Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Часть 2. Лабораторный практикум с использованием микрохимического оборудования по дисциплине «Общая и неорганическая хим
.pdf
4. В каждую ячейку прибавьте по 1 капле раствора нитрата
серебра.
5. Отметьте окраску образующихся осадков.
Часть 2. Гидролиз солей ортофосфорной кислоты.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 3 тонкие пипетки.
Реактивы. Раствор ортофосфата натрия 0,5н Na3PO4, раствор
гидрофосфата натрия 0,5н Na2HPO4, раствор дигидрофосфата натрия
0,5н NaH2PO4, раствор лакмуса или универсального индикатора.
Порядок работы.
1. В ячейку В1 внесите пипеткой 3-5 капель раствора
гидрофосфата натрия.
2. В ячейку В2 внесите пипеткой 3-5 капель раствора
дигидрофосфата натрия.
. В ячейку В3 внесите пипеткой 3-5 капель раствора ортофосфата
3
натрия.
4. В каждую ячейку прибавьте по 1 капле раствора лакмуса.
5. Отметьте изменение окраски индикатора в растворах.
Часть 3. Сравнительная растворимость фосфатов кальция.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, микрошпатель, стеклянная палочка, 2
тонкие пипетки.
Реактивы. Порошок фосфата кальция Ca3(PO4)2, порошок
гидрофосфата натрия СaHPO4, порошок дигидрофосфата кальция
Сa(H2PO4)2, дистиллированная вода, раствор гидроксида кальция 0,5н
Са(ОН)2, раствор фосфорной кислоты Н3РО4.
Порядок работы.
1. В ячейку С1 внесите 1 микрошпатель фосфата кальция.
2. В ячейку С2 внесите 1 микрошпатель гидрофосфата кальция.
3. В ячейку С3 внесите 1 микрошпатель дигидрофосфата кальция.
4. В каждую ячейку прибавьте по 3-5 капель дистиллированной
воды.
5. Перемешайте содержимое каждой ячейки стеклянной палочкой.
Наблюдайте изменения.
. В ячейку Е1 внесите 5 капель раствора гидроксида кальция
6
(гашеная известь).
31
7. В ячейку Е1 добавьте 1-2 капли раствора фосфорной кислоты,
постоянно перемешивая. Отметьте образование осадка.
8. В ячейку Е1 добавьте 7-8 капель раствора фосфорной кислоты и
наблюдайте растворение осадка.
Тщательно промойте поддон по окончании всех опытов.
Вопросы.
В.1 Приведите значения радиуса, энергии ионизации и сродства к
электрону для атомов фосфора и азота:
а) чем объясняется различие указанных констант?
б) чем объясняется различие в химии фосфора и азота?
В.2 Покажите возможные пространственные сочетания атомов
фосфора друг с другом и опишите строение основных полиморфных
модификаций фосфора.
В.3 Каковы условия превращения белого фосфора в красный и
черный, красного фосфора в белый?
В.4 Сравните и объясните различия плотности, температур
плавления и самовоспламенения, растворимости в сероуглероде
белого, красного и черного фосфора.
В.5 Приведите примеры реакций окисления, восстановления и
диспропорционирования фосфора.
В.6 Значение валентных углов для ионов ClO
3-
PO
– 1030.
3
а) какова структура ионов и как изменяется электронодонорная
способность в этом ряду? Может ли ион PO
-
– 860; SO
3
3-
существовать в водных
3
2-
– 980;
3
растворах?
б) Как изменяется восстановительная активность (способность
переходить в ион ЭО
n-
) в ряду ClO
4
-
– SO
3
2-
3
– PO
3-
?
3
В.7 Объясните реакции, происходящие в ячейках А1, А2 и А3,
приводящие к изменению окраски индикатора в растворах. Напишите
уравнения данных реакций в молекулярном и ионном виде, учитывая,
что дифосфорная (пирофосфорная) кислота имеет формулу H4P2O7.
В.8 Какова окраска растворов в ячейках В1, В2 и В3? О чем это
свидетельствует?
В.9 Какой процесс определяет реакцию среды в водных растворах
солей в ячейках В1-В3? Напишите ионные и молекулярные уравнения
реакций.
32
В.10 Напишите уравнения реакций взаимодействия порошков
фосфатов кальция с водой, происходящих в ячейках С1-С3. Отметьте
и объясните различную растворимость данных солей.
В.11 Напишите уравнения реакций, протекающих в ячейке Е1 при
взаимодействии гидроксида кальция с фосфорной кислотой, а также
при дальнейшем растворении полученного осадка избытком
фосфорной кислоты.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12(Б)
НАЗВАНИЕ: «МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОСФАТ-ИОНОВ В
ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ»
Часть 1. Метод определения фосфат-ионов в воде с помощью
нитрата серебра.
Подготовка к работе.
Оборудование.
Поддон, 3 тонкие пипетки, воронка с фильтром,
фильтровальная бумага.
Реактивы. Раствор гидрофосфата натрия 0,001М Na2HPO4,
раствор нитрата серебра 0,1М AgNO3, раствор азотной кислоты
2,0М HNO3.
Порядок работы.
1. Ячейку F1 наполните наполовину пипеткой с раствором
гидрофосфата натрия (играет роль пробы воды с растворенными
фосфатами).
2. В ячейку F1 добавьте пипеткой 10 капель раствора нитрата
серебра. Наблюдайте образование осадка.
3. В ячейку F1 добавьте пипеткой 10 капель раствора азотной
кислоты. Наблюдайте растворение осадка.
4. Повторите п.1 – п.3 в ячейке F2 для пробы воды, взятой из реки,
пруда и т.д. Воду предварительно отфильтруйте от твердых примесей
с помощью воронки и фильтра, т.к. они могут помешать определению
окраски раствора.
Промойте поддон проточной водой и просушите.
Вопросы.
В.1 Опишите, что происходит при добавлении в ячейку F1 раствора
нитрата серебра.
В.2 Объясните, что происходит при добавлении в ячейку F1
раствора азотной кислоты.
33
В.3 Выясните, что происходит при проведении опыта в ячейке F2 с
пробой воды, взятой из водоема. Объясните изменение окраски
индикатора в данном растворе.
В.4 Определите, имеет ли вода, которую мы употребляем в пищу,
допустимую концентрацию фосфат-ионов.
В.5 Напишите уравнение реакции, доказывающее присутствие в
пробе воды фосфатов.
Часть 2. Метод определения фосфат-ионов в воде с помощью
молибдата аммония.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, шприц на 2 мл, воронка с фильтром,
фильтровальная бумага.
Реактивы. Раствор гидрофосфата натрия 0,001М Na2HPO4,
раствор молибдата аммония (NH
MoO4, раствор азотной кислоты
4)2
2,0М HNO3.
Порядок работы.
1. В ячейку Е1 с помощью шприца на 2 мл внесите 0,5 мл раствора
гидрофосфата натрия (играет роль пробы воды с растворенными
фосфатами).
2. В ячейку Е1 чистым шприцем добавьте 0,3 мл раствора азотной
кислоты (подкисление раствора).
3. В ячейку Е1 чистым шприцем добавьте 1,5 мл раствора
молибдата аммония. Наблюдайте выпадение осадка.
4. В ячейке Е2 повторите п.1 – п.3 для пробы воды, взятой из реки,
пруда и т.д. Воду предварительно отфильтруйте от твердых примесей
с помощью воронки и фильтра, т.к. они могут помешать определению
окраски раствора.
Промойте поддон проточной водой и просушите.
Вопросы.
В.1 Опишите, что происходит при добавлении молибдата аммония
в пробу воды в ячейке F1.
В.2 Выясните, что происходит, если опыт повторить в ячейке F2.
В.3 Определите, имеет ли вода, которую мы употребляем в пищу,
допустимую концентрацию фосфат-ионов.
В.4 Напишите уравнение реакции, доказывающее присутствие в
пробе воды фосфатов.
34
Примеры решения задач.
1. Составьте уравнения химических реакций, позволяющих
осуществить следующие превращения:
Р → Р2O5 → Н3РO4 → Са3(РO4)2 → Н3РO4.
Решение. При сжигании фосфора в избытке кислорода образуется
оксид фосфора (V):
4Р + 5О2 = 2Р2О5 .
Оксид фосфора (V) с избытком воды образует фосфорную кислоту:
Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4.
Фосфат кальция получается из фосфорной кислоты под действием
избытка известковой воды:
2Н3РО4 + 3Са(ОН)2 = Са3(РO4)2↓ + 6Н2О.
Фосфорная кислота образуется из фосфата кальция под действием
сильных кислот, например, серной:
(РО4)2 + 3Н2SО4 = 3СаSО4↓ + 2Н3РО4.
Са
3
2. Напишите уравнения химических реакций, соот-
ветствующих следующей схеме:
SiO
+ С Ca HCl O2 Са3(РО4)2
2
Са3(РО4)2 → А → Б → В → Г → Д
1200оС t
Решение. Первая реакция — промышленный способ получения
фосфора (вещество А):
Са3(РО4)2 + 3SiO2 + 5С = 2Р + 5СО + 3СаSiO3.
Фосфор реагирует при нагревании с кальцием с образованием
фосфида кальция Са3Р2 (вещество Б):
3Са + 2Р = Са3Р2.
Фосфид кальция разлагается водой и кислотами, образуя газ
фосфин РН3 (вещество В):
Са3Р2 + 6НСl = 3СаСl2 + 2РН3↑.
При сгорании фосфина образуются Р2О5 и Н2О, которые сразу же
реагируют между собой, образуя фосфорную кислоту (вещество Г):
РН3 + 2О2 = Н3РО4.
Фосфорная кислота растворяет фосфат кальция с образованием
дигидрофосфата кальция Са(Н
4Н
+ Са3(РО4)2 = 3Са(Н2РО4)2.
3РО4
(вещество Д):
2РО4)2
35
3. Для полной нейтрализации раствора, полученного при
гидролизе 1,23 г некоторого галогенида фосфора, потребовалось
35 мл раствора гидроксида калия с концентрацией 2 моль/л.
Определите формулу галогенида.
Решение. Галогениды фосфора могут иметь формулу РХ3 или РХ5
(X — атом галогена). При их гидролизе образуется
галогеноводородная кислота и фосфористая или фосфорная кислота:
Для полной нейтрализации продуктов гидролиза 1 моля РХ3 по-
требуется 5 моль КОН (Н3РО3 — двухосновная кислота):
Аналогично, для полной нейтрализации продуктов гидролиза 1
моля РХ5 потребуется 8 моль КОН:
ν(КОН) = с · V = 2 моль/л · 0,035 л = 0,07 моль.
Рассмотрим сначала вариант галогенида фосфора (III):
ν(РХ3) = ν(КОН) / 5 = 0,014 моль,
М(РХ3) = m / v = 1,23 г / 0,014 моль = 88 г/моль,
A(Х) = (88-31)/ 3= 19 г/моль.
X – фтор, искомый галогенид – РF3.
В случае галогенида фосфора (V):
ν(РХ5) = ν(КОН) / 8 = 0,00875 моль,
М(РХ5) = m / v = 1,23 г / 0,00875 моль = 140,6 г/моль,
А(Х) = (140,6 – 31) / 5 = 21,9 г/моль — не подходит.
Ответ. РF3.
36
Задачи.
1. Напишите ряд уравнений последовательных реакций,
протекающих при получении фосфора из природного фосфата
кальция.
2. Напишите уравнения реакций гидролиза хлорида и йодида
фосфора (III).
3. Напишите эмпирические и графические формулы кислот: а)
фосфорной и пирофосфорной, б) фосфористой и фосфорноватистой,
учитывая, что первая двуосновна, а вторая – одноосновная. Какова
степень окисления фосфора в каждом случае?
4. Как изменяется электроотрицательность атомов мышьяка,
сурьмы и висмута и как в связи с этим изменяются прочность и
восстановительная способность соединений A3H3, SbH3, BiH3?
5. Какой из указанных ниже оксидов проявляет наиболее основные
свойства? Какой наиболее кислотные? Какой из них является более
сильным окислителем, какой наиболее сильным восстановителем?
s2O
A
Sb2O
Bi2O
3
3
3
As2O5
Sb2O5
Bi2O5
Какие факторы влияют на изменение этих свойств?
6. Напишите в молекулярном и ионом виде уравнения реакций:
а) получения гидроксидов As(III), Sb(III), Bi(III).
б) взаимодействия этих гидроксидов с избытком кислоты и
щелочи.
Какие свойства проявляют указанные гидроксиды?
7. При взаимодействии Na3AsO4 с H2S в присутствии соляной
кислоты кроме As2S5 получается также As2S3 и сера. Объясните это
явление, написав уравнения соответствующих реакций.
8. Напишите формулы хлорида оксосурьма (III) и нитрата
оксовисмута (III) и уравнения реакций их образования при гидролизе
соответствующих солей.
9. Какие элементы подгруппы мышьяка в степени окисления +3
образуют тиосоли?
0. Напишите формулу этих тиосолей, их названия и уравнения
1
реакций их получения взаимодействием соответствующих хлоридов с
избытком сульфида аммония.
37
11. В чем можно растворить: а) Sb(OH)3 и Bi(OH)3? б) Sb2O3 и
Bi2S3? Напишите соответствующие уравнения реакций.
12. В растворе находятся ионы Sb3+ и Bi3+. Действием каких
реактивов можно разделить эти ионы? Напишите соответствующие
уравнения реакций.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
ТЕМА: «р-ЭЛЕМЕНТЫ IV ГРУППЫ. ПРОСТЫЕ И
СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА УГЛЕРОДА И КРЕМНИЯ»
Теоретический материал, подлежащий изучению до начала
работы.
Закономерности в изменении свойств p-элементов IV группы и
образуемых ими простых веществ; принципы получения простых
веществ. Характерные степени окисления элементов в соединениях и
закономерности в изменении устойчивости соответствующих
соединений. Закономерности в изменении кислотно-основных и
окислительно-восстановительных свойств соединений в различных
степенях окисления. Применение p-элементов IV группы, и их
соединений.
Общие положения.
В подгруппу углерода входят углерод, кремний, германий, олово и
свинец. Это р-элементы IV группы периодической системы Д.И.
Менделеева. Их атомы на внешнем уровне содержат по четыре
электрона ns2np2, чем о
Электронное строение внешних уровней атомов первых двух
элементов подгруппы можно представить так:
бъясняется сходство их химических свойств.
В невозбужденном состоянии их атомы имеют по 2 неспаренных
электрона. Поскольку атомы всей подгруппы имеют на внешнем
уровне свободные орбитали, то при переходе в возбужденное
38
состояние распаривают электроны s-подуровней (показано
пунктирными стрелками).
В соединениях элементы подгруппы углерода проявляют степень
окисления +4 и -4, а также +2, причем последняя с увеличением заряда
ядра становится более характерной. Для углерода, кремния и германия
наиболее типична степень окисления +4, для свинца +2. Степень
окисления -4 в последовательности C – Si – Ge – Sn – Pb становится
все менее характерной.
Свойства элементов подгруппы углерода
Свойства С Si Ge Sn Pb
1. Порядковый номер 6 14 32 50 82
2. Валентные электроны 2s22p2 3s23р2 4s24р2 5s25р2 6s26р2
3. Энергия ионизации
11,3 8,2 7,9 7,3 7,4
атома, эВ
4. Относительная
2,50 1,74 2,02 1,72 1,55
электроотрицательность
5. Степень окисления в
соединениях
+4, +2,
-4
+4, +2,
-4
+4, -4 +4, +2,
-4
+4, +2,
-4
6. Радиус атома, нм 0,077 0,134 0,139 0,158 0,175
Элементы подгруппы углерода образуют оксиды общей формулы
RO2 и RO, а водородные соединения – формулы RН4. Гидраты высших
оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами,
гидраты остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства
сильнее выражены у гидратов германия, а основные – у гидратов
свинца. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных
соединений RН4: СН4 – прочное вещество, а PbH4 в свободном виде не
выделено. В подгруппе с ростом порядкового номера уменьшается
энергия ионизации атома и увеличивается атомный радиус, т.е.
неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.
Химические свойства углерода и кремния.
Графит и кремний — типичные восстановители. При нагревании с
избытком воздуха графит (именно этот аллотроп наиболее доступен) и
кремний образуют диоксиды:
С + О
Si + О
= СО2,
2
= SiO2,
2
при недостатке кислорода можно получить монооксиды CO или SiO:
39
2С + О2 = 2СО,
2Si + O2 = 2SiO,
которые образуются также при нагревании простых веществ с их
диоксидами:
С + СО2 = 2СО,
Si + SiO2 = 2SiO.
Уже при обычной температуре углерод и кремний реагируют со
фтором, образуя тетрафториды СF4 и SiF4, при нагревании — с
хлором, образуя СCl4 и SiCl4. При более сильном нагревании углерод
и кремний реагируют с серой и азотом:
4С + S8 = 4СS2,
2С + N2 = С2N2,
4Si + S8 = 4SiS2
и даже между собой, образуя карборунд — вещество, по твердости
близкое к алмазу:
i + С = SiC.
S
Обычные кислоты на углерод и кремний не действуют, тогда как
концентрированные Н2SО4 и НNО3 окисляют углерод:
С + 2Н2SО4 = СО2↑+ 2SО2↑ + 2Н2О,
3С + 4НNO3 = 3СО2↑ + 4NO↑ +2Н2О.
Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и
плавиковой кислот:
3Si + 4НNО3 + 12НF = 3SiF4↑ + 4NO↑ +8Н2О.
Кроме того, кремний растворяется в водных растворах щелочей:
Si + 2NaОН + Н2О = Na2SiO3 + Н2↑.
Графит часто используют для восстановления малоактивных
металлов из их оксидов:
СuО + С = Сu + СО↑.
При нагревании же с оксидами активных металлов углерод и
кремний диспропорционируют, образуя карбиды
СаО + 3С = СаС2 + СО↑,
2Аl2О3 + 9С = Аl4С3 + 6СО↑
или силициды
2МgО + 3Si = Мg
Si + 2SiO.
2
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]