1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. ХИМИЯ S

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. ХИМИЯ S-ЭЛЕМЕНТОВ ......................................................2
1.1. ЩЕЛОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (IA-ГРУППА).......................................................................................2
1.1.1. Окрашивание пламени .....................................................................................................2
1.1.2. Малорастворимые соли лития .......................................................................................2
1.2. ЭЛЕМЕНТЫ IIA-ГРУППЫ - БЕРИЛЛИЙ И МАГНИЙ ......................................................................2
1.2.1. Простые вещества..........................................................................................................2
1.2.2. Оксиды, бинарные соединения........................................................................................2
1.2.3. Гидроксиды .......................................................................................................................3
1.2.4. Гидролиз солей..................................................................................................................3
1.3. ЭЛЕМЕНТЫ IIA-ГРУППЫ - ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ..................................................3
1.3.1. Окрашивание пламени .....................................................................................................3
1.3.2. Гидроксиды .......................................................................................................................3
1.3.3. Малорастворимые соли...................................................................................................4
1.4. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ...........................................................................................................4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VIIA-ГРУППЫ (ГАЛОГЕНЫ) .5
2.1. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА.................................................................................................................5
2.1.1. Получение простых веществ..........................................................................................5
2.1.2. Взаимодействие с водой..................................................................................................5
2.1.3. Растворимость в органическом растворителе ...........................................................6
2.1.4. Окислительные свойства................................................................................................6
2.1.5. Комплексообразование ....................................................................................................6
2.2. ГАЛОГЕНИДЫ ............................................................................................................................6
2.2.1. Получение..........................................................................................................................6
2.2.2. Восстановительные свойства .......................................................................................7
2.3. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ...................................................................................................7
2.4. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ...........................................................................................................8
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VIA-ГРУППЫ (НА ПРИМЕРЕ
СЕРЫ) ................................................................................................................................................9
3.1. СУЛЬФИДЫ ................................................................................................................................9
3.1.1. Сероводород .....................................................................................................................9
3.1.2. Растворимость сульфидов (Внимание, тяга!) .............................................................9
3.2. КИСЛОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ .................................................................................................10
3.2.1. Диоксид серы ..................................................................................................................10
3.2.2. Серная кислота ..............................................................................................................10
3.2.3. Тиосульфаты..................................................................................................................11
3.3. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ .........................................................................................................11
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VA-ГРУППЫ..............................12
4.1. ВОДОРОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ АММИАКА) ..........................................................12
4.1.1. Получение аммиака........................................................................................................12
4.1.2. Гидрат аммиака ............................................................................................................12
4.2. ОКСИДЫ ..................................................................................................................................13
4.2.1. Оксид диазота................................................................................................................13
4.2.2. Оксиды азота(II), (III), (IV); азотная кислота...........................................................13
4.2.3. Оксид фосфора(V) и метафосфорные кислоты ........................................................13
4.3. СОЛИ .......................................................................................................................................14
4.3.1. Гидролиз ..........................................................................................................................14
4.3.2. Окислительно-восстановительные свойства ............................................................14
4.4. БИНАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ........................................................................................................14
4.5. СУЛЬФИДЫ И ТИОСОЕДИНЕНИЯ ..............................................................................................15
1
Лабораторная работа 1.
Химия s-элементов
1.1. Щелочные элементы (IA-группа)
1.1.1. Окрашивание пламени
Опыт: Внесите каплю раствора соли каждого щелочного элемента на кольце из
нихромовой проволоки в конус пламени газовой горелки или спиртовки.
Наблюдение: Вид окраски пламени для каждого элемента.
1.1.2. Малорастворимые соли лития
П1: катион лития (3к) + фторид-ион (п/к) = осадок.
П2: катион лития (3к) + карбонат-ион (4к) =/=; + T = осадок.
П3: катион лития (3к) + ортофосфат-ион (п/к) = осадок.
П4: катион лития (3к) + гидроортофосфат-ион (3к) = помутнение,
раствор, осадок (продукт П3); + гидроксид-ион (разб, п/к) = осадок
(увеличение количества продукта П3).
Примечание: Фторид-ион в П1 - раствор фторида аммония.
Наблюдение: Цвет веществ в осадках, условия осаждения с учетом значений ПР.
Комментарий: Как изменится значение концентрации катионов лития в растворе над
осадком (П1) при дополнительном введении избытка фторид-ионов? Рассмотрите
гетерогенное равновесие "насыщенный раствор -- осадок" и укажите направление смещения
равновесия. Как меняется растворимость вещества осадка (П2) с ростом температуры?
Подтверждают ли Ваши выводы справочные данные? Почему на первом этапе опыта П4
количество продукта меньше, чем в П3 (концентрации реагентов одинаковы)? Объясните
роль гидроксид-ионов на втором этапе опыта (П4).
1.2. Элементы IIA-группы - бериллий и магний
1.2.1. Простые вещества
П1: катион оксония (10к) + магний (тв,порошок) = газ.
П2: вода (10к) + магний (тв,порошок) =/=; + T = осадок, газ; суспензия +
Инд = рН.
Примечание: Инд - фенолфталеин.
Наблюдение: Названия всех продуктов, значения потенциалов для окислительной и
восстановительной полуреакций, рН растворов и тип среды (П2).
Комментарий: Концентрированный раствор какой кислоты из числа имеющихся в
лаборатории можно взять для получения того же газа в П1? Выполняется ли критерий
протекания окислительно-восстановительной реакции в П1 и в П2? К какому типу простых
веществ принадлежит магний?
1.2.2. Оксиды, бинарные соединения
Опыт: (Внимание, тяга! Темные очки!) Сожгите на воздухе небольшое количество
магния (тв,стружка) на асбестовой сетке, дайте остыть спёку, состоящему из оксида и
нитрида магния, измельчите его в порошок и используйте в опытах П1, П2, П3.
П1: спёк + вода (8к) = осадок; + Инд = рН.
П2: спёк + катион оксония (п/к) = раствор.
2
П3: спёк + гидроксид-ион (конц,10к) + T = осадок, газ; газ + Инд (ф/б) = рН.
Примечание: Инд - фенолфталеин.
Наблюдение: рН раствора над осадком, тип среды (П1). Состав продуктов всех
химических реакций. Название газа (П3).
Комментарий: Какие вещества присутствуют в спёке - продукте сгорания магния на
воздухе? Почему рН раствора П1 не равен 7? К какому типу оксидов относится оксид
магния, судя по результатам опытов П1 и П2? Как называется реакция, протекающая в П3?
1.2.3. Гидроксиды
П1: катион бериллия (3к) + гидроксид-ион (п/к) = осадок; + катион оксония
(п/к) = раствор.
П2: катион магния (3к) + гидроксид-ион (п/к) = осадок; + катион оксония
(п/к) = раствор.
П3: катион бериллия (3к) + гидроксид-ион (п/к) = осадок; + гидроксид-ион
(конц,п/к) = раствор.
П4: катион магния (3к) + гидроксид-ион (п/к) = осадок; + гидроксид-ион
(конц,2к) =/=.
П5: катион магния (3к) + гидроксид-ион (п/к) = осадок; + катион аммония
(п/к) = раствор.
Наблюдение: Цвет веществ в осадках, условия выпадения и растворения осадков с
учетом ПР. Названия и состав продуктов реакций в конечных растворах.
Комментарий: К каким типам гидроксидов, судя по результатам опытов П1, П2, П3,
П4, относятся изученные вещества? Почему для полного ("количественного") осаждения
гидроксида бериллия из растворов рекомендуют использовать не гидроксид натрия, а гидрат
аммиака? В чем причина растворения осадка в П5?
1.2.4. Гидролиз солей
П1: соль бериллия (тв) + вода (10к) = раствор; + Инд = рН.
П2: соль магния (тв) + вода (10к) = раствор; + Инд = рН.
Примечание: Инд - универсальный.
Наблюдение: рН растворов и тип среды, продукты протолиза. Значения Kк.
Комментарий: Какую функцию выполняют аквакатионы бериллия и магния в
кислотно-основных реакциях с водой? Какой из них в водной среде является более сильным
протолитом?
1.3. Элементы IIA-группы - щелочноземельные элементы
1.3.1. Окрашивание пламени
Опыт: Внесите каплю раствора соли каждого щелочноземельного элемента на кольце
из нихромовой проволоки в конус пламени газовой горелки или спиртовки.
Наблюдение: Вид окраски пламени для каждого элемента.
1.3.2. Гидроксиды
П1: катион кальция (3к) + гидроксид-ион (п/к) = осадок.
П2: катион стронция (3к) + гидроксид-ион (разб,5к) =/=.
П3: катион стронция (3к) + гидроксид-ион (конц,п/к) = осадок.
П4: катион бария (3к) + гидроксид-ион (конц,3к) =/=.
3
Наблюдение: Цвет веществ в осадках, условия выпадения осадка (П1, П3) и причины
невыпадения осадка в П2, П4 с учетом значений ПР.
Комментарий: Сравните растворимость в воде гидроксидов кальция, стронция и
бария по результатам опытов П1, П2, П3 и П4. Подтверждаются ли Ваши выводы
справочными данными? Укажите, какие примеси могут содержаться в реагенте - растворе
щелочи, если все-таки наблюдалось выпадение осадка в П2 и П4 (см. 1.3.3).
1.3.3. Малорастворимые соли
П1: катион кальция (4к) + сульфат-ион (6к) + T = осадок; раствор слить и
использовать для опыта П2; осадок + катион оксония (5к) =/=.
П2: катион кальция (см. П1: раствор после декантации) + карбонат-ион
(п/к) = осадок; + катион оксония (п/к) = раствор, газ.
П3: катион кальция (3к) + вода (10к) + хромат-ион (3к) =/=.
П4: катион стронция (3к) + хромат-ион (3к) + T = осадок; раствор
удалить; осадок + уксусная кислота (разб,п/к) = раствор.
П5: катион бария (3к) + хромат-ион (3к) = осадок; раствор удалить; осадок
+ уксусная кислота (разб,3к) =/=; раствор удалить; осадок + катион
оксония (п/к) = раствор.
Наблюдение: Цвет веществ в осадках, условия выпадения и растворения осадков с
учетом значений ПР.
Комментарий: Сравните растворимость осаждаемых веществ в П1 и П2, пользуясь
значениями ПР. Можно ли изменить порядок добавления анионов, вводя в П1 карбонат-ион,
а в П2 - сульфат-ион, и добиться аналогичного эффекта? Как изменяется растворимость
сульфатов щелочноземельных элементов при возрастании их порядкового номера?
Предскажите примерное значение ПР для сульфата радия. Подтверждаются ли Ваши выводы
справочными данными? Сравните растворимость хроматов кальция, стронция и бария.
Почему хромат стронция реагирует с уксусной кислотой, а хромат бария - нет? Объясните
различие в отношении осадка хромата бария к слабой и сильной кислотам. Как разделить
катионы стронция и бария при их совместном присутствии в растворе? Составьте алгоритм
опыта.
1.4. Контрольное задание
По результатам опытов и литературным данным заполните таблицу. По вертикали
запишите формулы катионов (Li+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+), а по
22горизонтали разместите названия реагентов {OH (разб), OH (конц), SO4 , CO3 ,
CrO42-, Инд}. В клетках таблицы укажите формулы продуктов реакций, их агрегатное
состояние, цвет, значение рН.
Получите нумерованный контрольный раствор и, пользуясь таблицей, установите
опытным путем присутствие в нем одного из указанных ионов. Тестирование проводите по
таблице слева направо.
П1: контрольный раствор (3к) + гидроксид-ион (3к) =...
П2: контрольный раствор (3к) + гидроксид-ион (конц,п/к) =...
Наблюдение: Результаты опытов П1, П2...
Комментарий: По результатам опытов определите, какой ион находится в
контрольном растворе. Для подтверждения Вашего вывода проведите определение окраски
пламени.
4
Лабораторная работа 2.
Химия элементов VIIA-группы (галогены)
2.1. Простые вещества
2.1.1. Получение простых веществ
П1: перманганат калия (тв) + хлороводородная кислота (конц, 10к) + T =
газ; + иодид-ион (1к, ф/б) = окраска.
П2: дихромат калия (тв) + хлороводородная кислота (конц, 10к) + T = газ; +
иодид-ион (1к, ф/б) = окраска.
П3: оксид марганца(IV) (тв) + хлорид натрия (тв), перемешать
встряхиванием; + серная кислота (конц, 4к) + T = газ; + иодид-ион (1к, ф/б)
= окраска.
У1 (рис.1): оксид марганца(IV) (тв) + хлороводородная кислота (конц, п/к) =
газ; пропускать в воду (использовать получаемый раствор в опыте 2.1.2);
У2 (рис.2): оксид марганца(IV) (тв) + бромид натрия (тв), перемешать на
часовом стекле и внести в колбочку; + серная кислота (конц, 4к) + T = пар
(цвет); пропускать в воду (использовать получаемый раствор в опыте 2.1.2);
У3(рис.3): оксид марганца(IV) (тв) + иодид натрия(тв), смешать в
фарфоровом тигле; + серная кислота (конц, 4к) + T = пар иода (цвет); − T
(охлаждение на внешней поверхности круглодонной колбы с водой) =
кристаллы иода (использовать в опыте 2.1.2);
Наблюдение: Название газа в П1, П2, П3, У1; его действие на иодид-ион. Цвет и
названия всех продуктов реакций.
Комментарий: Что общего между реакциями 2.1.1? Соблюдается ли для них
критерий протекания окислительно-восстановительных реакций в стандартных условиях?
Почему рекомендовано использование твердых реагентов и концентрированных растворов?
Какова роль нагревания? Как в VIIA-группе от фтора к иоду меняется агрегатное состояние
простых веществ при комнатной температуре?
2.1.2. Взаимодействие с водой
П1: дихлор (газ) + вода = хлорная вода (реакция проведена в опыте 2.1.1,
У1); хлорная вода (5к) + Инд = рН; + t = изменение окраски.
П2: дибром (пар) + вода = бромная вода (реакция проведена в опыте 2.1.1,
У2); бромная вода (5к) + Инд = рН.
П3: дииод (тв, см. опыт 2.1.1, У3) + вода (5к) =/=; + Инд = рН.
Примечание: Инд - лакмусовая бумага, синяя.
Наблюдение: Окраска растворов, рН растворов, тип среды. Цвет лакмуса через 5-10
мин (время t) после начала опыта П1.
Комментарий: Чем обусловлена кислотная среда растворов П1 и П2? Сравните
протолитические свойства хлороводорода и хлорноватистой кислоты. Почему со временем
происходит обесцвечивание лакмуса в П1? Какое вещество останется в растворе после 2-3
суток хранения хлорной воды в открытом сосуде? По результатам опытов сравните степень
дисмутации простых веществ в воде и объясните, почему не идет реакция в П3.
5
2.1.3. Растворимость в органическом растворителе
П1: бромная вода (см. опыт 2.1.2, П2) (5к) + органический растворитель
(2к), встряхивание; + t = окраска.
П2: дииод (тв,см. опыт 2.1.1, У3) + органический растворитель (2к),
встряхивание; + t = окраска.
Примечание: Органический растворитель, не смешивающийся с водой - тетрахлорид
углерода, бензин, гексан, толуол и др.
Наблюдение: Цвет растворов.
Комментарий: Сравните различное отношение диброма и дииода к воде и к
органическому растворителю. Обратите внимание на характерную окраску органической
фазы после экстракции (извлечения) галогенов из водной фазы.
2.1.4. Окислительные свойства
П1: хлорная вода (5к) + бромид-ион (2к) + органический растворитель (2к);
встряхивание; + t = окраска.
П2: хлорная вода (5к) + иодид-ион (2к) + органический растворитель (2к);
встряхивание; + t = окраска.
П3: бромная вода (5к) + иодид-ион (2к) + органический растворитель (2к);
встряхивание; + t = окраска.
Примечание: Органический растворитель, не смешивающийся с водой - тетрахлорид
углерода, бензин, гексан, толуол и др.
Наблюдение: Окраска водной и органической фазы после отстаивания в течение
времени t. Какой продукт переходит в органическую фазу в каждом из рассмотренных
случаев? Сравните с результатами опыта 2.1.3.
Комментарий: Как в ряду хлор - бром - иод меняются окислительные свойства
дигалогенов? При ответе используйте значения стандартных потенциалов.
2.1.5. Комплексообразование
П1: дииод (тв, см. опыт 2.1.1, У3) + вода (10к) =/=.
П2: дииод (тв, см. опыт 2.1.1, У3) + иодид-ион (п/к) = окраска раствора.
Наблюдение: Сравнение окраски в П1 и П2. Название растворимого продукта в П2.
Комментарий: Какова причина перехода иода в раствор в присутствии иодид-иона?
2.2. Галогениды
2.2.1. Получение
У1: Внимание: сосуд-приемник должен быть совершенно сухим! хлорид
натрия (тв) + серная кислота (конц,15к) + Т= газ; после появления над
отверстием приемника густого "тумана" закрыть приемник пробкой,
погрузить отверстием вниз в чашку с водой, затем открыть под водой
пробку; газ + вода = раствор; раствор использовать в опытах 2.2.1, П1 и
П2.
П1: раствор (см. У1) (5к) + Инд = рН.
П2: раствор (см. У1) (5к) + катион диртути(2+) (2к) = осадок.
П3: бромная вода (4к) + сероводородная вода (п/к, до обесцвечивания); + Т=
осадок; раствор отфильтровать; раствор-фильтрат разделить на две
порции - П4 и П5.
6
П4: раствор (см. П3) + Инд = рН.
П5: раствор (см. П3) + катион диртути(2+) (2к) = осадок.
П6: иод (тв) + вода (10к) + сероводородная вода (п/к, до обесцвечивания); +
T (довести до кипения) = осадок; раствор отфильтровать; растворфильтрат разделить на две порции − П7 и П8.
П7: раствор (см. П6) + Инд = рН.
П8: раствор (см. П6) + катион свинца(II) (2к) = осадок.
Примечание: Инд - лакмусовая бумага, синяя.
Наблюдение: Состав осадка и растворов в опытах П3 и П6; рН растворов
галогеноводородов и тип среды в П1, П4 и П7. Цвет галогенидов ртути(I) и свинца(II) в П2,
П5 и П8. Условия их осаждения с учетом ПР.
Комментарий: Охарактеризуйте протолитические свойства галогеноводородов.
Почему для получения бромоводорода и иодоводорода непригодны реакции, аналогичные
использованной для хлороводорода (У1)? Для ответа привлеките значения потенциалов и
результаты опытов 2.2.2. Как еще можно получить бромоводород и иодоводород в
лаборатории?
2.2.2. Восстановительные свойства
П1: бромид калия (тв) + серная кислота (конц,5к) + Т= изменение окраски
смеси в связи с выделением брома, выделение газа; газ + дииодоиодат(I)-ион
(1к, ф/б) = изменение окраски.
П2: иодид калия (тв) + серная кислота (конц,5к) + T = пар (цвет) и газ; газ +
катион меди(II) (1к, ф/б) = окраска (сульфид меди - осадок черного цвета).
Наблюдение: Цвет и состав продуктов реакций с учетом результатов
пробы на фильтровальной бумаге.
Комментарий: Почему взаимодействие хлорида натрия с концентрированной серной
кислотой не имеет окислительно-восстановительного характера (см. опыт 2.2.1, У1)? В чем
причина различия в составе газообразных продуктов восстановления серной кислоты под
действием бромида калия и иодида калия? Как меняется восстановительная способность
галогенид-ионов в ряду хлорид - бромид - иодид?
2.3. Кислородные соединения
П1: оксохлорат(I) кальция (тв) + хлороводородная кислота (конц,5к) = газ;
+ иодид-ион (1к, ф/б) = окраска.
П2: гидроксид-ион (5к) + бромная вода (п/к) = обесцвечивание; + катион
оксония (п/к) = изменение окраски раствора.
П3: триоксоиодат(V)-ион (5к) + иодид-ион (3к) =/=; + катион оксония (п/к)
= окраска раствора.
Наблюдение: Цвет и состав продуктов окислительно-восстановительных реакций.
Значения потенциала.
Комментарий: Охарактеризуйте окислительные свойства кислородных соединений
галогенов в зависимости от степени окисления галогена и кислотности среды. Дайте оценку
протолитическим свойствам кислородных кислот хлора, брома и иода в зависимости от
степени окисления галогена.
7
2.4. Контрольное задание
По результатам опытов и литературным данным заполните таблицу, отмечая состав,
агрегатное состояние и цвет продуктов, в том числе цвет органической фазы.
2+
По горизонтали − реагенты: Li+, Hg2 , Ag+, Pb2+, хлорная вода, бромная
−
вода, MnO4 , H3O+ + органический растворитель. По вертикали: анионы F−, Cl−,
Br−, I−.
Получите нумерованный контрольный раствор и, пользуясь таблицей, установите
опытным путем присутствие в нем одного из указанных анионов. Тестирование проводите
по таблице слева направо.
П1: контрольный раствор (3к) + катион лития (3к) =...
П2: контрольный раствор (3к) + катион диртути(2+) (2к) =...
Наблюдение: Результаты опытов П1, П2...
Комментарий: По результатам опытов определите, какой ион находится в
контрольном растворе.
8
Лабораторная работа 3.
Химия элементов VIA-группы (на примере серы)
3.1. Сульфиды
3.1.1. Сероводород
У1 (рис.4): для получения сероводорода открыть зажим; сульфид железа
(тв) + хлороводородная кислота (разб) = газ; газ + вода + t (пропускать
сероводород в колбу-приемник в течение 5 мин) = раствор (сероводородная
вода); раствор использовать в опытах П1, П2 и П3.
П1: раствор (см. У1) (5к) + Инд = рН.
П2: раствор (см. У1) (5к) + азотная кислота (конц, 4к) = осадок
(помутнение раствора).
П2: раствор (см. У1) (5к) + хлорная вода (4к) = осадок (помутнение
раствора).
Примечание: Инд - лакмусовая бумага, синяя.
Наблюдение: Названия продуктов реакции (У1); рН раствора и тип среды (П1).
Продукты протолиза, значения Kк. Продукты окисления сероводорода в П2 и П3.
Комментарий: Почему для получения сероводорода используют взаимодействие
сульфидов с разбавленной хлороводородной кислотой? Можно ли использовать для той же
цели концентрированную или разбавленную азотную кислоту? Серную кислоту? Какова
растворимость сероводорода в воде? Охарактеризуйте протолитические свойства
сероводорода в водном растворе и дайте оценку его окислительно-восстановительным
свойствам.
3.1.2. Растворимость сульфидов (Внимание, тяга!)
П1: катион марганца(II) (3к) + катион оксония (1к) + сероводородная
вода (3к) =/=.
П2: катион марганца(II) (3к) + сульфид-ион (п/к) = осадок; + T + t, до
отстаивания; раствор удалить; осадок + катион оксония (п/к) = раствор.
П3: катион железа(II) (3к) + катион оксония (1к) + сероводородная вода (3к)
=/=.
П4: катион железа(II) (3к) + сульфид-ион (п/к) = осадок; + T + t, до
отстаивания; раствор удалить; осадок + катион оксония (п/к) = раствор.
П5: катион меди(II) (3к) + катион оксония (1к) + сероводородная вода (п/к)
= осадок.
П6: катион меди(II) (3к) + сульфид-ион (п/к) = осадок; + T + t, до
отстаивания; раствор удалить; осадок + катион оксония (п/к) =/=.
П7: катион кадмия(II) (3к) + катион оксония (1к) + сероводородная вода
(п/к) = осадок.
П8: катион кадмия(II) (3к) + сульфид-ион (п/к) = осадок; + T + t, до
отстаивания; раствор удалить; осадок + катион оксония (п/к) =/=.
П9: катион висмута(III) (3к) + катион оксония (1к) + сероводородная вода
(п/к) = осадок.
9
П10: катион висмута(III) (3к) + сульфид-ион (п/к) = осадок; + T + t, до
отстаивания; раствор удалить; осадок + катион оксония (п/к) =/=.
Примечание: катион оксония - хлороводородная кислота (разб).
Наблюдение: Цвет веществ в осадках; условия осаждения и растворения сульфидов с
учетом значений ПР.
Комментарий: Чем обусловлено отсутствие осадков сульфидов марганца(II) и
железа(II) в кислой среде? Чем объяснить осаждение сульфидов меди(II), кадмия(II) и
висмута(III) в присутствии разбавленной хлороводородной кислоты? Будут ли сульфиды
меди(II),
кадмия(II)
и
висмута(III)
взаимодействовать
с
концентрированной
хлороводородной кислотой? С азотной кислотой?
По результатам проведенного эксперимента и литературным данным заполните
таблицу, где должны быть перечислены:
•
хорошо растворимые сульфиды
•
малорастворимые сульфиды (реагирующие с H3O+ и не реагирующие с H3O+),
указав состав и цвет соединений.
3.2. Кислородные соединения
3.2.1. Диоксид серы
У1 (рис.2): Внимание! Сосуд-приемник должен быть совершенно сухим!
сульфит натрия (тв) + серная кислота (разб,10к) + T = газ; собрать газ в
сухие пробирки-приемники П1 и П2, пропустить газ в растворы П3 и П4.
П1: газ (см. У1) + углерод (горящая лучинка) = прекращение горения.
П2: газ (см. У1) + вода (опустить пробирку с газом отверстием вниз в чашку
с водой, наблюдать растворение газа) = раствор; + Инд = рН.
П3: дииодоиодат(I)-ион (см. опыт 2.1.5, П2) (6к) + газ (см. У1) = изменение
окраски.
П4: сероводородная вода (6к) + газ (см. У1) = осадок (помутнение
раствора).
Примечание: Инд - метилоранж.
Наблюдение: Какой газ выделяется в У1? Почему пробирку-приемник для его сбора
держат вверх отверстием? Какова растворимость диоксида серы в воде? рН раствора и тип
среды в П2. Значения Kк для протолиза гидрата диоксида серы. Причина обесцвечивания
раствора в П3. Цвет и состав вещества в осадке П4.
Комментарий: Можно ли в реакции получения диоксида серы использовать вместо
серной кислоты азотную или хлороводородную? Охарактеризуйте протолитические свойства
гидрата диоксида серы. Каковы окислительно-восстановительные свойства диоксида серы?
3.2.2. Серная кислота
П1: серная кислота (разб,2к) + Инд = рН.
Примечание: Инд - универсальный.
Наблюдение: рН раствора, тип среды, продукты протолиза.
Комментарий: Каковы протолитические свойства серной кислоты? Оцените
результаты опыта 2.2.2 (химия галогенов) с точки зрения окислительных свойств
концентрированной серной кислоты. Каковы окислительные свойства разбавленной серной
кислоты? Сделайте вывод об изменении протолитических и окислительновосстановительных свойств соединений с ростом степени окисления серы.
10
3.2.3. Тиосульфаты
Опыт: В коническую колбу налить воду (30 мл), внести сульфит натрия (тв, 4,00 г),
растворить при нагревании; + сера (тв, 0,50 г) + T (100 °C) + t (30-50 мин); при наличии
сильного испарения добавлять воду; = раствор; −T; отфильтровать раствор через складчатый
фильтр для удаления остатка непрореагировавшей серы; раствор-фильтрат, содержащий
тиосульфат-ион, использовать в опытах П1, П2 и П3.
П1: тиосульфат-ион (5к) + катион оксония (5к) = осадок, газ; газ +
дииодоиодат(I)-ион (см. 2.1.5, П2) (1к, ф/б) = изменение окраски.
П2: тиосульфат-ион (5к) + дииодоиодат(I)-ион (см. 2.1.5, П2) (п/к) =
обесцвечивание.
П3: хлорная вода (5к) + Инд = раствор, рН; + тиосульфат-ион (п/к) =
изменение рН.
Примечание: Инд - универсальный, хлорная вода - свежеприготовленная.
Наблюдение: Названия продуктов реакций. Состав осадка и газа в П1,
продуктов окисления тиосульфат-иона (П2 и П3). Каково изменение рН
раствора в П3 и в чем его причина?
Комментарий: Каково строение тиосульфат-иона? Используя значения Eo для
окислителя и восстановителя, объясните, почему при взаимодействии тиосульфат-иона с
различными окислителями образуется сульфат-ион (П3) или тетратионат-ион (П2)? При
взаимодействии тиосульфат-иона с хлорной водой возможно также выделение осадка. Каков
его состав и в чем причина его образования?
3.3. Контрольное задание
По результатам опытов и литературным данным заполните таблицу, отмечая состав и
цвет продуктов реакций, а также их агрегатное состояние. В столбцах таблицы надо указать
реагенты: [I(I)2]−, H3O+, Ba2+ и Cu2+, в горизонтальных строках - анионы S2−,
SO32−, SO42− и SO3S2−.
Получите нумерованный контрольный раствор и, пользуясь таблицей, установите
присутствие в нем одного из указанных анионов. Тестирование проводите по таблице слева
направо.
П1: контрольный раствор (3к) + дииодоиодат(I)-ион (3к) =...
П2: контрольный раствор (3к) + катион оксония (3к) =...
Наблюдение: Результаты опытов П1, П2...
Комментарий: По результатам опытов определите, какой ион находится в
контрольном растворе.
11
Лабораторная работа 4.
Химия элементов VA-группы
4.1. Водородные соединения (на примере аммиака)
4.1.1. Получение аммиака
У1 (рис.5): хлорид аммония (тв, 2,00 г) + гидроксид кальция (тв, 3,00 г)
тщательно перемешать, растирая в фарфоровой ступке, внести в колбу; +
T = газ, собрать в колбу-приемник (Внимание! Колба-приемник должна быть
совершенно сухой!); Контроль наполнения колбы-приемника газом: газ +
Инд1 = рН; газ + хлороводород (газ) = "дым"; после заполнения колбуприемник закрыть пробкой с оттянутой трубкой и использовать в опыте
У2.
У2 (рис.6): вода + Инд2 + газ (см. У2) (наружный конец трубки опустить в
сосуд с водой; когда несколько капель воды войдет в трубку, закрыть ее под
водой пальцем; затем, не отнимая пальца, вынуть колбу из воды,
встряхнуть и снова опустить в воду) = окрашенный раствор, появление
"фонтана".
Примечание: Инд1 - лакмусовая бумага, красная, + вода (1к). Хлороводород (газ) хлороводородная кислота (конц, 1к), на стеклянной палочке. Инд2 - фенолфталеин (10к).
Наблюдение: Состав выделяющегося газа (У1), его действие на Инд1, состав "дыма"
при взаимодействии с хлороводородом, рН раствора и тип среды (У2).
Комментарий: Почему газообразный аммиак собирают в колбу, повернутую горлом
вниз? В чем причина возникновения "фонтана"? Почему колба-приемник должна быть
совершенно сухой? Приведите значение растворимости аммиака в воде.
4.1.2. Гидрат аммиака
П1: гидрат аммиака (разб,5к) + Инд = рН.
П2: катион магния (2к) + гидрат аммиака (разб, 4к) = осадок.
П3: катион алюминия (2к) + гидрат аммиака (разб, 4к) = осадок.
П4: катион железа(III) (2к) + гидрат аммиака (разб, 4к) = осадок
(метагидроксид железа).
П5: гидрат аммиака (разб,6к) + бромная вода (2к) + T = газ.
П6: гидрат аммиака (разб,6к) + перманганат-ион (1к) + T = газ, осадок.
Примечание: Инд - универсальный.
Наблюдение: рН раствора и тип среды (П1). Продукты протолиза гидрата аммиака,
значение Kо (рассчитать по справочным данным). Цвет веществ в осадках, условия
осаждения с учетом ПР. Состав и цвет продуктов окислительно-восстановительных реакций
(П5 и П6).
Комментарий: Каковы протолитические свойства гидрата аммиака? Дайте оценку
окислительно-восстановительным свойствам аммиака, используя значения Eo. Сравните
протолитические и окислительно-восстановительные свойства аммиака и других известных
Вам водородных соединений азота и фосфора.
12
4.2. Оксиды
4.2.1. Оксид диазота
У1 (рис.7): нитрат аммония (тв, 1/3 объема пробирки) + T = расплав; + t
(Осторожно! При сильном нагревании возможен взрыв!) = газ; газ собрать в
цилиндре, наполненном водой; после заполнения цилиндра газом - оксидом
диазота - удалить отводную трубку из сосуда с водой и только после этого
прекратить нагревание; цилиндр закрыть под водой стеклом и после этого
перевернуть; газ (в цилиндре) + углерод (тлеющая лучинка) = горение.
Наблюдение: Состав выделяющегося газа, его влияние на горение.
Комментарий: Как построена молекула оксида диазота? Почему этот газ
поддерживает горение? Каковы продукты термического разложения другого соединения нитрита аммония? Как идет термическое разложение сульфата, гидрокарбоната,
ортофосфатов аммония?
4.2.2. Оксиды азота(II), (III), (IV); азотная кислота
У1 (рис.8): Внимание! Все части установки до опыта должны быть сухими!
нитрат свинца(II) (тв, 1/10 объема пробирки-реактора) + T = расплав, газы;
газы --T (охлаждающая смесь: лед + хлорид натрия технический,
соотношение примерно 10:1 по объему) = жидкость в U-образной трубке,
газ в пробирке-приемнике; + t (разложение вести до появления на стенках
пробирки-приемника желтого налета оксида свинца(II); прекращая
разложение, удалить отводную трубку из сосуда с водой и только после
этого прекратить нагревание); газ (в пробирке-приемнике) + углерод
(тлеющая лучинка) = горение; жидкость (в U-образной трубке) + вода (п/к)
= изменение окраски после каждой капли; газ; жидкость + вода (10 мл) +
Инд = рН.
Примечание: Инд - метилоранж.
Наблюдение: Состав и цвет выделяющихся газообразных и твердого продуктов
разложения нитрата свинца(II). Состав жидкости в U-образной трубке и газа в пробиркеприемнике. Изменения в окраске жидкости при добавлении воды. Чем обусловлена голубая
окраска? Почему введение избытка воды обесцвечивает раствор? рН раствора и тип среды в
итоге водной обработки.
Комментарий: Какие свойства газообразных продуктов разложения позволяют их
разделить? Каков характер взаимодействия изучаемых продуктов с водой? Как проходит
протолиз азотной и азотистой кислоты в водном растворе? Приведите значение Kк для
азотистой кислоты. Сравните кислотно-основные и окислительно-восстановительные
свойства оксидов азота и отвечающих им кислот.
4.2.3. Оксид фосфора(V) и метафосфорные кислоты
Опыт: (Внимание! Тяга, защитные очки!) Сожгите на воздухе на металлической
пластинке немного красного фосфора; горящий фосфор покройте стеклянной воронкой;
когда пламя уменьшится, приподнимите воронку для увеличения доступа воздуха;
полученный оксид фосфора(V) оставьте на воздухе, пока он не расплывется, поглощая из
воздуха влагу; влажную массу метафосфорной кислоты смыть с воронки в П1.
П1: раствор (см. Оп.) + Инд = рН.
Примечание: Инд - универсальный.
Наблюдение: Особенности горения фосфора на воздухе. Продукт горения в условиях
недостатка и избытка кислорода. Склонность к взаимодействию с водой, рН раствора и тип
среды.
13
Комментарий: Какой состав имеют продукты взаимодействия оксида фосфора(V) с
водой? Изобразите графические формулы триметафосфорной и тетраметафосфорной кислот.
4.3. Соли
4.3.1. Гидролиз
П1: нитрат калия (тв) + вода (10к) + Инд = рН.
П2: нитрит калия (тв) + вода (10к) + Инд = рН.
П3: ортофосфат натрия (тв) + вода (10к) + Инд = рН.
П4: гидроортофосфат натрия (тв) + вода (10к) + Инд = рН.
П5: дигидроортофосфат натрия (тв) + вода (10к) + Инд = рН.
Примечание: Инд - универсальный.
Наблюдение: рН растворов, тип среды.
Комментарий: Объясните, какими причинами обусловлен тип среды в каждом из
рассмотренных случаев. Приведите значения Kк или Kо (с расчетом).
4.3.2. Окислительно-восстановительные свойства
П1: нитрат-ион (6к) + катион оксония (2к) + иодид-ион (2к) =/=; + цинк
(тв, пыль) = окраска или осадок.
П2: катион висмута(III) (4к) + гидроксид-ион (10к) = осадок (цвет); +
пероксодисульфат-ион (насыщенный раствор пероксодисульфата натрия)
(3к) + T + t = изменение цвета осадка до коричневого; промыть осадок
декантацией; осадок + азотная кислота (конц,3к) + сульфат марганца(II)
(1к) = окраска раствора.
Наблюдение: Отсутствие реакции нитрат-иона с иодид-ионом в П1, наличие
окислительно-восстановительной реакции после введения цинка. Цвет веществ в осадке,
состав продуктов реакции, цвет раствора в итоге опыта П2.
Комментарий: Почему после добавления в реакционную смесь цинка происходит
окисление иодид-иона? Сравните окислительные свойства нитрат- и нитрит-ионов. Дайте
оценку окислительных свойств висмутата(V) натрия, используя справочные данные и
результаты опыта по окислению катиона марганца(II) до перманганат-иона (розовофиолетовая окраска). Сравните окислительно-восстановительные свойства кислородных
соединений элементов в степенях окисления (+III) и (+V) по ряду азот - фосфор - мышьяк сурьма - висмут.
4.4. Бинарные соединения
Опыт 1: Откройте банку с жидким трихлоридом фосфора; наблюдайте появление
белого "дыма" при контакте с атмосферным воздухом; + Инд = рН.
Опыт 2: Откройте банку с твердым пентахлоридом фосфора; наблюдайте появление
белого "дыма" при контакте с атмосферным воздухом; + Инд = рН.
Примечание: Инд - лакмусовая бумага, синяя + вода (1к); подносить к краю
горловины сосудов с реагентами.
Наблюдение: Состав дыма, рН. Продукты реакций.
Комментарий: Как протекает гидролиз трихлорида фосфора и пентахлорида
фосфора? Чем обусловлена кислотность продуктов реакций? Как идет протолиз
ортофосфорной кислоты и фосфоновой кислоты (триоксогидрофосфата(III) водорода)?
Приведите значения Kк. Сравните протолитические свойства кислородных кислот азота и
фосфора при различных степенях окисления элемента VA-группы. Каков состав и кислотноосновные свойства кислородных соединений мышьяка, сурьмы, висмута?
14
4.5. Сульфиды и тиосоединения
П1: катион дигидроксосурьмы(III) (водный раствор хлорида сурьмы(III), 3к)
+ катион оксония (1к) + сероводородная вода (п/к) + T + t = осадок; раствор
отделить, осадок промыть водой (декантацией); осадок + сульфид-ион (п/к)
= раствор; раствор + катион оксония (п/к) = осадок (цвет).
П2: катион висмута(III) + катион оксония (1к) + сероводородная вода (п/к)
+ T + t = осадок; раствор отделить, осадок промыть водой (декантацией);
осадок + сульфид-ион (п/к) =/=.
Наблюдение: Цвет веществ в осадках. Условия осаждения и растворения осадков с
учетом значений ПР. Состав растворимого тиосоединения сурьмы(III) в П1 (при обработке
осадка сульфида сурьмы(III) избытком сульфид-ионов). Состав продуктов разложения
тиосоединения сурьмы(III) в кислой среде.
Комментарий: К какому типу сульфидов (в соответствии с их растворимостью)
относятся Sb2S3 и Bi2S3? Почему сульфид сурьмы(III), взаимодействуя с избытком
сульфид-ионов, образует тиосоединение, а сульфид висмута(III) - нет? В какой среде
устойчиво тиосоединение сурьмы(III)? Как разделить производные сурьмы(III) и висмута(III)
при их совместном присутствии в растворе? Составьте алгоритм опыта.
15