Работа N5. Водородный показатель. Гидролиз

В этой работе надо прежде всего определить водородный показатель растворов по методу индикаторов, а затем применить этот метод к изучению протолитических (с участием ионов водорода) равновесий.

Метод индикаторов основан на том, что каждый индивидуальный индикатор меняет свою окраску при увеличении (или уменьшении) величины рН только один раз и только в свойственном ему узком интервале значений рН. Это значит, что можно найти два индикатора, один из которых укажет верхнюю, а другой - нижнюю границу области значений рН, в котором лежит значение рН исследуемого раствора. Например, индикатор фенолфталеин становится из бесцветного малиновым при увеличении рН от 8 до 10, метилоранж меняет цвет с красного на желтый при изменении рН от 3 до 5. Следовательно, у раствора, в котором фенолфталеин бесцветный, а метилоранж желтый, величина рН лежит в интервале от 5 до 8.

Руководствуясь принципом, изложенным выше, и пользуясь набором индикаторов, можно определить рН раствора с точностью до единиц значений. Задача облегчается благодаря применению специальной наглядной шкалы, составленной из растворов с различными рН, подкрашенных индикаторами. Над каждым раствором указана величина рН или область его значений, в которой индикатор имеет собственную окраску. Изменение окраски индикаторов приведено в таблице.

N	Индикатор	Окраска индикатора	Значение рН
1	Метиловиолет	желто-зеленый голубой фиолетовый	рН£ 0 1 £ рН £ 2 рН ³ 3
2	Метилоранж	красный желтый	рН £ 3 рН ³ 5
3	Пара-нитрофенол	бесцветный желтый	рН £ 5 рН ³ 7
4	Фенол-фталеин	бесцветный малиновый	рН £ 8 рН ³ 10
5	Ализарин желтый	желтый красно-оранжевый	рН £ 10 рН ³ 12
6	Индиго-кармин	синий желтый	рН £ 12 рН ³ 14

 

Во втором методе индикаторов применяется так называемый универсальный индикатор со шкалой индикатора pH = 0 – 14. Универсальный индикатор является смесью индивидуальных, поэтому при изменении рН в широком интервале значений он меняет свою окраску не один, а несколько раз. К индикатору прилагается шкала с указанием значений рН, отвечающих каждой окраске индикатора. Универсальный индикатор применяется в растворе или на индикаторной бумаге.

 

Определение концентрации водородных ионов в растворе.

Все определения pH растворов следует проводить в чистых пробирках.

Используйте объем исследуемых растворов = 1 мл (это ~ 1см по высоте пробирки).

1.1. Налить в пробирку примерно 1 мл (это 1 см по высоте) 1 н раствора HCl и 2 капли метилвиолета. В другую пробирку такой же объем 1 н раствора CH₃COOH и две капли метилвиолета. Отметить окраску раствора и определить соответствующие концентрации водородных ионов в исследуемых растворах кислот. Сделать выводы относительно степени диссоциации кислот. Разбавить эти растворы примерно в 10 раз, добавив соответствующее количество воды. Отметить изменения цвета растворов, сделать соответствующие выводы о влиянии разбавления на рН растворов кислот.

1.2. Определить рН раствора 1н NaOH и и 1 н раствора NH₄OH. Сделать соответствующие выводы об относительной силе этих оснований.

1.3. К раствору 1н CH₃COOH прилить 2 капли метилоранжа. Отметить окраску индикатора. Затем прибавить в ту же пробирку NH₄CH₃COO. Объяснить причину изменения окраски. Написать уравнение соответствующего химического равновесия и указать, как оно смещается при добавлении NH₄CH₃COO.

1.4. К раствору 1н NH₄OH прилить 2 капли ализарина желтого, затем раствор NH₄CH₃COO. Объяснить причину изменения окраски. Записать уравнение соответствующего равновесия.

Гидролиз

Прежде чем начать указанные ниже определения рН растворов солей, попытайтесь, судя по типу соли, предсказать, в какой области будет находиться рН ее раствора: в кислой, нейтральной или щелочной. Проведя опыт, сравните его результат с предсказанием. Затем напишите в ионной и молекулярной форме уравнения каждой реакции гидролиза. В ионной форме следует написать все возможные стадии гидролиза, подчеркнув основную, в молекулярной – только основную.

2.1. Определить рН растворов солей Na₂SO₃, Al₂(SO₄)₃, NaCl, MgSO₄, NH₄CH₃COO. Почему растворы этих солей имеют различный рН. Подтвердить вычислениями.

2.2. Исследовать растворы Na₂CO₃ и NaHCO₃ в отдельных пробирках с помощью фенолфталеина и ализарина. Почему окраска этих растворов различна?.

2.3. Испытать растворы солей Na₃PO₄, Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄ при помощи индикаторов: метилоранжа, паранитрофенола, фенолфталеина, ализарина и индиго-кармина. Отметить окраску индикаторов, определить рН этих растворов и объяснить разницу в значениях рН.

2.4. Пробирку с раствором уксуснокислого натрия и 2 каплями фенолфталеина нагреть почти до кипения. Почему изменилась окраска раствора?

2.5. Пробирку с раствором ZnSO₄ и 3-4 каплями метилрота нагреть до кипения. Объяснить причину изменения окраски индикатора. (Метилрот меняет окраску в области рН от 4 до 6, его окраска при этом изменяется от красной до желтой).

2.6. Подействовать на растворы BaCl₂, CuSO₄ и Al₂(SO₄)₃  раствором Na₂CO_3. Обратить внимание на выделение пузырьков газа в некоторых пробирках. Написать уравнения реакций.

Задача

1. Получите у преподавателя колбу с 20-30 мл раствора и определите его рН первым методом индикаторов. Начинать определение надо с применением индикатора, меняющего окраску в нейтральной или близкой к нейтральной среде: фенолфталеин, паранитрофенол. Это сразу позволит определить, в кислой или щелочной области лежит рН раствора, и сократит число необходимых для определения рН индикаторов.

2. Определить рН раствора методом индикаторов с помощью универсального индикатора.

Показать результаты преподавателю.

Работа №6. Примеры окислительно-восстановительных реакций

В работе предлагается провести ряд окислительно-восстановительных реакций и объяснить, почему они происходят и какие продукты в результате образуются. О полученных продуктах реакции следует делать заключение на основании собственных наблюдений.

Объяснить реакцию – значит сделать следующее:

а) Определить окислитель и восстановитель.

б) Найти продукты окисления и восстановления.

в) На основании таблицы восстановительных потенциалов доказать, что реакция возможна, или, если реакция протекает в нестандартных условиях, что изменение потенциала таково, что реакция становится возможной.

 

Внимание!  Реакции 1 - 4 Для обнаружения выделяющихся в ходе реакций галогенов, следует приливать ~ 1мл раствора четырехлористого углерода – CCl4. Путем экстрагирования (интенсивное перемешивание, встряхивание) перевести галоген в органический слой - CCl4. Окраска I2 в слое CCl4 - от розовой до фиолетовой. Окраска Br2 в слое CCl4 - от желто-оранжевой до коричневой.

 

 

1. Налить в пробирку 1-2 мл раствора KСlO₃ и затем добавить раствор KI, прилить раствор CCl₄. Подождать 2 мин. Осторожно добавить в пробирку несколько капель концентрированной серной кислоты. Отметить изменение окраски раствора. Объяснить происходящее и написать уравнение реакции. Опыт проводить в вытяжном шкафу!

2. Налить в пробирку около 1 мл раствора KI, затем добавить 2-3 капли хлорной воды. Отметить цвет раствора, прилить CCl_4. К образовавшемуся темному раствору добавить избыток хлорной воды. Что происходит? Напишите уравнения реакций. Опыт проводить в вытяжном шкафу!

3. Налить в пробирку примерно 1 мл раствора KI, затем добавить 2-3 капли бромной воды, прилить CCl₄. Отметить изменение цвета раствора. К полученному раствору добавить примерно 1 мл раствора NaOH. Объяснить происходящее, написать уравнения реакций. Опыт проводить в вытяжном шкафу!

4. К 1-2 мл раствора KBrO₃ добавить 1 мл раствора KI. Подождать несколько минут. Происходят ли какие-либо изменения с раствором? Повторить опыт, предварительно подкислив раствор несколькими каплями азотной кислоты. Докажите выделение брома, прилив в пробирку CCl₄. Объясните происходящее и напишите уравнения реакций. Опыт проводить в вытяжном шкафу!

5. К 1 мл раствора нитрата свинца добавить немного раствора сульфида натрия – Na₂S. Образовавшийся осадок PbS обработать раствором пероксида водорода. Что происходит и почему? Продукты реакции сливать в вытяжном шкафу!

6. К 2-3 мл раствора пероксида водорода добавить такое же количество разбавленного (до розового цвета) раствора перманганата калия. Наблюдать происходящее. Написать уравнение реакции, учитывая, что готовая H₂O₂ содержит следы H₃PO₄ . Что будет происходить при добавлении избытка перманганата калия?

7. К 1 мл раствора хлорида сурьмы(III) добавить 3-4 мл раствора сульфида натрия– Na₂S. К выпавшему осадку добавить несколько миллилитров концентрированной азотной кислоты и слегка подогреть. Объяснить происходящее и написать уравнения реакций. Опыт проводить в вытяжном шкафу!

8. К 1-2 мл подкисленного раствора FeSO₄ добавить несколько капель раствора KMnO₄. Доказать образование в растворе ионов трехвалентного железа. Написать уравнения реакций.

9. К 1 мл раствора KMnO₄ добавить 1 мл раствора NaOH, а затем раствор Na₂SO₃. Отметить происходящее и, учитывая пункты 9-11, сделать вывод о влиянии кислотности среды на протекание реакции восстановления KMnO₄.

10. К 1-2 мл раствора сульфата марганца(II) добавлять по каплям раствор перманганата калия. Что наблюдается? Написать уравнение реакции.

11.К 1 мл раствора K₂Cr₂O₇ добавить 2-3 мл концентрированной HCl, раствор подогреть. Докажите выделение Cl₂. К 1 мл раствора K₂Cr₂O₇ добавить 1-2 мл раствора Na₂SO₃ и затем HCl. Выделяется ли хлор в этом случае? Объясните происходящее с использованием восстановительных потенциалов. Опыт проводить в вытяжном шкафу!

12. К 1 мл раствора K₂Cr₂O₇ добавить 1-2 мл раствора Na₂S. Наблюдать появление серы. Объяснить, почему окисление сульфид-иона идет в данном случае только до свободной серы. Написать уравнение реакции.

Работа №7. Химия элементов.

ЭЛЕМЕНТЫ  VII  ГРУППЫ

Все опыты с хлором и бромом следует обязательно производить в вытяжном шкафу. Помните, что обращение с бромом требует большой осторожности. Попадая на кожу, жидкий бром причиняет сильные ожоги. Пары брома разрушающе действуют на слизистые оболочки.

1. Получить хлор взаимодействием перманганата калия с концентрированной соляной кислотой. Для этого в колбу Вюрца насыпать 10 - 20 г перманганата калия, налить в капельную воронку концентрированной соляной кислоты и медленно, по каплям добавлять ее к перманганату калия. Получив хлор, заполнить им сухую пробирку. Взять на кончик шпателя немного красного фосфора и стряхнуть его в пробирку с хлором. Что наблюдается?

2. В пробирку с водой бросить кристаллик йода и сильно взболтать. Часть полученного раствора перелить в другую пробирку и подействовать раствором крахмала. Отметить окраску. К воде, с находящимся в ней кристалликом йода, прибавить несколько кристалликов иодида калия. Что происходит?

3. (Тяга). Насыпать небольшие количества хлорида калия, бромида калия и иодида калия в три разные пробирки. Во все пробирки осторожно прилить по несколько капель концентрированной серной кислоты. Отметить цвет выделяющихся паров. В третьей пробирке очень осторожно исследовать запах. На основании наблюдений сопоставить восстановительную способность галогеноводородов.

4. Налить небольшое количество растворов иодида калия в одну пробирку, бромида калия в другую хлорида калия в третью и фторида калия в четвертую. Во все четыре пробирки прибавить 2-3 капли раствора нитрата серебра. Отметить цвет образующихся осадков. Можно ли теперь по цвету осадков определить, какой галогенид образуется?

5. Исследовать окислительное и белящее действие хлорной воды. Для этого нанести при помощи стеклянной палочки несколько капель хлорной воды на кусочек окрашенной ткани и на надписи, сделанные чернилами на бумаге. Что наблюдается? Подкрасить воду в пробирке раствором индиго и по каплям прибавить хлорную воду, пока не наступит обесцвечивание.

6. В пробирку налить воды (не более четверти пробирки), прибавить 2-3 капли раствора иодида калия, несколько капель хлорной воды и немного четыреххлористого углерода. Смесь сильно взболтать и отметить окраску четыреххлористого углерода. Затем понемногу, сильно взбалтывая, приливать хлорную воду до полного обесцвечивания раствора. Детально разобрать протекающую при этом реакцию.

ЭЛЕМЕНТЫ  VI  ГРУППЫ

1. Получить в стаканчике раствор сернистого газа в воде. Для этого насытить воду сернистым газом, который получается при действии концентрированной соляной кислоты на сульфит натрия (установка в вытяжном шкафу). Раствор разлить в пять пробирок. В одну добавить каплю фуксина. После исчезновения окраски раствор нагреть. Объясните результат.

Следующие три пробирки подкислить соляной кислотой. В одну прилить немного раствора хлористого бария. В другую - несколько капель пероксида водорода и хлористого бария, в третью - несколько капель хлорной воды и тоже хлористого бария. Сравнить полученные осадки. Зачем потребовалось прибавление соляной кислоты? В пятую пробирку добавить сероводородной воды. Что наблюдается?

2. На куске бумаги острой лучинкой написать что-либо разбавленной серной кислотой. Просушить осторожно бумагу над пламенем горелки. Что наблюдается?

3. К раствору тиосульфата натрия добавить несколько капель хлорной воды. Доказать присутствие сульфат-ионов в растворе.

4. Исследовать действие сероводорода на растворы солей меди, кадмия, цинка, свинца, кальция, железа (II), марганца. Подействовать на эти растворы сероводородной водой. Отметить образование и цвет осадков. Полученные осадки сливать в специальную емкость в тяге!

5. В раствор, содержащий следы соли двухвалентного марганца добавить 1-2 мл азотной кислоты (1:1) и 1-2 капли раствора нитрата серебра. Затем прибавить щепотку пероксодисульфата калия и нагреть до кипения. Наблюдать окисление иона Mn²⁺.

ЭЛЕМЕНТЫ V  ГРУППЫ

1. В три пробирки поместить по кусочку цинка и налить в первую - несколько миллилитров концентрированной азотной кислоты, во вторую - азотную кислоту (1:1), в третью - 2 н азотную кислоту. Вторую пробирку отставить на 30 минут, третью примерно на 10 минут, время от времени взбалтывая их. Доказать в обеих пробирках присутствие катиона аммония с помощью реактива Несслера.

2. В две пробирки поместить по несколько стружек меди и прибавить в первую пробирку несколько миллилитров концентрированной азотной кислоты, а во вторую - несколько миллилитров 2 н азотной кислоты. Отметить происходящее

3. К небольшому количеству стружек алюминия прилить 1-2 мл концентрированного раствора щелочи и немного раствора нитрата калия (или натрия). Доказать присутствие аммиака в выделяющихся газах.

4. С раствором нитрита калия проделать следующее:

а) к части раствора прилить маленькими порциями подкисленный разбавленной серной кислотой раствор перманганата калия;

б) к другой части раствора прилить 1-2 капли раствора иодида калия, крахмала и несколько капель разбавленной серной кислоты;

в) налить в пробирку небольшое количество раствора нитрита натрия, подкислить разбавленной серной кислотой и добавить немного раствора соли двухвалентного железа. Доказать появление в растворе иона Fe (III);

г) к концентрированному раствору нитрита добавить разбавленную серную кислоту. Обратить внимание на цвет жидкости и выделение оксидов азота.

5. (ТЯГА!) Небольшое количество красного фосфора (объемом с горошину) положить на огнеупорную пластинку, например, керамическую плитку. Фосфор зажечь. Как только фосфор загорится, накрыть его большой воронкой, под край которой подложить спичку для доступа воздуха. Наблюдать горение фосфора и образование белого дыма - фосфорного ангидрида. Когда горение фосфора закончится, осмотреть воронку с осевшим на ее стенках твердым фосфорным ангидридом. Вставить воронку в кольцо штатива и оставить на некоторое время. Обратить внимание на быстрое расплывание фосфорного ангидрида на стенках воронки.

Под воронку с расплывшимся фосфорным ангидридом поставить небольшую колбу. Расплывшийся фосфорный ангидрид смыть с воронки в колбу возможно малым количеством воды (10-15 мл). Испытать реакцию полученного раствора индикатором.

6. К раствору хлорида сурьмы (III), налитому в пробирку, приливать по каплям раствор едкого натра до образования осадка. Полученный осадок разделить на две части. Одну часть обработать соляной кислотой, другую - раствором щелочи.

7. Гидролиз хлорида сурьмы. На раствор хлорида сурьмы, налитый в маленький стаканчик так, чтобы было покрыто только его дно, подействовать небольшим количеством воды. Образующийся осадок растворить в нескольких каплях крепкой соляной кислоты. После этого можно снова произвести осаждение водой и растворение осадка в соляной кислоте. Если объем стаканчика достаточно велик, эту операцию можно проделать много раз.

8. К раствору нитрата висмута прилить раствор едкого натра. Исследовать растворимость осадка в избытке щелочи и в кислоте. Сравнить результат с полученным результатом в аналогичных реакциях с сурьмой.

9. Взять в пробирку небольшое количество (с горошину) висмутата натрия, прилить несколько миллилитров раствора азотной кислоты и 1-2 капли раствора сульфата марганца. Перемешать раствор и наблюдать окисление марганца (II).

ЭЛЕМЕНТЫ IV  ГРУППЫ

КРЕМНИЙ

1. (ТЯГА!) К порошку кремния прилить 2-3 мл концентрированной щелочи. Наблюдать выделение газа и постепенное растворение кремния. Учитывая эту возможность, следует ввести обработку щелочью в вытяжном шкафу.

2. "Силикатный сад". Налить в стакан 20%-ный раствор растворимого стекла. На дно стакана бросить кристаллики различных солей. Подходящими для этого опыта являются сульфаты меди, никеля, кобальта, марганца и хлорид железа (III). Через некоторое время начинается заметное изменение формы кристалликов. На их месте постепенно появляются причудливые образования, напоминающие деревья, окраска которых отвечает цвету взятой соли. причина этого - образование на поверхности кристалликов полупроницаемой пленки из нерастворимого в воде силиката данного металла.

3. Гель кремниевой кислоты. В широкую пробирку налить немного (примерно 10 мл) 10%-ного раствора силиката натрия (растворимого стекла), после чего по каплям добавить раствор соляной кислоты (1:3). Добавляя кислоту, раствор все время перемешивать стеклянной палочкой. Как только появится легкая опалесценция раствора, добавление кислоты и перемешивание раствора прекратить. Через короткий промежуток времени наблюдать образование студня кремниевой кислоты.

ОЛОВО

1. Взять три пробирки, положить в каждую 1-2 маленьких (со спичечную головку) кусочка олова и подействовать на них кислотами: соляной - разбавленной и концентрированной, азотной - разбавленной (без нагревания). Через несколько минут (реакция идет медленно) доказать присутствие в азотнокислом растворе иона аммония.

СВИНЕЦ

1. На небольшие количества металлического свинца подействовать в отдельных пробирках разбавленными и концентрированными кислотами: соляной, серной, азотной. Реакции проводить при комнатной температуре и нагревании. (ТЯГА!) При проведении реакции с концентрированной азотной кислотой обратить внимание на появление осадка соли труднорастворимой в азотной кислоте, но легко растворимой в воде.

2. Налить в пробирку раствор ацетата свинца (II), добавить во избежание гидролиза несколько капель уксусной кислоты и бросить туда кусочек цинка. Наблюдать вытеснение свинца цинком.

3. Раствор нитрата свинца разлить в несколько пробирок подействовать растворами, содержащими хлорид-, сульфат-, иодид-, хромат-ионы. Небольшое количество полученного осадка иодида свинца (II) растворить в кипящей воде. При охлаждении раствора наблюдать выпадение красивых кристалликов, характерных для иодида свинца.

ЭЛЕМЕНТЫ III  ГРУППЫ

БОР

1. К концентрированному раствору буры в пробирке осторожно прибавить несколько миллилитров концентрированной серной кислоты. Раствор охладить под струей воды. Наблюдать выпадение кристаллов борной кислоты. Испытать реакцию раствора борной кислоты на лакмус.

2. Качественная реакция на борную кислоту. В анализе для открытия бора пользуются способностью его соединений окрашивать пламя в зеленый цвет. В фарфоровый тигель поместить немного сухой буры. В тот же тигель налить 2-3 мл этилового спирта и столько же концентрированной серной кислоты. Перемешать стеклянной палочкой смесь в тигле и зажечь спирт. Наблюдать зеленую окраску пламени. Основная реакция этого опыта заключается в образовании летучего борноэтилового эфира, присутствие которого в горячих парах определяет зеленую окраску пламени.

АЛЮМИНИЙ

1. Насыпать в пробирку небольшое количество алюминиевых стружек, подействовать на них дистиллированной водой (наблюдается ли разложение воды?). В туже пробирку добавлять постепенно по каплям концентрированную соляную кислоту до начала реакции.

2. Подействовать на алюминиевые стружки раствором едкого натра. Если при комнатной температуре реакция будет малоинтенсивной - осторожно нагреть. Если после этого будет происходить сильное вспенивание, охладить пробирку под струей холодной воды. Поджечь выделяющийся газ. (Осторожно! Следите, чтобы брызги едкого натра не попали в глаза!)