Водород, вода, пероксид водорода.

Значение темы: водород является основным элементом Вселенной, элементом – органогеном, а вода является основой жизни и используется для приготовления лекарств и растворов; пероксид водорода проявляет вяжущие и кровеостанавливающие свойства, участвует в процессах метаболизма и применяется в медицинской практике в качестве антисептического, дезодорирующего и депигментирующего средства.

Цель: изучить свойства и способы получения водорода и его важнейших соединений.

Опыт 1. Отбеливающие свойства пероксида водорода

Поместите в пробирки по кусочку окрашенных тканей (хлопчатобумажных, шерстяных, синтетических), прилейте 2 мл 5 % раствора аммиака и 2 – 4 мл 3 % раствора пероксида водорода. Через несколько минут наблюдайте изменение цвета ткани. Опишите наблюдения. Сделайте вывод.

Опыт 2. Окислительно-восстановительные свойства Н₂О₂

а) В пробирку с несколькими каплями 3 % раствора пероксида водорода прилейте 2 – 3 капли 0,5 % раствора иодида калия. Почему изменился цвет раствора? Добавьте к содержимому дистиллированной воды до соломенно-желтого цвета раствора и несколько капель крахмального клейстера. Опишите наблюдения. О чём говорит изменение цвета раствора? Составьте ионно-электронные и молекулярное уравнения реакций.

б) В пробирку с несколькими каплями 2,0 моль/дм³ раствора серной кислоты добавляют 5-7 капель 0,5 моль/дм³ раствора перманганата калия и пероксида водорода до изменения окраски раствора. Опишите наблюдения. Составьте уравнение реакции и уравняйте электронно-ионным методом.

в) В пробирку с 3–5 каплями 0,5 моль/дм³ раствора нитрата серебра добавить по каплям 5 % раствор щёлочи до выпадения осадка; затем добавить пероксид водорода до наблюдаемых изменений. Опишите наблюдения, составьте уравнение реакции и уравняйте электронно-ионным методом.

Сделайте общий вывод к опыту.

Учебно-исследовательский комплекс (уирс)

Опыт 1. Получение и свойства водорода

а) Поместите в одну пробирку кусочек цинка, добавьте 2–3 мл 0,5 моль/дм³ раствора соляной кислоты и закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Над газоотводной трубкой поместите сухую пробирку, перевёрнутую вверх дном. После того как воздух из перевёрнутой пробирки будет вытеснен выделяющимся водородом, подожгите выделяющийся водород и подержите над ним сухую воронку. Что образуется на стенках воронки? Составьте уравнение реакции получения водорода и его горения. Каким металлом можно заменить цинк для проведения данной реакции?

б) В другую пробирку поместите кусочек алюминия, прилейте 2–3 мл 30 % раствора щёлочи и закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Пробирку – реактор можно слегка подогреть. Соберите выделяющийся газ в перевёрнутую сухую пробирку и проверьте на возгорание. Опишите наблюдения, составьте уравнения реакций, сделайте общий вывод. Назовите 3-4 металла, которыми можно заменить алюминий в этой реакции.

Опыт 2. Химические свойства воды

а) Поместите в чашку Петри 20–30 мл воды и добавьте 2–3 капли фенолфталеина. Из склянки достаньте пинцетом небольшой кусочек металлического натрия или кальция, осушите от керосина фильтровальной бумагой и опустите в воду, быстро закрыв крышкой чашку Петри. Опишите наблюдения, составьте уравнение реакции.

б) В пробирку с 2–3 мл воды добавьте 2–3 капли фенолфталеина и поместите кусочек прокалённого оксида кальция. Опишите наблюдения, составьте уравнение реакции.

в) В пробирку с 2–3 мл воды добавьте 4–5 капель лакмуса и пропускайте (медленно) углекислый газ из аппарата Киппа до изменения цвета индикатора. Опишите наблюдения, составьте уравнение реакции. Сделайте общий вывод о химических свойствах воды.

Опыт 3. Гидратация катионов и образование аквакомплексов

а) В пробирку с 1–2 мл воды добавьте несколько кристаллов шестиводного хлорида кобальта СоCl₂ ·6Н₂О, затем нанесите несколько капель водного раствора на фильтровальную бумагу и высушите над пламенем горелки. Такое же количество хлорида кобальта растворите при нагревании в 1–2 мл этилового спирта. Разбавьте спиртовой раствор водой. Опишите все наблюдаемые изменения окраски. Отметьте цвет иона Со²⁺ и цвет аквакомплекса [Co(H₂O)₆]²⁺. Составьте уравнения реакций.

б) В две сухие пробирки поместите по 1 мл ацетона и растворите в одной несколько кристаллов бромида калия, в другой около 0,5 г безводного хлорида меди (травянисто зелёного цвета). Половину раствора хлорида меди прилейте к раствору бромида калия. К обоим растворам добавляйте по каплям воду и наблюдайте появление голубой окраски, свойственной гидратированным ионам меди (к.ч. 4) Опишите наблюдения, составьте уравнения реакций гидратации. Сделайте общий вывод. Можно ли по цвету ионов Меⁿ⁺ в безводной соли судить о цвете растворов данной соли?

Опыт 4. Получение пероксида водорода

В фарфоровой чашке или ступке приготовьте кашицу из пероксида бария (1 г) и небольшого количества предварительно охлаждённой воды. В стаканчик поместите 5 мл 5 % раствора серной кислоты и охладите до 0 ^оС медленно, небольшими порциями, внесите при помешивании кашицу из пероксида бария с водой. Полученный раствор отфильтруйте от осадка и используйте для дальнейших исследований. Опишите наблюдения, составьте уравнения реакций. Сделайте выводы.

Опыт 5. Разложение пероксида водорода

Поместите в одну пробирку 5 мл раствора пероксида водорода, слегка нагрейте на пламени горелки. При помощи тлеющей лучины докажите, что выделяющийся газ кислород. Во вторую пробирку с пероксидом водорода внесите небольшое количество катализатора – MnO₂, Al₂O₃, CuO, K₂Cr₂O₇. Опишите наблюдения, составьте уравнения реакций. Сделайте вывод об устойчивости пероксида водорода. Где используется способность пероксида водорода выделять активно действующий кислород?

Опыт 6. Окислительные свойства пероксида водорода

а) Поместите в пробирку несколько капель раствора ацетата свинца и добавьте сероводородной воды. К полученному осадку добавьте пероксид водорода и опишите наблюдаемые изменения. Как изменится цвет осадка в результате окисления PbS до PbSO₄? Составьте уравнения реакций, уравняйте ионно-электронным методом учитывая, что Н₂О₂ +2е = 2ОН^-.

б) Поместите в пробирку 3–5 капель раствора хлорида хрома и добавляйте по каплям раствор щёлочи до образования и растворения осадка; затем добавляйте раствор пероксида водорода до изменения состояния содержимого пробирки. Составьте уравнения реакций, уравняйте.

в) К 2–3 каплям раствора сульфата железа (II) прилейте раствор щёлочи. К выпавшему осадку гидроксида железа (II) добавьте по каплям раствор пероксида водорода. Опишите наблюдения. Составьте уравнения реакций. Сделайте общий вывод.

Опыт 7. Реакция обнаружения пероксида водорода

Прилейте к 1 мл раствора пероксида водорода несколько капель разбавленной серной кислоты и 1 мл эфира. Смесь хорошо перемешайте стеклянной палочкой. Осторожно перемешивая, прибавьте несколько капель раствора дихромата калия. Опишите наблюдения. Объясните окраску эфирного слоя, постепенное изменение окраски водной фазы и другие явления, свидетельствующие о протекании химических процессов (выделение газа). Составьте уравнения реакций получения пероксидного соединения хрома (CrO₅) и его разложения в кислой среде.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

S – элементы.

Значение темы: свойства соединений щелочных и щелочноземельных элементов используются в аналитической, физической, токсикологической химии, биохимии и специальных дисциплинах направления.

Натрий, калий, магний и кальций являются биологически активными (биогенными) элементами и играют огромную биологическую роль в жизненных процессах. Ионы натрия (и лития) относятся к числу внеклеточных, а калия, (рубидия и цезия) – к числу внутриклеточных ионов. Они регулируют осмотическое давление крови, гидрофильно-липофильный баланс, участвуют в передаче нервных возбуждений, активизируют многие ферментативные процессы. Ион магния является комплексообразователем в хлорофилле, играющем важную роль в процессе фотосинтеза. Во внутриклеточной жидкости АТФ и АДФ присутствуют в основном в виде комплексов с магнием. В отличие от магния, ион кальция является внеклеточным ионом. Основная часть кальция содержится в костной ткани. Ионы лития, выравнивая натрий – калиевый баланс, оказывают благоприятный эффект при лечении психических нарушений (маниакальной депрессии). Соединения s-эле­ментов содержатся в пищевых продуктах и лекарственных препаратах.

Цель: изучить свойства s-элементов и их соединений.

Опыт 1. Гидролиз солей щелочных металлов

В 5 пробирок поместите по 5 капель растворов солей KNO₃, Na₂CO₃, NaHCO₃, Na₃PO₄, AlCl₃ и добавьте 1-2 капли фенолфталеина (рН 8,2 – 10,0). Зафиксируйте наблюдения. Исследуйте растворы солей с помощью универсального индикатора: нанесите каплю раствора соли на универсальную индикаторную бумагу и сравните полученную окраску со шкалой. Результаты оформите в виде таблицы (табл.9).

Таблица 9

Результаты опыта

№ пробирки	Формула соли	рН	Ион, подвергшийся гидролизу	Краткое ионное уравнение	Характер среды
1	KNO3
2	Na2CO3
3	NaHCO3
4	Na3PO4,
5	AlCl3

Составьте полные ионные и молекулярные уравнения реакций гидролиза. Сделайте общий вывод.

Опыт 2. Восстановительные свойства кальция и магния

В две пробирки поместите по 10 капель дистиллированной воды и 1 – 2 капли фенолфталеина; в две другие – по 5 – 6 капель раствора соляной кислоты.

В одну из пробирок с водой добавьте микрошпатель порошка магния, пробирку слегка нагрейте на пламени спиртовки; в другую пробирку с водой поместите кусочек кальция, предварительно обсушив его фильтровальной бумагой и очистив от налёта скальпелем. Как изменилась окраска растворов? В обеих ли пробирках наблюдается выделение водорода? Чем объяснить медленно взаимодействие магния с холодной водой?

В пробирки с соляной кислотой так же добавьте порошок магния и кусочек кальция. Опишите наблюдения. Одинаково ли ведут себя металлы, взаимодействуя с водой и НCl? Составьте уравнения реакций. Сделайте обоснованный вывод.

Опыт 3. Получение и свойства гидроксида бериллия

Поместите в пробирку 10 капель раствора соли бериллия и добавьте по каплям раствор щёлочи до получения осадка. Взвесь с осадком разделите на две пробирки, в одну из них добавьте избыток щёлочи, в другую – раствор соляной кислоты. Что наблюдаете? Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионной формах, сделайте вывод об особенностях получения и свойствах гидроксида бериллия.

Опыт 4. Получение и свойства гидроксида магния

Поместите в пробирку 7 капель дистиллированной воды, 1–2 капли фенолфталеина и микрошпатель оксида магния. Что наблюдаете?

В три пробирки поместите по 5 капель раствора хлорида магния и столько же раствора щёлочи. В одну из пробирок добавьте 5–7 капель раствора соляной кислоты, в другую – избыток раствора щёлочи, в третью – раствор хлорида аммония до растворения осадка. Во всех ли пробирках растворился осадок?

Опишите наблюдения, составьте уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Сделайте вывод о способе получения и свойствах гидроксида магния.

Опыт 5. Получение и свойства гидроксидов кальция и бария

В две пробирки поместите по 5 капель раствора соли кальция, в две другие – раствора соли бария. В две пробирки с солями кальция и бария добавьте равные количества раствора щёлочи; в две другие – раствора аммиака. Опишите наблюдаемые явления. Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионных формах. Сделайте вывод о способах получения и свойствах гидроксидов кальция и бария.

Опыт 6. Гидролиз солей щелочноземельных металлов

Поместите по капле растворов солей Be²⁺, Mg²⁺, Са²⁺ на индикаторную бумагу и сравните полученные результаты со шкалой. Заполните таблицу 10.

Таблица 10

Результаты опыта

№ пробирки	Формула соли	рН	Ион, подвергшийся гидролизу	Краткое ионное уравнение	Характер среды, рН
1
2
3

Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионных формах. Сделайте вывод о типе и степени гидролиза.

Опыт 7. Растворимость солей щелочноземельных металлов

В три пробирки внесите по 5 капель раствора хлорида кальция, в три другие – раствора хлорида бария. Добавьте в одну из пробирок с СаCl_2(в) и в одну из пробирок с ВаCl_2(в) столько же раствора сульфата аммония, в две другие – хромата калия (или натрия) и в две последние – оксалата натрия (или калия). Что наблюдаете? Осадки исследуйте на отношение к соляной кислоте. Составьте уравнения реакций. Сделайте вывод о растворимости полученных солей, сравнив их константы растворимости (справочные данные). Как изменяется растворимость солей от кальция к барию?