Занятие 3. Комплексные соединения и их свойства

 

Цель занятия:

Получить системные знания о физико-химических свойствах комплексных соединений.

 

Содержание занятия:

1. Обсуждение теоретических вопросов по теме.

2. Решение задач.

3. Выполнение лабораторной работы.

Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии:

1. Координационная теория Вернера: центральный атом, лиганды, координационное число центрального атома. Характер связей в комплексах с точки зрения метода валентных связей. Комплексообразующая способность s-, d-, p- элементов.

2. Классификация комплексных соединений по заряду и природе лигандов. Катионные комплексные соединения (аквакомплексы, аммиакаты). Анионные комплексные соединения (ацидокомплексы, гидроксокомплексы).

3. Номенклатура комплексных соединений.

4. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости и устойчивости комплексных ионов.

5. Внутрикомплексные соединения (хелаты). Внутрикомплексные соединения в биологических объектах.

 

Лабораторная работа

Познакомьтесь с содержанием лабораторных опытов и оформите их по предлагаемой форме.

а) Электролитическая диссоциация и устойчивость комплексных соединений в растворах

Опыт 1. Гексацианоферрат (III) калия K₃[Fe(CN)₆] при диссоциации в растворах образует ионы К⁺ и [Fe(CN)₆]^3-. Для доказательства этого в две пробирки берут по 3 капли раствора K₃[Fe(CN)₆]. В первую пробирку добавляют 2 капли раствора едкого натра (реактив на ион Fe³⁺), а во вторую – 2 капли раствора гидротартрата натрия, NaHC₄H₄O₆ (реактив на ион К⁺), и отмечают результат их действия. Для сравнения выполняют в третьей пробирке реакцию обнаружения ионов Fe³⁺ в растворе хлорида железа (III), FeCl₃. Полученные результаты сопоставляют, записывают уравнение диссоциации комплексного соединения и делают вывод об устойчивости комплексного иона [Fe(CN)₆]^3-.

Опыт 2. Хлорид диаминсеребра (I) в растворах диссоциирует следующим образом:

[Ag(NH₃)₂]Cl → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Clˉ

[Ag(NH₃)₂]⁺ ↔ Ag⁺ + 2NH₃

Для изучения устойчивости комплексного иона в две пробирки берут по 3 капли раствора хлорид диаминсеребра (I) [Ag(NH₃)₂]Cl и в них добавляют реактивы на ион серебра: в первую – раствор иодида калия, а в другую – раствор гидроксида натрия. Записывают уравнение диссоциации, отмечают результат, объясняют его и делают вывод об устойчивости комплексного иона [Ag(NH₃)₂]⁺. Для объяснения используют данные о произведении растворимости: ПР_AgI = 8,3·10^-17, ПР_AgOH = 1,6·10^-8.

 

б) Катионные комплексные соединения. Получение аммиакатов кобальта и никеля

Опыт 3. В пробирку берут 3 капли раствора сульфата кобальта (II) CoSO₄ добавляют по каплям концентрированный раствор аммиака NH₃∙H₂O (NH₄OH) до образования осадка сульфата гидроксокобальта (CoОH)₂SO₄ и затем наблюдают растворение полученного осадка придальнейшем добавлении NH₄OH – образуется сульфат гексаамминкобальта (II):

 

CoSO₄ + 6 NH₄OH = [Со(NH₃)₆]SO₄ + 6H₂O

избыток

 

Записывают уравнение реакции, название и цвет комплексного соединения.

Опыт 4. Аналогичную реакцию проводят с солью никеля (II) и разбавленным раствором NH₄OH. При этом образуется сульфат гексаамминникеля (II):

 

NiSO₄ + 6 NH₄OH = [Ni(NH₃)₆]SO₄ + 6H₂O

избыток

в) Анионные комплексные соединения. Получение и исследование ацидокомплексов магния, серебра, висмута

Опыт 5. В пробирку вносят 2 капли раствора хлорида магния MgCl₂, и добавляют по каплям концентрированный раствор карбоната аммония (NH₄)₂CO₃. Отмечают, что образовавшийся при этом осадок карбоната гидроксомагния (MgОH)₂CO₃ растворяется в избытке реактива. В результате реакции образуется комплексное соединение – дикарбонатомагнезиат (II) аммония:

 

MgCl₂ + 2 (NH₄)₂CO₃ = (NH₄)₂[Mg(CO₃)₂] + 2NH₄Cl

избыток

 

Опыт 6. В две пробирки вносят по 1 капле раствора нитрата серебра AgNO₃, и одну из них оставляют в качестве контрольной. В другую добавляют по каплям насыщенный раствор хлорида натрия и образовавшийся осадок хлорида серебра AgCl растворяют при энергичном встряхивании в избытке реактива. В результате реакции образуется дихлороаргентат (I) натрия:

AgNO₃ + 2 NaCl = Na[AgCl₂] + NaNO₃

избыток

 

В обе пробирки добавляют реактив на ион серебра — по 1 капле раствора гидроксида натрия, отмечают результат и делают вывод о наличии ионов Ag⁺ в каждом из растворов.

 

2Ag⁺ + OHˉ = Ag₂O↓ + H⁺

бурый

 

Опыт 7. К 2 каплям нитрата висмута (III) Bi(NO₃)₃, прибавляют по каплям раствор иодида калия КI до образования осадка BiI₃. Затем добавляют избыток реактива и наблюдают растворение осадка, при этом образуется тетраиодовисмутат (III) калия:

Bi(NO₃)₃ + 4 KI = K[BiI₄] + 3KNO₃

избыток

 

Напишите уравнение реакции и укажите цвет образовавшегося раствора.

 

г) Анионные комплексные соединения. Получение гидроксомплексов меди и сурьмы

Опыт 8. К 2 каплям раствора сульфата меди (ΙΙ) CuSO₄, добавляют 2 капли концентрированного раствора гидроксида натрия, наблюдают образование осадка гидроксида меди (ΙΙ) Cu(OH)₂. Затем растворяют его, прибавляя избыток реактива, в результате реакции образуется тетрагидроксокупрат (II) натрия:

CuSO₄ + 4 NaOH = Na₂[Cu(OH)₄] + Na₂SO₄

избыток

 

Напишите уравнение реакции и отмечают цвет образовавшегося раствора.

Опыт 9. К 3 каплям раствора хлорида сурьмы (ΙΙΙ) SbCl₃ прибавляют по каплям раствор гидроксида натрия, наблюдают образование осадка белого цвета. Продолжают добавлять реактив до полного растворения осадка, при этом образуется гексагидроксостибат (III) натрия:

 

SbCl₃ + 6 NaOH = Na₃[Sb(OH)₆] + 3NaCl

избыток

 

Напишите уравнение реакции и отмечают цвет образовавшегося раствора.

 

д) Окислительно-восстановительные свойства комплексных соединений

Опыт 10. К 4 каплям раствора перманганата калия KMnO₄ добавляют 2 капли раствора серной кислоты H₂SO₄ и по каплям раствор гексацианоферрата(II) калия, K₄[Fe(CN)₆]. Отмечают изменение цвета раствора перманганата калия, указывают окислитель и восстановитель в данной реакции, записывают уравнение реакции:

 

5K₄[Fe(CN)₆] + KMnO₄ + 4H₂SO₄ = 5K₃[Fe(CN)₆] + MnSO₄ +

+ 3K₂SO₄ + 4H₂O.

 

е) Внутрикомлексные соединения. Получение и исследование внутрикомплексного соединения железа

Опыт 11. В 2 пробирки вносят по 5 капель хлорида железа (III) FeCl₃ и одну из них оставляют в качестве контрольной. В другую добавляют 1 каплю раствора гидроксида натрия, затем к образовавшемуся осадку гидроксида железа (III), Fe(OH)₃, 6–7 капель раствора щавелевой кислоты, H₂C₂O₄, отмечая растворение осадка:

 

FeOH₃ + 3H₂C₂O₄ = H₃[Fe(C₂O₄)₃] + 3H₂O.

 

Формула внутрикомплексного соединения имеет вид:

 

 

В обе пробирки добавляют реактив на ион Fe³⁺ — по 1 капле раствора роданида аммония, NH₄SCN:

Fe³⁺ + 3SCNˉ = Fe(SCN)₃

Отмечают окраску растворов, делают вывод о наличии ионов Fe³⁺ в каждом из них. Записывают уравнения реакций.

Работу оформляют в вид таблицы:

Номер и название опыта	Уравнения реакций (с указанием внешних признаков)	Результаты наблюдений. Вывод (диссоциация, устойчивость, окислительно-восст. свойства и т.д.)
Электролитическая диссоциация и устойчивость комплексных соединений в растворах. Опыт 1	K3[Fe(CN)6] ® ……	1. Реакция на ион Fe3+ …… 2. Реакция на ион К+ ……… 3. Гексацианоферрат (III) калия, K3[Fe(CN)6], диссоциирует на ионы………… 4. Ион [Fe(CN)6]3- достаточно…… (устойчив, неустойчив)
….

Примечание. Таблицу расчерчивают на развёрнутом листе тетради. Вторую графу следует чертить не менее 15 см. Между записями опытов делают интервал в 2–3 клеточки.

 

Контрольные вопросы и задачи

1. Составьте формулу комплексного соединения, в котором комплексообразователь — ион золота (степень окисления +3, координационное число 4), лиганды — хлорид-ионы, внешняя сфера — ионы натрия. Назовите это соединение.

2. Определите степень окисления атома – комплексообразователя в следующих комплексных ионах: [Fe(PO₄)₂]^3-, [FeF₆]^4-, [CoCl₆]^3-,[Zn(CN)₆]^4-

3. Каков заряд (х) комплексных ионов: [Co⁺²Cl₄]^x, [Co⁺³(NO₃)₆]^x, [Ni⁺²(SO₄)₂]^x, [Cd⁺²(NH₃)₆]^x?

4. Какова природа связи в координационном соединении: а) между внутренней и внешней координационными сферами; б) между атомом–комплексообразователем и лигандами?

5. Напишите уравнения реакций первичной и вторичной диссоциации и выражение констант нестойкости для следующих комплексных соединений: K₂[Cd(SCN)₄]; [Pt(NH₃)₄Cl₂]Cl₂; K₃[Cr(OH)₆].

6. Напишите формулы соединений переходного ряда от [Со(NH₃)₆]Cl₃ к K₃[Co(NO₂)₆], последовательно замещая внутреннюю сферу комплекса нитрит-ионами. Назовите эти соединения.

7. Из сочетания частиц Cr³⁺, Clˉ, H₂O и К⁺ можно составить 7 формул комплексных соединений. Составьте формулы этих соединений, если координационное число комплексообразователя – 6; назовите их; укажите, какие из этих соединений являются электролитами, а какие неэлектролитами.

8. Имеются два водных раствора: в одном растворена соль K₃[Fe(CN)₆], а в другом – NH₄Fe(SO₄)₂; к каждому из них прилили раствор едкого кали. В одном из этих случаев произошла реакция и один из продуктов реакции выпал в осадок. Напишите молекулярное и ионные (полное и сокращённое) уравнения этой реакции. Укажите цвет образовавшегося осадка.

9. Закончите уравнения реакций взаимного превращения ионов:

[Fe(CN)₆]^4- ↔ [Fe(CN)₆]^3- + ē

в зависимости от природы партнёра:

а) K₄[Fe(CN)₆] + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ = …

б) K₃[Fe(CN)₆] + SnCl₂ + HCl = …

Примечание. Для олова характерны степени окисления (+2) и (+4), для хрома — (+3) и (+6).

Занятие 4. Физико-химические свойства
s-элементов и их соединений

Цель занятия:

Сформировать системные знания о физико-химических свойствах s-элементов, их важнейших соединений и применении их в медицине, развить логичность и глубину мышления, умение работать с литературой, химической посудой и реактивами.

Содержание занятия:

1. Контрольная работа по теме «Строение атома и комплексные соединения».

2. Обсуждение вопросов по теме занятия.

3. Лабораторная работа по теме «Физико-химические свойства соединений s-элементов».

Вопросы для подготовки к контрольной работе

1. Квантово-механическая модель атома. Электронное облако. Атомная орбиталь.

2. Характеристика энергетического состояния электрона в атоме системой квантовых чисел: главное (n), орбитальное (l), магнитное (m) и спиновое (s) квантовые числа; их физический смысл и взаимосвязь.

3. Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Максимальное число электронов на орбиталях, подуровнях и уровнях.

4. Принцип минимума энергии. Последовательность заполнения электронами атомных орбиталей. Электронные формулы элементов; s-, p-, d-, f-элементы.

5. Заполнение электронами атомных орбиталей одного подуровня, правило Хунда. Электронно-графические формулы (спиновые схемы) элементов.

6. Связь между электронным строением атомов и положением элементов в периодической системе: s-, p-, d-, f- семейства элементов.

7. Основное и возбужденное состояние атома.

8. Метод валентных связей. Основные положения метода. Механизм и способы образования ковалентной химической связи. Валентность. Максимальная валентность. Длина связи. Энергия связи.

9. Направленность химической связи. Влияние направленности связи на пространственную конфигурацию молекул типа АА, АВ, А₂В, А₃В. Насыщаемость, кратность связи.

10. Полярность и поляризуемость химической связи. Дипольный момент связи (постоянный и индуцированный). Полярная и неполярная ковалентная связь. Ионная связь как предельно поляризованная ковалентная связь. Степень окисления атомов.

11. Координационная теория Вернера: центральный атом, лиганды, координационное число центрального атома. Характер связей в комплексах с точки зрения метода валентных связей.

12. Классификация комплексных соединений по заряду и природе лигандов. Катионные комплексные соединения (аквакомплексы, аммиакаты). Анионные комплексные соединения (ацидокомплексы, гидроксокомплексы).

13. Номенклатура комплексных соединений.

14. Ионные равновесия в растворах комплексных соединений. Константы нестойкости и устойчивости комплексных ионов.

15. Внутрикомплексные соединения (хелаты). Внутрикомплексные соединения в биологических объектах.

 

Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии:

1. Общая характеристика s-элементов (особенности строения атомов, закономерности изменения радиуса атома, энергии ионизации);

2. Общие закономерности изменение характера оксидов и гидроксидов s-элементов I и II групп (кислотно-основных свойств).

3. Биологическая роль s-элементов (Na, K, Ca, Mg) и применение их соединений в медицине.

Лабораторная работа. Физико-химические свойства s-элементов и их соединений.

 

Познакомьтесь с содержанием лабораторных опытов и подготовьте их к оформлению – начертите таблицу (см. ниже), напишите названия опытов и уравнения реакций, происходящих в опытах.

 

Номер и название опыта	Уравнения реакции (с указанием внешних признаков)	Результаты наблюдений, вывод (условия проведения реакций, характер гидроксидов, растворимость соединений, окислитель, восстановитель)
Опыт I. Осаждение ионов натрия из растворов. Обнаружение катионов натрия гексагидроксо(V)стибиатом калия	NaCI + K[Sb(OH6] = Na[Sb(OH6]↓ + KCl белый кристаллический	1.В центральной или слабощелочной среде. 2. При потирании стеклянной палочкой 3. Отсутствии солей s-элементов П А гр.

 

Примечание: Таблицу чертят на развернутом листе тетради. Вторую графу следует чертить не менее 15 см. между записями опытов делать интервал в 2–3 клеточки.

 

а) Натрий и его соединения

Опыт № 1. Осаждение катионов натрия из растворов. Обнаружение катионов натрия гексагидроксо(V)стибиатом калия K[Sb(OH₆].

Гексагидроксо(V)стибиат калия в нейтральном или слабощелочном растворе при комнатной температуре образует с солями натрия белый кристаллический осадок гексагидроксо(V)стибиат натрия:

 

NaCl + K[Sb(OH₆] = Na[Sb(OH₆]↓ + KCl

белый кристаллический осадок

Аналогичный осадок с этим реактивом образуют соли магния, кальция, стронция, бария, поэтому проведением реакции открытия катиона натрия в растворе следует убедиться в отсутствии этих ионов в растворе.

В пробирку берут 2 капли раствора хлорида натрия, добавляют 2 капли раствора реактива K[Sb(OH₆] и потирают о внутреннюю стенку пробирки стеклянной палочкой для ускорения образования осадка. Отмечают характер (аморфный, кристаллический) и цвет осадка. Записывают уравнение реакции и делают вывод об условиях ее проведения.

 

б) Калий и его соединения

Опыт № 2. Осаждение катионов калия из растворов. Обнаружение катиона калия гидротартратом натрия NaHC₄H₄O₆.

Гитротартрат натрия (кислая соль винной кислоты) в нейтральной среде при комнатной температуре образует с солями калия кристаллический осадок гидротартрата калия:

 

KCl + NaHC₄H₄O₆ = KHC₄H₄O₆↓ + NaCl

белый кристаллический осадок

Аналогичный осадок с данным реактивом образуют соли кальция, поэтому перед проведением реакции открытия катиона калия следует убедиться в отсутствии этих ионов в растворе.

В две пробирки берут по 2 капли раствора хлорида калия, в каждую из них добавляют по 2 капли раствора реактива NaHC₄H₄O₆ и потирают стенки пробирки стеклянной палочкой до образования осадка. Отмечают свет и характер осадка. В первую пробирку добавляют 3–4 капли соляной кислоты, а во вторую — 3–4 капли раствора щелочи (KOH или NaOH) и пробирки встряхивают до растворения осадка. Записывают уравнения реакций образования и растворения осадка в кислоте и щелочи. Делают вывод об условиях проведения реакций.

 

в) Получение и кислотно-основные свойства гидроксидов бериллия, магния, кальция.

Опыт № 3. В две пробирки берут по 3 капли раствора сульфата бериллия и в каждую пробирку добавляют по каплям раствор щелочи (каждый раз встряхивая пробирку) до образования осадка гидроксида бериллия. В первую пробирку добавляют избыток щелочи, а во вторую — 4–5 капель соляной кислоты. Пробирки встряхивают и отмечают растворение осадков.

Аналогично проводят опыты с солями магния и кальция (опыты 4 и 5).

При оформлении каждого опыта приведите уравнение реакций образования гидроксида и растворение его в кислоте и щёлочи. Укажите цвет осадка. Сделайте вывод о характере гидроксида (кислотный, амфотерный, основной).

 

Опыт № 6. Магний и его соединения. Реакция с карбонатом аммония (NH₄)₂CO₃

В две пробирки берут по 2 капли раствора хлорида магния, в каждую из них добавляют по 2 капли раствора карбоната аммония и наблюдают выпадение белого аморфного осадка карбоната гидроксомагния:

 

2MgCl₂ + 2(NH₄)₂CO₃ + H₂O = (MgOH)₂CO₃ ↓ + 4NH₄Cl + CO₂ ↑

белый аморфный осадок

В первую пробирку добавляют 3–4 капли раствора хлорида аммония, во вторую — 3–4 капли уксусной кислоты и пробирки встряхивают до растворения осадков. Записывают уравнение реакций и делают вывод об условиях ее проведения.

 

Опыт № 7. Магний и его соединения. Реакция с гидрофосфатом натрия Na₂HPO₄

В две пробирки берут по 2 капли раствора хлорида магния, в каждую из них добавляют по 2 капли раствора гидрофосфата натрия и наблюдают выпадение белого аморфного осадка гидрофосфата магния:

 

MgCl₂ + Na₂HPO₄ = MgHPO₄↓ + 2 NaCl

белый аморфный осадок

В первую пробирку добавляют 3–4 капли соляной кислоты, а во вторую — 3–4 капли уксусной кислоты и обе пробирки встряхивают до растворения осадков. Записывают уравнение реакций образования и растворения осадка. Делают вывод об условиях ее выполнение и применении.

Данная реакция используется для обнаружения ионов магния в растворах.

 

Опыт № 8. Кальций и его соединения. Реакция с хроматом калия K₂CrO₄

В пробирку берут 3 капли раствора хлорида кальция, добавляют 3 капли насыщенного раствора хромата калия и стенки пробирки потирают стеклянной палочкой. Отмечают результат опыта (осадок выпал, не выпал) и делают вывод о растворимости хромата кальция.

 

Опыт № 9. Стронций и его соединения. Реакция с хроматом калия K₂CrO₄

Реакция используется для обнаружения ионов стронция в растворах. В две пробирки берут по 2 капли раствора нитрата стронция, в каждую из них добавляют по 2 капли раствора хромата калия и стенки пробирки потирают стеклянной палочкой до образования желтого кристаллического осадка хромата стронция:

Sr(NO₃)₂ + K₂CrO₄ = SrCrO₄ ↓ + 2KNO₃

жёлтый кристаллический

В первую пробирку добавляют 4–5 капель соляной (азотной) кислоты, а во вторую — 4–5 капель уксусной. Пробирки встряхивают и наблюдают действие кислот на осадок в той и другой пробирке.

Записывают уравнения реакций образования и растворения осадка. Делают вывод об условиях выполнения реакций и ее использовании.

 

Опыт № 10. Барий и его соединения. Реакция с сульфатом натрия Na₂SO₄

В пробирку берут 2 капли раствора хлорида бария, добавляют 2 капли раствора сульфата натрия и наблюдают выпадение белого мелкокристаллического осадка сульфата бария:

 

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄ ↓ + 2NaCl

белый кристаллический осадок

К осадку добавляют 4–5 капель соляной (азотной) кислоты и наблюдают действие кислоты на осадок. Записывают уравнение реакции образования осадка и делают вывод о растворимости сульфата бария в воде и сильных кислотах.

 

Опыт № 11. Барий и его соединения. Реакция с хроматом калия K₂CrO₄

В две пробирки берут по 2 капли раствора хлорида бария, в каждую из них добавляют по 2 капли раствора хромата калия и наблюдают выпадение жёлтого мелкокристаллического осадка хромата бария.

В первую пробирку добавляют 3–4 капли соляной (азотной) кислоты, во вторую — 3–4 капли уксусной. Пробирки встряхивают и отмечают, в какой из пробирок произошло растворение осадка.

Записывают уравнения реакций образования и растворения осадка, делают вывод об условиях ее выполнения и применении. Сравнивают свойства хромата бария со свойствами хромата стронция.

Реакция используется для обнаружения ионов бария в растворах.

Опыт № 12. Барий и его соединения. Реакция с карбонатом аммония (NH₄)₂CO₃

В две пробирки берут по 2 капли раствора хлорида бария, в каждую из них добавляют по 2 капли раствора карбоната аммония и наблюдают выпадение белого аморфного осадка карбоната бария.

В первую пробирку добавляют 3–4 капли уксусной кислоты, а во вторую — 3–4 капли раствора хлорида аммония. Пробирки встряхивают и наблюдают, в какой из пробирок произошло растворение осадка.

Записывают уравнение реакций образования и растворения осадка, делают вывод об условиях выполнения реакции и сравнивают свойства карбоната бария со свойствами карбоната гидроксомагния.

 

Контрольные вопросы и задачи

1. У какого из гидроксидов — KOH или NaOH, KOH или Ca(OH)₂ — оснόвные свойства выражены сильнее? Почему?

2. Почему калий взаимодействует с водой более энергично, чем литий или натрий?

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия (сгорания) Li, Na, K с кислородом. Назовите продукты реакций.

4. Напишите уравнение реакции взаимодействия пероксида натрия с оксидом углерода (IV). Составьте электронный баланс и укажите, для каких практических целей используется данная реакция.

5. Напишите уравнение реакции взаимодействия гидрида калия с водой. Составьте электронный баланс и укажите окислитель и восстановитель.

6. Какой тип гибридизации проявляет атом бериллия в соединениях:

а) BeCl₂;

б) K₂[BeF₄]?

7. Составьте уравнения реакций следующих превращений:

 

Са → CaH₂ → Ca(OH)₂ → Ca(HCO₃)₂ → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃

 

8. Рассчитайте массовую долю щелочи в растворе, полученном при взаимодействии натрия массой 20 г и воды объемом 100 мл.

9. Кальций какой массы необходимо растворить в 150 мл воды, чтобы получить раствор с массовой долей 10%?

10. В растворе находятся следующие ионы: Na⁺, Be²⁺, Ca²⁺. Какой реактив из перечисленных можно использовать для их обнаружения: а) NaOH, б) HCl, в) K[Sb(OH)₆],
г) K₄[Fe(CN)₆]?

 

Занятие 5. Физико-химические свойства
p-элементов и их соединений

Цель занятия:

Получить представление о строении и свойствах р-элементов, а также их соединений. Познакомиться с биологической ролью р-элементов и применении неорганических соединений р-элементов в медицине.

 

Содержание занятия:

1. Обсуждение вопросов по теме занятия.

2. Лабораторная работа по теме: «Физико-химические свойства соединений p-элементов».

3. Представление отчета о выполненной работе.

 

Вопросы, предлагаемые для обсуждения на занятии:

1. Положение р-элементов в периодической системе, особенности строения их атомов.

2. Закономерности изменения окислительно-восстановитель-ных свойств р-элементов в зависимости от степени окисления.

3. Изменение кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов р-элементов по группам.

4. Биологическая роль р-элементов (О, N, Р, галогенов) и применение их соединений в медицине.

Лабораторная работа. Физико-химические свойства p-элементов и их соединений.

Опыт № 1. Получение и изучение кислотно-основных свойств гидроксида алюминия. Осаждение ионов Al³⁺ из раствора тетрагидроксо(III)алюмината.

В 2 пробирки вносят по 4 капли раствора сульфата алюминия и прибавляют по каплям раствор гидроксида натрия (все время осторожно встряхивая пробирку) до образования осадка Al(OH)₃ белого цвета. В одну пробирку добавляют избыток щелочи, в другую – несколько капель соляной (серной) кислоты, отмечают результат. Делают вывод о химическом характере гидроксида алюминия. Записывают уравнения реакций получения гидроксида алюминия и растворения его в щелочи и кислоте.

Al(OH)₃ ↓ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

 

К полученному раствору тетрагидроксо(III)алюмината натрия добавляют несколько капель насыщенного раствора хлорида аммония и наблюдают выпадение осадка гидроксида алюминия (если осадок сразу не выпадает – раствор кипятят).

 

Na[Al(OH)₄] + NH₄Cl = Al(OH)₃ ↓ + NaCl + NH₃ ↑ + H₂O

 

Углерод, кремний, олово, свинец расположены в главной подгруппе IV группы периодической системы (IVА группа). Углерод и кремний являются биогенными элементами. Для всех этих элементов характерны положительные степени окисления II и IV. Для углерода и кремний характерна и отрицательная степень окисления IV. Соединения углерода и кремния, в которых степень окисления II, немногочисленны и сравнительно малостойки. Оксиды олова (II), свинца (II) и соответствующие им гидроксиды проявляют амфотерные свойства. Оксиды и гидроксиды углерода (IV) и кремния (IV) проявляют кислотные свойства (угольная кислота H₂CO₃ и кремниевая кислота H₂SiO₃ — слабые кислоты), оксиды и гидроксиды олова (IV) и свинца (IV) амфотерны (с преобладанием кислотных свойств). Для соединений углерода, олова, свинца в степени окисления +2 характерны восстановительные свойства, в степени окисления +4 — окислительные.

 

Опыт № 2. Образование малорастворимых карбонатов – реакция с хлоридом бария.

В 2 пробирки берут по 2 капли раствора карбоната натрия и добавляют по 2 капли раствора хлорида бария. Отмечают образование осадка BaCO₃ белого цвета. Испытывают растворимость осадка в уксусной и соляной (азотной) кислотах. Записывают уравнения реакций образования осадка и растворения его в кислотах.

 

Опыт № 3. Получение и изучение свойств гидроксида
свинца (II).

В две пробирки вносят по 2 капли раствора ацетата свинца (II) и прибавляют по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадка гидроксида свинца (II) Pb(OH)₂ белого цвета. В одну пробирку добавляют избыток щелочи, в другую – несколько капель азотной кислоты. Отмечают результат и делают вывод о химическом характере гидроксида свинца. Записывают уравнения реакций получения гидроксида и его растворения в кислоте и щелочи (образуется гексагидроксо(II)плюмбат натрия).

 

Pb(OH)₂↓ + 4NaOH = Na₄[Pb(OH)₆]

 

Опыт № 4. Обнаружение ионов Pb²⁺ осаждением серной кислотой.

К 2 каплям раствора ацетата свинца (II) Pb(CH₃COO)₂ добавляет две капли раствора серной кислоты. К полученному осадку добавляют 8 капель раствора едкого натра, смесь нагревают и наблюдают растворение осадка.

Pb(CH₃COO)₂ + H₂SO₄ = PbSO₄↓ + 2CH₃COOH

PbSO₄↓ + 6NaOH = Na₄[Pb(OH)₆] + Na₂SO₄

 

Опыт № 5. Окислительные свойства соединений свинца (IV).

В пробирку вносят по 3 капли растворов иодида калия и серной кислоты и небольшое количество оксида свинца (IV) PbO₂. Пробирку нагревают на песчаной бане и отмечают появление желтой окраски раствора (после отстаивания осадка). В электронном уравнении указывают окислитель и восстановитель

PbO₂ + 2KI + 2H₂SO₄ = PbSO₄ ↓ + I₂ + K₂SO₄ + 2H₂O

 

Pb4+ + 2ē → Pb2+
Iˉ – ē → I°

 

Опыт № 6. Окислительные свойства нитритов (NO₂^ˉ). Обнаружение NO₂^ˉ-ионов.

В пробирку вносят по 2 капли растворов иодида калия и уксусной кислоты, затем прибавляют 1 каплю раствора нитрита калия KNO₂ и отмечают появление красно-бурой (желтой) окраски раствора.

2KNO₂ + 2KI + 4CH₃COOH = 2NO↑ + 4CH₃COOK + I₂ + 2H₂O

 

N+3 + ē → N+2
Iˉ – ē → I°

 

Опыт № 7. Восстановительные свойства нитритов.

К двум каплям раствора перманганата калия прибавляют одну каплю раствора серной кислоты и 2 капли раствора нитрита калия. Отмечают обесцвечивание раствора перманганата.

 

5KNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5KNO₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ +

+3H₂O

 

N+3 – 2ē → N+5
Mn+7 + 5ē → Mn2+

 

Опыт № 8. Окислительные свойства нитратов. Обнаружение иона NO₃^ˉ.

К 4 каплям сульфата железа (II) прибавляют 2 капли раствора нитрата калия и перемешивают. Затем, наклонив пробирку, по стенке осторожно прибавляют 4 капли концентрированной серной кислоты так, чтобы жидкости не смешивались. На границе двух слоев жидкости появляется темно-бурое кольцо комплексной соли [Fe(NO)]SO₄.

 

2KNO₃ + 6FeSO₄ + 4H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2NO + 4H₂O

 

N+5 + 3ē → N+2
Fe2+ – ē → Fe3+

 

Опыт № 9. Реакция с растворимыми солями кадмия. Обнаружение сульфид-ионов в растворе.

К 2 каплям раствора сульфида натрия прибавляют 2 капли раствора сульфита кадмия (II) CdSO₄ и отмечают образование желтого осадка сульфида кадмия CdS. Записывают уравнение реакции получения осадка.

 

Опыт № 10. Осаждение ионов SO₃^2- в растворах.

К 2 каплям раствора сульфита натрия прибавляют 2 капли раствора хлорида бария. Отмечают образование белого осадка сульфита бария BaSO₃. Испытывают растворимость осадка в соляной (азотной) кислоте. Записывают уравнения реакций получения осадка и растворения его в кислоте.

 

Опыт № 11. Осаждение сульфат-ионов из растворов. Обнаружение ионов SO₄^2- реакцией с хлоридом бария.

К 2 каплям раствора натрия N₂SO₄ прибавляют 1 каплю раствора хлорида бария, отмечают образовании белого осадка сульфата бария BaSO₄ и испытывают растворимость осадка в соляной (азотной) кислоте. Записывают уравнение реакции получения осадка.

 

Опыт № 12. Осаждение бромид-ионов из растворов — реакция с нитратом серебра.

К 3 каплям раствора бромида калия KBr прибавляют 2 капли раствора нитрата серебра. Отмечают образование желтоватого творожистого осадка бромида серебра AgBr и проверяют действие на осадок азотной кислоты. Записывают уравнение реакции образования осадка.

 

Опыт № 13. Восстановительные свойства бромид-ионов. Реакция с хлорной водой. Обнаружение Brˉ-ионов в растворе.

К 3 каплям раствора бромида калия прибавляют 2 капли раствора серной кислоты, 6–8 капель хлороформа (бензола),
3 капли хлорной воды и содержимое пробирки энергично встряхивают. Отмечают появление свободного брома в растворе по желтому (красно-бурому) цвету слоя хлороформа.

 

2KBr + Cl₂ = 2KCl + Br₂

 

Brˉ – ē → Br°
CI2° + 2ē → 2Clˉ

 

Опыт № 14. Осаждение иодид-ионов из растворов – реакция с нитратом серебра.

К 2 каплям раствора иодида калия прибавляют 2 капли раствора нитрата серебра. Отмечают образование светло-желтого осадка иодида серебра AgI. Проверяют действие на осадок азотной кислоты. Записывают уравнение реакции получение осадка.

 

Опыт № 15. Восстановительные свойства иодид-ионов. Реакция с хлорной водой. Обнаружение Iˉ-ионов в растворе.

К 2 каплям раствора йодида калия прибавляют 2 капли раствора серной кислоты, 6–8 капель хлороформа (бензола), затем 3 капли хлорной воды и содержимое пробирки энергично встряхивают. Отмечают появление свободного йода в растворе по фиолетово-малиновой окраске слоя хлороформа. Сравнивают результаты опытов 13 и 15.

Избыток хлорной воды обесцвечивает фиолетовую окраску хлороформа вследствие окисления свободного йода до йодноватой кислоты HIO₃.

2KI + Cl₂ = 2KCl + I₂

 

Iˉ – ē → I°
Cl2 + 2ē → 2Clˉ

Контрольные вопросы и задачи

1. Допишите следующие окислительно-восстановительные реакции:

а) Al + CuSO₄ → …;

б) Fe₃O₄ + C → …;

в) Al + NaOH + H₂O →...

Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

2. Водородные соединения натрия, магния, алюминия не являются газообразными, а кремния, углерода, фосфора, серы — газы. Объясните причину этого.

3. Напишите электронные формулы и спиновые схемы атомов следующих элементов: а) № 33, б) № 51. Укажите положение их в периодической системе Д.И. Менделеева (период, группу, подгруппу, семейство).

4. Закончите уравнения окислительно-восстановительных реакций и укажите, чем являются мышьяк и сурьма – окислителем или восстановителем.

а) As + NaClO + H₂O → H₃AsO₃ + NaCl;

б) Sb₂S₃ + HNO₃ + H₂O → H₃SbO₄ + H₂SO₄ + NO.

5. Требуется растворить кусок серебра в азотной кислоте. Какую кислоту выгоднее взять — концентрированную или разбавленную? В каком случае расход HNO₃ будет меньше?

6. Какие из перечисленных осушителей можно использовать для удаления влаги из SO₂: а) H₂SO₄ (конц.), б) КОН (конц.), в) Р₂О₅, г) К₂СО₃.

7. Могут ли галогеноводороды в каких-либо реакциях играть роль окислителя? Дайте мотивированный ответ.

8. С какими из перечисленных веществ взаимодействует HBr:
а) Са(ОН)₂, б) H₂SO₄ (конц.), в) HI, г) Mg, д) KClO₃. При этом HBr проявляет свойства: а) кислоты, б) основания,
в) окислителя, г) восстановителя.

9. Газ, образовавшийся при полном сгорании 10,08 л (н.у.) сероводорода в кислороде, поглощен раствором гидроксида натрия массой 400 г с массовой долей 20%. Какова масса образовавшейся соли?

10. В растворе находятся ионы NO₃ˉ, SO₄^2-. С помощью какого реактива можно определить каждый из этих ионов:
а) NaOH, б) AgNO₃, в) HCl, г) BaCl₂?

 

 

Занятие 6. Физико-химические свойства
d-элементов и их соединений

Цель занятия:

Сформировать системные знания о физико-химических свойствах d-элементов и их важнейших соединений; развить логичность и глубину мышления, умение работать с литературой, химической посудой и реактивами.