Опыт 1. Взаимодействие металлического алюминия со щелочью

Поместить в пробирку немного алюминиевых стружек и добавить к нему 5-10 капель раствора щелочи. Легко ли алюминий растворяется в щелочи? Объяснить механизм реакции алюминия со щелочами. Написать уравнения реакций.

 

Опыт 2. Получение гидроксида алюминия и исследование его свойств

В две пробирки поместить по 2-3 капли раствора соли алюминия и осторожно добавить в каждую по 1-3 капли 2н раствора едкого натра до образования осадка гидроксида алюминия. К полученному осадку прибавить в одну пробирку 3-4 капли раствора соляной кислоты, в другую - такое же количество раствора едкого натра. Что наблюдается в обоих случаях? Какой вывод о свойствах гидроксида алюминия можно сделать? Написать в молекулярном и ионном виде уравнения: а) реакции получения гидроксида алюминия; б) реакции взаимодействия гидроксида алюминия с кислотой и щелочью; в) схему равновесия диссоциации гидроксида алюминия. Как смещается равновесие диссоциации гидроксида алюминия при добавлении избытка кислоты? При добавлении избытка щелочи?

Опыт 3. Гидролиз растворов солей алюминия.

Определить рН водного раствора соли алюминия.Для этого нанести 1 каплю раствора соли на полоску универсального индикатора.

Написать молекулярное и ионное уравнения первой ступени гидролиза. Почему гидролиз данной соли не идет до конца? Какие продукты получаются в результате реакции? Как можно уменьшить или усилить гидролиз соли алюминия?

 

Контрольные вопросы:

1. Составить электронную формулу атома алюминия, иона алюминия в в характерной степени окисления.

2. Написать уравнения реакций горения алюминия в кислороде; в хлоре; в парах серы.

3. Какие кислотно-основные свойства характерны для оксида и гидроксида алюминия? Составить уравнения соответствующих реакций.

4. Какие вещества и в какой последовательности образуются при постепенном прибавлении избытка раствора гидроксида натрия к раствору хлорида алюминия? Составить уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

5. Почему нельзя пользоваться алюминиевыми сосудами для хранения щелочных растворов? Привести уравнения реакций.

6. Почему алюминий, находясь в ряду электродных потенциалов левее водорода, не вытесняет его из воды, но легко вытесняет водород из водного раствора щелочи?

7. Какие вещества и в какой последовательности образуются при постепенном добавлении избытка раствора соляной кислоты на раствор алюмината натрия?

8. Как алюминий реагирует с разбавленными и концентрированными соляной и серной кислотами? Составить уравнения реакций.

9. Как алюминий реагирует с разбавленной и с концентрированной азотной кислотой? Составить уравнения реакций.

10.Чем объясняется высокая коррозионная устойчивость алюминия? Как влияют ионы ртути на коррозию алюминия? Составить уравнения реакций.

11.Написать уравнения реакций для следующих превращений:

а) Al₂O₃ ® AlCl₃ ® Al(OH)₃ ® K₃AlO₃ ;

б) K₃AlO₃ ® Al(OH)₃ ® Al₂O₃ ® Al.

12. Написать уравнения реакций для следующих превращений:

а) Al ® AlCl₃ ® Al(OH)Cl₂ ® Al(OH)₃;

б) K₃AlO₃ ® Al₂(SO₄)₃ ® Al(HSO₄)₃ ® Al(OH)₃.

13. Написать уравнения реакций гидролиза следующих солей: а) хлорида алюминия; б) сульфида алюминия. Какая реакция среды в водных растворах этих солей?

14. Как изменяется окраска лакмуса в водных растворах солей: нитрата алюминия; метаалюмината натрия; алюмокалиевых квасцов? Составить уравнения реакций.

15. Объяснить, почему при сливании растворов нитрата алюминия и сульфида натрия не образуется осадка сульфида алюминия. Что образуется?

16. Почему при действии сульфида натрия и карбоната натрия на водный раствор алюмокалиевых квасцов выпадает осадок одинакового состава? Составить уравнения реакций.

17. Какой процесс называется алюмотермией? Для чего он используется?

18. Каков состав термитной смеси? Для чего она используется? Составить уравнение реакции.

19.Написать уравнения реакций для следующих превращений:

Al ® Al₂S₃ ® Al(OH)₃ ® AlCl₃ ® K[Al(OH)₄]

20.Как получают алюминий в промышленности?

 

Олово. Свинец

Олово и свинец - металлы IV А подгруппы периодической системы Д.И.Менделеева. Электронные формулы валентных электронов этих металлов:

Sn... 5s²5p²

Pb... 6s²6p²

Степень окисления элементов в нормальном состоянии +2, при возбуждении +4, поэтому известны два ряда производных олова и свинца.

Отношение Sn и Pb к кислотам различно. Олово растворяется в соляной кислоте (в разбавленной медленно, а в концентрированной и при нагревании - быстро):

Sn + 2HCl = SnCl₂ + H₂­

Свинец при взаимодействии с HCl покрывается слоем PbCl₂, препятствующим дальнейшему взаимодействию Pb с кислотой.

Аналогично происходит взаимодействие свинца с разбавленной серной кислотой, но при концентрации кислоты выше 80% на поверхности металла образуется растворимая кислая соль Pb(HSO₄)₂. Разбавленная серная кислота на олово не действует. Горячая концентрированная серная кислота растворяет оба элемента по схеме

Э + 4H₂SO₄ = Э(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O

В сильно разбавленной азотной кислоте олово медленно растворяется с образованием Sn(NO₃)₂. Концентрированная азотная кислота действует на Sn по схеме

Sn + 4HNO₃ = SnO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

При действии HNO₃ на свинец реакция протекает по схеме

3Pb + 8HNO₃ = 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Образующаяся соль Pb(NO₃)₂ не растворима в концентрированной азотной кислоте, и наоборот, хорошо растворима в воде, поэтому Pb хорошо растворяется в разбавленной азотной кислоте.

Олово и свинец растворяются в щелочах с выделением водорода и образованием комплексных солей:

Pb + 4KOH + 2H₂O ® K₄[Pb(OH)₆] + H₂­

Для олова и свинца известны оксиды типов ЭО и ЭО₂. В воде они почти не растворимы, поэтому отвечающие им гидроксиды получают действием щелочей на растворы соответствующих солей:

SnCl₄ + 4NaOH = 4NaCl + Sn(OH)₄¯

Pb(NO₃)₂ + 2NaOH = 2NaNO₃ + Pb(OH)₂¯

По химическим свойствам все эти гидроксиды - амфотерные соединения.

Изменения кислотных и основных свойств можно представить схемой:

Усиление основных свойств

Sn(OH)₂ Sn(OH)₄

Pb(OH)₂ Pb(OH)₄

 

Гидроксиды H₂SnO₂ и H₂PbO₂ называют оловянистой и свинцовистой кислотами, а их соли - станнитами и плюмбитами. Гидроксиды H₂SnO₃ (H₄SnO₄) и H₂PbO₃ (H₄PbO₄) называют оловянной и свинцовой кислотами, а их соли - станнатами и плюмбатами.

Ввиду слабости основных свойств гидроксидов Э(ОН)₄ их соли подвергаются в растворах сильному гидролизу.

Наибольшее значение из соединений этих элементов имеют галиды ЭГ₄. Самое характерное свойство для них - склонность к реакции присоединения. Например, SnCl₄ образует комплексы с HCl, H₂O.

Галиды ЭГ₂ имеют ярко выраженный характер солей, гидролизуются значительно меньше, чем ЭГ₄.

Для Sn известны сульфиды SnS и SnS₂, которые отличаются по своему отношению к сернистому аммонию. В то время как сульфид олова(II) с ним не взаимодействует, сульфид олова(IV) в растворе сульфида аммония образует аммонийную соль тиооловянной кислоты: (NH₄)₂S + SnS₂ = (NH₄)SnS₃

Для характеристики окислительно – восстановительных свойств используют диаграммы Латимера.

Диаграммы Латимера:

а) для олова;

-0,118

SnO₂

+0,154 -0,141

Sn⁴⁺ Sn²⁺ Sn⁰

-0,96 -0,79

[Sn(OH)₆]^2- [Sn(OH)₆]^4-

 

б) для свинца: -0,956

PbS

1,685 -0,356

PbSO₄

1,456 - 0,126

PbO₂ Pb²⁺ Pb⁰

0,305 -0,538

[Pb(ОН)₆]^2- [Pb(OH)₄]^2-

Соединения олова и свинца характеризуются различными окислительно-восстановительными свойствами (см. диаграмму Латимера).Для олова более устойчивой является степень окисления (+4), соединения Sn⁺² - восстановители, легко окисляются кислородом воздуха и другими окислителчми; для свинца - более устойчива степень окисления (+2), соединения свинца (+4) - чрезвычайно сильные окислители.

Например, возможно окисление диоксидом свинца соединений марганца (II) до перманганат-иона:

5PbO₂ + 2Mn(NO₃)₂ + 6HNO₃ = 5Pb(NO₃)₂ + 2HMnO₄ + 2H₂O

 

Лабораторная работа №4

ВНИМАНИЕ! Все соединения свинца ядовиты! При работе с ними соблюдать особую осторожность! По окончании опытов с кислотами растворы слить в слив, а не растворившиеся металлы положить в специальную посуду!

 

Опыт 1. Отношение олова и свинца к кислотам (проводить в вытяжном шкафу!).

а) растворение олова в кислотах

В три пробирки положить по кусочку металлического олова и прилить по 5 капель кислот, в первую - соляной, во вторую - серной, в третью - азотной. Отметить наблюдения. Написать уравнения реакций в ионной и молекулярной формах.

б) В три пробирки поместить по кусочку свинца и прилить по 5-8 капель растворов кислот: в первую - соляной, во вторую - серной, в третью - азотной. Нагреть пробирки на спиртовке. Во всех ли пробирках протекает реакция? После охлаждения растворов в каждую пробирку добавить 1-2 капли раствора KI. В какой из пробирок выпал осадок?