Металлы побочных подгрупп (d-металлы)

II. Вопросы и упражнения для подготовки к лабораторной работе.

1. Напишите электронные формулы атомов марганца, железа, меди и цинка в основном и возбужденном состоянии. Какие минимальную и максимальную валентность проявляют атомы этих элементов?

2. Какой из гидроксидов: Zn(OH)₂ или Cd(OH)₂ имеет амфотерные свойства? Почему? Напишите уравнения реакций, доказывающие амфотерные свойства гидроксида цинка, учитывая, что при взаимодействии со щелочью получается комплексный ион [Zn(OH)₄]^-2.

3. Какое из перечисленных соединений: MnCl₂ , KМnO₄, MnO₂ , K₂MnO₄ проявляет только окислительные свойства? Почему?

4. Качественные реакции на ионы Fe⁺² и Fe ⁺³. Напишите уравнения реакций и цвет раствора или осадков, указывающих на наличие соответствующего иона.

5. В каких кислотах растворяется железо? Какие ионы железа при этом образуются?

6. Какие кислоты пассивируют железо?

7. Пользуясь рядом стандартных потенциалов металлов, объясните, могут ли в стандартных условиях медь и серебро вытеснять водород из растворов хлороводородной и разбавленной серной кислот. В какой разбавленной кислоте растворяется медь? Напишите уравнение соответствующей реакции.

8. Почему ионы d-металлов склонны к комплексообразованию? Напишите уравнения реакций растворения гидроксида меди в аммиаке с образованием комплексного иона [Cu(NH₃)₄]⁺²

9. Почему влажный гидроксид железа (II) на воздухе превращается в

гидроксид железа (III)? Напишите уравнение соответствующей реакции.

III. Экспериментальная часть. Железо и его соединения

Опыт 1. Качественные реакции на ионы Fe⁺² и Fe ⁺³.

1а) Налейте в пробирку 1мл соли Fe ⁺³ и добавляйте по каплям раствор роданида калия KCNS. Как будет меняться цвет раствора? Напишите уравнение реакции образования комплексного иона [Fe(CNS)₆]^-3.

1б) Налейте в пробирку 1 мл соли Fe ⁺³ и добавляйте по каплям раствор

K₄[Fe(CN)₆]. Какова степень окисления иона железа внутри комплекса? Какого цвета осадок образуется ? Этот осадок называется “берлинская лазурь”. Напишите уравнение реакции образования осадка берлинской лазури. Синий цвет определяется сочетанием ионов Fe⁺² и Fe ⁺³ в образующейся комплексной соли.

1в) Налейте в пробирку 1 мл соли Fe ⁺² и добавляйте по каплям раствор

K₃[Fe(CN)₆]. Какова степень окисления иона железа внутри комплекса? Какого цвета осадок образуется ? Этот осадок называется “турнбулева синь”. Напишите уравнение реакции образования осадка турнбулевой сини. Синий цвет определяется сочетанием ионов Fe⁺² и Fe ⁺³ в образующейся комплексной соли.

Опыт 2. Взаимодействие железа с кислотами.

2а) Поместите в пробирку немного железных опилок и залейте их 1-2 мл разбавленной хлороводородной или серной кислотой. Что Вы наблюдаете? Какой ион железа получается при растворении железа в хлороводородной или серной разбавленной кислоте? Для ответа на этот вопрос добавьте в пробирку несколько капель K₃[Fe(CN)₆]. Напишите уравнение реакции растворения железа в хлороводородной или разбавленной серной кислоте. Составьте схему электронного баланса.

2б) Поместите в пробирку немного железных опилок и залейте их 1-2 мл концентрированной серной кислоты. Если реакция не идет , немного нагрейте пробирку над газовой горелкой. Чтобы определить, какой газ выделяется, поднесите к горлышку пробирка кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором нитрата свинца. Появление черного пятна на фильтровальной бумаге укажет на выделение сероводорода, белого пятна – на выделение SO₂. Какой ион железа получается при растворении железа в концентрированной серной кислоте? Для доказательства используйте реактивы, предложенные в опыте 1а) или опыте 1б). Напишите уравнение реакции растворения железа в концентрированной серной кислоте. Составьте схему электронного баланса.

2в) Опыт проводить под тягой! Поместите в пробирку немного железных опилок и залейте их 1-2 мл разбавленной азотной кислотой. Если реакция идет медленно, немного нагрейте пробирку над газовой горелкой. Какой газ выделяется? Обратите внимание на цвет газа, выделяющегося при взаимодействии железа с разб. азотной кислотой: NO₂ – бурый газ, NO, N₂O, N₂ и NH₃ – бесцветные газы , NH₃ имеет специфический запах. Какой ион железа получается при растворении железа в разбавленной азотной кислоте? Для доказательства используйте реактивы, предложенные в опыте 1а) или опыте 1 б). Напишите уравнение реакции растворения железа в разбавленной азотной кислоте. Составьте схему электронного баланса.

2г) Опыт проводить под тягой! Поместите в пробирку немного железных опилок и залейте их 1-2 мл концентрированной азотной кислотой. Если реакция не идет, немного нагрейте пробирку над газовой горелкой. Какой газ выделяется? Обратите внимание на цвет газа, выделяющегося при взаимодействии железа с разб. азотной кислотой: NO₂ – бурый газ, NO, N₂O, N₂ и NH₃ – бесцветные газы , NH₃ имеет специфический запах. Какой ион железа получается при растворении железа в концентрированной азотной кислоте при нагревании? Для доказательства используйте реактивы, предложенные в опыте 1а) или опыте 1б). Напишите уравнение реакции растворения железа в разбавленной азотной кислоте. Составьте схему электронного баланса.

Опыт 3. Пассивирование железа

Коллективный опыт. (Опыт проводить под тягой) В стакан на 50 мл с концентрированной азотной кислотой опустите хорошо зачищенный стальной гвоздь. Наблюдайте быстрое прекращение бурного вначале взаимодействия железа с концентрированной кислотой (происходит пассивирование железа). Слегка ударьте гвоздем по стенке стакана. Что Вы наблюдаете? Каким образом можно нарушить пассивирование поверхности стали?

Опыт 4. Восстановительные свойства гидроксида железа (II).

В пробирку налейте 1-2 мл соли железа (II) и столько же раствора гидроксида натрия. Отметьте цвет образующегося осадка. В течении 1-2 минут наблюдайте за изменением цвета осадка, периодически помешивая его стеклянной палочкой для лучшего соприкосновения с воздухом. Напишите уравнения реакций образования гидроксида железа (II) и окисление его под действием кислорода в гидроксид железа (III)

Опыт 5. Окислительные свойства железа (II)

К подкисленному хлороводородной кислотой раствору хлорида железа (III) прилейте свежеприготовленный раствор сульфита натрия. Наблюдайте изменение цвета раствора при нагревании. Напишите уравнение реакции. Составьте схему электронного баланса.

Опыт 6. Гидролиз солей железа (II) и (III)

В 2 пробирки налейте по 1-2 мл дистиллированной воды и по 1-2 капли лакмуса. В одну пробирку поместите несколько крупинок сульфата железа (II) , в другую – столько же хлорида железа (III). Как изменится цвет раствора лакмуса? Какую реакцию имеют растворы этих солей? Напишите уравнения реакций гидролиза этих солей в молекулярном и ионно-молекулярном виде.