ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ VA ГРУППЫ
Цель работы. Получить и исследовать свойства наиболее распространенных соединений азота, фосфора, сурьмы и висмута.
Экспериментальная часть
Опыт 1. Получение азота
В пробирку внести по 2 мл насыщенных растворов хлорида аммония NH4Cl и нитрита натрия NaNO2. Укрепить пробирку вертикально в штативе и закрыть пробкой с газоотводной трубкой. Вторую пробирку заполнить водой и, закрыв отверстие пальцем, перевернуть ее и поместить в кристаллизатор с водой так, чтобы вода не вылилась из пробирки. Смесь солей слегка подогреть до начала реакции, затем нагревание прекратить. Подождав, когда воздух из прибора вытеснится выделяющимся газом, подвести конец газоотводной трубки под пробирку с водой и собрать в нее газ.
Как убедиться, что этот газ - азот? Написать уравнение происходящей реакции, составить баланс, расставить коэффициенты в уравнении реакции. К какому типу окислительно-восстановительных реакций относится данная реакция?
Опыт 2. Получение и обнаружение аммиака
Внести в фарфоровый тигель по 3-4 микрошпателя хлорида (или сульфата) аммония и гашеной извести Са(ОН)2 и тщательно перемешать смесь стеклянной палочкой. Перенести смесь в пробирку и закрыть пробкой с изогнутой газоотводной трубкой. Пробирку со смесью слегка нагреть. Осторожно понюхать выделяющийся газ. Поднести к концу газоотводной трубки влажную индикаторную бумагу, затем стеклянную палочку, смоченную концентрированной соляной кислотой. Что наблюдаете? Опустив конец газоотводной трубки в пробирку на 2/3 заполненную водой, собрать выделяющийся аммиак в воду.
Содержимое пробирки с собранным аммиаком разделить на две части. Добавить в первую пробирку каплю фенолфталеина и отметить окраску раствора. Чем она обусловлена? Добавить в этот же раствор несколько кристалликов хлорида аммония и перемешать. Что произошло с окраской? Почему?
К раствору во второй пробирке добавить несколько кристалликов сульфата алюминия. Отметить, остался или исчез запах аммиака.
В отчете записать уравнения следующих реакций в молекулярной и, где необходимо, в ионной формах: а) получение аммиака; б) взаимодействие аммиака с водой (объяснить хорошую растворимость аммиака в воде); в) взаимодействие газообразного аммиака с раствором соляной кислоты (опровергнуть расхожее выражение «нет дыма без огня»); г) равновесие, установившееся в водном растворе аммиака (объяснить сдвиг равновесия при добавлении хлорида аммония); д) взаимодействие сульфата алюминия с водным раствором аммиака (в какую сторону и почему смещается данное равновесие?).
Опыт 3 Восстановительные свойства аммиака
а) В пробирку внести 2-3 капли бромной воды и 1-2 капли раствора аммиака. Как изменится окраска бромной воды? Написать уравнение реакции, учитывая, что аммиак окисляется до свободного азота.
б) внести в пробирку 1-2 капли раствора перманганата калия КМnО4 и 3-5 капель концентрированного раствора аммиака. Полученную смесь слегка подогреть. Как изменяется окраска раствора? Написать уравнение реакции, учитывая, что аммиак окисляется до свободного азота, а перманганат калия восстанавливается до оксида марганца(IV).
Опыт 4. Гидролиз солей аммония
Приготовить в двух пробирках растворы хлорида аммония NH4Cl и сульфата аммония (NH4)2SO4 и при помощи лакмуса установить реакцию среды. Написать уравнение гидролиза. Какая из солей аммония – хлорид или сульфат – в большей степени подвергается гидролизу? Почему? (При объяснении учтите частичное связывание Н+ с образованием гидросульфат ионов Н+ + SO42- ↔ НSO4- , для которых Кдисс = 1,2.10-2).
Опыт 5. Окислительно-восстановительная двойственность нитритов
а) Окислительные свойства нитритов. Провести в пробирке (под тягой!) реакцию между растворами NaNO2 (или КNO2) и подкисленным раствором NaI (или KI), обратить внимание на изменение окраски раствора и цвет выделяющегося газа. В отчете описать опыт и составить уравнения реакций: а) нитрита с иодидом в присутствии серной кислоты; б) окисления образующегося оксида азота (II) кислородом воздуха на выходе из пробирки. Первую реакцию уравнять методом полуреакций.
б) Восстановительные свойства нитритов. Выбрать из штатива два известных окислителя и провести их восстановление нитритом натрия (или калия) в кислой среде. Описать ход опыта, написать уравнения реакций.
В выводе объяснить причину окислительно-восстановительной двойственности нитритов.
Опыт 6. Окислительные свойства азотной кислоты
Внимание! Опыты с азотной кислотой проводятся в вытяжном шкафу!!!
В отдельных пробирках провести шесть опытов по взаимодействию разбавленной HNO3 (из штатива) и концентрированной HNO3 (хранится в вытяжном шкафу) с магнием (стружка), цинком (пыль) и медью. На белом фоне наблюдать цвет выделяющихся газов. Если реакции с разбавленной азотной кислотой идут медленно, то пробирки слегка подогреть. Описать наблюдения, составить уравнения реакций и подобрать в них коэффициенты методом полуреакций, сделать выводы. В выводах отразить влияние природы металла (положение в ряду напряжений) и концентрации азотной кислоты на состав продуктов её восстановления в этих реакциях.
Опыт 7. Гидролиз ортофосфатов
В три пробирки внести по 5 – 6 капель раствора нейтрального лакмуса. Оставить одну пробирку как контрольную, во вторую внести 3 - 4 кристалла ортофосфата натрия Na3PO4, в третью – столько же дигидроортофосфата натрия NaН2PO4. Содержимое второй и третьей пробирок тщательно перемешать до полного растворения солей. Отметить изменение окраски лакмуса по сравнению с окраской в контрольной пробирке. На увеличение концентрации каких ионов указывает изменение окраски лакмуса при растворении ортофосфата натрия и дигидроортофосфата натрия?
В отчете составить уравнения гидролиза исследованных солей, а также уравнение реакции диссоциации дигидроортофосфат-иона. Используя табличные значения констант ступенчатой диссоциации ортофосфорной кислоты (К1 =7,1·10-3, К2 = 6,2·10-8, К3 = 5,0·10-13), вычислить константу гидролиза, степень гидролиза и рН в 1 М растворе каждой соли.
Опыт 8. Получение гидроксидов сурьмы(III) и висмута(III) и исследование их свойств
В две пробирки поместить по 5 – 6 капель 0,5 М раствора хлорида сурьмы(III), в две другие – 5 - 6 капель 0,5 М раствора нитрата висмута(III). В каждую пробирку прибавить по 3–5 капель 1 М раствора гидроксида натрия до выпадения осадков.
В одну из пробирок с осадком гидроксида сурьмы(III) Sb(OH)3 добавить несколько капель соляной кислоты, в другую – раствор щелочи. Запишите наблюдения.
Проделать такие же опыты с осадком гидроксида висмута(III) Bi(OH)3. В обеих ли пробирках растворяется осадок? Почему с кислотой гидроксид висмута взаимодействует, а со щелочью реакция не идёт?
В отчете написать все уравнения проделанных реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде. Сделать вывод об основно-кислотных свойствах гидроксидов сурьмы и висмута.
Опыт 10. Гидролиз солей сурьмы(III) и висмута(III)
В две пробирки налить по 4–5 капель раствора хлорида сурьмы(III) и нитрата висмута(III). В каждую пробирку добавить по каплям воду, перемешивая раствор стеклянной палочкой. Наблюдать помутнение растворов и выпадение осадков основных солей. Прибавить несколько капель концентрированной соляной кислоты к хлориду сурьмы(III) и концентрированной азотной кислоты к нитрату висмута(III); осадки при этом растворяются. Снова прилить воду, наблюдается вторичное образование осадка. Объяснить это явление. В отчете написать в молекулярном и ионно-молекулярном виде уравнения следующих реакций: а) гидролиза хлорида сурьмы (III) и нитрата висмута (III) в две ступени с образованием основных солей – хлорида дигидроксосурьмы (III) и нитрата дигидроксовисмута (III); б) разложения основных солей с образованием оксохлорида сурьмы (III) SbOCl и оксонитрата висмута (III) BiONO3; в) растворения осадков оксосолей при приливании кислот. В выводе объяснить причину гидролиза солей сурьмы и висмута, а также указать, какая из солей гидролизуется в большей степени и почему.
