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 12
Изучение свойств металлов подгруппы
цинка
(2 часа)
1. Цель работы
Выработать навыки работы с цинком, кадмием, ртутью и их
соединениями. Закрепить знания о важнейших химических свойствах
элементов II В подгруппы.
2. Теоретическое введение
Побочную подгруппу второй группы Периодической системы
составляют цинк, кадмий и ртуть. Последние подуровни атомов этих
d-элементов имеют электронную конфигурацию (n – 1) d
обуславливает их высшую степень окисления + II.
Химическая активность в ряду Zn – Cd – Hg уменьшается: в соответствии со значениями своих электродных потенциалов в ряду напряжений цинк и кадмий стоят до водорода, а ртуть – после. Поэтому
цинк и кадмий растворяются в соляной и в разбавленной серной кислотах. Цинк, кроме того, растворяется в
щелочах.
Оксид и гидроксид цинка проявляют амфотерные свойства, поэтому в отличие от кадмия и ртути растворяются в щелочах. Все три
элемента являются хорошими комплексообразователями и с различными лигандами образуют тетраэдрические (sp
же октаэдрические (sp
3d2
– гибридизация) комплексы.
3
– гибридизация), ре-
Для цинка и кадмия + II – единственная степень окисления, в то
время как для ртути реализуется еще и менее устойчивая + I (в ионе
2+
Hg
). Если соединения ртути (II) могут проявлять только окисли-
2
тельные свойства, то для соединений ртути (I) наиболее типичной ре-
10ns2
, что
81
Лабораторный практикум
акцией является диспропорционирование, когда одно и то же соединение выступает в качестве и окислителя и восстановителя.
3. Приборы и реактивы
В работе используют пробирки, спиртовку. Реактивами служат: цинк (пыль или гранулы), сульфат цинка, сульфат кадмия, растворы серной кислоты (2 н. и плотностью 1,84 г/см
3
), едкого натра
(2 н.), сульфата цинка (2 н.), сульфата кадмия (2 н.), нитрата ртути (II)
и (I) (2 н.), сульфида натрия (0,5 н.), иодида калия (0,5 н.), аммиака (2
н.), хлорида олова (II) (0,5 н.), лакмуса нейтрального.
4. Порядок проведения работы.
Указания по технике безопасности
Соединения всех трёх металлов и особенно ртути являются вы-
сокотоксичными. Во время проведения работы необходимо соблю-
дать все правила ТБ, после опытов тщательно вымыть руки с мылом.
Опыт 1. Растворение цинка в кислотах и щелочах
4.1. В три пробирки внесите по 4 ... 5 капель следующих растворов: в
первую – 2н. серной кислоты, во вторую – концентрированной
серной кислоты, в третью – едкого натра.
4.2. Добавьте в каждую пробирку по 1 микрошпателю цинковой пыли
и подогрейте пламенем спиртовки (ТЯГА!). Какой газ выделяется
в каждой пробирке?
Воспользовавшись Приложением 4, рассчитайте стандарт-
ное значение ЭДС для
какой среде цинк является более сильным восстановителем.
первой и третьей реакций и определите, в
82
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 2. Гидроксиды цинка и кадмия и их свойства
4.1. В две пробирки внесите по 3 ... 4 капли раствора сульфата цинка,
а в две другие – столько же раствора сульфата кадмия.
4.2. В каждую пробирку добавьте по каплям раствор едкого натра до
появления белого студенистого осадка гидроксида.
4.3. Добавьте в первую и третью пробирки 2 н. серной кислоты, а во
вторую и четвертую пробирки избыток
едкого натра. Наблюдайте
растворение осадков в первой, второй и третьей пробирках. Почему не растворяется осадок в четвертой пробирке?
Напишите уравнения диссоциации и составьте выражения
для констант нестойкости аква- и гидроксокомплексов цинка,
образующихся в опыте.
Опыт 3. Взаимодействие солей ртути со щелочью
4.1. В две пробирки внесите по 3 капли растворов нитрата ртути (II) и
нитрата ртути (I).
4.2. К каждому раствору прибавьте по 2 капли раствора едкого натра
и наблюдайте осаждение в первой пробирке оксида ртути (II), а
во второй – смеси, состоящей из оксида ртути (II) и свободной
ртути.
Приведите сокращенную электронную формулу атома ртути
и определите, какими
магнитными свойствами обладает нит-
рат ртути (I).
Опыт 4. Получение сульфидов цинка и кадмия
4.1. В две пробирки, в одной из которых содержится 3 ... 4 капли раствора соли цинка, в другой – столько же раствора соли кадмия,
добавьте по 2 ... 3 капли раствора сульфида натрия (ТЯГА!).
4.2. Выждав, добавьте в каждую пробирку по 1 ... 2 капли
серной кислоты. Какой из сульфидов растворяется в кислоте?
83
Лабораторный практикум
Какое соединение, из числа образующихся в этом опыте, относится к слабым электролитам? Укажите тип химической
связи в его молекуле.
Опыт 5. Комплексные соединения цинка, кадмия и ртути
4.1. Поместите в первую пробирку 1 каплю раствора сульфата цинка,
а во вторую – такое же количество раствора сульфата кадмия. В
каждую из пробирок добавьте по 2 капли раствора аммиака. Осадок каких веществ образовался? К полученным осадкам прилейте
по каплям избыток раствора аммиака до их растворения.
Составьте электронные формулы атомов, играющих роль
акцепторов
в полученных комплексных соединениях. Какие орбитали этих атомов участвуют в образовании координационных
связей?
4.2. Поместите в пробирку 1 ... 2 капли нитрата ртути (II) и осадите
иодид ртути, добавив в пробирку 2 капли раствора иодида калия.
Прибавьте избыток иодида калия (10 ... 12 капель) и наблюдайте
растворение осадка.
Составьте электронную формулу атома, играющего роль до-
нора в полученной
комплексной частице.
Опыт 6. Гидролиз солей цинка и кадмия
4.1. Поместите в одну пробирку несколько кристалликов сульфата
цинка, в другую – столько же сульфата кадмия и растворите их в
1 ... 2 каплях воды.
4.2. Добавьте в каждую пробирку по 2 ... 3 капли раствора лакмуса и
осторожно подогрейте в пламени спиртовки (ТЯГА!).
На какую реакцию среды указывает окраска лакмуса в растворах солей? Составьте выражения для
солей цинка и кадмия. Укажите, какая из них должна быть
больше.
констант гидролиза
84
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
Опыт 7. Окислительные свойства солей ртути
4.1. Поместите в пробирку 2 капли раствора нитрата ртути (II) и добавьте 3 капли раствора хлорида олова (II).
4.2. Наблюдайте после первой капли появление белого осадка каломели. Объясните причину потемнения осадка через 3 ... 4 минуты.
Рассчитайте окислительный эквивалент соединений ртути, с
которыми вы встретились в данном опыте.
Опыт 8. Контрольный
Получите у преподавателя "анонимную" пробирку, которая
содержит раствор какой – либо из солей цинка, кадмия, ртути (II) или
ртути (I). С помощью единственного реактива определите, соль какого катиона находится в растворе.
5. Обработка результатов эксперимента
См. лабораторную работу 7.
6. Требования к отчету
См. лабораторную работу 7.
7. Контрольные вопросы
1. Какие кислотно-основные свойства проявляют оксиды цинка, кад-
мия и ртути (II)? Какими будут уравнения реакций взаимодействия
этих оксидов с азотной кислотой и с едким натром?
2. Составьте уравнения реакций взаимодействия ртути с избытком и
недостатком азотной кислоты.
85
Лабораторный практикум
3. В какой цвет окрасится лакмус в водном растворе хлорида цинка?
Почему?
4. Составьте уравнения реакций и укажите какие окислительно-
восстановительные свойства будет проявлять хлорид ртути (I) при
взаимодействии: а) с хлором; б) с хлоридом олова (II)?
5. Каким будет уравнение реакции диспропорционирования нитрата
ртути (I) при взаимодействии с иодидом калия (избыток)?
6. Составьте уравнение реакции
взаимодействия хлорида ртути (II) с
сернистым газом в водном растворе и укажите, какие окислительно-восстановительные свойства проявляют соединения ртути (II)?
86
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13
Изучение свойств металлов подгруппы меди
(2 часа)
1. Цель работы
Изучить важнейшие химические свойства металлов I В подгруппы и их соединений на примере меди и серебра. Получить навыки обнаружения отдельных металлов в сплавах.
2. Теоретическое введение
Медь, серебро и золото, составляющие I В подгруппу Периодической системы, относятся к d-элементам. Строение последних
электронных подуровней их атомов можно представить формулой
(n – 1) d
могут принимать участие в образовании связей, вследствие чего эти
элементы проявляют степени окисления + I, + II, + III. Наиболее характерные степени окисления: для меди + II, для серебра + I, для золота + III.
стандартных электродных потенциалов, поэтому они не разлагают
воду, не вытесняют
в азотной кислоте, а также в концентрированной серной при нагревании. Золото же можно растворить в смеси концентрированных соляной и азотной кислот ("царская водка").
рактер, а все гидроксиды неустойчивы и разлагаются на соответствующий оксид
избытке концентрированного раствора щелочи, т.е. проявляет амфотерные свойства, образуя непрочные гидроксокупраты типа
Na
10ns1
. Из-за близости энергии данных подуровней d-электроны
Все металлы I В подгруппы имеют положительные значения
водород из кислот. Медь и серебро растворяются
Все оксиды металлов данной подгруппы имеют основной ха-
и воду. Гидроксид меди (II) растворим в кислотах и в
[Cu(OH)4].
2
87
Лабораторный практикум
Соли Cu (I) нерастворимы в воде и, как правило, не имеют окраски, комплексные же соединения одновалентной меди в воде растворимы, например, Na
[Cu(S2O3)2]. Большинство обычных солей се-
3
ребра, кроме фторида, нитрата и перхлората, не растворимы в воде.
Растворимость галогенидов в ряду AgF-AgCl-AgBr-AgI понижается.
Ионы меди, серебра, золота могут проявлять окислительные
свойства, что обусловлено высокими электродными потенциалами
соответствующих систем. Важнейшей особенностью металлов подгруппы меди является склонность к образованию комплексных соединений, таких как [Ag(NH
]OH, [Cu(NH3)4]SO4, H[AuCl4] и т. п.
3)2
Окислительные свойства соединений меди и ее аналогов, а
также их способность образовывать комплексные соединения используются в металлургии, гальванотехнике, фотографии и других областях народного хозяйства.
3. Приборы и реактивы
В работе используют пробирки, воронку Бюхнера, спиртовку,
стакан фарфоровый на 200 мл.
Реактивами служат: медь (проволока или стружка), медный
сплав (стружка), сульфит натрия, растворы азотной кислоты (2н. и
плотностью 1,43 г/см
соляной кислоты (2н. и плотностью 1,19 г/см
30 %-ный), аммиака (2н. и 25 %-ный), крахмала, сульфата меди (II)
(0,5 н.), иодида калия (0,5 н.), тиосульфата натрия (0,5 н.), нитрата
серебра (0,1 н.), хлорида калия (0,5 н.), бромида калия (0,5 н.), хлорида олова (II) (0,5 н.), хромата калия (0,5 н.), формалина (40 %-ный).
3
), серной кислоты (2н. и плотностью 1,84 г/см3),
3
), едкого натра (2н. и
88
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
4. Порядок проведения работы.
Указания по технике безопасности
Опыт 1. Взаимодействие меди с кислотами
4.1. В три пробирки поместите по кусочку меди и прибавьте 5...6 капель 2н. растворов кислот: в первую – соляной, во вторую – серной, в третью – азотной. Какой раствор окрасился в голубой цвет,
характерный для гидратированных ионов меди (II)?
4.2. Выполните три аналогичных опыта с концентрированными кислотами (ТЯГА!). Опыты проведите без нагревания и
нием. Отметьте, с какими кислотами взаимодействует медь.
Воспользовавшись Приложением 4, рассчитайте ЭДС для ре-
акций меди с серной и азотной кислотами, считая условия протекания реакций стандартными. Объясните причины несовпадения результатов расчета и эксперимента.
Опыт 2. Гидpоксид меди (II) и его свойства
4.1. В три пробирки внесите по 3...4 капли раствора сульфата меди
(II) и 2н. раствора щелочи.
4.2. Одну пробирку с полученным осадком нагрейте в пламени спир-
товки.
Как изменяется цвет осадка при превращении гидроксида ме-
ди (II) в оксид?
4.3. В две другие добавьте к полученному гидроксиду меди (II) по
5...6 капель 2н. растворов серной кислоты
венно.
В каком случае происходит растворение осадка?
Напишите уравнение получения тетpагидpоксокупpата (II)
натрия с использованием 40 %ного раствора щелочи и сделайте
вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида меди (II). Составьте выражение, связывающее энтальпию реакции разложения гидроксида меди (II) со стандартными энтальпиями образования участников реакции.
и щелочи соответст-
с нагрева-
89
Лабораторный практикум
Опыт 3. Окислительные свойства соединений меди (II)
4.1. В три пробирки внесите по 3...4 капли растворов сульфата меди
(II) и иодида калия. С помощью раствора крахмала докажите
присутствие свободного иода в первой пробирке.
4.2. Во вторую пробирку внесите 1...2 микpошпателя сульфита натрия
до исчезновения желтой окраски иода. Что представляет собой
неpаствоpившийся белый осадок?
4.3. В третью пробирку прибавьте
несколько капель раствора тиосульфата натрия до растворения осадка вследствие образования
дитиосульфатокупpата (I) натрия. Одновременно отметьте обесцвечивание раствора иода при взаимодействии с тиосульфатом
натрия.
Определите, чему равны эквиваленты окислителя и восстано-
вителя в реакции между сульфатом меди (II) и иодидом калия.
Опыт 4. Обнаружение меди в сплавах
4.1. Очистите поверхность образца сплава, для чего протрите его наждачной бумагой, промойте водой и осушите фильтровальной
бумагой.
4.2. На сплав нанесите 1 каплю концентрированной азотной кислоты
(ТЯГА!). Через минуту на то же место нанесите 2 капли концен-
трированного раствора аммиака. Синяя окраска указывает на образование иона [Cu(NН
Составьте выражение для константы нестойкости обра-
зующейся комплексной частицы и укажите ее геометрическую
форму.
]2+, т. е. на присутствие меди в сплаве.
3)4
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]