8. Хром и марганец 12

9. Триада железа 14 Введение

Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по разделу «Химия элементов». Экспериментальная часть включает опыты, подтверждающие основные теоретические положения неорганической химии.

При подготовке к соответствующей лабораторной работе студентам следует изучить теоретический материал, относящийся к данной лабораторной работе, используя лекции и рекомендуемую литературу.

Необходимо соблюдать следующий порядок проведения опытов:

1. Привести в тетради для лабораторных работ краткое описание опыта. Записать соответствующие уравнения реакций. Для ионно-обменных реакций привести ионные формы, а для окислительно-восстановительных – электронные балансы. В случае однотипных по форме записи реакций достаточно записать одно уравнение.

2. Подготовить рабочее место и реактивы, необходимые для проведения опыта.

3. Провести опыт и записать в тетради наблюдаемые изменения (выпал осадок, изменился цвет и т.д.) в ходе опыта.

4. На основе проведенного опыта записать вывод, подтверждающий соответствующее теоретическое положение. Вывод делается только на основе экспериментальных результатов, полученных лично студентом!

5. Убрать с рабочего стола реактивы и подготовить рабочее место для проведения следующего опыта.

Для студентов технологических специальностей окислительно-восстановительные реакции в растворах следует уравнивать методом полуреакций(ионно-электронным).

Экспериментальная часть

1. s-Элементы I и II групп

Опыт 1. Взаимодействие щелочных и щелочноземельных металлов с водой.

(Демонстрационно).

Возьмите четыре фарфоровых чашки с водой. Отрежьте по маленькому кусочку лития, натрия, калия, кальция и, осушив их фильтровальной бумагой, опустите каждый в отдельную чашку с водой. Наблюдайте за ходом реакции через стекло. Защита стеклом необходима ввиду возможности разбрызгивания раствора в ходе реакций.

Отметьте, какой из металлов наиболее активно взаимодействует с водой. Какой газ выделяется? Испытайте индикатором фенолфталеином полученные растворы. Какую реакцию имеют растворы? Напишите уравнения реакций.

Опыт 2. Взаимодействие пероксида натрия с водой.

Внесите в пробирку микрошпателем немного порошка пероксида натрия, добавьте 8-10 капель дистиллированной воды и размешайте смесь стеклянной палочкой. Для доказательства образования в ходе реакции щёлочи, добавьте в пробирку 1 каплю раствора фенолфталеина.

Напишите уравнение реакции взаимодействия пероксида натрия с водой.

Опыт 3. Восстановительные свойства пероксида натрия.

Внесите в пробирку 4-5 капель раствора перманганата калия, добавьте один микрошпатель порошка пероксида натрия и всё перемешайте. Отметьте выделение газа и появление бурого осадка.

Напишите уравнение реакции. Какие свойства- окислительные или восстановительные проявляет пероксид натрия в этой реакции?

s- Элементы II группы.

В главную подгруппу(А) II группы входят Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Первые два элемента во многом отличаются от остальных элементов, называемых «щелочноземельными». Гидроксид бериллия обладает амфотерными свойствами, а гидроксид магния является слабым малорастворимым основанием. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой с образованием сильных оснований.

Взаимодействие Be, Mg и щелочноземельных металлов с водой определяется растворимостью соответствующих гидроксидов в воде.

Растворимость Э(ОН)₂ при 20^.0С , моль/л

Be	Mg	Ca	Sr	Ba
8* 10-8	5* 10-4	2* 10-2	7* 10-2	2* 10-1

Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения взаимодействия гидроксида бериллия с HCl и NaOH. Сделайте вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида бериллия.

Опыт 4. Получение карбонатов щелочноземельных металлов.

Внесите в две пробирки по 2-3 мл растворов хлоридов кальция и бария. В каждую из них добавьте раствор соды. Обратите внимание на вид полученных осадков.

Нагрейте растворы до кипения и дайте отстояться. Какие изменения произошли с осадками? Напишите уравнения реакций.

2. p-Элементы III группы

Опыт 1. Гидролиз тетрабората натрия.

В пробирку с 5-6 каплями раствора тетрабората натрия прибавьте 2-3 капли нейтрального раствора лакмуса. Отметьте реакцию среды. Напишите уравнения гидролиза буры в молекулярном и ионном виде, учитывая, что по первой ступени гидролиз идёт с образованием метабората натрия, а по второй ступени образуется борная ортокислота.

Как повлияет разбавление раствора на гидролиз буры?

Опыт 2. Действие кислот и щелочей на алюминий.

В четыре пробирки положите по кусочку металлического алюминия и добавьте по 5-10 капель: в первую – 2 М раствора соляной кислоты, во вторую – 2 М раствора серной кислоты, в третью- концентрированной серной кислоты, а в четвёртую- 2 М раствора щелочи.

С какими реагентами алюминий взаимодействует на холоду? Пробирки, в которых реакция не идёт на холоду, подогрейте. Напишите соответствующие уравнения реакций и составьте к ним схемы передачи электронов. Почему алюминий растворяется в кислотах и щелочах?

Опыт 3. Пассивирование алюминия.

Кусочек алюминиевой проволоки очистите наждачной бумагой, опустите в пробирку и

прилейте 5-10 капель концентрированной азотной кислоты (пл. 1,4 г/см³). Протекает ли реакция алюминия с концентрированной азотной кислотой на холоду?

Через 3-5 минут вылейте кислоту из пробирки и осторожно промойте металл 2-3 раза водой, после чего внесите в пробирку 5-10 капель концентрированной соляной кислоты. Реагирует ли в данном случае алюминий с соляной кислотой?

Слейте соляную кислоту, снова промойте алюминий водой и прилейте 5-10 капель концентрированной азотной кислоты. Осторожно нагрейте пробирку на маленьком пламени спиртовки. Какой газ выделяется? Напишите уравнения реакции взаимодействия алюминия с концентрированной азотной кислотой при нагревании и составьте электронные уравнения.

В каких условиях происходит пассивирование алюминия? Как влияет пассивирование на коррозионную стойкость алюминия?

Опыт 4. Влияние хлорид- ионов на коррозию алюминия.

В две пробирки поместите по кусочку алюминия и добавьте в одну из них 5-8 капель раствора сульфата меди, а в другую - столько же раствора хлорида меди. В какой из пробирок алюминий быстрее покрывается налётом меди? Напишите уравнения соответствующих реакций. Объясните влияние хлорид-ионов на коррозию алюминия.

Опыт 5. Получение гидроксида алюминия и исследование его свойств.

В две пробирки внесите по 2-3 капли раствора соли алюминия и по 2-3 капли 2 М раствора едкого натра до образования осадка гидроксида алюминия. В одну пробирку к полученному осадку прибавьте 3-5 капель 2 М раствора соляной кислоты, в другую- столько же 2 М раствора едкого натра. Что происходит в обоих случаях? Напишите уравнения всех происходящих реакций в молекулярном и ионном виде.

Сделайте вывод о свойствах гидроксида алюминия.

Опыт 6. Гидролиз солей алюминия.

6.1. В две пробирки внесите по 5-6 капель растворов солей: в первую- хлорида алюминия, во вторую- сульфата алюминия. В каждую пробирку добавьте по 1-2 капли нейтрального раствора лакмуса. Отметьте, как изменилась окраска лакмуса. Какую реакцию среды показывает раствор?

Напишите уравнения гидролиза обеих солей в молекулярном и ионном виде по первой ступени.

6.2.Получите в пробирке карбонат алюминия посредством прибавления 2-3 капель раствора карбоната натрия к такому количеству раствора соли алюминия. Затем к карбонату алюминия добавьте несколько капель воды. Какой газ выделяется? Почему в данном случае гидролиз идёт до конца?

Напишите уравнения гидролиза в молекулярном и ионном виде.

Опыт 7. Растворение алюминия в щелочах.

В пробирку положите немного алюминиевых стружек и прилейте разбавленный раствор гидроксида натрия. Что наблюдается?

Напишите уравнение реакции. Можно ли в алюминиевой посуде нагревать раствор соды?

3. p-Элементы IV группы

Опыт 1. Адсорбционные свойства угля.

Поместите в пробирку 3-4 микрошпателя измельченного угля и прилейте разбавленный раствор чернил до 1/3 объёма пробирки. Закройте пробирку пробкой и энергично встряхивайте её содержимое в течение 1-2 минут. Дайте частичкам угля осесть и отметьте наблюдения.

Опыт 2. Гидролиз карбоната и гидрокарбоната натрия.

Внесите в две пробирки по 5-8 капель нейтрального раствора лакмуса или фенолфталеина. В одну пробирку добавьте 1-2 микрошпателя карбоната натрия или калия, в другую- столько же соответствующего гидрокарбоната. Отметьте различие в окраске лакмуса. Какая соль гидролизуется сильнее?

Напишите уравнения реакций гидролиза данных солей. Напишите выражения констант гидролиза и, используя справочную литературу, вычислите величину соответствующих констант гидролиза.

Опыт 3. Получение кремниевой кислоты.

В пробирку с 4-5 каплями концентрированной соляной кислоты (пл. 1,19 г/см³) прибавьте 1-2 капли насыщенного раствора силиката натрия. Полученный прозрачный раствор представляет собой так называемый золь кремниевой кислоты - её коллоидный раствор.

Напишите уравнение реакции получения кремниевой кислоты. Полученный золь нагрейте на малом пламени спиртовки. Наблюдайте образование геля в виде студневидной массы.

Опыт 4. Гидролиз силиката натрия.

В пробирку с 5-6 каплями раствора силиката натрия добавьте 5 капель дистиллированной воды и 1-2 капли спиртового раствора фенолфталеина. Что наблюдается? На избыток какого иона указывает окраска фенолфталеина?

Напишите в молекулярной и ионной форме уравнение реакции силиката натрия с водой.

Опыт 5. Взаимодействие олова с кислотами.

В пять пробирок внесите по маленькому кусочку металлического олова. В первую добавьте 5-10 капель 2 М соляной кислоты, во вторую- 2 М серной кислоты, в третью - концентрированной азотной кислоты, в четвертую- разбавленной азотной кислоты, в пятую концентрированной серной кислоты. Отметьте, что наблюдается в каждом случае.

Напишите соответствующие уравнения реакций, учитывая, что в реакции с концентрированной серной кислотой олово окисляется до сульфат олова(IV). При взаимодействии олова с концентрированной азотной кислотой образуется оловянная кислота сложного состава xSnO_2*yH₂O, а с разбавленной азотной - нитрат олова(II).

Опыт 6. Получение и свойства гидроксида олова(II).

К 5-6 каплям раствора хлорида олова(II) добавьте по каплям раствор гидроксида аммония до образования осадка. Исследуйте свойства полученного гидроксида олова. Для этого раствор с осадком гидроксида олова разделите на две пробирки, в одну пробирку добавьте 3-5 капель 2 М раствора соляной кислоты, а в другую - 2 М раствора гидроксида натрия до растворения осадка. Напишите уравнения всех происходящих реакций в молекулярном и ионном виде и сделайте вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида олова(II).

Опыт 7. Восстановительные свойства соединений двухвалентного олова.

Внесите в пробирку 5-10 капель раствора хлорида олова(II) и 4-5 капель соляной кислоты. К полученному раствору постепенно, по одной капле, добавляйте бихромат калия. Наблюдайте появление в растворе зелёной окраски, характерной для иона Cr³⁺.

Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение реакции.

Опыт 8. Отношение свинца к разбавленным кислотам.

В три пробирки положите по маленькому кусочку свинца и прилейте по 5-8 капель 2 М растворов кислот: в первую- соляной, во вторую- серной, в третью- азотной. Что наблюдается? Нагрейте пробирки на маленьком пламени спиртовки. Во всех ли пробирках идёт реакция? Поле охлаждения растворов добавьте к ним по 2-3 капли раствора иодида калия- реактива на ионы свинца Pb²⁺ . В какой из пробирок выпал жёлтый осадок иодида свинца?

На основании опыта сделайте вывод, в какой кислоте практически растворяется свинец? Напишите уравнения происходящих реакций.

Опыт 9. Окислительные свойства диоксида свинца.

В пробирку поместите один микрошпатель диоксида свинца и добавьте 3-5 капель концентрированной соляной кислоты( пл. 1.19 г/см³ ). Осторожно нагрейте на маленьком пламени спиртовки. Поднесите к горлышку пробирки полоску фильтровальной бумажки, смоченной раствором КI. Что наблюдается?

Напишите уравнение протекающей реакции.

4. p-Элементы V группы

Опыт 1. Получение аммиака.

Поместите в фарфоровый тигель по 2-3 микрошпателя хлорида аммония и гидрокида кальция и хорошо перемешайте их стеклянной палочкой(обратите внимание на запах смеси). Всыпьте смесь в сухую пробирку и подогрейте. К отверстию пробирки поднесите влажную лакмусовую бумажку. Как изменяется цвет бумажки и почему?

Затем к отверстию пробирки поднесите стеклянную палочку, смоченную концентрированной соляной кислотой. Что происходит?

Напишите уравнения протекающих реакций.

Опыт 2. Восстановительные свойства аммиака.

В пробирку внесите 2-3 капли перманганата калия и 2-4 капли 25% раствора аммиака. Смесь слегка подогрейте на маленьком пламени спиртовки. Что произошло с окраской раствора?

Напишите уравнение соответствующей реакции, учитывая, что аммиак окисляется в основном до свободного азота, а осадок представляет собой диоксид марганца MnO_2. Составьте уравнение реакции.

Опыт 3. Отношение солей аммония к нагреванию.