Учебное пособие 800537
.pdfряду солей Mn2+, Fe2+, Ni2+? Как изменяются основные свойства при переходе от гидроокисей типа Э(ОН)2 к Э(OH)3?
Опыт 14.3. Комплексные соединения переходных элементов
Получение хлорида гексааминоникеля (II) и его свойства. Выполнение опыта. Налейте в пробирку 5 мл насыщенного
раствора сульфата никеля, а затем при энергичном перемешивании концентрированный раствор аммиака, насыщенный хлоридом аммония. До образования обильного осадка. Раствор над осадком слейте. К осадку прилейте 10 мл дистиллированной воды. Объясните наблюдаемое явление. В пробирку с раствором добавьте несколько капель концентрированной азотной кислоты. Как при этом изменяется окраска раствора? Какой ион окрашен в этот цвет? Охарактеризуйте отношение комплексов к воде и сильным кислотам. Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения происходящих реакций.
Опыт 14.4. Окислительно-восстановительные свойства соединений, содержащих переходные металлы в различных
степенях окисления
а) Окислительные свойства соединений, содержащих d- элементы в высшей степени окисления
Выполнение опыта. К 3 мл насыщенного раствора ванадата аммония добавьте 1-2 мл концентрированной соляной кислоты и 1-2 кусочка цинка. Наблюдайте последовательное изменение окраски раствора: желтая – зеленая – голубая – сиреневая ( VO3- -желтая, VO2+ – зеленая, V3+ – голубая, V2+ – сиреневая). Напишите молекулярные и электронно-ионные уравнения последовательного восстановления соединений пятивалентного ванадия.
б) Восстановительные свойства соединений, содержащих d-эле- мент в низшей степени окисления
Выполнение опыта. Половину сиреневого раствора, полученного в опыте 13.4а, перелейте в пробирку и прилейте по каплям разбавленный раствор перманганата калия. Какие изменения раствора вы наблюдаете? Чем они объясняются? Напишите молекулярные и элек- тронно-ионные уравнения происходящих реакций. Ко второй половине сиреневатого раствора прилейте по каплям раствор бихромата
91
калия. Наблюдайте изменение окраски раствора. Запишите молекулярные и электронно-ионные уравнения происходящих процессов.
в) Взаимодействие соединений d-элементов с различными степенями окисления.
Выполнение опыта. К 5 мл раствора сульфата марганца прибавьте равный объем перманганата калия. Наблюдайте изменение окраски. Запишите молекулярное и электронно-ионное уравнения реакций, имея в виду, что продуктом реакции является MnO2 (бурый осадок). Сделайте обобщающий вывод об окислительно-восстано- вительных свойствах соединений d-элементов.
Контрольные вопросы и задачи
1.Каковы особенности электронной структуры атомов d- элементов и положения их в периодической системе элементов?
2.Объясните общую закономерность изменения химических свойств переходных металлов в периодах и группах.
3.В чем состоит влияние оксидных пленок на химическую активность переходных металлов? Приведите примеры технически важных металлов, обладающих ярко выраженной склонностью к пассивированию.
4.Каковы степени окисления d-элементов? Рассмотрите возможные валентные состояния по группам периодической системы, выделите наиболее устойчивые.
5.Охарактеризуйте оксиды и гидроокиси переходных металлов. Как влияет изменение степени окисления d- элементов на свойства их оксидов и гидроокисей?
6.Охарактеризуйте комплексообразующие свойства переходных металлов, химическую связь в комплексных соединениях.
7.Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляют соединения d-элементов? Для каких соединений характерны только окислительные свойства? Может ли одно и то же соединение d-элемента проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? Приведите примеры.
92
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основной целью лабораторного практикума является более глубокое изучение студентами курса общей химии, с использованием знаний, полученных при выполнении химических опытов, имеющих практическое применение в химических и электрохимических процессах, значимых для его будущей специальности.
Краткая теоретическая часть по изучаемой теме, представленная перед описанием опытов, позволит осознанно проводить эксперимент, освоить основные законы химии.
При проведении опытов студент должен освоить материал данной темы последовательно, начиная с цели проведения эксперимента, постановки задачи, техники выполнения опытов, умения пользоваться некоторыми приборами (термостат, рН-метр, потенциометр и др.). При изучении электрохимических тем (гальванические элементы, электролиз, коррозия и защита металлов) студент должен уметь составлять электрохимические схемы и, используя их, проводить эксперимент. После проведения опытов студент должен суметь обрабатывать полученные результаты, которые могут быть представлены в виде графиков и таблиц, вычислить ошибки эксперимента и правильно составить отчет по проделанной работе, включая основные выводы.
Для контроля полученных знаний в конце каждой лабораторной работы представлены вопросы для самоподготовки, включая задачи по изучаемой теме.
93
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Глинка, Н. Л. Общая химия: учебник для бакалавров [Текст] / Под ред. В. А. Попкова, А. В. Бабкова. – М.: Юрайт, 2012. – 898 с.
2.Коровин, Н. В. Общая химия учебник [Текст] / Н. В. Коровин.
–М.: Высшая школа, 2007. – 558 с.
3.Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии [Текст] / Под ред. В. А. Рабиновича, Х. М. Рубиной. – М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС,
2013. – 240 с.
4.Спиридонов, Б. А. Курс общей химии: учеб. пособие [Текст] / Б. А. Спиридонов. – Воронеж: ГОУВПО ВГТУ, 2008. – 185 с.
94
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Давление насыщенного водяного пара (мм рт. ст.), представленное при различных температурах (в град. К)
Температура |
Давление |
Температура |
Давление |
288 |
12,79 |
296 |
21,07 |
289 |
13,63 |
297 |
22,38 |
290 |
14,53 |
298 |
23,76 |
291 |
15,48 |
299 |
25,21 |
292 |
16,48 |
300 |
26,74 |
293 |
17,54 |
301 |
28,35 |
294 |
18,65 |
302 |
30,04 |
295 |
19,83 |
303 |
31,82 |
95
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Стандартные энтальпии образования ∆Н0298, абсолютные энтропии S0298 и изобарные потенциалы образования ∆G0298 некоторых веществ
Вещество |
∆Н0298, |
S0298, |
∆G0298, |
|
|
|
|
Аl2O3(т) |
-1676,0 |
50,9 |
-1582,0 |
|
|
|
|
СН4(г) |
-74,9 |
186,2 |
-50,8 |
|
|
|
|
С2Н2(г) |
226,8 |
200,8 |
209,2 |
|
|
|
|
СО(г) |
-110,5 |
197,5 |
-137, 1 |
|
|
|
|
СО2 (г) |
-393,5 |
213,7 |
-394,4 |
СаСОз(т) |
-1207 |
88,7 |
-1127,7 |
CаО(т) |
-635,5 |
39,7 |
-604,2 |
|
|
|
|
MgCО3 |
-1096,2 |
65,69 |
-1029,3 |
Н2О(г) |
-241,8 |
188,7 |
-228,6 |
Н2О(ж) |
-285,8 |
70,1 |
-237,3 |
|
|
|
|
Вещество |
∆Н0298, |
S0298, |
∆G0298, |
|
|
|
|
CuO(т) |
-162,0 |
42,6 |
-129,9 |
H2S(r) |
-21,0 |
205,7 |
-33,8 |
MgO(k) |
-601,8 |
26,9 |
-569,6 |
|
|
|
|
PbO(k) |
-219,3 |
66,1 |
-189, 1 |
|
|
|
|
TiО2(k) |
-943,9 |
50,3 |
-888,6 |
WО3(k) |
-842,7 |
75,9 |
-763,9 |
|
|
|
|
ZnO(k) |
-350,6 |
43,6 |
-320,7 |
|
|
|
|
96
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Стандартные электродные потенциалы некоторых окислительновосстановительных систем
Окисленная форма |
Число ē |
Восстановленная |
E°, B |
|||||
|
|
|
форма |
|
||||
|
F2 |
2ē |
|
|
2F ‾ |
+2,87 |
||
МnО4- + 8Н+ |
5ē |
Mn2+ + 4H2О |
+1,51 |
|||||
|
С12 |
2ē |
|
|
2СI ‾ |
+ 1,35 |
||
Сг2О72- + 14Н+ |
6ē |
2Cr3+ + 7H2О |
+1,33 |
|||||
МnО2 + 4Н+ |
2ē |
Mn2+ + 2H2О |
+1,23 |
|||||
O2 + 2H+ |
4ē |
|
|
2H2О |
+1,23 |
|||
|
Вr2 |
2ē |
|
|
2Br‾ |
+1,09 |
||
NО- + 4H+ |
3ē |
NO+ H О |
+0,96 |
|||||
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
NО-3 + 2H+ |
1ē |
NО2 + H2О |
+0,78 |
|||||
|
Fe3+ |
1ē |
|
|
Fe2+ |
+0,77 |
||
MnО4- + 2H2О |
3ē |
MnО42- + 4OН‾ |
+0,59 |
|||||
|
Mn04- |
1ē |
|
|
MnО42- |
+0,56 |
||
СlO4- + 4 H2О |
8ē |
Cl- + 8OH- |
+0,56 |
|||||
Окисленная форма |
Чис- |
Восстановленная |
Е0, В |
|||||
|
|
ло ē |
форма |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I2 |
2ē |
|
2I ˉ |
|
|
+0,54 |
|
O2+H2O |
4ē |
OH ˉ |
|
|
+0,40 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SО |
2ˉ+2H+ |
2ē |
SO |
4 |
2ˉ+H |
|
O |
+0,20 |
4 |
|
|
3 |
|
|
|||
V3+ |
lē |
|
V2+ |
|
|
-0,26 |
||
Cr3+ |
lē |
|
Cr2+ |
|
|
-0,41 |
||
2Н2О |
lē |
H2+2OH ˉ |
-0,41 |
|||||
|
S |
2ē |
|
|
S2- |
|
|
-0,45 |
NО2ˉ +H2О |
lē |
NO+2OH ˉ |
-0,46 |
|||||
SО 2- +3H О |
4ē |
S+6OH ˉ |
-0,90 |
|||||
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
NО ˉ +2H+ |
lē |
NO+H |
O |
-0,99 |
||||
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
97
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Стандартные электродные потенциалы металлов
|
|
|
|
Электрод- |
|
|
Электродная |
|
|
|
|
Металл |
|
E 0 , В |
Металл |
ная реак- |
EMe0 , В |
|
|
Me |
|
|
|
|
реакция |
|
|
|
|
|
|
|
|
ция |
|
|
|
|
|
|
|
Литий |
Li↔Li ++ ē |
-3,03 |
Хром |
Cr↔Cr3+ +3ē |
-0,74 |
|
|
|
|
|
|
Калий |
K ↔ K+ + ē |
-2,93 |
Железо |
Fe↔Fe2++2ē |
-0,44 |
|
|
|
|
|
|
Рубдий |
Rb ↔ Rb++ ē |
-2,92 |
Кадмий |
Cd↔Cd2++2 ē |
-0,40 |
|
|
|
|
|
|
Барий |
Ba↔Ba2++2ē |
-2,90 |
Кобальт |
Co↔Co2++2ē |
-0,28 |
|
|
|
|
|
|
Кальций |
Ca↔Ca2++2ē |
-2,87 |
Никель |
Ni↔Ni2++2ē |
-0,25 |
|
|
|
|
|
|
Натрий |
Na↔Na++ē |
-2,71 |
Олово |
Sn↔Sn2++2ē |
-0,14 |
|
|
|
|
|
|
Маний |
Mg↔Mg2++2ē |
-2,37 |
Свинец |
Pb↔Pb2++2ē |
-0,13 |
|
|
|
|
|
|
Берилий |
Be↔Be2++2ē |
-1,85 |
Водород |
H2↔2H++2ē |
0,00 |
|
|
|
|
|
|
Алюми- |
Al↔ Al3++3ē |
|
|
Cu↔Cu2++2ē |
|
|
-1,67 |
Медь |
+0,34 |
||
ний |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марганец |
Mn↔Mn2++2ē |
-1,19 |
Серебро |
Ag↔Ag++ ē |
+0,80 |
|
|
|
|
|
|
Цинк |
Zn↔Zn2+ + 2ē |
-0,76 |
Золото |
Au↔Au3++3 ē |
+1,5 |
|
|
|
|
|
|
98
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………… 3 Правила техники безопасности в химической лаборатории……… 5
Лабораторная работа № 1. Основные законы и понятия |
|
|
химии……............................................................................................. |
|
6 |
Лабораторная работа № 2. Химическая термодинамика……..…... |
11 |
|
Лабораторная работа № 3. Скорость химических реакций |
|
|
и химическое равновесие…………………………........................... |
|
16 |
Лабораторная работа № 4. Закономерности изменения |
|
|
химических свойств элементов и их соединений в |
|
|
периодической системе Д. И. Менделеева......................................... |
|
23 |
Лабораторная работа № 5. Растворы. Электролитическая |
|
|
диссоциация………………………………………………..………… |
29 |
|
Лабораторная работа № 6. Гидролиз солей………………………... |
37 |
|
Лабораторная работа № 7. Окислительно-восстановительные |
|
|
реакции………………………………………………………………. |
41 |
|
Лабораторная работа № 8. Гальванические элементы…………… 49 |
||
Лабораторная работа № 9. Электролиз водных растворов |
|
|
электролитов…………………………………………………..……... |
55 |
|
Лабораторная работа № 10. Электрохимическая обработка |
|
|
металлов (ЭХО)…………………………………………………….... |
|
63 |
Лабораторная работа № 11. Коррозия и защита металлов……....... |
|
70 |
Лабораторная работа № 12. Общие свойства металлов……........... |
|
76 |
Лабораторная работа № 13. Комплексные соединения…………... |
81 |
|
Лабораторная работа № 14. Свойства переходных d – элементов.. |
83 |
|
Заключение........................................................................................... |
|
93 |
Библиографический список………………………………………….94 |
||
Приложение 1.………………………………………………………...95 |
||
Приложение 2………………………………………….................... |
… |
96 |
Приложение 3…………………………………………....................…97 |
||
Приложение 4…………………………………………………………98 |
||
99
Учебное издание
Спиридонов Борис Анатольевич
ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ
Учебное пособие
Редактор Кусаинова Е. А.
Подписано в печать 14.09.2018.
Формат 60х84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 6,2. Тираж 350 экз. Заказ № 140.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394026 Воронеж, Московский проспект, 14
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский проспект, 14
99