Дослід 7. Добування сірчаної кислоти та її солей

(Добування сірчаної кислоти контактним способом)

Рис.11. Прилад для добування сірчаної кислоти контактним способом

Прилад, який використовується в цьому досліді (рис. 11), складається з колби Вюрца з краплинною лійкою для добування оксиду сірки(IV), газометру з киснем, тришийкової склянки з концентрованою сірчаною кислотою для осушення газів та їх змішення, тугоплавкої скляної трубки-реактора з каталізатором, пробірки-приймача, вставленої в товстостінний стакан з охолоджуючою сумішшю і колби з розчином лугу для поглинання того SO₃, що не розчинився. Газометр (1) заповніть киснем (замість кисню можна застосувати повітря). Колбу (2) закріпіть у штативі та помістіть до неї 10-15 г мідних стружок. До краплинної лійки налийте концентрованої сірчаної кислоти. Газометр (1) та колбу (2) з’єднайте за допомогою гумових трубок з промивною склянкою (3), до якої налийте трохи концентрованої сірчаної кислоти. До трубки-реактору (4) діаметром 1,5-2,0 см і завдовжки 15-20 см помістіть каталізатор – свіжоприготований оксид хрому(III). Каталізатором заповнюють трубку так: кладуть пухкий тампон азбесту та на нього насипають каталізатор. Трубку з обох боків закривають пробками з газовідвідними трубками. Одну трубку з’єднайте з промивною склянкою (3). Газовідвідну трубку з іншого кінця реактора опустіть у пробірку-приймач (5). Приймач закрийте пробкою з двома газовідвідними трубками та помістіть у банку з охолоджувальною сумішшю. Другу відвідну трубку приймача помістіть у колбу (7) з розчином лугу. Коли прилад зібраний, перевірте його герметичність. Потім обережно нагрійте трубку з каталізатором. У колбі (2) добудьте оксид сірки(IV). Для цього з краплинної лійки (6) додайте до мідних стружок концентровану сірчану кислоту та обережно нагрійте на піщаній бані. Включіть струм кисню (або повітря) з газометра. Відрегулюйте струм кисню та оксиду сірки(IV) так, щоб у промивній склянці (3) можна було рахувати бульбашки газів, що виходять з трубок.

· Яким повинне бути співвідношення об’ємів оксиду сірки(IV) та кисню (або повітря) при добуванні оксиду сірки(VI)?

Спостерігайте утворення у приймачі оксиду сірки(VI) у вигляді білого диму. Коли у пробірці-приймачі збереться 1-2 мл рідини або шовковистих кристалів, вийміть з приймача газовідвідну трубку та опустіть її до стакану з холодною водою. Чи добре оксид сірки(VI) розчиняється у воді? Порівняйте розчинність добутого оксиду сірки(VI) у воді та концентрованій сірчаній кислоті. Для цього газовідвідну трубку опустіть у стакан з концентрованою сірчаною кислотою. Що спостерігається? Напишіть рівняння реакцій.

Дослід 8. Властивості сірчаної кислоти та її солей

Дегідратуючі властивості концентрованої сірчаної кислоти. а) Дія сір­чаної кислоти на клітковину.Скляною паличкою, змоченою розчином розбавленої сірчаної кислоти, напишіть що-небудь на аркуші білого паперу, а потім підсушіть папір над полум’ям пальника. Поясніть перебіг реакції, маючи на увазі, що загальна формула клітковини (С₆Н₁₀О₅)_х. Напишіть рівняння реакцій.

б) Дія сірчаної кислоти на цукор (груповий дослід). До хімічного стакану (на 50-100 мл) помістіть 5-6 г цукрової пудри, додайте 0,5-1,0 мл води та 4-5 мл концентрованої сірчаної кислоти. Розмішайте скляною паличкою та спостерігайте за тим, що відбувається. На які властивості сірчаної кислоти указує виконаний дослід?

Взаємодія концентрованої сірчаної кислоти з неметалами. До двох пробірок налийте по 0,5-1,0 мл концентрованої сірчаної кислоти, внесіть до однієї з них невеликий шматочок сірки, до іншої - вугілля та обережно нагрійте (дослід проводити під тягою). Що відбувається? Напишіть рівняння реакцій.

Дія концентрованої сірчаної кислоти на метали. До пробірки покладіть шматочок мідної стружки, додайте 0,5-1,0 мл концентрованої сірчаної кислоти та обережно нагрійте. Який газ виділяється? Після закінчення досліду, коли пробірка остигне, відлийте розчин до іншої пробірки з водою. Відзначте колір розчину та зробіть висновок про те, які іони присутні в розчині. Напишіть рівняння реакції.

До пробірки покладіть шматочок цинку, додайте концентрованої сірчаної кислоти та обережно нагрійте. По запаху визначте, який газ виділяється (обережно!). Продовжуйте нагрівання. Чому відбувається помутніння розчину? Вміст пробірки підігрійте сильніше. Виявіть виділення сірководню. Для цього фільтрувальний папір, змочений розчином солі свинцю, потримайте над отвором пробірки. Як зміниться колір паперу? Напишіть рівняння реакцій взаємодії цинку з концентрованою сірчаною кислотою, що відрізняються продуктами відновлення H₂SO₄.

Поясніть різницю у дії концентрованої сірчаної кислоти на цинк та мідь, використовуючи дані таблиці нормальних електродних потенціалів (див. довідники). У чому принципова відмінність цих реакцій від реакцій взаємодії розбавленої сірчаної кислоти з металами?

Якісна реакція на іон SO₄^2-. Користуючись таблицями розчинності солей, встановіть, які катіони можуть бути реактивами на іон SO₄^2-. Проведіть відповідні реакції, відзначте колір та вигляд осадів. Дослідіть відношення добутих осадів до соляної кислоти. Порівняйте дію HCl або HNO₃ на BaSO₃ та BaSO₄. Напишіть рівняння реакцій.

Термічна стійкість сульфатів. а) До маленької фарфорової чашки або тиглю помістіть 0,5-1,0 г гідросульфату натрію. Спочатку обережно нагрійте, а потім сильно прожарте. Які сполуки при цьому утворюються? Напишіть рівняння реакцій.

б) Помістіть до довгої пробірки трохи залізного купоросу та закріпіть її у штативі у горизонтальному положенні з незначним нахилом у бік отвору. Підставте під отвір другу пробірку та закріпіть у штативі у вертикальному положенні. Нагрійте узяту речовину спочатку обережно, а потім сильно прожарте. Залізний купорос спочатку виділяє кристалізаційну воду, при 300 ^оС розкладається з утворенням Fe₂OSO₄ та SO₃, а при 700 ^оС – з утворенням Fe₂O₃, SO₂ та O₂. Після закінчення реакції випробуйте зібрану рідину синім лакмусовим папером та розчином BaCl₂. Напишіть рівняння реакцій.

Дослід 9. Добування та властивості тіосульфату натрію

Добування тіосульфату натрію. Розчиніть у колбі при нагріванні 3,5 г сульфіту натрію у 20 мл води. Внесіть до колби 2,5 г сірки, заздалегідь змоченого спиртом, нагрійте суміш до кипіння. Прокип’ятивши її на малому полум’ї пальника 10-15 мін (якщо процес закінчився, то реакція розчину на лакмус буде нейтральною), відфільтруйте гарячий розчин від надлишку сірки та упарте його на водяній бані до початку кристалізації. Потім охолодіть розчин снігом або льодом і кристали, що випали, відфільтруйте на лійці Бюхнера. Лійку перекиньте на листок чистого фільтрувального паперу і залиште кристали на повітрі на 10-15 хв, зрідка перемішуючи їх скляною паличкою. Якщо кристали сухі, то вони не прилипають до скляної палички. Добуті сухі кристали Na₂S₂O₃ зважте та визначте вихід Na₂S₂O₃ (у %) від теоретично можливого. Напишіть рівняння реакції.

Властивості тіосульфату натрію. а) Налийте до пробірки 0,5-1,0 мл розчину Na₂S₂O₃ та додайте краплями хлорну воду до появи осаду сірки, а потім додайте надлишок хлорної води. Напишіть рівняння реакції.

· Чому тіосульфат називають «анти-хлором»?

б) До розчину тіосульфату натрію додайте трохи йодної води. Чому зникає забарвлення йоду? Напишіть рівняння реакції між тіосульфатом натрію та йодом з утворенням тетратіонату натрію Na₂S₄O₆.

в) Покладіть до фарфорового тиглю кілька кристалів тіосульфату натрію та обережно нагрійте. Після видалення всієї кристалізаційної води сильно прожарте сіль. Після охолодження вміст тиглю розчиніть у воді та доведіть, які речовини утворилися при розкладі тіосульфату натрію. Напишіть рівняння реакцій.

г) До розчину тіосульфату натрію додайте трохи розчину соляної кислоти. Що спостерігається? Напишіть рівняння реакції.

Дослід 10. Добування та властивості солей пероксодисірчаної кислоти

а) Налийте до фарфорової чашки насичені при 0 ^оС розчини сульфату калію (об’ємом 24 мл) та персульфату амонію (об’ємом 4 мл). Що спосте­рігається? Охолодіть чашку льодом та профільтруйте холодний розчин на лійці Бюхнера. Кристали висушіть між аркушами фільтрувального паперу, а потім на повітрі. Використайте добуті кристали для подальшої роботи. При поясненні результатів досліду врахуйте те, що у воді масою 100 г розчиняється при 0 ^оС: сульфату калію 7,33 г, персульфату амонію – 58 г, персульфату калію – 1,8 г. Напишіть рівняння реакції.

б) Помістіть до пробірки невелику кількість кристалів персульфату калію та нагрійте їх. Внесіть до пробірки тліючу скіпку. Що спостерігається? Напишіть рівняння реакції.

в) Налийте до пробірки 1-2 мл води, 1 мл розчину їдкого натру еквівалентної концентрації 1 екв.мас/л, 1 мл розчину сульфату мангану та внесіть кілька кристалів персульфату калію. Поясніть перебіг реакції. Напишіть рівняння реакції.

г) До трьох пробірок налийте по 1-2 мл води та розчиніть у кожній по кілька кристалів персульфату калію. Розчин у другій пробірці підкисліть розбавленою сірчаною кислотою, до третьої пробірки додайте розчин їдкого натру. Потім до всіх трьох пробірок додайте розчин йодиду калію. Що спостерігається? Напишіть рівняння реакцій.

· До яких продуктів окиснюється персульфатом йодид калію у різних середовищах?

Азот

Мета роботи. Ознайомлення з добуванням та властивостями азоту, його водневих та кисневих сполук.

4.1. Контрольні питання

1. Яка речовина утворюється при пропусканні азоту над розжареним магнієм та як вона взаємодіє з водою?

2. Наведіть структурну формулу іона амонію. Назвіть донорні та акцепторні центри.

3. Яка рівновага існує у водному розчині аміаку? Як вона буде зсуватися при додаванні: кислоти, лугу, хлориду амонію?

4. Наведіть приклади реакцій термічного розкладу солей амонію летких кислот, нелетких кислот, кислот-окисників. У чому полягає відмінність термічної дисоціації від електролітичної?

5. Як взаємодіють: а) гідразин з йодом; б) гідроксиламін з йодом у лужному розчині; в) гідроксиламін з підкисленим розчином перманганату калію; г) гідроксиламін з підкисленим розчином сульфату заліза(ІІ)? Складіть рівняння реакцій і покажіть, які властивості гідразину та гідроксиламіну вони підтверджують.

6. Напишіть рівняння реакцій добування хлораміну. Які властивості має ця речовина та де її використовують?

7. У яких випадках водний розчин аміаку не можна застосовувати для кількісного осадження важкорозчинних гідроксидів? Наведіть приклади та дайте необхідні пояснен­ня.

8. Які з оксидів азоту взаємодіють з водою та розчином лугу? Напишіть рівняння реакцій.

9. Як відрізнити оксид азоту(І) від кисню?

10. Що відбувається при охолодженні оксиду азоту(IV)? Поясніть явище, яке відбувається, використовуючи принцип Ле-Шательє.

11. Закінчіть рівняння реакцій за участю солей азотистої кислоти:

K₂Cr₂O₇ + KNO₂ +H₂SO₄

KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄

KI + KNO₂ + H₂SO₄

Na₂S + NaNO₂ + H₂SO₄

Які з наведених реакцій підтверджують окисні властивості солей азотистої кислоти, а які - відновні?

12. Що відбувається при тривалому стоянні розчину нітриту калію на повітрі?

13. Які реакції відбуваються при пропусканні у водний розчин сульфату заліза(II) оксиду азоту(II), оксиду азоту(IV)? Чи впливають відносні кількості реагентів на склад продуктів реакцій?

14. Складіть рівняння реакцій окиснення сірки, фосфору, вуглецю концентрованою азотною кислотою.

15. Як взаємодіє концентрована та розбавлена азотна кислота з магнієм, залізом, сріблом? Напишіть рівняння реакцій.

16. Чому не можна зберігати концентровану азотну кислоту: а) на світлі; б) у щільно закритій склянці?

17. Складіть рівняння термічного розкладу нітрату натрію, нітрату міді(ІІ), нітрату срібла.

18. Закінчіть рівняння реакцій:

Cr₂O₃ + KNO₃ + KOH

C + KNO₃

Pb + KNO₃

Які властивості має нітрат калію?

19. Напишіть рівняння реакції гідролізу хлористого нітрозилу. До якого класу сполук належить хлористий нітрозил?

20. Чому «царська горілка» сильніший окисник, ніж азотна кислота? Складіть рівняння реакції взаємодії золота з «царською горілкою».

21. Чи відрізняється за складом газ, добутий пропускан­ням повітря, очищеного від вуглекислого газу, крізь трубку з розжареними мідними ошурками, від газу, добутого розкладом нітриту амонію? Дайте необхідні пояснення.

22. Яке середовище мають розбавлені водні розчини: а) нітрату калію, б) нітриту калію, в) нітрату амонію, г) нітриту амонію? Відповідь обґрунтуйте.

23. Необхідно розчинити наважку металу в азотній кислоті. В якому випадку витратиться менше кислоти: при використанні концентрованої чи роз­бавленої? Відповідь обгрунтуйте. Чи має значення те, який метал реагує з кисло­тою?

24. До трьох пробірок налили дуже розбавлений розчин азотної кислоти. До першої долили еквівалентну кількість розчину лугу для нейтраліза­ції кислоти, до другої - надлишок лугу. Потім до усіх трьох пробірок всипали трохи цинкового порошку. Які хімічні реакції відбуватимуться? Напишіть рівняння реакцій. Чим можна пояснити різну взаємодію речовин у виготовлених реакційних сумішах?

25. Складіть рівняння реакцій термічного розкладу нітратів мангану(II), заліза(II), амонію. Як пояснити специфічний характер перетворень цих солей при нагріванні?

Задачі

1. Скільки було взято нітриту натрію та розчину NH₄Cl з мас. часткою 25% (r = 1,07 г/см³) для добування 3,5 л азоту (t = 17°С, p = 756 мм рт.ст.)? Відповідь: 10,10 г; 29,3 мл.

2. Нітрид металу масою 0,3565 г реагує з водою. На нейтралізацію продуктів, що утворилися, витрачено 56,5 мл розчину соляної кислоти з молярною концентрацією еквіваленту 0,5 моль/л. Чим є цей нітрид – нітридом магнію чи нітридом кальцію? Відповідь: Mg₃N₂.

3. Змішані 30 г хлориду амонію та 45 г гідроксиду кальцію. Який об’єм аміаку виділиться при цьому (н.у.)? Відповідь: 12,56 л.

4. При синтезі аміаку з елементів рівноважні концентрації дорівнювали: [N₂] = 0,3 моль/л; [NH₃] = 0,4 моль/л. Визначте вихідні концентрації азоту та водню. Відповідь: 0,5 моль/л N₂ та 1,5 моль/л H₂.

5. Розчинності NН₄С1 та NaNO₂ становлять відповідно 27,1 г та 45,8 г на 100 г розчину. Визначте, скільки грамів насичених при 20°С розчи­нів солей треба змішати для добування 2 л азоту (при 101,3 кПа). Відповідь: 16,4 г розчину NН₄С1 та 12,7 г розчину NaNO₂.

6. При температурі 90°С густина оксиду азоту(IV) за воднем дорівнює 27,6. Обчисліть мольну частку (%) полімеризованого оксиду азоту(IV). Відповідь: 20%.

7. Після пропускання оксиду азоту над розжареною міддю доважка приладу становила 0,278 г. При цьому було зібрано 420 мл азоту, виміряного при 20 ⁰С і тиску 100,79 кПа. Яку формулу має цей оксид? Відповідь: N₂O.

8. Який об’єм (мл) 0,2 н розчину нітриту калію необхідний для відновлення у кислому середовищі 50 мл 0,15 н розчину перманганату калію? Відповідь: 37,5 мл.

9. Який об’єм аміаку (л), виміряний за нормальних умов, потрібний для добування розчину азотної кислоти масою 2,5 г з мас. часткою 58 %, якщо виробничі втрати аміаку становлять 7%? Відповідь: 0,55 л.

10. Який об’єм розчину сірчаної кислоти з мас. часткою 98% (r = 1,84 г/см³) необхідний для взаємодії з 35 г нітрату калію при слабкому нагріванні? Який об’єм розчину азотної кислоти з молярною концентрацією еквіваленту 2 моль/л можна виготовити з добутої азотної кислоти, враховуючи, що вихід дорівнює 100%? Відповідь: 173 мл HNO₃; 9,42 мл H₂SO₄.

11. При прожарюванні суміші нітратів цинку та магнію масою 0,575 г було одержано залишок масою 0,180 г. Визначте масу кожного нітрату у суміші. Відповідь: 0,155 г, 0,420 г.

4.3. Зразок завдання для поточного контролю

№ п/п	Задачі	Кількість балів
	Яка з вказаних речовин переважно утворюється при взаємодії цинку з надлишком розбавленої азотної кислоти? 1) NH3; 2) NO; 3) H2; 4) NH4NO3.
	Які речовини вийдуть при дії H2O на Mg3N2? 1) N2 та Mg(OH)2; 2) NH3 та MgO; 3) MgO+NO+H2; 4) NH3+Mg(OH)2.
	Скільки неспарених електронів в атомі азоту? 1) 2; 2) 3; 3) 4; 4) 5.
	Який оксид азоту можна добути прямим синтезом з елементів? 1) N2O; 2) NO; 3) N2O3; 4) NO2.
	Закінчіть рівняння реакції та визначте суму всіх коефіцієнтів правої та лівої частин рівняння: S + HNO3(конц.) ® 1) 6; 2) 11; 3) 14; 4) 16.
	Сума балів