4 КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Лабораторная работа № 1
4.1 Цель лабораторной работы
Исследование свойств соединений меди, цинка, кобальта, кальция.
4.2 Теоретическая часть
Неорганические соединения обычно подразделяются на пять основных классов: оксиды кислоты, основания, амфотерные гидроксиды и соли.
Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород.
Все оксиды можно разделить на солеобразующие Na2O, SO3, ZnO и безразличные CO, N2O, NО. Солеобразующие оксиды делятся на три группы: основные, кислотные, амфотерные.
Основными называют такие оксиды, гидратные соединения которых являются основаниями. Основные оксиды образуются только металлами. Например: K2O, MgO, CuO – основные оксиды, так как соответствующие им гидратные соединения: KOH, Mg(OH)2, Cu(OH)2 – являются основаниями. Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов непосредственно соединяются с водой, образуя растворимые в воде основания – щелочи, например:
K2O + H2O = 2KOH (4.1)
Большинство же основных оксидов с водой не взаимодействуют, а соответствующие им основания получаются из солей. Например:
CuSO4 + 2NaOH = ↓ Cu(OH)2 + Na2SO4 (4.2)
Все основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием солей, например:
MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O (4.3)
Кислотными оксидами (или ангидридами), называют такие оксиды, гидратные соединения которых являются кислотами. Например: N2O5, SO2, SO3 – кислотные оксиды, так как им соответствуют кислоты HNO3, H2SO3, H2SO4.
Большинство кислотных оксидов непосредственно соединяется с водой, образуя кислоты, например:
SO2 + H2O = H2SO3 (4.4)
Кислотные оксиды образуются неметаллами и некоторыми металлами в высшей степени окисления, например: Mn2O7 отвечает марганцевая кислота HMnO4.
Главным отличительным признаком кислотных оксидов является их способность взаимодействовать со щелочами с образованием солей, например:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O (4.5)
Амфотерными называют такие оксиды, которые в зависимости от условий проявляют и основные, и кислотные свойства, т. е. обладают двойственными свойствами, например: ZnO, Al2O3, Cr2O3.
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O (4.6)
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] (4.7)
Кислотами называют электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только ионы водорода. Диссоциацию кислот можно написать так:
HCl ⇔ H+ + Cl- (4.8)
Все кислоты делятся на одно - и многоосновные. Основность определяется числом ионов водорода, которые замещаются в реакции на основной остаток. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато
H2SO3 ⇔ H+ + HSO3- (4.9)
HSO3- ⇔ H+ + SO32- (4.10)
По составу различают кислородные (HNO3, H2SO4, H2CO3) и бескислородные (HCl, HBr, H2S) кислоты.
Кислоты получают при взаимодействии кислотных оксидов с водой:
N2O5 + H2O = 2HNO3 (4.11)
Na2SiO3 + H2SO4 = ↓H2SiO3 +Na2SO4 (4.12)
Бескислородные кислоты получают путем синтеза водорода с неметаллом.
Основаниями называют электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.
Диссоциацию оснований следует писать так:
KOH ⇔ K+ + OH- (4.13)
Все основания делятся на одно - и многокислотные. Кислотность оснований определяется числом гидроксид-ионов, которые замещаются в реакции на кислотный остаток. Многокислотные основания диссоциируют ступенчато, например:
Ba(OH)2 ⇔ BaOH+ + OH- (4.14)
BaOH+ ⇔ Ba2+ + OH- (4.15)
По растворимости все основания делятся на две группы: растворимые (щелочи) и нерастворимые в воде основания.
Растворимые в воде основания получаются при взаимодействии металлов или их оксидов с водой:
2Na + H2O = 2NaOH = H2↑ (4.16)
K2O + H2O = 2KOH (4.17)
Нерастворимые в воде основания получаются реакцией обмена:
FeSO4 + 2NaOH = ↓Fe(OH)2 + Na2SO4 (4.18)
Амфотерными называются такие гидроксиды, которые при диссоциации образуют одновременно и катионы водорода Н+ и гидроксид-ионы ОН - . К ним относятся, например: Zn(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3, Be(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH)2 и другие.
Амфотерные гидроксиды взаимодействуют как с кислотами, так и со щелочами. Например:
Sn(OH)2 + 2HCl = SnCl2 + 2H2O (4.19)
Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Sn(OH)4] (4.20)
Солями называются электролиты, при диссоциации которых образуются ионы кислотных и основных остатков. Уравнения диссоциации солей следует изображать так:
K3PO4 ⇔ 3K+ + PO43- (4.21)
В зависимости от состава различают следующие типы солей: средние, кислые, основные, двойные, комплексные.
Средние соли – продукты полного замещения атомов водорода в кислоте на металл и гидроксид – ионов в основании на кислотный остаток.
H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O (4.22)
Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O (4.23)
Кислые соли – продукты неполного замещения атомов водорода в кислоте на металл. Они получаются при недостатке основания:
H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + H2O (4.24)
Диссоциацию их можно выразить уравнениями:
NaHSO4 ⇔ Na+ + HSO4- (4.25)
HSO4- ⇔ H+ + SO42- (4.26)
Основные соли – это продукты неполного замещения гидроксид-ионов основания на кислотные остатки. Они получаются при недостатке кислоты.
Mg(OH)2 +HCl = Mg(OH)Cl + H2O (4.27)
Диссоциацию основных солей можно выразить уравнениями:
Mg(OH)Cl ⇔ MgOH+ + Cl- (4.28)
MgOH+ ⇔ Mg2+ + OH- (4.29)
4.3 Экспериментальная часть
4.3.1 Опыт 1. Получение и свойства гидроксида меди (II)
Из имеющихся реактивов получите реакцией обмена гидроксид меди (II). Разделите осадок на три части (в три пробирки).
Подействуйте на него: а) кислотой, б) щелочью. Третью пробирку нагрейте на спиртовке. Что наблюдается? Составьте уравнения реакций. Сделайте вывод о характере гидроксида. Для опытов берите 1,5-2 мл раствора.
4.3.2 Опыт 2. Получение и свойства гидроксида цинка.
Получите реакцией обмена гидроксид цинка. Как можно доказать его амфотерный характер? Проделайте соответствующие реакции, напишите уравнения реакций.
4.3.3 Опыт 3. Получение основной соли.
Из имеющихся реактивов получите основную соль – хлорид гидроксококобальта (II) (осадок синего цвета). При каком соотношении реагентов получается основная соль? Составьте уравнения реакций. Полученный осадок разделите на две пробирки. В одну из пробирок прибавьте избыток щелочи и слегка подогрейте. В другую – раствор соляной кислоты, следите за изменением осадка. Составьте уравнения реакций.
4.3.4 Опыт 4. Получение средней и кислой соли взаимодействием основания с кислотным оксидом и кислотой.
А) Налейте в пробирку 2-3 мл насыщенного свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды), пропустите в раствор диоксид углерода из аппарата Киппа. Вначале образуется нерастворимая в воде средняя соль – карбонат кальция; при дальнейшем насыщении раствора диоксидом углерода осадок растворяется, т. к. образуется гидрокарбонат кальция. Пробирку с этим раствором нагрейте до кипения, наблюдайте образование осадка. Составьте уравнения реакций.
Б) Налейте в пробирку 2-3 мл насыщенного раствора гидроксида кальция. Затем прибавьте при помощи пипетки по каплям 0,5 н раствор ортофосфорной кислоты. Наблюдайте появление вначале осадка средней соли фосфата кальция, а затем растворение осадка в избытке кислоты с образованием дигидрофосфата кальция. Составьте уравнения реакций.
4.3.5 Опыт 5. Получение двойной соли.
В пробирку налейте по 2 мл насыщенных растворов сульфата аммония и железа(II). Выпадающая в осадок двойная соль имеет состав (NH4)2Fe(SO4)2. Если осадок сразу не появляется, нужно потереть стеклянной палочкой стенку пробирки. Составьте уравнение реакции.
4.4 Контрольные вопросы и задачи
1 Какие классы неорганических соединений известны?
2 Какие вещества называются оксидами? Приведите примеры основных, кислотных, амфотерных оксидов.
3 Сгруппируйте указанные оксиды по их характеру (основные, кислотные, амфотерные): ZnO, N2O3, CO2, K2O, Al2O3, SO3, CaO, FeO.
4 Напишите уравнения реакций получения оксидов нагреванием следующих веществ: Fe(OH)2, Fe(OH)3, H2WO4, Cu(OH)2.
5 Какие вещества называются основаниями? Как они классифицируются по растворимости? Приведите примеры.
6 Выпишите основные остатки, которые могут быть получены из перечисленных ниже гидроксидов: Mg(OH)2, Cr(OH)3, NaOH, Ba(OH)2, Fe(OH)3.
7 Какие вещества называются кислотами? Чем определяется основность кислот?
8 Приведите примеры двух -, трехосновных кислот.
9 Найдите формулы ангидридов указанных ниже кислот: H2SO4, H2SO3, H3PO4, H2SiO3, HMnO4.
10 Какие вещества называют солями? На какие группы делятся соли? Приведите примеры.
11 Как диссоциируют средние, основные, кислые соли? Приведите примеры на каждый тип солей.
12 С какими из перечисленных будет взаимодействовать соляная кислота: N2O3, Cr(OH)3, MgO, AgNO3, H2SO4?
13 Какие из указанных ниже веществ будут реагировать с гидроксидом натрия: HNO3, BaO, SO3, FeCl3, Zn(OH)2, P2O5?
14 Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные ниже превращения:
MgO → MgCl2 → Mg(NO3)2 →MgSO4
Fe(OH)3 → FeCl3 → Fe(NO3)3 → Fe(OH)3
