Задачи и упражнения.

1. Какие простые вещества могут быть взяты в качестве восстановителей для получения бора из его оксидов?

2. Объясните характер изменения ΔН_о6р в ряду:

BF₃ – ВСl₃ – ВВг₃ – ВI₃

3. Определите тепловой эффект (кДж) сгорания 6,05 л (н.у.) диборана на воздухе. Установите, является ли эта реакция обратимой при 298 К.

4. Длина связи В–F в BF₃ составляет 0,129 нм, а в – 0,143 нм. Как объяснить этот экспериментальный факт?

5. Сколько 65%-ного раствора азотной кислоты (плотность 1,4 г/см₃) требуется для окисления 5,4 г аморфного бора? Сколько граммов борной кислоты при этом получается?

(Ответ: 103,8 мл; 30,9 г)

6. Сколько 20%-ного раствора едкого натра (ρ=1,22 г/см₃) потребуется для нейтрализации 3,1 г борной кислоты? Сколько граммов соли при этом получится?

(Ответ: 4,1 мл; 2,53 г)

7. Вычислите ΔG процессов взаимодействия А1₂О_3(к) и В₂О_3(к) с СаО_(к). Какой из оксидов проявляет кислотные свойства в большей степени и как это согласуется с положением бора и алюминия в Периодической системе?

8. Сколько граммов гидроксида алюминия можно растворить в литре воды при 25°С, если произведение растворимости при этой температуре равно 1,9·10_–33?

(Ответ: 2,18·10_–7 г)

9. Почему алюминий растворяется в водном растворе карбоната натрия? Написать уравнение реакции.

10. Какой раствор нельзя кипятить в алюминиевой посуде: нитрата натрия, нитрата ртути, соды, хлорида калия? Ответ обосновать, написав уравнения реакций.

11. Раствор, содержащий сульфат алюминия и ацетат натрия, прокипятили. Какое вещество выпало при этом в осадок? Написать уравнение реакции.

12. При сгорании алюминия массой 9 г в кислороде выделилось 274,25 кДж теплоты. Определите теплоту образования оксида алюминия (III).

(Ответ: 1645,50 кДж/моль.)

13. Какое количество 1 М раствора гидроксида натрия потребуется для перевода всего алюминия из 100 мл 30% раствора хлорида алюминия (ρ = 1,3 г/см₃) в гидроксид алюминия; в алюминат натрия?

(Ответ: 0,876 л; 1,17 л.)

14. Какой из указанных оксидов является наиболее сильным окислителем: Ga₂O₃, In₂O₃, Т1₂О₃?

15. Объясните резкое различие температур плавления GaF₃ (1000 °С) и GaCl₃ (78 °С), InF₃ (1172 °С) и 1nСl₃ (586 °С).

16. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса для реакции при 298 К:

МС1_{3 (т)} + 2М _(т) = 3 МС1_(т),

где М= In, T1. Сделайте вывод об относительной устойчивости степени окисления (+1) и (+3) для обоих элементов.

(Ответ: +50 кДж/моль, - 261 кДж/моль.)

17. Написать уравнение реакции хлорида таллия (1) с бромом в щелочной среде.

18. Написать уравнение реакции образования комплексных катионов и анионов, исходя из гидроксида галлия и принимая его координационное число равным шести.

19. Закончить уравнения реакций:

ТlСl₃ + HI →

Тl₂О₃ + HNO₃ →

20. Вычислить растворимость Тl₂СгO₄, если значение ПР этой соли при 20 °С равно 9,8·10_–13.

(Ответ: 6,26·10_–5моль/л.)

Лабораторная работа № 4. Элементы iva группы. Углерод, кремний.

Опыт 1. Адсорбционные свойства угля.

а) Прокипятить в пробирке разбавленный раствор индиго с порошком активированного угля. Уголь отфильтровать. Обратить внимание на цвет фильтрата.

б) Наполнить сухую пробирку оксидом азота (IV).

Насыпать в пробирку с газом ложечку активированного угля, пробирку закрыть пробкой и хорошо встряхнуть. Обратите внимание на цвет газа в пробирке. Объяснить наблюдаемые явления.

Опыт 2. Получение оксида углерода (IV) и его свойства.

Зарядить аппарат Киппа для получения оксида углерода (IV). Наполнить три сухих цилиндра ёмкостью на 100 мл газом.

а) В один из цилиндров опустить горящую лучинку. Что происходит?

Перелить из этого цилиндра оксид углерода (IV) в чистый цилиндр и испытать горящей лучинкой. В каком цилиндре находится оксид углерода (IV)? Объясните наблюдаемое явление.

б) Во второй цилиндр с оксидом углерода (IV) при помощи тигельных щипцов быстро внести ленту горящего магния. Что происходит? Написать уравнения реакций.

в) В третий цилиндр внести ложечку с зажженным на воздухе красным фосфором. Объяснить наблюдаемое явление. Написать уравнение реакции.

г) Насытить дистиллированную воду в пробирке оксидом углерода (IV) и испытать раствор индикаторной бумажкой. Прокипятить раствор и снова испытать его на индикатор. Результат объяснить. Написать уравнения реакций.

д) Наполнить пробирку оксидом углерода (IV). Быстро налить в нее 1-2 мл 2 М раствора щелочи. Закрыть пробирку большим пальцем и хорошо встряхнуть. Затем, не отнимая пальца, опустить пробирку в кристаллизатор с водой и открыть пробирку. Что происходит? Почему? Написать уравнения реакций.

Опыт 3. Превращение карбоната в гидрокарбонат.

Пропустить в пробирку с гидроксидом кальция оксид углерода (IV). Наблюдать образование осадка карбоната и растворение его при дальнейшем пропускании оксида углерода (IV). Написать уравнения реакций.

Опыт 4. Разложение карбонатов и гидрокарбонатов.

а) Подействовать в отдельных пробирках разбавленной (серной, соляной и азотной) кислотой на растворы различных карбонатов и гидрокарбонатов. Написать уравнения реакций. Как обнаружить в растворе карбонат-ион?

б) Испытать отношение карбонатов различных металлов к нагреванию. Для этого прокалить в пробирках с газоотводными трубками следующие соли: гидроксокарбонат меди, гидрокарбонаты кальция и натрия, карбонат натрия. Все ли карбонаты разлагаются с выделением углекислого газа? Выделяющийся газ пропустить в пробирку с гидроксидом кальция. Написать уравнения реакций.

Опыт 5. Получение и свойства оксида углерода (II).

Опыт проводить под тягой и при опущенном стекле!

а) Поместить в пробирку немного щавелевой кислоты и добавить 1-2 мл концентрированной серной кислоты. Закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Пробирку укрепить в лапке штатива. Конец газоотводной трубки опустить в воду и подвести под пробирку (приемник), наполненную раствором щелочи. Осторожно нагревая пробирку со смесью кислот, собрать оксид углерода (II) в приемник. Вынуть пробирку из кристаллизатора и поджечь оксид углерода. Каков цвет пламени? Написать уравнения реакций.

б) Пробирку с подкисленным серной кислотой раствором перманганата калия немного нагреть и пропустить в него оксид углерода. Наблюдать обесцвечивание раствора перманганата. Написать уравнение реакции.

Опыт 6. Получение силанов и кремния (тяга!).

Поместить в ступку одну ложечку оксида кремния (IV) и две ложечки магниевого порошка. Растереть взятые вещества в ступке и пересыпать смесь в сухую пробирку. Взять пробирку в держатель. Сначала осторожно прогреть всю пробирку, затем сильно нагреть смесь с ее верхней части. Нагревание прекратить, как только смесь раскалится, так как реакция протекает очень энергично и быстро распространяется по всей массе смеси. После охлаждения пробирки положить ее на лист бумаги и разбить молотком. Налить в стакан около 25 мл 2 М раствора соляной кислоты и маленькими порциями бросать полученную массу в кислоту. Наблюдать образование силанов, их воспламенение на воздухе и выпадение осадка кремния. Стакан с осадком сохранить для опыта 7. Написать уравнения реакций.

Опыт 7. Свойства кремния.

Оставшийся после опыта 6 раствор с осадком, кипятить до полного разложения силицида магния. Осадок кремния отфильтровать, промыть на фильтре с водой. Испытать отношение кремния к концентрированной соляной кислоте и концентрированному раствору щелочи на холоде и при нагревании. Написать уравнения реакций.

Опыт 8. Получение гидрогеля кремниевой кислоты.

Налить в пробирку 5 мл концентрированного раствора силиката натрия. Прибавить к нему 2-2,5 мл раствора (1:1) соляной кислоты и хорошо перемешать жидкость стеклянной палочкой. Наблюдать выделение кремниевой кислоты в виде геля (студня). Написать уравнение реакции.

Опыт 9. Вытеснение кремниевой кислоты из соли.

В раствор силиката натрия пропускать углекислый газ из аппарата Киппа. Наблюдать через некоторое время образование геля кремниевой кислоты. Написать уравнение реакции. Какая из кислот, кремниевая или угольная, является более сильным электролитом?

Опыт 10. Получение малорастворимых солей кремниевой кислоты.

Налить в стакан 100-150 мл 20%-ного раствора силиката натрия. Бросить в него кристаллики солей меди, кобальта, никеля, марганца и железа. Через некоторое время кристаллики начинают изменять свою форму: из них поднимаются окрашенные образования в виде водорослей. Объяснить это явление, имея в виду, что на поверхности кристаллов образуется полупроницаемая пленка из силиката соответствующего металла.

Опыт 11. Получение кремнефтористоводородной кислоты (тяга!).

С мешайте на бумаге 5 г оксида кремния (IV) с 5 г фторида кальция. Собрать прибор по рис. 3. Колба Вюрца (1) , емкостью 50 мл, соединить при помощи Г-образной трубки (2) с воронкой (3). В стакан (4) налить 20-25 мл дистиллированной воды и опустить воронку в стакан так, чтобы она касалась поверхности воды. Внести в колбу Вюрца смесь оксида кремния (IV) и фторида кальция, добавить 15 мл концентрированной серной

кислоты, закрыть колбу пробкой и нагревать. Что при этом наблюдается? Какой газ выделяется из-под воронки? Какое вещество выпадает в осадок? Что представляет собой полученный раствор? Сохранить его для опыта 12. Написать уравнения реакций.

Опыт 12. Свойства кремнефтористоводородной кислоты.

а) Испытать действие раствора кремнефтористоводородной кислоты на различные индикаторы.

б) Изучить взаимодействие раствора кислоты с Mg и Zn.