6. Перепишите уравнения аналитических реакций на ионы Fe3+ и Cl-, укажите признаки реакций.
Опыт 4. Восстановительные свойства магния в реакции с
кислородом
Описание опыта
Металлы при взаимодействии с кислородом образуют как правило оксиды. В зависимости от природы металла и его степени окисления это могут быть основные оксиды (например, СаО), амфотерные (Al2O3) или кислотные (CrO3). В данном опыте исследуется взаимодействие магния с кислородом и свойства полученного оксида.
Порядок выполнения
1. Возьмите тигельными щипцами кусочек магниевой стружки и внесите в пламя горелки.
2. Полученное вещество поместите в пробирку, прилейте 3-4 мл дистиллированной воды, добавьте 2-3 капли фенолфталеина и нагрейте.
Задание
1. Напишите уравнение реакции взаимодействия магния с кислородом и укажите признаки реакции. Какие свойства (окислителя или восстановителя) имеет магний в данной реакции?
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия оксида магния с водой и диссоциации гидроксида магния в растворе. Укажите признаки реакций. Оксид магния - основной, амфотерный или кислотный?
3. Выпишите из справочника значение Кs гидроксида магния и сделайте вывод о его растворимости.
Опыт 5. Восстановительные свойства металлов в
реакциях с неокисляющими кислотами
Порядок выполнения
1. Возьмите 4 пробирки и опустите в первую кусочек магния, во вторую - цинка, в третью - железа и в четвертую - меди.
2. В каждую пробирку налейте по 2-3 мл раствора H2SO4(2н).
Задание
1. Напишите уравнения проведенных реакций в молекулярном и ионном виде и укажите признаки реакций. Определите окислитель и восстановитель. Какие свойства проявляют металлы? Какой элемент (ион) является окислителем?
2. Сделайте вывод о том, какие металлы могут окисляться ионами водорода и какие - нет.
3. Расположите исследованные металлы в ряд по их активности.
Опыт 6. Восстановительные свойства металлов в
pеакциях с окисляющими кислотами (под тягой !)
Порядок выполнения.
1. В отдельные пробирки возьмите по кусочку цинка, железа и меди и прилейте по 2-3 мл раствора HNO3 (2н).
2. Аналогично проведите опыт с концентрированной HNO3.
3. Аналогично проведите опыт с концентрированной H2SO4.
Задание
1. Напишите уравнения реакций и расставьте коэффициенты, пользуясь методом электронно-ионного баланса. Укажите признаки реакций.
2. Определите, какие свойства (окислителя или восстановителя) имеют металлы в изученных реакциях. Какие элементы проявляют свойства окислителя?
3. Сделайте вывод, от каких факторов зависит состав продуктов реакции между металлом и окисляющей кислотой?
Опыт 7. Сравнительная активность металлов
Порядок выполнения
1. Налить в пробирку 2-3 мл раствора сульфата меди(II) и опустить в нее железную проволоку.
2. В две пробирки налить раствор сульфата железа(II). В одну из них опустить кусочек меди, в другую - магния.
Задание
1. Напишите уравнения проведенных реакций в молекулярном и ионном виде и укажите признаки реакций.
2. Сделайте вывод о том, в каких случаях реакция между металлом и солью другого металла возможна и в каких нет. Подтвердите вывод значениями Е0 соответствующих систем.
Опыт 8. Коррозия железа в присутствии меди в растворе
электролита
Описание опыта
Железо в контакте с медью в присутствии электролита образует гальванический элемент. Более активный металл – анод и будет растворяться. Менее активный металл является катодом. На катоде идет процесс восстановления растворенного кислорода (катодная деполяризация). Процессы идут при рН = 7. Продукты анодного и катодного процессов фиксируются с помощью аналитических реакций:
на аноде: Fe2+ + K3[Fe(CN)6] ® KFe[Fe(CN)6]¯ + 2K+
синий
на катоде: образующиеся ионы ОН- окрашивают фенолфталеин в малиновый цвет.
Порядок выполнения опыта.
1. В пробирке с дистиллированной водой растворить несколько кристалликов NaCl, прилить примерно 0,5 мл раствора K3[Fe(CN)6] и 3-5 капель раствора фенолфталеина. Перемешать полученный раствор.
2. Тщательно очистить наждачной бумагой медную и железную проволоки. Очищенные проволоки перевить между собой для того, чтобы образовалось много контактов между ними.
3. Осторожно опустить проволоки в пробирку с раствором. Пробирку после этого больше не встряхивать. Через несколько минут наблюдать появление окраски вокруг медной и железной проволок.
Задание
1. Запишите наблюдения.
2. Определите анод и катод в имеющемся в опыте гальваническом элементе и подтвердите это значениями Е0. Напишите уравнения анодного процесса и процесса катодной деполяризации. Объясните появление синего осадка около железной проволоки и малиновой окраски раствора около медной проволоки.
3. Сделайте вывод о скорости электрохимической коррозии.
4. Оформите отчет о лабораторной работе №6.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
УГЛЕРОД, КРЕМНИЙ И ОЛОВО
Цель работы: Ознакомление с некоторыми химическими свойствами неметаллов на примере свойств углерода, кремния и их соединений, имеющих большое значение в практике работы горных инженеров.
Оборудование: Кристаллические вещества: Na2CO3, NaHCO3, MgCO3, BaCO3, K2CO3, (NH4)2CO3, уголь активированный, стекло порошок, Sn. Растворы: Ca(OH)2, BaCl2, CaCl2, MgCl2, ZnCl2, Na2CO3, HCl (2н), индиго, Na2SiO3, HCl (10%), HCl (конц), SnCl2, Bi(NO3)3. Аппарат Киппа, лакмус синий и красный, универсальный индикатор, фенолфталеин, воронки, фильтры бумажные, стеклянные палочки, фарфоровые чашки.
Литература: Н.Л.Глинка. Общая химия. §§152-159, 178-189.
Теоретическая часть
Элементы IYA группы (C, Si, Ge, Sn и Pb) имеют 4 валентных электрона на ns2np2 подуровнях. Углерод и кремний - неметаллы со слабо выраженной способностью принимать и отдавать электроны. По мере увеличения порядкового номера элемента в подгруппе металлические свойства возрастают. Германий, олово и свинец - металлы с амфотерными свойствами. Устойчивые степени окисления элементов в неорганических соединениях - +2 и +4.
При обычных условиях углерод и кремний не проявляют заметной химической активности, но при нагревании их активность увеличивается и они могут реагировать с металлами и неметаллами.
Соединения углерода с металлами называются карбидами (например, СаС2 - карбид кальция), соединения кремния - силицидами (Mg2Si - силицид магния). С водородом С и Si образуют газообразные соединения - углеводороды и кремневодороды. При соединении с кислородом С и Si образуют два ряда соединений: СО и SiO - монооксиды углерода и кремния, которые относятся к несолеобразующим оксидам; СО2 и SiO2 - диоксиды углерода и кремния, относящиеся к кислотным оксидам.
Углекислый газ СО2 при растворении в воде образует слабую угольную кислоту:
CO2 + H2O = H2CO3
H2CO3 = H+ + HCO3- K1 = 4,5×10-7
HCO3- = H+ + CO32- K2 = 4,8×10-11
Диоксид кремния SiO2 - твердое вещество (минералы кварц, полевой шпат), в воде не растворяется. Соответствующие ему кремниевые кислоты общей формулы nSiO2×mH2O получаются косвенным путем. Кремниевая кислота H2SiO3 (то есть SiO2×H2O) - еще более слабая, чем угольная (K1=1,0×10-10) и вытесняется из солей в виде геля или золя (коллоидных растворов) даже при действии угольной кислоты. Соли угольной и кремниевой кислот сильно гидролизуются в водных растворах. Большинство солей угольной (карбонаты) и кремниевой (силикаты) кислот нерастворимы в воде.
Углерод и кремний в свободном состоянии являются восстановителями. Вода и разбавленные кислоты на них не действуют. Концентрированные азотная и серная кислоты окисляют углерод до СО2. Кремний подвергается действию только фтороводородной (плавиковой) кислоты НF. В отличие от углерода кремний реагирует со щелочами.
Олово также образует два ряда соединений: SnO и SnO2 - моно- и диоксид олова. Монооксид олова SnO и соответствующее ему основание Sn(OH)2 - амфотерные соединения. Гидроксид олова(IY) называется оловянной кислотой. Она известна в виде двух модификаций: a-оловянной и b-оловянной кислот. a-Оловянная кислота образуется при действии водного раствора аммиака на хлорид олова(IY). Она растворяется и в кислотах и в щелочах. b-Оловянная кислота образуется при окислении олова азотной кислотой, не взаимодействует с кислотами, но реагирует со щелочами, образуя соли - станнаты.
Олово хорошо растворяется в концентрированной HCl и несколько хуже - в разбавленной.
Экспериментальная часть
Опыт 1. Получение углекислого газа и насыщение им
воды
Порядок выполнения опыта
Получить в аппарате Киппа углекислый газ и пропустить его через налитую в пробирку дистиллированную воду. Через некоторое время определить рН насыщенной углекислым газом воды с помощью лакмуса.
Задание
1. Напишите уравнения реакций получения и очистки углекислого газа в аппарате Киппа. Нарисуйте схему аппарата Киппа. Какие вещества можно получить в аппарате Киппа?
2. Напишите уравнения реакции взаимодействия углекислого газа с водой и диссоциации угольной кислоты. Укажите рН полученного раствора и цвет лакмуса в воде, насыщенной углекислым газом.
3. Выпишите из справочника значения рКа угольной кислоты. Угольная кислота сильная или слабая?
Опыт 2. Образование карбоната и гидрокарбоната
кальция
Порядок выполнения