Неорганічна хімія. Практикум. Навчальний посібник – Дніпропетровськ, 2011. – 80 с.

 

Навчальний посібник включає теоретичну та експериментальну частини основних розділів неорганічної хімії. Призначений для початкового систематичного вивчення неорганічної хімії і може слугувати навчальним посібником для студентів агрономічних спеціальностей вищих учбових закладів аграрного профілю III-IV рівнів акредитації.

 

Навчальне видання

 

 

ЧИГВІНЦЕВА Ольга Павлівна

ГОЛОВ’ЯТИНСЬКА Вікторія Вікторовна

 

 

НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ. ПРАКТИКУМ

 

Навчальний посібник

 

Підписано до друку 29.10.11. Формат 60 ´ 84

Папір офсетний. Гарнітура літературна. Друк офсетний. Умовн. друк.арк. 3,3

Тираж 500 прим. Зам. № 18.

 

 

ВСТУП

 

Дисципліна «Неорганічна хімія» складається із трьох частин, пов’яза-них між собою загальним підходом та методологією. Перша частина містить у собі матеріал стосовно основних понять і законів неорганічної хімії, а розглядає загальні закономірності протікання хімічних процесів у розчинах. Друга частина дисципліни містить теоретичний матеріал відносно умов протікання окисно-відновних процесів та властивостей комплексних сполук. У третій частині розглянуті властивості основних хімічних елементів-органогенів та біометалів, що відіграють важливу роль у розвитку системи грунт – рослина. Вивчення дисципліни передбачає засвоєння основних понять і законів хімії, розвиток сучасних поглядів на будову атома і речовини, закономірності перебігу хімічних реакцій, основні положення сучасних теорій розчинів, електролітичної дисоціації, способів вираження складу розчинів; основних прийомів виконання хімічних дослідів та математичної обробки одержаних результатів.

Навчальний посібник «Неорганічна хімія. Практикум», призначений для студентів денного відділення спеціальності «Агрономія» і складений у відповідності з типовою програмою дисципліни.

Кожний розділ практикуму розпочинається із теоретичного матеріалу, у якому максимально стисло і в доступній формі викладені основні теоретичні положення неорганічної хімії. Для більш повного вивчення дисципліни, що базується на експериментальних дослідженнях, дуже важливим є виконання лабораторного практикуму. Обдумування плану досліду, його постановка і здобування результатів експерименту виховують у студента дослідницькі навички, звичку до пошуків практичних підтверджень набутих теоретичних положень, розвиває їх хімічне мислення. Тому для закріплення теоретичних знань та отримання практичних навичок і техніки хімічного експерименту в кожному розділі посібника запропоновані лабораторні роботи. Контрольні запитання для самоконтролю, наведені в кінці кожного розділу, дозволять студенту перевірити свій рівень знань із дисципліни, а Додатки можуть бути корисними для виконання цих контрольних завдань.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ОСНОВНІ КЛАСИ НЕОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

Теоретична частина

Оксиди

Оксидами називають сполуки елементів з Оксигеном. Вони бувають солетворними (здатними утворювати солі) i несолетворними. Солетворні оксиди можуть бути основними, кислотними та амфотерними. Несолетворними оксидами є NО,СОта ін.

Основними називають оксиди, які утворюють солі під час взаємодії з кислотами або кислотними оксидами i не взаємодіють з основами або основними оксидами.

Основним оксидам відповідають основи. Наприклад:

К₂О – КОН

СаО – Са(ОН)₂

FeO – Fe(OH)₂

Xiмiчнi властивості

Основі оксиди взаємодіють:

– з водою

СаО + Н₂О → Са(ОН)₂

– з кислотами

СаО + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O

– з кислотними оксидами

ВаО + СО₂ → ВаСО₃

– з амфотерними оксидами

СаО + ZnO → CaZnO₂.

Кислотними називають оксиди, які утворюють солі під час взаємодії з основами або основними оксидами i не взаємодіють з кислотами або кислотними оксидами.

Кислотним оксидам відповідають кислоти. Наприклад:

СО₂ – Н₂СО₃

Р₂О₅ – Н₃РО₄

Xiмiчнi властивості

Кислотні оксиди взаємодіють:

– з водою

СО₂ + Н₂О → Н₂СО₃

– з основами

SО₃ + 2NaOH → Na₂SO₄ + Н₂О

– з основними оксидами

СО₂ + СаО → СаСО₃

– з амфотерними оксидами

Р₂О₅ + Аl₂О₃ → 2АlРО₄

Амфотерними називають оксиди металів, які утворюють солі під час взаємодії як з кислотами або кислотними оксидами, так i з основами чи основними оксидами.

Xiмiчнi властивості

Амфотерні оксиди взаємодіють:

– з кислотами (та кислотними оксидами)

ZnO + 2НС1 → ZnCl₂ + Н₂О

– з основами (та основними оксидами)

ZnO + 2NaOH → Na₂ZnО₂ + Н₂О.

Номенклатура оксидів

Загальна формула i валентність елемента	Назва оксиду
Е2О; N2О	Нітроген (I) оксид
ЕО;СО	Карбон (II) оксид
Е2О3; Fe2O3	Ферум (III) оксид
ЕО2;СО2	Карбон (IV) оксид
Е2О5; Р2О5	Фосфор (V) оксид
ЕО3; SO3	Сульфур (VI) оксид
Е2О7; С12О7	Хлор (VII) оксид
ЕО4; OsO4	Осмій (VIII) оксид

Основи

Основами називають сполуки, до складу яких входять катіони металу та гідроксильні групи. Інша назва основ – гідроксиди. Розчинні у воді основи називають лугами.

Xiмiчнi властивості

Основи взаємодіють:

– з кислотами (реакція нейтралізації)

NaOH + НСl → NaCl + Н₂О

Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O

– з кислотними оксидами

2NaOH + СО₂ → Na₂CO₃ + Н₂О

Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О

– з розчинами середніх i кислих солей (тільки луги)

2КОН + CuCl₂ → Cu(OH)₂↓ + 2KC1

NaOH + NaHCO₃ → Na₂CO₃ + Н₂О

– основи розкладаються під час нагрівання

Cu(OH)₂ CuO + Н₂О

2Fe(OH)₃ Fe₂O₃ + ЗН₂О

Амфотерні гідроксиди

Амфотерні гідроксиди одночасно можна розглядати i як кислоти, i як основи, тобто такі сполуки, в яких Гідроген може заміщуватись на атоми металу, а гідроксильна група – на кислотний залишок. Наприклад:

Zn(OH)₂, А1(ОН)₃, Cr(OH)₃, Sn(OH)₄, Pb(OH)₂тощо

Амфотерні гідроксиди з кислотами реагують як основи, а з основами – як кислоти

Zn(OH)₂ + H₂SO₄ → ZnSO₄ +2H₂O

Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂ZnО₂ + 2H₂O

Амфотерні гідроксиди добувають взаємодією розчину солі металу з певною кількістю лугу

ZnCl₂ + 2NaOH → Zn(OH)₂ + 2NaCl

A1₂(SO₄)₃ + 6KOH → 2A1(OH)₃ + 3K₂SO₄

Кислоти

Кислотами називають сполуки, що містять атоми Гідрогену, здатні заміщуватись на атоми металів з утворенням солей.

Кількістю атомів Гідрогену, здатних заміщуватися на атоми металів, визначається основність кислоти.

Розрізняють безоксигенові та оксигеновмісні кислоти.

Безоксигенові кислоти:

HF–флуоридна, або флуороводнева (плавикова) кислота;

НСl – хлоридна, або хлороводнева кислота;

НВг – бромідна, або бромоводнева кислота;

HJ – йодидна, або йодоводнева кислота;

HCN – ціанідна (синильна) кислота;

H₂S – сульфідна або сірководнева кислота.

Оксигеновмісні кислоти:

H₂SO₄ – сульфатна кислота (сірчана кислота);

H₂SO₃ – сульфітна кислота;

HNO₃ – нітратна кислота (азотна кислота);

HNO₂ – нітритна кислота;

Н₃РО₄ – ортофосфатна кислота;

НClO₄ – перхлоратна кислота;

НСlО₃ – хлоратна кислота;

НСlО₂ – хлоритна кислота;

НСlO – гіпохлоритна кислота;

Н₃ВО₃ – ортоборатна кислота;

H₂SiО₃ – силікатна кислота.

Хімічні властивості

Кислоти взаємодіють:

– з металами згідно з рядом електрохімічних потенціалів металів

Zn + Н₂SО₄ (розв.) → ZnSО₄ + Н₂↑

Сu + Н₂SО₄ (pозв.) ≠

Сu + 2Н₂SО₄(конц.) → СuSО₄ + SО₂↑+ 2Н₂О

– з основними та амфотерними оксидами

СuО + Н₂SО₄ → СuSО₄ + Н₂О

SnО + 2НСl → SnСl₂ + Н₂O

– з основами (реакція нейтралізації)

Сu(ОН)₂ + 2НСl → СuС1₂ + 2Н₂О

2КОН + Н₂SО₄ → К₂SО₄ + 2Н₂О

– із солями, якщо в результаті виділяється газ або випадає осад

Na₂СО₃ + 2НСl → 2NaСl + СО₂↑ + Н₂О

ВаСl₂ + Н₂SО₄ → ВаSO₄↓ + 2НСl

Солі

Солями називають продукт заміщення атомів Гідрогену у кислоті на атоми металу або гідроксильних груп у гідроксидах металів на кислотні залишки.

Солі бувають середні, кислі та основні.

Середні coлi є продуктом повного заміщення атомів Гідрогену кислоти на атоми металу NaCl, ZnSO₄, Cu(NO₃)₂.

Назви середніх солей походять від назв кислот i металів, з яких утворені солі: магній сульфат MgSO₄, натрій фосфат Na₃PO₄.

Кислі солі можна розглядати як продукт неповного заміщення атомів Гідрогену кислоти на атоми металу. Кислі солі, як правило, утворюються в разі надлишку кислоти i можуть бути перетворені на середні солі дією основи:

Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ → 2СаСО₃ + 2Н₂О

Назви кислих солей походять від назв середніх солей з додаванням слова гiдpoген- або дигiдpoген-: кальцій гідрогенкарбонат, натрій дигідрогенфосфат Са(НСО₃)₂, NaH₂PO₄

Подвійними солями називають coлi, утворені різними катіонами i одним і тим самим аніоном.

Прикладом може бути кристалогідрат калій-алюміній сульфат – алюмокалієвий галун, розгорнута формула якого K₂SO₄ • A1₂(SO₄)₃ • 24H₂O i скорочена KA1(SO₄)₂ • 12Н₂О. Утворення подвійних сульфатів (галунів) є характерним для низки тривалентних металів (Al, Cr, Fe, V тощо).

3мішаними називаються coлi, yтвopeнi одним і тим самим катіон-іном, але різними аніонами.

Наприклад, Ba(Cl)NO₃ – барій хлорид-нітрат, CaCl(OC1) – кальцій хлорид-гіпохлорит.

Xiмiчнi властивості

Cолі взаємодіють:

– з металами, згідно з рядом електрохімічних потенціалів металів

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Cu + ZnCl₂ ≠

– з основами, якщо внаслідок реакції випадає осад або виділяється газ

FeCl₃ + ЗКОН → Fe(OH)₃↓ + 3KCl

2NH₄Cl + Са(ОН)₂ → СаСl₂ + 2NH₃↑ +2H₂O

– з кислотами, якщо внаслідок реакції випадає осад або виділяється газ

FeS + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂S ↑

ВаСl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ ↓ + 2HCl

– з солями, якщо внаслідок реакції випадає осад

NaCl + AgNO₃ → NaNO₃ + AgCl ↓

ВаС1₂ + CuSO₄ → CuCl₂ + BaSO₄ ↓

Генетичний зв'язок між класами неорганічних сполук можна зобразити схемою:

 

 

1) Ca + O₂ → 2CaO

2) CaO + H₂O → Ca(OH)₂

3) S + O₂ → SO₂

4) SO₂ + H₂O → H₂SO₃

5) Ca + S → CaS

6) CaO + SO₂ → CaSO₃

7) CaO + H₂SO₃ → CaSO₃ + H₂O

8) Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O

9) Ca(OH)₂ + H₂SO₃ → CaSO₃ + 2H₂O

Експериментальна частина