Некоторые свойства р-элементов Ш-IV групп
р-элементы Ш группы главной подгруппы имеют строение валентной оболочки ns2np1. В невозбужденном состоянии проявляют степень окисления +1; однако, за исключением таллия, для них более характерна степень окисления +3. Наиболее важными из этих элементов являются бор и алюминий. Бор – биогенный микроэлемент. Оксид бора B2O3 имеет кислотный характер, при растворении в воде образует ортоборную кислоту H3BO3; последняя при нагревании легко теряет воду и превращается в метаборную кислоту HBO2, затем – в тетраборную H2B4O7.
Алюминий- амфотерный элемент с более выраженными металлическими свойствами. Оксид и гидроксид алюминия амфотерны, при растворении в щелочах образуют гидроксокомплексы. Оксиды и гидроксиды галлия, индия и таллия также являются амфотерными соединениями.
Строение внешней оболочки р-элементов IV группы — ns2np2 . В невозбужденном состоянии проявляют степень окисления +2 , при возбуждении (+4). Для углерода, кремния и германия наиболее характерна степень окисления +4 , для олова и свинца (+2).Для элементов IVА группы характерна и отрицательная степень окисления (-4). Соединения углерода и кремния, в которых степень окисления +2, немногочисленны и сравнительно малостойки. Оксиды и гидроксиды углерода (IV) и кремния (IV) проявляют кислотные свойства. Угольная кислота Н2СО3 , метакремниевая Н2SiO3 и ортокремниевая H4SiO4 – слабые кислоты,причем кремниевые кислоты слабее угольной. Олово (II) и свинец (II), оксиды SnO и PbO амфотерны , так же как и соответствующие им гидроксиды Sn(OH)2 и Pb(OH)2. Соли свинца (II)- ацетат, нитрат — хорошо растворимы в воде, мало растворимы хлорид и фторид, практически нерастворимы сульфат, карбонат, хромат, сульфид. Оксиды и гидроксиды олова (IV) и свинца (IV) так же амфотерны с преобладанием кислотных свойств. Для соединений углерода,олова, свинца в степени окисления +2 характерны восстановительные свойства, в степени окисления +4 — окислительные.
Практическая часть
Лабораторная работа
Образец оформления лабораторных опытов приведён в методической разработке по теме «Физико-химические свойства s-элементов и их соединений».
Опыт 1. Обнаружение борат-ионов. Получение окрашенного пламени
В фарфоровом тигле выпаривают досуха на песчаной бане 8 капель раствора тетрабората натрия — Na2B4O7 . По охлаждении тигля к сухому остатку добавляют 5 капель концентрированной серной кислоты , 7 капель этилового спирта и смесь осторожно перемешивают стеклянной палочкой. Затем наливают на поверхность смеси еще 6 капель спирта и поджигают его. Пламя горящего спирта окрасится по краям в характерный зеленый цвет. Эта окраска обусловлена летучим этиловым эфиром борной кислоты.
Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = Na2SO4 +4H3BO3
H3BO3 + 3C2H5OH = (C2H5O)3 B+3H2O
Опыт 2. Получение и изучение кислотно-основных свойств гидроксида алюминия. Осаждение ионов Al3+ из раствора тетрагидроксоалюмината(III) натрия.
В 2 пробирки вносят по 4 капли раствора сульфата алюминия и прибавляют по каплям раствор гидроксида натрия (все время осторожно встряхивая пробирку) до образования осадка Al(OH)3 белого цвета. В одну пробирку добавляют избыток раствора щелочи NaOHконц., в другую — несколько капель соляной (серной) кислоты, отмечают результат. Делают вывод о химическом характере гидроксида алюминия. Записывают уравнения реакций получения гидроксида алюминия и растворения его в щелочи и кислоте.
Al(OH)3↓ + NaOH = Na [ Al(OH)4]
К полученному раствору тетрагидроксоалюмината(III) натрия добавляют несколько капель насыщенного раствора хлорида аммония и при нагревании наблюдают выпадение осадка гидроксида алюминия
Na [ Al(OH)4 ] + NH4 Cl= Al(OH)3↓ + NaCl + NH3↑ + H2O
Опыт 3. Гидролиз раствора карбоната натрия
На красную и синюю лакмусовую бумажки, положенные на предметное стекло, наносят по капле раствора карбоната натрия. По изменению цвета лакмуса делают вывод о реакции среды. Составляют молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза соли (I и II ступени).
Опыт 4 . Свойства карбонат-ионов. Образование малорастворимых карбонатов — реакция с хлоридом бария.
В 2 пробирки берут по 2 капли раствора карбоната натрия и добавляют по 2 капли раствора хлорида бария. Отмечают образование осадка BaCO3 белого цвета. Испытывают растворимость осадка в уксусной и соляной (азотной) кислотах. Записывают уравнения реакций образования осадка и растворения его в кислотах.
Опыт 5. Восстановительные свойства соединений олова (II)
К 2 каплям раствора хлорида олова (II) прибавляют по каплям раствор щелочи NaOHконц. до тех пор, пока выпавший осадок Sn(OH)2 полностью растворится в избытке щелочи. К полученному раствору тетрагидроксостанната(II) натрия прибавляют 2 капли раствора нитрата висмута(III) – Bi(NO3)3 . Отмечают образование черного осадка металлического висмута. В электронном уравнении указывают окислитель и восстановитель.
SnCl2 + 2NaOH = Sn(OH)2↓ + 2NaCl
Sn(OH)2 ↓ + 2NaOH = Na2 [Sn(OH)4]
Bi(NO3)3 + 3NaOH = Bi(OH)3↓ + 3NaNO3
2Bi(OH)3 + 3Na2[Sn(OH)4] = 2Bi ↓ + 3Na2 [Sn(OH)6]
Bi3+ + 3 e → Bi0 2
Sn2+ - 2 e → Sn4+ 3
Опыт 6. Получение и изучение свойств гидроксида свинца(II)
В 2 пробирки вносят по 2 капли раствора ацетата свинца (II) и прибавляют по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадка гидроксида свинца (II) Pb(OH)2 белого цвета. В одну пробирку добавляют избыток щелочи NaOHконц. , в другую — несколько капель азотной кислоты. Отмечают результат и делают вывод о химическом характере гидроксида свинца. Записывают уравнения реакций получения гидроксида и его растворения в кислоте и щелочи (образуется гексагидроксоплюмбат(II) натрия).
Pb(OH)2↓ + 4NaOH Na4 [Pb(OH)6]
Опыт 7. Обнаружение ионов Pb2+ – осаждение серной кислотой
К 2 каплям раствора ацетата свинца (II) Pb(CH3COO)2 добавляют 2 капли раствора серной кислоты. К полученному осадку добавляют 8 капель раствора едкого натра NaOHконц , смесь нагревают и наблюдают растворение осадка.
Pb (CH3COO)2 + H2SO4 = PbSO4↓ + 2CH3COOH
PbSO4 ↓ + 6NaOH = Na4 [Pb(OH)6] + Na2SO4