Николаева Р.Б., Сайкова С.В., Казаченко А.С. Неорганическая химия. Практикум по химии элементов и их соединений (часть 4)

Подождите немного. Документ загружается.

В XVIII веке основной целью химии становится не превращение металлов в

золото, как в период алхимии, а, прежде всего,

помощь промышленности и ме-

таллургии. Поэтому основное внимание химики уделяли исследованию минералов и

горных пород. К этому времени их арсенал включал не только сильные кислоты (со-

ляную, азотную, серную), но и «

царскую водку», которые позволяли переводить в

раствор многие природные вещества.

В результате были впервые выделены

кобальт (1735 г.), никель (1757 г.),

марганец (1774 г.), вольфрам (1783 г.), титан (1791 г.) и хром (1797 г.). Хром

был получен из крокоита

PbCrO - красной сибирской свинцовой руды, его название

образовано от греческого «хрома» (цвет) за яркую и разнообразную окраску соеди-

нений Cr (из которых можно полностью составить «радугу»).

Название «титан» было дано в честь титанов – древних мифологических оби-

тателей Земли и подчеркивало, что элемент выделен из ее вещества (минерала ру-

тила

TiO ). Хотя Co, Ni и Mn открыты лишь в XVIII веке, но их соединения использо-

вались в стекловарении задолго до этого: вещества, содержащие кобальт, – для по-

лучения синего стекла, а никель – зеленого.

Марганцевые руды применялись для обесцвечивания грязно-зеленого (буты-

лочного) стекла (за счет связывания ионов железа), поэтому называли манганом от

слова «мангане» - «чистить», отсюда

название данного элемента.

Названия же «кобальт» и «никель» образованы от ругательных слов «ко-

больд» (насмешливый дух) и «николас» (обманчивый бездельник), ибо их природные

соединения, внешне напоминающие соответственно серебряную и медную руды,

лишь мешали при получении других металлов.

Мешающим действием обладала и вольфрамовая руда, которая связывала вы-

плавляемое олово в шлам, т

.е. «съедала» его, поэтому название металла образова-

лось от немецкого «волферт» (волк).

Уже в XIX веке (1817 г.) получен аналог вольфрама –

молибден. (Его назва-

ние произошло от древнегреческого названия свинца «молибдос» из-за внешнего

сходства свинцового блеска PbS и молибденового минерала

MoS .)

Использование «царской водки» позволило также установить (в начале

XIX века), что природная платина не является чистым веществом, а содержит приме-

си других (тоже благородных) металлов (которые были названы

платиновыми); и к

тому же, помогло

выделить эти М в чистом виде (даты их открытий и происхожде-

ние названий - в таблице 2).

Таблица 2. Платиновые металлы

Элемент Год откры-

тия

Происхождение названия

Pd 1803 В честь малой планеты (астероида) Паллады, открытой

в 1801 г.

Rh 1804 От греческого «родон» - «роза», за розовый цвет со-

единения родия

Ir 1804 От греческого «иридос» - «радуга», вследствие разно-

образной окраски солей иридия

Os 1804 От греческого «осме» - «запах», за резкий запах окси-

да осмия(VIII)

Ru 1844 От латинского «Рутения» - «Россия»

Сама платина, поскольку встречается в самородном состоянии, вероятно, была

известна еще в древности, однако впервые описана в 1557 г. как металл очень проч-

ный, огнестойкий (т.пл. 1773

C, а у Au – 1063

С) и, следовательно, малопригодный

из-за невозможности его обработки. Это и отразилось в пренебрежительном назва-

нии «

платина», что значит «серебришко» (от испанского названия серебра «пла-

та»).

В начале XIX века выделены и металлы VБ группы. Первое открытие

ванадия

состоялось в 1801 г., но не подтвердилось, и свое название (в честь бога красоты

скандинавской мифологии – Ванадиса) он получил при втором открытии 30 лет спус-

тя. В 1801 г. был выделен и

ниобий, а через год – тантал.

Последний элемент назван был в честь Тантала, поскольку

TaO

(компонент

руды) не растворялся в кислоте, т.е. не насыщался ею, как и мифический герой Тан-

тал, наказанный Зевсом, который, стоя по горло в воде и, терзаясь жаждой, не мог

утолить ее. А так как ниобий сопутствует танталу (разделены они были лишь в

1844 г.), то и был назван в честь

дочери Тантала – Ниобы.

Позднее открыты элементы IIIБ группы: в 1826 г. –

лантан (его название по-

гречески значит «скрываться», т.к. был обнаружен в

цериевой земле); в 1842 г. –

иттрий (слово произошло от названия минерала иттербита, из которого выделен

данный металл);

скандий был предсказан Д.И. Менделеевым в 1871 г., а впервые

получил его спустя 8 лет Нильсон и назвал в честь своего отечества – Скандинавия.

Уже в XX веке (в 1914 г.) был выделен в

чистом виде аналог титана – цир-

коний

, хотя минерал циркон (от слова «царгун», что значит «окрашенный в золоти-

стый цвет»), давший название элементу, известен

издревле (как драгоценный ка-

мень), а

нечистый Zr получен Берцелиусом еще в 1824 г.

Аналог циркония

гафний открыт (по спектру) в 1911 г. в Копенгагене и его

название образовалось от древнего названия этого города.

Предсказанные Д.И. Менделеевым экамарганец (

технеций) и двимарганец

(

рений) получены в 1936 и 1922 гг. соответственно. Последний элемент назван в

честь рейнской провинции Германии (родины одного из авторов открытия), а слово

«технеций» - производное от «техника» и отражает тот факт, что элемент был син-

тезирован искусственно (из Mo в циклотроне). Лишь потом его обнаружили в приро-

де – в продуктах распада урана.

Большинство d-элементов

при открытии получали спеканием оксидов с углем

или восстановлением их в токе водорода. (Иногда, как при первом выделении

очень

чистого ванадия (в 1869 г.), прокаливанием хлорида (

VCl ) в атмосфере

H .)

В лаборатории d-металлы обычно вытесняют из растворов их солей более ак-

тивными М в соответствии с рядом напряжений (чаще цинком). В соответствии с

этим рядом реагируют d-металлы и с кислотами. Однако он нарушается, если по-

верхность М пассивируется [24].

С другой стороны, можно увеличить активность металла, повышая степень его

дисперсности. Так,

в виде тонкого порошка Ag растворяется в присутствии

O даже

в 20%-ной

SOH

, а компактное серебро – лишь в 80%-ной. Дело в том, что порошки

имеют не только большую поверхность взаимодействия и большую долю поверхно-

стных, а значит,

слабосвязанных атомов (по сравнению с атомами внутри решет-

ки), но и сама решетка в ходе синтеза

порошковых металлов часто формируется

искаженной, а значит, менее прочной.

Например, при получении металла разложением оксалата:

242

COFeOFeC +→ ,

требуется сравнительно невысокая температура, поэтому не происходит спекания

порошка. Как следствие, его решетка в какой-то степени аналогична решетке исход-

ного вещества, что повышает активность металла. К тому же, происходящая затем

перестройка решетки ведет к саморазогреванию. Этим объясняются пирофор-

ные

свойства (т.е. самовоспламеняемость, например, при пересыпании) многих све-

жеполученных металлических порошков.

Кислотно-основные свойства гидроксидов d-элементов

Как и в случае р-элементов, с повышением степени окисления d-металла, как

правило, растет отношение )OH(n/)O(n

2 −−

в гидроксиде, а значит, увеличивается

способность Э смещать к себе электронную плотность. В результате этого во фраг-

менте

HOЭ −− связь OЭ − упрочняется, а HO

−

ослабевает, и, как следствие, рас-

тут кислотные свойства гидроксида [24].

Например, соединения Cr(VI) (

CrO или

CrOH ) относятся к кислотным, и по-

этому они при действии щелочи образуют

оксосоль (

CrOK ), а не гидроксоком-

плекс, как амфотерные соединения Cr(III) ( ])OH(Cr[Na

Отметим, что в случае

OCr и

)OH(Cr основные свойства преобладают над

кислотными, поскольку гидролиз Cr-содержащих солей по катиону (

Cr ) протекает в

меньшей степени, чем по аниону (

−3

])OH(Cr[

или

−

CrO ).

Очевидно, кислотно-основные свойства определяются также положением

d-элемента в таблице Менделеева. А именно: наблюдается усиление

кислотных

свойств гидроксидов в периодах слева направо, и увеличение

оснóвных свойств в

подгруппах d-металлов сверху вниз [24]. (Как, например, при переходе от хрома к

молибдену или от цинка к кадмию.)

Подчеркнем, что анионы кислот достаточно сильных (в частности

HMnO ) су-

ществуют в растворах в виде

мономеров, а слабых и даже средних (как, например,

CrOH , для которой

10K

−

= ,

10K

−

= ) полимеризуются в результате гидролиза

по аниону:

−−−

+↔+ OHHCrOOHCrO

OHOCrHCrO2

724

+↔

−−

При растворении

дихромата калия

в воде, напротив, идет реакция деполимери-

зации

, и раствор подкисляется:

+−−

+↔+ H2CrO2OHOCr

. (1)

Таким образом хромат- и дихромат-ионы находятся в водных растворах их со-

лей в равновесии друг с другом. Добавление к такому раствору ионов

Ag , хроматы которых менее растворимы, чем дихроматы, вызывает осаждение хро-

Cчитают, что причиной быстрого диспропорционирования MnO

в кислой среде является аналогичная реакция

конденсации: 2MnO

+2Н

<->Mn

O, так как ОВР легче происходит через мостиковый кислород.

В промышленности получают дихромат калия, т.к. он менее растворим, чем Na

, а значит, ионы калия

полнее осаждают дихромат-ионы из раствора при синтезе растворимых дихроматов.

мат-ионов и равновесие (1) смещается вправо. Напротив, при подкислении равнове-

сие (1) сдвигается влево и процессы полимеризации идут глубже, вплоть до образо-

вания осадка оксида, что отражает схема:

.красн

.оранж.красн

134

.оранж

.желт

)CrO(OCrOCrCrO ⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯⎯⎯→⎯

+++

−

−−−

(Поэтому из сильно кислых растворов осаждается не хромат, а дихромат серебра.)

При переходе в декаде от Cr к V и в подгруппе от Cr к W сила соответствую-

щих кислот в высшей ст.ок. Э снижается и, следовательно, растет склонность к по-

лимеризации. Так, в растворах молибденовой и вольфрамовой кислот она наблюда-

ется

уже при рН ниже 6. А монованадат-ионы существуют лишь в щелочной среде, в

нейтральной же образуются тримеры (

−3

OV), которые при подкислении переходят в

гексамеры (

−2

166

OV). В ходе полимеризации бесцветный раствор монованадата стано-

вится все более желтым и, наконец, выпадает оранжевый осадок OnHOV

252

⋅ .

Усиление окраски в случае указанных соединений V, а также Cr, объясняет-

ся тем, что при возрастании степени полимеризации снижается доля слабополяри-

зуемых оксо-лигандов, а возрастает количество

более сильно поляризуемых ок-

со-мостиков.

С другой стороны, для наличия интенсивной окраски необходимо, чтобы цен-

тральный атом был

сильно поляризующей частицей, как, например,

−

MnO

(или немногим слабее:

−2

MnO ), ибо окраска возникает за счет перехода элек-

тронов с орбиталей кислорода на орбитали ц.а.

Поскольку поляризующее действие элемента в высшей ст.ок. (т.е. с оболочкой

типа инертного газа) снижается в декаде при переходе от Mn(VII) к Ti(IV), а также в

подгруппах сверху вниз, то в этих же направлениях уменьшается интенсивность

ок-

раски соединений.

Так,

OMn - зеленая жидкость,

CrO - красное твердое вещество,

OV -

оранжевое и

TiO - белое. Или в подгруппе марганца: растворы, содержащие

−

MnO – темно-фиолетовые (

−2

MnO - зеленые),

−

TcO – красно-желтые, а

−

ORe , бесцветны.

Если же d-элементы находятся в ст.ок., отличной от номера группы, т.е. имеют

незавершенные электронные оболочки, то их соединения и в твердом виде, и в

виде раствора почти всегда окрашены. (Сравните цвет раствора молибдата аммония

и «молибденовой сини» при выполнении опыта 1Д в лабораторной работе «d-

Элементы. Часть 2».)

Окислительно-восстановительные свойства

соединений d-элементов

В декадах

слева направо устойчивость d-элементов в высшей ст.ок. снижает-

ся (за счет роста Z) и, значит, растет

окисляющая способность соответствующих

соединений

[24]. Особенно нестойки оксиды: если на

CrO (твердое вещество крас-

Например, серебро обладает окислительными свойствами даже в низшей ст.ок. (+1). Это используется в фото-

графии: галиды серебра(I) входят в светочувствительный слой фотопленок и фотобумаги. На свету идет реакция

AgГ→Ag

+Г

, т.е. образуется черный порошок металлического серебра, и слой темнеет.

ного цвета) капнуть спиртом, то возникает вспышка и оксид зеленеет, так как вос-

станавливается до очень устойчивого оксида

OCr (темно-зеленого цвета)

А с помощью

OMn можно зажечь спиртовку, коснувшись ее фитиля палоч-

кой, смоченной данным оксидом (при этом он переходит в более устойчивый

MnO

). Только нужно помнить, что

OMn взрывоопасен, поэтому в него нельзя

снова погружать палочку, которой зажигали спиртовку (почему?).

Соли гидроксидов хрома(VI) (

CrOK или

722

OCrK ) и Mn(VII) (

KMnO ) устой-

чивее соответствующих оксидов (почему?), как следствие, менее опасны в обраще-

нии

, но тоже сильные окислители (36,1)Cr/OCr(E

+−

В и

52,1)Mn/MnO(E

+−

В) и в этом качестве широко используются на практике.

Причем, если хром(VI) независимо от среды всегда восстанавливается до

Cr(III); хотя и образуются

разные его соединения (какие?), то в случае марганца

среда определяет также

степень восстановления Mn(VII). (Почему?)

Особенно большое

разнообразие ст.ок. у ванадия, причем соответствующие

им соединения имеют разную окраску. Так, растворы солей V(II) – фиолетового цве-

та, V(III) – зеленого, V(IV), точнее, ванадила

– синего, а HVO

– желтого цвета.

Последовательную смену этих окрасок можно наблюдать при восстановлении V(V)

атомарным водородом до V(II), но в отсутствии “Н” под действием

O воздуха

V(II)

последовательно окисляется до V(III), а затем до

VO (не глубже!).

Вследствие того, что в декадах слева направо восстановительная активность

d-металлов в ст.ок. (+2) снижается (почему?), все элементы первой декады

правее

хрома образуют устойчивые в воде двухзарядные катионы. Однако при осажде-

нии этих ионов в виде

гидроксидов их восстановительная активность растет и гид-

роксиды Mn(II), Fe(II) и Co(II)

окисляются даже кислородом воздуха (быстрее пе-

роксидом водорода) до соответствующих продуктов:

)OH(MnO ,

)OH(Fe и

)OH(Co .

Для окисления

)OH(Ni требуется действие более сильного реагента – брома,

который, однако, не окисляет

)OH(Cu (а тем более

)OH(Zn ). Все это хорошо видно

из сравнения значений потенциалов, приведенных в табл. 3.

В подгруппах d-элементов устойчивость в низших ст.ок. снижается, а в выс-

шей – растет [24]. Поэтому если, например,

CrO реагирует со спиртом (даже со

вспышкой), то

MoO , тем более

WO – нет.

Или другой пример:

CrO при нагревании необратимо теряет кислород, пере-

ходя в

OCr , а

MoO и

WO при этом лишь незначительно обедняются кислоро-

дом

. Причем, за счет образующихся кислородных вакансий в решетках последние

два оксида меняют цвет от светло-зеленого и желтого до желтого и оранжевого, со-

Хотя Cr

является химически достаточно инертным веществом в обычных реакциях, но может служить ката-

лизатором, так как его поверхность обладает легко обратимыми ОВ свойствами, поэтому при смешивании данно-

го оксида, например, с сахарным порошком, происходит сгорание последнего при поджигании на воздухе, а не

просто плавление, как в отсутствии Cr

Достаточно сильными окислительными свойствами обладает и MnO

, вследствие чего его применяют в качестве

катодного материала в сухих батарейках, в которых анодом служит Zn.

Соединения хрома(VI), а также хрома(III), токсичны (всего 0,3 г дихромата калия вызывают летальный исход).

В отсутствие О

окисление идет водородом воды.

Даже при сильном нагревании: выше 600

С для MoO

и выше 800

С для WO

, - они сублимируют, но практиче-

ски без изменения ст.ок.

ответственно. Однако этот процесс обратим, т.е. при охлаждении на воздухе вакан-

сии исчезают и возвращаются исходные окраски данных оксидов.

Таблица 3. Значения ОВ потенциалов ряда веществ в щелочной среде

ОВ пара Е

, В

ОВ пара

, В

Fe(OH)

/Fe(OH)

-0,27 Ni(OH)

/Ni(OH)

0,48

Co(OH)

/Co(OH)

0,17 Br

/Br

1,04

O 0,40 Cu(OH)

/Cu(OH)

>1,8

Комплексные соединения

Поскольку в случае d-элементов происходит заполнение предвнешнего

уровня, то они имеют

большие валентные возможности и высокий заряд ядра

при сравнительно

небольшом радиусе атома. Как следствие, d-элементы особенно

склонны образовывать двойные соли и комплексные соединения, выступая в роли

центрального атома.

Двойные соли получаются с такими

крупными кислородсодержащими лиган-

дами, как, например,

−2

SO . Это соль Мора OH6)SO(Fe)NH(

22424

⋅

и квасцы, в частно-

сти, хромокалиевые

OH12)SO(KCr

224

⋅

[24].

Другой кислородсодержащий лиганд –

−2

образует тоже сравнительно неус-

тойчивые ассоциаты (например, с ионами цинка), существующие лишь в

слабоки-

слой

среде, ибо в более кислых растворах они разрушаются за счет выделения

CO ,

а в достаточно щелочных – в результате выпадения осадка (в частности, карбоната-

дигидроксида дицинка).

Судя по устойчивости в водной среде, можно отнести к двойным солям и ро-

данидный комплекс кобальта(II) ( 26,2])CNS(Co[pK

4.нест

−=

−

). Однако в менее по-

лярном растворителе, например, в амиловом спирте (OHHC

115

), он достаточно про-

чен и является истинно комплексным соединением [23].

Роданидный комплекс железа(III) гораздо устойчивее

(63,4])CNS(Fe[pK

3.нест

= ) – существует даже в очень разбавленных водных растворах

и разрушается лишь при добавлении более сильного комплексанта, например, фто-

ридов (1,16]FeF[pK

6.нест

−

), но не хлоридов (85,0]FeCl[pK

4.нест

−=

−

Отметим, что поскольку относительно ионов внешней сферы КС диссоциируют

как сильные электролиты, то наблюдается резкий скачок рН при растворении в ам-

миаке гидроксида металла, образующего достаточно устойчивый аммиачный ком-

плекс, например, гидроксида меди(II):

OH4OH2])NH(Cu[OHNH4)OH(Cu

43232

++→⋅+

−+

При этом голубой осадок

)OH(Cu превращается в интенсивно синий раствор. Голу-

бую окраску имеют также кристаллогидраты

OH5CuSO

⋅

и водный раствор сульфа-

та меди, в то время как безводная соль

CuSO - белого цвета.

Хромокалиевые квасцы образуются (в виде темно-фиолетовых октаэдров) при добавлении сульфата калия к

раствору сульфата хрома (III) фиолетового цвета, т.е. содержащему аквакомплексы Cr(H

Объяснение окраски веществ, в том числе, комплексных, требует в боль-

шинстве

случаев использования сложных теорий.

В частности, в соответствии с ТКП различие в окраске КС определяется разной

величиной расщепления d-орбиталей ц.а. по энергии (∆); т.е. комплексы окрашены,

если значение ∆ лежит в пределах 1-4 эВ. (Тогда кванты света, вызывающие переход

электронов с нижерасположенных (по энергии) d-орбиталей на верхние, соответст-

вуют

видимой области спектра.)

Причем, по мере увеличения ∆ поглощение сдвигается в сторону высоких час-

тот. Например, в случае

аквакомплексов при переходе от трехзарядного иона

ванадия к

двухзарядному величина ∆ уменьшается и, значит, поглощаются (а за-

тем рассеиваются) более длинные волны, поэтому окраска соединений смещается в

сторону более высоких частот (от зеленой к фиолетовой).

Желтая и красная кровяные соли как

реактивы на Fe(III) и Fe(II)

Соли ])CN(Fe[K

(желтая) и ])CN(Fe[K

(красная) названы кровяными,

так как раньше (в середине XVIII века) их получали из берлинской лазури (ярко-

синее вещество – краска для текстиля), которую в свою очередь синтезировали,

прокаливая бычью

кровь с поташом (

COK) и железными опилками

Так называемая, «растворимая» форма берлинской лазури (склонная образо-

вывать коллоидные растворы) может быть представлена формулой

IIIII

)CN(FeKFe , а

форма, выпадающая сразу в осадок, –

IIIII

))CN(Fe(Fe

Желтую кровяную соль впервые синтезировали в 1749 г., добавляя к берлин-

ской лазури едкий калий

. А при действии на полученный продукт окислителей обра-

зуется красная соль:

KOHMnO])CN(Fe[KOHKMnO])CN(Fe[K

2632464

→++

или

KOHO])CN(Fe[KOHO])CN(Fe[K

2632364

→++ .

Красная кровяная соль, за счет особой устойчивости цианитного комплекса

железа(III), проявляет менее сильные окислительные свойства, чем гидратирован-

ные ионы железа(III):

36,0)])CN(Fe/[])CN(Fe([E

−−

В, а 77,0)Fe/Fe(E

230

В.

В настоящее время сырьем для получения кровяных солей являются цианистые соединения, образующиеся как

побочный продукт при сухой перегонке каменного угля.

В литературе эти формулы часто записываются как KFe[Fe(CN)

] и Fe

[Fe(CN)

]

, что кажется некорректным, по-

скольку в квадратные скобки обычно включают частицы, связанные преимущественно ковалентными связями, а

за скобками – частицы, соединенные с внутренней сферой преимущественно ионной связью. А данные вещест-

ва – это полимеры, в которых и Fe(II) и Fe(III) расположены однотипно (причем частицы Fe(II) координированы с

атомами углерода, Fe(III) – с атомами азота), а ионы калия

находятся в пустотах полимера (Fe

(CN)

)

, с которым

образуют ионную связь.

Берлинская лазурь очень устойчива в разбавленных кислотах, но крайне чувствительна к действию щелочей

(даже сильно разбавленных), так как при этом происходит выделение гидроксида железа(III), а в раствор пере-

ходит желтая кровяная соль.

Кровяные соли используются в аналитической химии: желтая как реактив на

, а красная – на

. В обоих случаях образуется одинаковый продукт – бер-

линская лазурь (см. выше).

Если же красную соль добавить к раствору, содержащему ионы

Fe , то полу-

чается желтовато-коричневый коллоидный раствор, который при кипячении в темно-

те дает берлинскую зелень

III

)CN(Fe . Желтая соль с ионами

Fe образует белый

осадок (

)CN(FeK или

)CN(Fe ), на воздухе он постепенно окисляется до берлин-

ской лазури.

Отметим, что, несмотря на большую термодинамическую устойчивость

крас-

ной

кровяной соли (

.уст

10K = ) по сравнению с желтой (

.уст

10K = ), она в отличие

от последней является

ядовитой. Это объясняется кинетическим фактором, т.е.

большей

лабильностью (подвижностью) анионов

−

CN (оказывающих отравляющее

действие) в красной соли вследствие меньшей энергии стабилизации кристалличе-

ским полем (ЭСКП) лигандов при электронной конфигурации

γε

по сравнению с

конфигурацией

γε

в желтой соли [24].

Лабораторная работа «d-ЭЛЕМЕНТЫ»

(Часть I)

ОПЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ

А. Магнитные свойства. Испытать, притягиваются ли к магниту кусочки ме-

таллов, имеющихся в лаборатории (железа, никеля, кобальта, меди, цинка). Стано-

вятся ли они сами при этом магнитами: испытать их действие на стальной скрепке

после удаления магнита и сделать вывод. Какими магнитными свойствами обладают

исследованные металлы?

Б. Получение порошкообразного металла и испытание его активно-

сти.

1. Восстановление железа(II). Поместив в фарфоровый тигель лопаточку ок-

салата железа(II), нагреть его в муфеле (или на плитке в прикрытом тигле) при тем-

пературе 300

С (не выше – при сильном нагревании может образоваться

OFe ) до

прекращения выделения газа. Отметить внешний вид полученного продукта, и затем

небольшими порциями всыпáть его в пламя спиртовки

. Что наблюдается и почему?

Сгорает ли компактное железо (например, гвоздь) при внесении в пламя спиртовки?

Почему?

2. Восстановление меди(II). Получить порошок меди взаимодействием сульфа-

та меди с железом, высушить его и испытать аналогично железному порошку. Сде-

лать вывод на основании полученных результатов.

В. Восстановительные свойства цинка. К 1 мл хлорида железа(III) доба-

вить 1 гранулу цинка. Что наблюдается и почему? Вытесняется ли цинком железо из

раствора его соли? Через 15 мин сделать анализ с целью определения

продуктов

реакции и установления

наличия исходного реактива. Для анализа использовать

растворы красной и желтой кровяной соли, проверив предварительно качество реак-

тивов (на солях железа(II) и (III)).

Если порошок, не охлаждая, высыпать с достаточно большой высоты (на асбест) в темноте, то наблюдается ис-

крящийся «дождь». А если смешать его с порошками угля и перманганата калия в тигле, то при нагревании смеси

образуется огненный «дождь».

Г. Получение и свойства серебра. Очистить кусочек медной проволоки и

погрузить в раствор нитрата серебра. Что наблюдается и почему? Испытать отноше-

ние полученного серебра к концентрированным кислотам, вначале к серной, затем к

азотной, и объяснить результаты. (Все растворы, содержащие серебро, сдать препа-

ратору!) Каково отношение золота к кислотам?

На основании результатов выполнения пунктов Б, В

и Г сделать вывод о срав-

нительной восстановительной активности исследованных металлов.

Д. Обнаружение Cu в сплавах. На хорошо очищенную (наждачной бумагой)

и осушенную (после промывания водой) поверхность сплава, содержащего медь,

(желательно не желтого цвета) нанести каплю концентрированной серной кислоты и

через минуту три капли концентрированного раствора аммиака. Что наблюдается?

Сделать вывод.

Е. Взаимодействие железа с кислотами.

1. С азотной кислотой.

На кусочек железа (

≈1 мм

) подействовать 2 мл азотной кислоты (1:2). После

полного растворения металла жидкость разделить на 2 пробирки и добавить по 3 ка-

пли: в одну – раствора красной кровяной соли, в другую – желтой. Отметить внеш-

ние эффекты всех проведенных реакций и сделать вывод об их продуктах.

Аналогично ли отношение к кислотам кобальта и никеля?

2. С хлороводородной кислотой

На сплав, содержащий железо, нанести каплю 1M хлороводородной кислоты и

через минуту в это же место добавить по капле воды и 0,5М раствора красной кро-

вяной соли. Что наблюдается? Сравнить с результатами пункта Е1 и дать объясне-

ние.

Проверить, до какой степени окислится железо, если кроме хлороводородной

кислоты в системе будут

перманганат-ионы.

Испытать, одинакова ли будет активность взаимодействия хлороводородной

кислоты с разными участками поверхности железного гвоздя, если его изогнуть

пе-

ред погружением в кислоту.

На основании результатов выполнения пунктов Г, Д и Е сделать вывод об из-

менении химической активности изученных металлов в декадах и подгруппах.

ОПЫТ

2. КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ. ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ В ТОЙ ИЛИ ИНОЙ СТЕПЕНИ

ОКИСЛЕНИЯ

А. Изучение растворимости оксида ванадия(V). В стакан на 50 мл помес-

тить лопаточку сухого оксида ванадия(V), добавить 20 мл воды и содержимое стака-

на нагреть на плитке при перемешивании в течение 5 мин. Происходит ли растворе-

ние осадка? После охлаждения измерить рН полученной суспензии с помощью уни-

версальной индикаторной бумаги, и иономером. Сравнить со значением рН дистил-

лированной

воды. Объяснить полученные результаты.

Б. Получение и изучение свойств оксидов подгруппы хрома.

1. Оксид хрома (III).

Лопаточку соли дихромата аммония поместить в фарфоровую чашку и прока-

лить на электроплите под тягой. Что наблюдается? Почему?

Полученный продукт испытать на растворимость в 1M щелочи и хлороводо-

родной кислоте, затем в их концентрированных растворах при комнатной температу-

ре и при нагревании. При каких условиях можно перевести оксид хрома(III)

в рас-

твор?

100

1 г полученного оксида хрома смешать с 0,3 г сахарной пудры и поджечь

смесь горящей лучинкой. Будет ли гореть сахарная пудра в отсутствии данного окси-

да?

2. Оксид хрома(VI).

К 0,5 см

(по насыпному объему) сухой соли

722

OCrK в пробирке добавить

0,5 мл концентрированной серной кислоты. Смесь тщательно перемешать, жидкость

после фугования слить, а часть осадка поместить на конец палочки и капнуть на не-

го этиловым спиртом. Что наблюдается и почему?

Нагреванием в тигле на электроплите испытать термостойкость полученного

оксида, а также его отношение к действию избытка концентрированных кислоты

щелочи. Сделать вывод о кислотно-основных свойствах оксидов хрома(III) и

хрома(VI).

3. Оксид молибдена(VI).

Лопаточку соли молибдата аммония поместить в фарфоровый тигель и прока-

лить в муфеле в течение 2 часов. Отметить цвет оксида

сразу после извлечения из

муфеля и

после охлаждения до комнатной температуры.

Испытать отношение продукта прокаливания к действию этилового спирта, а

также к действию концентрированной серной кислоты и 40%-ной щелочи при ком-

натной температуре и при нагревании. Влияет ли на растворение оксида

молибдена(VI) в щелочи добавление к реакционной смеси дистиллированной воды в

5-10 кратном количестве? Почему?

Сравните изученные свойства оксидов

хрома и молибдена в ст.ок. (+6). Что

можно сказать о свойствах

WO ?

В. Получение и свойства оксида марганца(VII). Растереть в фарфоровой

ступке лопаточку сухого перманганата калия, добавить 8 капель концентрированной

серной кислоты, хорошо перемешать смесь стеклянной палочкой (отметить и объяс-

нить внешний эффект) и этой же палочкой (запачканной в смеси) прикоснуться к

фитилю не зажженной спиртовки. Объяснить наблюдаемое. (Ни в коем случае не

вносить палочку вновь в оксид марганца(VII)! – почему

Г. Получение и свойства оксида меди(II). Конец медной проволочки

свернуть спиралью, прокалить в пламени спиртовки (что наблюдается, объяснить

наблюдение) и опустить в пробирку с этиловым спиртом. Что происходит и почему?

Повторять описанные действия до изменения запаха содержимого пробирки. Объяс-

нить изменение.

ОПЫТ

3. КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГИДРОКСИДОВ. ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ В ТОЙ ИЛИ ИНОЙ СТЕ-

ПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ

А. Получение и изучение свойств гидроксида хрома(III). К 0,5 мл соли

хрома(III) приливать по каплям 1M щелочь до образования обильного осадка. Отме-

тить его цвет. Разделить осадок на 2 пробирки и добавить так же по каплям

при

тщательном перемешивании

в одну пробирку 0,5М серной кислоты, в другую –

1М щелочи, но только

до растворения осадков, не допуская избытка ни одной кап-

ли реактивов.

Затем в обе пробирки прилить дистиллированной воды до ½ объема проби-

рок, хорошо перемешать их содержимое и нагреть на водяной бане в течение 10-

15 мин. Что наблюдается и почему?

Как можно характеризовать кислотно-основные свойства

гидроксида

хрома(III)? Сравнить их со свойствами

оксида хрома(III) (опыт 2Б-1)