Часть 4. Водород и р-элементы VII группы (Водород. Галогены)

Цель работы

Изучение способов получения и физико-химических свойств водорода и р-элементов VII группы.

Оборудование и реактивы

Пробирки, пробиркодержатель, спиртовка, спички, газоотводные трубки, штатив, лучинка, пробки, аппарат Киппа.

Цинк Zn (гранулы), алюминий Al (стружка и порошок), оксид меди CuO (к), перманганат калия KMnO₄ (к), дихромат калия K₂Cr₂O₇ (к), иод I₂ (к), хлорида калия KCl (к), бромида калия KBr (к), иодида калия KI (к); растворы: серная кислота H₂SO₄ (разб. и конц.), соляная кислота HCl (конц.), азотная кислота HNO₃ (разб.), аммиака NH₃, гидроксид натрия NaOH (10%), перманганат калия KMnO₄ (0,1 н.), бромида калия KBr, иодида калия KI, хлорид железа (III) FeCl₃, хлорид натрия NaCl, нитрат серебра AgNO₃.

Экспериментальная часть ⁵

Правила работы с водородом: при опытах с водородом нельзя поджигать водород, выходящий из прибора, не убедившись предварительно в его чистоте, иначе внутри прибора может произойти взрыв.

Опыт 1. Получение водорода

1.1. Действием металла на кислоту

В пробирку к кусочку цинка и прилейте разб. серной кислоту H₂SO₄.

________________________________________________________________________________

Плотно вставьте пробку с газообразной трубкой и укрепить пробирку в штативе. Проверьте водород на чистоту! Только в случае выделения чистого водорода, зажечь его у отверстия трубки. Подержать над пламенем водорода сухую пробирку.

________________________________________________________________________________

1.2. Действием металла на щелочь

В пробирку всыпьте немного алюминиевых стружек и налейте 2–3 мл раствора гидроксида натрия NaOH. Если реакция идет медленно, осторожно нагрейте. Пробирку закройте пробкой с газообразной трубкой и, проверив водород в чистоте, подожгите газ.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 2. Восстановление водородом оксида меди

В пробирку к кусочку цинка и прилейте разб. серной кислоты H₂SO₄. Пробирку закройте пробкой с газообразной трубкой и пропустите водород над оксидом меди (в другой пробирке) сначала при комнатной температуре, а затем подогревая пробирку с оксидом меди.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Восстановление перманганата калия атомарным водородом (в момент выделения)

К разб. серной кислоты H₂SO₄ добавьте несколько капель раствора перманганата калия KMnO₄ и налейте смесь в две пробирки. В одну из них добавьте кусочек цинка, в другую пропустите водород из прибора для его получения. Сравнить скорость изменения цвета раствора в пробирках. Объяснить разницу в скорости изменения цвета.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 4. Свойства иода (тяга!)

В фарфоровой чашке осторожно смешайте небольшое количество сухого порошка алюминия (магния или цинка) с сухим порошком иода. В приготовленную смесь осторожно внесите 1–3 капли воды при помощи пипетки.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Сравнение восстановительных свойств галогенид-ионов (тяга!)

5.1. В три сухие пробирки поместите раздельно небольшие количества кристаллических солей – хлорида калия KCl, бромида калия KBr и иодида калия KI и в каждую пробирку добавьте по одинаковому объему раствора конц. серной кислоты H₂SO₄ (конц).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Наблюдать в начале реакции выделение белого дыма в каждой пробирке (HCl, HBr, HI), затем во второй и третьей пробирках отметить появление бурых паров брома и иода, образующихся в результате окислительно-восстановительных реакций между HBr и HI с H₂SO₄.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

5.2. В две пробирки с растворами бромида кадия KBr и иодида калия KI добавьте по несколько капель раствора хлорного железа FeCl₃. В каком случае произошло восстановление железа? Напишите уравнения реакций и объясните различную восстановительную способность галогенид-ионов.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Качественные реакции на ионы галогенов

Внесите в три пробирки раздельно по 3–4 капли растворов хлорида натрия NaCl, бромида калия КBr и иодида калия KI. В каждую пробирку добавьте по 1–2 капли раствора нитрата серебра AgNO₃ до выпадения осадков. Отметьте их окраску.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Испытайте отношение осадков к разб. азотной кислоте HNO₃ и аммиаку NH₃.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Вывод: ___________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить следующие превращения, назовите вещества:

1. алюминий → нитрат алюминия → алюминат натрия → гидроксид алюминия → оксид алюминия→ метаалюминат магния;

2. силикат кальция → оксид кремния(IV) → силикат натрия → кремний → → тетрафторид кремния;

3. N₂ → NH₃ → NO → NO₂ → HNO₃ → NH₄NO₃ → N₂O

4. H₂SO₄ → SO₂ → NaHSO₃ → Na₂SO₃ → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄

5. P → PH₃ → P₂O₅ → Ca₃(PO₄)₂ → CaHPO₄

6. FeS → SO₂ → H₂SO₄ → SO₂ → Na₂SO₃ → Na₂SO₄ → BaSO₄

Закончите уравнения реакций, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, назовите вещества:

7. Fe(OH)₂ + Cl₂ + KOH → K₂FeO₄ +...

8. CuFeS₂ + HNO₃ (конц.) → Cu(HSO₄)₂ + ...

9. PH₃ + K₂CrO₄ + KOH →

10. KI + O₃ + H₂O →

11. Определите состав сплава (ω,%), если сплав меди с алюминием массой 1,0 г обработали ибытком раствора NaOH. Остаток промыли и растворили в азотной кислоте. Раствор выпарили и прокалили. Масса остатка после прокаливания составила 0,4 г.

12. Какую массу гидроксида цинка нужно добавить к гидроксиду алюминия массой 15,6 г, чтобы при прокаливании полученной смеси масса продуктов прокаливания составила 80% первоначальной массы смеси?

13. При растворении смеси алюминия, меди и магния массой 11,5 г в соляной кислоте выделился газ объемом 7,00 дм³, измеренный при 273 К и давлении 0,8 • 105 Па. Нерастворившийся остаток растворили в конц. азотной кислоте. При этом выделился газ объемом 4,48 дм³ (н.у.). Вычислите массу каждого металла в исходной смеси.

14. Смесь порошков алюминия и Na₂CO₃ массой 35,0 г сплавили в открытом тигле в атмосфере кислорода. После сплавления масса смеси стала равной 37,9 г. Определите состав полученной смеси (ω,%).

15. При действии избытка раствора щелочи на смесь двух металлов (II и III) массой 11,75 г выделился газ объемом 6,72 дм³ (н.у.). Нерастворившийся остаток массой 6,35 г полностью растворился в горячей конц. серной кислоте, при этом выделился газ объемом 2,24 дм³ (н.у.). Определите, из каких металлов состояла смесь, если известно, что гидроксид металла (III) обладает амфотерными свойствами.

16. При кипячении водного раствора питьевой соды образуется водный раствор карбоната натрия. Рассчитайте ω (%) гидрокарбоната натрия в исходном растворе, если после кипячения получен раствор Na₂CO₃ (ω = 5,83%).

17. Какая масса оксида кремния(IV) вступит в реакцию восстановления в доменной печи при выплавке чугуна массой 1400 т, содержащего 4% кремния?

18. В результате взаимодействия раствора HClO₃ массой 6 г с избытком раствора соляной кислоты образовался хлор объемом 14,2 дм³ (н.у.). Вычислите массовую долю (%) HClO₃ в растворе.

19. Один из сортов стекла для выработки столовой посуды имеет следующий состав в массовых долях: Na₂O – 16%; CaO – 9%; SiO2 – 75%. Сколько оксида натрия и диоксида кремния приходится в этом сорте стекла на 1 моль CaO?

20. К раствору нитрата аммония объемом 90,1 см³ (ω = 12,0%; ρ = 1,11 г/см3) добавили раствор KOH массой 75 г (ω = 25,0%). Раствор выпарили, остаток прокалили. Рассчитайте массу веществ в твердом остатке после прокаливания.

Пример. При сжигании смеси сульфидов алюминия и железа(II) массой 4,00 г получили диоксид серы массой 3,65 г. Определите состав исходной смеси (ω,%).

Решение

Дано: m смеси = 4 г m (SO2) = 3,65 г ω (Al2S3) – ? ω (FeS) – ?

Решение: 1) 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 2) 2Al2S3 + 9O2 = 2Al2O3 + 6SO2 M(FeS) = 88 г/моль; M(Al2S3) = 150 г/моль; M(SO2) = 64 г/моль Пусть масса FeS в смеси – х г; тогда m(Al2S3) составит (4 – х) г Масса SO2 по реакции (1) будет а = 64 • х / 88 г, а масса SO2 по реакции (2) будет b = 3 • 64 • (4 – х) / 150 г Следовательно, a + b = 64x / 88 + (4 – x) • 3 • 64 / 150 = 3,65 x = 2,66 г FeS ω(FeS) = 2,66 • 100 / 4 = 66,5% ω(Al2S3) = 33,5% Ответ: ω(FeS) = 66,5%, ω(Al2S3) = 33,5%

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________