Опыт 5. Восстановительные свойства металлов в     

            реакциях с неокисляющими кислотами

Порядок выполнения

1. Возьмите 4 пробирки и опустите в первую кусочек магния, во вторую - цинка, в третью - железа и в четвертую - меди.

2. В каждую пробирку налейте по 2-3 мл раствора H₂SO₄(2н).

Задание

1. Напишите уравнения проведенных реакций в молекулярном и ионном виде и укажите признаки реакций. Определите окислитель и восстановитель. Какие свойства проявляют металлы? Какой элемент (ион) является окислителем?

2. Сделайте вывод о том, какие металлы могут окисляться ионами водорода и какие - нет.

3. Расположите исследованные металлы в ряд по их активности.

Опыт 6. Восстановительные свойства металлов в

      pеакциях с окисляющими кислотами (под тягой !)

Порядок выполнения.

1. В отдельные пробирки возьмите по кусочку цинка, железа и меди и прилейте по 2-3 мл раствора HNO₃ (2н).

2. Аналогично проведите опыт с концентрированной HNO₃.

3. Аналогично проведите опыт с концентрированной H₂SO₄.

Задание

1. Напишите уравнения реакций и расставьте коэффициенты, пользуясь методом электронно-ионного баланса. Укажите признаки реакций.

2. Определите, какие свойства (окислителя или восстановителя) имеют металлы в изученных реакциях. Какие элементы проявляют свойства окислителя?

3. Сделайте вывод, от каких факторов зависит состав продуктов реакции между металлом и окисляющей кислотой?

Опыт 7. Сравнительная активность металлов

Порядок выполнения

1. Налить в пробирку 2-3 мл раствора сульфата меди(II) и опустить в нее железную проволоку.

2. В две пробирки налить раствор сульфата железа(II). В одну из них опустить кусочек меди, в другую - магния.

Задание

1. Напишите уравнения проведенных реакций в молекулярном и ионном виде и укажите признаки реакций.

2. Сделайте вывод о том, в каких случаях реакция между металлом и солью другого металла возможна и в каких нет. Подтвердите вывод значениями Е⁰ соответствующих систем.

Опыт 8. Коррозия железа в присутствии меди в растворе

          электролита

Описание опыта

Железо в контакте с медью в присутствии электролита образует гальванический элемент. Более активный металл – анод и будет растворяться. Менее активный металл является катодом. На катоде идет процесс восстановления растворенного кислорода (катодная деполяризация). Процессы идут при рН = 7. Продукты анодного и катодного процессов фиксируются с помощью аналитических реакций:

на аноде: Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] ® KFe[Fe(CN)₆]¯ + 2K⁺

                                                синий

на катоде: образующиеся ионы ОН^- окрашивают фенолфталеин в малиновый цвет.

Порядок выполнения опыта.

1. В пробирке с дистиллированной водой растворить несколько кристалликов NaCl, прилить примерно 0,5 мл раствора K₃[Fe(CN)₆] и 3-5 капель раствора фенолфталеина. Перемешать полученный раствор.

2. Тщательно очистить наждачной бумагой медную и железную проволоки. Очищенные проволоки перевить между собой для того, чтобы образовалось много контактов между ними.

3. Осторожно опустить проволоки в пробирку с раствором. Пробирку после этого больше не встряхивать. Через несколько минут наблюдать появление окраски вокруг медной и железной проволок.

Задание

1. Запишите наблюдения.

2. Определите анод и катод в имеющемся в опыте гальваническом элементе и подтвердите это значениями Е⁰. Напишите уравнения анодного процесса и процесса катодной деполяризации. Объясните появление синего осадка около железной проволоки и малиновой окраски раствора около медной проволоки.

3. Сделайте вывод о скорости электрохимической коррозии.

4. Оформите отчет о лабораторной работе №6.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

СВОЙСТВА р-ЭЛЕМЕНТОВ IV-A ГРУППЫ

УГЛЕРОД, КРЕМНИЙ И ОЛОВО

Цель работы: Ознакомление с некоторыми химическими свойствами неметаллов на примере свойств углерода, кремния и их соединений, имеющих большое значение в практике работы горных инженеров.

Оборудование: Кристаллические вещества: Na₂CO₃, NaHCO₃, MgCO₃, BaCO₃, K₂CO₃, (NH₄)₂CO₃, уголь активированный, стекло порошок, Sn. Растворы: Ca(OH)₂, BaCl₂, CaCl₂, MgCl₂, ZnCl₂, Na₂CO₃, HCl (2н), индиго, Na₂SiO₃, HCl (10%), HCl (конц), SnCl₂, Bi(NO₃)₃. Аппарат Киппа, лакмус синий и красный, универсальный индикатор, фенолфталеин, воронки, фильтры бумажные, стеклянные палочки, фарфоровые чашки.

Литература: Н.Л.Глинка. Общая химия. §§152-159, 178-189.

Теоретическая часть

Элементы IYA группы (C, Si, Ge, Sn и Pb) имеют 4 валентных электрона на ns²np² подуровнях. Углерод и кремний - неметаллы со слабо выраженной способностью принимать и отдавать электроны. По мере увеличения порядкового номера элемента в подгруппе металлические свойства возрастают. Германий, олово и свинец - металлы с амфотерными свойствами. Устойчивые степени окисления элементов в неорганических соединениях - +2 и +4.

При обычных условиях углерод и кремний не проявляют заметной химической активности, но при нагревании их активность увеличивается и они могут реагировать с металлами и неметаллами.

Соединения углерода с металлами называются карбидами (например, СаС₂ - карбид кальция), соединения кремния - силицидами (Mg₂Si - силицид магния). С водородом С и Si образуют газообразные соединения - углеводороды и кремневодороды. При соединении с кислородом С и Si образуют два ряда соединений: СО и SiO - монооксиды углерода и кремния, которые относятся к несолеобразующим оксидам; СО₂ и SiO₂ - диоксиды углерода и кремния, относящиеся к кислотным оксидам.

Углекислый газ СО₂ при растворении в воде образует слабую угольную кислоту:

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

     H₂CO₃ = H⁺ + HCO₃^-               K₁ = 4,5×10^-7

     HCO₃^- = H⁺ + CO₃^2-                 K₂ = 4,8×10^-11

Диоксид кремния SiO₂ - твердое вещество (минералы кварц, полевой шпат), в воде не растворяется. Соответствующие ему кремниевые кислоты общей формулы nSiO₂×mH₂O получаются косвенным путем. Кремниевая кислота H₂SiO₃ (то есть SiO₂×H₂O) - еще более слабая, чем угольная (K₁=1,0×10^-10) и вытесняется из солей в виде геля или золя (коллоидных растворов) даже при действии угольной кислоты. Соли угольной и кремниевой кислот сильно гидролизуются в водных растворах. Большинство солей угольной (карбонаты) и кремниевой (силикаты) кислот нерастворимы в воде.

Углерод и кремний в свободном состоянии являются восстановителями. Вода и разбавленные кислоты на них не действуют. Концентрированные азотная и серная кислоты окисляют углерод до СО₂. Кремний подвергается действию только фтороводородной (плавиковой) кислоты НF. В отличие от углерода кремний реагирует со щелочами.

Олово также образует два ряда соединений: SnO и SnO₂ - моно- и диоксид олова. Монооксид олова SnO и соответствующее ему основание Sn(OH)₂ - амфотерные соединения. Гидроксид олова(IY) называется оловянной кислотой. Она известна в виде двух модификаций: a-оловянной и b-оловянной кислот. a-Оловянная кислота образуется при действии водного раствора аммиака на хлорид олова(IY). Она растворяется и в кислотах и в щелочах. b-Оловянная кислота образуется при окислении олова азотной кислотой, не взаимодействует с кислотами, но реагирует со щелочами, образуя соли - станнаты.

Олово хорошо растворяется в концентрированной HCl и несколько хуже - в разбавленной.