Восстановление перманганата калия нитритом

Или сульфитом в различных средах

 

В три пробирки налейте по 1 мл разбавленного раствора перманганата калия. В первую добавьте равный объем разбавленного раствора серной кислоты, во вторую не добавляйте ничего (нейтральная среда), в третью прилейте 1-2 мл разбавленного раствора щелочи. Затем в каждую пробирку внесите 3-5 капель раствора: а) нитрита NaNO₂ или KNO₂, б) сульфита Na₂SO₃.

Наблюдайте за изменением цвета раствора в каждом отдельном случае.

Напишите уравнения реакций, учитывая, что в кислой среде образуются ионы Mn²⁺ (бесцветные), в нейтральной – нерастворимый оксид MnO₂ (коричневый), в щелочной – ионы MnO₄^2- (зеленого цвета), которые очень неустойчивы и легко восстанавливаются до MnO₂.

 

Таблица 5

Индивидуальные задания к лабораторной работе 6

Вари- ант	Выполнить экспериментально следующие задания	Составить уравнения реакций (без их выполнения)
	1.1а 2.3в 3.1б 4а	1.3 3.2 3.4б 3.5
	1.2в 2.1 3.3б 4б	1.1б 2.3а 3.2 3.4а
	1.2д 2.3б 3.4а 4а	1.1б 2.4 3.3а 3.5
	1.1в 2.4 3.5 4б	2.3в 3.2 3.3б 3.4б
	1.2а 2.1 3.4а 4а	1.1в 2.3б 3.1б 3.2
	1.3 2.3а 3.3б 4б	1.1б 3.2 3.4б 3.5
	1.2б 2.4 3.5 4б	1.1б 2.3в 3.3б 3.4а
	1.1г 2.3а 3.4б 4б	1.2г 3.2 3.3б 3.5
	1.2г 2.4 3.3а 4а	1.1а 2.3б 3.4а 3.5
	1.1б 2.1 3.5 4б	2.3а 3.2 3.3б 3.4б

 

Работа 7. Свойства металлов (s-, p-, d-элементов)

 

Задание 1. Взаимодействие металлов с водой и щелочами

 

Растворение металлов в воде идет в соответствии с уравнением

Me + nH₂O = Me(OH)_n + n/2 H₂­

Следовательно, в воде способны растворяться металлы, имеющие значения стандартных потенциалов E⁰(Meⁿ⁺/Me) < -0,41 B (потенциал восстановления ионов водорода в нейтральной среде). Для многих даже активных металлов процесс растворения затруднен из-за наличия прочных оксидных пленок на поверхности металла, а также вследствие образования труднорастворимых гидроксидов.

 

Задание 1.1. Взаимодействие металлического магния с водой

 

В пробирку налейте 1 мл воды и опустите в нее стружку магния. Взаимодействует ли магний с холодной водой? Нагрейте пробирку пламенем спиртовки и наблюдайте выделение пузырьков водорода. Заметное взаимодействие магния с водой при нагревании обусловлено увеличением растворимости Mg(OH)₂.

Слегка охладите пробирку и прибавьте 1-2 капли фенолфталеина. На присутствие каких ионов указывает изменение окраски индикатора? Напишите уравнение реакции растворения магния в воде.

Аккуратно слейте окрашенный раствор так, чтобы стружка магния осталась в пробирке. Внесите в пробирку несколько кристалликов хлорида аммония NH₄C1 и налейте 1 мл воды. Наблюдайте бурное взаимодействие металла с водой.

Хлорид аммония растворяет пленку гидроксида магния:

Mg(OH)₂¯ + 2NH₄C1 = MgC1₂ + 2NH₃×H₂O

В результате этой реакции образуется гидрат аммиака – основание более слабое, чем Mg(OH)₂, поэтому равновесие сдвигается вправо, пленка гидроксида магния растворяется и не препятствует реакции магния с водой.

 

Задание 1.2. Взаимодействие алюминия с водой и щелочами

 

Налейте в пробирку 1 мл воды, опустите в нее гранулу алюминия и убедитесь в том, что реакция не идет ни при комнатной температуре, ни при нагревании. Объясняется это тем, что поверхность алюминия легко пассивируется, покрываясь пленкой оксида.

Добавьте в пробирку 1 мл щелочи и наблюдайте, как через некоторое время начинается активное вытеснение водорода из воды. Щелочь растворяет образующийся на поверхности металла оксид (или его гидроксид) с образованием гидроксоалюмината и тем способствует дальнейшей реакции между чистым металлом и водородными ионами воды:

A1₂O₃ + NaOH + H₂O ® Na[A1(OH)₄]

A1 + H₂O ® A1(OH)₃¯ + H₂­

A1(OH)₃¯ + NaOH ® Na[A1(OH)₄]

A1 + NaOH + H₂O ® Na[A1(OH)₄] + H₂­

Подберите коэффициенты к данным реакциям.

Оксидную пленку на поверхности алюминия можно разрушить также раствором соли ртути. При взаимодействии алюминия с солью ртути на поверхности металла образуется амальгама. Вследствие этого нарушается плотная структура защитной пленки, что дает возможность металлу проявить свою химическую активность.

В пробирку поместите гранулу алюминия, добавьте 1-2 капли раствора нитрата ртути, потрите поверхность алюминия стеклянной палочкой и прилейте 1 мл воды. Наблюдайте активное взаимодействие алюминия с водой.

 

Задание 2. Взаимодействие металлов с серной и азотной кислотами

 

Разбавленная H₂SO₄. В разбавленной серной кислоте роль окислителя играют ионы водорода, поэтому разбавленная серная кислота растворяет металлы, стоящие в ряду напряжения до водорода с выделением Н₂.

Концентрированная H₂SO_4. Является сильным окислителем за счет серы (VI) и в реакциях с металлами восстанавливается до SO₂, коллоидной серы S⁰ или H₂S в зависимости от активности металла.

Азотная кислота HNO₃ окисляет почти все металлы, образуя соли нитраты (реже оксиды), а сама восстанавливается до различных продуктов: NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄⁺ (водород практически не выделяется). Диоксид азота NO₂ (бурого цвета) образуется в реакциях концентрированной азотной кислоты с любыми металлами. Другие продукты азота образуются при взаимодействии разбавленной азотной кислоты с металлами различной активности.

 

Задание 2.1. Взаимодействие серной кислоты с металлами

 

В две пробирки поместите стружку одного металла: а) алюминий, б) железо, в) цинк, г) медь. В первую пробирку налейте 1 мл разбавленной кислоты, во вторую – концентрированной. Если реакция при комнатной температуре не идет, осторожно нагрейте пробирки. Одинаковы ли продукты реакции при взаимодействии металла с серной кислотой различной концентрации? Почему медь не растворяется в разбавленной кислоте, но растворяется в концентрированной?

 

Задание 2.2. Взаимодействие азотной кислоты с металлами

 

В две пробирки внесите стружку (или порошок) одного из указанных металлов: а) медь, б) железо, в) цинк. В одну из них добавьте 3-4 капли разбавленной азотной кислоты, в другую – концентрированной. Отметьте, идет ли реакция при комнатной температуре. Если реакция протекает медленно, нагрейте пробирки. Напишите уравнения реакции, учитывая, что концентрированная азотная кислота восстанавливается до NO₂ (бурый газ) любыми металлами, а разбавленная - до NO (медью), до N₂O (цинком и железом).

 

 

Задание 3. Вытеснение металлов из их солей более активными

металлами

Задание 3.1. Взаимодействие алюминия с солями меди.

Влияние хлорид ионов на коррозию алюминия

 

В две пробирки поместите по одной грануле алюминия и добавьте в одну из них 1 мл сульфата меди, а в другую – столько же хлорида меди. Обратите внимание на то, что в первой пробирке алюминий остается почти без изменения, а во второй – он быстро покрывается налетом меди, а затем начинает интенсивно выделяться газ (какой?).

Напишите уравнение реакции вытеснения меди алюминием. Запишите схему образующейся гальванопары A1-Cu и процессы, протекающие на катоде и аноде.

 

Задание 3.2. Вытеснение железом Cu и Sn из растворов их солей

 

В пробирку налейте 1 мл одного из растворов: а) сульфат меди; б) хлорид олова (II). Поместите в нее железный гвоздь, предварительно очищенный наждачной бумагой. Наблюдайте, как на поверхности гвоздя появляется налет меди или олова.

Напишите уравнение реакции. Пользуясь рядом напряжения металлов, укажите, какие еще металлы можно вытеснить железом из растворов их солей.

 

Задание 3.3. Вытеснение цинком Cu, Sn, Pb из растворов их солей

 

В пробирку поместите гранулу цинка и прибавьте 5-6 капель одного из следующих растворов: а) сульфат меди; б) хлорид олова (II); в) нитрат или ацетат свинца (II). Наблюдайте выделение налета меди или олова и свинца в виде блестящих кристаллов.

Напишите уравнение реакции. Какие еще металлы можно вытеснить из растворов их солей цинком?

 

Задание 4. Окислительные свойства соединений металлов

 

Соединения, в которых металлы имеют высокие степени окисления, проявляют сильные окислительные свойства: K₂Cr₂O₇, KMnO₄, NaBiO₃, PbO₂, MnO₂, FeC1₃ и др.

Если при проведении опыта реакция идет медленно, то пробирку с раствором необходимо подогреть.

 

Задание 4.1. Взаимодействие хлорида железа (III) с восстановителями

 

В пробирку внесите 1-2 капли раствора FeC1₃, разбавьте водой до объема 1-2 мл и добавьте какого-либо восстановителя: а) 1-2 капли раствора иодида калия KJ; б) 1-2 капли раствора сульфида натрия Na₂S; в) 2-3 капли насыщенного раствора сульфита Na₂SO₃ или небольшое количество кристаллической соли; г) порошок металлического цинка.

Объясните наблюдаемое изменение цвета раствора. Чтобы убедиться в появлении ионов Fe²⁺, прибавьте 1 каплю раствора K₃[Fe(CN)₆], который с ионами Fe²⁺ дает осадок «турнбулевой сини» Fe₃[Fe(CN)₆]₂. Напишите уравнения реакций.

 

Задание 4.2. Окисление марганца (II) висмутатом натрия NaBiO₃

 

В пробирку внесите 1-2 капли раствора соли марганца (II), 2 мл разбавленного раствора азотной кислоты и несколько кристалликов висмутата натрия. Перемешайте и дайте кристаллам висмутата осесть. Отметьте, что раствор приобрел малиновую окраску вследствие образования ионов MnO₄^-.

 

Задание 4.3. Окислительные свойства перманганата калия KMnO₄

 

Опыт (а). В три пробирки налейте по 1 мл разбавленого (бледно-розового цвета) раствора KMnO₄. В первую пробирку добавьте 5-6 капель разбавленной серной кислоты, во вторую не добавляйте ничего (нейтральная среда), в третью – 3-4 капли разбавленной щелочи. В каждую пробирку внесите по 1 капле раствора иодида калия KJ.

Какое вещество в первой пробирке окрашивает раствор в бурый цвет, во второй - выпадает в осадок, в третьей – окрашивает раствор в зеленый цвет? Напишите уравнения реакций, учитывая, что в щелочной среде KJ окисляется до иодата KJO₃.

Опыт (б). В пробирку внесите 3-5 капель раствора перманганата калия и 2-3 капли разбавленного раствора серной кислоты. Добавьте 3-4 капли раствора пероксида водорода. Наблюдайте изменение окраски раствора и выделение пузырьков газа.

Опыт (в). Взаимодействие перманганата калия с сульфитом натрия в различных средах (см. работу 6, задание 4).

 

Задание 4.4. Окислительные свойства бихромата калия K₂Cr₂O₇

 

В пробирку налейте 1 мл раствора бихромата, 5-6 капель разбавленной серной кислоты и добавьте один из следующих реактивов: а) несколько кристалликов сульфита Na₂SO₃; б) несколько кристалликов нитрита натрия NaNO₂; в) 1 мл раствора хлорида олова (II).

Наблюдайте во всех случаях изменение окраски раствора из оранжевой в зеленую.

 

Задание 4.5. Окислительные свойства диоксида свинца PbO₂

 

В пробирку внесите небольшое количество порошка диоксида свинца, 3-5 капель разбавленной серной кислоты и 1-2 капли раствора иодида калия. Нагрейте пробирку. Наблюдайте изменение цвета раствора и объясните, чем оно обусловлено.

 

Задание 4.6. Окислительные свойства солей меди (II)

 

Налейте в пробирку 1 мл раствора CuSO₄ и добавьте 2-3 капли раствора иодида калия KJ. Наблюдайте образование осадка и окрашивание содержимого пробирки в бурый цвет, что обусловлено выделением свободного иода. Для определения цвета выпавшего осадка CuJ необходимо свободный иод перевести в бесцветный ион. Для этого прибавьте в пробирку несколько капель раствора сульфита натрия до исчезновения бурой окраски. Каков цвет иодида меди (I)? Напишите уравнения реакций взаимодействия:

а) CuSO₄ + KJ ® б) J₂ + Na₂SO₃ ®

 

Задание 5. Восстановительные свойства соединений металлов

 

Соединения металлов с более низкими (из всех возможных) степенями окисления проявляют в окислительно-восстановительных реакциях восстановительные свойства: соли железа (II), олова (II), хрома (II, III) и др.

В тех случаях, когда реакция идет медленно, необходимо подогреть пробирку с реакционной смесью.

 

Задание 5.1. Взаимодействие солей железа (II) с окислителями

 

В пробирку внесите 1 мл раствора любой соли железа (II) и добавьте по 2-3 капли одного из следующих растворов: а) KMnO₄; б) H₂O₂; в) K₂Cr₂O₇.

Наблюдайте изменение цвета растворов: в случае (а) – обесцвечивание перманганата вследствие превращения ионов MnO₄^- в Mn²⁺ и появление желтой окраски вследствие образования соли Fe(III); в случае (б) – образование желтого раствора соли Fe(III); в случае (в) – появление сине-зеленого цвета раствора вследствие образования смеси солей Cr(III) зеленого цвета и Fe(III) желтого цвета.

Докажите появление ионов Fe³⁺ в растворе, добавив либо 1 каплю раствора (NH₄)CNS, либо 1 каплю раствора K₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль). В первом случае образуется роданид железа (III) Fe(CNS)₃ красно-бурого цвета, во втором – осадок «берлинской лазури» Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

 

Задание 5.2. Взаимодействие хлорида олова (II) с солями железа (III)

 

В пробирку внесите 1-2 капли раствора хлорида железа (III), разбавьте водой до объема 1-2 мл и добавьте 2-3 капли хлорида олова (II). Как изменилась окраска раствора? Докажите наличие ионов Fe²⁺ в растворе качественной реакцией с феррицианидом калия K₃[Fe(CN)₆] (см. задание 4.1).

 

Задание 5.3. Взаимодействие соли хрома (III)

с периодатом калия KJO₄ или PbO₂ в щелочной среде

 

Опыт (а). Выполнение реакции с KJO₄ см. в работе 6, задание 2.3 а.

Опыт (б). В пробирку поместите небольшое количество порошка PbO₂, 1 мл раствора щелочи и осторожно нагрейте. В горячий раствор внесите 2 капли раствора соли хрома (III) и снова нагрейте пробирку. Наблюдайте появление желтой окраски раствора, характерной для ионов хромата CrO₄^2-. Наличие последних докажите качественной реакцией – получением осадка хромата бария.

 

Таблица 6

Индивидульные задания к лабораторной работе 7

 

Вари- ант	Выполнить задания	Вари- ант	Выполнить задания
	1.1, 2.1а, 3.1, 4.1а, 5.1а, 6		1.2, 2.2а, 3.2а, 4.3б, 5.1б, 6
	1.2, 2.2а, 3.2а, 4.2, 5.2, 6		1.1, 2.1а, 3.3а, 4.4б, 5.3б, 6
	1.1, 2.1б, 3.3а, 4.3а, 5.1б, 6		1.2, 2.2б, 3.2б, 4.1в, 5.1в, 6
	1.2, 2.2б, 3.2б, 4.4а, 5.3а, 6		1.1, 2.1б, 3.3б, 4.3в, 5.2, 6
	1.1, 2.1в, 3.3б, 4.5, 5.1в, 6		1.2, 2.2в, 3.3в, 4.4в, 5.3а, 6
	1.2, 2.2в, 3.3в, 4.6, 5.1а, 6		1.1, 2.1в, 3.1, 4.1г, 5.1а, 6
	1.1, 2.1г, 3.1, 4.1б, 5.1в, 6		1.2, 2.1г, 3.2а, 4.6, 5.3б, 6