Соединения р-элементов IV группы

Карбонат гидроксомеди (II) (CuOH)₂СО₃

Меры предосторожности. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при проведении реакций, в результате которых выделяется газ? Какова первая помощь при термических ожогах?

Методика синтеза.Синтез рассчитан на получение 3¸4 г карбоната гидроксомеди (II) взаимодействием сульфата меди и гидрокарбоната натрия в водном горячем растворе (1).

Медный купорос и гидрокарбонат натрия тонко измельчают по отдельности, тщательно смешивают и еще раз тщательно измельчают (2). Следует учесть, что гидрокарбонат следует брать с 10%-ным избытком по отношению к уравнению реакции. Полученную смесь медленно (3) при непрерывном перемешивании (4)вносят в горячую, но не кипящую воду (5), которую берут из расчета 2 дм³ воды на 1 моль сульфата меди. После добавления последней порции смеси твердых веществ образовавшуюся суспензию выдерживают при нагревании и перемешивании 10¸15 минут. По окончании реакции (6)осадку дают отстояться, затем промывают его водой методом декантации до удаления сульфат-иона (проверка – проба с раствором хлорида бария, подкисленным соляной кислотой)(7). Промытый осадок взмучивают с 20 см³ воды, добавляют несколько капель раствора аммиака (8), дают отстояться, жидкость декантируют, осадок промывают 2¸3 раза горячей водой, затем отделяют от жидкости фильтрованием под вакуумом или при помощи центрифуги. Препарат рекомендуется сушить сначала между листами фильтровальной бумаги, а затем при температуре 90°С до постоянной массы (9).

Исследование свойств полученного вещества.

1)Предложите способ определения наличия в полученном веществе карбонат-ионов и ионов меди (II) (10).

2)Испытайте отношение вещества к:

- нагреванию;

- действию кислот;

- действию раствора щелочи

- небольшого количества и избытка концентрированного раствора аммиака.

Опишите и объясните наблюдаемые эффекты. Напишите уравнения соответствующих реакций.

3) Прокалите тигель до постоянной массы (масса а), поместите в него примерно 0,3-0,5 г полученного вещества, взвесьте тигель с веществом (масса b). Точную массу вещества вычисляют по разности (b - а). Тигель с веществом нагрейте в пламени спиртовки или в муфельной печи до полного разложения соли (11). Для нагревания тигля используйте штатив с кольцом и фарфоровый треугольник, а также тигельные щипцы. По окончании реакции охладите тигель в эксикаторе, взвесьте, снова прокалите в пламени спиртовки и охладите в эксикаторе. Если масса тигля с содержимым после повторного прокаливания не изменилась, по результатам измерений вычислите массовую долю CuO в малахите и сравните ее с вычисленной по формуле соли.

4) Соберите прибор, изображенный на рис. 3.4

Рис. 3.4

Прибор для измерения объема газа, выделившегося в ходе химической реакции.

Бюретки, 2- соединительный шланг, 3- штатив, 4 – лапки, 5 – муфты, 6 – резиновые пробки, 7 - соединительный шланг со стеклянными трубками на концах, 8 – пробирка для проведения реакции

Сообщающиеся бюретки заполните насыщенным раствором хлорида натрия (чтобы уменьшить растворимость углекислого газа в воде) примерно до половины высоты бюреток.

Перед началом работы прибор необходимо проверить на герметичность. Для этого подсоедините к одной из бюреток пустую пробирку (резиновые пробки можно для лучшего прилегания к стеклу смочить водой) и, перемещая одну из бюреток по штативу, создайте разницу в уровнях жидкости в бюретках 8-10 см. Если в течение 10 минут жидкость в бюретках останется на этом же уровне, прибор является герметичным.

В этом случае в пробирку, использованную для проверки прибора на герметичность, налейте примерно на 1/3 соляную кислоту (w = 20%). Взвесьте примерно 0,1 г карбоната гидроксомеди, неплотно заверните в папиросную или фильтровальную бумагу, смочите водой, поместите ее в пробирку с кислотой, прижав с стенке сосуда. Пакетик с солью не должен соприкасаться с кислотой! Подсоедините пробирку к одной из бюреток, как показано на рисунке, перемещая бюретки по штативу, установите уровни жидкости в них на одной высоте. Запишите в протокол, на каких делениях находится жидкость в каждой из бюреток (отсчет проводите по нижнему краю мениска). Затем наклоните пробирку так, чтобы навеска соли оказалась в кислоте. После окончания выделения газа прибор не разбирайте, дайте содержимому пробирки остыть до комнатной температуры и снова, перемещая бюретки вертикально по штативу, снова установите уровни жидкости в них на одной высоте и запишите в протокол, на каких делениях находится жидкость в каждой из бюреток. По разнице показаний уровней жидкости до и после проведения реакции вычислите объем выделившегося газа. Измерьте атмосферное давление (при помощи барометра) и температуру в лаборатории. По закону сообщающихся сосудов, давление газов в той бюретке, которая не сообщается с атмосферой, равно атмосферному. Чтобы вычислить парциальное давление собственно СО₂, от значения атмосферного давления следует вычесть давление насыщенного водяного пара при комнатной температуре (см. справочник). Далее, используя уравнение Менделеева-Клапейрона, вычислите количество вещества образовавшегося углекислого газа и его массу. На основании экспериментальных данных вычислите массовую долю СО₂ в навеске соли и сравните ее с вычисленной по формуле карбоната гидроксомеди.

Вопросы для допуска

(1) Укажите тип реакции, лежащей в основе данного синтеза.

(2) Для чего требуется измельчение веществ?

(3)Почему смесь солей нужно вносить в горячую воду частями, медленно?

(4)Почему требуется непрерывное перемешивание?

(5)Какие побочные процессы могут протекать при использовании в работе кипящей воды? Что должно наблюдаться при этом?

(6)По какому признаку можно судить об окончании реакции?

(7)Запишите уравнение этой реакции в молекулярной и ионно-молекулярной формах. Объясните, почему в данном случае раствор хлорида бария нужно подкислять. Что должно наблюдаться в случае присутствия сульфат-ионов? В случае их отсутствия?

(8)Что при этом может произойти, если в осадке присутствует примесь гидроксида меди? Напишите уравнение реакции.

(9)Почему рекомендуются такие условия сушки?

(10)Какиекачественные реакции на карбонат-ионы и ионы меди (II) можно использовать? Запишите уравнения этих реакций и предложите последовательность их проведения.

(11)Как проверить полноту разложения соли?

Вопросы и задания для обсуждения

1. Вычислите значения констант гидролиза для карбоната и гидрокарбоната натрия. Объясните различие рН растворов карбоната натрия и гидрокарбоната натрия.

2. Вычислите значение рН 0,1М раствора: а) гидрокарбоната натрия; б) карбоната натрия, в) гидроксида натрия.

3. Можно ли в данном синтезе заменить гидрокарбонат натрия гидрокарбонатом калия? Ответ мотивируйте.

4. Можно ли в данном синтезе заменить гидрокарбонат натрия карбонатом? Почему?

5. Можно ли заменить гидрокарбонат натрия щелочью? Почему?

6. Напишитеструктурные формулы молекулы угольной кислоты и карбонат-иона и оцените их пространственную конфигурацию.

7. Вычислите энтальпии разложения карбонатов магния, кальция, стронция и бария. На основании вычислений сделайте вывод о термической устойчивости этих соединений.

8. Приведите примеры реакций термического разложения кислых, средних и основных карбонатов.

9. Чем объясняется тот факт, что карбонаты щелочных металлов, кроме лития, плавятся без разложения?

10. Приведите уравнения реакций, характеризующих кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства углекислого газа.

11. Карбонат гидроксомеди составляет основу природного минерала малахита. В результате каких природных процессов может разрушиться этот минерал? Запишите уравнения реакций.

12. Запишите уравнения реакций, являющихся качественными а) на карбонат-ион, б) углекислый газ.

13. Запишите уравнения реакций взаимодействия водных растворов следующих солей, сливаемых попарно: а) карбонат натрия и хлорид кальция; б) карбонат калия и сульфат алюминия; в) карбонат цезия и хлорид железа (III). Объясните на этих примерах, в каих случаях при смешивании водных растворов солей можно ожидать протекания реации совместного гидролиза, а в каких этот процесс принципиально невозможен.

Карбонат кобальта (II) CoCO₃

Меры предосторожности. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с газами?

Методика синтеза. Для получения 1¸1,5 г карбоната кобальта готовят насыщенные при 0°С растворы соли кобальта (II) и растворимого гидрокарбоната (1). Можно использовать CoCl₂×6H₂O и гидрокарбонат натрия или калия. Гидрокарбонат берут с 20%-ным избытком относительно стехиометрического количества.

Приготовленный раствор гидрокарбоната насыщают углекислым газом (2) и при постоянном перемешивании, порциями (3), приливают к раствору соли кобальта, находящемуся в колбе. После смешивания растворов колбу закрывают пробкой с вставленной в нее клапаном Бунзена (4) и продолжают перемешивание реакционной смеси еще 15-20 мин, до полного осаждения ионов Со²⁺ (5).

Образовавшийся осадок отделяют от маточного раствора (6), промывают водой до нейтральной реакции (7), затем этиловым спиртом сушат при 35-40 ^оС (8).