ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

I. Разделы курса, необходимые для подготовки к лабораторной работе.

s-, p- и d- металлы, строение их электронных оболочек. Возможные степени окисления. Изменение первого потенциала ионизации и стандартного электродного потенциала металлов по подгруппе и по периоду ( на примере металлов IV периода ).

Свойства оксидов и гидроксидов s-металлов (Na, Mg, Ca), p- металлов (Al), d- металлов (Fe, Cu, Zn).

Взаимодействие вышеперечисленных металлов с кислотами (хлороводородной, серной разб. и концентрированной, азотной разб. и конц.) и щелочами. Пассивирование алюминия и железа.

Причины способности ионов р- и d- металлов к комплексообразованию (на примере соединений Al, Zn, Cu).

Влияние степени окисления металла на кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства им соединений ( на примере соединений железа, хрома м марганца).

Гидролиз солей s-, p- и d- металлов.

S-МЕТАЛЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

II. Вопросы и упражнения для подготовки к лабораторной работе.

1. Какие металлы относятся к s-металлам? Напишите строение электронных оболочек атомов Na и Mg. Какие валентности имеют ионы этих металлов?

2. Как изменяются восстановительные свойства элементов I и II главных подгрупп в периоде (слева направо) и в подгруппе (сверху вниз)? С чем это связано?

3. Напишите уравнения реакций взаимодействия натрия, магния и кальция с кислородом, водородом, хлором, водой.

4. Какие металлы называются щелочными и щелочноземельными? Какими свойствами обладают их оксиды и гидроксиды? Напишите уравнения реакций взаимодействия оксидов натрия, магния и кальция с водой. При каких условиях оксид магния растворяется в воде?

5. Какую реакцию среды имеют хлориды натрия, магния и кальция?

Напишите уравнения реакций взаимодействия магния с хлороводородной кислотой, с разб. и конц. серной кислотой, с азотной кислотой разб. и конц.

При составлении уравнений следует учитывать высокую активность Mg

(Е⁰ = -2, 36 В)

III. Экспериментальная часть.

Опыт 1. Взаимодействие магния с водой.

Кусочек магния поместите в пробирку с 1-2 мл дистиллированной воды. Отметив отсутствие реакции при комнатной температуре, нагрейте пробирку над пламенем горелки. Что наблюдается? Дайте пробирке остыть и добавьте к полученному раствору 1-2 капли фенолфталеина. Как изменится окраска раствора? Напишите уравнение реакции. Какой газ выделяется?

Опыт 2. Взаимодействие магния с кислотами.

а) В пробирку поместите кусочек магния и налейте 1-2 мл разбавленной серной или хлороводородной кислоты. Что наблюдается? Какой газ выделяется? Напишите уравнение реакции. Составьте схему электронного баланса.

б) Опыт проводить под тягой! В пробирку поместите кусочек магния и налейте 1-2 мл конц. серной кислоты. Что наблюдается? К горлышку пробирки поднесите кусочек фильтровальной бумаги, смоченной раствором нитрата свинца. Почернение бумаги указывает на образование черного сульфида свинца при взаимодействии выделяющегося газа с нитратом свинца, появление белого пятна – на образование белого сульфита свинца.. Какой газ выделялся? Напишите уравнение реакции взаимодействия магния с концентрированной серной кислотой. Составьте схему электронного баланса.

в) Опыт проводить под тягой! В 2 пробирки поместите по кусочку магния и налейте в одну пробирку 1-2 мл разб. азотной кислоты, а в другую -

1-2 мл конец. азотной кислоты. Что наблюдается? Учитывая, что NO₂ – бурый газ, а NO, N₂O, N₂ и NH₃ – бесцветные газы, и что NH₃имеет специфический запах, напишите уравнения реакций растворения магния в разбавленной и концентрированной азотной кислоте. Составьте схемы электронного баланса.

Опыт 3. Получение гидроксида магния и изучение его свойств.

В пробирку налейте 1-2 мл хлорида магния с только же гидроксида натрия. Полученный осадок разделите на 2 пробирки. В одну пробирку налейте 2 мл хлороводородной кислоты, в другую – столько же гидроксида натрия. В обеих ли пробирках растворился осадок? Напишите уравнения реакций получения и растворения гидроксида магния. Какими свойствами он обладает?

Опыт 4. Получение и растворение карбоната кальция.

В пробирку налейте по 1-2 мл хлорида кальция и карбоната натрия. Какого цвета выпавший осадок? Полученный осадок разделите на 2 пробирки. В одну добавьте 2 мл хлороводородной кислоты, а в другую пропустите газ СО₂ из аппарата Киппа. Что Вы наблюдаете? Напишите уравнения реакций образования и растворения карбоната кальция. Пробирку, в которой карбонат кальция растворился при пропускании СО₂, нагрейте над газовой горелкой. Почему снова выпадает осадок? Напишите уравнение реакции.

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

I. Разделы курса, необходимые для подготовки к лабораторной работе.

Жесткость воды – наличием каких ионов в воде она определяется. Временная, постоянная и общая жесткость. Единицы измерения жесткости. Способы удаления жесткости воды: временной, постоянной и общей.

II. Вопросы и упражнения

1. Что такое жесткость воды? Что такое временная жесткость, постоянная жесткость и общая жесткость воды?

2. В каких единицах измеряется жесткость воды?

3. К раствору, содержащему хлориды кальция и магния, добавили раствор, содержащий карбонат натрия. Напишите уравнения реакций. Удалению какой жесткости способствуют эти реакции?

4. При пропускании углекислого газа через растворы солей кальция и магния наблюдалось выпадение осадков, а при дальнейшем пропускании этого газа осадки растворялись. Запишите уравнения реакций происходящих процессов.

5. Какая вода обладает большей жесткостью: речная, морская или дождевая?

6. Что представляет собой накипь в чайнике?

7. В каком роднике вода должна быть мягче: в роднике, вытекающем из меловой горы (горы Донбасса) или из гранитной горы (горы Среднего Урала)?

8. Напишите основные способы устранения временной и постоянной жесткости воды (способы ее “умягчения“).

9. В чем заключается процесс уменьшения жесткости воды с помощью ионообменных смол? Как регенерируют эти смолы?

10. Какую среду (кислую, щелочную или нейтральную) имеет вода, в которой преобладает временная жесткость и почему? Напишите ионно-молекулярные уравнения реакций, подтверждающие Ваш ответ.

11. Рассчитайте временную жесткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом, содержащемся в 100 мл этой воды, потребовалось 5 мл 0, 1 н раствора хлороводородной кислоты.

12. Сколько граммов гидроксида кальция необходимо прибавить к 100 мл воды, чтобы удалить временную жесткость, равную 2, 86 мг-экв/ л?

III Экспериментальная часть

Опыт 1. Определение временной жесткости воды.

Временная жесткость воды обусловлена присутствием в ней гидрокарбонатов кальция и магния. При определении временной жесткости используется косвенный метод (определяют количество не непосредственно ионов кальция и магния, а гидрокарбонат - ионов ). Для этого используют метод титрования.

Титрованием называется метод количественного анализа, основанный на измерении количества реагента, необходимого для взаимодействия с точным количеством определяемого вещества. Присутствие в воде гидрокарбонатов кальция и магния обуславливает ее слабощелочную реакцию благодаря гидролизу этих солей Определяемое вещество – гидрокарбонат-ионы, находящиеся в воде, реагент – раствор хлороводородной кислоты.

(HCO₃)^- + H⁺ = H₂CO₃

По закону эквивалентов g_экв(НCl) = g_экв. (HCO₃^-)

V_HCl (мл) * N_HCl (моль-экв/л) * 1000= V_воды (мл)* Ж_воды (ммоль-экв/л)

Т.к. угольная кислота – слабая кислота, при взаимодействии всех гидрокарбонат-ионов, находящихся в растворе, с ионами водорода кислоты реакция среды из слабощелочной становится слабокислой. Дальнейшее прибавление кислоты делает раствор более кислым, поэтому в качестве индикатора, определяющего точку эквивалентности, следует применять индикаторы, имеющие область перехода окраски в интервале рН 3.0 ÷ 4, 6.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ.Отмерьте пипеткой указанный преподавателем объем исследуемой пробы воды (100 – 50 мл) и перенесите её в коническую колбу для титрования. Добавьте 2-3 капли индикатора метилового оранжевого. В приготовленную заранее бюретку налейте 0.1 н. (приготовленный из фиксанала) раствор хлороводородной кислоты.

*Фиксаналы – стеклянные ампулы, содержащие вещества в точно определенном количестве (обычно 0, 1 моль). Предназначены для приготовления растворов строго определенной концентрации.

Установите уровень жидкости в бюретке на нулевое деление и по каплям приливайте хлороводородную кислоту в воду до изменения окраски индикатора от желтой до оранжево-розовой. После добавления каждой порции кислотывзбалтывая колбу тщательно перемешивайте раствор. Определите объём израсходованной на титрование кислоты и запишите в таблицу. Титрование повторите ещё два раза, каждый раз доливая в бюретку кислоты до нулевого деления и предварительно ополаскивая дистиллированной водой колбочку для титрования. Расхождение в объеме кислоты при титровании не должно превышать 0, 05 мл. Результаты опытов запишите в таблицу.

Номер титрования	Объём пипетки = объём воды V₁, мл	Объём раствора HCI, израсход. на титрование V₂, мл

Временную жесткость воды (в ммоль экв/ л ) рассчитывают по формуле:

Жесткость временная = N_HCI´ V_HCI´ 1000 / V₁

Где V_HCI- среднее арифметическое от трех V₂, полученных при трех титрованиях.

N_HCI – нормальность раствора хлороводородной кислоты.

Опыт 2 Определение общей жесткости воды.

Общая жесткость воды определяется комплексонометрическим методом титрованием ионов кальция и магния трилоном Б (комплексон III или динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты).

При титровании трилон Б образует комплекс с двухвалентным металлом соотношением 1: 1

В качестве индикатора используется эриохром черный Т, образующий с кальцием и магнием менее устойчивый по сравнению с трилоном Б комплекс красного цвета. При титровании ионы кальция и магния вытесняются из индикаторного комплекса в результате образования комплекса с трилоном Б и раствор приобретает окраску самого индикатора, т.е. становится синим.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ. Заполните бюретку титрованным раствором трилона Б (0, 02 н.). Отмерьте мерной пипеткой или из бюретки указанный преподавателем объём анализируемой воды и перенесите её в коническую колбу для титрования. Добавьте 5 мл буферного раствора (аммиачный буфер) для поддержания интервала рН 9 ÷ 10 и 2-3 капли индикатора эрихрома чёрного, после чего раствор окрасится в красный цвет. Раствор перемешайте и сразу начните титрование комплексоном Б из бюретки. Титрование продолжайте до перехода окраски в синюю. Титрование повторите три раза и запишите результаты в таблицу, аналогичную таблице в опыте 1.

Общую жесткость воды (в ммоль экв/л) рассчитывают по формуле:

N₂ ´ V₂ ´ 1000

Общая жесткость = ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

V₁

где V₁- объём анализируемой воды,

N_{2 -}- нормальность трилона Б

V₂ - средний объём раствора трилона Б, израсходованного на титрование.

Вычислите постоянную жесткость:

Жесткость _{постоянная}= Жесткость _общая– Жесткость _{карбонатная (временная).}

Р-МЕТАЛЛЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

II. Вопросы и упражнения для подготовки к лабораторной работе.

1. Какие из элементов относятся к р-металлам?

Напишите строение электронных оболочек атомов алюминия, олова и висмута в основном и возбужденном состоянии. Какие степени окисления характерны для атомов этих металлов? Почему они проявляют металлические свойства?

2. Какими свойствами обладают гидроксиды Al⁺³, Sn⁺², Bi⁺³? Напишите уравнения реакций, подтверждающие их свойства.

3. В чем растворяются алюминий, олово, висмут? Напишите уравнения реакций растворения этих металлов в хлороводородной кислоте, в серной кислоте разбавленной и концентрированной, в азотной кислота разбавленной и концентрированной, в растворе гидроксида натрия.

4. Какие кислоты пассивируют алюминий? Как снять пассивацию металла?

5. Какую реакцию среды имеют растворы нитратов алюминия и свинца (II)?

Напишите уравнения гидролиза этих солей в молекулярном и ионно-молекулярном виде.

1 234 5