металлургией и соответственно методы получения - металлургическими.

Все металлургические методы сводятся к восстановлению окисленных металлов из руд:

п+

Ме

+ пе → Ме°

На восстановление тратится энергия, которая передается различными способами:

1) восстановление металла более активным металлом в водных

растворах - гидрометаллургический метод:

CuSO4 +Fe = FeSO4 + Си, или Си2+ + Fe0 = Fe2+ +Cu0.

Можно этот процесс провести и при высоких температурах металлотермический метод:

TiO4+4Na = 4NaCl+Ti.

2) Восстановление металлов газообразными СО и Н2 в присутствии

твердого углерода при высоких температурах - пирометаллургические методы:

МеО + СО = Me + СО2, - "косвенное" восстановление

МеО + С = Ме + СО,-" прямое" восстановление

Но при этом образуются и карбиды:

t t

Ме + 2СО = МеС + СО2, Ме + С = МеС.

Поэтому применяют для получения чистых от углерода металлов как восстановитель водород:

WO3 + 3H2 = W + H2O

3) Восстановление металлов из руд электролизом –

электрометаллургические методы. Электролиз можно вести в водных растворах - гидроэлектрометаллургичекий метод и в расплавах солей или оксидов при высокой температуре - пироэлектрометаллургический метод:

- электролиз расплава хлорида натрия (NaCl), который при

расплавлении диссоциирует по уравнению:

NaCl → Na++ Cl

катод (-) 2Na+ +2e → 2Na0, анод (+) 2Сl - - 2е → С1

;

- электролиз водного раствора сульфата меди (CuSO4), который

диссоциирует по уравнению:

]

Так как φ°

[CuSO

|Си = +0,34В, и медь находится правее водорода в ряду

→ Cu2+ + SO

напряжений, то на катоде:

катод (-) Си2+ + 2е → Си0,

а стандартный электродный потенциал окисления сульфат иона (+2,01 В) больше стандартного электродного потенциала окисления воды (+1,23 В), то на аноде:

анод (+) 2Н2О - 4е → О2 ↑ + 4Н+,

или Си0 - 2е → Сu2+, если анод из меди.

Получение неметаллов из руд сводится к окислению восстановленных неметаллов. Это осуществляется вытеснением хлором (из бромидов, йодидов), окислением на аноде при электролизе (расплава или раствора NaCl), разложением и диспропорционированием при нагревании.

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]