МЕТОДИЧКА2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского

Кафедра общей химии

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

к лабораторным занятиям по дисциплине

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

для студентов I курса

направления подготовки 6.040101 - "химия"

Часть II. Химия элементов

Симферополь

2012

Рекомендовано к печати на заседании кафедры общей химии от 21.11.12 г. протокол № 4

Рекомендовано к печати научно-методическим советом Таврического национального университета имени В.И. Вернадского от_______, протокол № _

2

Тема: ХИМИЯ НЕМЕТАЛЛОВ

Лабораторная работа № 1

Водород и его соединения

1. Получение водорода действием металла на кислоту Собрать прибор, состоящий из пробирки, закрытой пробкой

спрямой газоотводной трубкой, конец которой оттянут. В пробирку поместить 6-8 гранул цинка и добавить 1-2 мл раствора сульфата меди(II). После того как цинк покроется медью слить раствор, промыть омеднённый цинк водой и добавить 5-6 мл раствора серной кислоты (1:5). Омеднённый цинк, по сравнению

счистым, значительно активнее реагирует с кислотами, так как в гальванической паре Cu–Zn цинк является анодом и легко растворяется.

Закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой и надеть на газоотводную трубку перевёрнутую сухую пробирку. Подержав её в таком положении полминуты, снять и, не переворачивая, поднести к пламени спиртовки. Если пробирка заполнена чистым водородом, он загорается спокойно (при сгорании слышен слабый звук). При наличии в пробирке с водородом примеси воздуха воспламенение сопровождается резким лающим звуком.

2. Получение водорода действием металла на щёлочь

Впробирку прибора, описанного в работе 1, поместить одну гранулу алюминия и прилить 1-2 мл 30 %-ного раствора NaOH. Закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой и нагреть. После того, как начнётся бурное выделение водорода, нагревание прекратить. Убедиться в чистоте выделяющегося газа (см. работу 1). При наличии в пробирке примеси воздуха испытание на чистоту следует повторить.

Когда из прибора пойдет чистый водород, зажечь газ у отверстия оттянутой трубки. Подержать над пламенем водорода перевернутый сухой стакан или пробирку. Обратить внимание на мельчайшие капельки воды, которыми покрываются стенки стакана.

3. Получение водорода взаимодействием металла с водой

3

Пробирку наполнить водой и опрокинуть в кристаллизатор, заполненный водой. Пинцетом достать небольшой кусочек металлического кальция, удалить фильтровальной бумагой керосин. Если кальций покрыт толстым слоем продуктов коррозии, зачистить поверхность металла скальпелем. Стружку бросить в кристаллизатор и накрыть отверстием перевернутой пробирки. Собрать выделяющийся газ. Убедиться в том, что это водород.

4. Взрыв воздушно-водородной смеси Под перевёрнутую жестяную банку с отверстием в дне под-

вести газоотводную трубку от аппарата Киппа и, закрыв отверстие пальцем, наполнить банку водородом. Отставить аппарат Киппа, убрать палец и поджечь водород у отверстия длинной лучинкой.

5. Восстановительные свойства водорода а) Сухую пробирку с небольшим количеством оксида ме-

ди(II) укрепить в пробиркодержателе в слегка наклонённом положении так, чтобы дно её было немного приподнято. Сильно нагреть оксид меди пламенем спиртовки и пропустить в пробирку водород из аппарата Киппа (газоотводная трубка должна доходить до дна пробирки). Наблюдать за изменениями, происходящими с оксидом меди(II) и выделением воды на стенках пробирки. По окончании реакции дать пробирке охладиться, продолжая пропускать водород.

б) В разбавленный раствор серной кислоты добавить несколько капель раствора перманганата калия и разделить полученный раствор на две пробирки. В одну пробирку бросить 1-2 гранулы металлического цинка, в другую пропустить медленный ток водорода из аппарата Киппа. Сравнить скорость изменения окраски растворов в двух пробирках и объяснить разницу

вскорости реакции. Написать уравнение восстановления перманганата калия атомарным водородом.

6. Обратимое обезвоживание кристаллогидрата На дно чистой сухой пробирки поместить 1-2 шпателя мед-

ного купороса. Расположить пробирку горизонтально таким образом, чтобы ее дно находилось чуть выше отверстия, и нагреть

впламени спиртовки. Нагревание продолжать до образования

4

безводной соли. Вынуть пробирку из пламени, дать остыть до комнатной температуры и добавить несколько капель воды. Объяснить наблюдаемые изменения окраски сульфата меди(II).

Вопросы для самоподготовки

1.Общая характеристика водорода (строение атома, положение в периодической системе, характерные значения степени окисления).

2.Водород в природе. Способы получения водорода в лабораторных и производственных условиях. Применение водорода.

3.Физические и химические свойства водорода.

4.Гидриды: классификация и свойства.

5.Вода, строение молекулы и свойства.

Лабораторная работа № 2

Хлор и его соединения

1. Получение хлора (работу проводить в вытяжном шкафу) а) Насыпать в пробирку немного диоксида марганца и при-

лить около 1 мл концентрированной хлороводородной (соляной) кислоты. Слегка подогреть. Наблюдать выделение хлора (цвет, запах). Для наблюдения цвета газа поместить позади пробирки листок белой бумаги. При исследовании запаха соблюдать осторожность, избегать глубокого вдыхания.

б) Поместить в пробирку 2-3 кристалла дихромата калия, прилить немного концентрированной соляной кислоты и нагреть. Наблюдать выделение хлора.

в) В колбу с боковой отводной трубкой (колба Вюрца) поместить 4-6 г перманганата калия, затем закрыть колбу пробкой, в которую входит капельная воронка. Отмерить 15-20 мл концентрированной хлороводородной кислоты и влить её в капельную воронку. Прибавлять по каплям кислоту к перманганату калия. Наполнить выделяющимся хлором два цилиндра, прикрытых стеклянными пластинками, вытесняя хлором воздух. Полученный хлор использовать для работы 2.

2. Взаимодействие хлора с металлами (работу проводить в

5

вытяжном шкафу)

а) Нагреть пучок тонких медных проволочек до красного каления и быстро опустить их в цилиндр с хлором. Наблюдать горение меди в хлоре. После остывания цилиндра налить в него немного воды и взболтать. Объяснить появление голубой окраски раствора.

б) Кристаллы металлической сурьмы растереть в ступке, перенести на лист бумаги и осторожно, порциями всыпать в цилиндр с хлором. В данной реакции продуктами взаимодействия являются хлориды сурьмы(III) и сурьмы(V).

3. Отбеливающее действие хлора (работу проводить в вытяжном шкафу)

Краствору фуксина добавить хлорную воду. Объяснить наблюдаемые явления.

4. Получение и свойства хлороводорода (работу проводить в вытяжном шкафу)

Насыпать в круглую плоскодонную колбу 2-3 г хлорида натрия, смочить ее 2-3 каплями воды и прилить (осторожно!) столько концентрированной H2SO4, чтобы она покрыла кристаллы соли. Закрыть отверстие колбы пробкой с Г-образной газоотводной трубкой и укрепить прибор в пробиркодержателе. Газоотводную трубку опустить в сухую пробирку так, чтобы конец трубки доходил до дна пробирки. Закрыть отверстие пробирки комочком ваты. Рядом поставить кристаллизатор с водой.

Слегка нагреть колбу с солью и серной кислотой. Когда над ватой, закрывающей отверстие пробирки, появится обильный белый туман, нагревание прекратить, вынуть вату и закрыть отверстие пробирки резиновой пробкой. Перевернуть пробирку, погрузить закрытый конец в кристаллизатор с водой. Открыть пробирку, не вынимая из воды, и наблюдать поднятие уровня жидкости в пробирке. Объяснить наблюдаемое явление.

Снова закрыть пробирку и вынуть её из воды. Доказать, что в пробирке находится соляная кислота.

5. Малорастворимые хлориды и их свойства

Краствору соляной кислоты прилить в отдельных пробирках растворы нитрата серебра и нитрата свинца. Дать осадкам от-

6

стояться и слить верхний слой раствора (декантация).

а) Подействовать на осадки хлорида серебра и хлорида ртути раствором аммиака. Что при этом наблюдается? Написать уравнения реакций.

б) К осадку хлорида свинца добавить дистиллированной воды и нагреть до кипения. Слить полученный раствор в чистую пробирку и наблюдать постепенное выделение кристаллов хлорида свинца. Объяснить это явление.

6. Получение и свойства гипохлорита натрия (работу проводить в вытяжном шкафу)

а) Пробирку с 5 мл 2 н. раствора NaOH охладить водой со льдом, прибавить немного хлорной воды и перемешать содержимое стеклянной палочкой. Объяснить исчезновение запаха хлора. Сохранить раствор для следующих опытов.

б) К раствору фуксина прибавить немного раствора гипохлорита натрия, полученного в предыдущем опыте. Наблюдать изменение цвета.

в) Несколько кристалликов соли Мора (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O растворить в 1-2 мл воды и добавить равный объём раствора гидроксида натрия. Отметить цвет образовавшегося осадка. Прилить в пробирку раствор гипохлорита натрия. Как изменится цвет осадка? Написать уравнения реакций.

г) Испытать действие раствора гипохлорита натрия на осадок Mn(OH)2, полученный осаждением из раствора соли марганца(II) раствором NaOH. При составлении уравнения учесть, что образуется MnО(OH)2.

7. Окисление HCl триоксохлоратом(V) калия (работу проводить в вытяжном шкафу)

Немного кристаллов KClO3 облить в пробирке концентрированной соляной кислотой и слегка подогреть. Наблюдать выделение хлора.

8. Получение диоксида хлора (работу проводить в вытяжном шкафу)

В сухую пробирку поместить несколько кристаллов KClO3. Пробирку поставить в штатив за стеклом и капельной пипеткой добавить 3-4 капли концентрированной серной кислоты. (Осто-

7

рожно, возможен взрыв!) Наблюдать выделение диоксида хлора зеленовато-жёлтого цвета. Прежде чем вынимать пробирку из штатива, налить в неё воды для прекращения реакции.

9. Горение смеси сахара с KClO3 (работу проводить в вытяжном шкафу)

В фарфоровой чашке тщательно перемешать равные количества (1-2 г) хлората калия и сахарной пудры. (Смесь не растирать, возможно воспламенение!). Смесь смочить при помощи пипетки каплей концентрированной серной кислоты и наблюдать возгорание.

Вопросы для самоподготовки

1.Общая характеристика подгруппы VIIA.

2.Хлор в природе. Способы получения и применение хлора.

3.Физические и химические свойства хлора.

4.Хлороводород, хлороводородная кислота, хлориды.

5.Оксид хлора(I), хлорноватистая кислота, гипохлориты.

6.Кислородосодержащие соединения хлора(III) и хлора(IV).

7.Соединения хлора(V): хлорноватая кислота, триоксохлора-

ты(V).

8.Соединения хлора(VII): оксид хлора(VII), хлорная кислота и её соли.

Лабораторная работа № 3

Фтор, бром, йод и их соединения

1. Получение брома и йода (работу проводить в вытяжном шкафу)

а) В сухой пробирке смешать небольшое количество KBr и MnO2, прилить несколько капель концентрированной серной кислоты и слабо подогреть. Наблюдать выделение красно-бурых паров брома. Исследовать запах выделяющегося брома (осторожно!).

б) Проделать такой же опыт с иодидом калия. Наблюдать образование фиолетовых паров йода.

в) К раствору KBr прибавлять по каплям хлорную воду. Наблюдать появление красно-бурой окраски (цвет раствора брома

8

в воде).

г) В пробирку с растворами KI прибавлять по каплям хлорную воду до появления бурой окраски. Доказать присутствие в растворе йода (проба с крахмальным клейстером).

д) Повторить предыдущий опыт, взяв бромную воду вместо хлорной. Написать уравнения реакций.

2. Свойства брома (работу проводить в вытяжном шкафу)

а) Налить в пробирку немного воды, прилить около 0,5 мл бензола и добавлять по каплям при взбалтывании бромную воду. Наблюдать экстрагирование брома бензолом. Сделать вывод об относительной растворимости брома в воде и в бензоле.

б) Взаимодействие брома с алюминием (групповой опыт)

В пробирку, вертикально укреплённую в штативе, налить около 5 мл брома. Осторожно нагреть до кипения. Нагреть в пламени спиртовки кусочек алюминиевой фольги и бросить её в кипящий бром. Наблюдать горение алюминия в броме.

3. Свойства йода а) Поместить в сухую пробирку кристаллик йода. Слегка на-

греть дно пробирки в пламени спиртовки. Наблюдать возгонку йода. Обратить внимание на мелкие кристаллики йода, конденсирующие на стенках пробирки в верхней, более холодной её части.

б) В ту же пробирку налить 5 мл воды и взболтать. Насколько хорошо растворим йод в воде? К полученной смеси добавить немного кристаллического иодида калия. Что происходит? Сделать вывод об изменении растворимости йода в присутствии иодида калия.

4. Качественные реакции на ионы Br- и I-

а) На растворы нитрата серебра, нитрата ртути(II) и нитрата свинца подействовать в отдельных пробирках раствором бромида калия.

б) Проделать те же реакции с раствором иодида калия. К полученному осадку иодида свинца прилить немного воды, нагреть содержимое пробирки до кипения. Наблюдать выпадение золотистых кристаллов иодида свинца при охлаждении пробирки.

9

5. Соли фтороводородной кислоты

Крастворам хлорида бария и нитрата свинца в отдельных пробирках добавить раствор фторида натрия. Что происходит? При составлении уравнений учесть, что в результате реакций образуются фторид свинца и смешанный фторид-хлорид бария.

6. Травление стекла фтороводородной кислотой (работу проводить в вытяжном шкафу)

Покрыть стеклянную пластинку слоем расплавленного парафина. После застывания парафина нарисовать или написать гвоздём что-нибудь на пластинке, процарапывая парафин до стекла. Смочить рисунок фтороводородной кислотой. Через 1520 минут пластинку промыть и удалить парафин. Наблюдать результат травления стекла. Написать уравнения реакций.

7. Получение гипобромита натрия (работу проводить в вытяжном шкафу)

Налить в пробирку бромной воды и затем по каплям прилить раствор NaOH до перехода красно-бурого цвета в бледножёлтый. Прилить полученный раствор гипобромита натрия в пробирку с раствором чернил (или фуксина). Наблюдать обесцвечивание красителя.

8. Получение йодноватой кислоты (работу проводить в вытяжном шкафу)

Кразбавленному раствору KI в пробирке прибавлять при помешивании небольшими порциями хлорную воду. Наблюдать сначала появление, а затем исчезновение темно-бурой окраски свободного йода под действием избытка хлорной воды. Написать уравнения реакций.

Вопросы для самоподготовки

1.Общая характеристика подгруппы VIIA.

2.Фтор, бром и йод в природе. Способы получения и применение фтора, брома и йода.

3.Физические и химические свойства фтора.

4.Физические и химические свойства брома и йода.

5.Водородные соединения фтора, брома и йода. Фтороводородная, бромоводородная и йодоводородная кислоты.

10