2824

2

УДК 630*81

Дмитренков, А.И. Неорганическая химия [Текст]: методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 19.03.01 - Биотехнология, профиль – Промышленная экология / А.И. Дмитренков, Л.И. Бельчинская, Л.А. Новикова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 26 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от г.)

Рецензент: канд. хим. наук, доцент кафедры неорганической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Ю. С. Перегудов

Научный редактор канд. техн. наук, доц. А. И. Дмитренков

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……….………..………..………..………..………..………..……………. 4 Техника безопасности при выполнении лабораторных работ ………………...... 4 Лабораторная работа № 1. Свойства элементов I группы периодической системы Д.И. Менделеева …………………………………………………………….. 6 Лабораторная работа № 2. Свойства элементов II группы периодической системы Д.И. Менделеева …………......................................................................... 9

Лабораторная работа № 3. Свойства элементов III группы периодической системы Д.И. Менделеева …………………………………………………………. 11 Лабораторная работа № 4. Свойства элементов IV группы периодической системы Д.И. Менделеева …………………………………………………………….. 12 Лабораторная работа № 5. Свойства элементов V группы периодической системы Д.И. Менделеева ...……………... …………………………………………... 14 Лабораторная работа № 6. Свойства элементов VI группы периодической системы Д.И. Менделеева ………………………………………………………… 17 Лабораторная работа № 7. Свойства элементов VII группы периодической системы Д.И. Менделеева ………………………………………………………… 19 Лабораторная работа № 8. Свойства элементов VIII группы периодической системы Д.И. Менделеева ………………………………………………………… 21 Библиографический список ……………………………………………………….. 25

4

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания предназначены для бакалавров лесопромышленного факультета по направлению подготовки 19.03.01 - «Биотехнология» профиль – Промышленная экология при изучении дисциплины «Неорганическая химия» и содержат лабораторные работы по данному курсу.

Целью изучения дисциплины «Неорганическая химия» является освоение основ современных представлений о строении и свойствах неорганических соединений.

Дисциплина «Неорганическая химия» способствует более глубокому усвоению курсов «Органическая химия», «Экология полимерных композиционных материалов» и др.

При самостоятельной подготовке к лабораторной работе студент должен составить конспект лабораторной работы и изучить теоретический материал по соответствующему разделу курса «Неорганическая химия». Для получения допуска к лабораторной работе студент представляет конспект и отвечает на вопросы преподавателя по теории и порядку выполнения опытов.

Оформление отчета по лабораторной работе студент выполняет по следующей форме:

1)тема работы;

2)название опыта;

3)химизм опыта: уравнения реакций;

4)необходимые расчеты определяемых показателей;

5)выводы: что наблюдалось, объяснение причины явления и итогов проведенных расчетов.

Отчет по лабораторной работе сдается преподавателю, при этом студент должен уметь ответить на вопросы по теме лабораторной работы.

Техника безопасности при выполнении лабораторных работ

Перед лабораторной работой изучите теоретический раздел и описание лабораторной работы. Покажите преподавателю конспект теоретической и практической части лабораторной работы. Сдайте преподавателю допуск для проведения лабораторной работы.

Уясните технику выполнения лабораторной работы.

Всоответствии с техникой безопасности запрещается:

брать реактивы больше требуемого количества;

неизрасходованные или взятые в избытке реактивы возвращать обратно в склянки (их надо сдать лаборанту);

5

загромождать рабочее место (во время работы на лабораторном столе должны находиться только необходимые приборы, реактивы и лабораторная тетрадь);

уносить приборы, реактивы общего пользования на свое рабочее место.

путать пробки от склянок.

принимать пищу в химической лаборатории.

Необходимо выполнять следующие требования.

Перед началом работы следует ополоснуть чистую посуду дистиллированной водой над раковиной, затем при необходимости высушить еѐ.

После окончания работы следует тщательно вымыть посуду, кюветы и вытереть фильтровальной бумагой корзину для кювет.

Склянки и реактивы должны находиться в определенном месте, их нельзя переносить на другие столы.

Следует работать без лишней торопливости, не проливать и не просыпать реактивы, если все же это случилось, нельзя сливать загрязненный реактив обратно в склянку с чистым реактивом, а следует собрать его и передать лаборанту; стол (или другой запачканный предмет) нужно вымыть и вытереть.

Бросать бумагу, бытовое стекло и другие предметы можно только в специальные сосуды и мусорницы.

Если во время работы будет пролита в большом количестве кислота или другой раствор, нужно тотчас сообщить о случившемся лаборанту.

Удалять растворы нужно быстро, так как эти реактивы портят стол и другие предметы, и осторожно, чтобы не прожечь одежду и не повредить руки.

При всех несчастных случаях необходимо тотчас обращаться к лаборанту или преподавателю.

При работе с электроприборами необходимо соблюдать следующие правила:

1.Работу с приборами можно начинать только после тщательного ознакомления с инструкцией по их эксплуатации.

2.Включать приборы только в сеть переменного тока с напряжением 220 В.

3.Электроприборы должны располагаться на лабораторном столе таким образом, чтобы химические реактивы не попадали на них, а также в электрическую розетку.

4.Если произошло замыкание электроустановки или возник пожар, необходимо немедленно обесточить прибор. Тушить пожар следует песком и огнезащитной тканью.

5.Приборы должны иметь рабочую изоляцию, элемент для заземления.

6.В электроприборах имеются элементы, находящиеся под напряжением, поэтому запрещается самостоятельно вскрывать и ремонтировать их, а также работать с неисправными приборами.

6

7. После окончания работы необходимо отключить прибор от сети.

Лабораторная работа № 1

Тема: СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ І ГРУППЫ

ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться со свойствами s и d –элементов I группы периодической системы Д.И, Менделеева.

Приборы, посуда и реактивы

Все лабораторные опыты выполняются полумикрометодом, что предусматривает работу с малым количеством веществ. Разбавленные растворы кислот и щелочей с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/дм3: серной, соляной и азотной кислот, гидроксидов натрия и аммония. Концентрированные растворы: гидроксида натрия (ρ = 1,43 г/см3), гидроксида аммония (25 % мас.), серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3), азотной кислоты (ρ = 1,4 г/см3), соляной кислоты (ρ = 1,18 г/см3). Растворы солей с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/дм3: сульфаты натрия и меди (II); тиосульфат натрия, йодид калия. Раствор глюкозы. Кристаллы: карбонат натрия, гидрокарбонат натрия.

Металлы: медь (стружка, проволока).

Вода дистиллированная. Раствор лакмуса. Электролизѐр, преобразователь напряжения, спиртовка.

Опыт 1. Гидролиз карбонатов натрия

Порядок выполнения работы

В три пробирки внесите 6-7 капель дистиллированной воды и 5 капель нейтрального раствора лакмуса. В первую пробирку внесите несколько кристалликов Na2CO3, во вторую пробирку такое же количество NaHCO3. Третью пробирку оставьте для сравнения. Растворы перемешайте. Сравнить окраску лакмуса в растворах солей с его окраской в третьей пробирке.

Запись данных опыта. Напишите ионные и молекулярные уравнения реакций. Объясните, почему оттенок окраски лакмуса в растворах данных солей различен? Укажите, какая среда в растворах солей?

Опыт 2. Электролитическое получение гидроксида натрия

Заполните электролизѐр раствором сульфата натрия. В оба отверстия электролизера добавьте по 5 капель нейтрального раствора лакмуса и опустите графитовые электроды, предварительно очищенные наждачной бумагой и промытые

7

дистиллированной водой. Подсоедините электролизѐр к преобразователю напряжения. Пропустите электрический ток. Наблюдайте изменение цвета раствора электролита и выделение газа. Около какого электрода образуется гидроксид натрия?

Запись данных опыта. Опишите свои наблюдения. Напишите уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде и общее уравнение электролиза. Сравните окраску лакмуса около катода и анода и дайте этому объяснение.

Опыт 3. Отношение меди к кислотам.

Опыты проводить под тягой! В три пробирки поместить по кусочку меди и прибавить по 5-6 капель разбавленных HCl, H2SO4, HNO3. В три другие пробирки внести по кусочку меди и 5-6 капель H2SO4 (ρ = 1,84 г/см3), HNO3 ( ρ = 1,4 г/см3) и HCl (ρ = 1,19 г/см3 ). Опыты провести без нагревания и при нагревании (осторожно!).

В этих опытах следует обратить внимание на то, что медь в ряду напряжения металлов располагается после водорода и вследствие этого является слабым восстановителем. Медь растворяется в разбавленной HNO3 c выделением NO, в концентрированной H2SO4 с выделением SO2, в концентрированной HNO3 с выделением NO2.

Запись данных опыта. Напишите уравнения реакций, используя метод элек- тронно-ионных уравнений. Отметьте цвет выделяющихся газов. Присутствие какого иона окрашивает растворы в сине-голубой цвет?

Опыт 4. Получение и свойства гидроксида меди

Внесите в 5 пробирок 3 – 4 капли раствора сульфата меди (II) и столько же раствора щелочи. Отметьте цвет выпавшего осадка гидроксида меди (II). Первую пробирку с Cu(OH)2 осторожно нагрейте. Как изменяется цвет осадка, учитывая что образуется оксид меди (II)? Во вторую пробирку добавить 5-6 капель раствора серной кислоты (соляной), а в третью пробирку столько же раствора щѐлочи. В каком случае происходит растворение осадка? В четвѐртую пробирку с Cu(OH)2 добавьте избыток концентрированного раствора щѐлочи до растворения осадка. Отметьте цвет образовавшегося купрата Na2[Cu(OH)4]. Затем в эту же пробирку добавьте дистиллированную воду, наблюдая при этом выделение Cu(OH)2. Это свидетельствует о неустойчивости и очень слабых кислотных свойствах Cu(OH)2. В пятую пробирку с гидроксидом меди (II) по каплям добавьте концентрированный раствор гидроксида аммония до растворения осадка. В результате данной реакции образуется гидроксид тетраамминмеди (II). Какой ион обуславливает цвет полученного комплексного соединения?

Запись данных опыта. Опишите свои наблюдения. Напишите уравнения наблюдаемых реакций в молекулярном и ионном видах. Сделайте вывод о свойствах гидроксида меди (II). . Какой гидроксид Cu(OH)2 или [Cu(NH3)4](OH)2 проявляет более основные свойства?

8

Опыт 5. Окислительные свойства иона Cu2+

В пробирку внесите 4-5 капель раствора сульфата меди (II) и добавьте 2-3 капли йодида калия. Отметьте изменение окраски раствора и выпадение осадка Cu2I2. Выделившийся йод восстановите, внеся в пробирку 4-5 капель тиосульфата натрия. При этом образуется тетратионат натрия Na2S4O6. На дне пробирки останется белый осадок Cu2I2.

Запись данных опыта. Опишите свои наблюдения. Напишите уравнения наблюдаемых реакций в молекулярном и ионном видах.

Опыт 6. Получение и свойства гидроксида меди (I)

Внесите в пробирку 5-6 капель раствора CuSO4 и добавьте 10 капель раствора NaOH и 5-6 капель раствора глюкозы C6H12O6. Смесь хорошо перемешайте стеклянной палочкой и осторожно нагрейте. Наблюдайте образование желтооранжевого осадка гидроксида меди (I), очень быстро переходящий в красный оксид Cu2O. Добавьте к полученному оксиду по каплям раствор аммиака до растворения Cu2O.

Запись данных опыта. Напишите уравнение реакции получения Cu2O, учитывая, что при этом образуется глюконовая кислота C6H12O7. Укажите какое вещество является окислителем и какое восстановителем? Запишите уравнение растворения оксида меди (I), учитывая, что образуется комплекс [Cu(NH3)2]ОН. Дайте ему название.

Вопросы для самоконтроля и повторения

1.Электронное строение атомов щелочных металлов и металлов подгруппы меди.

2.Получение металлов главной и побочной подгруппы.

3.Свойства металлов главной и побочной подгруппы.

4.Основные соединения щелочных металлов, их применение.

5.Основные соединения металлов подгруппы меди.

6.Сопоставление свойств элементов главной и побочной подгрупп.

Лабораторная работа № 2

Тема: СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ II ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться со свойствами s- и d-элементов II группы периодической системы Д.И. Менделеева.

9

Приборы, посуда и реактивы

Р е а к т и в ы: разбавленные растворы кислот и щелочей с молярной концентрацией эквивалента 2 моль/дм3: серной, соляной, азотной кислот, гидроксидов натрия и аммония. Концентрированная серная кислота ( =1,84 г/см3). Растворы солей с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/дм3: хлориды магния, цинка, кадмия; хромат калия, оксалат аммония, гидрофосфат натрия, карбонат натрия, сульфид натрия, нитрат кобальта (II). Растворы сульфатов магния и кальция с молярной концентрацией эквивалента 0,005 моль/дм3. Насыщенные растворы гидроксида кальция, хлоридов стронция и бария.

Раствор фенолфталеина. Вода дистиллированная.

Металлы: магний (стружка), цинк (гранулы и порошок).

Порядок выполнения работы

Опыт 1. Взаимодействие металлического магния с водой

В пробирку поместите кусочек магния и добавьте 8-10 капель дистиллированной воды. Нагрейте пробирку на спиртовке. К полученному раствору добавьте каплю фенолфталеина.

Запись данных опыта. Отметьте наблюдаемые явления. На образование, каких ионов указывает изменение окраски раствора? Запишите уравнение реакции.

Опыт 2. Взаимодействие металлического магния

сразбавленными кислотами и щелочами

Втри пробирки поместите по небольшому кусочку магния. В первую пробирку добавьте 5-10 капель раствора соляной кислоты, во вторую – такое же количество раствора азотной кислоты, а в третью – 5 капель раствора гидроксида натрия.

Запись данных опыта. Отметьте наблюдаемые явления и запишите уравнения реакций, используя метод электронно-ионных уравнений.

Опыт 3. Получение и свойства гидроксида магния

В три пробирки внесите по 3-4 капли раствора соли магния и в каждую добавьте по каплям раствор гидроксида натрия до появления осадка. В первую пробирку добавьте избыток раствора гидроксида натрия, в другую по каплям – раствор соляной кислоты, в третью – раствор хлорида аммония. В каких пробирках наблюдается растворение гидроксида магния?

10

Запись данных опыта. Объясните, почему гидроксид магния растворяется в хлориде аммония. Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

Опыт 4. Взаимодействие цинка с кислотами и щелочами

В три пробирки поместите по 1 грануле цинка или по 1 микрошпателю цинковой пыли и добавьте в первую 4-5 капель разбавленной серной кислоты, во вторую – столько же концентрированной серной кислоты, а в третью 4-5 капель разбавленного раствора NaOH.

Запись данных опыта. Отметьте наблюдаемые явления. Определите, какой газ выделяется в каждом случае. Напишите уравнения протекающих реакций, используя метод полуреакций

Опыт 5. Получение и свойства гидроксидов цинка и кадмия

В три пробирки внесите по 5 капель раствора соли цинка, в другие три – столько же раствора соли кадмия. В каждую пробирку добавьте по каплям раствор гидроксида натрия до появления белых студенистых осадков гидроксидов. Исследуйте полученные осадки на растворимость в кислоте, щелочи и гидроксиде аммония.

Запись данных опыта. По результатам опыта сделайте вывод о свойствах гидроксидов цинка и кадмия. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах, учитывая, что координационное число цинка равно 4, а кадмия

– 6.

Вопросы для самоконтроля и повторения

1.Электронное строение атомов металлов главной и побочной подгрупп второй группы периодической системы.

2.Получение металлов второй группы.

3.Свойства металлов главной и побочной подгруппы.

4.Основные соединения элементов главной подгруппы, их применение.

5.Основные соединения подгруппы металлов цинка, их применение.

6.Сопоставление свойств элементов главной и побочной подгрупп.

Лабораторная работа № 3

Тема: ЭЛЕМЕНТЫ III ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Цель работы: ознакомить студентов со свойствами элементов III группы главной подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева.