методичка р-элементы

51

кислоты до появления желтой окраски за счет образующегося хлорида свинца(IV).

Наблюдать разложение хлорида свинца(IV) с образованием белого осадка хлорида свин-

ца(II) и выделением газообразного хлора (хлор обнаружить с помощью йодкрахмальной бумаги). Написать уравнения реакций получения плюмбата натрия и его взаимодействия с концентрированной соляной кислотой.

PbO2 + NaOH(конц.) нагрев

Na2PbO3 + HCl(конц.) →

Опыт 5. Оксиды свинца

5.1. Получение диоксида свинца. В пробирку поместить 6–8 капель раствора нит-

рата свинца(II) (c = 0,25 моль/л) и добавить по каплям раствор гидроксида натрия (c = 2 моль/л) до образования раствора плюмбита натрия, т. е. до растворения первоначально образующегося осадка гидроксида свинца(II). К полученному раствору добавить несколь-

ко капель 30%-ного раствора пероксида водорода и осторожно нагреть до выпадения ко-

ричневого осадка диоксида свинца. Написать уравнения реакций.

Pb(NO3)2 + NaOH → Na2[Pb(OH)4] + H2O2 нагрев

5.2. Окислительные свойства диоксида свинца. В две пробирки поместить по 1

микрошпателю диоксида свинца. В первую пробирку добавить 3–5 капель раствора сер-

ной кислоты (c = 1 моль/л), 2–3 капли раствора сульфата (нитрата, хлорида) марганца (c = 0,25 моль/л) и нагреть. Наблюдать изменение окраски раствора за счет образования иона

MnO4 . Во вторую пробирку добавить 6–8 капель 40%-ного раствора гидроксида натрия и осторожно нагреть. К горячему раствору прибавить 2–3 капли раствора сульфата (хлори-

да, нитрата) хрома(III) (c = 0,2 моль/л). Наблюдать изменение окраски раствора за счет образования иона CrO24 . Написать уравнения реакций и уравнять их ионно-электронным методом.

PbO2 + MnSO4 + H2SO4 нагрев PbO2 + Cr2(SO4)3 + NaOH нагрев

5.3. Определение степени окисления свинца в свинцовом сурике. В пробирку по-

местить 1 микрошпатель сурика Pb3O4, 4–5 капель раствора азотной кислоты (c = 2 моль/л) и осторожно нагреть. Наблюдать изменение цвета осадка. Затем отобрать пипет-

кой раствор, перенести его в другую пробирку и добавить 1–2 капли раствора йодида ка-

52

лия (c = 0,5 моль/л). Каков цвет образовавшегося осадка? О наличии каких ионов в рас-

творе он свидетельствует? Написать уравнение реакции сурика с азотной кислотой в мо-

лекулярной и ионной форме, учитывая, что образовавшийся осадок — диоксид свинца. Pb3O4 + HNO3(разб.) нагрев

Опыт 6. Свойства солей олова и свинца

6.1. Гидролиз хлорида олова(II). В пробирку поместить 2–3 капли раствора хлорида олова(II) (c = 0,25 моль/л) и по каплям добавить воду до образования белого осадка хло-

рида гидроксидоолова(II). Написать уравнение реакции гидролиза соли в молекулярной и ионной форме. Как можно уменьшить степень гидролиза хлорида олова(II)?

SnCl2 + H2O →

6.2. Получение карбоната гидроксидосвинца(II). В пробирку поместть 2–3 капли раствора нитрата свинца (c = 0,25 моль/л) и добавить несколько капель раствора карбона-

та натрия (соды) (c = 0,25 моль/л). Наблюдать образование осадка карбоната гидроксидо-

свинца белого цвета. Написать уравнение реакции нитрата свинца с карбонатом натрия в водном растворе в молекулярной и ионной форме.

Pb(NO3)2 + Na2CO3 + H2O →

6.3. Получение малорастворимых солей свинца(II). В четыре пробирки поместить по 2–3 капли раствора нитрата свинца (c = 0,25 моль.л). Добавить в первую пробирку 2–3

капли раствора серной кислоты (c = 1 моль/л), во вторую —свежеприготовленной серово-

дородной воды, в третью — 2–3 капли раствора соляной кислоты (c = 2 моль/л), а в чет-

вертую — столько же раствора йодида калия (c = 0,5 моль/л). Отметить цвета осадков.

Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной форме. Pb(NO3)2 + H2SO4(разб.)→

Pb(NO3)2 + H2S → Pb(NO3)2 + HCl(разб.)→ Pb(NO3)2 + КI →

К осадкам хлорида и йодида свинца добавить по 3–4 капли воды и нагреть их до рас-

творения. Затем растворы охладить и наблюдать образование крупных кристаллов галоге-

нидов свинца. Сделать вывод о влиянии температуры на растворимость этих солей. Поче-

му для растворения солей гидроксидосвинца(II) нельзя использовать соляную и серную кислоты?

53

6.4. Получение сульфида олова(II) и исследование его свойств. В две пробирки поместить по 2–3 капли раствора хлорида олова(II) (c = 0,25 моль/л) и по 5–6 капель рас-

твора сульфида натрия. Отметить цвет осадка сульфида олова(II). Осадкам дать отстоять-

ся, жидкость декантировать из обеих пробирок. К осадку в первой пробирке добавить не-

сколько капель раствора сульфида натрия, а к осадку во второй пробирке — несколько капель раствора полисульфида натрия до растворения осадка. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций образования сульфида олова(II) и его реакции с поли-

сульфидом натрия, учитывая, что при этом образуется тритиостаннат натрия Na2SnS3. По-

лисульфид натрия представить как Na2S2. Объяснить, почему сульфид олова(II) не взаи-

модействует с сульфидом натрия. SnCl2 + Na2S →

SnS + Na2S2 →

6.5. Получение сульфида олова(IV) и исследование его свойств. В пробирку, со-

держащую 2–3 капли раствора хлорида олова(IV) (c = 0,25 моль/л), прибавить 5–6 капель раствора сульфида натрия. Наблюдать образование осадка сульфида олова(IV). Осадку дать отстояться, жидкость осторожно декантировать. К оставшемуся осадку добавить не-

сколько капель раствора сульфида натрия до растворения осадка. Написать в ионной и молекулярной форме уравнения реакций образования сульфида олова(IV) и его реакции с сульфидом натрия, учитывая, что при этом образуется тритиостаннат натрия Na2SnS3. К

образовавшемуся раствору тритиостанната добавить несколько капель раствора соляной кислоты (c = 2 моль/л). Наблюдать образование осадка сульфида олова(IV) и выделение сульфида водорода. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной форме. Какой вывод можно сделать об устойчивости тритиооловянной кислоты?

SnCl4 + Na2S →

SnS2 + Na2S → Na2SnS3 + HCl →

6.6. Окисление сульфида свинца в сульфат. Получить сульфид свинца (см. опыт

6.3). К полученному осадку добавить по каплям, помешивая стеклянной палочкой, 3%-

ный раствор пероксида водорода до изменения окраски осадка. Написать уравнение реак-

ции и уравнять ионно-электронным методом. PbS + H2O2 →

54

2.8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Как изменяются кислотно-основные и восстановительные свойства веществ в ряду

Gе(ОН)2 – Pb(OH)2? Приведите примеры соответствующих реакций.

2.Сравните свойства хлоридов олова(II) и олова(IV). Объясните причину различия свойств и напишите уравнения реакций гидролиза этих соединений.

3.Какие элементы подгруппы германия образуют тиосоли? Приведите уравнения ре-

акций, в которых образуются соответствующие тиосоли.

4.Как получают α- и β-оловянные кислоты? Как различается их строение и свойства?

5.Какие степени окисления имеет свинец в оксидах Рb2O3 и Рb3О4? Как это доказать?

6.Какие соединения элементов подгруппы германия обладают восстановительными свойствами? Приведите уравнения соответствующих реакций.

7.Какие соединения элементов подгруппы германия обладают окислительными свойствами? Приведите уравнения соответствующих реакций.

8.Как доказать амфотерные свойства гидроксида свинца(II)? Почему нельзя доказать основные свойства Рb(ОН)2 с помощью разбавленной серной кислоты?

9.Закончите уравнения следующих реакций:

а) Рb(CH3COO)2 + K2CO3 + H2O = б) Рb2O3 + Mn(NO3)2 + HNO3 =

в) GeS + K2S2 =

г) Nа2[Sn(OH)6] + Н2SO4 =

д) Nа2[Sn(OH)4] + HCl + H2S = е) Рb(СН3COO)2 + Cl2 + KOH =

ж) SnS2 + HNO3(конц.) =

з) SnСl2 + HNO2 + HCl = и) Рb3O4 + H2SO4 + KI = к) РbS + NaClO =

2.9. КОНТРОЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО КАЧЕСТВЕННОМУ ОПРЕДЕЛЕНИЮ ИОНОВ, СОДЕРЖАЩИХ

ЭЛЕМЕНТЫ ГРУППЫ IVА

55

Для анализа могут быть предложены растворы, содержащие один из следующих ионов: CO32 ; SiO 32 ; Sn2+; [SnCl6]2– и Pb2+.

Прежде чем приступить к выполнению контрольно-аналитической работы, необхо-

димо проделать качественные реакции на отдельные ионы.

Реакции на карбонат-ион, CO32

Изменение окраски лакмуса. Красная лакмусовая бумага, смоченная раствором,

содержащим карбонат-ион, окрашивается в синий цвет. Изменение окраски обусловлено гидролизом карбонат-иона:

Усиление гидролиза солей, образованных сильными кислотами и слабыми мно-

гокислотными основаниями. К 4–6 каплям раствора, содержащего карбонат-ион, доба-

вить такой же объем раствора соли алюминия(III) или хрома(III). При этом образуются осадки гидроксидов алюминия и хрома(III) соответственно и выделяется CO2:

2Al3+ + 3 CO32 + 3 H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2

осадок белого цвета

2Cr3+ + 3 CO32 + 3H2O = 2Cr(OH)3 + 3CO2

осадок серозеленого цвета

Образование малорастворимых карбонатов. Хлорид (нитрат) бария образует с растворимыми карбонатами белый осадок BaCO3, растворимый в растворах кислот: соля-

ной, азотной и уксусной. Нитрат серебра образует с растворимыми карбонатами белый осадок Ag2CO3, растворимый в растворах аммиака, азотной и серной кислот:

2Ag+ + CO32 = Ag2CO3

Ag2CO3 + 2H+ = 2Ag+ + H2O + CO2

Ag2CO3 + 4NH3·H2O = 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH– + CO2 + 3H2O

Образование диоксида углерода. В пробирку, снабженную пробкой с газоотводной трубкой, поместить 15–20 капель раствора, содержащего карбонат-ионы, и добавить не-

сколько капель разбавленного раствора серной кислоты. Быстро закрыть пробирку, одно-

временно погрузив газоотводную трубку в другую пробирку с 6–7 каплями известковой

56

воды, Ca(OH)2, или баритовой воды, Ba(OH)2. Диоксид углерода, выделяющийся в при-

сутствии карбонат-ионов, образует с известковой или баритовой водой соответственно малорастворимые CaCO3 и BaCO3. Следует помнить, что при действии избытка CO2 не-

растворимые CaCO3 и BаCO3 переходят в растворимые гидрокарбонаты кальция и бария.

Реакции на силикат-ион, SiO 32

Взаимодействие силикатов с кислотами. К 3–4 каплям раствора Na2SiO3 добавить

2–3 капли разбавленного раствора соляной или серной кислоты. Кремниевая кислота вы-

деляется в виде белого студенистого осадка (геля), образование которого происходит ино-

гда не сразу вследствие склонности кремниевой кислоты к образованию коллоидного рас-

твора (золя) особенно в сильнокислой среде:

SiO 32 + 2H+ = H2SiO3

Изменение окраски лакмуса. Красная лакмусовая бумага, которая смочена раство-

ром, содержащим силикат-ион, синеет. Изменение окраски обусловлено гидролизом сили-

кат-иона:

Гидролиз силикат-иона в присутствии NH4Cl. К раствору NH4Cl (3–5 капель) до-

бавить такой же объем раствора, содержащего силикат-ион. Наблюдать выпадение студе-

нистого осадка кремниевой кислоты и выделение аммиака:

SiO 32 + 2NH4+ + 2H2O = 2NH3·H2O + H2SiO3

Получение малорастворимых солей кремниевой кислоты. В четыре пробирки поместить по 3–5 капель растворов следующих солей: в первую — CaCl2, во вторую —

Co(NO3)2, в третью — Pb(NO3)2, в четвертую — CuSO4. В каждую пробирку добавить по

2–3 капли раствора, содержащего силикат-ион. Наблюдать выпадение силикатов кальция,

кобальта, свинца и меди:

Ca2+ + SiO 32 = CaSiO3

осадок белого цвета

Co2+ + SiO 32 = CoSiO3

осадок синего цвета

57

Pb2+ + SiO 32 = PbSiO3

осадок белого цвета

Cu2+ + SiO 32 = CuSiO3

осадок голубого цвета

Реакции на ион Sn2+

Образование малорастворимого гидроксида олова(II). К 4–5 каплям раствора, со-

держащего ион олова(II), добавлять по каплям раствор гидроксида калия (натрия) до обра-

зования белого осадка гидроксида олова(II):

Sn2+ + 2OH– = Sn(OH)2

Получившийся осадок растворим в избытке щелочи и в кислотах:

Sn(OH)2 + 2H+ = Sn2+ + 2H2O

Sn(OH)2 + 2OH– = [Sn(OH)4]2–

Восстановительные свойства солей олова(II). Ионы Sn2+ обладают восстанови-

тельными свойствами.

а) Восстановление ионов [Fe(CN)6]3– в [Fe(CN)6]4–. К 2–3 каплям раствора

K3[Fe(CN)6] прибавить столько же капель раствора соли железа(III) и 1–2 капли раствора,

содержащего ионы олова(II). Наблюдать образование синего осадка:

2[Fe(CN)6]3– + Sn2+ + 6Cl– + 2K+ + 2Fe3+ = 2FeK[Fe(CN)6] + [SnCl6]2–

б) Восстановление солей висмута до металла в щелочной среде. К 2–3 каплям рас-

твора, содержащего ионы олова(II), добавить 7–8 капель щелочи и 2–3 капли раствора хлорида (нитрата) висмута. Наблюдать выпадение осадка металлического висмута:

3Sn2+ + 2Bi3+ + 18OH– = 3[Sn(OH)6]2– + 2Bi

С учетом того, что в щелочной среде ион Sn2+ переходит в тетрагидроксидостаннат(II)-ион, [Sn(OH)4]2–, уравнение реакции может быть записано иначе:

3[Sn(OH)4]2– + 6OH– + 2Bi3+ = 3[Sn(OH)6]2– + 2Bi

Образование малорастворимого сульфида олова(II). К 2–3 каплям раствора, со-

держащего ионы олова(II), добавить 5–6 капель свежеприготовленной сероводородной

58

воды (или раствора сульфида натрия). Наблюдать образование осадка SnS темно-

коричневого цвета:

Sn2+ + H2S = SnS + 2H+

SnS осаждается также из слабокислых растворов при действии раствора тиосульфата натрия Na2S2O3:

[SnCl4]2– + S2 O32 + H2O = SnS + SO 24 + 2H+ + 4Cl–

SnS растворяется в растворе полисульфида натрия за счет окисления Sn(II) в Sn(IV)

(для удобства записи химических уравнений с полисульфидами можно использовать

Na2S2):

SnS + S22 = SnS32

Сульфид олова(II) растворим в концентрированной соляной кислоте и в щелочах в присутствии окислителей, например, H2O2:

SnS + 4OH– + 5H2O2 = [Sn(OH)6]2– + SO 24 + 4H2O

Реакции на гексахлоридостаннат(IV)-ион, [SnCl6]2–

Образование малорастворимого гидроксида олова(IV). В солянокислых растворах олово(IV) содержится в виде гексахлоридостаннат(IV)-ионов ([SnCl6]2–). Если к 2–3 кап-

лям такого раствора по каплям добавлять растворы щелочей, образуется белый студени-

стый осадок гидроксида олова(IV):

[SnCl6]2– + 4OH– = Sn(OH)4 + 6Cl–

В избытке растворов щелочей осадок растворяется с образованием гексахлоридо-

станнат(IV)-ионов:

Sn(OH)4 + 2OH– = [Sn(OH)6]2–,

а при добавлении раствора соляной кислоты вновь образуются ионы [SnCl6]2–.

Образование малорастворимого сульфида олова(IV). К 2–3 каплям солянокислого раствора хлорида олова(IV) добавить 5–6 капель свежеприготовленной сероводородной воды (или сульфида натрия). Образуется желтый осадок SnS2:

[SnCl6]2– + 2H2S = SnS2 + 4H+ + 6Cl–

Дать отстояться полученному осадку (или отцентрифугировать его). Удалить пипеткой избыток жидкости и к оставшемуся осадку добавить 5–6 капель раствора сульфида аммо-

ния или натрия. Энергично встряхивая пробирку, добиться полного растворения осадка.

59

Сульфид олова(IV), обладающий кислотными свойствами, при растворении образует три-

тиостаннат (сравнить со SnS):

SnS2 + S2– = SnS32

При подкислении раствора вновь образуется осадок SnS2 вследствие разложения об-

разующейся тритиооловянной кислоты:

SnS32 + 2 H+ = H2S + SnS2

Осадок SnS2 можно также растворить в концентрированной соляной кислоте при нагревании:

SnS2 + 4H+ + 6Cl– = [SnCl6]2– + 2H2S

и в щелочах:

3SnS2 + 6OH– = [Sn(OH)6]2– + 2SnS32–

Реакции на ион Pb2+

Образование малорастворимого хлорида свинца. К 2–3 каплям раствора, содер-

жащего ионы свинца(II), добавить такой же объем разбавленного раствора соляной кисло-

ты или раствор хлорида натрия. Наблюдать образование белого хлопьевидного осадка

PbCl2. В концентрированных растворах соляной кислоты и хлоридов щелочных металлов

PbCl2 растворяется с образованием тетрахлоридоплюмбат(II)-иона, [PbCl4]2–: PbCl2 + 2Cl– = [PbCl4]2–

который при разбавлении водой вновь образует осадок PbCl2.

Образование малорастворимого сульфида свинца и его окисление в сульфат. В

пробирку с 2–3 каплями раствора соли свинца(II) прибавить такой же объем свежеприго-

товленной сероводородной воды (или сульфида натрия). Образуется черный осадок суль-

фида свинца:

Pb2+ + H2S = PbS + 2H+

К полученному осадку добавлять по каплям, помешивая стеклянной палочкой, 3%-

ный раствор пероксида водорода до изменения окраски осадка:

PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O

осадок белого цвета

Подобно SnS, осадок PbS не растворяется в избытке Na2S.

60

Образование йодида свинца и комплексного иона [PbI4]2–. В две пробирки поме-

стить по 2–3 капли раствора соли свинца. В первую пробирку добавить 2–3 капли раство-

ра KI. Образуется осадок PbI2 ярко-желтого цвета. К содержимому пробирки добавить 3–4

капли дистиллированной воды и нагреть до растворения осадка. Затем раствор охладить и наблюдать появление осадка PbI2 в крупнокристаллической форме (блестящие золотисто-

желтые пластинки).

Во вторую пробирку по каплям добавлять раствор KI до тех пор, пока образовав-

шийся вначале осадок PbI2 не растворится за счет образования комплексного иона [PbI4]2–.

Образование малорастворимого гидроксида свинца(II). К 2–3 каплям раствора,

содержащего ионы свинца, добавить несколько капель раствора NaOH (c = 2 моль/л) до выпадения осадка Pb(OH)2 белого цвета. Образовавшийся осадок может быть растворен в азотной или уксусной кислотах или в избытке щелочи:

Pb(OH)2 + 2OH– = [Pb(OH)4]2–

Pb(OH)2 + 2H+ = Pb2+ + 2H2O

Образование малорастворимого карбоната гидроксидосвинца(II). К 2–3 каплям раствора, содержащего ионы свинца, добавить столько же капель раствора карбоната натрия. Содержимое пробирки слегка нагреть. Из-за взаимного усиления гидролиза двух солей образуется карбонат гидроксидосвинца, (PbOH)2CO3, белого цвета и выделяется ди-

оксид углерода:

2Pb2+ + 2 CO32 + H2O = (PbOH)2CO3 + CO2

Пример выполнения контрольно-аналитической работы

Для исследования предложено три раствора: I, II, III.

1. В три пробирки поместить по 4–5 капель исследуемых растворов, по 4–5 капель раствора HCl (c = 2 моль/л) и нагреть.

Предположим, что в пробирке 1 после охлаждения образуется бесцветный студени-

стый осадок, в пробирке 2 — осадок белого цвета, в пробирке 3 видимых изменений нет.

Можно предположить наличие следующих ионов: в растворе I — SiO 32 , в растворе II — Pb2+, в растворе III отсутствуют ионы SiO 32 , Pb2+, CO32 , но могут находиться ины Sn2+

или [SnCl6]2–.