умк_Галушков_Неорган химия_для ХТ

II. Эксперимент 5. Получение тетрахлороцинката аммония

Тетрахлороцинкат аммония получают по схеме

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

ZnCl2 + 2NH4Cl = (NH4)2[ZnCl4]

Выполнение работы. Взвешивают 2 – 3 гранулы металлического цинка (1,5 – 2 г) и вносят их в коническую колбу емкостью 100 см3. Из мерного цилиндра емкостью 10 см3 приливают концентрированную хлори- стоводородную кислоту в объеме, точно в два раза больше рассчитанного для реакции (концентрацию хлористоводородной кислоты определяют по плотности). Поскольку процесс растворения цинка в концентрированной кислоте протекает очень бурно, сначала в колбу приливают 1 – 2 см3 воды и затем осторожно небольшими порциями кислоту, не допуская бурного протекания реакции, что может привести к разбрызгиванию раствора и ис- парению кислоты. Если в конце реакции растворение цинка происходит очень медленно, то следует добавить 1 – 2 капли раствора CuCl2. Выде- лившаяся медь образует с цинком гальваническую пару, и растворение цинка ускоряется.

Полученный раствор ZnCl2 фильтруют через бумажный фильтр (для отделения частиц примесей, оставшихся после растворения цинка).

Из мерного цилиндра емкостью 10 см3 к фильтрату приливают вод- ный раствор аммиака в объеме, необходимом для нейтрализации избыточ- ной HCl (концентрацию водного раствора аммиака определяют по плотно- сти). Если раствор при этом мутнеет (осаждается Zn(OH)2), значит водного раствора аммиака взято больше, чем следует. В этом случае по каплям до- бавляют хлористоводородную кислоту до растворения осадка.

Раствор упаривают в фарфоровой чашке на водяной бане до выделе- ния кристаллов. Дают раствору охладиться, что вызывает дальнейшую кристаллизацию. Кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера, сушат в сушильном шкафу при 100 °C и взвешивают. Рассчитывают выход про- дукта (в процентах).

Сполученным продуктом проводят реакции: c Na2S (проба на Zn2 + ),

сраствором щелочи при нагревании (реакция на NH 4+ ) и с AgNO3 (проба

на Cl − ).

351

Лабораторная работа № 8

ХРОМ, МОЛИБДЕН, ВОЛЬФРАМ

I. Изучение свойств соединений хрома, молибдена и вольфрама

Опыт 1. Получение и свойства гидроксида хрома (III)

Выполнение работы:

а) в пробирку наливают 10 капель раствора соли Cr 3+ и по каплям добавляют 2 н раствор NaOH. Наблюдают осаждение гидроксида хрома (III). Осадок разделяют на три части и испытывают действие на него серной и хлороводородной кислот и избытка раствора щёлочи.

Запись данных опыта. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения протекающих реакций, отметить цвета полученного осадка гид- роксида хрома (III) и результат действия на него серной и хлороводород- ной кислот и избытка раствора щёлочи. Объяснить наблюдаемые явления;

б) в пробирку наливают раствор соли Cr 3+ и раствор Na2S. Наблю- дают осаждение Cr(OH)3. Почему? Повторяют тест, взяв вместо раствора

Na2S раствор Na2CO3.

Опыт 2. Исследование способности хрома (III) участвовать в окис- лительно-восстановительных реакциях

Выполнение работы. К раствору соли Cr 3+ приливают в избытке раствор щелочи. К небольшому объему полученного раствора хромита до- бавляют бромную воду (раствор брома в воде) и нагревают. Наблюдают изменение окраски раствора. Аналогичную реакцию окисления хромита проводят с пероксидом водорода.

Запись данных опыта. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения протекающих реакций, отметить изменение окраски растворов. Объяснить наблюдаемые явления.

Опыт 3. Изучение свойств хроматов и бихроматов

Выполнение работы:

а) в пробирку наливают раствор K2Cr2O7 и добавляют раствор щело- чи. Наблюдают изменение окраски;

б) раствор K2CrO4 подкисляют серной кислотой.

Запись данных опытов 3 а и б. Объяснить наблюдаемое изменение окраски раствора. Сравнить результаты опытов 3 а и б и сделать вывод о влиянии среды на равновесие в системе хромат - бихромат.

352

Опыт 4. Изучение свойств хроматов и бихроматов Выполнение работы. В пробирке к подкисленному серной кислотой

раствору K2Cr2O7 прибавляют по каплям раствор KI. Наблюдают измене- ние окраски. В эту же пробирку добавляют немного бензола или толуола. Пробирку закрывают пробкой и несколько раз энергично встряхивают. Дают раствору отстояться. Наблюдают разделение смеси на два слоя: верхний, содержащий иод (его экстрагирует органический растворитель), и нижний - с солью хрома (III).

Запись данных опыта. Написать в молекулярной и ионной форме уравнение реакции.

Опыт 5. Изучение свойств молибдатов

Выполнение работы. В пробирку с раствором (NH4)2MoO4 вносят гранулу цинка и добавляют раствор HCl. Наблюдают за образованием кол- лоидного раствора MoO3·Mo2O5·xH2O ярко-синего цвета. Аналогичный тест проводят с (NH4)2WO4. В этом случае образуется WO3-x(OH)2x.

Запись данных опыта. Написать схему протекающей реакции. Объ- яснить наблюдаемую окраску и консистенцию раствора. Как называют вы- делившийся коллоидный раствор?

II. Эксперимент 6. Получение хромокалиевых квасцов

Хромокалиевые квасцы получают восстановлением бихромата калия в кислой среде этиловым спиртом

K2Cr2O7 + 3С2Н5ОН + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3CH3COOH + 7H2O

При совместной кристаллизации из водного раствора K2SO4 и Cr2(SO4)3 образуются хромокалиевые квасцы KCr(SO4)2·12Н2О или, точнее, [K(H2O)6][Cr(H2O)6](SO4)2. Добавляемый в реакционную смесь спирт слу- жит не только для восстановления K2Cr2O7, избыток спирта действует в качестве высаливателя, уменьшающего растворимость квасцов. Вместо этилового спирта можно взять эквивалентное количество пропилового или изопропилового спирта.

При добавлении спирта нужно следить за тем, чтобы раствор не на- гревался выше 40 °C. При получении хромокалиевых квасцов недопустимо значительное повышение температуры. Нагревание ведет к замене молекул

H2O в ионе [Cr(H2O)6] на ионы SO42 − (что заметно по изменению сине-

фиолетовой окраски [Cr(OH )6 ]3− на зеленую). Эта реакция уменьшает (или сводит к нулю) выход квасцов. С другой стороны, нельзя охлаждать реак-

353

ционную смесь ниже 15 ° С, так как при низкой температуре восстановле- ние K2Cr2O7 идёт очень медленно.

Выполнение работы. В стакан емкостью 100 – 150 см3 вносят навес- ку (4 г) бихромата калия и растворяют ее в 40 см3 дистиллированной воды, к раствору добавляют 4,5 см3 концентрированной серной кислоты. Стакан с раствором охлаждают под струей водопроводной воды. Затем очень мед- ленно, при перемешивании и охлаждении, к раствору приливают 12 см3 этилового спирта (16 см3 пропилового или изопропилового спирта).

После введения спирта стакан с реакционной смесь ставят в кристал- лизатор со снегом или холодной водой. Кристаллизация квасцов происхо- дит сравнительно медленно и заканчивается через 30 – 40 мин. Иногда для начала кристаллизации требуется внести затравку – маленький кристалл квасцов.

Выпавшие кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера, про- мывают на фильтре 8 см3 50 %-ного водного раствора спирта, сушат на листе фильтровальной бумаги и взвешивают. Рассчитывают выход продук- та (в процентах).

354

Лабораторная работа № 9

МАРГАНЕЦ, ЖЕЛЕЗО, КОБАЛЬТ, НИКЕЛЬ

I. Изучение свойств соединений марганца

Опыт 1. Получение и свойства гидроксида марганца (III)

Выполнение работы:

а) в пробирку вносят несколько капель раствора соли марганца (II) и добавляют раствор щелочи до выпадения осадка. Как изменяется цвет осадка во времени? Почему?

б) в пробирке получают осадок Mn(OH)2 (как в опыте 1 а). Делят его на две части и испытывают его отношение к кислотам и щелочам;

в) к свежеполученному осадку Mn(OH)2 (как в опыте 1 а) приливают бромную воду. Что происходит? Почему?

Запись данных опыта. Отметить наблюдаемые эффекты. Ответить на поставленные вопросы. Записать все уравнения реакций.

Опыт 2. Качественная реакция на соединения марганца

Выполнение работы. В пробирку наливают 0,5 см3 20 %-ной HNO3, добавляют 2 – 3 капли раствора Mn(NO3)2 и немного (на кончике микро- шпателя) порошка PbO2. Смесь кипятят 1 – 2 мин. Дают раствору отсто- яться. Объясняют появление окраски раствора.

Запись данных опыта. Отметить наблюдаемый эффект. Записать уравнения реакций.

II. Изучение свойств соединений железа, кобальта и никеля

Опыт 3. Получение гидроксида железа (II)

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор соли железа (II) и добавляют раствор щелочи. Наблюдают выделение осадка. Раствор с осадком нагревают. Наблюдают изменение окраски осадка.

Опыт 4. Получения гидроксида кобальта (II)

Выполнение работы. Аналогичный опыт проводят с раствором соли кобальта (II). Наблюдают осаждение синего осадка; при действии избытка щелочи он превращается в розовый гидроксид Co2 + . При окислении Co(OH)2 образуется Co(OH)3 бурого цвета. Быстро ли происходит эта ре- акция в присутствии кислорода воздуха?

355

Опыт 5. Получение гидроксида никеля (II)

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор соли никеля (II), добавляют раствор щелочи, содержимое пробирки доводят до кипения. Что наблюдается? Произошли какие-либо изменения в процессе нагревания?

Запись данных опытов 3, 4, 5. Отметить все наблюдаемые эффекты. Объяснить причины их появления. Сравнить устойчивость на воздухе Fe(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2. Записать все уравнения реакций в молекуляр- ной и ионно-молекулярной форме.

Опыт 6. Свойства гидроксида кобальта (II)

Выполнение работы. В пробирке получают осадок Co(OH)2 (см. опыт 4) и приливают к нему раствор пероксида водорода. Объясняют наблюдаемое явление.

Опыт 7. Свойства гидроксида железа (II)

Выполнение работы. К подкисленному серной кислотой раствору соли Fe2 + приливают раствор KMnO4. Аналогичный опыт проводят с би- хроматом калия. Наблюдают изменение окраски.

Опыт 8. Получение устойчивых солей кобальта (III)

Выполнение работы. В пробирку наливают 0,5 см3 15 %-ного раство- ра CoCl2 и добавляют ~ 0,5 см3 насыщенного раствора NH4NCS. Наблюда- ют изменение окраски раствора, обусловленное превращением комплекс-

ных ионов [Co(H2O)6 ]2+ в ионы [Co(NCS )6 ]2− . К раствору добавляют ами-

ловый спирт (пентанол) и пробирку встряхивают. Что наблюдается?

Опыт 9. Качественные реакции на Fe2 + и Fe3+

а) получение турнбулевой сини

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор соли Fe2 + и до- бавляют раствор K3[Fe(CN)6]. Отмечают, что наблюдается.

б) получение берлинской лазури

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор соли Fe3+ и до- бавляют раствор K4[Fe(CN)6]. Отмечают, что наблюдается.

в) получение роданида железа

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор соли Fe3+ и до- бавляют раствор KNCS. Отмечают, что наблюдается.

Запись данных опытов 6 – 11 . Отметить все наблюдаемые эффекты. Записать все уравнения реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме.

356

Внимание!

I. При выполнении опытов 9 а и б необходимо помнить, что в этом случае можно получить разные продукты в зависимости от соотношения реагентов:

1) при недостатке K4[Fe(CN)6] и K3[Fe(CN)6] образуются осадки си- него цвета

3Fe2+ + 2[Fe(CN )6 ]3− → Fe3[Fe(CN )6 ]2 ↓

турнбулева синь

4Fe3+ + 3[Fe(CN )6 ]4− → Fe4[Fe(CN )6 ]3 ↓ ;

берлинская лазурь

2) при избытке K4[Fe(CN)6] протекает реакция

Fe4[Fe(CN )6 ]3 + K4[Fe(CN )6 ] = 4KFe[Fe(CN )6 ]

и образуется коллоидный раствор синего цвета; 3) кроме этого при определенных условиях может протекать побоч-

ная реакция

[Fe(CN )6 ]4− + Fe3+ → [Fe(CN )6 ]3− + Fe2+

с образованием примеси турнбулевой сини в опыте 9 б

3Fe2+ + 2[Fe(CN )6 ]3− → Fe3[Fe(CN )6 ]2

II. В литературе имеются сведения, что в Fe3+2[Fe+3 (CN )6 ]2 и

Fe4+3[Fe+2 (CN )6 ]3 происходит обмен атомами железа между внешней и внутренней сферой, т.е.

+ K4[Fe(CN)6] (избыток)

KFe[Fe(CN)6] (в коллоидном растворе)

Будьте внимательны и наблюдательны при выполнении опытов!

III. Появление красной окраски раствора в опыте 9 в связано с обра- зованием комплексных соединений:

1) при действии разбавленного раствора KNCS

[Fe(H2O)m (NCS )n ]Cl3−n , где m + n = 6, n = 1 … 3 2) при действии концентрированного раствора KNCS

K(n−3)[Fe(H2O)m (NCS )n ] , где m+n=6, n = 3 … 6

357

Лабораторная работа № 10

МЕДЬ И СЕРЕБРО

I.Изучение свойств меди и серебра и их соединений

1.1.Изучение свойств соединений меди

Опыт 1. Получение и свойства гидроксида меди (II)

Выполнение работы. В химическом стакане сливают при перемеши- вании приблизительно 2 – 3 см3 растворов CuSO4 или любой другой рас- творимой соли Cu(II) и NaOH. Осадок гидроксида меди (II) промывают де- кантацией холодной водой и переносят в четыре пробирки. Первую про- бирку осторожно нагревают пламенем горелки. Во вторую пробирку осто- рожно наливают концентрированный (~30 %-ный) раствор гидроксида на- трия, в третью – 2 н раствор хлороводородной кислоты, в четвертую – концентрированный водный раствор аммиака. Что наблюдается в каждом случае?

Запись данных опыта. Написать в молекулярной и ионно- молекулярной форме уравнения протекающих реакций. Объяснить наблю- даемые явления.

Опыт 2. Получение и свойства иодида меди (I)

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор CuSO4 и добав- ляют раствор иодида калия. Наблюдают осаждение иодида меди (I), окра- ску которого маскирует выделившийся свободный иод. Для установления окраски осадка добавляют несколько капель раствора тиосульфата натрия. Затем к осадку CuI добавляют в избытке раствор тиосульфата натрия. На- блюдают растворение осадка.

Запись данных опыта. Написать в молекулярной и ионно-моле- кулярной форме уравнения протекающих реакций. Объяснить наблюдае- мые явления.

Опыт 3. Получение и свойства сульфида меди

Выполнение работы. В пробирку наливают раствор CuSO4 и добав- ляют раствор Na2S. Что наблюдается? Испытать действие на полученный осадок растворов аммиака (25 %-ный раствор), щелочи, кислоты (под тя- гой). Что наблюдается?

358

Опыт 4. Качественная реакция на Cu 2 +

Выполнение работы. К раствору CuSO4 добавляют небольшое коли- чество раствора гексацианоферрата (II) калия. Выделяется осадок гекса- цианоферрата (II) меди (II). Испытывают действие на осадок серной и хло- роводородной кислот, раствора гидроксида натрия и водного раствора ам- миака. Что наблюдается?

Запись данных опытов 3 и 4. Записать в ионно-молекулярной и моле- кулярной форме все уравнения реакций. Объяснить наблюдаемые явления.

1.2. Изучение свойств серебра и его соединений

При работе с серебром необходимо помнить о ценности его соедине- ний. Следует использовать минимальное количество реактивов, содержа- щих серебро (не более 3 – 5 капель), все остатки растворов после проведе- ния опытов сливают в специальную склянку, находящуюся в лаборатории (для последующей регенерации серебра).

Опыт 5. Получение гидроксида серебра (I). Получение и свойства оксида серебра (I)

Выполнение работы. В пробирку вносят 2 – 3 капли раствора AgNO3 и прибавляют в избытке раствор NaOH (или KOH). Наблюдают образова- ние Ag2O. Чем можно объяснить неустойчивость гидроксида серебра?

Опыт 6. Качественные реакции на Ag+

Выполнение работы. В две пробирки наливают по 1 – 2 капли рас- твора AgNO3 и добавляют несколько капель хлороводородной кислоты. Наблюдают выделение белого осадка AgCl. В одну пробирку быстро при- ливают 25 %-ный водный раствор аммиака, а в другую – насыщенный рас- твор тиосульфата натрия. Что наблюдается? Опыты проводят быстро, т.к. AgCl на свету неустойчив.

Запись данных опытов 5 и 6. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения протекающих реакций. Объяснить наблюдаемые явле- ния. Какая из реакций этого опыта имеет большое практическое значение? Почему?

II. Эксперимент 7. Получение основного карбоната меди

Основный карбонат меди получается в виде суспензии по реакции

2CuSO4 + 4NaHCO3 = CuCO3 · Cu(OH)2 + 2Na2SO4 + 3CO2↑ + H2O

Выполнение работы. В фарфоровой ступке тщательно перемешива- ют 25 г сульфата меди CuSO4·5H2O и 19 г бикарбоната натрия (вещества

359

предварительно следует тонко растереть). Полученную смесь небольшими порциями при интенсивном перемешивании вносят в 200 мл кипящей во- ды. В результате выделения CO2 раствор вспенивается, поэтому очередную порцию смеси вносят после того как поверхность воды освободится от пе- ны. Смесь кипятят 10 – 15 мин.

После отстаивания выпавший осадок промывают с водой декантаци- ей, отфильтровывают на воронке Бюхнера, сушат сначала между листами фильтровальной бумаги, затем в сушильном шкафу при 80 – 100 °C, взве- шивают. Рассчитывают выход продукта (в процентах).

Раствор, полученный при растворении пробы осадка в водном рас- творе аммиака, делят на две части и испытывают действие на этот раствор азотной кислоты и раствора иодида калия. Что наблюдается?

При составлении лабораторного практикума использовалась сле- дующая литература:

1.Захаров, Л.Н. Начала техники лабораторных работ / Л.Н. Захаров; под ред. Х.В. Бальяна. – Л.: Химия, 1981.

2.Практикум по неорганической химии / под ред. А.Ф. Воробьева и С.И. Дракина. – М.: Химия, 1984.

3.Карякин, Ю.В. Чистые химические вещества / Ю.В. Карякин, И.И. Ан- гелов. – М.: Химия, 1984.

4.Практикум по неорганической химии / под ред. В.И. Спицына. – М.: Изд-во Мос. ун-та, 1976.

5.Руководство к лабораторным работам по общей и неорганической химии / под ред. Ф.Я. Кульба. – Л.: Химия, 1976.

360