2 HCl(CaCl2) + Сa(OH)2 =СаСl2 + 2H2О
2HCl(CaCl2) + CaO =CaCl2 + H2О
2HCl(CaCl2) + СaCO3 = СаСl2 + CО2 + H2О
Осадки Са(OH)2, СаО, CaCO3 после фильтрования использовать для нейтрализации кислых смесей. Для этого поместить осадки в двух – или трехлитровую банку с надписью: «Нейтрализатор кислых смесей». Сюда в дальнейшем сливать все щелочные смеси, образующиеся в ходе экспериментов, а также трудно перерабатываемые смеси солей тяжелых металлов, например, смесь Рb(NO3)2, СuSO4. В щелочной среде катионы солей образуют нерастворимые осадки:
Pb(NO3)2 + Ca(OH)2 =Pb(OH)2 + Сa(NO3)2
CuSO4+ Ca(OH)2=Сu(OH)2+CaSO4
Лабораторная работа №2
Химический эксперимент по теме: "Галогены"
Опыт 1. Получение хлорной воды. Обесцвечивание хлором красящих веществ
Оборудование и реактивы: Штатив с двумя лапками, пробирка Вюрца с пробкой и газоотводной трубкой, хлоркальциевая трубка, зажим, U-образная трубка, резиновые трубки, кристаллы перманганата калия, соляная кислота (конц.), синий лакмус, вата, активированный уголь, шпатель, ложечка для сжигания.
Ход работы: В U-образную трубку наливают дистиллированной воды (1/5 объема) и опускают полоску синей лакмусовой бумаги. Правое колено U-образной трубки закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь (снизу и сверху комочек ваты). U-образную трубку закрепляют в лапке штатива. Пробирку Вюрца с перманганатом калия закрепляют во второй лапке штатива, и соединяют с U-образной трубкой. К перманганату калия (1–2 ложечки для сжигания) добавляют концентрированной соляной кислоты (2–2,5 мл), быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор (зеленоватая окраска на белом фоне) проходит в U-образную трубку, вытесняет воздух, пробулькивает через воду, уровень воды в правом колене повышается. Хлор частично растворяется в воде, образуя хлорную воду (смесь хлорноватистойи хлороводородной кислот). Лакмус вначале краснеет, а затем обесцвечивается. Остатки хлора проходят в хлоркальциевую трубку, где адсорбируются на поверхности активированного угля. Объяснить наблюдаемые явления, выразить все процессы уравнениями реакций.
Техника безопасности: Установку после опыта переносят под вытяжку, разбирают, заливают известковой водой, затем моют. При отсутствии вытяжного шкафа указанные действия выполняют на улице.
Утилизация: В пробирке – реакторе идет процесс:
В описываемом опыте в U-образной трубке получилась хлорная вода, которую следует слить в темную склянку и использовать для опытов в качестве растворенного в воде хлора:
а) 2KI+Cl2 = I2 +2KCl б) 2KBr + Cl2 = Br2 +2KCl в) Cl2+Na2S = S +2NaCl
В пробирке (а) образуется йодная вода – использовать в органической химии для обнаружениянепредельных углеводородов. В пробирке (б) образуется бромная вода – также использовать для обнаружения непредельных углеводородов. Содержимое пробирки (в) слить в нейтрализатор.
Оставшаяся после реакции с избытком кислоты в пробирке-реакторе жидкая смесь MnCI2, KCl, HCl разбавляется небольшим количеством воды, затем нейтрализуется до образования осадка вначале известковым молоком, а затем известковой водой с фенолфталеином до слабого малинового окрашивания: 2HCl+Ca(OH)2 = CaCl2+2H2O иMnCl2+Ca(OH)2 = Mn(OH)2¯+CaCl2. Хлор также поглощается гидроксидом кальция:
2CI2 + 2Ca(OH)2 = CaCI2 + Ca(CIO)2 + 2H2O.
Дать осадку отстояться, надосадочную жидкость слить в нейтрализатор, осадок 2–3 раза промыть декантацией, промывные воды слить в раковину. Затем осадок отделить фильтрованием. Оставить влажный Mn(OH)2 на воздухе, он постепенно буреет вследствие окисления, протекающего по схеме: 2Mn(OH)2 + O2 +2H2O =2Mn(OH)4.
Гидроксид марганца (IV) вновь можно использовать для получения хлора при нагревании с концентрированной соляной кислотой:
Mn(OH)4 +4HCl = MnCl2 +Cl2+4H2O.
Опыт 2. Получение хлора. Демонстрация окраски
Оборудование и реактивы: Пробирка демонстрационная, хлоркальциевая трубка с активированным углем, шпатель, перманганат калия кристаллический, концентрированная соляная кислота.
Ход работы. Хлор получают взаимодействием перманганата калия с соляной кислотой в демонстрационной пробирке. Помещают 0,5 ложечки для сжигания KMnO4 в пробирку и заливают соль соляной концентрированной кислотой. Быстро закрывают пробирку пробкой с трубкой и активированным углем. Наблюдают на белом фоне зеленоватую окраску хлора.
Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой или на улице, вылив содержимое в кристаллизатор с известковой водой.
Примечание. В подобной установке можно демонстрировать окрашенные токсичные продукты реакции, например, окраску оксида азота (IV), а также проводить любые эксперименты с выделением токсичных газов и паров. Следует использовать эту установку и для выполнения лабораторных опытов учащимися с токсичными веществами.
Опыт 3. Получение хлороводорода реакцией обмена и растворение его в воде
Оборудование и реактивы: Пробирки, пробка с газоотводной трубкой, U-образная трубка, пробка со стеклянной трубкой и активированным углем, спиртовка, спички, кристаллический хлорид натрия, вода дистиллированная, раствор серной кислоты (3:2), синяя лакмусовая бумага, штатив с лапками, резиновые прокладки, шпатель, ложечка для сжигания.
Ход работы: Помещают в пробирку-реактор хлорид натрия (2–3 ложечки для сжигания) и смачивают раствором серной кислоты с небольшим количеством ее над солью. Хлороводород при этом не выделяется. Спокойно закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой, которую соединяют с U-образной трубкой, где налита вода (1/5 ее объема) и находится лакмусовая бумага. Другое колено U-образной трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой и активированным углем. Пробирку-реактор прогревают и сильно нагревают верхнюю часть реакционной смеси. Уровень воды в правом колене вначале несколько повышается, наблюдается пробулькивание пузырьков воздуха. По мере увеличения содержания хлороводорода в газовой смеси пробулькивание газов замедляется, затем может прекратиться совсем даже при нагревании пробирки-реактора. При несильном нагревании можно наблюдать втягивание жидкости из левого колена в правое колено U-образной трубки. Эти явления можно объяснить интенсивным растворением хлороводорода в воде. Лакмусовая бумага краснеет. Реакционную массу нагревают до слабого кипения в течение 1–1,5 мин. За это время в U-образной трубке образуется соляная кислота достаточной концентрации для проведения опытов с цинком, оксидом магния, карбонатом натрия и т.д. Избыток хлороводорода полностью поглощается адсорбентом, воздух в кабинете химии остается чистым. Написать уравнение реакции, объяснить условия течения реакции.
Техника безопасности: 1. При нагревании смеси не держать спиртовку руками под пробиркой-реактором. 2. По окончании получения хлороводорода нагревание прекращают. Пробку с адсорбентом снимают с U-образной трубки и закрывают ею пробирку-реактор для поглощения остаточного хлороводорода. 3. Установку мыть под вытяжкой после полного остывания системы, залив детали прибора известковой водой.
Утилизация: Соляную кислоту слить в склянку и использовать в лаборатории. В реакционной пробирке остается смесь сульфата и хлорида натрия, а также серная кислота. Эту смесь после растворения в воде можно использовать для обнаружения сульфат-ионов, демонстрации кислой среды с разными индикаторами. Смесь можно также использовать для демонстрации свойств серной кислоты: H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2;H2SO4 + MgO =MgSO4 + H2O; H2SO4 + Cu(OH)2 = CuSO4 + 2H2O
После проведения названных демонстраций, содержимое переносят в емкость-нейтрализатор. Аналогично поступают после проведения качественной реакции на сульфат-ион: H2SO4 + BaCI2 = 2HCI + BaSO4. Содержащиеся в реакционной смеси другие ионы не мешают проведению указанных процессов.
В случае накопления больших количеств отработанной смеси, ее нейтрализуют известковым молоком и затем известковой водой до нейтральной среды с фенолфталеином. Все сливают в раковину, так как в смеси отсутствуют токсичные вещества.
Опыт 4.Взаимодействие хлора с железом и сурьмой
Оборудование и реактивы: Штатив с двумя лапками, резиновые прокладки, две пробирки Вюрца, три пробки, одна из которых с двумя отверстиями, резиновые трубки, хлоркальциевая трубка, стеклянные трубки, спиртовка, спички, перманганат калия, соляная кислота концентрированная, железо восстановленное, порошок сурьмы, сухой речной песок, уголь активированный, шпатель.