Опыт 1. Адсорбционные свойства угля

А. Адсорбция красящих веществ из раствора. В пробирку до половины ее объема налить раствор метилоранжа. Внести в раствор немного активированного угля. Плотно закрыть пробирку пальцем и энергично встряхивать ее 2–3 мин. Дать раствору отстояться и отметить его обесцвечивание.

Б. Адсорбция ионов из раствора. В пробирку внести 2–3 капли 0,01 н. раствора нитрата свинца. Добавить к нему одну каплю 0,1 н. раствора иодида калия. Наблюдать выпадение осадка иодида свинца. (Пробирку с полученным осадком сохранить для сравнения.) В другую пробирку до половины ее объема налить того же раствора нитрата-свинца и внести небольшое количество порошка активного угля. Закрыв отверстие пробирки пальцем, энергично встряхивать ее 2–3 мин. Дать раствору отстояться и капельной пипеткой отобрать 3–4 капли прозрачного раствора и перенести его в другую пробирку. Добавить туда же одну каплю 0,1 н. раствора KI. Сравнить количество осадка иодида свинца, полученного в первом и втором случае.

Чем объяснить различие? Описать наблюдаемое. Составить уравнение реакции.

Опыт 2. Восстановление углем серной кислоты. В цилиндрическую пробирку поместить 2–3 капли концентрированной серной кислоты (плотность 1,84 г/см³) и маленький кусочек угля. Укрепить пробирку в штативе и на маленьком пламени горелки осторожно подогреть ее. Наблюдать выделение пузырьков газа. По запаху определить один из выделяющихся газов.

Написать уравнение реакции, учитывая, что углерод окисляется до диоксида углерода. Какое вещество восстановилось?

Опыт 3. Получение оксида углерода (II) и его горение. Опыт следует проводить в вытяжном шкафу! В пробирку внести 2–3 капли концентрированной серной кислоты (d = 1,84 г/см³) и 4–5 капель муравьиной кислоты НСООН. пробирку закрыть пробкой с прямой газоотводной трубкой и укрепить в штативе вертикально. Подогреть смесь маленьким пламенем горелки и осторожно поджечь выделяющийся газ (смесь СО с воздухом взрывчата). Отметить цвет пламени. Написать уравнения реакций получения оксида углерода (II) и его горения.

Опыт 4. Получение диоксида углерода и его растворение в воде. Приготовить пробирку с нейтральным раствором лакмуса (4–6 капель). В колбу Вюрца положить 3–4 маленьких кусочка мрамора. Укрепив колбочку в штативе вертикально, внести в нее 5 капель воды и 10 капель концентрированной хлороводородной кислоты. Быстро закрыть колбочку пробкой. Конец трубки опустить в пробирку с нейтральным раствором лакмуса и пропускать газ 2–3 мин. Отметить изменение окраски лакмуса.

Написать схему равновесия, существующего в водном растворе диоксида углерода. Как сместится это равновесие при добавлении в раствор щелочи? кислоты? Указать причину смещения равновесия в каждом случае.

Опыт 5 Равновесие протолиза. В 2 пробирки налить одинаковый объем карбоната и гидрокарбоната натрия. В каждую пробирку добавить 1 каплю фенолфталеина. Раствор NaHCO₃ будет окрашен слабо, а раствор Na₂CO₃ – интенсивно. Объяснить при помощи представления о процессе гидролиза по 1 и 2 ступени.

Опыт 6 Образование нерастворимых карбонатов. В пробирки наливают растворы солей: а)Ca⁺², Ba⁺² ;б) Mg⁺², Co⁺², Ni⁺², Cu⁺², Zn⁺², Pb⁺²; в) Al⁺³, Cr⁺³, Fe⁺³ и приливают к ним раствор карбоната натрия. Наблюдают осаждение веществ и отмечают окраску полученных осадков карбонатов (а), гидроксокарбонатов (б), гидроксидов (в). Написать уравнения реакций.

Опыт 7 Растворение карбонатов. Кусочек мрамора в пробирке обливают разбавленной соляной кислотой. У отверстия пробирки держат стеклянную палочку с висящей на ней каплей баритовой воды (раствор гидроксида бария). В капле образуется муть от выпадающего карбоната бария. Если у отверстия пробирки будет находиться капля хлорида бария, то осадка не образуется. Почему?

Опыт 8 Реакции оксалат-иона.

А) образование малорастворимых оксалатов: в 3 пробирки поместить 3–4 капли раствора оксалата натрия, затем добавить растворы солей кальция, магния, бария; отметить образование осадков.

Б) восстановительные свойства оксалата: к 3–4 каплям раствора оксалата натрия прибавить 1–2 капли сульфата марганца (II) (катализатор), 3–4 капли разбавленной серной кислоты и 2–3 капли перманганата калия. Наблюдать за изменением цвета раствора перманганата. К одной пробе раствора оксалата натрия добавить фенолфталеин, а к другой – лакмус. Отметить изменение окраски индикатора.

Кремний

Общие сведения

Относительно малая активность кремния при обычной температуре – следствие его полимерного строения. Более высокая реакционная способность кремния по сравнению с углеродом объясняется большей устойчивостью образующихся соединений. При обычной температуре кремний инертен. При высокой температуре реагирует с кислородом воздуха (образуется SiO₂) и с другими элементами. При обычных условиях кремний реагирует только с фтором за счет образования фторида кремния SiF₄.

Кислоты на кремний при обычных условиях не действуют (за исключением смеси HF_(к) и HNO_3(к)). Кремний растворяется в растворах щелочей, при этом выделяется водород и образуются соли кремниевой кислоты – силикаты.

Наиболее характерным и устойчивым соединением кремния является его оксид SiO₂. Оксид кремния проявляет чисто кислотный характер, реагируя с крепкими растворами щелочей. В воде SiO₂ не растворяется, поэтому кремниевую кислоты можно получить только косвенными методами, действуя сильными кислотами на силикаты. Единственная кислота, к которой взаимодействует оксид кремния – плавиковая. Реакция идет за счет образования фторида кремния.

Кремниевая кислота является очень слабой кислотой, практически не растворимой в воде.

Соли кремниевой кислоты в воде не растворимы, за исключением силикатов щелочных металлов. Раствор, например, силиката натрия в воде имеет щелочную реакцию за счет сильного гидролиза. Поэтому устойчивыми являются только концентрированные растворы силикатов, которые еще и подщелачивают до рН = 12 для подавления гидролиза.

Выполнение работы

Опыт 1. Реакции силикатов.

А. К раствору силиката натрия (растворимое или жидкое стекло) добавить несколько капель фенолфталеина. Отметить характер раствора. Раствор силиката натрия разделить на 2 пробирки. В одну добавить разбавленную соляную кислоту, а в другую – раствор хлорида аммония. Оба раствора превратятся в студень раньше, чем изменится цвет индикатора. Силикаты щелочных металлов остаются в растворе только при рН = 12–14.

Б. К раствору сульфата меди прилить гидроксид аммония до растворения осадка основной соли металла. К полученному темно синему раствору добавить силикат натрия. Образуется осадок силиката меди.

В. К раствору силиката натрия добавить несколько капель нитрата серебра. Образуется осадок, состоящий из силиката серебра и оксида серебра.

Опыт 2. Адсорбционные свойства силикагеля. К 2–3 каплям сульфата или хлорида меди добавить избыток аммиака до образования аммиачного комплекса меди. К полученному раствору прибавить измельченный силикагель и встряхивать пробирку в течение 1 минуты. Отметить изменение цвета раствора и силикагеля. Раствор слить с осадка. Осадок силикагеля обработать соляной кислотой. Что произойдет с окраской силикагеля?

Опыт 3. Выщелачивание стекла с водой. В пробирку поместить немного молотого в порошок стекла, прилить дистиллированную воду и перемешать. Затем добавить 1–2 капли фенолфталеина. Через некоторое время отметить изменение окраски. Какой процесс приводит к изменению окраски индикатора?

Олово, свинец

Общие сведения

Под действием кислорода воздуха олово не изменяется, а свинец окисляется. Оксидная пленка в обычных условиях хорошо предохраняет металл от дальнейшего окисления. Оба металла реагируют с галогенами и серой.

Вода на олово не действует. Со свинца она постепенно смывает оксидную пленку, что способствует его дальнейшему окислению. Лучшим растворителем свинца является разбавленная азотная кислота, олова – царская водка. В ряду напряжений олово и свинец расположены непосредственно перед водородом, поэтому они восстанавливаются из солей многими металлами.

В соединениях олово и свинец проявляют валентности II и IV. Но для свинца более устойчивым является двухвалентное состояние, а для олова – четырехвалентное. В связи с этим, олово в степени окисления +2 является сильным восстановителем, а свинец в степени окисления +4 – сильным окислителем. Переход от более низкой к более высокой степени окисления, как правило, легче идет в щелочной среде, а обратный переход – в кислой. Поэтому восстановительные свойства Sn (II) в щелочной среде выражены сильнее, чем в кислой, а окислительные свойства Pb (IV) сильнее проявляются в кислой среде.

Гидроксид олова (II) амфотерен. Одинаково хорошо реагирует как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействии Sn(OH)₂ с растворами щелочей образуются тетрагидроксостаннаты. В растворах соли олова (II) сильно гидролизуются. Достаточно разбавить раствор SnCl₂ водой, чтобы произошел гидролиз с образованием осадка хлорида гидроксоолова. В связи с этим растворы солей олова стабилизируют избытком кислоты. Гидроксид олова (IV) называют оловянной кислотой с формальной формулой H₂SnO₃. Оловянную кислоту можно получить при действии на раствор соли олова (IV) аммиаком или при растворении олова в концентрированной азотной кислоте (при реакции олова с разбавленной азотной кислотой получается нитрат олова (II)). Оловянная кислота легко растворяется в щелочах с образованием [Sn(OH)₆]²⁻. Гидроксид олова (IV) можно растворить и в крепких растворах кислот, взятых в большом избытке для предотвращения гидролиза образующейся соли Sn (IV). Устойчивость кислых растворов солей олова (IV) объясняется образованием анионных комплексов, например, H₂[SnCl₆].

Гидроксид свинца (II) обладает амфотерными свойствами и растворяется как в кислотах с образованием солей свинца (II), так и в щелочах с образованием гидроксокомплексов [Pb(OH)₆]. Большинство солей свинца (II) не растворимо. Растворимые соли гидролизуются, но в меньшей степени, чем соли олова (II). Для солей свинца (II), в отличие от солей олова (II), восстановительные свойства не характерны. Перевести соединения свинца (II) в соединения свинца (IV) можно лишь с помощью очень сильных окислителей. Оксид и гидроксид свинца (IV) обладают амфотерными свойствами с кислотным уклоном. Соли свинца (IV) очень нестойкие. Могут самопроизвольно восстанавливаться до свинца (II). Растворы солей свинца (IV) необходимо стабилизировать добавлением избытка кислоты. Все соединения свинца (IV) являются очень сильными окислителями.

Выполнение работы

Олово