Опыт 5. Выщелачивание стекла (групповой опыт).
Кусочек стеклянной трубки нагрейте в пламени горелки и быстро опустите в стакан с водой. Трубка лопается. Кусочки стекла перенесите в фарфоровую ступку и, добавив небольшой объем дистиллированной воды, разотрите в мелкий порошок (надеть защитные очки). Затем в ступку добавьте несколько капель раствора фенолфталеина. Что наблюдается? Дайте объяснение, имея в виду, что состав обыкновенного стекла выражают формулой Na2O ∙ CaO ∙ 6SIO2.
Опыт 6. Выделение кремниевой кислоты хлоридом аммония.
Налейте в пробирку 1см3 10%-ного раствора силиката натрия и несколько миллилитров насыщенного раствора хлорида аммония. Выпадение осадка объясняется реакцией гидролиза. Соль слабой кремниевой кислоты и слабого основания полностью гидролизуется.
Опыт 7. Действие раствора фенолфталеина на обычное и кварцевое стекло.
Маленькие кусочки обычного и кварцевого стекол разотрите отдельно в ступке, насыпьте в отдельные пробирки и добавьте по 5-6 капель дистиллированной воды и 1-2 капли спиртового раствора фенолфталеина. В какой из пробирок и как изменилась окраска фенолфталеина? Какой ион определяет изменение окраски фенолфталеина?
Различное отношение фенолфталеина объясняется тем, что кварцевое стекло представляет собой полиоксид кремния (SiO2)n, а обычное стекло содержит силикат натрия NaSiO3.
Коллоидные растворы.
Под коллоидными растворами в настоящее время понимают не отдельные классы веществ, а особое состояние веществ, характеризующихся, прежде всего, определенными размерами его частиц. Среди дисперсных систем коллоидные растворы занимают промежуточное положение между суспензиями и истинными растворами.
Диаметр частиц в:
истинном растворе = 10Ао,
«коллоидном растворе» = 10 – 1000 Ао,
«суспензии» = 1000 Ао.
Поэтому коллоидные растворы могут получены двумя методами: дисперсионными (измельчением частиц более грубых дисперсных систем – суспензий) и конденсационным (укрупнением частиц истинных растворов) путем их слияния. Коллоидные растворы также называются золями.
От истинных растворов коллоидные отличаются по их оптическим свойствам. Световые лучи в них подвергаются светорассеянию. Этим объясняется явление конуса Тиндаля в коллоидных растворах и их опалесценция (разные окраски в отраженном и проходящем свете). Так как величина частиц коллоидного раствора одного и того же вещества колеблется в широких пределах, то окраска этих растворов может быть различной.
Коллоиды по отношению к жидкой фазе, в которой они распределены, делятся на две группы. Одни из них хорошо адсорбируют на своей поверхности молекулы вещества окружающей среды, образующие с ним комплексы сольватного типа. Такие коллоиды называются лиофильными (в частном случае водной среды – гидрофильными). Например, клей, желатин, кремниевая кислота. Частицы других коллоидов молекул жидкой фазы не адсорбируют. Такие коллоиды называют лиофобными (в частном случае водной среды – гидрофобными). Например, сульфиды металлов в тонкодисперсионном состоянии.
Из раствора электролита коллоидные частицы могут адсорбировать ионы тех элементов, которые входят в состав самой частицы. Так как характер поверхности у одинаковых коллоидных частичек один и тот же, то все они заряжаются при этом одновременно. Коллоиды, адсорбирующие катионы, заряжаются положительно (например, гидроксиды металлов), а адсорбирующие анионы – отрицательно, например, сернистые соединения.
Коллоидные частицы с адсорбированными ионами называются гранулами, а вместе с ионами противоположного знака («противоионами»), связанными с гранулами – мицеллами.
Одинаковые заряды у гранулы в коллоидных растворах являются главной причиной устойчивости последних.
Под влиянием электрического напряжения гранулы движутся к электроду противоположного знака, а противоионы к другому электроду. Перемешивание коллоидных частиц под действием электрического напряжения называется электрофорезом. С помощью электрофореза определяется знак электрического заряда гранул в мицеллах.
Коллоидные растворы являются системами довольно устойчивыми. Устойчивость гидрофильных коллоидов объясняется наличием гидратной оболочки, а гидрофобных – одинаковым зарядом гранул. При потере заряда,
вследствие введения электролита в коллоидный раствор или других причин, наступает слияние частиц – коагуляция золя. Агрегаты частиц, достигнув известной величины, становятся уже неспособными удерживаться во взвешенном состоянии и выделяются из жидкой фазы – происходит седиментация (осаждение) коллоида. Лиофильные коллоиды при выпадении в осадок увлекают за собой большое количество растворителя, образуя желатинообразные массы, называемые студнями или гелями. Вещества вызывающие коагуляцию, называются коагулянтами: к ним относятся различные электролиты. Коагулирующее действие электролита зависит от валентности тока, ионов, заряд которых противоположен по знаку коллоидных частиц. При сливании двух коллоидных растворов, гранулы которых имеют противоположный электрический заряд, происходит взаимная коагуляция коллоидов.
Различают коллоиды обратимые и необратимые. Осадок обратимых коллоидов при добавлении растворителя может снова образовать золь. Необратимые же коллоиды при добавлении растворителя не переходят в жидкую фазу, но могут образовывать золь при добавлении ничтожных количеств электролита. Это явление получило название пептизации.
Опыт 1. Получение золя гидроксида железа (III) путем гидролиза и его коагуляции.
25см3 дистиллированной воды нагрейте до кипения, затем добавьте по каплям 2% раствор хлорного железа до получения красно-коричневого окрашивания – золя гидроксида железа (III).
Составьте уравнения реакции гидролиза хлорного железа и объясните образование его гидрозоля.
Полученный коллоидный раствор гидроксида железа (III)разделите на две порции. К одной порции прибавьте (по каплям) раствор хлорида натрия. Следите за изменением раствора после прибавления каждой капли. В каком случае произошла коагуляция быстрее и почему?
Вопросы и задачи.
1. Напишите электронные формулы атомов углеродов и кремния. Начертите схемы распределения электронов в энергетических ячейках.
2. Какие степени окисления проявляют атомы углерода и кремния в соединениях? Какую роль выполняют углерод и кремний в окислительно-восстановительных процессах? Напишите уравнения реакций.
3. Перечислите известные аллотропные модификации углерода. Опишите их свойства. Как доказать, что они являются видоизменениями одного и того же элемента?
4. Пользуясь приведенной ниже таблицей, сравните между собой прочность химических связей, образуемых атомами кремния и углерода, и сделайте выводы: а) какие соединения кремния должны быть более устойчивыми, чем аналогичные соединения углерода; б) чем объяснить существование огромного количества соединений?
Энергия химических связей, образуемых атомами углерода и кремния.
Связь | Энергия связи, кДж/моль | Связь | Энергия связи, кДж/моль |
C – H C – O C – C | 410 335 347 | Si – H Si – O Si – Si | 310 440 210 |
5. Каково строение молекул метана, этилена, ацетилена (тип связи, вид гибридизации, геометрия молекул)?
6. В чем сходство и различие химических свойств водородных соединений углерода и кремния? Дать объяснение. Приведите примеры уравнений соответствующих реакций.
7. Напишите уравнения реакций получения силицидов, оксида кремния (IV) и кремниевых кислот. Укажите условия получения этих кислот.
8. Сравните кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства оксидов углерода (II) и (IV), исходя из строения молекул. Напишите уравнения соответствующих реакций.
9. Сравните свойства оксидов и гидроксидов кремния и углерода, привлекая сведения по теории строения вещества.
10. Определите валентность и степень окисления атома углерода в следующих соединениях: CH4, CH3OH, HCOH, CO2.
11. Назовите соединения углерода, которые в химических реакциях являются: а) только восстановителями; б) только окислителями; в) восстановителями и окислителями. Напишите уравнения соответствующих реакций.
12. Почему для отделения CO от CO2 смесь этих газов пропускают через раствор щелочи, а не через воду? Напишите уравнения реакций.
13. Можно ли с помощью реакций протекающих в растворе, приготовить карбонат железа и алюминия? Дайте объяснение.
14. Как влияет понижение температуры и уменьшение давления на равновесие реакций:
а) C + 2H2 = CH4 + 75,31 кДж;
б) CO + Cl2 = COCl2 + 112,97 кДж;
в) H2O + CO = H2 + CO2 + 41,84 кДж.
15.Закончите уравнения следующих реакций:
CO + KMnO4 + H2SO4 к-ат
CO + K2Cr2O7 + H2SO4 к-ат
16.Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия:
а) NaHCO3 и HCl;
б) NaHCO3 и NaOH;
в) Ca(HCO3)2 и Ca(OH)2.
17.Массовая доля углерода в молекуле газообразного вещества 42,86%, кислорода 57,14%. Относительная плотность этого газа по хлору 0,395. Определите формулу вещества и его относительную плотность по воздуху.
18.При сжигании смеси, состоящей из 100см3 метана и 100см3 кислорода, часть газа не вступила в реакцию. Определите объем непрореагировавшего газа.
19.В 1300г воды растворено 180г кристаллизационной соды. Плотность полученного раствора 1,16 г/см3. Определите процентную концентрацию раствора в расчете на безводную соль; молярную и нормальную концентрации определите исходя из кристаллогидрата.
20.Какой объем оксида углерода (II) при нормальных условиях необходим для восстановления 2кг оксида железа (III) до свободного железа?
21. Напишите уравнения реакций следующих превращений:
Si SiH4 SiO2 H2SiO3 Na2SiO3
 |  |
SiF4 Si
22. Напишите уравнения реакций, протекающих при прокаливании:
а) оксида кремния (IV) с карбонатом натрия;
б) оксида кремния (IV) с гидроксидом натрия;
в) карбоната калия с кремниевой кислотой ;
г) оксида кремния (IV) с гидроксидом кальция.
23. Состав оконного стекла приблизительно выражается формулой
CaO ∙ 6SiO2. Вычислите теоретический расход сырья – соды, известняка и кремнезема – для получения 1т такого стекла. Напишите уравнения реакций взаимодействия этих веществ при сплавлении.
24. Какой объем воздуха, измеренного при Р = 98,64кПа и t = 20оС, потребуется для сжигания 200см3 силана (SiH4) при н. у.?
25. Какую массу Na2SiO3 ∙ 9H2O нужно взять для приготовления 350г
20%-ного раствора силиката натрия (в расчете на безводную соль)?
26. Сколько килограммов кремния и какой объем 32%-ного раствора NaOH (ρ = 1,35г/см3) потребуется для получения 15м3 водорода измеренного при t = 17оС и Р = 98,64 кПа?
27. Закончите уравнения:
а) C + SiO2 + Cl2
б) SiCl4 + H2O
в) SiF4 + H2O
г) SiO2 + HF
28. Напишите уравнения гидролиза солей угольной и кремниевой кислот:
Na2CO3, KHCO3, (NH4)2CO3, Na2SiO3.
29. При пропускании 2м3 воздуха через раствор Ca(OH)2 образовалось 3г CaCO3. Вычислите содержание углекислого газа в воздухе (г/дм3) и в процентах по объему.
30. Взаимодействие кремния с раствором щелочи протекает по схеме
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 .
Сколько килограммов кремния и 30%-ного раствора щелочи потребуется для получения 15см3 водорода (н. у.)?
31.В состав силиката входит 68,7% SiO2, 19,5% Al2O3 и 11,8% Na2O. Выведите формулу силиката, выразив ее в виде соединения оксидов.
Лабораторная работа №4.
Олово и свинец.
Олово и свинец являются элементами IVA периодической системы элементов.
Строение внешнего электронного уровня - …s2p2.
При переходе от Германия к свинцу повышается устойчивость соединений этих элементов, в которых они проявляют степень окисления 2+, и понижается устойчивость соединений со степенью окисления 4+. Поэтому соединения свинца (IV) являются сильными окислителями. Соединения олова (II) проявляют сильные восстановительные свойства.
Олово и свинец растворяются в соляной кислоте, образуя SnCl2 и PbCl2 (свинец растворяется только при нагревании). Взаимодействуя с азотной кислотой, свинец образует Pb(NO3)2; олово в разбавленной кислоте переходит в Sn(NO3)2, а в концентрированной окисляется в метаоловянную кислоту H2SnO3. Разбавленная серная кислота на свинец не действует, так как на поверхности металла образуется слой нерастворимого PbSO4. Концентрированная серная кислота растворяет свинец, образуя Pb(HSO4)2. Олово в разбавленной серной кислоте растворяется незначительно, но легко растворяется в горячей концентрированной серной кислоте
Sn + 4H2SO4 = Sn(SO4)2 + 2SO2 + 4H2O.
Олово и свинец с кислородом образуют оксиды SnO и PbO и диоксиды SnO2 и PbO2. Все они, а также их гидроксиды, амфотерны. Реагируя с избытком раствора щелочи, они образуют гидрооксостанниты Na2[Sn(OH)4], гидрооксоплюмбиты Na2[Pb(OH)4], гидрооксостаннаты Na2[Sn(OH)6], гидрооксоплюмбаты Na2[Pb(OH)6].
Два свинца известны еще кислородные соединения Pb2O3 и Pb3O4, которые следует рассматривать как соли мета - и ортосвинцовой кислот:
O
Pb2O3 Pb2 + Pb4+O3 Pb Pb = O
O O
“ “
O O
Pb3O4 Pb22+ + Pb4+O4 Pb Pb Pb
O O
Реакция Pb3O4 + 4HNO3 = 2Pb(NO3)2 + PbO2 + 2H2O подтверждает приведенное строение.
Соли олова (II) и свинца (II) легко гидролизуются
SnCl2 + H2O SnOHCl + HCl.
Соли олова (IV) в растворе существуют только в кислой среде, так как они гидролизуется еще в большей степени
SnCl4 + 4H2O Sn(OH)4 + 4HCl4.
Способность олова (IV) к комплексообразованию приводит к тому, что образующаяся кислота вступает во взаимодействие
SnCl4 + 4HCl H2[SnCl6].
Олово (II) и свинец (II) с избытком галогенов – ионов образуют комплексные соединения, например в насыщенном растворе йодида калия
PbI2 + 2KI K2[PbI4].
Соединения олова (II) в щелочной среде проявляют восстановительные свойства сильнее, чем в кислоте:
3SnCl2 + 2Bi(NO3)3 + 18NaOH = 2Bi + 3Na2[Sn(OH)6] + 6NaNO3 + 6NaCl,
Sn2+ - 2e + 6OH - = [Sn(OH)6]2- 3
Bi3+ + 3e = Bio 2
Очень сильными окислителями являются соединения свинца (IV):
PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + 2H2O,
5Pb3O4 + 2MnSO4 + 26HNO3 = 13Pb(NO3)2 + 2HMnO4 + 2PbSO4 + 12H2O,
Pb3O4 + 2e + 8H+ = Pb2+ + 4H2O 5
Mn2+ - 5e + H2O = MnO4- + 8H+ 2
Экспериментальная часть.
Опыт 1. Отношение олова и свинца к кислотам и щелочам:
а) Взаимодействие олова с кислотами и щелочью.
В пять пробирок положите небольшие кусочки олова. В первую из них добавьте 3-4 капли разбавленной соляной кислоты, во вторую и третью – соответственно по 3-4 капли разбавленной и концентрированной серной кислоты, в четвертую – 3-4 капли концентрированной азотной кислоты, в пятую – 3-4 капли гидроксида натрия.
Напишите уравнения реакций.
б) Взаимодействие свинца с кислотами.
В четыре пробирки поместите по небольшому кусочку свинца. В первую из них добавьте 3-4 капли разбавленной соляной кислоты, во вторую – 3-4 капли разбавленной серной кислоты, в третью – 3-4 капли концентрированной серной кислоты, в четвертую – 3-4 капли разбавленной азотной кислоты.
Объясните наблюдаемое и напишите уравнения всех происходящих реакций.
Опыт 2. Вытеснение олова и свинца цинком
Налейте в два стаканчика растворы солей олова и свинца. В оба раствора опустите пластинки металлического цинка и дайте постоять 2-3мин. Напишите уравнения реакций.
Опыт 3. Получение и свойства гидроксида олова (II) и свинца (II).
К 2-3 каплям соли олова (II) добавьте 2-3 капли гидроксида натрия, в другой пробирке аналогично получите гидроксид свинца. Каждый полученный гидроксид разделите на две части: к одной добавьте несколько капель азотной кислоты, к другой гидроксид натрия.
Напишите уравнения образования гидроксидов и их растворения в молекулярной и ионной формах.
Опыт 4. Восстановительные свойства станнитов.
К полученном в опыте 3 раствору станнита натрия добавьте 3-4 капли раствора азотнокислого висмута. Наблюдайте образование черного осадка металлического висмута. Напишите уравнение реакции.
Опыт 5. Получение и свойства гидроксидов олова (IV) и свинца (IV).
В одну пробирку поместите 2-3 капли раствора хлористого олова, а в другую – 2-3 капли азотнокислого свинца. В обе пробирки по каплям добавляйте бромную воду до обесцвечивания последней.
К полученным растворам прибавьте гидроксид натрия до образования осадков.
Каждый из полученных осадков разделите на две части на одну часть подействуйте кислотой, а на другую – избытком гидроксида.
Сделайте выводы о характере гидроксидов. Напишите уравнения реакций: а) окисления олова (II) и свинца (II); б) взаимодействие гидроксидов олова (IV) и свинца (IV) с кислотами и щелочами.
Опыт 6. Растворение диоксида свинца в соляной кислоте и щелочи.
В две пробирки поместите небольшое количество диоксида свинца. В одну пробирку добавьте 3-4 капли концентрированной соляной кислоты, а во вторую – 3-4 капли раствора гидроксида натрия. Обе пробирки подогрейте.
Напишите реакции растворения диоксида свинца щелочи и соляной кислоте, учитывая, что в последней образуется PbCl4, который распадается с выделением свободного хлора.
Опыт 7. Окислительные свойства диоксида свинца:
а) Окисление сульфата хрома (III).
В пробирку поместите 3-4 капли раствора сульфата хрома, добавьте 5-6 капель концентрированного раствора гидроксида натрия и немного диоксида свинца. Раствор нагрейте и отметьте появление желтой окраски, характерной для иона CrO42-.
б) В пробирку поместите 5-6 капель раствора йодида калия, подкислите 3-4 каплями 2н серной кислоты и внесите немного диоксида свинца. Пробирку подогрейте. Отметьте изменение цвета раствора. Перенесите одну каплю этого раствора в пробирку с 5-6 каплями крахмала. Напишите уравнения происходящих реакций.
Опыт 8. Гидролиз солей олова (II) и свинца (II).
В две пробирки поместите по 3-4 капли раствора хлорида олова и нитрата свинца (II).
Растворы испытайте лакмусом. Напишите уравнения гидролиза солей в молекулярной и ионной формах.
Опыт 9. Получение малорастворимых солей свинца.
а) Получение сульфата свинца.
В пробирку с 2-3 каплями раствора соли свинца прибавьте столько же 2н раствора серной кислоты. Напишите уравнение реакций в молекулярной и ионной формах.
б) Получение сульфида свинца и его окисление в сульфат.
В пробирку с 2-3 каплями раствора соли свинца прибавьте столько же сероводородной воды. Определите цвет осадка. К полученному осадку добавьте по каплям 3%-ный раствор пероксида водорода до изменения цвета осадка. Напишите уравнения реакций.
в) Получение галогенидов свинца.
В две пробирки внесите по 3-4 капли раствора соли свинца. В одну пробирку добавьте 3-4 капли 2н раствора соляной кислоты, а в другую – 2-3 капли раствора йодида калия. Добавьте в каждую пробирку по 3-4 капли воды и нагрейте. Отметьте растворение осадков при нагревании. Дайте растворам остыть и наблюдайте появления осадков галогенидов в крупнокристаллической форме.
г) Получение основного карбоната свинца.
В пробирку внесите 2-3 капли раствора соли и свинца, нагрейте и добавьте 2-3 капли раствора карбоната натрия и нагрейте. Выпадает осадок основного карбоната Pb(OH)2 ∙ PbCO3. в какой кислоте можно растворить полученную соль? Проведите опыт. Напишите уравнения всех происходящих реакций в молекулярной и ионной формах.
Вопросы и задачи.
1. Дайте общую характеристику элементов подгруппы германия.
2. Напишите электронные формулы и укажите, на каких подуровнях находятся валентные электроны у германия, олова и свинца.
3. Напишите формулы возможных оксидов и гидроксидов германия, олова и свинца. Укажите характер оксидов и гидроксидов каждого элемента.
4. Как реагируют германий, олово и свинец с кислотами различной концентрации и щелочами?
5. Для свинца известны следующие кислородные соединения: PbO, Pb3O4, Pb2O3 и PbO2. К каким классам соединений они относятся? Как они называются? Какую степень окисления проявляет свинец в этих соединениях?
6. Закончить уравнения окислительно-восстановительных реакций:
Pb2O3 + MnSO4 + H2SO4
PbO2 + HClk
SnCl2 + FeCl3
Na2SnO3 + Bi(NO3)3 + NaOH
NaCrO2 + PbO2 + NaOH
PbO2 + KNO2 + HNO3
7. Почему приготовлении водного раствора 
SnCl2 к воде добавляют соляную кислоту? Составьте уравнения реакций.
8. При взаимодействии 23,7г металлического олова с избытком соляной кислоты выделится водород в количестве, достаточном, чтобы получить 12,7г Cu при восстановлении оксида меди. Определите эквивалент олова.
9. Сколько получится по объему диоксида свинца при растворении 1кг Pb в концентрированной азотной кислоте? Газ собран при 200С и 750мм. рт. ст.
10. Олово получают восстановлением оловянной руды SnO2 углем. Сколько тонн металлического олова можно получить из 10т руды, содержащей 92% SnO2?
11. Определите массовую долю и эквивалентную концентрацию раствора хлорида олова (II), полученного смешиванием 2,5дм3 22%-ного раствора (ρ = 1,19г/см3) и 1,5дм3 4%-ного раствора (ρ = 1,03г/см3).
12. Какой объем 2н раствора гидроксида калия потребуется прибавить к 200г 5%-ного раствора хлорида олова (II), чтобы последний полностью перевести в гидрооксостаннит?
13. 100г свинцового сурика было обработано избытком азотной кислоты. Осадок после высушивания был растворен и раствор разбавлен до 2дм3. определите мольную и эквивалентную концентрации полученного раствора.
14. степень гидролиза какой из солей будет больше при одинаковых условиях: а) Pb(NO3)2 и Sn(NO3)2; б)SnCl2 и SnCl4; в) K2SnO2 или K2PbO2. Напишите уравнений реакций.
15. Какие процессы будут протекать в растворе, содержащем ионы Pb2+ и Sn2+, при добавлении: а) небольшого количества щелочи, а затем избытка ее; б) сульфида, а затем полусульфида аммония. Напишите уравнения протекающих реакций.
Лабораторная работа №5.
Азот и его соединения.
Азот, элемент 5 группы главной подгруппы, имеет электронную конфигурацию…2s22p3.
Молекула азота состоит из двух атомов соединенных тройной связью, поэтому она инертна при нормальных условиях. N2 термически устойчива. С повышением температуры химическая активность молекулы азота возрастает.
Для азота характерны соединения со следующими степенями окисления: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5;
а) водородные соединения:
аммиак - NH3 (-3),
гидразин - N2H4 (-2),
гидроксиламин - NH2OH (-1);
б) кислородные соединения
(оксиды азота):
N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5;
в ряду соединений:
N-3, N+1, N+2, N+3, N+4, N+5
усиливаются окислительные свойства
усиливаются восстановительные свойства
Аммиак NH3 – газ, без цвета, с резким запахом, хорошо растворимый в воде.
NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH-.
Водные раствор аммиака (нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию, проявляет все свойства оснований.
Оксид азота N2O3 при взаимодействии с водой образует азотистую кислоту HNO2, соли которой называются нитратами.
Азотистая кислота проявляет свойства как восстановителя, так и окислителя. В качестве восстановителя азотистая кислота реагирует следующим образом:
NO2- + H2O – 2e NO3- + 2H+,
а в качестве окислителя азотиста я кислота превращается в NO
NO2- + 2H+ + e NO + H2O.
N2O5 – оксид азота при взаимодействии с водой образует азотную кислоту HNO3, которая является окислителем. При нагревании она разлагается с выделением кислорода и оксида азота NO2
4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O.
Степень восстановления азота будет зависеть от концентрации кислоты и от силы восстановителя. При одной и той же силе восстановителя азот будет восстанавливаться до двухвалентного состояния NO (если HNO3 разбавленная) и до четырехвалентного NO2, если кислота концентрированная.
Металлы, стоящие в ряду напряжений Бекетова за водородом, будут восстанавливать азот только до двухвалентного состояния (NO)
Me + HNO3(p) Me(NO3)x + NO + H2O,
а при взаимодействии с концентрированной кислотой до NO2
Me + HNO3(K) Me(NO3)x + NO2 + H2O.
Чем активнее металл, тем сильнее он восстанавливает азот, а такие металлы, как цинк, магний могут восстанавливать азот до N2, NH3 или солей аммония NH4NO3:
Me + HNO3(k) Me(NO3)x + NO2 + H2O,
Me + HNO3(p) Me(NO3)x + NH4NO3(N2) + H2O.
При нагревании нитраты металлов, стоящие в ряду напряжений левее водорода, разлагаются с образованием нитритов соответствующих металлов и выделением кислорода
Me(NO3)x t Me(NO2)x + O2 .
Нитриты менее активных металлов (магний – медь) разлагаются с образованием оксидов и кислорода.
Me(NO3)x t MexOy + NO2 + O2,
а еще менее активных (правее меди) с образованием свободных металлов
Me(NO3)x t Me + NO2 + O2.
Концентрированная азотная кислота окисляет и неметаллы (S, P, C) по схеме:
HNO3(K) + S H2SO4 + NO,
HNO3(K) + C CO2 + H2O + NO.
Экспериментальная часть.
Опыт 1.Получение и свойства азота.
Насыпьте в пробирку 1-2г измельченного нитрита натрия, прилейте по каплям 2-3см3 концентрированного раствора хлорида аммония и осторожно нагрейте. Соберите выделяющийся газ и проверьте, поддерживает ли он горение. Напишите уравнения реакции получения азота.
Опыт 2. Получение и свойства аммиака.
Смесь NH4Cl и Ca(OH)2 всыпьте на 1/3 в пробирку и закрепите ее в штативе так, чтобы дно было несколько выше отверстия. На газоотводную трубку наденьте сухую пробирку и закройте ее ватой. Нагрейте смесь (несильно) и через несколько минут, когда пробирка наполнится аммиаком, осторожно снимите с трубки (не переворачивая) и закройте пальцем. Пробирку погрузите в кристаллизатор с водой и под водой откройте отверстие. Так как на поверхности воды образуется при этом насыщенный аммиачный раствор, который легче воды, то дальнейшее растворение идет медленно и для его ускорения нужно пробирку слегка покачивать. Когда вода перестанет входить в пробирку, закройте отверстие пробирки над водой пальцем и выньте пробирку из кристаллизатора. К полученному раствору добавьте фенолфталеин, отметьте цвет раствора и разделите раствор на две части. Одну часть полученного раствора нагрейте до кипения, прокипятите 2-3 мин и отметьте изменение окраски. Во вторую часть раствора добавьте немного твердого хлористого аммония и наблюдайте изменение окраски.
Объясните все наблюдаемые явления, напишите химические равенства. Дайте ответ, какие молекулы и ионы находятся в равновесии друг с другом в водном растворе аммиака. Укажите в какую сторону смещается равновесие: при нагревании; при введении хлористого аммония.
Опыт 3. Получение аммиака и открытие иона аммония.
Налейте в пробирку немного раствора хлористого аммония и прибавьте к нему щелочи. Нагрейте смесь до кипения. Определите по запаху выделяющийся газ.
Напишите химические уравнения всех происходящих при этом химических реакций.
Опыт 4. Термическая диссоциация хлористого аммония.
Положите в сухую пробирку немного хлористого аммония и нагрейте ее, держа пробирку наклонно. Нагревать следует до тех пор, пока весь хлористый аммоний не возгонится.
Отличается ли возогнанное вещество по своему составу от хлористого аммония; для доказательства этого полученные кристаллы растворите в воде и откройте в растворе ионы хлора и аммония.
Опыт 5. Получение оксида азота (I) и его свойства
В пробирку с газоотводной трубкой, укрепленную в штативе, насыпьте около 1/3 сухого азотнокислого аммония и осторожно ее нагрейте. После начала разложения соли нагревание надо вести так, чтобы выделение газа было равномерным и не очень сильным.
Как только разложение начнет идти быстрее, горелку необходимо отодвинуть. При сильном нагревании реакция идет очень бурно и может произойти взрыв.
Когда весь воздух вытеснен из прибора соберите выделяющийся газ в цилиндр, наполненный горячей водой и опрокинутый кристаллизатор тоже с горячей водой.
Наполнив цилиндр газом, выньте газоотводную трубку из воды и только после того прекратите нагревание.
Закройте цилиндр под водой стеклом, выньте из кристаллизатора и внесите в него тлеющую лучинку.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
