Уфимский государственный нефтяной технический университет

Кафедра «Общая и аналитическая химия»

Дисциплина «Общая и неорганическая химия»

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №10,11

На тему: «Химические свойства металлов iiia и iva – подгрупп

(Al, Sn, Pb)»

Выполнил

студент группы__________ ______________ Фамилия И.О.

(Подпись, дата)

Принял

доцент кафедры ОАХ ______________ Чалова О.Б.

(Подпись, дата)

Цель работы:

- Изучить свойства металлов IIIA и IVA- подгрупп;

- Изучить свойства характеристичных соединений металлов IIIA и IVA- подгрупп;

Краткая теория.

1. Положение элементов в периодической системе, свойства атомов

Электронные конфигурации атомов, валентные электроны

IIIA- подгруппа:

IVA- подгруппа:

Степени окисления: IIIA- подгруппа ……………..IVA- подгруппа …….

2. Свойства простых веществ – металлов:

- положение в «ряду стандартных окислительно-восстановительных (электродных) потенциалов металлов»

φ_(Men+/Me) =

- активность металлов:

Составьте уравнения реакций:

- взаимодействие с кислородом:

а) Al б) Sn

в) Pb

- взаимодействие с галогенами (хлором):

а) Al б) Sn в) Pb

- взаимодействие с серой:

а) Al

- взаимодействие с водными растворами кислот, окисляющими H⁺ (HF, HCl, HBr, HI, разбавленной H₂SO₄, H₃PO₄, RCOOH и другими):

а) Al + HBr → б) Sn + RCOOH →

- Металлы IIIA – подгруппы не взаимодействует с водой, так как …………………………………, но легко вытесняют водород из водного раствора щелочи

Al + NaOH + H₂O →

- взаимодействие с концентрированной H₂SO₄:

а) Sn + H₂SO_4(конц) → ………….+ S + H₂O

- взаимодействие с разбавленной и концентрированной HNO₃:

а) Pb + HNO_3(разб) → ………….+ NО + H₂O

б) Sn + HNO_3(конц) → H₂SnO₃ + NO₂ + H₂O

3. Свойства оксидов и гидроксидов металлов IIIA и IVA- подгрупп:

- формулы оксидов металлов IIIA …………и IVA- подгрупп……………….

- формулы гидроксидов металлов IIIA ……………..и IVA- подгрупп……………

- растворимость, взаимодействие с водой оксидов и гидроксидов металлов IIIA и IVA- подгрупп

- диссоциация в водном растворе гидроксидов металлов IIIA и IVA- подгрупп (на примере гидроксида олова (II)):

[Sn(OH)₄]^2- + 2H⁺ 2 H₂O + Sn(OH)₂ Sn²⁺ + 2OH^-

Оксиды и гидроксиды металлов IIIA и IVA- подгрупп проявляют ………………………… свойства

- взаимодействие оксидов и гидроксидов металлов IIIA и IVA- подгрупп с кислотами и кислотными оксидами.

а) Al₂О₃ + H₂SO₄ →

б) Pb(OH)₂ + H₂SO₄ →

- взаимодействие оксидов и гидроксидов металлов IIIA и IVA- подгрупп с основаниями при сплавлении происходит с образованием простых солей и воды

PbO + NaOH → Na₂PbO₂ + H₂O

Pb(OH)₂ + NaOH → Na₂PbO₂ + H₂O

- взаимодействие оксидов и гидроксидов металлов IIIA и IVA- подгрупп с водными растворами щелочей происходит с образованием комплексных солей

Al₂О₃ + NaOH + H₂O → Na[Al(OH)₄]

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

Pb(OH)₂ + NaOH →

4. Окислительно-восстановительные свойства соединений металлов IIIA и IVA-подгрупп

Соединения алюминия ……………….окислительно-восстановительных свойств, так как …………

Используя значения ОВП, приведенных на диаграммах Латимера, охарактеризовать окислительно-восстановительные свойства соединений олова.

Диаграммы Латимера:

а) для олова;

-0,118

SnO₂

+0,154 -0,141

Sn⁴⁺ Sn²⁺ Sn⁰

-0,96 -0,79

[Sn(OH)₆]^2- [Sn(OH)₆]^4-

Используя значения ОВП, приведенных на диаграммах Латимера, охарактеризовать окислительно-восстановительные свойства соединений свинца.

Диаграммы Латимера:

б) для свинца: -0,956

PbS

1,685 -0,356

PbSO₄

1,456 - 0,126

PbO₂ Pb²⁺ Pb⁰

0,305 -0,538

[Pb(ОН)₆]^2- [Pb(OH)₄]^2-

ВНИМАНИЕ! Все соединения свинца ядовиты! При работе с ними соблюдать особую осторожность! По окончании опытов с кислотами растворы слить в слив, а не растворившиеся металлы положить в специальную посуду!

Опыт 1. Взаимодействие «амальгамированного» алюминия с водой

В пробирку с 5 мл дистиллированной воды поместить обычную алюминиевую проволоку и оставить для сравнения до окончания опыта. В две пробирки налить по 3-5 мл раствора соли ртути(II) и опустить в каждую металлическую алюминиевую проволоку, выдержать в течение 5 минут. После чего проволочки протереть кусочком фильтровальной бумаги, и одну из них оставить на воздухе, а вторую поместить в пробирку с дистиллированной водой. Наблюдать за изменениями в пробирках и на поверхности проволоки, оставшейся на воздухе, в течение 5-10 минут.

- Отметить, происходят ли изменения в с обычной алюминиевой проволокой в воде

- в обычных условиях алюминий не взаимодействует с водой, потому что…………………

- отметить, как изменилась поверхность алюминиевой проволоки после обработки солью ртути………..

- составить уравнения реакций, протекающих в растворе соли ртути

Hg(NO₃)₂ + H₂O →

- составить уравнения реакций, протекающих в растворе соли ртути на поверхности алюминиевой проволоки:

Al₂O₃ + HNO₃ →

Al + Hg(NO₃)₂ →

- объяснить, может ли образоваться на поверхности «амальгамированного» алюминия защитная оксидная пленка……….

- отметить, что образуется на поверхности «амальгамированного» алюминия на воздухе…..

- составить уравнение реакции окисления алюминия на воздухе:

Al + O₂ →

- отметить, какие изменения происходят в пробирке с «амальгамированной» алюминиевой проволокой в воде

- составить уравнение реакции между «амальгамированным» алюминием и водой:

Al + H₂O →

- ответить, пассивирован ли «амальгамированный» алюминий.

Опыт 2. Взаимодействие «амфотерных» металлов (Al, Sn, Pb) с водным раствором щелочи

Налить в три пробирки по 1-2 мл концентрированного раствора щелочи - гидроксида натрия - и поместить в каждую из пробирок один из металлов (в первую - алюминиевую стружку, во вторую - гранулу олова, в третью - гранулу свинца). Пробирки осторожно нагреть на спиртовке.

- Отметить, как протекает реакция металлических Al, Sn и Pb с водным раствором щелочи

- растворы каких веществ называют щелочами, привести примеры………

- сравнить активность металлических Al, Sn и Pb по отношению к водному раствору щелочи

- ответить, чем покрыт каждый из металлов

- составить уравнения реакций растворения оксидных пленок металлов в растворе гидроксида натрия, учитывая, что образуются гидроксокомплексы:

Al₂O₃ + NaOH + H₂O 

SnO₂ + NaOH + H₂O 

PbO + NaOH + H₂O 

- составить уравнения реакций металлов с раствором гидроксида натрия, учитывая, что образуются соответствующие гидроксокомплексы с координационным числом равным четырем:

1). Al + NaOH + H₂O 

2). Sn + NaOH + H₂O 

3). Pb + NaOH + H₂O 

- указать восстановители………………….. и окислитель……….

- ответить, какой газ выделяется…………….

- выписать (таблица) значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов электрохимических систем

Me + 4OH^- - ne [Me(OH)₄]^n-4:

…; …;

… .;

- сравнить их значения с соответствующими потенциалами для процессов окисления в кислой среде:

… … …

- ответить, в какой среде более выражены восстановительные свойства металлических Al, Sn и Pb…………………..

- рассчитать потенциал «водородного электрода» =

при рН=14;

- рассчитать ЭДС реакций: ЭДС = φ_{ок .} – φ_вос.

1).

2).

3).

- вывод.

Опыт 3. Взаимодействие металлов (Al, Sn, Pb) с концентрированной серной кислотой (показательный)

Налить в три пробирки по 1-2 мл концентрированного раствора серной кислоты и поместить в каждую из пробирок один из металлов (в первую - алюминиевую стружку, во вторую - гранулу олова, в третью - гранулу свинца). Подержать над отверстием пробирок фильтровальную бумагу, смоченную раствором соли свинца (II). Наблюдать за изменениями в пробирках в течение 2-3 минут. Пробирки осторожно нагреть на спиртовке.

- отметить, какие изменения происходят в пробирках при комнатной температуре…….

при нагревании……….

- ответить, какой элемент является окислителем в концентрированной серной кислоте….

- до каких продуктов может восстанавливаться концентрированная серная кислота

- ответить, что образуется при окислении металлического алюминия………….,

…………….. олова……………..………………, свинца……………………..

- составить уравнения первой реакции, учитывая, что первоначально выделяющийся газ – SO₂:

Al + H₂SO_4(конц.)  SO₂ + … +

Sn + H₂SO_4(конц.)  SO₂ + … +

Pb + H₂SO_4(конц.)  SO₂ + … +

- составить уравнение второй реакции, учитывая, что образующийся белый осадок - S:

Al + H₂SO_4(конц.)  S + ……...... +

Sn + H₂SO_4(конц.)  S + ………. +

Pb + H₂SO_4(конц.)  S + ………. +

- составить уравнение третьей реакции, учитывая, что выделяющийся газ с характерным запахом – H₂S:

Al + H₂SO_4(конц.)  H₂S + … +

- составить уравнение реакции, протекающей на фильтровальной бумаге и доказывающей образование сероводорода:

H₂S + Pb(NO₃)₂ 

- ответить, реакция металлов с концентрированной серной кислотой является селективной или нет……………………….

- ответить, в каких условиях алюминий «пассивируется» концентрированной серной кислотой……….

- вывод.

Опыт 4. Взаимодействие металлов (Al, Sn, Pb) с разбавленной азотной кислотой (показательный)

В три пробирки налить по 2-3 мл разбавленной азотной кислоты. Осторожно опустить в первую пробирку стружку алюминия, во вторую – гранулу олова, в третью – свинца. Если реакция идет слабо, слегка нагреть пробирки.

- отметить, какие изменения происходят в каждой из пробирок, с каким металлом реакция идет наиболее энергично;

- составить уравнения возможных реакций с разбавленной азотной кислотой, учитывая, что образуются соли нитраты металлов, вода и продукт восстановления азота (V)

Al + HNO_3(разб.) → NO + ……….… + …………..

Al + HNO_3(разб.) → NH₄NO₃ + ……………. +

- составить уравнения реакции олова с разбавленной азотной кислотой

Sn + HNO_3(разб.) →

- составить уравнения реакции свинца с разбавленной азотной кислотой, учитывая, что образуются нитрат свинца (II), вода и оксид азота (II):

Pb + HNO_3(разб.) →

- вывод

Опыт 5. Взаимодействие алюминия - А1- с концентрированной азотной кислотой (показательный)

В две пробирки налить по 1 мл концентрированной азотной кислоты и опустить в первую - алюминиевую проволоку, во вторую - гранулу или стружку алюминия. Наблюдать за изменениями в пробирках в течение 2 минут. Вынуть проволоку из раствора азотной кислоты и опустить в пробирку с раствором сульфата меди (II), наблюдать 2 минуты, после чего добавить 5-6 капель раствора хлорида натрия и наблюдать за изменениями. Пробирку с алюминиевой стружкой (или гранулой) в растворе азотной кислоты осторожно нагреть на спиртовке.

- Отметить, какие изменения происходят в каждой из пробирок при комнатной температуре……..

при нагревании………..

- ответить, почему при комнатной температуре реакция активного металла алюминия с концентрированной азотной кислотой не идет…..

- ответить, возможно, ли окисление алюминия ионами Cu²⁺

- составить уравнение реакции алюминия с сульфатом меди (II), рассчитать ЭДС реакции: ЭДС = φ_{ок .} – φ_вос.

Al + CuSO₄ 

- объяснить, почему после действия концентрированного раствора азотной кислоты, алюминий не взаимодействует с раствором сульфата меди (П)

- отметить, наблюдается ли выделение меди на алюминиевой проволоке из раствора сульфата меди (II) до и после добавления хлорида натрия

- объяснить, какова роль хлорида натрия в реакции алюминия с раствором сульфата меди (П)

- составить уравнение реакции алюминия с концентрированной азотной кислотой, протекающей при нагревании с образованием нитрата алюминия (III), воды и оксида азота (IV):

Al + HNO_3(конц.)  NO₂ + … + …;

- вывод.

Опыт 6. Взаимодействие металлов (Sn, Pb) с концентрированной азотной кислотой (показательный)

В две пробирки налить по ~1 мл концентрированной азотной кислоты. Осторожно опустить в первую пробирку гранулу олова, во вторую - свинца. Наблюдать за изменениями в пробирках в течение ~2 минут. Пробирки нагреть.

- отметить, какие изменения происходят в каждой из пробирок при комнатной температуре………..

при нагревании………….

- ответить с каким металлом при комнатной температуре реакция идет наиболее энергично…………………..

- составить уравнение реакции олова с концентрированной азотной кислотой, протекающей при нагревании с образованием метаоловянной кислоты, воды и оксида азота (IV):

Sn + HNO_3(конц.)  NO₂ + … +

- составить уравнение реакции свинца с концентрированной азотной кислотой, протекающей при нагревании с образованием нитрата свинца (II), воды и оксида азота (IV):

Pb + HNO_3(конц.)  NO₂ + … + …

- вывод.

Опыт 7. Получение и свойства гидроксида алюминия

В две пробирки внести по 2 капли раствора соли сульфата алюминия и 2 н раствора гидроксида аммония до образования осадка. В первую пробирку к осадку гидроксида алюминия добавить избыток раствора соляной кислоты, во вторую пробирку – избыток раствора гидроксида натрия.

- Охарактеризовать внешний вид осадка гидроксида алюминия

- составить уравнение реакции образования гидроксида алюминия в молекулярной и ионной форме:

Al₂(SO₄)₃ + NH₄OH → …

- отметить, какие изменения происходят с осадком гидроксида алюминия при добавлении избытка соляной кислоты и избытка гидроксида натрия……………………….

- составить уравнение реакции взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой в молекулярной и ионной форме:

Al(OH)₃ + HCl →

- составить уравнение реакции взаимодействия гидроксида алюминия с избытком гидроксида натрия:

Al(OH)₃ + NaOH →

- ответить, какие кислотно-основные свойства проявляет гидроксид алюминия.

- составить уравнение диссоциации гидроксида алюминия

- равновесие диссоциации гидроксида алюминия при добавлении избытка кислоты смещается…………….. при добавлении избытка щелочи смещается…………….

- вывод

Опыт 8. Амфотерные свойства гидроксидов олова(II) и свинца(II)

Налить в две пробирки по две капли раствора SnCl₂, в другие две - по две капли раствора Pb(NO₃)₂. Затем в каждую пробирку прибавить по несколько капель раствора аммиака до выпадения осадков. К выпавшим осадкам добавить в первую пробирку раствор HNO₃ и во вторую - раствор NaOH.

- Охарактеризовать внешний вид осадка гидроксида олова(II) ………………, гидроксида свинца(II) …………………..

- составить уравнение реакции образования гидроксида олова(II) и гидроксида свинца(II) в молекулярной и ионной форме:

SnCl₂ + NH₄OH →

Pb(NO₃)₂ + NH₄OH →

- отметить, какие изменения происходят с осадками гидроксидов при добавлении избытка соляной кислоты ………………и избытка гидроксида натрия………………………

- составить уравнение реакции взаимодействия гидроксида олова(II) и гидроксида свинца(II) с соляной кислотой в молекулярной и ионной форме:

Sn(OH)₂ + HCl →

Pb(OH)₂ + HCl →

- составить уравнение реакции взаимодействия гидроксида алюминия с избытком гидроксида натрия:

Sn(OH)₂ + NaOH →

Pb(OH)₂ + NaOH →

- ответить, какие кислотно-основные свойства проявляет гидроксид олова(II) и гидроксид свинца(II)……………………………..

Опыт 9. Окислительные свойства соединений свинца (IV)

В пробирку поместить одну ложечку порошка PbO₂ и 10 капель концентрированного раствора NaOH. Пробирку нагреть на спиртовке. В горячий раствор внести 2 капли раствора Cr₂(SO₄)₃ и снова нагреть пробирку. Отметить появление желтой окраски раствора, характерной для иона CrО₄^2- . Написать уравнение реакции.

- отметить, какие изменения происходят в пробирке при нагревании………….

- составить уравнение реакции, учитывая, что образуется хромат натрия и тетрагидросоплюмбат(II) натрия

PbO₂ + NaOH + Cr₂(SO₄)₃ → Na₂CrО₄ + Na₂[Pb(OH)₄]

- как изменилась степень окисления свинца………………хрома…………………

- какие свойства проявляет оксид свинца (IV)

- Вывод

Опыт 10. Восстановительные свойства соединений олова (II)

К 1-2 каплям раствора хлорида олова SnCl₂ прилить по каплям раствор щелочи до растворения первоначально образовавшегося осадка. К полученному раствору тетрагидроксостанната(II) натрия прилить 2-3 капли раствора соли висмута (Bi(NO₃)₃), перемешать.

- отметить, какие изменения происходят в пробирке ………….

- составить уравнение реакции, учитывая, что сначала образуется белый осадок Bi(OH)₃, затем он чернеет, восстанавливаясь до металлического висмута; олово(II) при этом превращается в гексагидроксостаннат(IV) натрия

SnCl₂ + NaOH + Bi(NO₃)₃ → Bi + Na₂[Sn(OH)₆] +…

- как изменилась степень окисления олова…………………висмута…………………

- какие свойства проявляет олово(II)

- вывод