«Лабораторный практикум по неорганическому синтезу» (стр. 1 )

«Лабораторный практикум по неорганическому синтезу»

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Химический факультет

,

«ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО НЕОРГАНИЧЕСКОМУ СИНТЕЗУ»

(часть 2)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

на модульной основе

для студентов химического факультета ЮФУ

Ростов-на-Дону

2010

Учебное пособие разработано: кандидатом технических наук, старшим преподавателем кафедры общей и неорганической химии ЮФУ ,

кандидатом технических наук, старшим преподавателем кафедры общей и неорганической химии ЮФУ

Рецензент: доктор технических наук, профессор

Ответственный редактор доктор химических наук,

профессор

Печатается в соответствии с решением кафедры общей и неорганической химии химического факультета ЮФУ, протокол № 3 от 31 марта 2010г.

Учебное пособие предназначено для студентов химического факультета университета, изучающих дисциплину «Неорганический синтез»; выполнено на модульной основе с диагностико-квалиметрическим обеспечением. Выполнено в соответствии с программой и состоит из двух частей. В первой части – модули: «Восстановление водородом» и «Синтез безводных хлоридов». Во второй части: «Получение галогенводородных кислот», «Синтез комплексных соединений», «Получение оксидов», «Алюмотермия».

Практикум «Неорганический синтез» дает возможность ознакомиться со способами получения и свойствами простых веществ и сложных соединений.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие выполнено на модульной основе и предназначено для студентов химического факультета университета, изучающих дисциплину «Неорганический синтез» (цикл СД по специальности 020101 - «Химия»); также может использоваться при проведении практикума по «Основам неорганического синтеза» (цикл ОПД по направлению 020900 – «Химия, физика и механика материалов»)

Лабораторный практикум «Неорганический синтез» строится так, чтобы студенты могли синтезировать соединения различных классов, используя при этом различные методы синтеза.

Практикум в целом состоит из 6 модулей. В каждом модуле содержится краткая теоретическая часть, описание различных методик выполнения синтеза, вопросы для самоподготовки, вопросы для самоконтроля, проектное задание и тест рубежного контроля.

Учебное пособие состоит из двух частей; включает в себя рекомендации по технике безопасности и правилам поведения в химической лаборатории, по оказанию первой доврачебной помощи своими силами; рекомендации по оформлению отчетов; программу подготовки к коллоквиумам; список рекомендуемой литературы.

В первую часть пособия включено 2 модуля: «Восстановление водородом» и «Синтез безводных хлоридов». Во вторую часть остальные 4 модуля: «Получение галогенводородных кислот», «Синтез комплексных соединений», «Получение оксидов», «Алюмотермия».

Модуль 3. ПОЛУЧЕНИЕ ГАЛОГЕНВОДОРОДНЫХ КИСЛОТ

Комплексные цели: знать методы получении галогеноводородов, их физические и химические свойства, правила работы с бромом, иодом, фосфором и галогеноводородами; уметь собирать установку для получения бромистоводородной или иодистоводородной кислот, определять плотности растворов и рассчитывать концентрацию полученных растворов.

3.1 Теоретическая часть

Методы получения галогеноводородов и их особенности.

Галогеноводороды можно получать различными способами:

- непосредственный синтез из простых веществ,

- гидролиз галогенидов неметаллов,

- вытеснение НГ из соответствующих солей нелетучими кислотами,

- термическое разложение кислых галогенидсодержащих солей,

- восстановление простых веществ сильными восстановителями.

Наиболее активные галогены (хлор и фтор) - реагируют с водородом с большой скоростью. Их взаимодействие сопровождается взрывом; поэтому для лабораторного получения фтористого водорода и хлористого водорода применяют более удобные методы, хотя хлороводород получают в промышленности именно этим методом. Остальные галогены соединяются с водородом непосредственно в незначительной мере, реакции обратимы и идут с малым выходом. Поэтому непосредственное взаимодействие водорода с бромом и йодом находит ограниченное применение. Тем не менее, существует лабораторный метод получения бромоводорода на платиновом катализаторе.

Большинство галогенидов неметаллов подвергается гидролизу с образованием соответствующих галогеноводородов. Практическое значение имеет получение этим способом бромистого водорода и йодистого водорода из галогенидов фосфора.

Взаимодействие галогенидов металлов с кислотами находит применение для получения водородных соединений фтора, хлора и брома. Однако нужно учитывать легкую окисляемость бромидов и йодидов. Поэтому при выделении из галогенидов йодистого водорода и бромистого водорода лучше применять фосфорную, а не серную кислоту, так как последняя окисляет йодид - и бромид-ионы с выделением галогена в свободном виде, что существенно снижает выход продукта.

Еще одним способом получения бромистого и йодистого водорода является взаимодействие брома и йода с сильными восстановителями, например с сероводородом, с сернистым газом и др. Бромистый водород часто получают также путем взаимодействия брома с различными углеводородами (парафином, антраценом и др.). Такой метод дает невысокие выходы продукта, так как часть брома затрачивается на бромирование применяемого соединения.

Особое значение имеет реакция разложения КНF2, т. к. она дает возможность получить совершенно безводный HF.

Следует учитывать, что бромоводород и йодоводород постепенно окисляются кислородом воздуха, поэтому получение и хранение их представляет значительные трудности. Растворы бромо - и йодоводорода хранят в склянках из темного стекла на холоду.

3.2  Практическая часть

Техника безопасности при выполнении работ

При работе с бромом следует соблюдать большую осторожность, потому что жидкий бром и его пары очень ядовиты. Все операции с бромом проводить под тягой, пользуясь резиновыми перчатками. При попадании жидкого брома на кожу следует удалить его сухим ватным тампоном и пораженный участок тщательно промыть 10%-ным раствором соды. В случае отравления парами брома необходимо выйти на свежий воздух, понюхать разбавленный раствор аммиака, этиловый спирт. Бром при попадании на кожу оставляет долго не заживающие ожоги.

Белый фосфор ядовит и легко воспламеняется. Работа с ним требует большой осторожности. Белый фосфор разрешается брать только пинцетом, нарезать под водой и отвешивать в бюксе с водой, а перед опусканием в реакционную колбу быстро осушать фильтровальной бумагой; бумагу после использования сложить в кристаллизатор с водой. Ожоги, вызванные белым фосфором, очень опасны. При попадании на кожу его следует тотчас удалить и промыть обожженное место 2%-ным раствором нитрата серебра, сульфата меди или перманганата калия.

Методика синтеза бромистоводородной кислоты гидролизом бромида фосфора

Собрать установку, изображенную на рис. 7. В колбу для перегонки поместить 5 г красного фосфора и 10 мл воды. Из капельной воронки очень медленно, по каплям прилить 18 мл брома. Бромистый водород получается в результате гидролиза образующихся в колбе бромидов фосфора. Реакция протекает бурно, с появлением пламени. Выделяющийся газ проходит через U-образную трубку, наполненную стеклянными бусами, перемешанными с увлажненным красным фосфором (для поглощения паров избыточного брома).

Рис.7 Схема установки для получения водного раствора HBr

Газ улавливается в поглотителе, который представляет собой небольшую колбу с водой (75-80 мл Н2О), охлаждаемую льдом. Охлаждение необходимо, т. к. при растворении HBr выделяется большое количество тепла. Необходимо следить, чтобы газоотводная трубка не была погружена в воду, так как из-за очень большой растворимости бромоводорода может произойти переброс жидкости в

Таблица 1 - Плотность водных растворов HBr при 20°С
%HBr	d, г/мл		%HBr	d, г/мл
1	1,0053		24	1,1961
2	1,0124		26	1,2161
4	1,0269		28	1,2367
6	1,0417		30	1,2580
8	1,0568		35	1,3150
10	1,0723		40	1,3772
12	1,0883		45	1,4446
14	1,1048		50	1,5173
16	1,1219		55	1,5953
18	1,1396		60	1,6787
20	1,1579		65	1,7675
22	1,1767

реакционный сосуд. Для предотвращения этого между U-образной трубкой и поглотителем ставится предохранительная склянка.

По мере протекания реакции выделение газа ослабляется. После прибавления всего брома реакционную колбу следует осторожно прогреть спиртовкой.

Измерить объем полученного раствора. Определить плотность получившейся бромистоводородной кислоты при помощи ареометра, а по данным таблицы 1 рассчитать концентрацию (для точного определения концентрации кислоты при необходимости использовать метод интерполяции). Рассчитать выход продукта.

Бромистоводородная кислота

представляет собой бесцветную жидкость, которая иногда окрашена следами брома в желтоватый цвет. Хранить бромистоводородную кислоту следует в прохладном месте в склянках из темного стекла, т. к. на свету, а также при нагревании она частично разлагается.

Методика синтеза йодистоводородной кислоты

Таблица 2 - Плотность водных растворов HI при 20°С
%HI	d, г/мл		%HI	d, г/мл
1	1,0054		24	1,2059
2	1,0127		26	1,2270
4	1,0277		28	1,2503
6	1,0431		30	1,2737
8	1,0589		35	1,3357
10	1,0751		40	1,4029
12	1,0918		45	1,4755
14	1,1091		50	1,560
16	1,1270		55	1,655
18	1,1456		60	1,770
20	1,1649		65	1,901
22	1,1850

Собрать установку, изображенную на рисунке 8. В перегонную колбу поместить 22 г йода и постепенно небольшими кусочками добавить 2 г белого фосфора. Прибавление первых кусочков сопровождается энергичной реакцией с появлением пламени. В дальнейшем реакция идет более спокойно. Необходимо следить, чтобы фосфор попадал в середину колбы.

После внесения всего фосфора получается темная масса йодистого фосфора. Колбу закрыть пробкой с капельной воронкой и прилить постепенно 3 мл воды. Получающийся йодистый водород, как правило, загрязнен йодом. Для очистки выделяющийся газ нужно пропустить через U-образную трубку, наполненную смесью увлажненного красного фосфора со стеклянными бусами. Для осушки йодистого водорода (это необходимо, если ставится цель получить иодоводород, а не водный раствор кислоты) во вторую U-образную трубку поместить хлористый кальций.

Рисунок 8 – Схема установки для получения водного раствора HI