Учебно-исследовательский комплекс (уирс)

Опыт 1. Свойства солей Mn(II). (Опыт выполнять в вытяжном шкафу!)

В две пробирки внесите по несколько капель раствора соли двухвалентного марганца. В одну пробирку добавьте раствор сульфида аммония (или натрия) до наблюдаемых изменений в зоне реакции. В другую – столько же свежеприготовленной сероводородной воды. Содержимое пробирки с осадком перемешайте стеклянной палочкой.

Опишите наблюдаемые явления. Составьте уравнения реакций, приняв во внимание, что при окислении осадка, образуется гидроксид марганца (IV) и свободная сера (при участии воды).

Сделайте вывод, применив правило произведения растворимостей, объясните отсутствие осадка в случае действия на соль Mn(II) сероводородной воды и образования осадка при действии сульфида аммония.

Опыт 2. Окислительно-восстановительные свойства MnO₂

В пробирку поместите пинцетом кусочек едкого натра и добавьте примерно столько же микрошпателем кристаллического нитрата калия или натрия (возможно использование сухого хлората калия – бертолетовой соли). При работе с твердыми щелочами соблюдайте осторожность!

Смесь нагрейте до ее расплавления. Не прекращая нагревания, добавьте в расплав микрошпателем немного предварительно прокалённого MnO₂. Какую окраску приобрел сплав? Какое соединение образовалось? Напишите уравнение реакции и уравняйте ее ионно-электронным методом. Сплав сохраните для опыта 3.

В другую пробирку внесите 1–2 микрошпателя MnO₂ и несколько капель серной кислоты. К смеси добавьте 2–4 микрошпателя сухой соли железа (II). Пробирку встряхните до растворения MnO₂. В полученный раствор добавьте одну каплю гексацианоферрата (II) калия. Что наблюдаете? На присутствие какого иона указывает окраска раствора? Опишите наблюдения, составьте уравнения реакций и уравняйте их.

Сделайте вывод об окислительных и восстановительных свойствах MnO₂.

Опыт 3. Свойства соединений марганца (VI)

Сплав, полученный в опыте 2, растворите в воде и разделите на три пробирки, примерно, по 1 мл полученного раствора манганата. В одной пробирке раствор сильно разбавьте водой, а в другой слегка подкислите. Что происходит?

В третьей пробирке к сильнощелочному раствору K₂MnO₄ добавьте щепотку сульфита натрия. Пробирку слегка нагрейте. Объясните происходящие изменения. Напишите уравнение реакции. Объясните причину протекания реакций. Какая из реакций является реакцией диспропорционирования?

Опыт 4. Термическая устойчивость перманганата

Несколько кристаллов перманганата калия поместите в пробирку, укрепите ее горизонтально в штативе и осторожно нагрейте на небольшом пламени горелки до полного разложения соли (до прекращения выделения кислорода). Полноту разложения установите с помощью тлеющей лучины. Дайте пробирке охладиться и к сухому остатку добавьте 5–10 капель воды. Полученную смесь размешайте стеклянной палочкой. Отметьте зеленую окраску раствора, характерную для иона MnO₄^2-. Нерастворимый осадок – оксид марганца (IV). Опишите наблюдения.

Составьте уравнение реакции разложения перманганата калия при нагревании. Подберите коэффициенты ионно-электронным методом. Укажите окислитель и восстановитель. Сделайте вывод о термической устойчивости перманганата калия.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

Свойства элементов VIIIв группы и их соединений.

Значение темы: знание свойств соединений железа, кобальта и никеля необходимо для последующего изучения курса неорганической, аналитической, фармацевтической и биологической химии, а также в практической деятельности провизора.

В организме человека содержится около 5 г железа (0,007 %) и 1,2 г кобальта. Суточное потребление железа 10 – 20 мг, кобальта – 0,3 мг.

Fe, Co и Ni, являясь необходимыми для процессов жизнедеятельности микроэлементами, содержатся в активных центрах ферментов (карбоангидразы, киназы, алкогольдегидрогеназы – кобальт (II), каталазы, пероксидазы – железо (II), фосфоглюкомитазы – никель (II)). Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов. Гемоглобин представляет собой железо (II) порфириновый комплекс, связанный с белком (обусловливает красный цвет крови). Гемоглобин обратимо связывает кислород и переносит его из легких к мышцам, после чего связывает СО₂ и транспортирует его в легкие. Миоглобин обеспечивает запас кислорода в мышцах в связанном виде. Миоглобин, цитохромы, каталаза обеспечивают клеточное дыхание. Каталаза – железосодержащий металлофермент – контролирует разложение пероксида водорода в организме, способствуя сохранению важнейших составных частей клетки – мембраны и ДНК.

Цитохром-В– и цитохром-С–оксидаза участвуют в переносе электронов. Ферредоксины – белки, в которых железо непосредственно связано с белками – участвуют в окислительно-восстановительных процессах дыхания. Трансферрины – белки, содержащие железо негемовой природы. Транспорт железа, кобальта и никеля в организмах осуществляется в виде комплексов этих металлов с белками или их ферментами. В тканях присутствует несколько негемовых железосодержащих белковых комплексов – оксидазы и белки – накопители и переносчики железа. Избыток железа переносится с кровью белком – трансферрином и накапливается в виде железосодержащего белка – ферритина в печени, селезёнке, костном мозге. Присутствие (запас) атомов железа обеспечивает многочисленные реакции метаболизма с участием этого элемента.

При недостатке железа в организме развивается железодефицитная анемия (малокровие), понижается уровень клеточного дыхания, замедляется обмен веществ.

Кобальт также является одним из важнейших биогенных элементов. Около 100 мг его находится в виде цианкобаламина (жирорастворимого витамина В₁₂) – представляющего собой комплекс двухвалентного кобальта с порфинами. витамин В₁₂ наиболее важную роль играет в формировании эритроцитов, поэтому дефицит витамина приводит к тяжёлому заболеванию – злокачественной анемии.

Никель относится числу микроэлементов, биологическая роль которых изучена недостаточно. Известно, что он входит в состав многих растительных и животных организмов, стимулируя синтез аминокислот в клетке, ускоряя регенерацию белков плазмы крови, нормализуя содержание гемоглобина в больных организмах и выполняя ряд других важных функций.

Комплексные соединения железа K₄[Fe(CN)₆] и K₃[Fe(CN)₆] применяются в аналитической химии для качественного обнаружения Fe⁺² и Fe⁺³ и примесей Zn⁺² и Cu⁺² в фармакопейных препаратах.

Хлорид железа (III) – FeCl₃ используют в аналитической практике для установления подлинности органических лекарственных препаратов (анальгина, бутадиона, амидопирина, морфина, кофеина, фенола), которые образуют окрашенные комплексные соединения с ионами Fe⁺³.

Способность Fe(III), Co(II) и Ni(II) образовывать при рН  7 окрашенные комплексные соединения с белками, пептидами и аминокислотами используется в биохимии.

Лекарственные препараты: железо(II) лактат и витамин В₁₂ (цианокобаламин) используют для лечения малокровия и анемий.

В больших количествах соединения Со(II), Fe(III) и Ni(II) канцерогенны – в опухолях обнаружено их повышенное содержание.

Комплексные соединения платины применяются в современной медицине в качестве противоопухолевых препаратов. Платина и платиновые металлы используют для изготовления электродов, термопар и ответственных деталей приборов, используемых в медицинской практике. Однако некоторые соединения платиновых металлов являются высоко токсичными.

Цель: изучить свойства Fe, Co, Ni и их соединений.

Опыт 1. Получение и свойства гидроксидов железа (II), кобальта (II) и никеля (II)

Получите гидроксиды Fe (II), Co (II), Ni (II) действием нескольких капель щелочи на раствор соли соответствующего металла. Раствор соли Fe (II) готовится непосредственно перед опытом из 2–3 кристаллов соли FeSO₄·7H₂O и 3–5 капель Н₂О_(дист). Отметьте цвет полученных осадков гидроксидов. Через несколько минут наблюдайте за побурением осадка гидроксида Fe (II) вследствие его окисления в гидроксид Fe (III) под действием кислорода воздуха и воды. Происходит ли эта реакция с гидроксидами Co (II) и Ni (II)?

Подействуйте на каждый из гидроксидов растворами кислоты и избытком щелочи.

Испытайте отношение гидроксидов к растворам Н₂О₂ и бромной воды. Осадки сохраните. Опишите наблюдения и составьте уравнения реакций их получения. Сделайте вывод, какой ион (железа, кобальта или никеля) является более сильным восстановителем? Какое заключение можно сделать о химическом характере гидроксидов Fe (II), Co (II) и Ni (II)?

Опыт 2. Восстановительные свойства солей железа (II)

К подкисленному серной кислотой раствору KMnO₄ добавьте несколько крупинок сульфата железа (II) до изменения первоначальной окраски раствора. Убедитесь в присутствии в растворе ионов Fe³⁺.

Опишите наблюдения. Составьте уравнения реакций. Сделайте вывод.

Опыт 3. Получение и свойства гидроксида железа (III)

Получите гидроксид железа (III). Испытайте его отношение к кислоте и щелочи. Опишите наблюдения. Составьте уравнения реакций. Сделайте вывод о способе получения и химическом характере.

Опыт 4. Качественные реакции на Fe³⁺ и Fe²⁺

В три пробирки поместите по 3–5 капель раствора хлорида железа (III) и в другие три – свежеприготовленного сульфата железа (II). Добавьте в каждую пробирку по 1–2 капли раствора KSCN; K₄[Fe(CN)₆]; K₃[Fe(CN)₆], соответственно. Отметьте наблюдаемые явления и запишите характерные реакции для ионов Fe³⁺ идля ионов Fe²⁺.

Опыт 5. Окислительные свойства солей железа (III)

К одной капле раствора иодида калия прилейте 1 каплю раствора хлорида железа (III), разбавьте водой до соломенно-желтого цвета и добавьте 1–2 капли раствора крахмала. Отметьте цвет раствора и напишите уравнение реакции, сделайте вывод.

Опыт 6. Гидролиз солей железа (III)

С помощью универсальной индикаторной бумаги определите рН раствора FeCl₃. Имеет ли место гидролиз? Напишите реакции. Сделайте вывод.

Опыт 7. Комплексные соединения кобальта (II)

В пробирку поместите 0,5 мл раствора CoCl_2нас. и добавьте такой же объем насыщенного раствора NH₄SCN. Отметьте изменение окраски раствора обусловленного превращением аквакомплексных ионов [Co(H₂O)₆]²⁺ розового цвета в ионы [Co(SCN)₄]^2– синего цвета. К раствору добавьте 1 мл амилового спирта, пробирку встряхните. Объясните изменение окраски раствора, учитывая, что в амиловом спирте комплекс [Co(SCN)₄]^2– более стабилен. К полученному раствору прибавляйте по каплям воду до изменения синей окраски на розовую. Объясните наблюдаемое. Составьте схемы превращений. Сделайте вывод.

Опыт 8. Образование аммиаката никеля (II)

К 2–5 каплям раствора соли никеля (II) добавляйте по каплям раствор аммиака, пока выпавший осадок не растворится. Образуется комплексное соединение, содержащее ион [Ni(NH₃)₆]²⁺. К полученному раствору прибавьте раствор Na₂S_. Наблюдайте осаждение NiS. Почему комплексный ион разрушается? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме. Сделайте вывод.