Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия. Лабораторный практикум
.pdf
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
и т. п.). К окислителям относятся соединения элементов, находящихся
в высшей степени окисления (например, КМnО
4
, К
2Сг2О7
и т. п.).
Если окислитель и восстановитель входят в разные молекулы
реагирующих веществ, то соответствующая реакция является межмолекулярным окислением-восстановлением. Например:
10КI + 2КМnO
+ 8Н2SO4 = 2МnSO4 + 5I2 + 6К2SO4 + 8Н2O.
4
Если окислитель и воcстановитель находятся в одной и той же
молекуле, то реакция является внутримолекулярным окислениемвосстановлением. Например:
2Рb(NO
= 2РbО + 4NО2 + O2 .
3)2
Частным случаем внутримолекулярного окисления-
восстановления является реакция диспропорционирования, в которой один и тот же элемент является восстановителем и окислителем.
Например:
= 3UF4 + U.
4UF
3
На характер окислительно-восстановительных реакций оказы-
вают влияние температура, концентрация и рН раствора. Как правило,
в кислой среде окислительные свойства окислителя максимальны, при
рН > 7 они ослабляются.
3. Приборы и реактивы
В работе используют: пробирки, стеклянную палочку, тигель,
фарфоровую чашечку, спиртовку. Реактивами служат: цинк (порошок), сера (порошок), дихромат аммония, сульфит натрия, нитрит калия, растворы аммиака (25%-ный), соляной кислоты (2 н.), иодида
калия (0,5 н.), дихромата калия (0,5 н.), серной кислоты (2 н.), сульфата меди (0,5 н.), гидроксида калия или натрия (2 н.), перманганата ка
лия (0,5 н.), сульфида натрия (0,5 н.), пероксида водорода
(3 %-ный), хлорная и бромная вода.
-
51
Лабораторный практикум
4. Порядок проведения работы.
Указания по технике безопасности
Опыт 1. Окислительно-восстановительные свойства серы
4.1. Внесите в тигель 4...5 микрошпателей порошков серы и цинка,
тщательно перемешайте.
4.2. Прокалите тигель до спекания порошков (ТЯГА!).
4.3. Высыпьте содержимое на фильтровальную бумагу. Выберите ку-
сочек сульфида цинка, положите его в пробирку и добавьте соляной кислоты (ТЯГА!). По запаху определите, какой газ выделяется.
Напишите электронные формулы серы
тельной и низшей отрицательной степени окисления.
Опыт 2.
4.1. В две пробирки внесите 2...3 капли бромной воды (ТЯГА!).
4.2. В первую добавьте раствор сульфида аммония, во вторую – 25%-
ный раствор аммиака. Отметьте изменение окраски растворов, а
также выделение азота и серы.
4.3. В третью пробирку внесите 2...3 капли раствора иодида калия,
добавьте хлорной воды (ТЯГА!). Наблюдайте изменение окраски
раствора.
Определите
восстановителей и составьте электронные формулы их атомов в
соответствующих степенях окисления. Могут ли они выступать в
роли окислителя? Ответ мотивируйте в виде краткой записи в журнале.
Восстановительные свойства атомов р-элементов
в отрицательной степени окисления
, чему равны степени окисления элементов-
в высшей положи-
52
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 3. Окислительно-восстановительные свойства
р-элементов в промежуточных степенях окисления
4.1. Внесите в одну пробирку 3...4 капли раствора дихромата калия,
во вторую – 3...4 капли раствора сульфида натрия (ТЯГА!).
4.2. Добавьте в каждую пробирку 4...5 капель раствора серной ки-
слоты и по 2...3 микрошпателя сульфита натрия. Отметьте изменение окраски в первой пробирке вследствие образования
ионов Сr
3+
и помутнение раствора во второй.
Напишите электронную формулу атома серы в той степени
окисления, где она может проявлять и окислительные и восстановительные свойства.
Опыт 4. Реакция диспропорционирования
сульфита натрия
4.1. В две сухие пробирки поместите 2...3 кристаллика сульфита на-
трия.
4.2. Одну пробирку оставьте в качестве контрольной. Вторую нагрей-
те в течение 5...6 минут над пламенем спиртовки. Дайте пробирке
остыть.
4.3. В каждую пробирку внесите 5...6 капель дистиллированной воды
и размешайте содержимое встряхиванием до растворения солей.
4.4. Добавьте в каждую пробирку 2
3 капли раствора сульфата меди
…
(II). Отметьте, в какой пробирке выпадает осадок черного суль-
фида меди (II).
Приведите примеры веществ (не менее трех), способных
вступать в реакцию диспропорционирования. Укажите, на чем основана эта способность.
Опыт 5. Разложение дихромата аммония
4.1. В фарфоровую чашечку или тигель поместите несколько микро-
шпателей кристаллического дихромата аммония (NН
4)2Сг2O7
.
53
Лабораторный практикум
4.2. Внесите в дихромат горящую спичку. Через несколько секунд
наблюдайте разложение соли с образованием оксида хрома (III) и
выделением азота и паров воды.
К какому типу окислительно-восстановительных реакций
относится данный процесс? Назовите другие типы окислительновосстановительных реакций и приведите их примеры.
Опыт 6. Влияние рН cреды на характер восстановления
перманганата калия
4.1. В три пробирки внесите по 2 капли раствора перманганата калия.
4.2. В первую добавьте 5...6 капель серной кислоты, во вторую столько же воды, в третью – столько же раствора щелочи.
4.3. Во все три пробирки внесите по 2 микрошпателя кристалличе-
ского нитрита калия и перемешайте до растворения этой соли.
Отметьте изменение окраски раствора. При
ний реакций следует учесть, что в растворе ион Мn
−2
ион
MnO
-
имеет зеленую окраску, а МnО2 является труднорас-
4
составлении уравне-
2+
бесцветен,
творимым бурым осадком.
Вычислите величину окислительного эквивалента перманганата калия в трех средах.
Опыт 7. Взаимодействие пероксида водорода с иодидом
калия
4.1. Поместите 5...6 капель раствора иодида калия в пробирку и добавьте 2...3 капли серной кислоты.
4.2. Внесите 1...2 капли пероксида водорода и наблюдайте изменение
окраски вследствие выделения иода.
Определите окислительный эквивалент пероксида водорода.
Будет ли эта величина совпадать с его восстановительным эквивалентом? Ответ мотивируйте.
54
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
5. Обработка результатов эксперимента
5.1. Составьте уравнения проведенных окислительновосстановительных реакций, используя для окислительновосстановительных процессов, протекающих в растворах, метод
полуреакций, а для остальных – метод электронного баланса.
5.2. Отметьте цвет исходных растворов и образовавшихся продуктов,
а также выделение газов и выпадение осадков.
6. Требования к отчету
При оформлении отчета необходимо следовать общим требованиям, содержащимся во Введении.
В разделе "Результаты измерений и расчёты" не забудьте дать
численный ответ на вопросы к заданиям, которые приводятся в
конце описания каждого опыта и выделены курсивом.
7. Контрольные вопросы
1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными?
2. На какие типы подразделяются окислительно-восстановительные
реакции?
3. Какие из веществ, с которыми Вы встретились в данной работе, мо-
гут являться: а) только восстановителями; б) только окислителями;
в) и окислителями, и восстановителями?
4. Закончите уравнения реакций:
а) КС1O
б) Н
в) СuS + НNО
5. Закончите уравнения реакций и и укажите чему равны эквиваленты
окислителей:
а) РbО
б) Сr (ОН)
в) Nа
+ FeС12 + НС1 → FеС13 + КС1+ …;
3
АsО3 + Н
3
+ NaNO2 + Н2SO4 → РbSO4 + NaNO3 + Н2O;
2
+ Вг2 + NаОН → Nа2СrO4 + NаВr + Н2О;
з
6V10O28
→ Н3АsО4 + …;
2О2
→ Сu(NО3)2 + S + … ?
з
+ КI + НС1 → VОС12 + I2 + NаС1 + KCl + Н2O ?
55
Лабораторный практикум
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8
Изучение свойств галогенов
(2 часа)
1. Цель работы
Изучить основные химические свойства галогенов, а также
изменение этих свойств в их ряду. Получить навыки идентификации
веществ по их характерным реакциям.
2. Теоретическое введение
Галогены входят в VII А подгруппу Периодической системы.
Их атомы имеют электронную конфигурацию внешнего уровня
2np5
. Склонность к присоединению одного электрона с приобрете-
ns
нием электронной структуры благородного газа ns
ризует галогены как типичные неметаллы. Однако, в отличие от фтора, который во всех соединениях проявляет общую для всех галогенов
степень окисления -I, хлор, бром и иод можно перевести и в состояние с положительной степенью окисления. Чаще всего это нечетные
значения: + I, + III, + V, + VII, что соответствует последовательному
распариванию р-электронов с
переходом их на свободный
d-подуровень (при возбуждении атома).
Молекулы галогенов двухатомны. Простые вещества при
стандартных условиях представляют собой: хлор – желто-зеленый газ,
бром – красно-бурую жидкость, иод – кристаллы темно-фиолетового
цвета. Они плохо растворяются в воде (их растворы называют хлорной, бромной, и иодной водой), зато легко растворимы в
растворителях (бензол, спирт).
С увеличением порядкового номера галогенов уменьшается их
электроотрицательность, что равносильно ослаблению неметаллических свойств и уменьшению окислительной способности галогенов.
2np6
тоже характе-
неполярных
56
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Соединения галогенов с водородом представляют собой бес-
цветные газы, дымящие на воздухе. Галогеноводороды очень хорошо
растворяются в воде с образованием соответствующих кислот, являющихся сильными электролитами (за исключением HF). Галогенид-
ионы Сl
–
, Вr–, I– обладают восстановительными свойствами, причем
наибольшая способность к отдаче электронов наблюдается у иодидиона.
Важнейшими соединениями кислорода с галогенами являются
соответствующие кислоты и их соли. Так, хлор образует следующие
кислоты: хлорноватистую НСlO (соли – гипохлориты), хлористую
НСlO
(соли – хлориты), хлорноватую НСlO3 (соли – хлораты) и
2
хлорную (соли -перхлораты). Анионы этих кислот, а также кислородных кислот брома и иода- сильные окислители. С повышением степени окисления галогена изменяется как окислительная активность, так
и способность к электролитической диссоциации этих кислот. Так, в
ряду НСlO – НСlO
является НСlO, а самой сильной кислотой – НСlO
– НС1O3 -НС1O4 самым сильным окислителем
2
, т. е. окислитель-
4
ная активность кислот (и их солей) падает, а сила кислот растет.
3. Приборы и реактивы
В работе используют: пробирки, микроколбы, П-образную
трубку с пробкой, спиртовку.
Реактивами служат: перманганат калия, диоксид марганца,
хлорид натрия, бромид натрия, иодид калия; растворы: хлорида натрия (0,5 н.), бромида натрия (0,5 н.), иодида калия (0,1 и.), дихромата
калия (0,5 н.), хлората калия (насыщенный), перхлората калия (0,5 н.),
тиосульфата натрия (0,5 н.), гидроксида натрия (2 н.), соляной
ты (плотностью 1,19 г/см
1,84 г/см
3
), хлорная и бромная вода.
3
), серной кислоты (2 н. и плотностью
кисло-
57
Лабораторный практикум
4. Порядок проведения работы. Указания
по технике безопасности
Опыт. 1. Получение хлора, брома и иода окислением
галогенидов
4.1. В пробирку внесите 2...3 кристаллика перманганата калия и добавьте 2...3 капли концентрированной соляной кислоты (ТЯГА!).
Наблюдайте выделение газообразного хлора и восстановление
иона MnO
Укажите тип химической связи в молекуле хлора и величину
дипольного момента этой связи. Сколько молекул хлора содержится
в его 2 л при давлении 303,3 кПа и температуре 25 °С?
4.2. В две пробирки внесите раздельно по 2...3 кристаллика бромида
натрия и иодида калия. В каждую из пробирок добавьте по 1...2
микрошпателя MnO
окислителя) и по 2...3 капли концентрированной серной кислоты
(ТЯГА!). Наблюдайте выделение в соответствующих пробирках
брома и иода, а также восстановление MnO
В связи с токсичностью галогенов необходимо для их дезактивации внести в пробирки с остатками реактивов по 3...5 капель раствора Na
2S2O3
Составьте электронную формулу атома брома в нормальном
и максимально возбужденном состояниях.
Укажите значения всех квантовых чисел для неспаренного
электрона в нормальном состоянии.
Определите суммарный спин электронов атома брома в воз-
бужденном состоянии.
до иона Mn2+.
4
(менее сильного по сравнению с KMnO4
2
и сразу же их вымыть.
до Mn2+.
2
58
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 2. Сравнение окислительной способности галогенов
4.1. В одну пробирку внесите 3...5 капель раствора бромида натрия, в
две другие – по такому же количеству иодида калия. Добавьте во
все пробирки по 2...3 капли органического растворителя.
4.2. В пробирку с раствором бромида натрия и в одну из пробирок с
раствором иодида калия внесите по 3...4 капли хлорной воды; в
последнюю пробирку с
раствором иодида калия – бромной воды
(ТЯГА!).
4.3. Содержимое пробирок перемешайте встряхиванием. Отметьте
окраску слоя органического растворителя (последний добавляется с целью экстракции, т.е. извлечения из водного раствора брома
и иода, что облегчает их обнаружение).
4.4. По результатам опыта убедитесь в том, что наибольшей окислительной способностью обладает хлор, который способен
окис-
лять как бромид-, так и иодид-ионы.
Вычислите молярную концентрацию насыщенного раствора
брома в воде, если его процентная концентрация 3,58% (плотность
принять равной плотности чистой воды).
Сравните полученное значение с аналогичной величиной для
раствора брома в четыреххлористом углероде, которая равна 5,05
моль/л. Укажите основной фактор, определяющий растворимость
брома в различных
растворителях.
Опыт 3. Сравнение восстановительной способности
хлоридов, бромидов и иодидов
4.1. а) В три пробирки раздельно внесите по 2...3 микрошпателя хло-
рида, бромида и иодида натрия или калия, по 2...3 капли концентрированной серной кислоты (ТЯГА). Наблюдайте протекание
процессов двух типов: 1) реакции обмена с образованием соответствующих галогеноводородов, на что указывает выделение
белого дыма во всех трех пробирках; 2) реакции окисления серной кислотой
вующих пробирках брома и йода в свободном состоянии.
НВr и НI, на что указывает появление в соответст-
59
Лабораторный практикум
Убедитесь в том, что НС1 не способен восстанавливать H2SO4;
НВr восстанавливает ее до SO
, а НI – до H2S (выделение соот-
2
ветствующих газов во второй и третьей пробирках осторожно
определите по запаху).
Составьте выражение для расчета энтальпии последней ре-
акции, исходя из энтальпий образования участников реакции.
4.2. В три пробирки внесите по 2...4 капли раствора K
лите его 2 н. раствором H
(1...2 капли). Добавьте в первую
2SO4
2Cr2O7
, подкис-
пробирку 2...3 капли раствора хлорида натрия, во вторую и третью – по такому же количеству растворов бромида натрия и иодида калия, соответственно.
Убедитесь в том, что хлорид-ион не восстанавливает ион
2-
Cr
до иона Сr
, в то время как бромид и иодид-ионы восстанавливают его
2O7
3+
, окисляясь до свободных галогенов. Сравните на-
блюдения с результатами предыдущего опыта (см. п. 4.1.).
Определите массу грамм-эквивалентов окислителя и восстановителя в реакции дихромата калия с иодидом калия.
Опыт 4. Получение гипохлорита натрия
4.1. В пробирку внесите 10...15 капель 2 н. раствора едкого натра и
поместите ее в стакан с холодной водой.
4.2. В микроколбочку поместите 2-3 кристаллика KMnO
воды и 3...4 капли концентрированной соляной кислоты (ТЯГА!).
4.3. Микроколбочку укрепите в штативе и закройте пробкой с Побразной трубкой, конец которой опустите в пробирку с раствором щелочи. Выделяющийся в микроколбочке хлор пропустите
через раствор гидроксида натрия в течение 2...3 минут (если выделение хлора происходит недостаточно энергично, то микроколбочку
немного подогрейте в пламени спиртовки).
При взаимодействии хлора с раствором щелочи происходит реакция
диспропорционирования с образованием гипохлорита и хлорида
натрия. Полученный раствор сохраните для опыта 5.
Процесс пойдет по-другому, если раствор щелочи не охладить, а,
наоборот, нагреть. Составьте уравнение соответствующей реакции.
, 1...2 капли
4
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]