Учебно-исследовательский комплекс (уирс)

Опыт 1. Восстановительные свойства угля

а) Восстановление углем оксида меди. На листе фильтровальной бумаги смешать один объем порошка оксида меди (II) с двумя объемами порошка угля. Приготовленную смесь поместить в цилиндрическую пробирку, укрепленную в штативе горизонтально. Нагреть смесь сильным пламенем горелки в течении 10 минут, наблюдая сильное раскаливание смеси. По охлаждении пробирки, высыпать ее содержимое на лист белой бумаги. Отметить цвет полученного продукта. Обратите внимание на блестящий красноватый налет, образовавшийся на стенках пробирки. Объясните его образование. Напишите уравнение реакции.

б) Восстановление углем серной кислоты. В пробирку поместите 2-3 капли концентрированной серной кислоты (ρ=1,84 г/см³) и кусочек угля. Пробирку укрепить в штативе и осторожно подогреть на маленьком пламени горелки. Наблюдать выделение пузырьков газа. По запаху определите один из выделяющихся газов.

Напишите уравнение реакции, учитывая, что углерод окисляется до диоксида углерода. Какое вещество восстановилось?

Опыт 2. Получение карбонатов щелочноземельных металлов и растворение их в уксусной кислоте

В трех пробирках получите карбонаты кальция, стронция и бария взаимодействием растворов соответствующих солей с карбонатом натрия (по 3-4 капли). Дать растворам отстояться и, удалив пипеткой часть жидкости, добавить к осадкам по одной капли уксусной кислоты. Что наблюдаете?

Отметьте выпадение осадков, их цвет и растворение в уксусной кислоте, сопровождающееся выделением газа. Напишите уравнения всех протекающих реакций.

Опыт 3. Окисление соединений свинца (II) пероксидом водорода

К раствору свинца (II) (2-3 капли) добавить 2-3 капли 40% раствора гидроксида натрия и 4-6 капель пероксида водорода. Полученный раствоp Na₂[Pb(OH)₆] размешать стеклянной палочкой и нагреть на водяной бане или на маленьком пламени горелки. Наблюдать образование коричневого осадка диоксида свинца.

Напишите уравнения реакций взаимодействия нитрата свинца с избытком щелочи, окисления Na₂[Pb(OH)₄] пероксидом водорода и разрушение Na₂[Pb(OH)₆] под действием температуры до диоксида свинца.

Можно ли окислить Pb(NO₃)₂ дихроматом калия? Если да, то напишите уравнение соответствующей реакции, если нет, то почему?

Какая степень окисления более характерна для свинца: (II) или (IV)? Почему?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19

Элементы Vа группы периодической системы и свойства их соединений. Азот и фосфор. Мышьяк, сурьма и висмут.

Значение темы: азот, наряду с углеродом, кислородом и водородом, является одним из важнейших элементов биосферы, принимающем участие в биологическом круговороте. Большинство организмов из-за инертности молекулы азота не могут усваивать его непосредственно из атмосферы, а получают его из соединений: аммиака, нитритов, аминокислот. Содержание связанного азота в почве пополняется за счет деятельности азотфиксирующих бактерий, которые способны восстанавливать молекулярный азот. Затем из почвы азот в окисленной форме (нитриты, нитраты) попадает в растения, где восстанавливается до аммиака и аминокислот, попадающих затем а организм животных и человека. После ряда процессов азот в восстановленном виде опять переходит в почву, где снова окисляется до нитратов и нитритов и снова попадает в растения. Цикл (круговорот) замыкается.

Азот – важная составная часть всех белковых молекул, в значительной степени определяет их свойства и строение. Фосфор – важнейший биогенный элемент, входит в состав АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), являющейся биохимическим аккумулятором энергии в организме. Фосфорсодержащий элемент – фосфорилаза способствует не только распаду, но и синтезу полисахаридов в мозгу.

Мышьяк входит почти во все органы (0,008 – 0,02 мг на 100 г ткани). Висмут в небольших количествах у человека найден в спинномозговой жидкости, в железах внутренней секреции, печени. Малые дозы мышьяка и висмута стимулируют жизненные процессы.

Ряд соединений азота применяется в аналитической, токсикологической и фармацевтической практике для идентификации компонентов и примесей в реактивах и лекарственных препаратов. Например, NH₃ – для идентификации меди и определения примесей меди в препаратах на основе солей цинка; NaNO₃ + Na₂CO₃ – для проведения реакций на подлинность фармпрепаратов (определение содержания мышьяка); окислительные свойства азотной кислоты, которая применяется в качестве окислителя при изучении всех элементов и их соединений.

Соединения азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута применяются как самостоятельные лекарственные средства:

N₂ – инертный азот применяется в медицине при туберкулезе легких (пневмоторокс).

N₂O – «веселящий газ», применяется в качестве наркотического средства.

NaNO₂ – сосудорасширяющее средство.

NH₃ – 9,5-10,5% раствор – «нашатырный спирт» применяется наружно как антисептическое средство и для возбуждения дыхания при обмороке.

NaHPO₄ – применяется в медицине при повышенной кислотности желудочного сока, при отравлении кислотами. Входит в состав препарата «Уродан».

As₂O₃ используется в стоматологии (убивает зубной нерв).

Na₂HAsO₄ применяется при истощении нервной системы.

K(SbO)C₄H₄O₆ (рвотный камень) возбуждает рвотный рефлекс.

Bi(OH)₂NO₃ оказывает вяжущее действие, в мазях – подсушивающее, а также как антисептик при желудочно-кишечных заболеваниях.

Цель: изучить химические свойства азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута и их соединений.

Опыт 1. Равновесие в системе аммиак – вода и его смещение

В пробирку поместить 5-6 капель раствора 2н аммиака и 1-2 капли фенолфталеина. Пробирку нагреть, наблюдать изменение окраски. При охлаждении пробирки (под струей воды) окраска фенолфталеина появляется снова. Таким образом, можно наблюдать смещение равновесие в системе: NH₃ + H₂O ↔ NH₄⁺ + OH^-.

К раствору добавить небольшое количество кристаллов хлорида аммония и взболтать. Как изменится окраска фенолфталеина? Объяснить причину изменения окраски.

Опыт 2. Восстановительные свойства аммиака

Внести в пробирку 1-2 капли раствора перманганата калия и 3-5 капель концентрированного раствора аммиака. Полученную смесь слегка подогреть на маленьком пламени горелки. Наблюдайте изменение окраски перманганата калия. Напишите соответствующую реакцию, учитывая, что аммиак окисляется до свободного азота, а марганец (VII) восстанавливается до оксида марганца (IV). Составьте молекулярную и электронно-ионную схемы.

Опыт 3. Получение аммиакатов

В двух пробирках получить осадки Zn(OH)₂ и Ni(OH)₂ и прилить к ним раствор аммиака. Происходит растворение осадков, вследствие образования аммиакатов. Составьте уравнения всех реакций, отмечая цвета осадков и растворов комплексных соединений. Полученные комплексы назовите.

Опыт 4. Восстановительные свойства гидразина

К 1 капле 1% раствора нитрата серебра прилить 2 капли 2н раствора аммиака и 2 капли сульфата гидразина. При слабом нагревании выделяется серебро:

N₂H₄·H₂SO₄ + 4[Ag(NH₃)₂]OH·2H₂O → N₂ + 4Ag + (NH₄)₂SO₄ + 6NH₄OH

Чему равен восстановительный эквивалент гидразина?

Опыт 5. Восстановительные свойства гидроксиламина

К 3 каплям фелинговой жидкости (Феленга I – калий натрий тартрат в щелочной среде, Феленга II – сульфат меди. Готовят непосредственно сливая две жидкости в одинаковых пропорциях) прилить 1 каплю хлористоводородного гидроксиламина. На холоду выделяется красного цвета оксид меди (I):

2Cu(OH)₂ + 2NH₂OH·HCl → Cu₂O↓ + 5H₂O + N₂↑ + 2HCl

Опыт 6. Окислительно-восстановительные свойства азотистой кислоты и ее соли

а) В пробирку внесите по 2-3 капли растворов йодида калия и серной кислоты. Добавьте 2-3 капли раствора нитрита натрия. Отметьте изменение окраски раствора и объясните почему. Составьте молекулярное и электронно-ионное уравнения реакций, учитывая, что одним из продуктов реакции является оксид азота (II). Укажите окислитель и восстановитель.

б) В пробирку внесите 2-3 капли перманганата калия, 1-2 капли разбавленного раствора серной кислоты и 2-3 капли раствора нитрита натрия. Отметьте изменение окраски и укажите причину этого изменения. Составьте молекулярное и электронно-ионное уравнения реакций, учитывая, что марганец (VII) переходит в марганец (II). Укажите окислитель и восстановитель.

Опыт 7. Гидролиз солей фосфорной кислоты

В три пробирки внесите по 3-4 капли растворов фосфата натрия, гидрофосфата натрия, дигидрофосфата натрия, а в четвертую пробирку внесите 3-4 капли дистиллированной воды. В каждую пробирку добавьте по 1-2 капли универсального индикатора. Определите рН каждого раствора. Напишите уравнение гидролиза фосфата натрия по первой ступени в молекулярной и ионной форме. Объясните разные значения рН растворов.

Гидролиз ортофосфата натрия по второй ступени практически не протекает из-за накопления в растворе гидроксильных ионов. Кислотность раствора дигидрофосфата натрия обусловлено тем, что из двух реакций

H₂PO₄^- + H₂O ↔ H₃PO₄ + OH^-

H₂PO₄^- ↔ HPO₄^2- + H⁺

гидролиз иона протекает менее интенсивно, чем его диссоциация.

Опыт 8. Получение гидроксида висмута (III) и исследование его свойств

В пробирку внести по 4-6 капель раствора соли висмута (III) и 2н раствора гидроксида натрия до выпадения осадка гидроксида висмута (III). Содержимое пробирки разделите на две. В одну пробирку с осадком добавьте 2 капли 2н раствора щелочи, в другую – кислоты. Отметьте наблюдаемые явления в обоих случаях.

Сделайте вывод о свойствах гидроксида висмута (III). Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения указанных реакций, а также уравнение диссоциации гидроксида висмута (III).

Опыт 9. Гидролиз солей висмута (III)

В пробирку внесите 4-5 капель раствора нитрата висмута (III) и добавьте по каплям дистиллированной воды до выпадения осадка хлороксида висмута (III). Напишите химизм соответствующих реакций.

Опыт 10. Окислительные свойства солей висмута (III)

В пробирку внесите 1-2 капли раствора хлорида олова (II) и 5-6 капель 2н раствора гидроксида натрия до полного растворения выпавшего вначале осадка гидроксида олова (II). К полученному раствору добавьте 1 каплю раствора соли висмута (III). Отметьте выпадение черного осадка металлического висмута. Напишите уравнение реакции, учитывая, что олово (II) превращается в олово (IV) в виде гидроксостанната (IV). Составьте электронно-ионную схему, укажите окислитель и восстановитель в данной реакции.