СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ IV ГРУППЫ
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МЕНДЕЛЕЕВА
Опыт 1. Получение диоксида углерода, исследование
углекислотного равновесия
Соберите прибор для получения диоксида углерода. В пробирку-приемник диоксида углерода внесите 5-6 капель нейтрального раствора лакмуса. В реакционную пробирку внесите 3-4 маленьких кусочка мрамора, 5 капель воды, 10 капель концентрированной HCl и быстро закройте ее пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в пробирку с нейтральным раствором лакмуса. Пропускайте газ в течение 2-3 минут, отметьте изменение окраски лакмуса.
В отчете напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций получения диоксида углерода и взаимодействия его с водой. Выразите константы диссоциации кислоты по обеим ступеням и приведите их значения. Определите, в какую сторону сместится углекислотное равновесие:
1) при повышении температуры;
2) повышении рН раствора;
3) понижении рН раствора.
Какие вещества будут преобладать в кислых и щелочных растворах (природных водах)?
Опыт 2. Получение гидрогеля и золя кремниевой кислоты
Внесите в пробирку 4-5капель 2 н. раствора силиката натрия и добавьте к ним 6-7 капель 2 н. раствора хлороводородной кислоты. Встряхните пробирку.
Что наблюдается? Как называются коллоидные осадки, имеющие студенистый характер? Напишите уравнение реакции получения гидрогеля кремниевой кислоты.
Отражает ли написанная в уравнении формула кремниевой кислоты истинный состав гидрогеля? Какой общей формулой может быть выражен состав кремниевых кислот?
Внесите в пробирку 4-5 капель концентрированной хлороводородной кислоты и 1-2 капли насыщенного раствора силиката натрия. Встряхните пробирку несколько раз. Что наблюдаете? Осторожно нагрейте образовавшийся коллоидный раствор (золь) на слабом пламени спиртовки до перехода его в гель. Как называется этот процесс превращения золя в гель? Какая разница в процессах коагуляции и седиментации?
Опыт 3. Получение гидроксида олова (II), изучение его свойств
Внесите в пробирку 2-4 капли 0,5 н. раствора гидроксида натрия. Прибавьте к раствору с выпавшим осадком 3-5 капель 2 н. раствора хлороводородной кислоты. Осторожно встряхивайте до растворения осадка.
Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения обеих проведенных реакций.
В другой пробирке к полученному гидроксиду олова(II) прибавьте 3-5 капель 2 н. раствора гидроксида натрия.
Растворение осадка происходит с образованием комплексного тригидроксостаннат(II) иона. Напишите молекулярное и ионно-молеку-лярное уравнение реакции.
На основании изучения кислотно-основных свойств гидроксида олова(II) сделайте вывод о вероятности гидролиза образованных им солей, например, хлорида олова(II). Какая соль образуется при гидролизе? Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение гидролиза этой соли. Какими окислительно-восстановительными свойствами обладают соли олова (II)? Закончите уравнение реакции и определите коэффициенты
SnCl2 + KMnO4 + HCl → MnCl2 + …
Опыт 4. Получение малорастворимых соединений свинца
Внесите в пробирку 2-3 капли 0,5 н. раствора нитрата свинца(II) и добавьте к ним 10-15 капель 0,1 н. раствора иодида калия. Отметьте цвет и вид осадка.
В другую пробирку внесите по 2-3 капли 0,5 н. раствора нитрата свинца(II) и хромата калия. Напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнение реакций. Запишите произведение растворимости иодида свинца(II), хромата свинца, укажите их значения.
Опыт 5. Окислительно-восстановительные свойства
солей титана
Внесите в пробирку 12-15 капель 0,5 н. раствора сульфата оксотитана (титанила) TiOSO4, подкислите их 5-6 каплями 4 н. раствора серной кислоты и опустите маленький кусочек цинка. Осторожно нагрейте пробирку на слабом пламени спиртовки до окрашивания раствора в фиолетовый цвет, характерный для солей титана(III).
Перенесите 2-3 капли фиолетового раствора сульфата титана(III) в чистую пробирку и встряхивайте 2-3 минуты. Что происходит с окраской раствора? Почему?
В отчете напишите уравнения реакций: а) восстановления сульфата оксотитана(IV) цинком до сульфата титана (III); б) обратного окисления полученного сульфата титана(III) до соли титана(IV) кислородом воздуха с участием в реакции воды. Определите и расставьте коэффициенты уравнений.
Опыт 6. Получение легкоплавких силикатных стекол
Перед началом работы ознакомьтесь с работой муфельной печи по инструкции, находящейся в лаборатории.
Рассчитайте массу каждого оксида из расчета общей массы шихты 5 г согласно составу стекла (по вариантам таблицы).
Состав, % | Температура плавления, °С | ||
PbO | B2O3 | SiO2 | |
83,5 | 12,0 | 4,5 | 484 |
86,0 | 10,6 | 3,4 | 486 |
87,5 | 11,4 | 1,1 | 488 |
75,0 | 15,0 | 10,0 | 540 |
92,7 | 7,3 | – | 565 |
86,6 | 13,4 | – | 497 |
93,7 | 6,3 | – | 560 |
Для получения окрашенного стекла в шихту добавляют неорганическое вещество – пигмент, придающее стеклу соответствующую окраску. Интенсивность зависит от количества добавляемого пигмента. Данные по дозировке и окраске стекол приведены в таблице.
Состав стекла | Пигмент | %(масс.) пигмента |
Синяя | СоО | 0,001...0,1 |
Голубая | CuO | 0,1...0,5 |
Сине-зеленая | FeO NiO | 0,2...0,3 0,2...0,3 |
Зеленая | Cr2O3 | 0,1...0,5 |
Желто-зеленая | Fe2O3 | 0,3...0,5 |
Красная (дымчатая) | MnO2 | 0,5...2,0 |
Коричневая (до черной) | S | 1,0...2,0 |
Молочная | тальк | 5,0...6,0 |
На весах возьмите рассчитанные навески оксидов, тщательно перетрите каждый из компонентов в фарфоровой ступке до однородной массы. Перенесите в фарфоровый тигель и перемешайте.
Поместите тигель в муфельную печь и, пользуясь кривой нагрева печи, установите нужную температуру (при этом температура плавления смеси должна быть выше на 50...100 °С температуры плавления наиболее тугоплавкого оксида, входящего в смесь).
Через 2 часа расплавленное стекло в горячем виде вылить на чистую керамическую или железную пластинку.
Качественно исследуйте состав стекла:
А) для обнаружения бора к образцу стекла прилейте воду и нагрейте до кипения, при этом часть ионов бора переходит в раствор, в результате образуется борная кислота. Затем раствор подкислите 1-2 каплями концентрированной серной кислоты и добавьте спирта, в результате получается борноэтиловый эфир, качественной реакцией на который является его горение ярко-зеленым пламенем:
Н3ВО3 + 3 С2Н5ОН + H2SO4 = B(OC2H5)3 + 3Н2О;
Б) для обнаружения ионов свинца прилейте к кусочку стекла концентрированную уксусную кислоту, а затем к полученному раствору добавьте по каплям иодид калия KI. Качественной реакцией ионов Pb2+ является образование осадка ярко-желтого цвета.
В отчете приведите кривую нагрева печи, расчет навесок шихты, химические реакции обнаружения ионов в образце.
