Морозов В.П. Практикум по неорганической химии
Подождите немного. Документ загружается.
91
3. Получение пероксида водорода
а) Влить в пробирку около 5 мл дистиллированной воды и до-
бавить при помощи стеклянной палочки 3-4 крупинки перекиси
натрия. Охладить пробирку водой под краном и прибавлять по ка-
плям разбавленную H
2
SO
4
до слабокислой реакции (проба лакму-
сом). Разделить раствор на две порции. Доказать наличие H
2
O
2
действием раствора K
2
Cr
2
O
7
в присутствии эфира, во второй – дей-
ствием раствора KI в присутствии крахмального клейстера. Напи-
сать уравнение реакции образования H
2
O
2
.
б) Взять около 1г BaO
2
(кр.) и добавить небольшими порциями
при помешивании стеклянной палочкой в хорошо охлажденную
льдом пробирку 5 мл разбавленной H
2
SO
4
. Мутную от осадка
BaSO
4
жидкость отфильтровать. Доказать присутствие H
2
O
2
в
фильтрате. Написать уравнение реакции. Какую роль выполняет
H
2
SO
4
?
4. Окислительные свойства пероксида водорода
К 2 мл раствора нитрата свинца прилить равный объем раство-
ра сульфида натрия и нагреть до кипения. Обратить внимание на
цвет выпавшего осадка. Написать уравнение реакции. Слить рас-
твор с осадка. Прилить к осадку 3 мл 3 %-го раствора перекиси во-
дорода и слегка нагреть. Как изменяется окраска осадка? Составить
уравнение реакции. Какую роль выполняет в этой реакции H
2
O
2
?
5. Восстановительные свойства пероксида водорода
Налить в пробирку 1 мл концентрированного раствора перман-
ганата калия, 2 мл раствора серной кислоты и 1-2 мл раствора пе-
роксида водорода. Испытать тлеющей лучинкой выделяющийся
газ. Наблюдать изменение цвета раствора. Составить уравнение ре-
акции. Какова роль H
2
O
2
?
6. Восстановительные свойства сероводорода
Подействовать сероводородной водой на подкисленные рас-
творы перманганата калия, бихромата калия и на бромную воду.
Какие внешние признаки протекания реакций вы наблюдаете? Со-
ставить уравнения реакций, указать переход электронов, подобрать
коэффициенты.
92
7. Получение оксида серы (IV) из сульфита натрия
Собрать прибор. В колбу положить 2-3 ложечки сульфита на-
трия. В капельную воронку налить концентрированную серную ки-
слоту. Почему для опыта берут твердую соль и концентрирован-
ную серную кислоту? Каким методом следует собирать выделяю-
щийся газ? Прилить по каплям серную кислоту в колбу. Собрать
выделяющийся газ. Затем насытить оксидом серы (IV) воду и про-
делать с этим раствором следующие опыты:
а) Взаимодействие сернистой кислоты с сероводородной во-
дой. Почему раствор мутнеет? Написать уравнение реакции и схе-
му перехода электронов. Какие свойства в этом опыте проявляет
сернистая кислота?
б) Налить в одну пробирку немного бромной воды, в другую –
йодной, в третью – раствор перманганата калия, в четвертую – рас-
твор бихромата калия, в последнюю – прибавить немного разбав-
ленной серной кислоты. Затем во все пробирки прилить раствор
сернистой кислоты. Объяснить изменение цвета во всех пробирках.
Составить уравнения реакций всех четырех и схемы перехода элек-
тронов, имея в виду, что ион MnO
4
-
восстанавливается до иона
Mn
+2
, ион Cr
2
O
7
-2
восстанавливается до иона Cr
+3
. Какие свойства
проявляет сернистая кислота в этих опытах? Ознакомиться с вели-
чиной окислительно-восстановительного потенциала иона и под-
твердить соответствующими расчетами возможность окисления
сернистой кислоты хлором, бромом, перманганатом калия, бихро-
матом калия в кислой среде.
8. Свойства серной кислоты
а) Действие разбавленной серной кислоты на металл. Исходя
из положения металлов (медь, цинк, алюминий) в ряду напряже-
ний, сделать вывод о возможности протекания реакций между эти-
ми металлами и разбавленной H
2
SO
4
. Доказать опытным путем, все
ли взятые металлы взаимодействуют с разбавленной H
2
SO
4
.
б) Действие концентрированной H
2
SO
4
на металлы. В пробир-
ке при слабом нагревании провести взаимодействие концентриро-
ванной H
2
SO
4
с медью. Установить по запаху, какой газ выделяет-
ся. Отметить цвет раствора и сделать вывод, какие ионы находятся
93
в растворе. Написать уравнение реакции и схему перехода элек-
тронов. Подействовать концентрированной H
2
SO
4
на цинк. Про-
бирку немного подогреть. Установить по запаху, какой газ выделя-
ется. Продолжать нагревание. Обнаружить в выделяющемся газе
сероводород. Наблюдать помутнение раствора и объяснить его
причину. Написать уравнения реакций между цинком и H
2
SO
4
, от-
личающихся друг от друга продуктами восстановления H
2
SO
4
.
Дать схему перехода электронов.
Контрольные задания
1. Написать электронные формулы атомов серы, селена, теллу-
ра в невозбужденном и возбужденном состояниях.
2. В какой степени окисления сера может быть:
а) только окислителем,
б) только восстановителем?
Написать соответствующие электронные формулы. Привести
примеры реакций.
3. В какой степени окисления сера может быть окислителем и
восстановителем? Привести примеры соответствующих реакций.
4. Молекула S
2
парамагнитна. Написать ее электронную фор-
мулу. За счет перекрывания каких электронных орбиталей осуще-
ствляется связь в молекуле H
2
S?
5. Какие вещества будут получаться при взаимодействии FeS:
а) с хлороводородной кислотой,
б) с концентрированной азотной?
Напишите соответствующие уравнения.
6. Напишите уравнения ступенчатой диссоциации сероводо-
родной кислоты. Как будут смещать равновесия при прибавлении:
а) хлороводородной кислоты,
б) нитрата свинца (II),
в) щелочи?
7. Написать уравнения реакций гидролиза сульфидов: Al
2
S
3
,
Na
2
S.
8. Написать уравнение реакции взаимодействия пероксоди-
сульфата натрия с сульфатом марганца (II) (реакция протекает с
участием воды).
94
9. Написать в молекулярном и ионном виде уравнения реак-
ций:
(NH
4
)
2
S + FeCl
2
= …
Ag
2
O + H
2
O
2
= …
H
2
S + FeCl
3
=…
AuCl
3
+ H
2
O
2
+ KOH =…
H
2
SO
4
(конц) + Zn =…
MgI
2
+ H
2
O
2
+ H
2
SO
4
=…
H
2
S + HNO
3
(конц) =…
H
2
S + H
2
O
2
=…
FeSO
4
+ K
2
S
2
О
8
= Fe
3+
+ …
H
2
SO
3
+ KMnO
4
= Mn
2+
…
Na
2
SO
3
+ Zn + HCl(p) = S
2-
+ …
K
2
Cr
2
O
7
+ Na
2
S + H
2
SO
4
= S + Cr
2
(SO
4
)
3
+ …
10. Написать формулы двух различных сульфидов, нераство-
римых в воде и растворимых в кислой среде, и двух сульфидов, не-
растворимых в нейтральной среде и кислой среде, и уравнения ре-
акций их получения.
11. Написать уравнения реакций получения сернистого газа
тремя способами. В каком состоянии гибридизации находится атом
серы в молекуле SO
2
? Какова в связи с этим геометрическая струк-
тура молекулы?
12. Какие ионы получаются при пропускании SO
2
:
а) в чистую воду,
б) в воду, содержащую хлор?
Написать соответствующие уравнения в ионном виде.
13. Написать графическую формулу тиосульфата натрия, ука-
зать степень окисления серы в этом соединении и объяснить его
неустойчивость в кислой среде.
14. Написать уравнение реакции взаимодействия тиосульфата
натрия:
а) с хлороводородной кислотой,
б) с хлорной водой.
15. При пропускании сероводорода через бромную воду объе-
мом 50 мл выпал осадок массой 0,21 г. Определите молярную кон-
центрацию брома в растворе.
95
16. Рассчитайте массы сульфата натрия и угля, необходимые
для получения 500 кг сульфида натрия.
(Ответ: 910,25 кг, 153,85 кг.)
17. Объясните, почему сульфид сурьмы (III) Sb
2
S
3
растворяется
в избытке сульфида аммония, а сульфид висмута (III) нет.
18. Напишите структурные формулы следующих соединений:
H
2
S
2
, H
2
S, Na
2
S. Дайте им названия.
АЗОТ И ФОСФОР
Общая характеристика подгруппы азота
Подгруппу азота составляют пять элементов: азот, фосфор,
сурьма, мышьяк, висмут.
Это р-элементы V группы периодической системы Менделее-
ва. На внешнем энергетическом уровне их атомы имеют по пять
электронов (см. п.2, табл.8). Поэтому высшая степень окисления
этих элементов равна +5, низшая -3, характерна и +3.
Таблица 8
Свойства элементов подгруппы азота
Свойства N P As Sb Bi
1. Порядковый номер 7 15 33 51 83
2. Валентные электроны
2s
2
2p
3
3s
2
3p
3
4s
2
4p
3
5s
2
5p
3
6s
2
6p
3
3. Энергия ионизации
атома, эВ
14,5
10,5
9,8
8,6
7,3
4. Относительная элек-
троотрицательность
3,07
2,1
2,2
1,82
1,67
5. Степень окисления в
соединениях
+5, +4,
+3, +2,
+1, -3,
-2, -1
+5, +4,
+3, +1,
-3, -2
+5, +3,
-3
+5, +3,
-3
+5, +3,
-3
6.
Радиус атома, нм
0,071 0,13 0,15 0,16 0,18
На примере азота и фосфора рассмотрим валентные состояния
элементов. У атома азота три неспаренных электрона. Поэтому ва-
лентность азота равна трем. Вследствие отсутствия d-подуровня на
внешнем уровне его электроны разъединяться не могут.
96
Однако атом азота может отдать с 2s-подуровня один электрон
другому электроотрицательному атому, тогда он приобретет заряд
+1 и будет иметь четыре неспаренных электрона, т. е. станет четы-
рехвалентным. Это осуществляется, например, в азотной кислоте.
Пятивалентным азот быть не может. У атомов фосфора и после-
дующих элементов подгруппы имеются свободные орбитали на 3d-
подуровне, а потому при переходе в возбужденное состояние будут
разъединяться 3s-электроны. Таким образом, в невозбужденном
состоянии у всех элементов подгруппы азота валентность равна
трем, в возбужденном состоянии у всех, кроме азота, равна пяти. С
водородом элементы подгруппы азота образуют соединения соста-
ва RH
3
. Молекулы RH
3
имеют пирамидальную форму. В этих со-
единениях связи элементов с водородом более прочные, чем в со-
ответствующих соединениях элементов подгруппы кислорода и
особенно подгруппы галогенов. Поэтому водородные соединения
элементов подгруппы азота в водных растворах не образуют ионов
водорода. С кислородом элементы подгруппы азота образуют ок-
сиды общей формулы R
2
O
3
и R
2
O
5
. Оксидам соответствуют кисло-
ты HRO
2
и HRO
3
(и ортокислоты H
3
RO
4
, кроме азота). В пределах
подгруппы характер оксидов изменяется так: N
2
O
3
– кислотный ок-
сид; P
4
O
6
– слабокислотный оксид; As
2
O
3
– амфотерный оксид с
преобладанием кислотных свойств; Sb
2
O
3
– амфотерный оксид с
преобладанием основных свойств; Bi
2
O
3
– основной оксид. Таким
образом, кислотные свойства оксидов состава R
2
O
3
и R
2
O
5
умень-
шаются с ростом порядкового номера элемента. Как видно из п.3 и
6 табл., в подгруппе с ростом порядкового номера неметаллические
свойства убывают, а металлические усиливаются. Этим объясняет-
ся уменьшение прочности водородных соединений RH
3
от NH
3
к
BiH
3
, а также уменьшение прочности кислородных соединений в
обратном порядке. Различны свойства первого и последнего эле-
мента подгруппы: азот – неметалл, висмут – металл.
Вопросы допуска к лабораторной работе
1. Ряд чисел 2, 8, 5 соответствуют распределению электронов
по энергетическим уровням:
а) алюминия; б) фосфора;
в) хлора; г) азота.
97
2. Высшую валентность азот проявляет в оксиде:
а) N
2
O
5
; б) NO
2
;
в) NO; г) N
2
O.
3. Формула вещества «Х» и коэффициент перед ней в уравне-
нии реакции, схема которой
PH
3
+ O
2
= P
2
O
5
+ X:
а) H
2
; б) H
2
O;
в) 2H
2
O; г) 3H
2
O.
3. Водород не реагирует с:
а) N
2
; б) S;
в) O
2
; г) HCl.
5. Формула вещества, обозначенного “X” в схеме превращений
P = X + H
2
O = H
3
PO
4
:
а) PO; б) P
2
O
3
;
в) P
2
O
5
; г) P
4
O
6
.
6. Масса фосфора, необходимого для получения 0,1 моль окси-
да фосфора (V), равна:
а) 31 г; б) 3,1 г;
в) 6,2 г; г) 0,2 г.
7. Формулы продуктов реакции и коэффициенты перед ними в
уравнении реакции азотной кислоты с гидроксидом меди (II):
а) Cu(NO
3
)
2
и 2H
2
O;
б) Cu(NO
3
)
2
и H
2
;
в) CuO и 2H
2
O;
г) CuO и H
2
O.
8. Высшую валентность азот проявляет в соединении:
а) NO; б) N
2
O
3
;
в) NO
2
; г) N
2
O
5
.
9. Химическая связь в молекуле аммиака NH
3
:
а) ионная;
б) металлическая;
в) ковалентная неполярная;
г) ковалентная полярная.
10. Электронная формула 2S
2
2P
3
внешнего энергетического
уровня соответствует атому:
а) лития; б) углерода;
в) азота; г) кислорода.
98
11. Молекулярные формулы веществ, обозначенных X и Y в
схеме превращений P + X = P
2
O
2
+ Y = H
3
PO
4
, соответствуют:
а) X – O, Y – H
2
O; б) X – O, Y – H-O-H;
в) X – O
2
, Y – H
2
O; г) X – O
2
, Y – H-O-H.
1. Получение аммиака
Хлорид аммония и гашеную известь в приблизительно равных
объемах тщательно перемещать в фарфоровой чашке. Происходит
ли образование аммиака при этих условиях? Полученную смесь
всыпать в пробирку, которую затем закрыть пробкой с газоотвод-
ной трубкой и закрепить в штативе так, чтобы дно ее было не-
сколько выше отверстия (почему?). Не сильно нагреть смесь (что-
бы не возгонялся хлорид аммония) и собрать выделяющийся амми-
ак в пробирку. Почему ее надо перевернуть вверх дном? Через не-
сколько минут, когда пробирка наполнится аммиаком (как в этом
убедиться?), осторожно снять ее с трубки не переворачивая, за-
крыть сухой пробкой и сохранить для следующего опыта.
2. Растворение аммиака в воде
Пробирку с аммиаком опустить вниз в ванну с водой и под во-
дой открыть пробку. Что наблюдается? Когда вода перестанет под-
ниматься, закрыть пробирку под водой и вынуть ее из ванны. Ис-
пытать полученный раствор лакмусовой бумагой. Объяснить на-
блюдаемые явления. Написать уравнение реакции. Часть получен-
ного раствора нагреть до кипения. Изменяется ли интенсивность
запаха? Прокипятить раствор 2-3 минуты, испытать его реакцию
красной лакмусовой бумагой. Отметить ее цвет. Написать уравне-
ние реакции. Какие равновесия устанавливаются в водном растворе
аммиака? Как смещается равновесие при нагревании раствора?
Дать объяснение.
3. Реакция на ион аммония
В пробирку налить немного раствора соли аммония, например
MH
4
Cl, прибавить 1-2 мл раствора гидроксида натрия и нагреть.
Поднести к отверстию пробирки, не касаясь ее стенок, смоченные
водой красную и синюю лакмусовые бумажки. Цвет какой из них
изменился? Написать уравнения реакций. Так как из всех газов
99
только аммиак с водой образует щелочь, то посинение лакмусовой
бумаги в парах указывает, что в растворе присутствует ион OH
-
. В
том случае, когда количество выделяющегося аммиака больше, его
легко обнаружить по запаху.
4. Образование и распад азотистой кислоты
Охладить в пробирке 2-3 мл раствора нитрита натрия снегом и
затем прибавить к нему разбавленную серную кислоту. Отметить
цвет раствора и цвет газа над ним. Объяснить, почему охлаждается
раствор, какое вещество придает ему окраску, каков состав газа.
Написать уравнение реакции.
5. Окислительные и восстановительные свойства азотистой
кислоты
а) Налить в пробирку 2-3 мл KI, подкислить его разбавленной
H
2
SO
4
и затем прибавить к нему немного раствора NaNO
2
. Объяс-
нить изменение цвета раствора. Как доказать, какое выделилось
вещество? Написать уравнение реакции.
б) К подкисленному, разбавленной H
2
SO
4
, раствору KMnO
4
прилить раствор NaNO
2
. Что происходит? Написать уравнение ре-
акции, имея в виду, что одним из продуктов является соль Mn
+2
.
Какие свойства проявляет HNO
2
в опытах а) и б)?
6. Свойства азотной кислоты
а) В одну пробирку положить кусочек цинка, в другую – олово
и затем прибавить концентрированной азотной кислоты. Какой вы-
деляется газ? Написать уравнение реакции, имея в виду, что во
второй пробирке образуется H
2
SnO
3
.
б) Положить в пробирку немного железных опилок или стру-
жек и прибавить разбавленной азотной кислоты. Какой выделяется
газ? Напишите уравнение реакции. В одну пробирку положить ку-
сочек цинка, во вторую – олово и прилить в обе пробирки сильно
разбавленную азотную кислоту. В течение нескольких минут жид-
кость взбалтывать, затем слить раствор с непрореагировавшего ме-
талла и доказать наличие в растворе иона NH
4
+
. Написать уравне-
ние химической реакции.
100
7. Получение оксида фосфора (V) (фосфорного ангидрида)
В фарфоровую чашку, поставленную на асбестовую сетку, по-
ложить 0,4-0,5 г красного фосфора. Над чашкой на небольшом рас-
стоянии (около 0,5 см) от сетки укрепить сухую воронку. Зажечь
фосфор накаленной стеклянной палочкой. Какое соединение осаж-
дается на стенках воронки? Написать уравнение реакции.
Когда весь фосфор сгорит, вложить воронку в кольцо штатива
и оставить для следующего опыта.
8. Реакции на ионы фосфорных кислот
а) К раствору гидрофосфата натрия прилить раствор нитрата
серебра. Что представляет собой выпавший осадок? Каков его
цвет? Испытать отношение осадка к раствору азотной кислоты.
Написать соответствующие уравнений реакций.
б) К небольшому объему раствора молибдата аммония, подкис-
ленного раствором азотной кислоты, прибавить несколько капель
раствора фосфорной кислоты или её соли. Смесь нагреть. Что на-
блюдается? Каков вид и цвет осадка? Уравнение данной реакции:
H
3
PO
4
+ 12(NH
4
)
2
MoO
4
+ 21HNO
3
→ (NH
4
)
3
H
4
[P(Mo
2
O
7
)
6
]↓ +
21NH
4
NO
3
+ 10H
2
O.
в) К растворам мета- и дифосфата натрия в отдельных пробир-
ках прилить раствор AgNO
3
. Каков цвет выпавших осадков? Испы-
тать отношение осадков к раствору азотной кислоты. Написать
уравнения реакций. В какой среде осаждаются соли серебра мета-
и дифосфорной кислот?
г) Налить в две пробирки намного раствора белка в воде. При-
лить в одну пробирку раствор метафосфата натрия, во вторую –
раствор дифосфата натрия, затем в обе пробирки добавить раствор
уксусной кислоты. Наблюдать, что происходит с белком со смесью
метафосфата натрия и уксусной кислоты.
На основании опытов сделать вывод, как определить присутст-
вие ионов PO
3
-
, P
2
O
7
4-
, PO
4
3-
в растворе?
9. Получение фосфорных кислот
а) Получение кислот фосфора из оксида фосфора (V).
Оксид фосфора (V), полученный в предыдущем опыте, смыть
дистиллированной водой со стенок воронки в пробирку. Когда рас-