Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия. Лабораторный практикум
.pdf
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 15
Изучение свойств металлов подгруппы
марганца
(2 часа)
1. Цель работы
На примере марганца изучить важнейшие химические свойст-
ва элементов VII В подгруппы и их соединений.
2. Теоретическое введение
Побочную подгруппу седьмой группы Периодической системы составляют марганец, технеций и рений. Это d-элементы с электронной конфигурацией последних подуровней (n – 1)d
ливающей их высшую степень окисления + VII.
Марганец является самым распространенным из тяжелых металлов, после железа. Радиоактивный технеций – элемент неустойчивый и в природе не встречается, однако он сравнительно легко может
быть получен искусственно с помощью различных ядерных реакций.
Рений относится к числу редких элементов.
Наиболее характерные значения степени окисления
в его соединениях + II, + IV, + VI и + VII. Склонность соединений
марганца к разнообразным взаимопревращениям предопределяет их
ярко выраженные окислительно-восстановительные свойства.
Химическая активность свободных металлов в ряду
Мn – Тс – Rе понижается. Так, в соответствии со значениями стандартных электродных потенциалов марганец стоит в ряду напряжений
до водорода (между Мg и Zn), а технеций и рений
марганец довольно активно реагирует с разбавленными кислотами с
образованием солей марганца (II), а в порошкообразном виде при нагревании разлагает воду.
5ns2
, обуслов-
марганца
– после. Поэтому
101
Лабораторный практикум
Марганец легко окисляется кислородом воздуха, однако образующаяся при этом оксидная пленка препятствует дальнейшему
окислению металла. Комплексные соединения марганца и его аналогов немногочисленны, не очень устойчивы и заметного практического
значения не имеют.
3. Приборы и реактивы
В работе используют пробирки, штатив с кольцом, сетку асбестовую, фарфоровый тигель, фарфоровый треугольник, пинцет, палочки стеклянные. Реактивами служат: хлорная вода, лакмусовая бумажка (синяя), едкий натр, нитрат калия (или натрия), сульфит натрия, диоксид марганца, пероксодисульфат аммония, растворы едкого
натра (2 н.), соляной кислоты (плотностью 1,19 г/см
3
), серной кислоты
(2 н.), азотной кислоты (2 н.), уксусной кислоты (2 н.), сульфата мар-
ганца (0,5 н.), перманганата калия (0,5 н.), пероксида водорода (10 %ный), нитрата серебра (0,1 н.).
4. Порядок проведения работы.
Указания по технике безопасности
Опыт 1. Гидроксид марганца (II) и его свойства
4.1. В две пробирки внесите по 3 ... 4 капли раствора сульфата мар-
ганца и по 2 ... 3 капли раствора щелочи. Отметьте цвет полученного осадка гидроксида марганца (II).
4.2. В первой пробирке размешайте осадок встряхиванием и наблю-
дайте его побурение вследствие образования гидроксида марганца (IV).
4.3. Во вторую пробирку с осадком гидроксида марганца (II) добавьте
2 ... 3 капли раствора
Укажите наименее полярную химическая связь в полученных
гидроксидах марганца. Ответ мотивируйте.
серной кислоты до растворения осадка.
102
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 2. Окисление соли марганца (II)
пероксодисульфатом аммония
4.1. В пробирку до 1/3 ее объема налейте дистиллированной воды,
внесите 3 ... 4 кристаллика пероксодисульфата аммония и добавьте по 2 ... 3 капли растворов азотной кислоты и нитрата серебра
(катализатор).
4.2. Нагрейте жидкость почти до кипения и добавьте в нее каплю раствора сульфата марганца. Отметьте изменение окраски раствора.
Составьте электронную формулу иона-восстановителя и
подсчитайте чему равен для него суммарный спин электронов.
Опыт 3. Окислительные свойства диоксида марганца
4.1. В пробирку поместите 1 микрошпатель диоксида марганца и 2 ...
3 капли концентрированной соляной кислоты (ТЯГА!).
4.2. По цвету и запаху определите, какой газ выделяется. Если реак-
ция идет недостаточно энергично, пробирку осторожно подогрейте пламенем спиртовки.
Рассчитайте эквивалент окислителя в данной реакции.
Опыт 4. Восстановительные свойства диоксида марганца
(выполняется по указанию преподавателя)
4.1. В тигель положите с помощью пинцета небольшие кусочки едкого натра и нитрата калия.
4.2. Тигель поставьте на асбестовую сетку или в фарфоровый треугольник и осторожно нагрейте пламенем спиртовки до расплавления смеси (ТЯГА!). Не прекращая нагревания, добавьте в расплав очень немного (на кончике микрошпателя) диоксида марганца
0тметьте окраску полученного расплава и сохраните его для следующего опыта.
может возрасти скорость данной реакции, если температуру,
и продолжайте нагревание, пока масса не загустеет.
Пользуясь правилом Вант-Гоффа, определите, во сколько раз
103
Лабораторный практикум
при которой она проводится, повысить на 500С (температурный
коэффициент принять равным 3).
Опыт 5. Окислительно-восстановительные свойства
соединений марганца (VI)
4.1. К расплаву, полученному в опыте 4, после того как тигель охладится, добавьте до 1/3 его объема дистиллированной воды и, помешивая палочкой, растворите содержимое тигля.
4.2. Полученный раствор манганата перенесите в три пробирки (по
5 ... 6 капель раствора в каждую). Если опыт 4 не проводился, используйте готовый раствор манганата.
4.3. В первую пробирку
добавьте 2 ... 3 капли раствора уксусной кислоты и наблюдайте смещение равновесия реакции диспропорционирования манганата натрия, приводящей к резкому изменению окраски раствора и выпадению бурого осадка диоксида марганца.
4.4. Во вторую пробирку с раствором манганата добавьте 2 ... 3 капли
хлорной воды. Наблюдайте изменение окраски раствора.
4.5. В третью пробирку с раствором манганата добавьте
2 ... 3 мик-
рошпателя кристаллического сульфита натрия. Наблюдайте
обесцвечивание раствора и появление бурого осадка диоксида
марганца.
Составьте выражение для константы равновесия процесса
диспропорционирования манганат-иона.
Опыт 6. Окислительные свойства соединений
марганца (VII)
4.1. В три пробирки внесите по 3 ... 4 капли раствора перманганата
калия. В первую пробирку добавьте 2 капли раствора серной кислоты,
во вторую – столько же воды, в третью раствора щелочи. Во все три
пробирки прибавьте по 1 микрошпателю кристаллического сульфита
натрия. Отметьте различное изменение первоначальной окраски раствора перманганата в каждом случае.
104
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
4.2. Внесите в пробирку 3 ... 4 капли раствора перманганата калия
и столько же раствора сульфата марганца. Отметьте исчезновение
фиолетовой окраски и
образование бурого осадка диоксида марганца. Опустите в пробирку
синюю лакмусовую бумажку. Какова реакция среды в полученном
растворе?
4.3. В пробирку внесите 3 ... 5 капель раствора перманганата калия
и 2 ... 3 капли раствора серной кислоты. Добавьте 3 ... 4 капли
ра пероксида водорода. Какой газ выделяется в результате этой реакции?
Рассчитайте ЭДС протекающих в опыте 6а окислительновосстановительных реакций (при стандартных условиях) и укажите,
в какой среде перманганат-ион является наименее сильным окислителем.
раство-
5. Обработка результатов эксперимента
См. лабораторную работу 7.
6. Требования к отчету
См. лабораторную работу 7.
7. Контрольные вопросы
1. В какой степени окисления а) марганца; б) технеция; в) рения их
соединения наиболее устойчивы. Как изменяется склонность к
проявлению высшей степени окисления в большинстве побочных
подгрупп Периодической системы?
2. Какие продукты образуются при растворении: а) марганца в соля-
ной кислоте; б) технеция в азотной кислоте? Каковы уравнения соответствующих реакций?
105
Лабораторный практикум
3. Какие окислительно-восстановительные свойства проявляет диок-
сид марганца при взаимодействии с концентрированной соляной
кислотой, при сплавлении с селитрой и щелочью?
4. Составьте уравнение реакции диспропорционирования манганата
натрия в водном растворе и укажите, в какой среде устойчив манганат?
5. До каких степеней окисления восстанавливается марганец (VII) в
зависимости от среды (кислой, нейтральной
или щелочной)? В какой из них перманганат-ион является наиболее сильным окислителем?
6. Какие реакции протекают при действии на кристаллический перманганат калия: а) концентрированной серной кислоты; б) концентрированной соляной кислоты; в) при нагревании?
106
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 16
Изучение свойств металлов подгруппы
хрома
(2 часа)
1. Цель работы
На примере хрома ознакомиться с химическими свойствами
важнейших соединений элементов VI В подгруппы.
2. Теоретическое введение
Хром, молибден и вольфрам составляют побочную подгруппу
VI группы Периодической системы. Электронная конфигурация по-
следних подуровней атомов хрома и молибдена (n – 1)d
ма (n – 1)d
4ns2
. Высшая степень окисления этих элементов равна + VI.
Соединения хрома (VI), как правило, являются окислителями, что,
однако, не характерно для молибдена (VI) и вольфрама (VI). Наиболее
устойчивые соединения хрома в степени окисления + III. Соединения
хрома (II) проявляют сильные восстановительные свойства.
Как и в других побочных подгруппах, в ряду Cr- Mo- W химическая активность заметно снижается. Так, металлический хром растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах, а вольфрам
только в смеси плавиковой и азотной кислот. В концентрированной
серной и азотной кислотах хром из-за пассивирования его поверхности не растворяется. Последнее его свойство широко используется
при получении защитных покрытий и коррозионностойких сталей.
Хром и его аналоги являются активными комплексообразователями
, образуя как типичные координационные соединения, примером которых может служить гидроксокомплекс [Сг(ОН)
цифические изополи- и гетерополисоединения, простейшим представителем которых является дихромат-ион Сг
2-
. Хром (III) способен
2О7
5ns1
, вольфра-
]3-, так и спе-
6
107
Лабораторный практикум
к образованию и двойных солей, например, хромокалиевых квасцов
KСг(SО
.
12Н2О. В уравнениях реакций с участием этого вещества
4)2
его состав может быть для упрощения представлен в виде сульфата
хрома (III).
Соединения металлов подгруппы хрома склонны к образованию пероксидов, когда один или несколько атомов кислорода в молекулах этих соединений заменяются на группировку -О-О-. Таково,
например, строение пероксида хрома СгО
ривать как производное от СгО
сидные группы О
, т.е. CrО(О2)2.
2
, где два атома О заменены на перок-
3
, который можно рассмат-
5
3. Приборы и реактивы
В работе используют пробирки, спиртовку, водяную баню. Реактивами служат: диэтиловый эфир, лакмус (нейтральный), растворы
сульфата хрома (III) или хромо-калиевых квасцов (0,5н.), хромата калия (0,5н.), дихромата калия (0,5 н.), серной кислоты (2 н.), соляной
кислоты (плотностью 1,19 г/см
3
), гидроксида натрия (2н.), карбоната
натрия (0,5 н.), сульфида натрия (0,5 н.), нитрата свинца (0,5 н.), нитрата серебра (0,1 н.), хлорида бария (0,5 н.), иодида калия (0,5н.), пероксида водорода (3 %-ный), крахмала.
4. Порядок проведения работы.
Указания по технике безопасности
Опыт 1. Гидроксид хрома (III) и его свойства.
4.1. В две пробирки влейте 2...4 капли раствора соли хрома (III) и по 2
капли раствора щелочи.
4.2. Испытайте отношение полученного осадка к кислоте и к избытку
щелочи, для чего добавьте в одну пробирку по каплям раствор
серной кислоты, а в другую – раствор щелочи до растворения
осадка. Раствор, содержащий гидроксокомплекс, сохраните для
опыта 3.
108
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Составьте выражения для констант нестойкости гидроксо-
и аквакомплексов хрома (III). Сформулируйте в общем виде, какие металлы способны образовывать гидроксокомплексы
Опыт 2. Гидролиз солей хрома (III)
4.1 Гидролиз сульфата хрома (III). Испытайте действие сульфата
хрома (III) на лакмус, для чего в пробирку с 3...5 каплями нейтрального лакмуса прибавьте несколько кристалликов сульфата
хрома (III) до изменения окраски. Перечислите меры, которые
следует предпринять для подавления гидролиза сульфата хрома
(III).
Составьте выражение для константы гидролиза этой соли.
4.2. Совместный гидролиз сульфата хрома (III) и карбоната
натрия. К
2...3 каплям раствора сульфата хрома (III) прибавьте по каплям
раствор карбоната натрия до образования осадка Сг(ОН)
.
3
Какой газ при этом выделяется? Укажите число сигма- и пи-
связей в его молекуле.
Опыт 3. Восстановительные свойства солей хрома (III).
4.1. К полученному в опыте 1 раствору гексагидроксохромата (III)
натрия добавьте 1...2 капли щелочи и 3...5 капель раствора пероксида водорода.
4.2. Нагрейте смесь на водяной бане до перехода зеленой окраски в
желтую, что указывает на образование в растворе хромат-нона.
Рассчитайте эквиваленты окислителя и восстановителя для
данной реакции.
Опыт 4. Хроматы и дихроматы
4.1. К раствору хромата калия (3...4 капли) прибавьте по каплям раствор серной кислоты до изменения окраски. Какие ионы определяют окраску исходного и полученного растворов?
109
Лабораторный практикум
4.2. К раствору дихромата калия (3...4 капли) прибавьте по каплям
раствор щелочи до изменения окраски, обратного наблюдавшемуся в предыдущем эксперименте.
Составьте выражение для константы равновесия перехода
хромат- в дихромат-ионы и укажите, концентрация какого из
этих ионов увеличивается с ростом рН раствора.
Опыт 5. Получение малорастворимых хроматов
4.1. В три пробирки с раствором хромата калия (2...3 капли) прибавьте по 2...3 капли растворов: в первую – хлорида бария, во вторую
– нитрата свинца, в третью – нитрата серебра. Отметьте цвета
выпавших осадков.
Рассчитайте значения эквивалентов для полученных трудно-
растворимых солей.
Опыт 6. Окислительные свойства дихроматов
4.1. В раствор дихромата калия (4...5 капель), подкисленного раствором серной кислоты (2...3 капли), внесите по каплям раствор
сульфида натрия (ТЯГА!) до изменения окраски раствора и его
помутнения.
4.2. К подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия
(4...5 капель) добавьте 3...4 капли раствора иодида калия. С помощью крахмала докажите выделение свободного иода, для чего
пробирку с 5...6 каплями крахмала внесите одну каплю полу-
в
ченного в опыте раствора.
4.3. К раствору дихромата калия (2...3 капли) прибавьте 10 ...12 капель концентрированной соляной кислоты (ТЯГА!). Смесь нагрейте на пламени спиртовки до перехода оранжевой окраски в
зеленую. Какой газ при этом выделяется?
Воспользовавшись Приложением 4, рассчитайте стандартные значения ЭДС для выполненных
падение результата одного из опытов с рассчитанным значением ЭДС.
реакций. Объясните несов-
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]