ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Опыт № 1. Получение коллоидных растворов
Оборудование и реактивы: Химический стакан, пипетка, дистиллированная вода, электрическая плитка, раствор хлорида железа (III) массовой долей 5 %.
Ход работы: В химическом стакане на электрической плитке нагревают воду до кипения. Затем в кипящую воду по каплям приливают немного раствора хлорида железа (III). В кипящем разбавленном растворе гидролиз FeCl3
усиливается. Образуется гидроксид железа (III), который не осаждаетсяна дно стакана: Fe3+
+ 3 H2
O®Fe (OH)3
+ 3H+
.
В результате получается прозрачный коллоидный раствор красно-коричневого цвета состава: {[Fe(OH)3
]m
, nFe3+
, 3(n-x)Cl-
} 3xCl-
.
Утилизация. К коллоидному раствору добавить несколько капель соляной кислоты массовой долей 5 %. Полученный раствор хлорида железа использовать в качестве реактива.
Опыт № 2. Прохождение луча света через истинные растворы и коллоидные системы
Оборудование и реактивы: Коллоидный раствор гидроксида железа (III), истинный раствор NaCl, фонарик, два химических стакана, ящик с двумя отверстиями.
Рис. 1. Прохождение луча света через истинные и коллоидные растворы.
Ход работы: В деревянный ящик ставят поочередно истинный раствор NaCl и коллоидный раствор Fe(OH)3
. В отверстие ящика направляют луч света от фонарика. В другое отверстие сбоку наблюдают прохождение луча света через растворы. Отмечают, что истинный раствор оптически пуст, а через коллоидный раствор луч света проходит, оставляя «светлую дорожку».
Утилизация. См. опыт № 1.
Опыт № 3. Окислительные свойства хлора по отношению к бромид и иодид ионам
Вариант № 1.
Оборудование и реактивы: Пробирка с резиновыми вставками, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, хлорная вода, растворы KIи KBrмассовой долей 5 %, раствор крахмала.
Ход работы: В пробирку (рис. 2.) наливаем свежеприготовленной хлорной воды (1). Вставляем в пробирку приготовленные резиновые кружочки- держатели (2) с отверстиями. В первый помещаем слой ваты, смоченный раствором KI и крахмала (3), во второй – слой ваты, смоченный раствором KBr (4). Закрываем пробирку хлоркальциевой трубкой, заполненной углем (5). Подогреваем хлорную воду в пробирке. Выделяющийся хлор реагирует с растворами KI и KBr. Наблюдается изменение окраски: слой ваты с бромидом калия приобретает красновато–коричневый цвет, вата с иодидом калия – синеет: 2KBr + Cl2
® 2KCl + Br2
, 2KI + Cl2
® 2KCl + I2
.
Рис. 2. Окисление хлором бромид и иодид ионов.
Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой, залив ее предварительно щелочным раствором гидроксида кальция.
Утилизация. Промывные воды слить в емкость-нейтрализатор.
Вариант № 2.
Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца с пробкой, две U-образные трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, спички, соляная кислота (конц.), KMnO4
(кристал.), ложечка для сжигания, растворы KI и KBrмассовой долей 5%.
Рис. 3. Окисление хлором бромид и иодид ионов.
Ход работы: Собирают прибор согласно рис. 3. Установка должна быть герметичной. В пробирку Вюрца (1) помещают одну или две ложечки для сжигания кристаллического KMnO4
и соляную кислоту (конц.), немного превышающую уровень соли. Пробирку быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор проходит сквозь толщу раствора KIв первой U-образной трубке (2). Наблюдают появление коричневой окраски и образование темно- фиолетовых кристаллов. Далее хлор проходит через раствор KBrво второй U–образной трубке (3), окисляя анион брома соли. Раствор приобретает красновато-бурый цвет. Излишки хлора поглощаются активированным углем в хлоркальциевой трубке (4). Закончив опыт, установку переносят в вытяжной шкаф, где проводят утилизацию растворов.
Техника безопасности: Концентрированную соляную кислоту необходимого объема наливают в емкость в вытяжном шкафу, закрывают пробкой и переносят на демонстрационный стол.
Утилизация. В первой по ходу хлора U–образной трубке получают: 2KI + Cl2
®I2
+ 2KCl.
Кристаллы йода оседают через некоторое время на дно трубки, а над осадком получается раствор йода в солевом растворе. Раствор йода слить в склянку и использовать для обнаружения непредельных углеводородов. Кристаллы йода промыть холодной водой, а затем растворить в спирте. Получают спиртовую настойку йода. Если необходим кристаллический йод, то йод высушивают на воздухе, затем переносят в склянку с плотно притертой пробкой. Во второй U–образной трубке получают бром: 2KBr + Cl2
®Br2
+ 2KCl.
Бром находится в растворе образовавшейся соли. Слить содержимое трубки в склянку. Использовать эту смесь для обнаружения непредельных углеводородов, предварительно разбавив ее водой. Полученную бромную воду можно использовать для демонстрации следующих окислительно-восстановительных реакций:
2NH3
+ 3Br2
® N2
+ 6HBr;
H2
S + Br2
® S¯ + 2HBr;
Na2
S + Br2
®S¯ + 2NaBr.
После опытов слить растворы NaBr и HBr с осадка серы, использовать раствор вновь для получения брома: 2NaBr + Cl2
® 2NaCl + Br2.
Утилизацию смеси KMnO4
и HCIcм. в теме: ”Галогены”. Все емкости споласкивают известковой водой для поглощения галогенов, затем моют.
Опыт № 4. Окислительные свойства хлора по отношению к сульфид и сульфит ионам
Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца, две U-образные трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, спички, соляная кислота (конц.), KMnO4
(кристал.), растворы: Na2
S, Na2
SO3
, HCl массовой долей 5 %, растворы NaOH и BaCl2
массовой долей 3%.
Рис.4. Окислительные свойства хлора по отношению к S 2-
и SO3
2-
ионам.
Ход работы: Собирают установку согласно рис. 4. В первую U–образную трубку (1) наливают раствор Na2
S, во вторую – раствор Na2
SO3
и 0,5 мл раствора NaOH (2). Правое колено второй трубки закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь (3). В пробирку Вюрца (4) насыпают кристаллический KMnO4
(одну или две ложечки для сжигания), приливают концентрированный раствор соляной кислоты немного выше уровня кристаллов соли и быстро закрывают пробирку пробкой (5). Выделяющийся во время химической реакции хлор проходит сначала в первую U-образную трубку. В толще раствора появляется сера. Затем хлор поступает во вторую U-образную трубку. Чтобы доказать, что здесь образовался продукт окисления – сульфат натрия, нужно внести раствор хлорида бария, проткнув иглой шприца резиновую трубку, (образуется осадок белого цвета). Затем добавить из шприца раствор соляной кислоты для растворения возможно образовавшегося BaSO3
. Если осадок не растворяется, следовательно, в результате химической реакции хлор окисляет сульфит-ион до сульфат-иона.
Уравнения реакций:
2KMnO4
+ 16HCl® 2MnCl2
+ 5Cl2
+ 8H2
O + 2KCl;
Na2
S + Cl2
® S¯ + 2NaCl;
Na2
SO3
+ Cl2
+ 2NaOH ® Na2
SO4
+ 2NaCl + H2
O;
Na2
SO4
+ BaCl2
® BaSO4
¯ + 2NaCl; Na2
SO3
+ BaCI2
= BaSO3
↓+ 2NaCI
BaSO4
¯ + HCl --/®
BaSO3
↓+ 2HCl ® BaCl2
+ H2
SO3
; H2
SO3
® SO2
+ H2
O.
Примечание: Чтобы взаимодействие KMnO4
с HCl шло энергичнее, можно пробирку немного подогреть.
Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой, сполоснув предварительно емкости щелочным раствором.
Утилизация. В пробирке-реакторе получают хлор из перманганата калия. Переработка этой смеси показана выше (тема “Галогены”, VIII кл.). В первой на пути хлора U-образной трубке образуется сера. После эксперимента трубку залить слабым щелочным раствором, дать отстояться сере, затем слить надосадочную жидкость в кристаллизатор. Отделить серу фильтрованием, промыть и высушить. Все промывные воды слить в раковину. Во второй U-образной трубке идет процесс окисления сульфита натрия до сульфата.
Для обнаружения сульфат-анионов в трубку добавляется раствор хлорида бария и соляная кислота. Образовавшуюся токсичную смесь слить после опыта в емкость-нейтрализатор.
Опыт № 5. Окислительные свойства азотной кислоты по отношению к сульфид и сульфит ионам
Оборудование и реактивы: Раствор HNO3
(1:1), растворы (5%) NaOH, Na2
SO3
, BaCl2
, HCl, пробирки демонстрационные, две пробки со стеклянными трубками и активированным углем.
Ход работы: 1) К раствору Na2
S (0,5-1 мл) добавить такой же объем раствора HNO3
(1:1). Пробирку закрыть пробкой с активированным углем. Через некоторое время наблюдается постепенное образование серы в толще раствора. Процесс идет без образования токсичных газообразных продуктов восстановления азотной кислоты:
2HNO3
+ Na2
S ® S¯ + NaNO2
+ H2
O + NaNO3
.
2) К раствору Na2
SО3
(0,5-1 мл) прилить такой же объем раствора HNO3
, затем добавить 0,1 мл раствора щелочи. Процесс идет без выделения токсичных газообразных продуктов восстановления азотн
Na2
SO3
+ HNO3
+ NaOH ® Na2
SO4
+ NaNO2
+ H2
O.
Для обнаружения полученного сульфата натрия через 1-2 минуты в пробирку добавить раствор BaCl2
и раствор HCl. Сохранение осадка в кислой среде свидетельствует об образовании сульфат-иона в ходе реакции.
Утилизация: Содержимое пробирки (1) нейтрализуют после опыта вначале суспензией, а затем раствором гидроксида кальция с фенолфталеином до слабой малиновой окраски. Отфильтровать серу, промыть и высушить на воздухе. Фильтрат сильно разбавляют и используют в качестве азотных удобрений на пришкольном участке. В содержимое пробирки (2) в ходе опыта добавляют хлорид бария с соляной кислотой. Получается смесь с токсичными соединениями бария, поэтому жидкость с осадком переносят в емкость- нейтрализатор.
Опыт № 6. Эндотермические реакции
Оборудование и реактивы: Прибор для электролиза, две пробирки, два кристаллизатора, раствор NaOH (массовой долей 5-8 %), изогнутые газоотводные трубки, железные электроды.
Ход работы: Примером эндотермической реакции может стать разложение воды электрическим током. Собирают установку согласно рис. 5. U-образную трубку заполнить на 2/3 объема раствором NaOH, закрыть отверстия трубки пробками с железными электродами.
Рис. 5. Демонстрация эндотермической реакции разложения воды.
Две пробирки наполняют дистиллированной водой и опрокидывают вверх дном в кристаллизаторы с водой. В пробирки подводят изогнутые газоотводные трубки от электролизера. Прибор подключают к источнику тока. Наблюдают образование и накопление газов в пробирках (следует обратить внимание на соотношение их объемов). Отключить внешний источник энергии, реакция разложения заканчивается без подвода внешней энергии. Написать уравнение электролиза раствора NaOH.
Утилизация. Раствор щелочи в U-образной трубке использовать повторно, добавив более концентрированный раствор NaOH (контроль по показаниям ареометра).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Опыт № 1. Получение комплексных соединений
Оборудование и реактивы: Пробирки, разбавленные растворы: AlCl3
, NaOH, AgNO3
, NH4
OH, NaCl, CuSO4
, раствор NaCl насыщенный, NH4
OH (конц.).
Ход работы: Провести химические процессы согласно уравнениям реакций:
1). AlCl3
+ 3NaOH®Al(OH)3
↓ + 3NaCl--- добавляют раствор щелочи в недостатке.
Al(OH)3
↓ + NaOH®Na[Al(OH)4
] --- добавляют раствор щелочи в небольшом избытке.
2). AgNO3
+ NH4
OH®NH4
NO3
+ AgOH↓ --- добавляют в недостатке разбавленный раствор гидроксида аммония.
2AgOH↓®Ag2
O + H2
O --- наблюдают частичное самопроизвольное разложение AgOH, смесь темнеет.
Ag2
O + 4NH4
OH®2[Ag(NH3
)2
]OH + 3H2
O -- добавляют избыток концентрированного раствора гидроксида аммония. Получили «аммиачный раствор оксида серебра».
3). AgNO3
+ NaCI®AgCl↓ + NaNO3
-- используют предельно разбавленные растворы исходных веществ. Хлорид серебра должен получиться в виде суспензии, а не творожистого осадка. К небольшой части этой суспензии (0,5–1 мл) добавить избыток насыщенного раствора хлорида натрия. Наблюдают растворение осадка:
AgCl↓ + NaCl®Na[AgCl2
]
Последняя реакция может проводиться на кафельной пластине.
4). CuSO4
+ 2NH4
OH®Cu(OH)2
↓+ (NH4
)2
SO4
--- добавляют недостаток разбавленного раствора гидроксида аммония.
Cu(OH)2
↓+ 4NH3
® [Cu(NH3
)4
](OH)2
– гидроксид тетраамминмеди (II); (добавляют избыток концентрированного раствора аммиака).
Или: CuSO4
+ 4NH3
® [Cu(NH3
)4
]SO4
--- сульфат тетраамминмеди (II) синего цвета.
Утилизация. Полученный аммиакат меди оставить для демонстрации опыта “Разложение перекиси водорода” в качестве катализатора. Избыток аммиаката меди, накопленный в лаборатории, слить в стакан, добавить малыми порциями раствор серной кислоты массовой долей 5-10% (Осторожно! Сильное разогревание!). Происходит разрушение аммиаката, раствор приобретает голубую окраску сульфата меди. Полученную смесь сульфата меди и сульфата аммония можно использовать вновь для демонстрации получения аммиаката меди. Для этого следует добавить в емкость раствор щелочи. После нейтрализации раствора кислоты, система приобретает вновь синее окрашивание.
В пробирку с тетрагидроксоалюминатом натрия пропустить углекислый газ, выпадает осадок Al(OH)3
: Na[Al(OH)4
] + CO2
= Al(OH)3
↓+ NaHCO3
.
Осадок промыть и высушить. Аналогично утилизируют раствор Na2
[Zn(OH)4
] при получении комплексного соединения из гидроксида цинка: Na2
[Zn(OH)4
]+ 2CO2
= Zn(OH)2
↓ + 2NaHCO3
.
Комплексное соединение серебра – аммиачный раствор оксида серебра в дальнейшем использовать в качестве реактива для обнаружения альдегидов. Дихлороаргентат натрия поместить в склянку для сбора серебросодержащих остатков.
Опыт № 2. Каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии ионов меди, аммиаката меди и каталазы
Оборудование и реактивы: Пробирки, раствор перекиси водорода (10%), раствор сульфата меди (5%), раствор аммиаката меди, раствор каталазы (мясная или картофельная вытяжка).
Ход работы: Для проведения опыта необходимо приготовить растворы каталазы и аммиаката меди. Для приготовления каталазы необходимо свежий мясной фарш залить водой, тщательно перемешать и отжать. Отжатую жидкость профильтровать, фильтрат использовать для опыта. Для приготовления аммиаката меди нужно к раствору сульфата меди (II) прилить избыток концентрированного раствора аммиака:
CuSO4
+ 4NH3
® [Cu(NH3
)4
]SO4
--- сульфат тетраамминмеди (II).
В три пробирки с раствором перекиси водорода (по 1 мл) добавляют: в первую – 0,2 мл раствора CuSO4
, во вторую – несколько капель раствора [Cu(NH3
)4
]SO4
, в третью – 0,2 мл «раствора» каталазы. Наблюдают разную каталитическую активность веществ, используемых в качестве катализаторов.
Рис. 6. Каталитическое разложение H2
O2
.
Техника безопасности. Не допускать попадания раствора перекиси водорода на кожу и одежду. Осторожно добавлять аммиакат меди к перекиси водорода. Реакция идет бурно.
Утилизация. Все растворы в пробирках перенести в емкость–нейтрализатор.
Опыт № 3. Экзотермические реакции
Оборудование и реактивы: Пробирка или железная банка, сульфат меди (кристал.), железный порошок, вода, стеклянная палочка.
Ход работы: В пробирку или железную банку внести хорошо перемешенные сульфат меди и железный порошок в соотношении количества вещества 1:1. Смесь смочить водой до кашицеобразного состояния и перемешать стеклянной палочкой. Пробирка сильно нагревается за счет тепла экзотермической реакции: CuSO4
+ Fe®FeSO4
+ Cu.
Утилизация. Растворить смесь в воде. Отфильтровать. Осадок металлического железа с медью высушить, поместить в сухую склянку и герметично закрыть пробкой. Смесью металлов можно воспользоваться для демонстрации коррозии контакта Fe–Cuв нейтральной или слабокислой среде.
Для этого: а) Немного смеси внести в пробирку с водой на 1 – 2 суток. Появляются бурые продукты коррозии:
А-
ôFe0
– 2 ē®Fe2+
;
К+
ôСuô 2H2
O + 4ē + O2
® 4 OH-
Далее: Fe2+
+ 2OH-
®Fe(OH)↓2
; 4 Fe(OH)2
↓ + O2
+ 2H2
O® 4Fe(OH)↓3
.
б) Немного смеси внести в очень слабый раствор соляной кислоты. Через некоторое время также образуется бурый осадок:
А-
ôFe0
– 2 ē®Fe2+
; К+
ôCuô 2H+
+ 2ē ®H2
;
Далее: Fe2+
+ 2Cl-
®FeCl2
; 4FeCl2
+ O2
+ 2H2
O® 4FeOHCl2
;
FeOHCl2
+ 2H2
O ® Fe(OH)3
↓ + 2HCl.
После демонстрации опытов по коррозии слить все в раковину. В фильтрат, содержащий растворы CuSO4
и FeSO4
, (см. выше) внести железный предмет, например, хорошо очищенный гвоздь. Далее утилизацию проводят по схеме, описанной в работе № 2, опыт № 5, VIII класс.
Опыт № 4. Смещение химического равновесия гидролиза
NaHCO3
Оборудование и реактивы: Гидрокарбонат натрия, химический стакан, вода, электрическая плитка, ложечка для сжигания.
Ход работы: В кипящую воду в химическом стакане прибавляют ложечку кристаллического гидрокарбоната натрия. Происходят следующие процессы:
NaHCO3
®Na+
+ HCO-
3
– диссоциация
HCO-
3
+ HOH®H2
CO3
+ OH-
- гидролиз аниона HCO-
3
NaHCO3
+ HOH ® NaOH + CO2
+ H2
O.
Повышение температуры оказывает влияние на смещение химического равновесия гидролиза в сторону образования продуктов реакции CO2
и H2
O. Бурное выделение газа свидетельствует о полном смещении химического равновесия гидролиза NaHCO3
. Объясните, почему повышение температуры смещает равновесие гидролиза вправо?
Утилизация. Содержимое стакана со щелочным раствором перенести в емкость–нейтрализатор.