Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 6
Тема: Химия соединений хрома, марганца
Цель работы: Наблюдать на практике получение хромитов и превращение их в хроматы,
изучить окислительные свойства дихроматов, превращение хроматов в дихроматы и обратно,
гидролиз солей хрома. Получить диоксид марганца (IV), изучить его свойства. Наблюдать
различное действие перманганата калия на сульфиты в зависимости от среды.Ознакомиться со
способом получения кислорода в лаборатории – разложением марганцовокислого калия.
Теоретическое введение. Хром находится в побочной подгруппе шестой группы. На внешнем
электронном слое атома находится 1 электрон, в предпоследнем – 13. Хром – это металл
средней активности. Он взаимодействует с кислотами-неокислителями, но пассивируется в
концентрированных кислотах-окислителях: азотной, серной, хлорной и хлорноватой.
Характерными степенями окисления хрома в соединениях являются +2, +3 и +6, но наиболее
всего распространены и устойчивы соединения хрома (+3).
Оксид и гидроксид хрома (II) проявляют основные свойства и являются сильными
восстановителями. Соединения хрома (III) – самые устойчивые и многочисленные. Оксид
хрома Cr2O3 и соответствующий ему гидроксидимеют амфотерный характер. С кислотами и
растворами щелочей оксид хрома (III) практически не взаимодействует, но при спекании с
карбонатом калия и щелочами образует соли метахромистой кислоты (HCrO2) – хромиты, ярко
зеленого цвета.
Свежеприготовленный гидроксид хрома (III) легко растворяется и в растворах кислот, и в
растворах щелочей с образованием аквакомплексных и гидроксокомплексных солей, например:
2Cr(OH)3 + 3H2SO4 + 6 H2O = [Cr(H2O)6]2(SO4)3;
Cr(OH)3 + 3KOH = K3[Cr(OH)6]
Соединения трёхвалентного хрома при действии окислителей переходят в соединения
шестивалентного хрома. При степени окисления +6 хром образует соединения, свойственные
неметаллам: это хромовый ангидрид CrO3, хромовая H2CrO4, и дихромовая H2Cr2O7 кислоты и
соли этих кислот. Они известны своими окислительными свойствами, которые особенно
заметны в кислой среде. Обе кислоты существуют только в растворе и являются сильными элек
тролитами.
Желтая окраска растворов хроматов (солей хромовой кислоты) обусловлена ионами CrO4 2-, а
оранжевая окраска дихроматов (солей дихромовой кислоты) обусловлена ионами Cr2O72- .
Хроматы в кислой среде превращаются в дихроматы, а дихроматы в щелочной среде
превращаются в хроматы.
Марганец входит в побочную подгруппу VII группы периодической системы химических
элементов . На внешнем энергетическом уровне у данного атома находится 2 s-электрона и на
предвнешнем d-подуровне 5 электронов, обусловливающих высшую степень окисления +7 .
Для марганца характерны степени окисления в соединениях +2, +4, +6. Повышение степени
окисления сопровождается ослаблением основных и усилением кислотных свойств оксидов и
гидроксидов марганца.
Марганец
в ряду напряжения элементов находится до водорода, поэтомй активно
взаимодействует с разбавленными кислотами с образованием солей марганца (II), а в
порошкообразном состоянии при нагревании и с водой. Марганец легко окисляется
кислородом воздуха, покрываясь оксидной пленкой, предохраняющей от дальнейшего
окисления.
1
Для соединений марганца в степени окисления +2 характерны восстановительные свойства.
Соединения марганца с высшей степенью окисления (+7) проявляют сильные окислительные
свойства, а соединения с промежуточной степенью окисления (+4, +6) могут проявлять как
восстановительные, так и окислительные свойства.
Обеспечение работы:
Посуда и принадлежности





Пробирки
Газовая горелка
Стеклянная палочка
Лучина
Спички
















Реактивы
Бензол или толуол
Бромная вода, Br2 + H2O
Гидроксид калия, КОН, разбавленный раствор
Гидроксид натрия, NaOH, 2М ,разбавленный раствор
Дихромат калия, К2Cr2O7, раствор
Иодид калия, КJ, раствор
Карбонат натрия, Na2СO3 , раствор
Перекись водорода, Н2О2, 3%-ный и 10%-ный растворы
Перманганат калия, КМnO4, раствор и
кристаллический
Серная кислота, H2SO4 , разбавленная
Соляная кислота, HCl, концентрированная, разбавленная
Сульфид натрия, Na2S, свежеприготовленный раствор
Сульфит натрия, Na2SO3, свежеприготовленный
раствор
Хлорид марганца (II), MnCl2 , раствор
Хлорид хрома (III),CrCl3, раствор и кристаллический
Хромат калия, К2СrО4, раствор
Ход работы
Опыт 1. Получение хромитов и превращение их в хроматы
К раствору хлорида хрома (III) добавить избыток щелочи до растворения образовавшегося
осадка. Прилить бромной воды. Раствор нагреть до кипения. Изменился ли цвет раствора?
Почему? Записать наблюдения. Написать уравнения реакций, с помощью метода электронного
баланса расставить коэффициенты в окислительно - восстановительных реакциях:
1. между хлоридом хрома и щелочью;
2. растворения образовавшегося осадка в избытке щелочи;
3. взаимодействия хромита натрия и брома в щелочной среде.
Опыт 2. Окислительные свойства дихроматов
а) Окисление сульфита натрия. В пробирку налить раствор дихромата калия К2Cr2O7,
добавить несколько капель серной кислоты (среда) и раствор сульфита натрия Na2SO3 до
достижения устойчивой окраски раствора. Записать наблюдения, объяснить произошедшее.
Написать уравнение реакции, уравнять методом электронного баланса:
1. между дихроматом калия и сульфитом натрия в кислой среде
б) Окисление иодида калия. В пробирку налить раствор дихромата калия К2Cr2O7, добавить
несколько капель серной кислоты (среда) и раствор иодида калия KJ. Наблюдать изменение
окраски. В полученный раствор добавить немного бензола или толуола, тщательно
перемешать.Дать смеси отстояться. Наблюдать разделение смеси на два слоя: верхний,
содержащий иод ( его экстрагирует органический растворитель), и нижний – с солью Cr+3.
Написать уравнение реакции, уравнять методом электронного баланса:
1. между дихроматом калия и иодидом калия в кислой среде.
в) Окисление соляной кислоты. В пробирку налить раствор дихромата калия К2Cr2O7,
добавить несколько капель концентрированной соляной кислоты (плотность 1,19 г/см3).
2
Пробирку закрепить наклонно в штативе и осторожно нагреть маленьким пламенем горелки до
перехода оранжевой окраски в зеленую. Какой газ выделяется? Написать соответствующее
уравнение реакции и указать, какую функцию выполняет соляная кислота, кроме
восстановительной.
По возможности опыт проводить под вытяжкой!
Опыт 3. Превращение хроматов в дихроматы и наоборот
K раствору хромата калия К2СrО4 желтого цвета добавить серную кислоту до перехода окраски
в оранжевую. К полученному раствору добавить щелочь до перехода окраски из оранжевой в
желтую.
Написать уравнения реакций молекулярной и ионной формах. Расставить
коэффициенты.
1. взаимодействия хромата калия с серной кислотой
2. дихромата калия с гидроксидом калия в
Опыт 4. Гидролиз солей хрома
В пробирку с водой добавить раствор нейтрального лакмуса, опустить в нее несколько
кристалликов хлорида хрома и размешать стеклянной палочкой до полного растворения соли.
Отметить изменение окраски раствора лакмуса и написать уравнение реакции гидролиза,
объясняющее это изменение, учитывая, что гидролиз идет только по первой ступени. Как
изменится характер гидролиза хлорида хрома, если:
а) к его раствору прибавить раствор сульфида натрия Na2S;
б) к его раствору прибавить раствор карботата натрия Na2СO3.
Написать уравнения совместного гидролиза:
1. хлорида хрома и сульфида натрия;
2. хлорида хрома и карбоната натрия
Опыт 5. Получение гидроксида марганца(II ), изучение его свойств
В две пробирки налить раствор хлорида марганца(II), добавить гидроксид калия. Осадок какого
соединения выпадает? Отметить его цвет. В одну пробирку добавить соляной кислоты. Почему
растворился осадок? Наблюдать постепенное побурение осадка во второй пробирке.Ускорить
этот процесс поможет добавление нескольких капель перекиси водорода. Почему это
происходит? Написать уравнения реакций:
1. взаимодействия хлорида марганца ( II) со щелочью;
2. растворения получившегося осадка в соляной кислоте;
3. побурения осадка при окислении перекисью водорода;
4. побурения осадка при окислении кислородом воздуха
Опыт 6. Действие перманганата калия на сульфит натрия в кислой, нейтральной и
щелочной средах
В три пробирки налить раствор сульфита натрия. В первую - добавить немного серной кислоты
(кислая среда), в третью – немного гидроксида калия (щелочная среда). Во второй пробирке
среда раствора – нейтральная. Во все три пробирки прилить бледно – розовый раствор
перманганата калия. Что произошло в каждой из пробирок? Записать наблюдения. Написать
уравнения реакций взаимодействия и уравнять методом электронного или электронно-ионного
баланса:
1. сульфита натрия с перманганатом калия в сернокислотной среде;
2. сульфита натрия с пермангонатом калия в нейтральной среде;
3. сульфита натрия с перманганатом калия в щелочной среде.
Опыт 7. Получение кислорода путем разложения перманганата калия
В сухую пробирку насыпать немного кристаллического перманганата калия. Нагреть в пламени
горелки. В выделяющийся газ внести тлеющую лучину (спичку).Что наблюдаете? Какой газ
выделяется? Написать уравнение реакции и уравнять методом электронного или
электронно-ионного баланса:
1. термического разложения пермангоната
калия.
3
Опыт 8. Окислительные свойства перманганата калия
В три пробирки налить по 1 мл: в первую – свежеприготовленного раствора сульфида натрия,
во вторую – раствора иодида калия, в третью – раствора перекиси водорода. Содержимое
каждой пробирки подкислить несколькими каплями серной кислоты, затем добавить
бледно-розовый раствор перманганата калия. Что произошло? Объяснить изменения,
произошедшие в пробирках. Написать уравнение реакции и уравнять методом электронного
или электронно-ионного баланса:
1. взаимодействия сульфида натрия с перманганатом калия в среде серной кислоты;
2. иодида калия с перманганатом калия в среде серной кислоты;
3. перекиси водорода с перманганатом калия в среде серной кислоты.
Самостоятельно.
1. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.
Mn  X 1  Mn( NO3 ) 2  X 2  K 2 MnO4  X 3  Mn
2. На титрование 18 мл 0,1211 н. раствора щавелевой кислоты пошло 15,15 мл раствора
перманганата калия. Вычислить молярную концентрацию раствора перманганата калия.
3. Какой объем оксида серы (IV) при н.у. нужно пропустить через 100 мл 0,1 м. раствора
перманганата калия, чтобы раствор полностью обесцветился?
4. Определите объем хлора (н.у.), выделившегося при обработке концентрированной
соляной кислотой 23 г перманганата калия, содержащего 1,7 % нереагирующих с
соляной кислотой примесей.
5. При термическом разложении 15,8 г перманганата калия получено 0,84 л кислорода
(н.у.). Определите массу неразложившегося перманганата калия.
6. Составьте уравнения реакций взаимодействия дихромата калия с цинком: а) в щелочной
среде, б) в кислой среде.
7. 560 мл H2S (н.у.) оказалось достаточным для того, чтобы в сернокислом растворе
восстановить 500 мл раствора K2Cr2O7. Какова нормальная концентрация этого
раствора?
8.
Сколько мл 0,2 М раствора K2Cr2O7 потребуется для окисления в сер нокислом растворе
50 мл раствора сернистой кислоты (ρ=1,022 г/мл), содержащей 4% SO2?
Студент ................................................................................................
Работа выполнена: ...........................................
Преподаватель: .................................
Дата
Работа защищена:................................................................................
Подпись преподавателя, дата:.............................................
4