§5. Определение одного или нескольких веществ на основании качественных реакций. К классу спиртов относится основной органический продукт превращений

Определение минеральных удобрений.
1) К содержимому пробирок добавляем воду. В
пробирке с суперфосфатом вещество растворилось
не полностью. Затем к этому раствору добавля-
ем раствор нитрата серебра. Выделяется желтый
осадок.

К оставшимся растворам добавляем раствор хло-
рида бария. В пробирке с сульфатом аммония вы-
падает белый осадок.


В оставшиеся пробирки добавляем концентри-
Выделяется газ бурого цвета; раствор приобретает
голубую окраску; медь растворяется.

В данной пробирке находится нитрат аммония,
так как данная реакция является качественной на
нитрат-ион.
2) К веществам добавляем раствор щелочи, на-
греваем. В пробирке с хлоридом аммония образуется
газ с резким запахом - аммиак.


К двум оставшимся веществам добавляем рас-
твор нитрата серебра. В пробирке с хлоридом калия
выпадает белый осадок.



рованную серную кислоту и медь при нагревании.
Выделяется газ бурого цвета (NO 2); раствор ста-
новится голубого цвета; медь растворяется.


Решение экспериментальных задач.
1.
Взаимодействие с водой:

Взаимодействие с азотной кислотой:

Взаимодействие с щелочными металлами:

2. 1) азотная кислота с оксидом меди (II)

2) медь с азотной кислотой:

1. При смешивании сульфата, нитрата, хлори-
да аммония, аммофосов с известью выделяется
аммиак:


В результате этого азот, который необходим для
растений, не будет поступать в почву.
2. К исследуемым веществам добавляем раствор
щелочи и нагреваем. В пробирке с хлоридом аммо-
ния выделяется аммиак - газ с резким запахом.

В оставшиеся пробирки добавляем раствор хло-
рида бария. В пробирке с сульфатом натрия обра-
зуется белый осадок:

К оставшемуся веществу добавляем концентри-
рованную серную кислоту и кусочек меди при
нагревании. Выделяется газ бурого цвета; рас-
твор становится голубого цвета; медь растворяется.
В этой пробирке находится нитрат натрия.

3. К обоим растворам добавляем нитрат се-
ребра. В одной пробирке наблюдается помутнение
раствора, а в другой образуется желтый осадок.


Осадок Ag 2 SО 4 растворим в кислотах, поэтому
раствор мутнеет.
4. Добавляем в обе пробирки воду. В пробирке
с ортофосфатом натрия вещество растворится. Во
второй пробирке вещество не растворится, следова-
тельно, в ней находится ортофосфат кальция, так
как он не растворим в воде.

Решение качественных задач по определению веществ, находящихся в склянках без этикеток, предполагает проведение ряда операций, по результатам которых можно определить, какое вещество находится в той или иной склянке.

Первым этапом решения является мысленный эксперимент, представляющий собой план действий и их предполагаемые результаты. Для записи мысленного эксперимента используется специальная таблица-матрица, в ней обозначены формулы определяемых веществ по горизонтали и вертикали. В местах пересечения формул взаимодействующих веществ записываются предполагаемые результаты наблюдений: - выделение газа, - выпадение осадка, указываются изменения цвета, запаха или отсутствие видимых изменений. Если по условию задачи возможно применение дополнительных реактивов, то результаты их использования лучше записать перед составлением таблицы - число определяемых веществ в таблице может быть таким образом сокращено.
Решение задачи будет, следовательно, состоять из следующих этапов:
- предварительное обсуждение отдельных реакций и внешних характеристик веществ;
- запись формул и предполагаемых результатов попарных реакций в таблицу,
- проведение эксперимента в соответствии с таблицей (в случае экспериментальной задачи);
- анализ результатов реакций и соотнесение их с конкретными веществами;
- формулировка ответа задачи.

Необходимо подчеркнуть, что мысленный эксперимент и реальность не всегда полностью совпадают, так как реальные реакции осуществляются при определенных концентрации, температуре, освещении (например, при электрическом свете AgCl и AgBr идентичны). Мысленный эксперимент часто не учитывает многих мелочей. К примеру, Br 2 /aq прекрасно обесцвечивается растворами Na 2 CO 3 , На 2 SiO 3 , CH 3 COONa; образование осадка Ag 3 PO 4 не идет в сильнокислой среде, так как сама кислота не дает этой реакции; глицерин образует комплекс с Сu (ОН) 2 , но не образует с (CuOH) 2 SO 4 , если нет избытка щелочи, и т. д. Реальная ситуация не всегда согласуется с теоретическим прогнозом, и в этой главе таблицы-матрицы"идеала" и "реальности" иногда будут отличаться. А чтобы разбираться в том, что же происходит на самом деле, ищите всякую возможность работать руками экспериментально на уроке или факультативе (помните при этом о требованиях техники безопасности).

Пример 1. В пронумерованных склянках содержатся растворы следующих веществ: нитрата серебра, соляной кислоты, сульфата серебра, нитрата свинца, аммиака и гидроксида натрия. Не используя других реактивов, определите, в какой склянке раствор какого вещества находится.

Решение. Для решения задачи составим таблицу-матрицу, в которую будем заносить в соответствующие квадратики ниже пересекающей ее диагонали данные наблюдения результатов сливания веществ одних пробирок с другими.

Наблюдение результатов последовательного приливания содержимого одних пронумерованных пробирок ко всем другим:

1 + 2 - выпадает белый осадок; ;
1 + 3 - видимых изменений не наблюдается;

Вещества 1. AgNO 3 , 2. НСl 3. Pb(NO 3) 2 , 4. NH 4 OH 5. NaOH
1. AgNO 3 X AgCl белый - выпадающий осадок растворяется Ag 2 O бурый
2. НСl белый X PbCl 2 белый, - _
3. Pb(NO 3) 2 - белый PbCl 2 X Pb(OH) 2 помутнение) Pb(OH) 2 белый
4. NH 4 OH - - (помутнение) -
S. NaOH бурый - белый - X

1 + 4 - в зависимости от порядка сливания растворов может выпасть осадок;
1 + 5 - выпадает осадок бурого цвета;
2+3- выпадает осадок белого цвета;
2+4- видимых изменений не наблюдается;
2+5 - видимых изменений не наблюдается;
3+4 - наблюдается помутнение;
3+5 - выпадает белый осадок;
4+5 - видимых изменений не наблюдается.

Запишем далее уравнения протекающих реакций в тех случаях, когда наблюдаются изменения в реакционной системе (выделение газа, осадка, изменение цвета) и занесем формулу наблюдаемого вещества и соответствующий квадратик таблицы-матрицы выше пересекающей ее диагонали:

I. 1 + 2: AgNO 3 + НСl AgCl + HNO 3 ;
II. 1 + 5: 2AgNO 3 + 2NaOH Ag 2 O + 2NaNO 3 + H 2 O;
бурый(2AgOH Ag 2 O + H 2 O)
III. 2 + 3: 2НСl + Рb(NO 3) 2 РbСl 2 + 2НNO 3 ;
белый
IV. 3 + 4: Pb(NO 3) 2 + 2NH 4 OH Pb(OH) 2 + 2NH 4 NO 3 ;
помутнение
V. 3 + 5: Pb(NO 3) 2 + 2NaOH Pb(OH) 2 + 2NaNO 3
белый

(при приливании нитрата свинца в избыток щелочи осадок может сразу раствориться).
Таким образом, на основании пяти опытов различаем вещества, находящиеся в пронумерованных пробирках.

Пример 2. В восьми пронумерованных пробирках (от 1 до 8) без надписей содержатся сухие вещества: нитрат серебра (1), хлорид алюминия (2), сульфид натрия (3), хлорид бария (4), нитрат калия (5), фосфат калия (6), а также растворы серной (7) и соляной (8) кислот. Как, не имея никаких дополнительных реактивов, кроме воды, различить эти вещества?

Решение. Прежде всего растворим твердые вещества в воде и отметим пробирки, где они оказались. Составим таблицу-матрицу (как в предыдущем примере), в которую будем заносить данные наблюдения результатов сливания веществ одних пробирок с другими ниже и выше пересекающей ее диагонали. В правой части таблицы введем дополнительную графу"общий результат наблюдения", которую заполним после окончания всех опытов и суммирования итогов наблюдений по горизонтали слева направо (см., например, с. 178).

1+2: 3AgNO 3 + A1C1, 3AgCl белый + Al(NO 3) 3 ;
1 + 3: 2AgNO 3 + Na 2 S Ag 2 S черный + 2NaNO 3 ;
1 + 4: 2AgNO 3 + BaCl 2 2AgCl белый + Ba(NO 3) 2 ;
1 + 6: 3AgN0 3 + K 3 PO 4 Ag 3 PO 4 желтый + 3KNO 3 ;
1 + 7: 2AgNO 3 + H 2 SO 4 Ag,SO 4 белый + 2HNO S ;
1 + 8: AgNO 3 + HCl AgCl белый + HNO 3 ;
2 + 3: 2AlCl 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O 2Al (OH) 3 , + 3H 2 S + 6NaCl;
(Na 2 S + H 2 O NaOH + NaHS, гидролиз);
2 + 6: AlCl 3 + K 3 PO 4 A1PO 4 белый + 3KCl;
3 + 7: Na 2 S + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 S
3 + 8: Na 2 S + 2HCl -2NaCl + H 2 S;
4 + 6: 3BaCl 2 + 2K 3 PO 4 Ba 3 (PO 4) 2 белый + 6KC1;
4 + 7 BaCl 2 + H 2 SO 4 BaSO 4 белый + 2HC1.

Видимых изменений не происходит только с нитратом калия.

По тому, сколько раз выпадает осадок и выделяется газ, однозначно определяются все реагенты. Кроме того, ВаС1 2 и К 3 РО 4 различают по цвету выпавшего осадка с AgNO 3: AgCl - белый, a Ag 3 PO 4 - желтый. В данной задаче решение может быть более простым - любой из растворов кислот позволяет сразу выделить сульфид натрия, им определяются нитрат серебра и хлорид алюминия. Нитратом серебра определяются среди оставшихся трех твердых веществ хлорид бария и фосфат калия, хлоридом бария различают соляную и серную кислоты.

Пример 3. В четырех пробирках без этикеток находятся бензол, хлоргексан, гексан и гексен. Используя минимальные количества и число реактивов, предложите метод определения каждого из указанных веществ.

Решение. Определяемые вещества между собой не реагируют, таблицу попарных реакций нет смысла составлять.
Существует несколько методов определения данных веществ, ниже приведен один из них.
Бромную воду обесцвечивает сразу только гексен:

С 6 Н 12 + Вr 2 = С 6 Н 12 Вr 2 .

Хлоргексан можно отличить от гексана, пропуская продукты их сгорания через раствор нитрата серебра (в случае хлоргексана выпадает белый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте, в отличие от карбоната серебра):

2С 6 Н 14 + 19O 2 = 12СO 2 + 14Н 2 О;
С 6 Н 13 Сl + 9O 2 = 6СO 2 + 6Н 2 O + НС1;
HCl + AgNO 3 = AgCl + HNO 3 .

Бензол отличается от гексана по замерзанию в ледяной воде (у С 6 Н 6 т. пл.= +5,5°С, а у С 6 Н 14 т. пл. = -95,3°С).

1. В два одинаковых химических стакана налиты равные объемы: в один воды, в другой - разбавленного раствора серной кислоты. Как, не имея под рукой никаких химических реактивов, различить эти жидкости (пробовать растворы на вкус нельзя)?

2. В четырех пробирках находятся порошки оксида меди(II), оксида железа (III), серебра, железа. Как распознать эти вещества, используя только один химический реактив? Распознавание по внешнему виду исключается.

3. В четырех пронумерованных пробирках находятся сухие оксид меди (II), сажа, хлорид натрия и хлорид бария. Как, пользуясь минимальным количеством реактивов, определить, в какой из пробирок находится какое вещество? Ответ обоснуйте и подтвердите уравнениями соответствующих химических реакций.

4. В шести пробирках без надписей находятся безводные соединения: оксид фосфора(V), хлорид натрия, сульфат меди, хлорид алюминия, сульфид алюминия, хлорид аммония. Как можно определить содержимое каждой пробирки, если имеется только набор пустых пробирок, вода и горелка? Предложите план анализа.

5 . В четырех пробирках без надписей находятся водные растворы гидроксида натрия, соляной кислоты, поташа и сульфата алюминия. Предложите способ определения содержимого каждой пробирки, не применяя дополнительных реактивов.

6 . В пронумерованных пробирках находятся растворы гидроксида натрия, серной кислоты, сульфата натрия и фенолфталеин. Как различить эти растворы, не пользуясь дополнительными реактивами?

7. В банках без этикеток находятся следующие индивидуальные вещества: порошки железа, цинка, карбоната кальция, карбоната калия, сульфата натрия, хлорида натрия, нитрата натрия, а также растворы гидроксида натрия и гидроксида бария. В Вашем распоряжении нет никаких других химических реактивов, в том числе и воды. Составьте план определения содержимого каждой банки.

8 . В четырех пронумерованных банках без этикеток находятся твердые оксид фосфора (V) (1), оксид кальция (2), нитрат свинца (3), хлорид кальция (4). Определить, в какой из банок находится каждое из указанных соединений, если известно, что вещества (1) и (2) бурно реагируют с водой, а вещества (3) и (4) растворяются в воде, причем полученные растворы (1) и (3) могут реагировать со всеми остальными растворами с образованием осадков.

9 . В пяти пробирках без этикеток находятся растворы гидроксида, сульфида, хлорида, йодида натрия и аммиака. Как определить эти вещества при помощи одного дополнительного реактива? Приведите уравнения химических реакций.

10. Как распознать растворы хлорида натрия, хлорида аммония, гидроксида бария, гидроксида натрия, находящиеся в сосудах без этикеток, используя лишь эти растворы?

11. . В восьми пронумерованных пробирках находятся водные растворы соляной кислоты, гидроксида натрия, сульфата натрия, карбоната натрия, хлорида аммония, нитрата свинца, хлорида бария, нитрата серебра. Используя индикаторную бумагу и проводя любые реакции между растворами в пробирках, установить, какое вещество содержится в каждой из них.

12. В двух пробирках имеются растворы гидроксида натрия и сульфата алюминия. Как их различить, по возможности, без использования дополнительных веществ, имея только одну пустую пробирку или даже без нее?

13. В пяти пронумерованных пробирках находятся растворы перманганата калия, сульфида натрия, бромная вода, толуол и бензол. Как, используя только названные реактивы, различить их? Используйте для обнаружения каждого из пяти веществ их характерные признаки (укажите их); дайте план проведения анализа. Напишите схемы необходимых реакций.

14. В шести склянках без наименований находятся глицерин, водный раствор глюкозы, масляный альдегид (бутаналь), гексен-1, водный раствор ацетата натрия и 1,2-дихлорэтан. Имея в качестве дополнительных химических реактивов только безводные гидроксид натрия и сульфат меди, определите, что находится в каждой склянке.

1. Для определения воды и серной кислоты можно использовать различие в физических свойствах: температурах кипения и замерзания, плотности, электропроводности, показателе преломления и т. п. Самое сильное различие будет в электропроводности.

2. Прильем к порошкам в пробирках соляную кислоту. Серебро не прореагирует. При растворении железа будет выделяться газ: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Оксид железа (III) и оксид меди (II) растворяются без выделения газа, образуя желто-коричневый и сине-зеленый растворы: Fe 2 O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 O; CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O.

3. CuO и С - черного цвета, NaCl и ВаВr 2 - белые. Единственным реактивом может быть, например, разбавленная серная кислота H 2 SO 4:

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O (голубой раствор); BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl (белый осадок).
С сажей и NaCl разбавленная серная кислота не взаимодействует.

4 . Небольшое количество каждого из веществ помещаем в воду:

CuSO 4 +5H 2 O = CuSO 4 5H 2 O (образуется голубой раствор и кристаллы);
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 S (выпадает осадок и выделяется газ с неприятным запахом);
AlCl 3 + 6H 2 O = A1C1 3 6H 2 O + Q AlCl 3 + H 2 O AlOHCl 2 + HCl
AlOHC1 2 + H 2 0 = Al (OH) 2 Cl + HCl А1(ОН) 2 С1 + Н 2 О = А1(ОН) 2 + НСl
(протекает бурная реакция, образуются осадки основных солей и гидроксида алюминия);
P 2 O 5 + H 2 O = 2HPO 3
HPO 3 +H 2 O = H 3 PO 4
(бурная реакция с выделением большого количества тепла, образуется прозрачный раствор).

Два вещества - хлорид натрия и хлорид аммония- растворяются, не реагируя с водой; их можно различить, нагревая сухие соли (хлорид аммония возгоняется без остатка): NH 4 Cl NH 3 + HCl; или по окраске пламени растворами этих солей (соединения натрия окрашивают пламя в желтый цвет).

5. Составим таблицу попарных взаимодействий указанных реагентов

Вещества 1. NaOH 2 НСl 3. К 2 СО 3 4. Аl 2 (SO 4) 3 Общий результат наблюдения
1, NaOH - - Al(OH) 3 1 осадок
2. НС1 _ CO 2 __ 1 газ
3. К 2 СО 3 - CO 2 Al(OH) 3
CO 2
1 осадок и 2 газа
4. Al 2 (S0 4) 3 А1(ОН) 3 - А1(ОН) 3
CO 2
2 осадка и 1 газ
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O
К 2 СO 3 + 2HC1 = 2КС1 + Н 2 O + СO 2

3K 2 CO 3 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O = 2 Al(OH) 3 + 3CO 2 + 3K 2 SO 4 ;

Исходя из представленной таблицы по числу выпадения осадка и выделения газа можно определить все вещества.

6. Попарно смешивают все растворы Пара растворов, дающая малиновую окраску, - NaOH и фенолфталеин Малиновый раствор прибавляют в две оставшиеся пробирки. Там, где окраска исчезает, - серная кислота, в другой - сульфат натрия. Остается различить NaOH и фенолфталеин (пробирки 1 и 2).
А. Из пробирки 1 прибавляют каплю раствора к большому количеству раствора 2.
Б. Из пробирки 2 - каплю раствора прибавляют к большому количеству раствора 1. В обоих случаях- малиновое окрашивание.
К растворам А и Б прибавляют по 2 капли раствора серной кислоты. Там, где окраска исчезает, содержалась капля NaOH. (Если окраска исчезает в растворе А, то NaOH - в пробирке 1).

Вещества Fe Zn СаСО 3 К 2 СО 3 Na 2 SO 4 NaCl NaNO 3
Ва(ОН) 2 осадок осадок раствор раствор
NaOH возможно выделение водорода раствор раствор раствор раствор
Осадка нет в случае двух солей у Ва(ОН) 2 и в случае четырех солей У NaOH темные порошки (раствсворяющийся в щелочах - Zn, нерастворяющийся в щелочах - Fe) СаСО 3
дает осадок с обеими щелочами
дают по одному осадку,
различаются по окрашиванию пламени: К + - фиолетовое, Na+ - желтое
осадков не дают; различаются поведением при нагревании (NaNO 3 плавится, а потом разлагается с выделением О 2 , затем NО 2

8 . Бурно реагируют с водой: Р 2 О 5 и СаО с образованием соответственно H 3 PO 4 и Са(ОН) 2:

Р 2 O 5 + 3Н 2 О = 2Н 3 РO 4 , СаО + Н 2 О = Са(ОН) 2 .
Вещества (3) и (4) -Pb(NO 3) 2 и СаСl 2 - растворяются в воде. Растворы могут реагировать друг с другом следующим образом:

Вещества 1. Н 3 РО 4 2. Са(ОН) 2 , 3. Pb(NO 3) 2 4. CaCl 2
1. Н 3 РО 4 CaHPO 4 PbHPO 4 CaHPO 4
2. Са(ОН) 2 СаНРО 4 Pb(OH) 2 -
3. Pb(NO 3) 2 РbНРО 4 Pb(OH) 2 РbСl 2
4. СаС1 2 CaHPO 4 PbCl 2

Таким образом, раствор 1 (H 3 PO 4) образует осадки со всеми другими растворами при взаимодействии. Раствор 3 - Pb(NO 3) 2 также образует осадки со всеми другими растворами. Вещества: I -Р 2 O 5, II -СаО, III -Pb(NO 3) 2 , IV-СаСl 2 .
В общем случае выпадение большинства осадков будет зависеть от порядка сливания растворов и избытка одного из них (в большом избытке Н 3 РО 4 фосфаты свинца и кальция растворимы).

9. Задача имеет несколько решений, два из которых приведены ниже.
а. Во все пробирки добавляем раствор медного купороса:
2NaOH + CuSO 4 = Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 (голубой осадок);
Na 2 S + CuSO 4 = Na 2 SO 4 + CuS (черный осадок);
NaCl + CuSO 4 (в разбавленном растворе изменений нет);
4NaI+2CuSO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2CuI+I 2 (коричневый осадок);
4NH 3 + CuSO 4 = Cu(NH 3) 4 SO 4 (синий раствор или голубой осадок, растворимый в избытке раствора аммиака).

б. Во все пробирки добавляем раствор нитрата серебра:
2NaOH + 2AgNO 3 = 2NaNO 3 + Н 2 О + Ag 2 O (коричневый осадок);
Na 2 S + 2AgNO 3 = 2NaNO 3 + Ag 2 S (черный осадок);
NaCl + AgNO 3 = NaN0 3 + AgCl (белый осадок);
NaI + AgNO 3 = NaNO 3 + AgI(желтый осадок);
2NH 3 + 2AgNO 3 + H 2 O = 2NH 4 NO 3 + Ag 2 O (коричневый осадок).
Ag 2 O растворяется в избытке раствора аммиака: Ag 2 0 + 4NH 3 + H 2 O = 2OH.

10 . Для распознавания этих веществ следует провести реакции всех растворов друг с другом:

Вещества 1. NaCl 2. NH 4 C1 3. Ba(OH), 4. NaOH Общий результат наблюдения
1. NaCl ___ _ _ взаимодействия не наблюдается
2. NH 4 Cl _ X NH 3 NH 3 в двух случаях выделяется газ
3. Ва(ОН) 2 - NH 3 X -
4. NaOH - NH 3 - X в одном случае выделяется газ

NaOH и Ва(ОН) 2 можно различить по разному окрашиванию пламени (Na+ окрашивают в желтый цвет, а Ва 2 + - в зеленый).

11. Определяем кислотность растворов с помощью индикаторной бумаги:
1) кислая среда -НСl, NH 4 C1, Pb(NO 3) 2 ;
2) нейтральная среда - Na 2 SO 4 , ВаС1 2 , AgNO 3 ;
3) щелочная среда - Na 2 CO 3 , NaOH. Составляем таблицу.

Ю.И.ПАХОМОВ

Cборник
практических работ
по химии

9 КЛАСС

Продолжение. См. № 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43/2003

Практическая работа 25.

Цели . Закрепить знания о свойствах и взаимопревращениях соединений металлов главных подгрупп периодической таблицы Д.И.Менделеева (s- и р -элементов I–III групп).
Оборудование и реактивы. Шпатели, промывалка с дистиллированной водой, центрифуга, держатель для пробирок, Г-образная газоотводная трубка с пробкой, спиртовка, спички, штатив с пробирками, стеклянная трубка для продувания воздуха, пробирки № 5–7, санитарная склянка; в четырех пробирках (№ 1–4) для двух вариантов кристаллические вещества:

I вариант – 1) CaCl 2 , 2) NaOH, 3) K 2 CO 3 , 4) BaCl 2 ;
II вариант – 1) CaCO 3 , 2) Ba(NO 3) 2 , 3) Na 2 SO 4 , 4) KCl;

вода дистиллированная, соляная кислота (HCl), Сa(OH) 2 (известковая вода), Al(NO 3) 3 , HNO 3 (разб.),
H 2 SO 4 (разб.), HNO 3 (конц.), H 2 SO 4 (конц.), Cu (стружки), синяя лакмусовая бумажка, растворы NaOH, AgNO 3 , Ba(OH) 2 , Na 2 CO 3 , CaCl 2 , MgCO 3 (крист.).

Задача Порядок работы Наблюдения и выводы
В четырех пробирках соответственно варианту даны кристаллические вещества. Выбрать наиболее рациональный план распознавания и опытным путем определить вещества в каждой пробирке. Записать порядок работы, составить уравнения производимых реакций и сделать общий вывод
Проделать следующие превращения и написать уравнения реакций:

... ...
Определить растворы
соды,
хлорида кальция и
нитрата алюминия
в пробирках № 5–7, избрав наиболее рациональный метод.
Ответ обосновать
... ...

Практическая работа 26.
Железо и его соединения

Цели . Обобщить знания об особенностях свойств переходных d -элементов и их соединений в зависимости от заряда и радиуса иона.
Оборудование и реактивы.
На демонстрационном столе учителя : щипцы тигельные, газометр с кислородом, два высоких химических стакана, шпатель, железная ложечка для сжигания веществ, спиртовка, спички, газометр с хлором, стальная проволока, кусок древесного угля, песок.
На ученических столах : спиртовка, спички, держатель для пробирок, пробирки № 1, 2, наждачная бумага, штатив с пробирками, промывная склянка, санитарная склянка; стальная проволока,
Fe (стружки, порошок), H 2 SO 4 (разб. и конц.), HNO 3 (разб. и с = 50–60%), FeSO 4 (свежеприготовленный раствор), растворы Fe 2 (SO 4) 3 , NaOH, HCl, FeCl 3 , KI, CuSO 4 , K 3 ,
K 4 , NH 4 CNS, универсальная индикаторная бумага (с цветной шкалой рН).

Переходные d -элементы имеют переменную степень окисления, и чем она выше, тем слабее проявляются основные свойства у оксида и гидроксида и сильнее – кислотные.
При повышении степени окисления элемента радиус его иона уменьшается.

Соединения с проявляют окислительные свойства, а соединения c
– восстановительные.
Железо – серебристо-белый металл с высокой пластичностью, легко куется, t пл = 1536 °С,
= 7,87 г/см 3 , обладает магнитными свойствами. Железо имеет несколько полиморфных модификаций: при обычных условиях – -Fe (объемно-центрированная кристаллическая решетка, сильный магнетизм), при 769 °С теряет ферромагнитные свойства (-Fe) и при 910 °С переходит в гранецентрированную кубическую модификацию (-Fе), а при 1400 °С – вновь в объемно-центрированную, более рыхлую (-Fe), сохраняющуюся вплоть до плавления.

Железо относится к металлам средней химической активности. При взаимодействии железа с соляной кислотой и с разбавленной H 2 SO 4 протекает реакция:

Fе 0 + 2H + = Fе 2+ + H 2 .

(Водород создает восстановительную среду, и образуется Fe 2+ .)

При обычной температуре в концентрированных H 2 SO 4 и HNO 3 железо пассивируется. Из-за образования нерастворимых пленок оксидов на поверхности железа реакция быстро прекращается:

2Fe + 6HNO 3 = Fe 2 O 3 + 6NO 2 + 3H 2 O.

При нагревании (в мелкораздробленном состоянии) железо окисляется почти всеми неметаллами с образованием смешанных соединений Fe 2+ и Fe 3+ . Например, с разбавленной HNO 3 реакция может протекать таким образом:

8Fe + 27HNO 3 = 8Fe(NO 3) 3 + 3NН 3 + 9H 2 O.

Оксид и гидроксид железа(II) проявляют основные свойства, т. е. растворяются в кислотах:

FeО + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O,

FeО + 2H + = Fe 2+ + H 2 O,

Fe(OH) 2 + 2H + = Fe 2+ + 2H 2 O.

При выпаривании образующихся растворов можно выделить соли в виде кристаллогидратов типа FeSO 4 7Н 2 O (железный купорос).
Салатного цвета хлопьевидный осадок гидроксида железа(II) на воздухе буреет:

4Fe(OH) 2 + О 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 .

Восстановительные свойства (неустойчивость на воздухе) характерны также для солей железа(II). Железный купорос (FeSО 4 7H 2 O) нужно использовать только свежеприготовленным, чтобы избежать реакции:

12FеSO 4 + 3О 2 + 6H 2 О = 4Fe 2 (SO 4) 3 + 4Fе(ОН) 3 .

Оксид железа(III) и гидроксид железа(III) амфотерны:

При выпаривании кислых растворов образуются кристаллогидраты типа FeCl 3 6Н 2 О.

Окислительные свойства соединений с :

На способности соединений железа вступать в окислительно-восстановительные реакции основано поглощение кислорода гемоглобином крови (в организме взрослого человека в виде соединений содержится около 4 г железа).
Соединения железа обычно окрашены. Природные соединения, содержащие Fe 2 O 3 , – мумия (красный цвет), охра (желтый) – широко используются в красках и эмалях.

Реагент Определяемый ион
Fe 2+ Fe 3+
K 3 – гексацианоферрат(III)
калия (красная кровяная соль)
Темно-синий осадок турнбулевой сини

Мутная смесь
цвета извести с синькой
K 4 – гексацианоферрат(II)
калия (желтая кровяная соль)

синий осадок
берлинской лазури

NH 4 SCN – роданид аммония Fe(SCN) 3 , раствор кроваво-красного цвета

Из соединений известен и находит применение ВаFeО 4 .
В природе встречаются минералы железа:

Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3 или Fe(FeO 2) 2) – магнетит, (Fe) до 72%
(Южный Урал, Курская магнитная аномалия);

FeS 2 – пирит, (Fe) 47% (Урал);

Fe 2 O 3 – гематит, (Fe) до 65% (Кривой Рог, Украина);

Fe 2 O 3 n Н 2 О – лимонит, (Fe) до 60% (Керчь, Украина).

Порядок работы Задания Наблюдения и выводы
а) K концу стальной проволоки прикрепить кусочек древесного угля, раскалить и опустить в склянку, заполненную кислородом из газометра (стальная проволока должна быть раскалена до белого каления), на дне склянки – песок.
б) В железной ложечке сильно накалить порошок железа и всыпать его в склянку, заполненную хлором (дно покрыто песком).
Работать под тягой!
Внимательно наблюдать за демонстрационными опытами сжигания железа в кислороде и атмосфере хлора, записать уравнения наблюдаемых реакций, охарактеризовать с точки зрения электронного баланса, назвать продукты. Особо выделить роль железа, связав с особенностями электронной структуры d -элемента. Описать наблюдаемое
В четыре пробирки всыпать понемногу (на кончике шпателя) железные тонкие стружки, затем поочередно прилить по 1–2 мл

H 2 SO 4 (разб.),
HNO 3 (разб.),
H 2 SO 4 (конц.),
НNО 3 (конц.)

(если реакции нет, немного подогреть). Наблюдать. Слить концентрированные кислоты из обеих пробирок в санитарную склянку, промыть стружки водой и добавить в одну H 2 SO 4 (разб.), а в другую – НNО 3 (разб.)

Охарактеризовать и обосновать наблюдаемое соответствующими уравнениями реакций на основе электронного баланса, сделать обобщающий вывод. Kакие реакции имеют конкретную практическую значимость? Почему после пребывания в концентрированных кислотах H 2 SO 4 и НNО 3 железо не реагирует с разбавленными кислотами?
а) Налить в пробирку 1–2 мл свежеприготовленного раствора сульфата железа(II) и добавить при взбалтывании раствор едкого натра. Полученный осадок разделить на три части.
б) K одной части добавить, взбалтывая, избыток концентрированного раствора щелочи.
в) K другой части осадка, взбалтывая, добавить раствор соляной кислоты.
г) Третью часть осадка оставить на воздухе и наблюдать изменение цвета
Получить реакцией обмена гидроксид железа(II), испытать действие на него кислот, щелочей, окислителей. Записать соответствующие уравнения реакцийи сделать выводо характере соединений железа(II) с точки зрения классификации гидроксида и окислительно-восстановительных процессов
Налить в пробирку 1–2 мл раствора сульфата железа(III) и добавлять порциями, взбалтывая, раствор едкого натра до выпадения бурого сгустка. Осадок разделитьна две части и испытать одну раствором соляной кислоты, а другую – избытком раствора щелочи (подогреть) Получить реакцией обмена гидроксид железа(III) и доказать его амфотерный характер. Выводы обосновать уравнениями реакций в соответствующей форме
а) Наблюдать, что происходит на воздухе с пробой раствора сульфата железа(II).
б) В пробирку с раствором хлорида железа(III) добавить водный раствор йодида калия, через некоторое время добавить несколько капель раствора крахмала
Почему раствор сульфата железа(II) можно использовать только свежеприготовленным? Записать уравнения происходящих процессов. Сделать вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений железа(II) и железа(III)
В двух пробирках (№ 1и 2) опытным путем определить растворы сульфатов железа(II) и железа(III). Описать порядок действий. Составить уравнения качественных реакций в молекулярной и ионной формах
Растворы сульфата железа(II) (свежеприготовленного) и хлорида железа(III) испытать универсальным индикатором (бумага) и, сверившись с цветной шкалой рН, сделать соответствующий вывод Экспериментально установить, подвергаются ли гидролизу растворы сульфата железа(II) и хлорида железа(III). Обосновать выводы соответствующими уравнениями реакций

Практическая работа 27.
Решение экспериментальных задач
по теме «Металлы»

Цели . Закрепить и обобщить изученный материал по теме «Металлы».
Оборудование и реактивы: варианты А, Б, В.

Вариант A

Шпатель, штатив с пробирками, спиртовка, спички, держатель для пробирок, Г-образная газоотводная трубка, санитарная склянка; в пробирках № 1–4 вещества в твердом виде: МgСl 2 , NaOH, Na 2 CO 3 , NaNO 3 ; Н 2 SO 4 (конц.), фенолфталеин (спирт. р-р), синяя лакмусовая бумажка,
Сu (стружки), растворы Al 2 (SO 4) 3 , NaOH, AgNO 3 , Са(ОН) 2 (известковая вода), MgCl 2 , соляная кислота (HCl), Fе (порошок), Н 2 О 2 (пероксид водорода), HNO 3 (разб. и конц.).

Вариант Б

Центрифуга, спиртовка, спички, держатель для пробирок, штатив с пробирками, Г-образная газоотводная трубка, санитарная склянка; в пробирках № 1–4 вещества в твердом виде:
CaCO 3 , Ba(NO 3) 2 , Na 2 SO 4 , Na 2 S; соляная кислота (HCl), Са(ОН) 2 (известковая вода), HNO 3 (разб.),
Н 2 SO 4 (разб.), растворы Pb(NO 3) 2 , FeSO 4 (свежеприготовленный раствор), BaCl 2 , NH 4 CNS, NaOH,
K 4 , Al (1–2 гранулы), NaOH (крист.).

Вариант В

Щипцы тигельные, Г-образная газоотводная трубка, Fe (гвоздь с ниткой), спиртовка, спички, штатив с пробирками, держатель для пробирок, санитарная склянка; в пробирках № 1–3 вещества в твердом виде: NaCl, BaCl 2 , AlCl 3 ; растворы NaOH, Н 2 SO 4 , AgNO 3 , в пробирках № 4–5 растворы MgSO 4 и
Ca(HCO 3) 2 , Na 2 CO 3 , Са(ОН) 2 (известковая вода), Сu (стружки), соляная кислота (НСl),
Zn (2–3 гранулы).

ЗАДАЧА РЕШЕНИЕ


Вариант A

1. При помощи химических реакций определить, в какой из пробирок (№ 1–4) находятся твердые вещества: хлорид магния, едкий натр, карбонат натрия (сода), нитрат натрия
2. При помощи характерных реакций доказать качественный состав водного раствора сульфата алюминия


Вариант Б

1. С помощью характерных реакций определить, в какой из четырех пробирок (№ 1–4) находятся твердые вещества: карбонат кальция, нитрат бария, сульфат натрия, сульфид натрия
2. Доказать опытным путем, что кристаллы сульфата железа(II) частично окислились при хранении и содержат примеси ионов железа(III), т. е.
3. Практически осуществить следующие превращения:


Вариант В

1. Определить с помощью качественных реакций, в какой из пробирок (№ 1–3) находятся твердые вещества: хлорид натрия, хлорид бария, хлорид алюминия
2. Проделать опыты, при помощи которых можно устранить постоянную и временную жесткость воды, содержащей сульфат магния и (вторая проба) гидрокарбонат кальция
3. Практически осуществить следующие превращения веществ:
Сu СuО СuSO 4 Сu(ОН) 2 СuО СuCl 2 Сu

Вариант I

1. В четырех пробирках даны следующие вещества в твердом виде: а) хлорид магния; б) гидроксид натрия; в) карбонат натрия; г) нитрат натрия. При помощи химических реакций определите, в какой пробирке находится каждое из этих веществ.

2. При помощи характерных реакций докажите, что выданное вам вещество – сульфат алюминия.

3. В одной пробирке дан раствор хлорида натрия, во второй – раствор хлорида стронция, в третьей – раствор хлорида алюминия. Определите, в какой пробирке находится каждое из выданных веществ.


Fe→FeCl₂→Fe(OH)₂ →Fe(OH)₃ →Fe(NO₃)₃

Вариант II

1. В четырех пробирках даны следующие твердые вещества: а) карбонат кальция; б) нитрат стронция; в) сульфат натрия; г) сульфид натрия. Определите, в какой пробирке находится каждое из перечисленных веществ.

2. Докажите, что кристаллы сульфата железа (II) частично окислились и содержат примеси ионов Fe3+
Добавим немного роданида калия, если есть Fe , появится красное окрашивание:
Fe₂(SO₄)₃+6KSCN=2Fe(SCN)₃+3K₂SO₄

3. В двух склянках дана вода. В одной из них вода содержит сульфат магния, а в другой – гидрокарбонат кальция. Проделайте опыты, при помощи которых можно устранить постоянную и временную жесткость воды.

4. Практически осуществите следующие превращения:
Al→Al₂(SO₄)₃ →Al(OH)₃ →Na