Министерство сельского хозяйства


Тема: p-ЭЛЕМЕНТЫ ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ (углерод, кремний, германий, олово, свинец)



страница17/18
Дата09.05.2018
Размер2.87 Mb.
ТипСамостоятельная работа
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18
Тема: p-ЭЛЕМЕНТЫ ЧЕТВЕРТОЙ ГРУППЫ (углерод, кремний, германий, олово, свинец)

Цель работы. Получение и исследование свойств простых веществ и наиболее распространенных соединений углерода, кремния, олова и свинца.

Главную подгруппу четвертой группы периодической системы Д.И. Менделеева составляют химические элементы углерод, кремний, германий, олово и свинец. Их простые вещества и многие соединения широко используются в жизни и деятельности человека.



Углерод – основа органической химии, но и в неорганической химии его со-единения представлены достаточно полно. Изучение неорганических соединений углерода начинается с получения углекислого газа и нерастворимых карбонатов, с изучения гидролиза растворимых карбонатов.

При изучении соединений кремния особое внимание уделяют кремневой ки-слоте, так как это случай нерастворимой кислоты и гелеобразного состояния ве-щества, с которыми знакомятся студенты при изучении химии. Полезны также опыты по получению нерастворимых силикатов и гидролизу растворимых, так как они позволяют сравнить их с соответствующими соединениями углерода.

Германий и его соединения редки и в учебных целях не используются. Олово, свинец и их соединения, наоборот, широко используются в лабораторных целях. Эти металлы можно получать из растворов их солей вытеснением более ак-тивными металлами. Оксиды и гидроксиды этих металлов амфотерны.

Особое внимание заслуживают окислительно-восстановительных свойств со-единений олова и свинца. Хлорид олова (II) используется в химических лаборато-риях и для технических целей как восстановитель, а диоксид свинца – как один из самых сильных окислителей.

Элементы одной подгруппы – это в общем сходные элементы, но каждый из них обладает многими индивидуальными особенностями. Для олова и свинца отличие проявляется, в частности, при получении и растворении сульфидов: сульфиды олова SnS и SnS2 – сульфосоли, а PbS относится к сульфидам, растворимым в кислотах – окислителях. Дисульфид свинца PbS2 не существует вследствие разложения в момент образования по реакции внутримолекулярного окисления-восстановления. Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение диоксида углерода и его растворение в воде.

Собрать простейшую установку для получения диоксида углерода по рисунку. Конец газоотводной трубки опускается в стакан с водой.


https://lh5.googleusercontent.com/rh3vbzjgqywl975ewxaxmcig6v4hz8gtng50ogxauytjtp2v_1odjqbsptf36v1vh2w9iudkmoqvdo5-upxarngf3v7vxppxefk05tor9osfalvhy1o

Рис.1. Установки для получения диоксида углерода

В реакционный сосуд или положить 3 - 4 маленьких кусочка мрамора, внести 5 капель воды и 10 капель концентрированной соляной кислоты. Быстро закрыть реакционный сосуд пробкой, конец газоотводной трубки опустить в пробирку с дистиллированной водой. Пропускать газ 2 - 3 мин, после чего проверить среду полученного в пробирке раствора универсальной индикаторной бумагой.

Описать опыт. Написать схему равновесия, существующего в водном растворе диоксида углерода. Как и почему смещается это равновесие при добавлении в раствор щелочи и кислоты?



Опыт 2. Получение малорастворимых карбонатов

В трех пробирках получить карбонаты кальция, стронция и бария взаимодействием растворов соответствующих солей с карбонатом натрия. Дать растворам отстоятся и, удалить пипеткой или кусочком фильтровальной бумаги часть жидкости, добавить к осадкам по одной капле концентрированной соляной кислоты. Что наблюдается? Написать уравнения получения карбонатов и их взаимодействия с соляной кислотой в молекулярном и ионно-молекулярном виде.



Опыт 3. Гидролиз растворимого карбоната

С помощью универсальной индикаторной бумаги установить среду раствора карбонатов натрия и калия. Написать уравнения гидролиза в молекулярном и ионно-молекулярном виде и объяснить, почему в обоих случаях среда одинако-вая.



Опыт 4. Получение кремневой кислоты

К 4 - 5 каплям раствора силиката натрия добавить 6 - 7 капель 2 н. соляной кислоты. Наблюдать образование геля кремневой кислоты. Написать уравнение реакции. Объяснить, почему формула кремневой кислоты H2SiO3 является услов-ной, каков действительный состав геля кремневой кислоты?



Опыт 5. Получение малорастворимых силикатов

В три пробирки внести по 3 - 4 капли растворов хлорида бария, хлорида ни-келя(II) и сульфата меди(II). Добавить в каждую пробирку по 2 - 3 капли раствора силиката натрия. Описать опыт, написать уравнения реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде, отметить цвет осадков.



Опыт 6. Гидролиз растворимого силиката

С помощью универсальной индикаторной бумаги установить среду раствора силиката натрия. Написать уравнение гидролиза в молекулярном и ионном виде. Объяснить, почему среда раствора Na2SiO3 более щелочная, чем раствора Na2CO3.



Опыт 7. Получение свинца из раствора

В пробирку внести раствор нитрата свинца(II). В пробирку опустить по одной грануле цинка. Наблюдать появление на гранулах мелких кристалликов металлического свинца. Написать уравнения реакций и объяснить их самопроизвольное протекание. Возможно ли протекание таких реакций, если гранулы цинка заменить на медь? Сформулировать вывод.



Опыт 8. Получение и исследование основно-кислотных свойств гидроксида свинца(II)

Гидроксид свинца(II). В двух пробирках получить гидроксид свинца(II) взаимодействием раствора нитрата свинца(II) с гидроксидом аммония. Отметить цвет осадка. Растворить осадок, добавляя: в первую пробирку 2 н. азотную кислоту, а во вторую – раствор щелочи. Написать уравнения реакций получения гидроксида свинца (II) и растворения его в кислоте и щелочи в молекулярном и ионном виде.

Опыт 9. Гидролиз солей свинца(II)

Поместить в пробирку несколько кристалликов нитрата свинца и 3 - 4 капли дистиллированной воды. Размешать содержимое пробирки стеклянной палочкой до полного растворения соли. Определить рН полученного раствора с помощью универсального индикатора. Какова средf в этом растворе? Нагреть раствор в пламени спиртовки, добавить 2 - 3 капли карбо-ната натрия, снова нагреть. Наблюдать выпадение осадка основной соли свинца (PbOH)2CO3, состав которой можно также выразить формулой 2PbCO3·Pb(OH)2. В какой кислоте растворяется этот осадок? Проверить свое заключение на опыте.

Написать уравнение гидролиза нитрата свинца(II) по первой ступени. Как влияет добавление карбоната натрия на этот процесс? Происходит ли здесь взаимное усиление или взаимное ослабление гидролиза Pb(NO3)2 и Na2CO3? Написать уравнение совместного гидролиза нитрата свинца и карбоната натрия.

Опыт 11. Окислительно-восстановительные свойства соединений свинца и олова

а) Восстановление перманганата калия хлоридом олова(II). В пробирку с раствором перманганата калия добавить 2 н. соляную кислоту и раствора хлорида олова(II). Что наблюдается? Описать опыт и написать уравнение реакции. Используя стандартные значения окислительно-восстановительных потенциалов ϕ0, показать возможность протекания реакции.

б) Окисление иодида калия диоксидом свинца. В пробирку внести один мик-рошпатель диоксида свинца, 3 - 5 капель 2 н. серной кислоты и 5 - 6 капель йодида калия. Нагреть пробирку на спиртовке. Отметить изменение цвета раствора. Перенести стеклянной палочкой каплю этого раствора в пробирку с 8 - 10 капля-ми раствора крахмала. Отметить появление синей окраски раствора.

в) Окисление сульфата марганца(II) диоксидом свинца. В пробирку поместить диоксид свинца на кончике микрошпателя, добавить 6 - 8 капель 2 н. азотной кислоты и одну каплю раствора сульфата марганца(II). Содержимое пробирки прокипятить, дать раствору отстоятся. Отметить окраску полученного раствора.



Лабораторная работа 6 «Определение жесткости воды»
Цель работа - научиться определять временную, постоянную и общую жёсткость воды Большее влияние на качество воды оказывают содержащиеся в ней соли кальция, магния и железа(П), которые и обуславливают жесткость воды.
Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния и становится жесткой. Нерастворимые карбонаты металлов под действием углекислого газа и воды переходят в растворимые гидрокарбонаты и растворяются в грунтовых водах: 

МеСО3↓+СО22О=Ме(НСО3)2

Жесткая вода непригодна для многих технологических процессов. Нерастворимые соли кальция и магния осаждаются на внутренних стенках паровых котлов и трубопроводов, образуя слой накипи, который плохо проводит теплоту. Это вызывает перерасход топлива и преждевременный износ котлов. В результате перегрева котлов могут происходить аварии. В жесткой воде значительно быстрее протекает процесс коррозии. В жесткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла (мыло - натриевая или калиевая соль высших карбоновых кислот), так как образуется осадок стеарата кальция и магния: 


http://userdocs.ru/pars_docs/refs/23/22610/22610_html_2878b990.gif

Этим и объясняется незначительное пенообразование и снижение моющего действия мыла. Калиевые соли по сравнению с натриевыми солями лучше растворимы в воде и поэтому обладают более сильными моющими свойствами. При стирке белья жесткая вода ухудшает качество тканей. Ткань, впитывая нерастворимые соли, желтеет и быстро ветшает.

Жесткость воды бывает двух видов: временная и постоянная. Временная или карбонатная жесткость воды (Жк) обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция, магния и железа: Са(НСО3)2, Мg(НСО3)2, Fe(НСО3)2.
Постоянная или некарбонатная жесткость воды (Жнк) обусловлена содержанием в воде сульфатов, хлоридов, нитратов и других растворимых солей кальция и мания: СаSO4, МgSO4, СаCl2 и др. Общая жесткость воды (Жо) равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткости: 
ЖокнкРезультаты определения жесткости выражают в миллиграмм-эквивалентах или ммоль ионов магния и кальция на 1 л воды (мг-экв/л, ммоль/л). Точность определения при титровании 100 мл пробы составляет 0,05 ммоль/л, что является также и минимально определяемой концентрацией.
Измеряется общая жесткость в разных странах в своих единицах:
- ppm (или мг/литр) CaCO3;
- dH (немецкий градус жесткости) - Германия;
- f (французский градус жесткости) - Франция;
- A (американский градус жесткости) - Америка;
- мг-экв/л или ммоль/л
По величине жесткости природную воду делят на :
Очень мягкую – до 1,5 ммоль/л;
Мягкую – от 1,5 до 4 ммоль/л; 
Средней жестксти – от 4 до 8 моль/л;
жесткую – от 8 до 12 ммоль/л;
Очень жесткую – свыше 12 ммоль/л.

По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость воды должна быть не более 7 мг-экв/л. Даже при небольшой жесткости 4 мг-экв/л в системе водоснабжения и на сантехнике накапливается осадок в больших количествах. Жесткая вода негативно сказывается на здоровье человека, на работе сантехнического и котельного оборудования. Поэтому чтобы не испортить оборудование требуется умягчение воды. При повышенной жесткости воды в котлах и бойлерах умягчение воды обязательно.

.

Опыт I. Определение временной жёсткости воды



Выполнение опыта

Так как вода, содержащая гидрокарбонаты кальция и магния имеет щелочную реакцию (почему?), определение карбонатной жёсткости производятся непосредственным титрованием воды соляной кислотой в присутствии индикатора - метилового оранжевого.

Для анализа в коническую колбу отмерить с помощью мерного цилиндра 100 мл исследуемой воды. Добавить 2-3 капли индикатора метилового оранжевого.

В приготовленную заранее бюретку налить 0,1Н раствор соляной кислоты. Установить уровень на нулевое деление и по каплям приливать соляную кислоту в воду до изменения окраски раствора от жёлтой до оранжево-розовой. Определить объём израсходованной на титрование кислоты.

Титрование повторить ещё два раза, каждый раз доливая в бюретку кислоту до нулевого деления.

Результаты титрования записать в таблицу 1:

Таблица 1


№ титрования

Объем H2O

V(H2O),

мл


Объем раствораHCl

V (HCl), мл



Средний объем раствора HCl

Vсред(HCl),мл



Нормальность раствора HCl Сн(HCl),моль/л

1

100










2

100










3

100










Оформление результатов опыта

1.Написать уравнения протекающих химических реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде. Объяснить, почему вода имеет щелочную реакцию. Записать закон эквивалентов.

2. Рассчитать временную жесткость воды (Ж врем в мэкв/л) по формуле:
Сн (HCl) · V сред(HCl)

Ж врем = --------------------------------- · 1000

V(H2O)

Опыт 2. Определение общей жёсткости воды трилонометрическим методом

Метод основан на комплексонометрическом титровании исследуемой воды с применением реактива трилона Б (натриевой соли этилендиамин тетрауксусной кислоты) в присутствии индикатора эриохрома черного Т.

В присутствии ионов Са2+ и Mg2+ при pН = 7-11 индикатор за счёт образования комплексов с этими ионами приобретает характерный лилово-красный цвет.

При добавлении трилона Б эти комплексы распадаются и ионы Са2+ и Mg2+ связываются в бесцветный более прочный комплекс с трилоном Б, а раствор приобретает бледно-синюю окраску индикатора.

Изменение окраски происходит в тот момент, когда израсходуются все ионы Са2+ и Mg2+. При этом количество вступившего в реакцию трилона Б эквивалентно количеству ионов Са2+ и Mg2+ .

Выполнение опыта

Для анализа в коническую колбу отмерить 50 мл исследуемой воды и добавить 5мл аммонийного буферного раствора (NH4OH+NH4Cl) и микрошпатель индикатора эриохрома черного.

Затем 0,0IН раствором трилона Б оттитровать пробу воды до перехода лилово-красной окраски в синюю.

Титрование повторить ещё два раза.

Результаты титрования записать в таблицу 2:

Таблица 2



№ титрования

Объем H2O
V(H2O),мл

Объем раствора трилона Б,

V(трилонаБ),

мл


Средний объем раствора

трилона Б

Vсред(трилонаБ),

мл


Нормальность раствора

трилона Б

Сн(трилонаБ),

моль/л



1

50










2

50










3

50











Оформление результатов опыта:
1. Записать закон эквивалентов. Рассчитать общую жесткость воды

общая в мэкв/л) по формуле:


Сн (трилонаБ) · V сред(трилонаБ)

Ж общая = ------------------------------------------------ · 1000

V(H2O)
2.Определить по таблице 2.1 к какой группе относится анализируемая вода.
3.Рассчитать постоянную жесткость воды (Ж постоянная в мэкв/л), зная её

общую и временную жёсткость:


Ж постоянная = Ж общая - Ж врем.

Приложение

Таблица 2.1


Величина общей жесткости (мэкв/л)

Группа воды

До 2

мягкая

2...6

средней жесткости

6...10

жесткая

более10

очень жесткая



Оформление лабораторной работы в рабочей тетради
1) Название лабораторной работы

2) Опыт № 1, название опыта. Таблица 1, оформление опыта 1.

3) Опыт № 2, название опыта. Таблица 2, оформление опыта 2.

4) Конспект ответов на контрольные вопросы и задачи.


Контрольные вопросы и задачи

1. Что такое жёсткость воды, влияние жесткости воды на физиологические и биологические процессы жизнедеятельности организмов, на санитарно-бытовые свойства воды, на строительные сооружения.

2. Виды жёсткости. В каких единицах выражается жёсткость воды?

3. Как можно определить временную жёсткость воды?

4. Почему вода, обладающая временной жёсткостью, имеет щелочную реакцию?


Лабораторная работа № 7. Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ

  • Изучение влияния природы кислоты

В одну пробирку наливаем раствор соляной кислоты, а в другую – столько же уксусной (примерно одинаковой концентрации). Одновременно помещаем в них по грануле цинка. В обеих пробирках протекает реакция замещения с выделением водорода:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + 2CH3COOH = Zn(CH3CОО)2 + H2

В пробирке с уксусной кислотой водород выделяется с меньшей скоростью. Это можно объяснить тем, что уксусная кислота обладает меньшими кислотными свойствами по сравнению с соляной кислотой.



  • Изучение влияния природы металла

В две пробирки нальем одинаковое количество соляной кислоты и одновременно поместим в них по кусочку металлов разной природы: цинка и магния. Уравнения данных реакций:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

Реакция соляной кислоты с магнием протекает с большей скоростью, так как интенсивнее выделяется водород. Магний – более активный металл, чем цинк (магний стоит в ряду напряжений левее цинка). Рис. 1.



результаты опыта по взаимодействия цинка (слева) и магния (справа) с соляной кислотой

Рис. 1. Результаты опыта по взаимодействия цинка (слева) и магния (справа) с соляной кислотой



Опыт № 2. Зависимость скорости реакции от площади поверхности соприкосновения реагирующих веществ

  • Изучение влияния степени измельчения вещества (поверхности соприкосновения реагирующих веществ).

В две пробирки нальем примерно по 2 мл раствора медного купороса. Одновременно поместим в одну пробирку кусок железной проволоки, а в другую – железный порошок. В обеих пробирках протекает реакция замещения в соответствии с уравнением:

Fe + CuSO4 = FeSO+ Cu↓

О протекании реакции замещения между сульфатом меди (II) и железом можно судить по выделению из раствора вещества красно-бурого цвета – меди. Признаки реакции быстрее появились в пробирке с порошком железа, т. к. порошок железа имеет большую площадь поверхности соприкосновения с раствором медного купороса. Мы видим, что измельчение вещества приводит к повышению скорости реакции.

результаты опыта по взаимодействия железного гвоздя и железного порошка с раствором cuso4

Рис. 2. Результаты опыта по взаимодействия железного гвоздя и железного порошка с раствором CuSO4



Опыт № 3. Зависимость скорости реакции от концентрации исходных веществ

В две пробирки поместим по 2 гранулы цинка и осторожно прильем растворы уксусной кислоты: в первую пробирку – 9%-ный уксус, а во вторую – 70%-ную кислоту. Реакция протекает быстрее в той пробирке, в которой больше концентрация уксусной кислоты.



Опыт № 4. Зависимость скорости реакции от температуры

В две пробирки с соляной кислотой одинаковой концентрации добавим по 1 грануле цинка. Одну из пробирок поместим в стакан с горячей водой. Наблюдаем, что при нагревании скорость выделения водорода увеличивается. Скорость реакции зависит от температуры, при которой она проводится.



Опыт № 5. Зависимость скорости реакции от участия катализатора

На дно стакана нальем 3%-ный раствор перекиси водорода. Пероксид водорода – очень непрочное вещество и легко разлагается на воду и кислород:

2H2O2 = 2H2O + O2↑.

При обычных условиях реакция разложения пероксида водорода протекает медленно, признаков реакции (т. е. выделения пузырьков газа) мы не наблюдаем. Добавим в стакан с перекисью водорода немного черного порошка оксида марганца (IV). Наблюдаем интенсивное выделение пузырьков газа. Внесем в стакан тлеющую лучинку – она разгорается, следовательно, выделяющийся газ – кислород. Почему при внесении в стакан оксида марганца скорость реакции увеличилась? Дело в том, что оксид марганца является катализатором реакции разложения пероксида водорода. Катализатор, участвуя в реакции, ускоряет ее, но сам в ней не расходуется.



разложение пероксида водорода под действием катализатора mno2

Рис. 3. Разложение пероксида водорода под действием катализатора MnO2

 

Лабораторная работа № 8


Каталог: ebook -> umkd
umkd -> Программа дисциплины «Аграрная экология»
umkd -> Республики казахстан
umkd -> Лекция Теоретические основы стратегии экономического развития Республики Казахстан
umkd -> Республики казахстан
umkd -> Лекция часа Приборы для контроля параметров микроклимата, систем вентиляции, пылегазового режима, пылегазоулавливающих систем
umkd -> Республики казахстан
umkd -> Республики казахстан
umkd -> Учебно-методическии комплекс
umkd -> Республики казахстан
umkd -> Учебно-методический комплекс дисциплины «Основы судебно-медицинской экспертизы»


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница