Опыт № 4. Окислительные свойства перманганата калия

4.1 В три пробирки налейте по 1-2 см³ разбавленного раствора перманганата калия, затем в одну пробирку добавьте 2 см³ разбавленной серной кислоты, во вторую – 3 см³ дистиллированной воды, в третью – 2-3 см³ концентрированного раствора щелочи. После этого во все пробирки налейте по 1-2 см³ раствора сульфита натрия. Объясните явления, которые наблюдаете, и отметьте влияние среды на процесс восстановления перманганата калия. Составьте уравнения химических реакций методом электронно-ионного баланса.

Нейтральная среда:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O → Na₂SO₄ + …

Кислая среда:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + …

Щелочная среда:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + NaOH → Na₂SO₄ + …

K₂MnO₄ + H₂O → KMnO₄ + MnO₂↓+ …

4.2 Налейте в пробирку 1-2 см³ раствора перманганата калия, добавьте для подкисления 2-3 см³ раствора серной кислоты и долейте несколько капель перекиси водород. Объясните наблюдаемые явления. Составьте уравнение химической реакции методом электронно-ионного баланса.

KMnO₄ + H₂SO₄ + H₂O₂ → O₂↑ + …

Какую роль играет в этой реакции перекись водорода?

 

Задания для самостоятельной работы

Изучить теоретический материал по теме, оформить лабораторный журнал, подготовиться к ответу на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Какие реакции называют окислительно-восстановительными?

2. Изложите основные положения теории окислительно-восстановительных реакций.

3. Какие вещества (элементы) могут выступать восстановителями, а какие окислителями?

4. В чем заключается смысл электронно-ионного метода составления ОВР?

5. Как влияет среда на характер протекания реакции?

6. Как рассчитать молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя?

СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ 2.
ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ.
ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НЕКОТОРЫХ КАТИОНОВ И АНИОНОВ

Цель работы: практическое изучение качественных реакций катионов и анионов, условий выполнения качественных реакций, регулирования рН среды в процессе аналитических определений.

Оборудование и реактивы:

- штатив с пробирками;

- горелка;

- пробиркодержатель;

- электрическая плитка;

- водяная баня;

- лакмусовая бумага;

- платиновый провод;

- соль калия (сух.);

- соль натрия (сух.);

- раствор соли аммония;

- раствор нитрата серебра;

- раствор соляной кислоты;

- раствор нитрата свинца;

- раствор йодида калия;

- 2н раствора уксусной кислоты;

- раствор нитрата бария;

- 2н раствор серной кислоты;

- раствор сульфата алюминия;

- 2н раствор гидроксида натрия;

- раствор нитрата кальция;

- раствор оксалата аммония;

- раствор калия гексацианоферрата (II) К₄[Fe(CN)₆];

- раствор калия гексацианоферрата (III) К₃[Fe(CN)₆];

- висмутат натрия;

- раствор азотной кислоты;

- раствор сульфата меди;

- раствор сульфида натрия;

- раствор йодида калия;

- раствор карбоната натрия;

- дистиллированная вода.

Первая аналитическая группа катионов
Опыт №1. Реакция иона К⁺

Платиновый провод тщательно очистить от следов солей прокаливанием. Для этого надо смочить его в кислоте и прокалить в пламени горелки. Прикоснуться прокаленной проволокой к кристаллу соли калия. Те частицы, которые прилипли к проводу, внести в пламя горелки. Светло-фиолетовая окраска пламени горелки характерна для иона калия.

Опыт № 2. Реакция иона Na⁺

Платиновый провод тщательно очистить от следов солей прокаливанием. Для этого надо смочить его в кислоте и прокалить в пламени горелки. Затем смочить проволоку раствором соли натрия и внести его в бесцветное пламя горелки. Желтая окраска пламени характерна для иона натрия.

Опыт № 3. Реакция иона NH₄⁺

Внесите в пробирку 0,5 см³ любой соли аммония и такое же количество раствора гидроксида натрия. При этом происходит реакция:

NH₄Cl + NaOH ® NH₄OH + NaCl

Пробирку осторожно нагрейте на газовой горелке, при этом гидроксид аммония, который образовался в результате реакции, легко разлагается на газообразные аммиак и воду:

NH₄OH ® NH₃ + H₂O

а) Осторожно понюхайте пробирку. Аммиак, который выделяется имеет характерный запах нашатырного спирта.

б) К пробирке поднесите красную лакмусовую бумагу, которую смочили дистиллированной водой, бумага должна посинеть. Аммиак легко поглощается водой, при этом образуется гидроксид аммония, который при диссоциации имеет раствор со значением рН> 7.

Вторая аналитическая группа катионов
Опыт № 4. Реакция иона Ag⁺

К 2-3 каплям раствора нитрата серебра добавьте 2-3 капли соляной кислоты. Проверьте растворимость образованного осадка в растворе гидроксида аммония.

При этом происходят реакции:

AgNO₃ + HCl ® AgCl + HNO₃

Ag⁺ + Cl^- ® AgCl

AgCl + 2NH₄OH ® [Ag(NH₃)₂]Cl + 2Н₂O

 

Опыт № 5. Реакция иона Pb²⁺

К 2-3 каплям раствора соли свинца добавьте 2-3 капли раствора йодида калия. Наблюдайте выпадение осадка желтого цвета. К нему добавьте несколько капель воды и столько же 2н раствора уксусной кислоты и нагрейте на водяной бане. Осадок растворяется, но при охлаждении образуется снова в виде блестящих золотистых кристаллов.

При этом происходит реакция:

РЬ(NО₃)₂ + 2 КІ ® РbІ₂ + 2КNО₃

Рb²⁺ + 2I^- ® РbІ₂

 

Третья аналитическая группа катионов
Опыт № 6. Реакция иона Ca²⁺

Оксалат аммония и другие растворимые соли щавелевой кислоты образуют с катионами кальция белый кристаллический осадок. Оксалат кальция растворяется в сильных минеральных кислотах, но не растворяется в воде и в уксусной кислоте.

В пробирку с 2-3 каплями нитрата кальция добавьте 3-4 капли оксалата аммония. Наблюдайте образования осадка. Проверьте растворимость этого осадка в уксусной кислоте.

Ca(NO₃)₂ + NH₄C₂O₄ ®CaC₂O₄ + NH₄NO₃

Ca²⁺ + C₂O₄^2- ® CaC₂O₄

 

Опыт № 7. Реакция иона Ba²⁺

К 2-3 каплям раствора нитрата бария добавьте 2-3 капли 2н раствора серной кислоты. Проверьте растворимость образования осадка в растворах соляной и азотной кислот.

При этом происходит реакция:

Ва(NO₃)₂ + Н₂SO₄ ® ВаSO₄ + 2 НNO₃

Ва²⁺ + SO₄^2-  ® BaSO₄

 

Четвертая аналитическая группа катионов
Опыт № 8. Реакция иона Al³⁺

В пробирку добавьте 6-7 капель соли алюминия и 1-2 капли 2н раствора гидроксида натрия. Осадок разделите на две части (перенесите часть осадка во вторую пробирку). В одну добавьте несколько капель соляной кислоты, а во вторую – щелочи.

При этом происходит реакция:

Аl³⁺ + 3ОН^- ® Аl(ОН)₃

Осадок растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Соответствующие реакции проходят по уравнениям:

Аl(ОН)₃ + 3 НСl ® АlСl₃ + 3 Н₂O

АІ(OH)₃ + NаОН ® Nа[Al(ОН)₄]

Избыток щелочи с ионами Аl³⁺ образует бесцветные гидроксокомплексы:

Аl³⁺ + 4 ОН^- ® [АІ(ОН)₄]^-

 

Опыт № 9. Реакция иона Cr³⁺

Налейте в пробирку 2-3 капли раствора соли хрома (III), добавьте 8-10 капель раствора щелочи и 2-3 капли раствора Н₂О₂. Содержимое пробирки нагрейте в течение 3-4 минут. Раствор окрашивается в желтый цвет. К раствору добавьте 2-3 капли раствора хлорида бария. Наблюдайте образование осадка желтого цвета.

При этом происходят реакции:

СrСl₃ + 3NаОН ® Сr(ОН)₃ + 3NаСl

Сr(ОН)₃ + NaОН ® Na[Cr(OH)₄]

2Na[Cr(OH)₄] + 3H₂O₂ + 2NaOH ® 2Na₂CrO₄ + 8H₂O

Ва²⁺ + СrO₄^2- ® BaCrO₄

Пятая аналитическая группа катионов
Опыт № 10. Реакция иона Fe³⁺

Калий гексацианоферрат (II) К₄[Fe(CN)₆] образует с катионом Fe³⁺ осадок берлинской лазури железа (III) гексацианоферрата (II) Fe₄[Fe(CN)₆]₃ темно-синего цвета в слабокислой среде.

Налейте в пробирку 2-3 капли раствора сульфата железа (III), добавьте 3-4 капли дистиллированной воды, 1-2 капли соляной кислоты и 2 капли раствора калия гексацианоферрата (II).

При этом происходит реакция:

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- ® Fe₄[Fe(CN)₆]₃

Опыт № 11. Реакция иона Fe²⁺

Калий гексацианоферрат (III) К₃[Fe(CN)₆] дает с катионом Fe²⁺ синий осадок турнбулевой синие железа (II) гексацианоферрата (III) Fe₃[Fe(CN)₆]₂.

Налейте в пробирку 2-3 капли раствора сульфата железа (II), добавьте 4-5 капель дистиллированной воды и 2 капли раствора калия гексацианоферрата (III) К₃[Fe(CN)₆]. Проверьте растворимость образованного осадка в кислотах и щелочах.

При этом происходит реакция:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- ® Fe₃[Fe(CN)₆]₂

 

Опыт № 12. Реакция иона Mn²⁺

Добавьте в пробирку один микрошпатель висмутата натрия, затем добавьте туда 5-7 капель азотной кислоты, столько же раствора соли марганца и нагрейте. Через 1-2 минуты отцентрифугируйте осадок.

При этом происходит реакция:

2Mn(NO₃)₂+5NaBiO₃+16HNO₃ ®2HMnO₄+5Bi(NO₃)₃+5NaNO₃+7H₂O

             2Mn²⁺+5BiO₃^-+14H⁺ ®2MnO₄^-+5Bi³⁺+7H₂O

Шестая аналитическая группа катионов
Опыт № 13. Реакция иона Cu²⁺

В пробирку с 3 каплями сульфата меди (II) добавьте сначала 3 капли раствора аммиака с массовой долей 25 %, перемешайте стеклянной палочкой. Затем добавьте в пробирку 6 капель концентрированного раствора аммиака. При этом происходит реакция:

CuSO₄+4NH₄OH ® [Cu(NH₃)₄]SO₄+4H₂O

Cu²⁺+4NH₄OH ® [Cu(NH₃)₄]²⁺4H₂O

 

Опыт № 14. Реакция иона Cl^–

Нитрат серебра образует с солями соляной кислоты белый осадок, который не растворяется в воде и в кислотах, но растворяется в аммиаке. Налейте в пробирку 2-3 капли раствора хлорида натрия, добавьте 1-2 капли нитрата серебра. Осадок отделите. Добавьте к осадку раствор аммиака до полного растворения, что происходит в результате образования комплексной соли. В растворе, который получили, откройте хлорид-ион действием избытка раствора азотной кислоты. (Наблюдайте выпадение белого осадка).