7. Гидроксид кобальта (II) в отличие от гидроксида железа (II), который легко окисляется на воздухе, будет окисляться только при добавлении в раствор пероксида водорода. Напишите уравнения реакций окисления гидроксидов.

Работа 6. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА р-ЭЛЕМЕНТОВ (Al, Sn, Pb)

Цель работы — ознакомление со свойствами р-элементов и их соединений.

Теоретическая часть

Атомы р-элементов на внешнем электронном уровне имеют

следующее расположение электронов: Al[He]3s23p1, Sn[Kr]5s25p2, Pb[Xe]6s26p2.

Алюминий — мягкий, пластичный серебристо-белый металл. На воздухе покрывается тончайшей пленкой оксида Аl2О3, которая защищает его от дальнейшего окисления. Алюминий, лишенный защитной пленки, активно реагирует с водой:

2Al + 3H2O → Al2O3 + 3H2↑

Алюминий растворим в соляной и разбавленной серной кислотах:

2Al + 6НС1 → 2AlС13 + 3Н2↑ 2Al + 3Н2SO4→ Аl2(SO4)3 + 3Н2↑

Разбавленную азотную кислоту он восстанавливает до N2O и частично до NH+4 :

8Al + 30HNO3(pазб) → 8Al(NO3)3 + 3N2O↑ + 15H2O

Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, не давая разрушаться оксидному слою. Чистый алюминий в холодной азотной кислоте не растворяется, поэтому ее обычно транспортируют в алюминиевой таре.

Алюминий растворяется в щелочах, образуя гидроксосоли — метаалюминаты, которые при нагревании теряют воду:

48

2Аl + 2NaOH + 6H2O → 2Na [Al (OH)4] + 3Н2↑

T

Na[Al(OH)4] →NaAlO2 + 2H2O

Оксид и гидроксид алюминия амфотерны с преобладанием основных свойств:

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]

Соли алюминия, образованные сильными кислотами, в водных растворах сильно гидролизованы и имеют кислую реакцию:

AlCl3 + H2O Al(OH)Cl2 + HCl

Соли слабых кислот (Al2S3, Al2(CO3)3 и др.) в водных растворах необратимо гидролизуются, их нельзя получить в водной среде реакцией обмена:

Al2(CO3)3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑

Алюминий является сильным восстановителем:

10Al + 6KMnO4 + 24H2SO4 →

→ 5Al2(SO4)3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24H2O

Алюминий способен к комплексообразованию, его координационное число обычно равно 4 или 6 (тетраэдрическое и октаэдрическое расположение лигандов): [Al(OH)4]−; [Al(OH)6]3−; [Al(H2O)6]3+.

Олово и свинец — легкоплавкие (Tпл.Sn = 232 °C, Tпл.Pb = 327 °C), мягкие металлы серебристо-белого (олова) и голубоватого (свинец) цвета.

Оба металла проявляют стабильные степени окисления +2 и +4. В виде простых веществ олово и свинец химически устойчивы, что обусловлено образованием на их поверхности защитных пленок оксидов и солей.

В мягкой воде при свободном доступе CO2 и O2 свинец постепенно растворяется вследствие образования растворимых гидрокарбонатов свинца:

2Pb + O2 + 2H2O + 4CO2 → 2Pb(HCO3)2

49

В соляной кислоте Sn и Pb окисляются до Sn2+ и Pb2+. Со свинцом эта реакция идет только в концентрированной кислоте при нагревании, так как PbCl2 в холодной кислоте малорастворим:

Sn + 2HCl → SnCl2 + H2↑

Pb + 3HCl(конц) → H[PbCl3] + H2↑

Вразбавленной серной кислоте олово медленно растворяется,

асвинец практически не растворяется вследствие образования пленки малорастворимой соли PbSO4.

Вконцентрированной серной кислоте (70 %) при нагревании оба металла растворяются:

Sn + 4H2SO4(конц) → Sn(SO4)2 + 2SO2↑+ 4H2O

Pb + 3H2SO4(конц) → Pb(HSO4)2 + SO2↑+ 2H2O

В концентрированной азотной кислоте свинец растворяется с образованием соли — нитрата, а у олова проявляются неметаллические свойства — образуется метаоловянная кислота:

Sn + 4HNO3(конц) → H2SnO3↓ + 4NO2↑ + H2O

Pb + 4HNO3(конц) → Pb(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

Олово и свинец с кислородом образует два типа оксидов SnO, PbO и SnO2, PbO2. В воде оксиды почти нерастворимы, поэтому их гидроксиды получают действием щелочей на растворы солей:

SnCl2 + 2NaOH → 2NaCl + Sn(OH)2↓

PbSO4 + 2NaOH →2NaNO3 + Pb(OH)2↓

Sn(SO4)2 + 4NaOH → 2Na2SO4 + Sn(OH)4↓

В избытке раствора щелочи осадки гидроксидов растворяются вследствие их амфотерности:

Sn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Sn(OH)4]

тетрагидроксостаннат (II) натрия

Pb(OH)2 + 2NaOH → Na2[Pb(OH)4]

тетрагидроксоплюмбат (II) натрия

Sn(OH)4 + 2NaOH → Na2[Sn(OH)6]

гексагидроксостаннат (IV) натрия

50

Помимо желтого монооксида PbO и темно-коричневого диоксида PbO2 свинец образует также ярко-красный Pb3O4 (сурик), который можно рассматривать как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты PbII2 PbIVO4 .

Соли Sn (II) проявляют восстановительные свойства:

SnCl2 + 2FeCl3 → SnCl4 + 2FeCl2

SnCl2 + 2FeCl3 + 2HCl → H2[SnCl6] + 2FeCl2

Свинец (IV) является сильным окислителем:

2KI + PbO2 + 2H2SO4 → I2 + PbSO4 + K2SO4 + 2H2O

В водных растворах соли олова и свинца подвергаются гидролизу по 1-й ступени с образованием основных солей:

SnCl2 + H2O Sn(OH)Cl↓ + HCl

Pb(NO3)2 + H2O Pb(OH)NO3↓ + HNO3

Практическая часть

Опыт 1. Взаимодействие алюминия с кислотами

Поместите в две пробирки стержни из алюминия, в одну пробирку добавьте раствор соляной кислоты HCl, в другую — раствор серной кислоты H2SО4 (примерно 1/4 объема пробирки). Реакция начинается не сразу, так как сначала разрушается оксидная пленка и только после этого наблюдается выделение водорода. Напишите уравнения реакций. Также напишите реакцию взаимодействия алюминия с разбавленной азотной кислотой. Объясните, будет ли раство-

ряться алюминий в концентрированных НNО3 и H2SO4 кислотах?

Опыт 2. Взаимодействие алюминия со щелочами

Поместите в пробирку стержень из алюминия, добавьте раствор гидроксида натрия NaOH. Сначала реакция задерживается изза растворения оксидной пленки, а затем протекает бурно с выделением водорода и образованием алюмината натрия. Напишите

уравнение реакции.

Опыт 3. Взаимодействие алюминия с солями меди (II)

Поместите в три пробирки стержни из алюминия, в первую пробирку прилейте раствор CuCl2, во вторую — CuSO4, в третью —

51

Cu(NO3)2. В первых двух случаях алюминий будет вытеснять медь из раствора, а из раствора нитрата медь выделяться не будет. Объясните происходящие процессы. Отметьте цвет выделяющейся меди

и напишите уравнения реакций.

Опыт 4. Получение гидроксида алюминия и изучение его свойств

В две ячейки капельного планшета последовательно внесите по одной капле раствора соли алюминия, к каждой капле добавьте по одной капле раствора NaOH. Обратите внимание на выпадение осадка и его характер. Далее в первую ячейку добавьте две капли раствора кислоты; во вторую — еще две капли раствора щелочи. Что происходит с осадками? Напишите уравнения реакций, укажите химический характер гидроксида алюминия. В виде каких ионов существует алюминий в водных растворах при рН < 7 и рН > 7?

К полученному раствору алюмината натрия добавьте несколько кристалликов хлорида аммония NH4Cl. Обратите внимание на

выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.

Опыт 5. Получение гидроксида олова (II) и изучение его свойств

В две ячейки капельного планшета последовательно внесите по одной капле раствора соли олова, к каждой капле добавьте по одной капле раствора NaOH. Обратите внимание на выпадение осадка и его характер. Далее в первую ячейку добавьте две капли раствора кислоты; во вторую — еще две капли раствора щелочи. Что происходит с осадками? Напишите уравнения реакций, укажите

химический характер гидроксида олова (II).

Опыт 6. Получение и свойства гидроксида свинца (II)

В две ячейки капельного планшета последовательно внесите по одной капле раствора ацетата свинца Pb(CH3COO)2, к каждой капле добавьте по одной капле раствора NaOH. Обратите внимание на выпадение осадка. Далее в первую ячейку добавьте две капли раствора уксусной кислоты; во вторую — еще две капли раствора щелочи. Что происходит с осадками? Напишите уравнения реакций, укажите химический характер гидроксида свинца.

Объясните, почему нужно добавлять именно уксусную кислоту, а не серную. Что произойдет с осадком Pb(OH)2, если добавить H2SO4?

52

Опыт 7. Характерная реакция на ион Pb2+

В ячейку капельного планшета внесите одну каплю раствора Pb(CH3COO)2 и добавьте одну каплю раствора иодида калия KI. Выпадает осадок желтого цвета. Напишите уравнение реакции. Что происходит с осадком PbI2 при нагревании и последующем охлаждении раствора?

Вопросы для подготовки и защиты лабораторной работы

1.Объясните различное действие избытка гидроксида аммония

игидроксида натрия на раствор сульфата алюминия. Напишите уравнения реакций.

2.Чем объясняется тот факт, что алюминий не вытесняет водород из воды, но легко вытесняет его из раствора щелочи?

3.В растворе находятся ионы Sn2+ и Pb2+. Как их можно разделить? Составьте уравнения реакций.

4.С помощью каких реакций можно осуществить следующие превращения:

а) Al → K[Al(OH)4] → Al(OH)3 →AlCl3 → NaAlO2 → Na[Al(OH)4];

б) Pb → PbS → PbSO4 → Pb(OH)2 → Na2[Pb(OH)4].

5.Какую массу раствора гидроксида натрия (массовая доля 20 %) нужно добавить к раствору хлорида олова (II), содержащего 9,48 г SnCl2, чтобы полностью растворить первоначально выпавший осадок?

6.В каких реактивах и при каких условиях можно растворить сплав алюминия и олова? Напишите уравнения реакций.

7.При взаимодействии сурика PbII2 PbIV O4 с избытком азотной

кислоты образуется твердый оксид свинца (IV) в количестве 0,05 моль, а катионы свинца (II) переходят в раствор. Определите количество молей и массу свинца (II) в растворе.

53