Опыт 5. Переосаждение малорастворимых веществ

А. Получение сульфида свинца из сульфата свинца. В пробирку внести 2 капли раствора нитрата свинца и прибавить туда же 3 капли раствора сульфата натрия. Осадок какого вещества образовался? Написать ионное уравнение реакции.

Осадку дать отстояться и кусочком фильтровальной бумаги или пипеткой отобрать жидкую фазу. К осадку добавить 3–4 капли сульфида аммония и перемешать осадок стеклянной палочкой. Как изменился цвет осадка? Какое вещество образовалось? Написать выражения произведений растворимости и их численные значения для полученных малорастворимых веществ. Объяснить переход одного осадка в другой.

Б. Получение хромата свинца из сульфата свинца.Получить сульфат свинца: в пробирку внести 2 капли раствора нитрата свинца и прибавить туда же 3 капли раствора сульфата натрия. Перевести его в хромат свинца: осадку дать отстояться и кусочком фильтровальной бумаги или пипеткой отобрать жидкую фазу, к осадку добавить 3–4 капли хромата калия. Как изменился цвет осадка?

Написать уравнения протекающих реакций. Записать величины произведений растворимости полученных, малорастворимых веществ и объяснить переход сульфата свинца в хромат свинца.

Опыт 6. Образование нерастворимых гидроксидов металлов (рН гидратообразования). В пять пробирок отобрать по 10 капель растворов солей железа (III), меди, железа (II), магния, кальция. В каждую пробирку добавлять по каплям 0,2 н. раствор NaOH до появления осадка гидроксида. В каждом случае записать число капель добавленного раствора щелочи:

№ пробирки	Формула соли	Число капель щелочи до образования осадка гидроксида	Формула гидроксида	Произведение растворимости
			Fe(OH)3	6,3×10-38
			Cu(OH)2	2,2×10-20
			Fe(OH)2	8×10-16
			Mg(OH)2	6,0×10-10
			Ca(OH)2	5,5×10-6

Составить уравнения реакций образования гидроксидов металлов. Как связано количество добавленной щелочи и произведение растворимости гидроксида металла? Оценить рН гидратообразования в каждом случае.

Протокол лабораторной работы

По каждому опыту записать используемые при проведении эксперимента реактивы и результаты проведения реакций.

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Уравнения реакций в молекулярной и ионной форме, результаты проведения реакций, заполненные таблицы и.т.п.

4. Ответы на вопросы по каждому опыту.

5. Выводы.

Лабораторная работа № 9. Исследование окислительно-восстановительных реакций

Цель работы: познакомиться с наиболее распространенными окислителями и восстановителями, с продуктами их взаимодействия между собой и научиться составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций.

Общие сведения

Окислительно-восстановительными называют реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов.

Степень окисления – это гипотетический заряд, который был бы на атомах данного элемента, если бы соединение было построено из ионов.

Высшая степень окисления элемента равна номеру группы периодической системы, в которой данный элемент расположен. Низшая отрицательная степень окисления равна числу электронов, которое может принять данный элемент на застраивающийся np-подуровень: z_min = N – 8, где N – номер группы. Например, у серы высшая степень окисления равна 6, а низшая: 6 – 8 = −2. В простых веществах степень окисления равна нулю. Многие элементы проявляют в соединениях постоянные значения степени окисления: фтор −1; кислород −2, кроме пероксидов, в которых степень окисления кислорода −1; щелочные металлы +1; щелочноземельные металлы +2; водород, кроме гидридов и органических соединений, +1.

Степени окисления переменновалентных элементов рассчитывают по правилу баланса зарядов: «сумма степеней окисления всех элементов в соединении равна нулю, а в многоатомном ионе – заряду иона».

Например, в дихромате калия K₂Cr₂O₇ согласно балансу зарядов 2z_K + 2z_Cr + 7z_O = 0, следовательно, подставив z_K = 1 и z_O = −2, получаем z_Cr = +6; в перманганат-ионе z_Mn + 4z_O = −1, следовательно, z_Mn = +7.

Окислителем называют элемент, который в ходе реакции понижает степень окисления, а восстановителем – элемент, который повышает степень окисления. Окислитель при этом принимает электроны на валентную оболочку, а восстановитель отдает электроны.

Правила составления уравнений окислительно-восстановительных реакций следующие. Возьмем в качестве примера восстановление перманганата нитритом калия в нейтральной среде:

KMnO₄ + KNO₂ + H₂O = ¼

Определяют степени окисления переменновалентных элементов, окислитель и восстановитель. Калий, кислород и водород имеют постоянные значения степеней окисления, указанные выше. По балансам зарядов вычисляем z_Mn = +7, z_N = +3. Поскольку марганец в высшей степени окисления, равной номеру группы, он является окислителем. Азот может повысить степень окисления до номера группы +5, поэтому он является восстановителем.

Составляют ионные уравнения полуреакций окисления и восстановления. Для уравнивания числа атомов кислорода добавляют воду и ионы: H⁺ в кислой среде или ОН^- в щелочной среде.

Восстановление: .

Окисление: .

Приводят число электронов к наименьшему общему кратному, в примере к 6. Для этого уравнения полуреакций домножают на соответствующие коэффициенты, в примере на 2 и 3. Суммируют уравнения полуреакций, сокращая одинаковые члены в левой и правой частях и учитывая нейтрализацию Н⁺ + ОН^- = Н₂О. В результате получают ионное уравнение реакции:

.

Составляют молекулярное уравнение реакции путем добавления к ионам имеющихся в растворе противоионов:

2KMnO₄ + 3KNO₂ + H₂O = 2MnO₂ + 3KNO₃ + 2KOH.

Глубина восстановления перманганата зависит от кислотности среды. В кислой среде перманганат восстанавливается до степени окисления +2 согласно полуреакции:

.

В нейтральной среде, ввиду недостатка ионов Н⁺, восстановление идет до MnO₂ по приведенной в примере полуреакции. В щелочной среде восстановление заканчивается уже на стадии образования Mn(6+) в форме манганат-иона . Уравнение полуреакции:

.

От кислотности среды зависит также состояние в растворе хрома (VI) вследствие протекания реакций:

.

Cогласно принципу Ле-Шателье, в кислой среде, при избытке ионов Н⁺, равновесие смещается влево, и хром находится в растворе в форме оранжевого дихромата. В щелочной среде, когда ионы Н⁺ в недостатке, равновесие смещено вправо, и хром переходит в форму желтого хромата. Окислительная способность хрома (VI) выше в кислой среде. Дихромат – сильный окислитель, восстанавливающийся по полуреакции:

.

Хромат – слабый окислитель, поэтому хром (VI) получают обычно окислением хрома (3+) в щелочной среде по полуреакции:

.

Контрольные вопросы

1. Какие реакции называют окислительно-восстановительными?

2. В каком случае элемент является окислителем?

3. В каком случае элемент является восстановителем?

4. Что такое степень окисления?

5. Чему равна максимальная степень окисления элемента?

6. Как определить минимальную степень окисления элемента?

7. Как определить степень окисления соединения в соединении?

8. Как зависит состав продуктов восстановления перманганата калия в зависимости от рН среды?

9. Как зависит состав продуктов восстановления хрома (VI) от рН среды?

10. В какой степени окисления элементы обладают окислительно-восстановительной двойственностью?

Оборудование и реактивы

В штативе: иодид калия, бромид калия, перманганат калия, хлорид бария, нитрат калия, сульфат хрома (III), бихромат калия, сульфат марганца (II), роданид аммония, гидроксид натрия, гидроксид калия, йод – растворы концентрацией 5 %. В вытяжном шкафу: серная кислота – 2 н. раствор, серная кислота - раствор концентрацией 20 %, соляная кислота – раствор концентрацией 15 %, соляная кислота – концентрированный раствор, азотная кислота – 15 % раствор, азотная кислота – концентрированный раствор, хлорная вода, бромная вода, сероводород – раствор, сульфид натрия – раствор концентрацией 5 %, сернистая кислота. Получать в лаборантской: пробирки – 5 шт.; перекись водорода – концентрированный раствор; ССl₄; крахмал, сульфит натрия, нитрит натрия, хлорид олова (II), хлорид олова (IV), сульфат железа (II), гесацианоферрат (III) калия – растворы концентрацией 5 %; медь металлическая, сера – порошок, уголь, оксид свинца (IV) – порошок, оксид марганца (IV).

Выполнение работы

Для всех реакций, выполняемых в ходе работы, необходимо составить уравнения полуреакций окисления и восстановления, а также полные ионные и молекулярные уравнения.

Опыт 1. Окислительные свойства пероксида водорода.Налить в пробирку 3−4 капли раствора пероксида водорода, добавить 2−3 капли 2 н. раствора серной кислоты и столько же раствора иодида калия. К содержимому пробирки добавить крахмал. Обратить внимание на окраску раствора.