Неорганическая химия. Ix класс

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема: ”ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ”

Опыт № 1. Разная сущность взаимодействия разбавленной и концентрированной серной кислоты с металлами

Оборудование и реактивы: Штатив с пробирками, цинк в гранулах, концентрированная серная кислота, химический стакан, дистиллированная вода, шпатель.

Ход работы: В сухую пробирку кладут 2-3 кусочка цинка, приливают 2-3 мл концентрированной серной кислоты. Затем кислоту с цинком переливают в другую пробирку, в которой налита вода (в 5 раз больше взятого объема кислоты). Разъяснить наблюдаемые явления, написать уравнения реакций.

Техника безопасности: 1. Кислоту с цинком переливать в пробирку с водой, а не наоборот 2. После окончания опыта пробирки положить в кристаллизатор с небольшим количеством воды.

Утилизация. Промыть гранулы цинка, высушить и поместить в склянку с цинком. В полученном разбавленном растворе находится серная кислота и сульфат цинка. Добавьте в раствор гранулы цинка, оксид цинка, карбонат цинка или гидрокарбонат цинка до прекращения их растворения. Раствор фильтруют и выпаривают. Кристаллы сульфата цинка используйте в качестве реактива, оставшиеся вещества на фильтре промыть, высушить и перенести в склянку.

Опыт № 2. Свойства сухой извести и ее раствора

Оборудование и реактивы: Сухой фенолфталеин, гидроксид кальция (сухой), химический стакан, штатив с пробирками, колба с дистиллированной водой, стеклянная палочка, шпатель.

Ход работы: В сухую пробирку насыпают немного порошка гашеной извести и добавляют небольшое количество сухого фенолфталеина. Пробирку энергично встряхивают. Затем в пробирку добавляют немного воды. Объяснить наблюдаемое явление. Выразить процессы химическими уравнениями.

Утилизация. Смесь из пробирки перенести в емкость-нейтрализатор со щелочным раствором.

Опыт № 3. Изменение степени гидратации ионов меди в процессе растворения

Оборудование и реактивы: Кристаллический хлорид меди (II), его концентрированный раствор, колба с дистиллированной водой, штатив с пробирками, мерный цилиндр, шпатель.

Ход работы: Концентрированный раствор хлорида меди и его кристаллы имеют зеленую окраску, обусловленную наличием негидратированных и частично гидратированных катионов меди (Cu^{2+ .} 2H₂O). Разбавленный раствор имеет голубую окраску, присущую гидратированным ионам двухвалентной меди (Cu^{2+ .} 4H₂O). Берут пять пробирок, в каждую наливают 4-5 мл хлорида меди (конц.):

первая пробирка – для контроля;

вторая пробирка – добавляют 1 мл воды;

третья пробирка – добавляют 2 мл воды;

четвертая пробирка – добавляют 3 мл воды;

пятая пробирка – добавляют 4 мл воды.

Наблюдается постепенный переход от зеленой до голубой окраски, то есть увеличивается степень гидратации ионов меди.

Утилизация. Все растворы хлорида меди слить и оставить для естественной кристаллизации или подвергнуть выпариванию. Концентрированный раствор или кристаллы соли использовать вновь.

Опыт № 4. Определение степени электролитической диссоциации различных веществ

Оборудование и реактивы: Прибор для определения электролитической проводимости, в U-образных трубках: раствор аммиака, раствор серной кислоты, раствор хлорида натрия, хлорид натрия (кристал.), раствор уксусной кислоты, спирт, шпатель.

Ход работы: В U-образные трубки поместить различные вещества и растворы. Опускают электроды в U-образные трубки (все сразу) и включают в сеть. Объяснить наблюдаемые явления.

Рис. 1. Определение степени диссоциации веществ.

Техника безопасности: 1. Включать прибор в сеть в том случае, если все электроды погружены в U-образные трубки.

2. Обеспечить хороший контакт металлических проводников.

3. После окончания опыта вынуть электроды, промыть их и высушить.

Опыт № 5. Демонстрация теплового эффекта растворения

Оборудование и реактивы: Манометр с подкрашенной жидкостью, две пробирки, две стеклянные палочки, аммиачная селитра, гранулы гидроксида натрия, колба с дистиллированной водой, шкала, шпатель.

Ход работы: На одно из колен первого и второго манометра надеваем резиновые трубки. Их концы соединяем с пробирками через пробку со вставленной в неё газоотводной трубкой. Пробирки помещаем в химические стаканы, в которых проводим растворение гидроксида натрия и аммиачной селитры. При растворении гидроксида натрия выделяется тепло, в результате этого происходит расширение воздуха в пробирке и уровень жидкости в манометре повышается. При растворении аммиачной селитры в воде наблюдается поглощение тепла, что приводит к сжатию воздуха в пробирке, в результате этого уровень жидкости в манометре понижается. Объяснить наблюдаемые явления физико-химическими процессами при растворении.

Рис. 2. Демонстрация теплового эффекта растворения веществ.

Утилизация: Использовать полученные растворы щелочи и нитрата аммония в лаборатории.

Опыт № 6. Движение ионов в электрическом поле

Оборудование и реактивы: U-образная трубка, раствор нитрата калия, кристалличекий перманганат калия, прибор для электролиза, шпатель.

Ход работы: На дно U-образной трубки помещаем несколько кристалликов перманганата калия, завернутых в фильтровальную бумагу. Затем в трубку наливают 1% раствор нитрата калия так, чтобы электроды были погружены в раствор. В оба конца вставлены угольные электроды. Прибор готовят за 5-10 мин. до эксперимента. За это время перманганат успевает раствориться и окрашенный раствор займет нижнюю часть трубки. Прибор подключают к источнику тока с напряжения 10-12 в. Через несколько минут окрашенные ионы MnO^4- смещаются к аноду. Это замечается по перемещению малиновой окраски в ту часть жидкости, в то колено U-образной трубки, где находится анод.

Примечание: Успешное проведение опыта зависит от равномерного окрашивания нижней части раствора перед подведением напряжения к электродам, а также не следует увеличивать напряжение для более быстрого проведения опыта. Увеличение напряжения приводит к перемешиванию раствора и окрашенных слоев.

Рис. 3. Демонстрация движения ионов в электрическом поле.

Техника безопасности: 1. Соблюдать все меры предосторожности при работе с источником тока, выпрямитель должен быть заземлен.

Утилизация: Слить содержимое U-образной трубки в емкость-нейтрализатор.

Опыт № 7. Реакции обмена между электролитами

Оборудование и реактивы: Штатив с пробирками, разбавленные растворы углекислого натрия, азотной кислоты, хлорида меди, гидроксида калия, гидроксида натрия, серной кислоты, сульфата натрия, соляной кислоты, хлорида магния, сульфата меди, твердый карбонат калия, шпатель.

Провести химические реакции между следующими веществами:

а) соль + щелочь:

MgCl₂ + NaOH®

CaCO₃ + NaOH ®

K₂SO₄ + NaOH ®

б) соль + соль

K₂SO₄ + BaCl₂ ®

CaCO₃ + MgCl₂®

K₂SO₄ + MgCl₂ ®

в) соль + кислота

K₂SO₄ +H₃PO₄®

CaCO₃ + HNO₃®

K₂CO₃ +HCl ®

NaCl + H₂CO₃®

Указать признаки протекания реакций. Сформулировать условия взаимодействия названных классов веществ друг с другом (см. пункты: а, б, в).

Утилизация: Содержимое пробирок (а) перенести в емкость-нейтрализатор. Туда же поместить содержимое пробирок с солями бария (б). Остальные жидкости можно слить в раковину, т. к. в них не содержится токсичных веществ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ТЕМА: ”ПОДГРУППА КИСЛОРОДА’’

Опыт № 1. Окисление оксида серы ( IV) в оксид серы ( VI)

Оборудование: Плоскодонная колба, резиновая пробка со вставленной в нее ложечкой для сжигания и стеклянной трубкой с активированным углем, фарфоровый тигель, спиртовка, спички, пинцет, шприц с иглой, шпатель.

Реактивы: Кристаллический Na₂SO₃, раствор соляной кислоты (1:2), 5% раствор BaCI₂

Ход работы: В колбу помещаем кристаллический сульфит натрия, примерно одну ложечку для сжигания. Берем фарфоровый тигель, наливаем в него раствор соляной кислоты (10%) и пинцетом опускаем на дно колбы. Нагреваем на спиртовке до красного каления ложечку для сжигания, которая находится в резиновой пробке. В результате образуется оксид железа. Закрываем колбу пробкой и быстро опрокидываем тигель.

Рис. 4. Окисление SO₂ в SO₃.

Na₂SO₃ + 2HCl ® 2NaCl + SO₂ + H₂O

2SO₂ + O₂ ®2SO₃

SO₃ + H₂O ®H₂SO₄ (вода из раствора HCl).

Через 2-3 мин. приливаем в колбу раствор хлорида бария шприцем. При этом возможны реакции:

H₂SO₄ + BaCl₂ ® BaSO₄ ¯ + 2HCl

Na₂SO₃ + BaCl₂ ® BaSO₃ ¯ + 2NaCl

Для подтверждения образования сульфата бария приливаем раствор соляной кислоты (1: 2).

BaSO₃↓ + 2HCl ® BaCl₂ + SO₂ + H₂O

Если осадок не растворяется, то образовался сульфат бария, т. е. произошло окисление SO₂ в SO₃.

Техника безопасности: 1. Необходимо соблюдать герметичность, т. к. оксид серы (IV) ядовит. 2. Посуду мыть щелочным раствором или известковой водой под вытяжным шкафом.

Утилизация: Содержимое колбы с токсичными соединениями бария полностью перенести в емкость-нейтрализатор.

Опыт № 2. Получение озона

Оборудование и реактивы: Пробирка демонстрационная, йодкрахмальная бумага, концентрированная серная кислота, кристаллический перманганат калия, шпатель.

Ход работы: В сухую чистую пробирку насыпать 0,5 г перманганата калия и смочить кристаллы концентрированной серной кислотой. Опустить в пробирку влажную йодкрахмальную бумагу так, чтобы она не касалась окислительной смеси. Через несколько минут наблюдается посинение бумаги.

2KMnO₄ + H₂SO₄ ® 2HMnO₄ + K₂SO₄

2 HMnO₄ ® Mn₂O₇ + H₂O

Mn₂O₇ → 2 MnO₂ + O₃; O₃® O₂ + O

2KI + O₃® O₂ + I₂ + 2KOH

Окислительной смесью можно зажечь спиртовку. Для этого нужно внести стеклянную палочку в пробирку со смесью, затем коснуться этой палочкой фитиля спиртовки.

Техника безопасности: 1. Пробирка должна быть чистой. Не смачивать стенки пробирки концентрированной серной кислотой. Йодкрахмальная бумага не должна касаться окислительной смеси. Не вносить стеклянную палочку в пробирку с окислительной смесью второй раз. 2. Не позволять выполнять работу детям. 3. После опыта пробирку с окислительной смесью погрузить в кристаллизатор с водой или щелочным раствором, затем вымыть пробирку. 4. Над смесью не наклоняться.

Рис. 5. Получение озона и его распознавание.

Утилизация: В кристаллизатор с водой и смесью из пробирки-реактора добавить раствор щелочи (известкового молока) до полной нейтрализации. Контроль - по красной лакмусовой бумаге. После отстаивания надосадочную жидкость слить, осадок перенести в емкость-нейтрализатор.

Опыт № 3. Взаимодействие серы с водородом

Оборудование и реактивы: Прибор для получения газов, хлоркальциевая трубка, две U-образные трубки, пробки резиновые, трубки резиновые, цинк, соляная кислота (1:2), сера, раствор нитрата свинца или медного купороса, активированный уголь, лакмусовая бумага.

Ход работы: В хлоркальциевую трубку (см. рис. 6) поместить немного серы (4-5 спичечных головок). Один конец трубки соединяют с прибором для получения газов, в котором получают водород из соляной кислоты и цинка, а второй конец с U-образными трубками. Сначала проверяют водород на чистоту у выхода из хлоркальциевой трубки (т. е. на выходе из нагреваемого сосуда). Убедившись в чистоте водорода, начинают нагревать серу: S + H₂®H₂S­.

Сначала сероводород идет в U-образную трубку с водой, где он частично растворяется. Растворение наблюдается по покраснению синей лакмусовой бумаги. Затем сероводород идет в U-образную трубку с раствором медного купороса или нитратом свинца. Эта U-образная трубка снабжена пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь для поглощения сероводорода. Выделение сероводорода обнаруживается по выпадению черных осадков: CuSO₄ + H₂S ® CuS¯ + H₂SO₄ и Pb(NO₃)₂ + H₂S ® PbS¯ + 2HNO₃.

Техника безопасности: 1. Опыт заканчивают, когда вся система охладится током водорода после прекращения нагревания. 2. Во избежание взрыва водород проверяют на чистоту. 3. После проверки водорода на чистоту полностью герметично собирают прибор. Водород должен пробулькивать через обе U-образные трубки. 4. Газ сероводород адсорбировать свежим или прокаленным активированным углем. 5. Установку мыть под тягой, заливая емкость водой или щелочным раствором (известковой водой).

Рис. 6. Синтез сероводорода.

Утилизация: В одной U-образной трубке получается сероводородная вода, которую следует слить в емкость с плотно притертой крышкой. Использовать для демонстрации восстановительных свойств сероводорода:

H₂ S + Cl₂ ® S¯ + 2HCl;

2H₂S + O₂® 2S¯ + H₂O – при длительном стоянии;

H₂S + 2HNO₃ ® S¯ + 2NO₂ + 2H₂O;

5H₂S + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ ®5S¯+2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

В другой U –образной трубке образовался черный осадок CuS:

CuSO₄ + H₂S ® CuS¯ + H₂SO₄.

По окончании опыта осадок отфильтровать, промыть на фильтре. Высушить и использовать для демонстрации свойства сульфида меди не растворяться в разбавленных сильных кислотах H₂SO₄, HCl в отличие от Na₂S, ZnS и др. В фильтрате в основном содержится раствор CuSO₄ c образовавшейся H₂SO₄.

Переработка данной смеси описана в опыте “ Получение медного купороса”, VIII класс.

Опыт № 4. Получение оксида серы (IV) реакцией обмена и ознакомление с его свойствами

Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца, U-образная трубка, пробка с пипеткой, пробки, резиновые трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, лакмусовая бумага, вода дистиллированная, сульфит натрия (кристаллический), концентрированная серная кислота, зажим, шпатель.

Ход работы: Собрать прибор согласно рис. 7. В пробирку Вюрца помещают 0,5 г сульфита натрия и закрывают пробкой с пипеткой, в которой находится концентрированная серная кислота. Кислоту капают на сульфит натрия. Выделившейся оксид серы (IV) проходит в U-образную трубку с водой и лакмусовой бумагой. По покраснению лакмусовой бумаги наблюдают растворение оксида серы в воде. При необходимости пробирку Вюрца слабо

Рис. 7. Получение оксида серы (IV) реакцией обмена.

нагревают. Вследствие растворения оксида серы (IV) в воде образуется сернистая кислота: SO₂ + H₂O ® H₂SO₃.

Заканчивают опыт так: снимают пробку с хлоркальциевой трубкой и углем с U-образной трубки и закрывают ею пробирку Вюрца. Резиновую трубку зажимают зажимом и отсоединяют ее от U-образной трубки. С полученной сернистой кислотой проводят следующие опыты:

1) В пробирку помещают 2-3 капли бромной воды и приливают раствор сернистой кислоты. Наблюдается обесцвечивание бромной воды:

H₂O + Br₂ + H₂SO₃ ® 2HBr + H₂SO₄

2) К порошку магния приливают раствор сернистой кислоты, выделяется водород: Mg + H₂SO₃ ® MgSO₃ + H₂ ­

3) В пробирку с водой, подкрашенной фуксином, приливают раствор сернистой кислоты. Наблюдается обесцвечивание органического красителя.

Техника безопасности: 1. Необходимо соблюдать герметичность установки, так как оксид серы (IV) ядовит! Адсорбировать избыток газа активированным углем. 2. Мыть посуду установки только под тягой, заливая емкость водой или щелочным раствором Ca(OH)₂ .

Утилизация: В пробирке-реакторе по окончании опыта находится смесь H₂SO₄ и Na₂SO₄. Эту смесь следует разбавить водой, опустив пробирку в кристаллизатор с небольшим количеством воды. Полученный в кристаллизаторе кислый раствор H₂SO₄ c Na₂SO₄ использовать так же, как описано в опыте: “ Получение хлороводорода реакцией обмена» (тема: “Галогены”, VIII класс).

В U-образной трубке частично происходила реакция образования сернистой кислоты: SO₂ + H₂O ® H₂SO₃. Водный раствор кислоты слить в склянку и использовать (долго не хранить!) для демонстрации опытов с кислотой средней силы: Mg + H₂SO₃ ® MgSO₃ + H₂­;

Zn + H₂SO₃® ZnSO₃ + H₂­,

а также для демонстрации окислительных и восстановительных свойств соединения с промежуточной степенью окисления (S⁺⁴):

H₂SO₃ + 2H₂S ® 3S + 3 H₂O; H₂SO₃ + Br₂ + H₂O ® 2HBr + H₂SO₄.

^{окисл. восст. восст. окисл.}

Все жидкости с сероводородом и с сернистой кислотой по окончании опыта слить в нейтрализатор с Ca(OH)₂.

Опыт № 5. Зависимость скорости химических реакций от поверхности соприкосновения реагирующих веществ

Оборудование и реактивы: Штатив с лапками, две пробирки, две резиновые пробки, две пипетки, две газоотводные трубки, два химических стакана, цинк, цинковая пыль, серная кислота (1:5), шпатель.

Ход работы: Собирают установку, указанную на рис. 8:

В первую пробирку помещаем несколько кусочков цинка, а во вторую цинковую пыль. Пробирки закрываем пробками с газоотводными трубками. Концы газоотводных трубок помещаем в пробирки для собирания газов над водой. После приливания серной кислоты к цинку и цинковой пыли начинается выделение газа. Он выделяется интенсивнее там, где цинковая пыль реагирует с серной кислотой, т. е. там, где площадь соприкосновения реагирующих веществ больше.

Утилизация. См. тему: “Теория электролитической диссоциации”, опыт №1.

Рис. 8. Зависимость скорости реакции от поверхности соприкосновения реагирующих веществ.

Опыт № 6. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ

Оборудование и реактивы: Штатив с двумя лапками, две пробирки, несколько гранул цинка, серная кислота (1:5), уксусная кислота (3:2), шпатель.

Ход работы: Собирают установку, указанную на рис. 9. В одну пробирку помещают несколько кусочков цинка и приливают серную кислоту (1:5), в другую помещают несколько кусочков цинка и приливают уксусную кислоту (3:2). Наблюдается выделение газа. Газ интенсивнее выделяется там, где цинк взаимодействует с серной кислотой. Серная кислота - сильная, уксусная кислота - слабая.

Рис. 9. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ.

Утилизация. См. тему: “Теория электролитической диссоциации”, опыт №1.

Опыт № 7. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ

Оборудование и реактивы: Штатив с лапкой, сосуд Ландольта, гранулы цинка, серная кислота (1:5), серная кислота (3:2), шпатель.

Ход работы: В оба колена сосуда Ландольта помещают гранулы цинка. В одно колено сосуда приливают серную кислоту (1:5). Во второе колено приливают серную кислоту разбавления (3:2). Наблюдается выделение газа. Он интенсивнее выделяется там, где кислота более разбавлена, так как в единице объема кислоты будет содержаться больше катионов водорода – частиц, окисляющих цинк. В таком же объеме более концентрированной кислоты будет содержаться меньше катионов водорода из-за ее меньшей степени диссоциации.

Утилизация. См. тему: “ Теория электролитической диссоциации”, опыт №1.

Опыт № 8. Зависимость скорости реакции от температуры

Оборудование и реактивы: Штатив с лапкой, сосуд Ландольта, гранулы цинка, серная кислота (1:5), спиртовка, спички, шпатель.

Рис. 10. Зависимость скорости реакции от температуры.

Ход работы: Собирают установку, указанную на рис. 10. В оба колена сосуда Ландольта помещают несколько гранул цинка и осторожно по стенке приливают серную кислоту (1:5). Одно колено сосуда нагревают. Начинается выделение газа. Там, где идет нагревание, газ выделяется интенсивнее.

Утилизация. См. тему: “ Теория электролитической диссоциации”, опыт №1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ТЕМА: ”СОЕДИНЕНИЯ АЗОТА”.

Анализ содержания экспериментальной части программы по данной теме свидетельствует, что большинство продуктов реакций являются минеральными удобрениями. Утилизировать отходы можно по следующей схеме: продукты реакции сильно разбавить водой, кислые смеси нейтрализовать известковой водой до слабого окрашивания с фенолфталеином, затем растворы использовать в качестве подкормки комнатных растений или подкормки растений на пришкольном участке. Работы, в которых используют серную кислоту, соединения меди, снабжены указаниями по утилизации продуктов реакции.

Опыт № 1. Получение азота взаимодействием хлорида аммония с нитритом натрия

Оборудование и реактивы: Хлорид аммония, нитрит натрия, водяная баня, плитка, колба Вюрца, капельная воронка, пробирки, кристаллизатор с водой, стеклянные и резиновые газоотводные трубки, шпатель.

Уравнения реакций: NH₄Cl + NaNO₂ ® NH₄NO₂ + NaCl,

NH₄NO₂ ® 2 H₂O + N₂­ -- при нагревании

Ход работы: На холоде готовят насыщенный раствор хлорида аммония (на 100 мл воды - 35 г соли) и нитрита натрия (на 80 мл воды берут 50 г соли). Колбу с газоотводной трубкой заполняют на 1/3 объема раствором хлорида аммония и закрывают пробкой с капельной воронкой, в которую наливают раствор нитрита натрия. Колбу нагревают на водяной бане и по каплям наливают раствор нитрита натрия к раствору хлорида аммония. Когда воздух из колбы будет вытеснен, азот собирают над водой в газометр, цилиндр или пробирку. Для равномерного выделения газа не стоит перегревать колбу и прибавлять слишком много нитрита натрия, иначе реакция идет очень бурно, происходит энергичное вспенивание. Если реакция будет идти бурно, то колбу опускают в холодную воду. Проверить качественной реакцией, что в пробирку собран азот. Для этого опускают в сосуд с азотом горящую лучинку. Она гаснет. Объясните, как отличить качественной реакцией азот от углекислого газа?

Рис. 11. Получение азота в лаборатории.

Техника безопасности: Проверить исправность, целостность шнура, вилки, электроплитки

Примечание: Смесь для получения азота можно использовать повторно.

Опыт № 2. Растворение аммиака в воде

Оборудование и реактивы: U-образная трубка, трубка заполненная активированным углем, раствор фенолфталеина, вода, штатив с лапкой, спиртовка, спички, пробка, пробирка, хлорид аммония, гидроксид кальция, газоотводная трубка, ступка с пестиком, шпатель.

Рис.12. Получение аммиака и растворение его в воде.

Ход работы: Собрать прибор согласно рис. 12.

Уравнения реакций: 2NH₄Cl + Ca(OH)₂ ® CaCl₂ +2NH₃­+2H₂O (нагревание).

NH₃ + H₂O ® NH₄OH

Пробирку-реактор на 1/3 объема заполняют смесью равных порций сухих хлорида аммония и гидроксида кальция (предварительно тонко измельченных и перемешанных). В U-образную трубку наливают воду с добавлением нескольких капель фенолфталеина (воды, примерно, 1/5 высоты колена). U-образную трубку и пробирку соединяют резиновой трубкой, пробирку-реактор нагревают. О ходе реакции и выделения аммиака судят по изменению окраски воды в U-образной трубке, она становится малиновой. Избыток токсичного аммиака поглощается активированным углем в стеклянной трубке.

Техника безопасности. 1. Использовать трубку с активированным углем в целях избежания попадания аммиака в помещение. 2. Дно пробирки - реактора в лапке штатива несколько приподнято во избежание стекания капель воды, образующихся в результате реакции, и растрескивания пробирки.

Опыт № 3. Синтез аммиака

Оборудование и реактивы: Штатив с лапкой, пробирка-реактор, пробка, газоотводная трубка, пробирка с водой, насыщенные растворы нитрита натрия и хлорида аммония, цинк гранулированный, серная кислота (1:5), железный порошок, вата, спиртовка, спички, фенолфталеин, стеклянная трубка, пипетка, вода, фарфоровая чашка, шпатель.

Рис. 13. Синтез аммиака.

Ход работы: В сухую пробирку вставляют резиновый диск, вырезанный из пробки толщиной 0,3 см. Диск срезают на 1/3 его диаметра. На дно пробирки наливают пипеткой серную кислоту (1:5) и кладут несколько гранул цинка. На диск внутри пробирки помещают ватный тампон, смоченный смесью насыщенных растворов нитрита натрия и хлорида аммония. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой. В горизонтальную часть трубки помещают катализатор - порошок восстановленного железа. Конец газоотводной трубки опускают в пробирку с небольшим количеством воды и 3-4 каплями фенолфталеина. Для начала реакции сильно нагревают железный порошок в газоотводной трубке. За это время выделяющийся по реакции цинка с серной кислотой водород вытеснит воздух из системы. Затем умеренно прогревают вату с растворами нитрита натрия и хлорида аммония и вновь прогревают железо. Это повторяется периодически до тех пор, пока вода в приемнике не окрасится в малиновый цвет. Выразить процессы уравнениями реакций.

Техника безопасности: При появлении интенсивной малиновой окраски газоотводную трубку вынимают из воды.

Утилизация: В пробирке-реакторе осталась смесь ZnSO₄ и H₂SO₄. Переработка смеси описана в теме: “ Теория электролитической диссоциации”, опыт №1.

Опыт № 4. Получение хлорида аммония

Вариант (а).

Оборудование и реактивы: U-образная трубка, пробка со стеклянной трубкой и влажным активированным углем, газоотводная трубка, пробка, вода, хлорид аммония (крист.), гидроксид кальция (крист.), соляная кислота (конц.), спиртовка, спички, ступка с пестиком, шпатель.

Ход работы: Смочить U-образную трубку концентрированной соляной кислотой. В пробирку поместить измельченную и перемешанную смесь равных частей кристаллических хлорида аммония и гидроксида кальция на 2/3 ее высоты. Герметично соединить все элементы прибора. Нагреть смесь веществ в пробирке. Идут следующие химические процессы:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ ® 2NH₄OH + CaCl₂; NH₄OH ® NH₃­ + 2H₂O

Аммиак, попавший в U-образную трубку, взаимодействует с соляной кислотой. Появляется белый дым хлорида аммония. Нагревание прекращают.

HCl + NH₃ ® NH₄Cl

Техника безопасности: 1. Мыть сосуды установки после охлаждения под тягой или на улице. 2. Пробирку-реактор закрепляют в лапке штатива так, чтобы дно располагалось выше отверстия.

Вариант (б).

Оборудование и реактивы: Два одинаковых цилиндра или стакана, две стеклянные пластинки, раствор аммиака (конц.), соляная кислота (конц.).

Рис. 14. Получение хлорида аммония (варианты а и б).

Ход работы: Один цилиндр или стакан ополаскивают концентрированным раствором аммиака, другой цилиндр - концентрированным раствором соляной кислоты. Обе емкости закрывают стеклянными пластинами, затем подносят отверстиями друг к другу, после чего убирают стеклянные пластины. Цилиндр заполняется белым дымом.

Техника безопасности: Цилиндры смачивать концентрированными растворами соляной кислоты и аммиака под тягой.

Опыт № 5. Горение аммиака в кислороде

Вариант (а).

Оборудование и реактивы: Штатив с лапкой и кольцом, прокладки резиновые, круглодонная колба, пробка, патрубок с пробкой и двумя отверстиями в ней, спиртовка, спички, кислород, раствор аммиака (25%), лучина.

Ход работы: Колбу, заполняют на 1/5 объема концентрированным аммиаком, ставят на асбестовую сетку, закрывают пробкой с прямой газоотводной трубкой, зауженный конец которой проходит через пробку с патрубком (длина трубки 10-15 см). Колбу с концентрированным аммиаком слабо нагревают. Когда появляется запах аммиака, включают ток кислорода. Заполнение патрубка кислородом определяют тлеющей лучинкой, пламенем которой и поджигают аммиак. Он горит зеленоватым пламенем. Если прекратить подачу кислорода, то пламя аммиака гаснет. Пламя горящего аммиака может сбиваться слишком сильным током аммиака.

Техника безопасности: Смесь аммиака с кислородом – взрывоопасна. Не допускать сильного нагревания раствора аммиака в колбе и, таким образом, не допускать сильного тока аммиака.

Рис. 15. Горение аммиака в кислороде (варианты а и б).

Вариант (б).

Оборудование и реактивы: Химический стакан на 500 мл, пробирка круглодонная, штатив с лапкой, прокладки резиновые, пробки с изогнутой газоотводной трубкой, кислород, лучинки, хлорид аммония (кристал.), гидроксид кальция (кристал.), ступка с пестиком, шпатель.

Ход работы: Получают аммиак реакцией обмена (см. опыт 2). В химический стакан или стеклянную банку опустить на дно газоотводную трубку, по которой идет кислород и другую изогнутую трубку, подающую аммиак из пробирки-реактора. Поджигают аммиак горящей лучиной.

Техника безопасности: Пробирку-реактор расположить в штативе так, чтобы дно было выше отверстия.

Опыт № 6. Получение азотной кислоты из нитратов

Оборудование и реактивы: Спиртовка, спички, пробирка Вюрца, химический стакан, лед, трубка с активированным углем, кристаллический нитрат натрия, концентрированная серная кислота, соединительная газоотводная трубка, пробирка-реактор, шпатель.

Ход работы: В пробирку–реактор с газоотводной трубкой помещают кристаллический нитрат натрия (примерно две ложечки для сжигания) и смачивают концентрированной серной кислотой. Пробирку соединяют короткой резиновой трубкой с сосудом Вюрца, которую помещают в стакан со льдом. В отросток пробирки Вюрца через резиновый шланг вставлена стеклянная трубка, заполненная активированным углем. При нагревании смеси концентрированной серной кислоты и кристаллического нитрата натрия в пробирке–реакторе получаются пары азотной кислоты, которые переходят в пробирку Вюрца. Там пары конденсируются и на дне накапливается безводная азотная кислота. Она имеет оранжевый цвет из-за растворенного в ней оксида азота (IV).

Рис. 16. Получение азотной кислоты из нитратов.

Техника безопасности: 1. Резиновые шланги использовать каждый раз новые, т. к. они разрушаются горячей азотной кислотой. 2. Не держать руками спиртовку под нагреваемой пробиркой-реактором. 3. Пробирка-реактор должна быть без дефектов. 4. Рекомендуется проводить опыт в реторте.

Утилизация: Пробирку-реактор со смесью NaNO₃ и H₂SO₄ поместить в кристаллизатор с известковым молоком. Довести раствор до нейтральной среды по фенолфталеину. Сильно разбавить водой и использовать для подкормки комнатных растений.

Опыт № 7. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью

Оборудование и реактивы: Пробирка демонстрационная, хлоркальциевая трубка, заполненная прокаленным активированным углем, порошок или стружки меди, концентрированная азотная кислота, штатив с лапкой, резиновые прокладки, шпатель.

Ход работы: Собрать установку согласно рис. 17. В пробирку поместить медный порошок (со спичечную головку) и залить концентрированной азотной кислотой. Пробирку быстро закрыть пробкой с хлоркальциевой трубкой и активированным углем. Наблюдать происходящие процессы. Записать уравнение реакции. Процесс вести до полного растворения меди.

Рис. 17. Взаимодействие меди с концентрированной HNO₃.

Техника безопасности: Азотную кислоту наливать под тягой.

Утилизация: В пробирке-реакторе осталась смесь HNO₃ и Cu(NO₃)₂. Перенести содержимое в стакан с водой и добавлять малыми порциями малахит до прекращения растворения малахита:

(CuOH)₂CO₃ + 4HNO₃ ® 2Cu(NO₃)₂ + CO₂­ + 3H₂O.

Раствор нитрата меди отделить фильтрованием от остатка малахита, промыть малахит на фильтре, высушить. Фильтрат упарить до концентрированного раствора (можно путем длительного, естественного испарения воды из раствора в химическом стакане). Раствор Cu(NO₃)₂ использовать в качестве лабораторного реактива.

Опыт № 8. Превращение оксида азота (II) в оксид азота (IV)

Оборудование и реактивы: Круглодонная колба, капельная воронка, пробка с двумя отверстиями, газоотводная трубка, кристаллизатор с водой, цилиндр, спиртовка, спички, медь (стружки), азотная кислота (1:1), стеклянная пластина, шпатель.

Ход работы: В колбу помещают стружки меди и приливают из капельной воронки раствор азотной кислоты (1:1). Для начала опыта раствор в колбе можно слабо подогреть спиртовкой. Колба содержит кислород воздуха, поэтому выделяющийся бесцветный оксид азота (II) частично окисляется до бурого оксида азота (IV). Смесь газов из оксида азота (II) и оксида азота (IV) собирают через некоторое время в цилиндре над водой. Оксид азота (IV) растворяется в воде, а бесцветный газ заполняет цилиндр. После полного или частичного заполнения, цилиндр переворачивают, закрывают отверстие стеклянной пластинкой. Затем убирают пластину, бесцветный оксид азота (II) при контакте с кислородом воздуха окисляется, превращаясь в оксид азота (IV) бурого цвета. Напишите уравнения химических реакций, объясните происходящие явления.

Рис. 18. Окисление NO в NO₂.

Техника безопасности: Работу выполнять под тягой, оксиды азота токсичные.

Утилизация: См. опыт № 7. Предворительно удаляют медь из раствора.

Опыт № 9. Каталитическое окисление аммиака

Оборудование и реактивы: Плоскодонная колба, пробка со вставленной медной проволокой, на конце которой намотан клубок из медной проволоки, спиртовка, спички, резиновая пробка для колбы, концентрированный раствор аммиака.

Рис. 19. Каталитическое окисление аммиака.

Ход работы: Внутренние стенки колбы смачивают раствором аммиака и закрывают пробкой. Прокаливают проволоку на спиртовке до красного каления (свечения) и быстро, открыв колбу, вносят медный клубок в колбу. Колбу закрывают плотно пробкой с медной проволокой. Некоторое время медный клубок остается раскаленным, что указывает на экзотермичность каталитической реакции окисления аммиака:

4NH₃ + 5O₂ ® 4NO + 6H₂O + Q

Через некоторое время над раствором аммиака на дне колбы появляется белый дым. Объясните явление, выразите уравнениями реакций.

Техника безопасности: Колбу открывать под тягой, разбавить содержимое водой, использовать очень разбавленный раствор продуктов реакции для полива комнатных растений.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4