Опыт 1. Кислотно-основные свойства гидроксидов элементов III B группы
А. Получение и свойства гидроксида скандия. Поместить в две пробирки 3–4 капли раствора соли скандия. В каждой пробирке получить гидроксид скандия действием разбавленного раствора щелочи или аммиака. В одну пробирку прилить раствор соляной кислоты концентрацией 15 %, в другую – 6 н. раствор щелочи (гидроксида калия или натрия). Составить уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.
Б. Получение и свойства гидроксида иттрия. Поместить в две пробирки 3–4 капли раствора соли иттрия. В каждой пробирке получить гидроксид иттрия действием разбавленного раствора щелочи или аммиака. В одну пробирку прилить раствор соляной кислоты концентрацией 15 %, в другую – 6 н. раствор щелочи (гидроксида калия или натрия). Составить уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.
В. Получение и свойства гидроксида лантана. Поместить в две пробирки 3–4 капли раствора соли лантана. В каждой пробирке получить гидроксид лантана действием разбавленного раствора щелочи или аммиака. В одну пробирку прилить раствор соляной кислоты концентрацией 15 %, в другую – 6 н. раствор щелочи (гидроксида калия или натрия). Составить уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.
Сделать вывод о кислотно-основных свойствах скандия, иттрия, лантана.
Опыт 2. Получение гидроксида церия (III) и его окисление. В пробирке с 3-4 каплями раствора нитрата церия (III) получить его гидроксид, добавляя разбавленный раствор щелочи до выпадения осадка. Пробирку с осадком оставить на 1,5–2 часа. Отметить медленное изменение цвета осадка Се(ОН)3 вследствие его окисления. Записать уравнения получения гидроксида церия (III) и его окисления кислородом воздуха до гидроксида церия (IV) СеО2·хН2О. Какая степень окисления более устойчива для церия?
Опыт 3. Пероксосоединения церия. Получить в пробирке гидроксид церия (III) из его соли действием щелочи. Добавить 2–3 капли 3 %-ного пероксида водорода и наблюдать изменение цвета осадка. Затем добавить 2–3 капли 30 %-ного пероксида водорода и наблюдать следующее изменение окраски осадка, которое происходит вследствие образования пероксосоединений типа Се(ООН)n(ОН)4−n вплоть до полного замещения гидроксидных групп в Се(ОН)4 пероксогруппой до Се(ООН)4. Записать уравнения реакций.
Содержание отчета по лабораторной работе
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Уравнения реакций в молекулярной и ионной форме, результаты проведения реакций, ответы на вопросы.
Лабораторная работа № 9. IV В группа. подгруппа титана
Цель работы: изучение химических свойств элементов подгруппы титана.
Общие сведения
Элементы побочной подгруппы четвертой группы титан, цирконий, гафний и торий очень близки по свойствам к находящимся в тех же рядах элементам побочной подгруппы третьей группы (Sc, Y, La, Ac), но отличаются тем, что обычно они четырехвалентны. Во многих отношениях эти элемента близки также к элементам IVА группы, но в отличие от них не проявляют отрицательных степеней окисления и не переходят в двухвалентное состояние.
Элементы побочной подгруппы четвертой группы образуют нерастворимые оксиды, которые под действием перекиси водорода превращаются в перекиси, которые отличаются сравнительно большой устойчивостью.
Среди оксидов и гидроксидов IV В группы для соединений титана на фоне амфотерности преобладают кислотные свойства, для соединений циркония и гафния более характерны основные свойства, оксид и гидроксид тория обладает только основными свойствами.
Элементы подгруппы титана являются более сильными комплексообразователями, чем представители подгруппы скандия.
Выполнение работы
Опыт 1. Получение гидроксида титана (IV) и его свойства. В три пробирки внести по 3 капли раствора сульфата титанила TiOSO4. В каждую пробирку добавлять по каплям раствор щелочи до выпадения осадка гидроксида оксотитана (IV). Отменить цвет осадка. В одну пробирку прибавить 5–6 капель 4 н. раствора серной кислоты. Растворился ли осадок? Суспензию во второй пробирке кипятить 3–4 мин и снова проверить растворимость осадка в 4 н. серной кислоте. В третью пробирку прибавить дополнительно 5–6 капель 6 н. раствора щелочи: Убедиться, что амфотерный гидроксид TiO(OH)2 в водных растворах щелочей практически не растворяется.
Написать уравнения реакций получения гидроксида оксотитана и растворения свежеполученного осадка в разбавленной серной кислоте с образованием TiOSO4. Почему при этом не получается Ti(SO4)2? Нерастворимость в серной кислоте осадка после кипячения объясняется следующим. При длительном стоянии и кипячении происходит старение и обезвоживание гидроксида, влекущее за собой уменьшение его растворимости. Кислотные свойства гидроксида титана (IV), выполняющего функцию кислоты Н2ТiO3 (метатитановая кислота) проявляются лишь при сплавлении со щелочами, сопровождающемся образованием метатитанатов. Кислотные или основные свойства преобладают у амфотерного гидроксида титана (IV)?
Опыт 2. Получение гидроксида циркония (IV) и его свойства. В три пробирки внести по 3 капли раствора соли циркония. В каждую пробирку добавлять по каплям раствор щелочи до выпадения осадка гидроксида циркония (IV). Отменить цвет осадка. В одну пробирку прибавить 5–6 капель раствора серной кислоты. Растворился ли осадок? Суспензию во второй пробирке кипятить 3–4 мин и снова проверить растворимость осадка в серной кислоте. В третью пробирку прибавить дополнительно 5–6 капель 6 н. раствора щелочи:
Опыт 3. Гидролиз хлорида оксоциркония (IV) в присутствии сульфида аммония. В пробирку с раствором хлорида цирконила ZrOCl2 (3–5 капель) внести столько же раствора сульфида аммония. Наблюдать выпадение осадка гидроксида оксоциркония. Написать уравнение совместного гидролиза хлоридов оксоциркония и сульфида аммония.
Опыт 4. Получение малорастворимых цирконатов. В три пробирки внести по 3–5 капель хлорида оксоциркония и прибавить такое же количество! в первую пробирку – гидрофосфата натрия Na2HPO4, во вторую – гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6], в третью – оксалата аммония (NH4)2C2O4. Наблюдать выпадение белых осадков гидрофосфата циркония, гексацианоферрата (II) циркония и оксалата оксоциркония. Написать уравнения реакций образования осадков, учитывая, что в реакции взаимодействия соли циркония с оксалатом аммония принимает участие вода. Осадок оксалата оксоциркония сохранить для следующего опыта.
Опыт 5. Получение комплексного соединения циркония. В пробирку с оксалатом оксоциркония из опыта 3 прибавить еще 5–8 капель оксалата аммония. Наблюдать растворение осадка с образованием комплексного соединения (NH4)2[ZrО(C2О4)2]. Написать уравнение реакции.
Содержание отчета по лабораторной работе
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Уравнения реакций в молекулярной и ионной форме, результаты проведения реакций, ответы на вопросы.