Вопросы к лабам по химии элементов

Федеральное агентство по образованию

Московская государственная академия тонкой химической

технологии им. М.В. Ломоносова

Кафедра неорганической химии

Вопросы и задания к лабораторным работам

по химии элементов

Методические указания

2006

www.mitht.ru/e-library

2

УДК 378.14.51

ББК 24.5

Рецензент:

профессор В.А. Михайлов (МИТХТ)

Аликберова Л.Ю., Рукк Н.С., Пестов С.М., Куликова Л.Н., Давыдова М.Н.

Вопросы и задания к лабораторным работам по химии элементов.

Методические указания.

М., МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоно-

сова в качестве методических указаний. Поз. 133/2006.

Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при подготовке к лабораторным работам по химии элементов и адресована сту-

дентам 1 курса бакалавриата по направлениям 510500 (Химия), 550800 (Хими-

ческая технология и биотехнология), 551600 (Материаловедение и технология новых материалов), 553500 (Защита окружающей среды), 552200 (Метрология,

стандартизация и сертификация), 521500 (Менеджмент) и 3 курса бакалавриата по направлению 510500 (Химия), а также для текущего контроля успеваемости

(прием отчетов по лабораторным работам).

МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006

www.mitht.ru/e-library

3

Содержание

www.mitht.ru/e-library

4

Элементы IA- и IIA-групп

1.Укажите положение щелочных элементов в периодической системе эле-

ментов Д.И. Менделеева, строение и размер их атомов и проявляемые степени окисления. Как меняются а) энергия ионизации атомов, б) вос-

становительные свойства простых веществ с ростом порядкового номера элемента? Подтвердите Ваш ответ примерами.

2.Сравните химическую активность щелочных металлов на примере их взаимодействия: а) с кислородом воздуха, б) с водой. Сравните взаимо-

действие с водой натрия и амальгамы натрия (условного состава NaHg2).

3.Почему в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в водном растворе, восстановительная способность лития выше, чем у на-

трия и калия? Ответ подтвердите справочными данными.

4.Почему щелочные металлы хранят под слоем керосина или вазелинового масла? Можно ли хранить щелочные металлы под слоем: а) ацетона, б)

этанола, в) тетрахлорида углерода? Поясните ответ уравнениями реакций.

5.Какие кислородные соединения образуются при горении щелочных ме-

таллов на воздухе? Какой из щелочных металлов при сгорании на воздухе образует не только оксид, но и нитрид?

6.Какой характер (кислотный, основный, амфотерный) имеют кислородные соединения щелочных металлов?

7.Как изменится значение концентрации катионов лития в растворе над осадком фторида лития при дополнительном введении избытка фторид-

ионов? Рассмотрите гетерогенное равновесие насыщенный раствор  осадок и укажите направление смещения равновесия.

8.Как меняется растворимость карбоната лития с ростом температуры?

Подтвердите Ваши выводы справочными данными.

9.Почему при осаждении ортофосфата лития путем добавления гидроорто-

фосфата натрия к раствору хлорида лития количество продукта меньше,

www.mitht.ru/e-library

5

чем в случае осаждения того же вещества действием ортофосфата натрия

(концентрации реагентов считайте одинаковыми)?

10.Укажите положение щёлочноземельных элементов в периодической сис-

теме элементов Д.И. Менделеева, строение и размер их атомов и харак-

терные степени окисления.

11.Как меняются энергия ионизации атомов элементов IIA-группы и восста-

новительные свойства простых веществ с ростом их атомного номера?

Подтвердите Ваш ответ примерами.

12.Какую кислоту (из числа имеющихся в лаборатории) в виде концентри-

рованного раствора можно взять для получения водорода при действии на магний? Какие продукты получаются при взаимодействии магния с бромной водой?

13.Выполняется ли критерий протекания окислительно-восстановительной реакции в случае взаимодействия магния а) с кислотами, б) с водой? К

какому типу простых веществ принадлежит магний?

14.Какие вещества присутствуют в спёке – продукте сгорания магния на воздухе? Почему рН раствора, получаемого при обработке этого спёка водой, не равен 7? К какому типу оксидов относится оксид магния? К ка-

кому типу химических реакций относится взаимодействие нитрида маг-

ния с водой?

15.К каким типам гидроксидов относятся гидроксид бериллия и гидроксид магния? Почему для полного («количественного») осаждения гидроксида бериллия из растворов рекомендуют использовать не гидроксид натрия, а

гидрат аммиака?

16.В чем причина растворения осадка гидроксида магния при действии кон-

центрированных растворов солей аммония? Почему гидроксид бериллия не растворяется в присутствии катиона аммония?

www.mitht.ru/e-library

6

17.Предложите два способа разделения катиона бериллия и катиона магния при их совместном присутствии в водном растворе.

18.Какую функцию выполняют аквакатионы бериллия и магния в кислотно-

оснόвных реакциях с водой? Какой из них в водной среде является более сильным протолитом?

19.Сравните интенсивность взаимодействия с водой кальция, щелочных ме-

таллов и магния. Как меняется восстановительная активность простых веществ по ряду бериллий – магний – кальций – стронций – барий – ра-

дий? Подтвердите ваши выводы справочными данными.

20.Сравните растворимость в воде гидроксидов кальция, стронция и бария.

Какие примеси в растворе щелочи могут искажать результаты экспери-

мента (например, может наблюдаться выпадение осадков при добавлении раствора щелочи к раствору соли щелочноземельного элемента, хотя из-

вестно, что соответствующие гидроксиды хорошо растворимы в воде)?

21.К какому типу (кислотному, оснόвному, амфотерному) относятся оксиды и гидроксиды щелочноземельных элементов?

22.Сравните растворимость карбоната и сульфата кальция, используя значе-

ния ПР. Как меняется растворимость сульфатов щелочноземельных эле-

ментов при возрастании их порядкового номера? Предскажите примерное значение ПР для сульфата радия. Подтверждаются ли Ваши выводы справочными данными?

23.Сравните растворимость хроматов кальция, стронция и бария. Почему хромат стронция реагирует с уксусной кислотой, а хромат бария – нет?

Объясните различие в отношении осадка хромата бария к слабой и силь-

ной кислотам.

24.Как разделить катионы стронция и бария при их совместном присутствии в растворе?

www.mitht.ru/e-library

7

25.Назовите важнейшие минералы щелочных металлов. Приведите их хими-

ческие формулы. Какие из этих минералов применяются для получения натрия, калия, лития?

26.Какие минералы служат сырьем для извлечения редких щелочных метал-

лов рубидия и цезия? Существуют ли природные источники радиоактив-

ного элемента франция?

27.Опишите способы получения щелочных металлов в промышленности.

Запишите уравнения реакций.

28.Почему щелочные металлы получают электролизом расплавов, а не рас-

творов их солей?

29.Перечислите основные области применения а) щелочных металлов, б)

гидроксидов щелочных металлов, в) солей щелочных металлов.

30.Назовите важнейшие минералы а) бериллия и магния, б) щелочноземель-

ных металлов. Приведите их химические формулы. Где в природе встре-

чается радиоактивный элемент радий?

31.Опишите промышленные способы получения щелочноземельных метал-

лов. Приведите уравнения реакций.

32.В каких областях деятельности человека находят применение бериллий и магний?

33.Какие соединения кальция применяются в строительстве? Назовите важ-

нейшие кальцийсодержащие продукты химической промышленности. На каких свойствах основано их применение?

34.В каких областях деятельности человека применяются соединения строн-

ция и бария?

* * *

www.mitht.ru/e-library

8

35.Какие из металлов IA- и IIA-групп могут при комнатной температуре реа-

гировать с азотом? Приведите уравнения реакций образования соответст-

вующих нитридов и их взаимодействия с водой.

36.Из водных растворов солей магния карбонат натрия осаждает оснόвную,

а гидрокарбонат натрия – среднюю соль магния. Чем это можно объяс-

нить? Приведите уравнения протекающих реакций.

37.Составьте электронные конфигурации атомов бериллия и магния. Какие степени окисления проявляют эти химические элементы в соединениях?

Приведите примеры комплексных соединений бериллия и магния. Какие координационные числа для них характерны?

38.Сравните рН растворов хлорида магния и хлорида бериллия одинаковой молярности (Т = const). Как изменится рН раствора хлорида бериллия при нагревании? Ответ обоснуйте.

39.Какой из s-элементов имеет наибольшую склонность к комплексообразо-

ванию и почему?

40.Как разделить катионы: а) бериллия и магния, б) калия и лития, в) бария и стронция, г) бериллия и кальция при их совместном присутствии в вод-

ном растворе? Приведите уравнения реакций.

41.Приведите примеры малорастворимых солей щелочноземельных метал-

лов. Как меняется растворимость сульфатов, карбонатов, хроматов, орто-

фосфатов, фторидов щелочноземельных металлов в ряду Ca – Sr – Ba?

Какие химические реактивы способны перевести эти соединения в вод-

ный раствор?

42.Как меняются термическая устойчивость, растворимость в воде и оснόвные свойства гидроксидов щелочных металлов от LiOH к CsOH?

43.Выпадет ли осадок карбоната кальция, если к насыщенному раствору сульфата кальция (отделенному от твердой фазы) добавить равный объем

0,1М раствора карбоната натрия?

www.mitht.ru/e-library

9

44.Какой состав имеют: «сода каустическая», «сода кристаллическая», «сода кальцинированная», «сода питьевая»? Напишите уравнения реакций по-

лучения соды по методу Сольве.

45.Выпадет ли осадок сульфата кальция, если к насыщенному раствору кар-

боната кальция добавить равный объем 0,1М раствора сульфата натрия?

46.Приведите факты, иллюстрирующие проявление диагональной перио-

дичности изменения свойств на примере пар химических элементов: а)

литий и магний, б) бериллий и алюминий.

47.Что такое жёсткость воды? Чем обусловлена а) временная, б) постоянная жесткость воды? Приведите уравнения реакций устранения временной и постоянной жесткости воды.

48.Определите, при каком значении рН водного раствора, содержащего 0,05

моль/л катионов магния, выпадает осадок Mg(OH)2

49.Как могут быть получены гидроксиды щелочноземельных элементов?

Как меняются основные свойства гидроксидов в ряду щелочноземельных элементов?

50.Каковы технические названия а) водного раствора гидроксида бария, б)

водного раствора гидроксида кальция? В чем заключается различие меж-

ду известковой водой и известковым молоком?

51.Одинакова или различная растворимость гидроксида магния а) в чистой воде, б) в 0,01М растворе хлорида магния, в) в 0,01М растворе гидрокси-

да натрия? Ответ подтвердите расчетом.

52.Увеличится ли концентрация катионов Sr2+ при добавлении к насыщен-

ному раствору хромата стронция а) хромата калия, б) хлорида калия, в)

хлорида бария?

53.Что будет наблюдаться при обработке осадка смеси хроматов стронция и бария 0,1М раствором уксусной кислоты?

www.mitht.ru/e-library

10

54.Укажите цвет и состав растворов над осадком смеси хроматов стронция и бария после обработки а) большим количеством чистой воды, б) уксусной кислотой, в) соляной кислотой.

Элементы VIIА-группы (галогены)

1.Что общего между реакциями получения галогенов взаимодействием со-

лей-галогенидов и галогеноводородных кислот с перманганатом калия,

дихроматом калия, диоксидом марганца? Соблюдается ли для них крите-

рий протекания окислительно-восстановительных реакций в стандартных условиях? Почему рекомендовано использование твердых реагентов и концентрированных растворов? Какова роль нагревания?

2.Как в группе галогенов от фтора к иоду меняется агрегатное состояние простых веществ при комнатной температуре?

3.Чем обусловлена кислотная среда а) хлорной воды, б) бромной воды?

Сравните протолитические свойства HCl и HClO в водном растворе.

4.Почему происходит обесцвечивание лакмуса под действием хлорной во-

ды? Какое вещество останется в растворе после 2-3 суток хранения хлор-

ной воды в открытом сосуде? Сравните растворимость галогенов и сте-

пень дисмутации их в воде.

5.Используя справочные данные, рассчитайте рН насыщенного при 25 С

раствора хлора в воде. Примите степень дисмутации хлора в этих услови-

ях равной 50%.

6.Используя справочные данные, рассчитайте рН насыщенного при 25 С

раствора брома в воде. Примите степень дисмутации брома в этих усло-

виях равной 5%.

7.Сравните различное отношение диброма и дииода к воде и к органиче-

скому растворителю. Какова характерная окраска органической фазы, по-

лучаемой прие экстракции галогенов из водной фазы?

www.mitht.ru/e-library