Опыт 5. Взрыв гремучей смеси

Оборудование:Банка полиэтиленовая с крышкой, кристаллизатор с водой, спиртовка, спички, пробирка, аппарат Киппа, лучина, карандаш по стеклу.

Реактивы:Раствор HCl (1:2), цинк (в гранулах), кислород.

Ход работы:Отмечают на полиэтиленовой банке карандашом по стеклу риски, делящие объем банки на три равные части.Наполняют банку водородом на 2/3 объема над водой. Затем заполняют банку кислородом на оставшуюся 1/3 объема. Полученную смесь в банке закрывают крышкой под водой. Газы перемешивают и банку ставят на стол. Открывают крышку и поджигают смесь при помощи длинной зажженной лучины на вытянутой руке. При этом происходит взрыв смеси: 2H₂ + O₂ = 2H₂O.

По окончании опыта тлеющую лучину опустить в кристаллизатор с водой.

Техника безопасности:Проверить водород на чистоту перед заполнением банки.

Опыт 6. Взрыв смеси водорода с воздухом в жестяной банке

Оборудование: Высокая жестяная банка (из-под кофе), гвоздь, бумага, лучина, аппарат Киппа, газоотводная трубка, спиртовка, спички, пробирка, кристаллизатор, трубка с активированным углем.

Реактивы: Раствор HCl (1:2), цинк (в гранулах).

Ход работы:Для поставленной цели лучше брать довольно высокую и узкую жестяную банку. Тонким гвоздем в дне банки делают небольшое отверстие, которое заклеивают влажной бумажкой или закрывают заточенной спичкой. Такую банку заполняют водой, опрокидывают в кристаллизатор с водой. Затем ее заполняют водородом из аппарата Киппа над водой. Отключают аппарат Киппа, из-под банки убирают газоотводную трубку и ставят ее на стол. Под банку подставляют пластину толщиной 0,2 – 0,3 см. Освобождают отверстие в банке от закрывающей ее спички или бумаги. На длинной лучине к отверстию подносят огонь. Сначала водород горит спокойно, далее слышно “гудение”, звук постепенно повышается, раздается оглушительный взрыв. Банка летит к потолку и падает на стол, примерно, на то же место. Банку можно держать на вытяннутой руке. Перед проведением опыта со стола все должно быть убрано, а производящий опыт должен отойти от стола. Если банка была только частично заполнена водородом, то взрыв происходит сразу при поднесении огня. По окончании опыта, лучину погрузить в кристаллизатор с водой.

Техника безопасности: 1. Проверить водород на чистоту, перед заполнением банки. 2. Отверстие банки сделать на выпуклой поверхности. Перед поджиганием водорода, удалить воду с отверстия фильтровальной бумагой.

Опыт 7. Взаимодействие водорода с оксидом меди

Оборудование и реактивы: Лабораторный прибор для получения газов, пробирка, два штатива с лапками, стеклянная газоотводная трубка, спиртовка, спички, полая стеклянная трубка, раствор HCl (1:2), цинк в гранулах, порошококсида меди, активированный уголь.

Ход работы:В лапке штатива закрепляют лабораторный прибор для получения водорода и пробирку, отверстие которой немного ниже ее дна. В пробирку ближе ко дну помещают немного оксида меди полой стеклянной трубкой. Проверяют водород на чистоту, помещают газоотводную трубку до дна пробирки, выдерживают в таком положении 0,5 – 1,0 мин. для заполнения пробирки водородом. Затем прогревают пробирку и нагревают сильно в том месте, где находится оксид меди. (Спиртовку с огнем не подносить к отверстию пробирки!). Процесс вести до полного восстановления оксида меди (получается красного цвета медь). Наблюдают образование воды на стенках пробирки: CuO + H₂ = Cu + H₂O. Далее выключают спиртовку и охлаждают в токе водорода пробирку с медью (объясните с какой целью?). Выключают прибор для получения водорода. Медь сдают лаборанту.

Рис. 15. Взаимодействие водорода с оксидом меди.

Техника безопасности.

Проверить водород на чистоту перед заполнением им пробирки с оксидом меди. При прогревании пробирки не подносить пламя спиртовки к отверстию пробирки. Охладить пробирку до комнатной температуры током водорода после окончания процесса восстановления. Для получения чистого водорода использовать активированный уголь.

Утилизация:В результате восстановления образуется медь красного цвета, которую следует использовать:

а) для взаимодействия меди с серой: Cu + S = CuS

б) для реакции окисления меди: 2Cu + O₂ = 2CuO

в) для обнаружения нитратов:

H₂SO₄ + 2NaNO₃ = Na₂SO₄ + 2HNO_{3 ,} Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂↑

г) для взаимодействия меди с концентрированными H₂SO₄, HNO₃ и др. Оксид меди для опытов следует брать после демонстрации разложения малахита или демонстрации определения объемной доли кислорода в воздухе.

Опыт 8. Получение медного купороса взаимодействием CuO с серной кислотой

Оборудование: Воронка, фильтр, пробирка, стеклянная палочка, спиртовка, спички, фарфоровая чашка, химический стакан, штатив с кольцом.

Реактивы:Оксид меди, раствор серной кислоты массовой долей 10%.

Ход работы:Налейте в пробирку около 5 мл. раствора серной кислоты. Нагрейте раствор почти до кипения (осторожно!) и прибавьте к нему немного оксида меди (II). Помешайте содержимое стеклянной палочкой. Когда CuO растворится, прибавьте следующую порцию, снова перемешайте до полного растворения CuO. Прибавление CuO повторяйте до тех пор, пока его растворение не прекратится. Раствор все время нагревайте, но не кипятите, для этого временно вынимайте пробирку из пламени горелки. Когда вновь добавленная порция CuO перестанет растворяться, нагревание прекратите. Отфильтруйте горячую жидкость в фарфоровую чашку и упарьте до появления на ее поверхности кристалликов соли. Прекратите нагревание, дайте раствору остыть. Наблюдайте дальнейшую кристаллизацию.

Техника безопасности: 1. Нагревать CuO с H₂SO₄ не до кипения. 2. Отверстие пробирки направлять в сторону от себя и товарищей. 3. Жидкость в фарфоровой чашке выпаривать на асбестированной сетке, помешивая палочкой и не заглядывая в нее. 4. Процесс выпаривания прекратить в момент появления кашицеобразной массы. Выпаривание “насухо” приводит к разложению избыточной серной кислоты и CuSO₄. 5. Работу выполнять под тягой.

Утилизация:После фильтрования полученного раствора CuSO₄ на фильтре остается оксид меди, который следует промыть водой, высушить и поместить в склянку. В фильтрате содержатся CuSO₄ и H₂SO₄ (избыточная часть). Выпаривание такого раствора небезопасно, поэтому раствор кислоты следует нейтрализовать, добавляя малыми порциями малахит (избегать сильного вспенивания!):

2H₂SO₄ + (CuOH)₂CO₃ = 2CuSO₄ + CO₂­ + 3H₂O

О полном удалении кислоты будет свидетельствовать прекращение выделения углекислого газа. В итоге на дне пробирки останется малахит, а в растворе только сульфат меди. Смесь снова отфильтровывают, промывают и высушивают остаток малахита на фильтре, а фильтрат подвергают выпариванию. В результате получим готовый к использованию реактив – медный купорос.

Из медного купороса и соды можно получить малахит. Приготовить концентрированный раствор медного купороса, выпарив часть воды. Прилить избыток раствора соды, наблюдать выпадение осадка. Избыток соды контролировать фенолфталеиновой бумагой. Смесь немного нагреть в водяной бане при помешивании палочкой до прекращения выделения CO₂:

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = (CuOH)₂CO₃¯ + 2Na₂SO₄ + CO₂­

Осадок промыть на фильтре, высушить, перенести в соответствующую склянку.

Безопасный вариант проведения опыта взаимодействия оксида меди с сернойкислотой

Отфильтрованный раствор вылить в пробирку и поместить в стакан со снегом. Через 1-2 минуты выпадают кристаллы медного купороса. Чтобы больше выпало кристаллов, серную кислоту для растворения оксида меди (II) следует брать массовой долей 18-20%. Оставшийся раствор нужно слить, а чистые кристаллы сдать лаборанту.

Данная работа предотвращает попадание токсичных газов в классную комнату при выпаривании раствора сульфата меди в присутствии серной кислоты.

Утилизация:Надосадочная жидкость содержит сульфат меди и раствор серной кислоты. Раствор нейтрализуют малахитом (см. опыт 8).

Лабораторная работа № 5

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ТЕМЕ: ВОДА.РАСТВОРЫ.ОСНОВАНИЯ

Опыт 1. Взаимодействие натрия с водой.

Оборудование и реактивы: Штатив с лапкой, пробирки, воронка, натрий, дистиллированная вода, скальпель, пинцет, фильтры, фенолфталеин, лучинка.

Ход работы: Пробирку с водой закрепляют вертикально в лапке штатива. В воду бросают очищенный при помощи фильтровальной бумаги и скальпеля кусочек Рис. 16. Взаимодействие натрия с водой в пробирке.

металлического натрия величиной с полгорошины и накрывают пробирку воронкой. Выжидают некоторое время с целью заполнения водородом пробирки и воронки. Затем газ поджигают у конца воронки пламенем горящей лучинки. Когда весь натрий прореагирует, то в воду капают раствор фенолфталеина, чтобы показать образование щелочи (малиновая окраска). Пробирку заполняют водой так, чтобы остался свободный объем примерно на 1-2 см от края пробирки. Наблюдать и объяснить происходящие эффекты. Записать уравнение реакции.

Техника безопасности: Не трогать руками металлический натрий. Остатки натрия вместе с фильтровальной бумагой погрузить в кристаллизатор с водой.

Утилизация: Содержимое пробирки слить в емкость-нейтрализатор, т.е. в емкость со щелочным раствором.

Опыт 2. Взаимодействие натрия с водой в кристаллизаторе

Оборудование и реактивы: Кристаллизатор, фильтровальная бумага, металлический натрий, пластинка (крышка для кристаллизатора), зеркало, вода, скальпель, пинцет, фенолфталеин.

Ход работы: В кристаллизатор с водой и фенолфталеином помещают фильтровальную бумагу. На влажную фильтровальную бумагу бросают кусочек натрия размером 1/2 горошины. Накрывают кристаллизатор стеклянной пластиной. Подставляют зеркало и наблюдают происходящие явления (дети сидят за партой). Разъяснить происходящие явления.

Рис. 17. Взаимодействие натрия с водой в кристаллизаторе.

Техника безопасности: Фильтровальную бумагу, на которой резали натрий, нельзя выбрасывать в мусорный ящик во избежание возникновения пожара. Нужно положить ее в кристаллизатор с водой, чтобы остатки натрия прореагировали с водой. Не брать руками металлический натрий. Пластина служит для предохранения от разбрызгивания жидкости в кристаллизаторе. Установку после демонстрации ставят под вытяжку.

Утилизация: см. опыт 1.

Опыт 3. Взаимодействие магния с водой

Оборудование и реактивы: Пробирка, штатив с лапкой, спиртовка, спички, порошок магния, речной песок, стеклянная палочка, стеклянная трубочка, мерная пипетка на 2 мл, противень с песком, дистиллированная вода.

Ход работы: В пробирку при помощи пипетки наливают около 1 мл воды так, чтобы не замочить водой внутренние стенки пробирки. Затем насыпают такое количество речного песка, чтобы поглотилась вся вода. В этом случае пробирку можно держать горизонтально. При помощи стеклянной трубочки в пробирку вносят немного порошка магния, располагая его у края отверстия пробирки. Пробирку закрепляют в лапке штатива дном немного выше отверстия. Сильно прогревают магний до воспламенения. Как только вспыхнет магний, нагревают влажный песок. Пары воды проходят над магнием. Магний эффектно взаимодействует с водой. Выделяющийся водород загорается, пламя выходит из отверстия пробирки. После прекращения реакции между магнием и водой пробирку охлаждают и разбирают. Написать уравнения реакций, объяснить наблюдаемые явления.

Рис. 18. Взаимодействие магния с водой.

Техника безопасности: Под прибор подставляем противень во избежание возгорания магния на столе при растрескивании пробирки. Не держать спиртовку руками при нагревании магния и песка.

Утилизация. В результате опыта, образуется белый оксид магния: 2Мg+O₂ =2MgO. Оксид собрать в склянку и использовать для демонстрации свойств основных оксидов: а) MgO+2HCI=MgCI₂+H₂O;

б) MgO+H₂O=Mg(OH)₂ - при нагревании в присутствии фенолфталеина появляется малиновая окраска (тема "Металлы главных подгрупп I-III групп периодической системы”, IX класс).

В опыте с соляной кислотой - кислоту брать в небольшом избытке. Полученная смесь HCI и MgCI₂ используется для демонстрации опытов: а) кислота + металл: 2HCI(MgCI₂) + Mg = MgCI₂+H₂;

б) основание + кислота: Mg(OH)₂+2HCI(MgCI₂) = MgCI₂+2H₂O;

в) соль + кислота: MgCO₃+2HCI(MgCI₂) = MgCI₂+CO₂+H₂O.

Далее растворы MgCI₂ отфильтровать и использовать в качестве реактива; магний, Mg(OH)₂ и MgCO₃ высушить и поместить в соответствующие склянки.

Опыт 4. Приготовление растворов с заданной молярной концентрацией

Оборудование и реактивы: Весы с разновесом, мерная колба на 200 мл, воронка сульфат натрия кристаллический, дистиллированная вода.

Ход работы: Приготовить раствор сульфата натрия объемом 200 мл молярной концентрацией 0,5 моль/л.

Дано:

С_m = 0,5 моль/л

V_р-ра = 0,2 л

Найти: m (Na₂SO₄) -?

Решение: Mr ( Na₂SO₄) = 142

М (Na₂SO₄) =142 г/моль

С_m = v (Na₂SO₄ ) / Vр-ра (л)

v = m / M

C_m = m ( Na₂SO₄) / M ^. 1 /Vр-ра (л)

m = C_m ^. Vр-ра ^. M = 0,5 моль/л ^. 0,2 л ^. 142 г/моль=14,2 г

Сульфат натрия массой 14,2 г переносят в колбу на 200мл с помощью воронки и растворяют в небольшой порции воды. При постоянном перемешивании раствора в колбе постепенно объем воды доводят до метки 200 мл.

Опыт 5. Приготовление растворов с заданной массовой долей растворенного вещества

Оборудование и реактивы: Весы с разновесом, химический стакан, стеклянная палочка, шпатель, хлорид натрия, мерный цилиндр.

Ход работы: Приготовить раствор хлорида натрия массой 150 г массовой долей 5 %.

Дано: Решение:

m ( р-ра) = 150 г w %(NaCl) = m (NaCl) ^.100% / m( р-ра)

w %( NaCl) = 5% m( NaCl) = w %( NaCl) ^. m (р-ра) / 100%

Найти: m( NaCl) = 7,5 г

m(NaCl) -? m(H₂O ) = 150 – 7,5 = 142,5 г

m(H₂О) -? V (H₂О) =142,5 г / 1г/мл = 142,5 мл

Хлорид натрия массой 7,5 г помещают в химический стакан. Отмерить 142,5 мл воды. Добавить в стакан с хлоридом натрия массой 7,5 г воды объемом 142,5 мл. Размешать стеклянной палочкой с резиновым наконечником.

Утилизация. Готовят необходимые для лаборатории растворы.

Опыт 6. Очистка воды перегонкой

Оборудование и реактивы: Круглодонная колба, газоотводная трубка, стакан, электрическая плитка, вода, загрязненная почвой, ткань.

Ход работы: Собрать прибор как показано на рис. 19. На трубку повесить ткань,

периодически смачивать ее холодной водой. Избыток воды стекает в кристаллизатор. Чтобы вода не стекала по трубке, на нее надевают пробку. Круглодонную колбу с загрязненной водой нагревают на плитке. Чистая (дистиллированная) вода собирается в химический стакан.

Рис. 19. Очистка воды перегонкой.

Техника безопасности: Перед включением плитки проверить целостность шнура и вилки.

Опыт 7. Взаимодействие кальция с водой

Оборудование и реактивы: Кристаллизатор, цилиндр, кальций, фильтры, пинцет, скальпель, стеклянная пластинка, спиртовка, спички, лучина, фенолфталеин.

Ход работы: В кристаллизатор с водой ставят вверх дном цилиндр, заполненный водой. Кусочек кальция, очищенный от продуктов окисления, немного прополаскивают в воде пинцетом и подводят его в цилиндр с водой. В кристаллизатор капают фенолфталеин. Кальций взаимодействует с водой, в цилиндре накапливается водород. После полного заполнения цилиндра водородом, его закрывают под водой стеклянной пластинкой, переворачивают и ставят на стол. На вытянутой руке подносят к краю открытого цилиндра горящую лучину. Наблюдают загорание водорода. Объяснить наблюдаемые эффекты взаимодействия кальция с водой. Записать уравнение реакции.

Техника безопасности: 1. Не брать руками металлический кальций.

2. Фильтровальную бумагу с очистками и кусочками металлического кальция после работы поместить в кристаллизатор.

Рис. 20. Взаимодействие кальция с водой.

Утилизация: Раствор гидроксида кальция слить в емкость-нейтрализатор.

Опыт 8. Взаимодействие углекислого газа с твердым едким натром

Оборудование и реактивы: Круглодонная колба, стеклянная трубка, зажим, твердый гидроксид натрия, вода, фенолфталеин, аппарат Киппа, заряженный для получения углекислого газа, фарфоровая ступка с пестиком, весы с разновесом, шпатель.

Ход работы: Колбу заполняют углекислым газом, закрывают пробкой со стеклянной и резиновой трубкой с зажимом. В колбу высыпают 2-3 г измельченного в ступке под вытяжкой едкого натра. Закрывают колбу пробкой и несколько раз энергично встряхивают. Колба начинает разогреваться, стенки отпотевают - углекислый газ прореагировал с едким натром. Для доказательства этого конец газоотводной трубки опускают в сосуд с водой и фенолфталеином, открывают под водой зажим, вода энергично входит в колбу (эффект фонтана). Объяснить наблюдаемые явления, записать уравнение реакции, определить тип реакции.

Рис. 21. Взаимодействие углекислого газа с твердым едким натром.

Техника безопасности: Колбу с твердым гидроксидом натрия и углекислым газом лучше завернуть в плотную ткань, т.к. при встряхивании колба может разбиться. Размельчать твердый едкий натр в ступке под вытяжкой.

Утилизация: 1. Щелочной раствор едкого натра и карбоната натрия в колбе слить в емкость- нейтрализатор. 2. Отработанную соляную кислоту из аппарата Киппа или лабораторного прибора для получения газов, где содержится HCI и продукт взаимодействия СаСl₂, можно утилизировать, добавив кусочки мрамора до прекращения выделения углекислого газа. Далее раствор фильтруют, выпаривают, кристаллы кристаллогидрата хлорида кальция используют в лаборатории. Смесь соляной кислоты с хлоридом кальция можно использовать и как кислоту в реакциях (добавлять небольшой избыток реактивов):

2 HCl( CaCl₂) + Сa( OH)₂ =СаСl₂ + 2H₂О

2HCl(CaCl₂) + CaO =CaCl₂ + H₂О

2HCl(CaCl₂) + СaCO₃ = СаСl₂ + CО₂ + H₂О

Осадки Са(OH)₂, СаО, CaCO₃ после фильтрования использовать для нейтрализации кислых смесей. Для этого поместить осадки в двух - или трехлитровую банку с надписью: “Нейтрализатор кислых смесей". Сюда в дальнейшем сливать все щелочные смеси, образующиеся в ходе экспериментов, а также трудно перерабатываемые смеси солей тяжелых металлов, например, смесь Рb(NO₃)₂, СuSO₄. В щелочной среде катионы солей образуют нерастворимые осадки:

Pb(NO₃)₂ + Ca(OH)₂ =Pb(OH)₂ + Сa(NO₃)₂

CuSO₄+ Ca(OH)₂=Сu(OH)₂+CaSO₄

В названной емкости необходимо постоянно поддерживать щелочную среду (добавлять CaO, Ca(OH)₂, другие щелочные смеси), контролируя состав фенолфталеином.

Лабораторная работа № 6

ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ТЕМЕ: ГАЛОГЕНЫ

Опыт 1. Получение хлорной воды. Обесцвечивание хлором красящих веществ

Оборудование и реактивы: Штатив с двумя лапками, пробирка Вюрца с пробкой и газоотводной трубкой, хлоркальциевая трубка, зажим, U-образная трубка, резиновые трубки, кристаллы перманганата калия, соляная кислота (конц.), синий лакмус, вата, активированный уголь, шпатель, ложечка для сжигания.

Ход работы: В U-образную трубку наливают дистиллированной воды (1/5 объема) и опускают полоску синей лакмусовой бумаги. Правое колено U-образной трубки закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь (снизу и сверху комочек ваты). U-образную трубку закрепляют в лапке штатива. Пробирку Вюрца с перманганатом калия закрепляют во второй лапке штатива, и соединяют с U-образной трубкой. К перманганату калия (1-2 ложечки для сжигания) добавляют концентрированной соляной кислоты (2-2,5 мл), быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор (зеленоватая окраска на белом фоне) проходит в U-образную трубку, вытесняет воздух, пробулькивает через воду, уровень воды в правом колене повышается. Хлор частично растворяется в воде, образуя хлорную воду (смесь хлорноватистой и хлороводородной кислот). Лакмус вначале краснеет, а затем обесцвечивается. Остатки хлора проходят в хлоркальциевую трубку, где адсорбируются на поверхности активированного угля. Объяснить наблюдаемые явления, выразить все процессы уравнениями реакций.

Техника безопасности: Установку после опыта переносят под вытяжку, разбирают, заливают известковой водой, затем моют. При отсутствии вытяжного шкафа указанные действия выполняют на улице.

Утилизация: В пробирке - реакторе идет процесс:

2KMnO₄+16HCl = 5Cl₂+2KCl+8H₂O+2МnCI₂