Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия. Лабораторный практикум
.pdf
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 7. Получение пероксида хрома
4.1. К раствору дихромата калия (3...4 капли), подкисленному раство-
ром серной кислоты (2...3 капли) прибавьте 2...3 капли диэтилового эфира, используемого в качестве экстрагента.
4.2. К полученной смеси прилейте 2...3 капли раствора пероксида во-
дорода и тщательно перемешайте смесь встряхиванием пробирки.
Образовавшееся нестойкое пероксидное соединение хрома переходит в эфирный слой, который приобретает синюю
Составьте графическую формулу пероксида хрома.
Укажите степень окисления каждого атома и типы химических
связей.
окраску.
5. Обработка результатов эксперимента
См. лабораторную работу 7.
6. Требования к отчету
См. лабораторную работу 7.
7. Контрольные вопросы
1. Как изменяются кислотно-основные свойства соединений в рядах СгО-Сг
2. Какие ионы существуют в водных растворах солей хрома (III) и
хрома (VI): а) при рН < 7; б) при рН > 7?
3. Каковы уравнения реакций взаимодействия дихромата калия с цинком: а) в щелочной; б) в кислой среде?
4. Составьте уравнение реакции взаимодействия сульфата хрома (III)
в щелочной среде с оксидом свинца (IV). Какие свойства проявляет
соединение хрома
-СгО3 и Сг(ОН)2-Сг(ОН)3-H2CrO4?
2О3
в данной реакции?
111
Лабораторный практикум
5. Укажите тип гибридизации орбиталей хрома и геометрическую
форму цианокомплекса хрома (III). Дайте мотивированный ответ:
пара- или диамагнитные свойства проявляет данный комплекс?
6. Какое вещество выпадает в осадок при сливании растворов сульфата хрома (III) и сульфида натрия при комнатной температуре? Каково уравнение реакции в молекулярном и ионном виде?
112
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 17
Изучение свойств металлов подгрупп
ванадия и титана
(2 часа)
1. Цель работы
На примере ванадия и титана ознакомиться с важнейшими
химическими свойствами элементов V В и IV В подгрупп.
2. Теоретическое введение
Ванадий, ниобий, тантал и титан, цирконий, гафний входят
соответственно в V и IV побочные подгруппы Периодической системы. Последние электронные подуровни ванадия и тантала имеют
конфигурацию (n – 1)d
на d- подуровень (n – 1)d
Высшая степень окисления этих элементов совпадает с номером соответствующей подгруппы. Известны соединения ванадия, в
которых ванадий проявляет степени окисления + IV, + III, + II, а также соединения титана (III), для которых характерны восстановительные свойства и специфическая окраска их растворов.
Рассматриваемые металлы при обычной температуре мало реакционноспособны, в том числе, по отношению к
чам, однако при нагревании способны взаимодействовать с кислородом и другими неметаллами.
В согласии с известной закономерностью оксид ванадия (V) и
его производные проявляют кислотные свойства. Соответствующие
соединения ванадия (IV) являются амфотерными, а оксиды и гидроксиды ванадия в низших степенях окисления проявляют только основные свойства. Ион оксотитана Т
ния титана (IV) в водном растворе, из которого можно осадить амфо-
3ns2
(у ниобия один из s-электронов переходит
4ns1
).
кислотам и щело-
iO2+ является формой существова-
113
Лабораторный практикум
терный гидроксид Тi(OH)4 точнее ТiO
.
хН
О, так как гидроксид тита-
2
2
на (IV), называемый иногда не вполне правильно титановой кислотой,
имеет и меняющийся во времени состав. При хранении или нагревании он "стареет", теряя способность растворяться в кислотах.
Металлы подгрупп ванадия и титана проявляют умеренную
склонность к комплексообразованию. Как и элементы подгруппы
хрома, ванадий способен образовывать изополисоединения, напри
мер, декаванадиевую кислоту Н
6V10O28
. Для рассматриваемых метал-
-
лов характерны пероксосоединения, являющиеся продуктом последовательного замещения атомов кислорода в НVO
, Тi(ОН)4 и других
3
соединениях на пероксогруппу -О-О-.
3. Приборы и реактивы
В работе используют пробирки, водяную баню, спиртовку.
Реактивами служат: оксид ванадия (V), сульфит натрия, цинк
(порошок или гранулы), дистиллированная вода, растворы метаванадата аммония (насыщенный), сульфата оксотитана (0,5 н.), серной
кислоты (2 н. и плотностью 1,84 г/см
3
), едкого натра (2 н.), лакмуса
(нейтральный), пероксида водорода (3 %-ный).
4. Порядок проведения работы
Указания по технике безопасности
Опыт 1. Получение сульфата оксованадия (IV)
4.1. Внесите в пробирку 5...6 капель раствора метаванадата аммония,
1...2 капли концентрированной серной кислоты (ТЯГА!) и не-
сколько кристалликов сульфита натрия.
4.2. Встряхивайте содержимое пробирки до появления голубой окра-
ски, характерной для иона VO
Зная, что растворимость метаванадата аммония при 25ºС
составляет 4,7 г/л, а объем капли примерно равен 0,05 мл, определите, сколько молей соединения ванадия образовалось в данном
опыте?
2+
.
114
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 2. Последовательное восстановление
соединений ванадия (V) до соединения
ванадия (II)
4.1. К раствору, полученному смешением 5...6 капель раствора метаванадата аммония и 1...2 капель концентрированной серной кислоты, добавьте микрошпатель (или гранулу) цинка
4.2. Нагрейте содержимое пробирки на водяной бане. Наблюдайте
последовательное изменение окрасок, характерных для различных степеней окисления ванадия (окраска, соответствующая
низшей степени окисления, может появиться через 20...30 мин).
Определите, какая из
нимальное значение восстановительного эквивалента при окислении до метаванадат-иона.
образующихся солей ванадия имеет ми-
Опыт 3. Получение ванадиевых кислот
4.1. В пробирку внесите один микрошпатель порошка оксида ванадия
(V) и 5...7 капель дистиллированной воды. Нагрейте смесь на во-
дяной бане до появления слабожелтой окраски, характерной для
метаванадиевой кислоты, и добавьте 1... 2 капли лакмуса. Наблюдайте изменение окраски.
4.2. К 2...3 каплям раствора метаванадата аммония добавьте столько
же концентрированной серной кислоты. Отметьте появление
желтой окраски
У какой из полученных кислот значение эквивалента больше?
, характерной для декаванадиевой кислоты.
Опыт 4. Свойства гидроксида титана (IV)
4.1. В три пробирки внесите по 3...4 капли раствора сульфата оксотитана и добавляйте в каждую пробирку раствор щелочи до выпадения осадка гидроксида титана.
4.2. В первую пробирку добавьте 8...10 капель 2 н. раствора серной
кислоты, содержимое второй нагревайте в течение 2...3 минут до
115
Лабораторный практикум
кипения, затем охладите и добавьте аналогичное количество кислоты. Сопоставьте поведение гидроксида титана в обоих случаях.
4.3. На осадок в третьей пробирке подействуйте раствором едкого
натра.
Как можно перевести в раствор гидроксид титана, содер-
жащийся во второй пробирке? Составьте соответствующие
уравнения реакций.
Опыт 5. Получение сульфата титана (III)
4.1. Внесите в пробирку 5...6 капель раствора сульфата оксотитана,
1...2 капли конц. серной кислоты и микрошпатель (или гранулу)
цинка.
4.2. Содержимое пробирки осторожно нагрейте (ТЯГА!) до появле-
ния фиолетовой окраски, характерной для иона Ti
Составьте электронную формулу для иона Ti
3+
.
3+
и определите,
какими магнитными свойствами должны обладать его соли.
Опыт 6. Пероксидные соединения ванадия и титана
4.1. К 5...6 каплям раствора метаванадата аммония добавьте по 2...3
капли растворов пероксида водорода и 2 н. серной кислоты. Наблюдайте окрашивание раствора в красный цвет, обусловленный
появлением смеси пероксованадиевых кислот.
4.2. К 5...6 каплям раствора сульфата оксотитана добавьте 2...3 капли
раствора пероксида водорода. Наблюдайте окрашивание раствора
в оранжевый цвет, характерный для образования монопероксоти-
Н
тановой кислоты
Составьте графическую формулу монопероксованадиевой ки-
слоты и укажите наименее полярную связь в ее молекуле.
ТiО5.
4
116
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
5. Обработка результатов эксперимента
См. лабораторную работу 7.
6. Требования к отчету
См. лабораторную работу 7.
7. Контрольные вопросы
1. На свойства каких элементов VB и IVB подгруппы влияет лантаноидное сжатие? Каковы последствия этого влияния?
2. Напишите формулы оксидов ванадия и укажите, как изменяются их
окислительно-восстановительные и кислотно-основные свойства?
3. Высший оксид ванадия растворили в щелочи, затем, постепенно
повышая кислотность среды, добавили избыток серной кислоты.
Какие соединения ванадия последовательно образовывались
этом?
4. Какими веществами надо обработать голубой раствор соединения
ванадия, чтобы этот раствор: а) обесцветился; б) стал зеленым (составьте уравнения соответствующих реакций)?
5. Какой гидроксид должен обладать более основными свойствами:
а) Ti(OH)
или Zr(OH)4; б) Ti(OH)3 или Ti(OH)4? Ответ обоснуйте.
4
6. Составьте формулу дисульфатопероксотитановой кислоты и найди-
те чему равно координационное число комплексообразователя (лиганды бидентатны)?
при
117
Лабораторный практикум
Приложение 1
Давление насыщенного пара воды при различных температурах
Температура,
°С
17
18
19
20
Давление пара,
3
Па ⋅ 10
1,82
2,06
2,20
2,37
Температура,
°С
21
22
23
24
Давление пара,
Па ⋅ 103
2,48
2,64
2,80
2,98
Приложение 2
Константы диссоциации слабых электролитов при 18…25 °C
Вода и
кислоты
Ступень
диссо-
циации
H2O
HClO
CH3COOH
HCN
.
SO
H2O I
2
II
H2S
H2CO
C
6H8O6
3
I
II
I
II
I
Основа-
К
д
4,4
4,7
-16
-8
-5
-10
-2
-8
-8
-14
.10-7
.10-11
.10-5
1,8 ⋅ 10
5,0 ⋅ 10
1,8 ⋅ 10
7,9 ⋅ 10
1,6 ⋅ 10
6,3 ⋅ 10
6,0 ⋅ 10
1,0 ⋅ 10
7,94
ния
NH3 ⋅ H2O
Mg(OH)
Zn(OH)
Cd(OH)2 II
Al(OH)
Fe(OH)
FeOOH
Ступень
диссо-
циации
II
2
II
2
3
2
III
II
(III)
К
1,8 ⋅ 10
2,6 ⋅ 10
4,0 ⋅ 10
5,0 ⋅ 10
1,4 ⋅ 10
1,3 ⋅ 10
1,35 ⋅ 10
д
-5
-3
-5
-3
-9
-4
-12
(аскорби-
новая ки-
слота)
118
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Приложение 3
Константы нестойкости комплексных частиц
Комплексный ион К
[Ag(CN)2]-
[Ag(NH3)2]+
[Ag(S2O3)2]3-
[Cd(CN)4]2-
1,4 ⋅ 10
[Cd(NH3)4]2+
[Cd(NH3)6]2+
[Co(NH3)6]3+
[Co(SCN)4]2-
[Cu(CN)4]2-
[Cu(NH3)4]2+
Комплексный ион К
нест
8 ⋅ 10
7 ⋅ 10
1 ⋅ 10
8 ⋅ 10
8 ⋅ 10
6 ⋅ 10
5,5 ⋅ 10
5 ⋅ 10
2 ⋅ 10
-22
-8.
-13
-36
-31
-13
-19
-8
-6
-3
[Fe(CN)
[Fe(CN)
[Hg(CN)
[HgI
[Hg(SCN)
[Ni(CN)
[Ni(NH
[Zn(CN)
[Zn(NH
[Zn(OH)
4
]2-
3)4
3)4
6
6
4
4
4
4
]4]3-
]2-
]2-
4
]2-
]2+
]2-
]2+
]2-
Приложение 4
Стандартные электродные потенциалы окислительно-
восстановительных систем
Окисленная
форма
Восстановлен-
+ze
ная форма
ϕ°, В
Среда
-
1 2 3 4 5
AgCl 1 Ag+Cl- + 0,22 Не влияет
[Ag(NH3)2]+ 1 Ag+2NH
.
3
H2O
+ 0,37 Нейтральная
(p)
Ag+ 1 Ag + 0,80 Не влияет
Al3+ 3 Al – 1,66 Не влияет
3-
AsO
2 AsO2- – 0,67 Щелочная
4
3-
AsO
5 As + 0,65 Кислотная
4
Au3+ 3 Au + 1,50 Не влияет
Ba2+ 2 Ba – 2,90 Не влияет
BiO3- 2 Bi3+ + 1,80 Кислотная
нест
1 ⋅ 10
1 ⋅ 10
4 ⋅ 10
1,5 ⋅ 10
1 ⋅ 10
2 ⋅ 10
2 ⋅ 10
1,3 ⋅ 10
4 ⋅ 10
.
4
⋅ 10
-37
-44
-42
-22
-14
-10
-9
-16
-30
-17
119
Лабораторный практикум
1 2 3 4 5
2BrO3- 10 Br
-
BrO
6 Br- + 0,61 Щелочная
3
Br
2 2Br- + 1,07 Не влияет
2(ж)
+ 0,50 Щелочная
2(ж)
HBrO 2 Br- + 1,34 Кислотная
BrO- 6 Br- + 1,44 Кислотная
2 BrO3- 10 Br
+ 1,52 Кислотная
2(ж)
Ca2+ 2 Ca – 2,87 Не влияет
Cd2+ 2 Cd – 0,40 Не влияет
Cl
2 2Cl- + 1,36 Не влияет
2(r)
-
ClO
4
8 Cl- + 1,38 Кислотная
ClO3- 6 Cl- + 1,45 Кислотная
СlO3- 10 Cl
+ 1,47 Кислотная
2(r)
НClO 2 Cl- + 1,50 Кислотная
Co2+ 2 Co – 0,28 Не влияет
CoOOH 1 Co(OH)2 + 0,17 Щелочная
Co3+ 3 Co + 0,33 Не влияет
Co3+ 1 Co2+ + 1,38 Не влияет
Cr2+ 2 Cr – 0,85 Не влияет
Cr3+ 3 Cr – 0,74 Не влияет
Cr3+ 1 Cr2+ – 0,41 Не влияет
2-
Cr2O
6 2Cr3+ + 1,33 Кислотная
7
CuS 2 Cu+S2- – 0,71 Не влияет
Cu2+ 1 Cu+ + 0,16 Не влияет
Cu1+ 1 Cu + 0,52 Не влияет
Cu2+ 2 Cu + 0,34 Не влияет
F
2 2F- + 2,87 Не влияет
2(r)
FeOOH 1 Fe(OH)2 – 0,56 Щелочная
Fe3+ 3 Fe – 0,04 Не влияет
Fe2+ 2 Fe – 0,44 Не влияет
Fe3+ 1 Fe2+ + 0,77 Не влияет
[Fe(CN)6]3- 1 [Fe(CN)6]4- + 0,543
Не влияет
H2O 2 H2+2OH- – 0,83 Щелочная
2H+ 2 H
Hg2Cl2 2 2Hg
2+
Hg
2 2Hg
2
0,00 Не влияет
2(r)
+2Cl- + 0,27 Не влияет
(ж)
+ 0,80 Не влияет
(ж)
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]