М инисте р ство О бр азо вания Ро ссийско й Ф е д е р ац ии Во р о не ж ский го суд ар стве нный униве р ситет

ХИМ ИЧЕС КИЙ Ф АКУЛЬТЕТ

К аф едр а о бщ ей х имии

ЛАБО РАТО РНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО О БЩ ЕЙ И НЕО РГАНИЧЕС КО Й ХИМ ИИ

(Д ля студен то в 1 кур са дн ев н о го и в ечер н его о тделен ий био ло го -по чв ен н о го ф акультета )

Со ста в ители:

Ю . П. А ф ин о ген о в Е. Г . Г о н ча р о в Л. А . М алев ская Т. П. Суш ко в а Л. Я. Тв ер до х лебо в а

Во р о не ж – 2002

2

С О Д ЕРЖ АНИЕ 1

2

3

4

5

Пр а в ила р або ты в х имическо й лабо р ато р ии … … … … … … … … … … … … .

Ато м н о -м о лекуляр н о е учен ие и стех ио метр ические зако н ы … … … … … ..

Рабо та 1. Опр еделен ие экв ив ален тн о й м ассы актив н о го металла … … … ..

Рабо та 2. Опр еделен ие м о ляр н о й м ассы газа (кисло р о да ) … … … … … … ..

У чен ие о х имических п р о ц есса х … … … … … … … … … … … … … … … … …

Рабо та 3. Ско р о сть х имических р еакц ий . Х имическо е р а в н о в есие … … …

Раств о р ы , электр о литическая ио н изац ия … … … … … … … … … … … … … ..

Рабо та 4. Общ ие св о й ств а р аств о р о в … … … … … … … … … … … … … … … .

Рабо та 5. Г идр о лиз со лей … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

Рабо та 6. Окислительн о -в о сста н о в ительн ые р еакц ии … … … … … … … … .

Н ео р га н ическая х имия … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …

Рабо та 7. Общ ие св о й ств а металло в … … … … … … … … … … … … … … … .

Рабо та 8. Общ ие св о й ств а н еметалло в … … … … … … … … … … … … … … .

Рабо та 9. К о м плексн ые со един ен ия … … … … … … … … … … … … … … … ..

Пр ило ж ен ие … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .

3

4

4

6

7

7

11

11

12

15

19

20

23

31

35

3

1. ПРАВИЛА РАБО ТЫ В ХИМ ИЧЕС КО Й ЛАБО РАТО РИИ 1. Пр еж де чем п р иступить к в ыпо лн ен ию пр актических р або т, н ео бх одим о о зн ако миться с ин стр укц ией по тех н ике безо пасн о сти, ко то р ая имеется в каж до й лабо р ато р ии, и в дальн ей ш ем стр о го следо в ать пр едписа н иям ин стр укц ии.

2. Рабо тать в х имическо й лабо р ато р ии н адо в х алате, аккур атн о , со блю дая тиш ин у, ж елательн о в сегда н а о дн о м и то м ж е месте.

3. Пер ед н ачало м р або ты по ко н кр етн о й теме в н им ательн о пр о чтите ее о писа н ие в методическо м указа н ии, что бы спла н ир о в ать экспер имен т. У бедитесь в н аличии н ео бх одимых р еактив о в , пр ибо р о в и х имическо й по суды .

4. В н им ательн о н аблю дай те за х о до м о пыта , о тмечая и записыв ая каж дую его о со бен н о сть (в ыпаден ие и р аств о р ен ие о садко в , измен ен ие о кр аски, темпер атур ы и т.д.).

5. Расх одуй те р еактив ы эко н о м н о . Если ж е случай н о ко личеств о пр епа р ата о каж ется бо льш им , чем н ео бх о дим о , то излиш ки в ыбр асы в а й те, а н е в о зв р а щ а й те в склян ку, в о избеж а н ие загр язн ен ия р еактив о в . По это й ж е пр ичин е н ельзя путать пр о бки о т р еактив н ы х склян о к. Д ля в зятия н ео бх одим о го ко личеств а р еаген та испо льзуй те чистые сух ие ш патели или стеклян н ые ло пато чки, для ж идко стей - чистые пипетки.

6. Рабо ты с в р едн ыми в ещ еств ами пр о в о дите то лько под тяго й . К о н ц ен тр ир о в а н н ые кисло ты и щ ело чи н алив а й те о сто р о ж н о под в ытяж н ым ш каф о м ; н е ун о сите их н а св о и р або чие места .

7. Э кспер имен ты , в р езультате ко то р ы х в о зм о ж н о о бр азо в а н ие едких летучих в ещ еств , такж е н уж н о пр о в о дить под тяго й . Д ля иден тификац ии в ещ еств а по запа х у следует о сто р о ж н о н а п р а в ить ладо н ью по то к газа о т о тв ер стия пр о бир ки в сто р о н у н о са .

8. Д ля п р о в еден ия х имических пр о ц ессо в часто тр ебуется н агр ев а н ие, п р и это м до лж н а испо льзо в аться то лько тер м о сто й кая по суда ! Стака н ы и ко лбы н агр ев а й те, по местив их н а асбестир о в а н н ую сетку, а пр о бир ки - закр епив в спец иальн о м дер ж ателе. Отв ер стие пр о бир ки до лж н о быть н а п р а в лен о в сто р о н у о т сам о го экспер имен тато р а и о т тех , кто р або тает р ядо м .

9. По сле о ко н ча н ия р або ты в ым о й те испо льзо в а н н ую по суду, пр ив едите в по р ядо к св о е р або чее место , убедитесь, что закр ыты газо в ые и в о до пр о в о дн ые кр а н ы .

10. Пр актическая р або та до лж н а быть по лн о стью о ф о р м лен а в о в р емя зан ятия. В Н И М А Н И Е!

• Пр и в сех н есчастн ы х случаях н ео бх одим о н емедлен н о о бр атиться к пр епо да в ателю или лабо р а н ту.

• Б ез указа н ия и р азр еш ен ия пр епо да в ателя н е пр о в о дить н икаких до по лн ительн ы х о пыто в .

• З а п р ещ ается пр ин им ать пищ у в лабо р ато р ии.

4

2. АТО М НО -М О ЛЕКУЛЯ РНО Е УЧЕНИЕ. С ТЕХИО М ЕТРИЧЕС КИЕ ЗАКО НЫ

Р АБОТ А 1

О ПРЕД ЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНО Й М АС С Ы АКТИВНО ГО М ЕТАЛЛА

Эквивале нт. Зако н эквивале нто в Э к вивал енто м в ещ еств а н азыв ается тако е его ко личеств о , ко то р о е

со един яется с 1 м о лем ато м о в в о до р о да или замещ ает то ж е ко личеств о ато м о в в о до р о да в х имических р еакц иях . Э к вивал ентно й м ассо й н азыв ается м асса 1 экв ив ален та в ещ еств а .

Д ля о п р еделен ия экв ив ален та (экв ив ален тн о й м ассы ) элемен та н ео бязательн о исх о дить из его со един ен ия с в о до р о до м . Э кв ив ален т (экв ив ален тн ую м ассу) м о ж н о в ычислить по со ста в у со един ен ия дан н о го элемен та с лю бым др угим , экв ив ален т ко то р о го изв естен .

Н а о сн о в е зако н а экв ив ален то в м о ж н о в ы в ести следую щ ие ф о р м улы для в ычислен ия экв ив ален тн ы х м асс сло ж н ы х в ещ еств :

о к сида

о к сидаМЭ

Ч исл о ато м о в эл е м ентавал ентно стьэл е м ента=

⋅

к исл о ты

кисл о тыМЭ

О сно вно стькисл о ты=

о сно вания

о сно ванияМЭ

Кисл о тно стьо сно вания=

со л и

со л иМЭ

Ч исл о ато м о в м етал л авал ентно сть м етал л а=

⋅,

где М – м о ляр н ая м асса со един ен ий . Ч исло о тщ епляемы х о т м о лекулы кисло ты п р о то н о в н азы в ается

о сн о в н о стью кисло ты , число о тщ епляемы х о т м о лекулы о сн о в а н ия гидр о ксо гр упп − кисло тн о стью о сн о в а н ия.

Пр и р еш ен ии н еко то р ы х задач, содер ж а щ их св еден ия о б о бъема х газо о бр азн ы х участн ико в р еакц ии, ц елесо о бр азн о по льзо в аться зн ачен ием экв ив ален тн о го о бъем а .

Э к вивал ентны м о бъем о м н азыв ается о бъем , зан им аемый пр и дан н ы х усло в иях 1 экв ив ален то м в ещ еств а . З н ачен ие экв ив ален тн о го о бъем а в ещ еств а , н а х о дящ его ся в газо о бр азн о м со сто ян ии, м о ж н о н а й ти, зн ая, что в м о ляр н о м о бъеме лю бо го газа , со сто ящ его из дв ух ато м н ы х м о лекул, содер ж ится 2 м о ль ато м о в и т.д. Так, в 22,4 л Н 2 содер ж ится 2 экв ив ален та в о до р о да ; зн ачит, экв ив ален тн ый о бъем в о до р о да р а в ен 22,4/2 = 11,2 л/м о ль.

5

О пр е д е ле ние эквивале нтных м асс активных м еталло в Х имические экв ив ален ты металло в , сто ящ их в р яду ста н да р тн ы х

электр одн ы х по тен ц иало в до в о до р о да , пр едста в ляется в о зм о ж н ым о п р еделить методо м в ытесн ен ия в о до р о да из кисло т.

Д ля это й ц ели испо льзуется пр ибо р , изо бр аж ен н ы й н а р ис. 1. Н а в еска металла , спо со бн о го в ытесн ять в о до р о д из кисло т, р ассчиты в ается н а о сн о в а н ии ур а в н ен ия р еакц ии с учето м то го , что бы о бъем в ыделив ш его ся в о до р о да н е пр ев ыш ал 150 − 180 мл (н .у.), и бер ется н а а н алитических в еса х . Н а в еска по мещ ается в ш а р о в о е уто лщ ен ие (2) н а го р лыш ке р еакто р а (1), ко то р ы й укр еплен в ш татив е в по ло ж ен ии, близко м к го р изо н тальн о му. Пр едв а р ительн о в р еакто р до по ло в ин ы его о бъем а залив ается р азба в лен н ая со лян ая кисло та с по м о щ ью в о р о н ки с длин н ым го р лыш ко м таким о бр азо м , что бы стен ки ш а р о в о го уто лщ ен ия р еакто р а н е о казались см о чен н ыми кисло то й в о избеж а н ие н еко н тр о лир уем о й р еакц ии до гер метизац ии системы .

Рис.1 1. Реакто р . 2. Н а в еска металла . 3. М ер н ый ц илин др . 4. К р исталлизато р . 5. Г азо о тв одн ая тр убка . Систем а для сбо р а в ыделяю щ его ся в о до р о да , со сто ящ ая из стеклян н о го

ц илин др а (3) емко стью 250 мл (о тсю да и о гр а н ичен н о сть н а в ески металла ) и кр исталлизато р а (4), запо лн яется в о до й . З атем р еакто р пло тн о закр ы в ается пр о бко й , а ко н чик газо о тв о дн о й тр убки (5) пр о талкив ается по д мер н ы й ц илин др с в о до й . Если н е н аблю дается р а в н о м ер н о го и по сто ян н о го в ыделен ия пузы р ько в в о здух а , то систем а считается гер метичн о й . У бедив ш ись в это м , пер ев ер н ите р еакто р в в ер тикальн о е по ло ж ен ие. Н а в еска металла падает в кисло ту, а в ыделяю щ ий ся в о до р о д со бир ается в ц илин др е.

6 По о ко н ча н ии р еакц ии н уж н о измер ить о бъем в ыделив ш его ся газа V (мл),

в ысо ту о ста в ш его ся сто лба в о ды h (мм ), о тметить темпер атур у о кр уж аю щ ей ср еды Т (К ) и атм о сф ер н о е дав лен ие в пер иод о пыта Н (мм . р т. ст.).

Н ео бх одимо пр ив ести о бъем газа к н о р м альн ым усло в иям (Р0 = 760 мм .р т.ст. и Т0 = 273 К ), в о спо льзо в а в ш ись ур а в н ен ием о бъедин ен н о го газо в о го зако н а PV/T = P0V0/T0 . Очев идн о , что

TPVV

⋅⋅⋅

=760

2730 .

Н аибо льш ую тр удн о сть пр едста в ляет в дан н о м случае о ц ен ка р еальн о го дав лен ия, под ко то р ым н а х о дится в о до р о д, со бр а н н ы й в мер н о м ц илин др е н ад сло ем в о ды .

И з р ассм о тр ен ия р ис. 1 ясн о , что атм о сфер н о е дав лен ие (Н ) ур а в н о в еш ив ается дав лен ием в о до р о да (Р), дав лен ием в о дян о го сто лба в ц илин др е (h, мм . в о д. ст. или h/13.6, мм . р т. ст.)∗) и дав лен ием н асы щ ен н о го па р а в о ды (hв, мм . р т. ст.), ко то р о е п р ив одится в спр а в о чн ы х таблиц а х для р азличн ы х зн ачен ий темпер атур ы :

Н = Р + h/13,6 + hв. И з это й ф о р м улы м о ж н о н а й ти дав лен ие в о до р о да в усло в иях о пыта :

P = H − h/13,6 − hв. По лучен н ую в еличин у и следует испо льзо в ать пр и пр ив еден ии о бъем а

в о до р о да к н о р м альн ым усло в иям . З н ая, что экв ив ален т в о до р о да пр и н .у. зан им ает о бъем 11,2 л, н а й дите Э М е,

испо льзуя ф о р м улу Э ме / Vэ(H2) = m(М е) /V0(Н 2), где Э ме − экв ив ален тн ая м асса М е, г/м о ль,

Vэ(H2) − экв ив ален тн ый о бъем H2 (н .у.), m(М е) − м асса н а в ески М е, V0(Н 2) − о бъем Н 2, в ыделив ш его ся в х о де экспер имен та , пр ив еден н ый к

н .у. Рассчита в тео р етическо е зн ачен ие экв ив ален тн о й м ассы металла , н а й дите

абсо лю тн ую о ш ибку о п р еделен ия экв ив ален тн о й м ассы металла

эк сптео р ЭЭЭ −=δ и о тн о сительн ую о ш ибку в %

%100%100 ⋅−

=⋅=∆тео р

эксптео р

тео р ЭЭЭ

ЭЭЭ δ

Р АБОТ А 2

О ПРЕД ЕЛЕНИЕ М О ЛЯ РНО Й М АС С Ы КИС Л О Р О Д А М о лекуляр н ая м асса газа (кисло р о да ) м о ж ет быть о тн о сительн о легко

о п р еделен а следую щ им о бр азо м . Со бер ите пр ибо р , пр едста в лен н ы й н а р ис. 1 с то й лишь р азн иц ей , что р еакто р 1 замен яется пр о бир ко й из туго пла в ко го стекла .

По р ядо к в ыпо лн ен ия р або ты следую щ ий . Систем а , пр едн азн ачен н ая для сбо р а газа , запо лн яется в о до й . В сух ую пр о бир ку из туго пла в ко го стекла ∗) 13.6 – пло тн о сть р тути – для пер ев ода мм . в о д. ст. в мм . р т. ст.

7 по мещ аю тся в ещ еств а , ко то р ые пр и н агр ев а н ии р азлагаю тся с в ыделен ием кисло р о да . И ми м о гут служ ить пер м а н га н ат или х ло р ат калия. З аметим , что в случае KСlO3 добав ка дио ксида м а р га н ц а в качеств е катализато р а спо со бств ует бо лее быстр о му и р а в н о м ер н о му в ыделен ию кисло р о да .

По сле запо лн ен ия пр о бир ки в ещ еств о м (пр имер н о 1/10 ее о бъем а ), в ее в ер х н ю ю часть в ста в ляется в атн ый там по н , ко то р ы й служ ит фильтр о м , св о бодн о пр о пускаю щ им газ, н о п р епятств ую щ им по пада н ию тв ер дых пр о дукто в р азло ж ен ия в систему для сбо р а газа . В тако м в иде (пр о бир ка с н а в еско й и в атн ым там по н о м ) р еакто р в зв еш ив ается с то чн о стью 0,01 г, закр епляется в ш татив е в по ло ж ен ии, близко м к го р изо н тальн о му, закр ы в ается пр о бко й с газо о тв о дн о й тр убко й . К о н ец тр убки п р о талкив ается по д мер н ы й ц илин др до по ло в ин ы его в ысо ты . Пр о в ер яется гер метичн о сть системы . З атем пр о бир ка р а в н о м ер н о пр о гр ев ается пламен ем газо в о й го р елки. В ыделяю щ ий ся кисло р о д со бир ается в ц илин др е, в ытесн яя в о ду. По о ко н ча н ии р еакц ии р азло ж ен ия даю т системе о стыть до темпер атур ы о кр уж аю щ ей ср еды . Пр и это м ко н чик газо о тв о дн о й тр убки до лж ен н а х о диться в ц илин др е н ад по в ер х н о стью в о ды . З атем измер яю т о бъем V (мл) со бр а н н о го кисло р о да , в ысо ту в о дян о го сто лба h (мм ), о тмечаю т темпер атур у и атм о сфер н о е дав лен ие в пер ио д о пыта . В о спо льзо в а в ш ись о бъедин ен н ым газо в ым зако н о м , н а х о дят о бъем , пр ив еден н ый к н о р м альн ым усло в иям :

TPVV

⋅⋅⋅

=760

2730 .

З атем в зв еш ив аю т р еакто р с о статко м в ещ еств а и тампо н о м . По р азн иц е в м ассе р еакто р а с в ещ еств о м до и по сле экспер имен та н а х о дят м ассу в ыделив ш его ся газа

2Om . Д альн ей ш ий р асчет в ыпо лн яется в со о тв етств ии со следств ием из зако н а

А в о гадр о :

2

2

22 4⋅= O

Oo

m .М

V.

Рассчитай те абсо лю тн ую и о тн о сительн ую о ш ибку о п р еделен ия м о ляр н о й м ассы газа .

3. УЧЕНИЕ О ХИМ ИЧЕС КИХ ПРО Ц ЕС С АХ

Р АБОТ А 3

С КО Р О С ТЬ ХИМ ИЧЕС КИХ РЕАКЦ ИЙ . ХИМ ИЧЕС КО Е РАВНО ВЕС ИЕ

В сякая х имическая р еакц ия пр о текает с о п р еделен н о й ско р о стью . Ско р о сть х имическо й р еакц ии о п р еделяется измен ен ием ко н ц ен тр а ц ии р еагир ую щ их в ещ еств в един иц у в р емен и. Пр и это м ко н ц ен тр а ц ия в ы р аж ается, как пр а в ило , число м м о лей в ещ еств а в 1 литр е р аств о р а (м о ль/литр ), а в р емя – в мин ута х или секун да х . В р емя п р о тека н ия х имических р еакц ий мен яется в о чен ь ш ир о ких пр едела х – о т до лей секун ды (в зр ы в ) до миллио н о в лет (о бр азо в а н ие пр ир о дн ы х иско паемы х ). Э то о бъясн яется тем , что ско р о сть х имических р еакц ий зав исит как

8 о т св о й ств самих р еагир ую щ их в ещ еств , так и о т усло в ий , в ко то р ы х о н а пр о текает.

В аж н ей ш ими из таких усло в ий яв ляю тся ко нц е нтр ац ия р еагир ую щ их в ещ еств , те м пе р атур а и для гетер о ген н ы х р еакц ий – пло щ адь по в ер х н о сти р еагир ую щ их в ещ еств .

З а в исим о сть ско р о сти х имическо й р еакц ии о т ко н ц ен тр а ц ии р еагир ую щ их в ещ еств в ы р аж ается о сн о в н ым зако н о м х имическо й кин етики – зако н о м дей ств ия м асс:

С ко р о сть хим иче ско й р е акц ии пр ям о пр о по р ц ио наль на пр о изве д е нию ко нц е нтр ац ий р е агир ую щ их ве щ е ств в сте пе нях, о твечаю щ их их сте хио м етр иче ским ко эффиц ие нтам в ур авне нии р е акц ии.

М атем атически эту зав исим о сть для р еакц ии n A + m B ! p C

м о ж н о в ы р азить следую щ им о бр азо м : V1 = k1 [A] n · [B] m

V2 = k2[C] p , где V1 и V2 – ско р о сть пр ям о й и о бр атн о й р еакц ий , [A], [B], [C] – м о ляр н ые

ко н ц ен тр а ц ии участн ико в р еакц ии, k1 и k2 – ко н ста н ты ско р о сти, зав исящ ие о т пр ир о ды р еагир ую щ их в ещ еств и темпер атур ы .

Пр и по в ыш ен ии темпер атур ы ув еличив ается ско р о сть х имическо й р еакц ии, так как в о зр астает ко личеств о актив н ы х частиц и число их сто лкн о в ен ий в един иц у в р емен и.

Со гласн о пр а в илу В а н т-Г о ф ф а , пр и ув еличен ии темпер атур ы н а каж дые 10 гр адусо в ско р о сть х имическо й р еакц ии ув еличив ается пр имер н о в 2 − 4 р аза :

( )2 1

2 1

/10 ,−= ⋅ t tt tV V γ

где 2t

V − ско р о сть р еакц ии по сле по в ыш ен ия темпер атур ы до t2, 1tV −

ско р о сть р еакц ии пр и темпер атур е t1, γ − темпер атур н ы й ко эф фиц иен т ско р о сти р еакц ии (γ = 2 ÷ 4).

Подав ляю щ ее бо льш ин ств о х имических р еакц ий яв ляю тся о бр атимыми, т. е. пр о текаю т пр и дан н ы х усло в иях в о в заим н о п р о тив о по ло ж н ы х н а п р а в лен иях . В ур а в н ен иях таких р еакц ий в м есто зн ака р а в ен ств а ста в ится зн ак о бр атим о сти. Д ля р еакц ии

n A + m B ! p C + q D cко р о сти пр ям о й и о бр атн о й р еакц ий будут в ы р аж аться:

V1 = k1 [A] n ⋅ [B] m V2 = k2[C] p ⋅ [D] q.

К о гда ско р о сть пр ям о й р еакц ии ста н о в ится р а в н о й ско р о сти о бр атн о й р еакц ии, н аступает х имическо е р а в н о в есие, п р и ко то р о м пр ям ая и о бр атн ая р еакц ии н е п р екр а щ аю тся, а пр о до лж аю т п р о текать в п р о тив о по ло ж н ы х н а п р а в лен иях с р а в н ыми ско р о стями. Х имическо е р а в н о в есие х а р актер изуется ко н ста н то й р а в н о в есия, ко то р ая н е зав исит о т ко н ц ен тр а ц ии р еагир ую щ их в ещ еств , н о зав исит о т темпер атур ы и о п р еделяется как

9

⋅=

p q

n m

[C] [D]К[A] · [B]

.

З десь [A] , [B] , [C] , [D] – равно весны е ко н ц ен тр а ц ии р еаген то в . И змен ен ие усло в ий , пр и ко то р ы х систем а н а х о дится в со сто ян ии

х имическо го р а в н о в есия, пр ив одит к н а р уш ен ию р а в н о в есия или, как п р ин ято го в о р ить, к смещ ен ию р а в н о в есия, что по зв о ляет уп р а в лять пр о ц ессо м в ж елательн о м н а п р а в лен ии.

Смещ ен ие х имическо го р а в н о в есия по дчин яется пр а в илу, изв естн о му под н азв а н ием пр ин ц ипа Ле -Ш ате ль е :

Если на систе м у, нахо д ящ ую ся в со сто янии р авно ве сия, о казать како е -либо во зд е йствие , то р авно ве сие начнет см е щ ать ся в тако м напр авле нии, ко то р о е ум е нь ш ает это во зд е йствие .

В о бщ ем в иде м о ж н о сф о р мулир о в ать следую щ ие зако н о мер н о сти смещ ен ия р а в н о в есия:

1. Пр и ув еличен ии ко н ц ен тр а ц ии о дн о го из р еаген то в в системе р азв ив ается пр о ц есс, в х о де ко то р о го это т р еаген т р асх о дуется. Пр и удален ии како го -либо р еаген та из сф ер ы р еакц ии в системе р азв ив ается пр о ц есс, в х о де ко то р о го это т р еаген т о бр азуется.

2. Пр и ув еличен ии темпер атур ы р а в н о в есие смещ ается в сто р о н у эн до тер мическо й р еакц ии. Пр и умен ьш ен ии темпер атур ы р а в н о в есие смещ ается в сто р о н у экзо тер мическо й р еакц ии.

3. Если р еакц ия н е со п р о в о ж дается измен ен ием числа м о лей газо о бр азн ы х в ещ еств , участв ую щ их в р еакц ии, то дав лен ие н е в лияет н а со сто ян ие р а в н о в есия. Пр и ув еличен ии дав лен ия р а в н о в есие смещ ается в сто р о н у умен ьш ен ия о бъема , пр и умен ьш ен ии дав лен ия р а в н о в есие смещ ается в сто р о н у ув еличен ия о бъем а .

4. В случае о бр атимы х р еакц ий катализато р н е смещ ает р а в н о в есие, а лишь уско р яет (или замедляет в случае ин гибито р о в ) пр о ц есс до стиж ен ия р а в н о в есн о го со сто ян ия.

ОПЫ Т 1. В лиян ие ко н ц ен тр а ц ии р еагир ую щ их в ещ еств н а ско р о сть р еакц ии в

го м о ген н о й системе

Реакц ия тио сульф ата н атр ия с сер н о й кисло то й пр о текает по ур а в н ен ию Na2S2O3 + H2SO4 → Na2SO4 + SO2 + S + H2O

и со п р о в о ж дается по мутн ен ием р аств о р а о т в ыпа в ш ей сер ы . Пр иго то в ить в тр ех п р о бир ка х р аств о р ы тио сульф ата н атр ия р азличн о й

ко н ц ен тр а ц ии. Д ля это го в пер в ую пр о бир ку н алить 5 мл р аств о р а Na2S2O3 и 10 мл в о ды , в о в то р ую – 10 мл р аств о р а Na2S2O3 и 5 мл в о ды , в тр етью – 15 мл р аств о р а Na2S2O3.

Таким о бр азо м , ко н ц ен тр а ц ия тио сульф ата н атр ия в пер в о й пр о бир ке будет С, в о в то р о й – 2С, в тр етьей – 3С. В каж дую п р о бир ку пр илить п р и по меш ив а н ии по 5 мл 4%-н о го р аств о р а H2SO4. Отметить в р емя (по секун до мер у), п р о ш едш ее с м о мен та доба в лен ия кисло ты до по мутн ен ия р аств о р а . Результаты зан ести в таблиц у 1.

10

Таблиц а 1.

№ пр о бир ки

Ч исло мл Na2S2O3

Ч исло мл Н 2О

Ч исло мл H2SO4

В р емя до по мутн ен ия

t , c v = 1/t, c−1

1 5 10 5 2 10 5 5 3 15 0 5

По стр о ить гр аф ик зав исим о сти ско р о сти р еакц ии о т ко н ц ен тр а ц ии р аств о р а .

Сделать в ы в о д.

ОПЫ Т 2. В лиян ие темпер атур ы н а ско р о сть х имическо й р еакц ии в го м о ген н о й системе

В о дн у пр о бир ку н алить 10 мл 2%-х р аств о р а тио сульф ата н атр ия, в др угую

– 10 мл 4%-н о го р аств о р а сер н о й кисло ты . Слить содер ж им о е п р о бир о к в м есте и о тметить, чер ез ско лько секун д р аств о р по мутн еет. Отметить ко м н атн ую темпер атур у, пр и ко то р о й пр о текала дан н ая р еакц ия.

По в то р ить о пыт дв аж ды с теми ж е ко личеств ами р еаген то в , пр едв а р ительн о н агр ев их в стака н е с в о до й до темпер атур ы н а 10 и 20 гр адусо в в ыш е ко м н атн о й . З а темпер атур о й следить по тер м о метр у, о пущ ен н о му в пр о бир ку с р аств о р о м Na2S2O3.

Результаты зан ести в таблиц у 2. Таблиц а 2.

№ пр о бир ки Темпер атур а

о пыта , 0С В р емя течен ия р еакц ии, с

Ско р о сть v = 1/t, c−1

1 2 3

Рассчитай те ко эфф иц иен т В а н т-Г о ф ф а . Сделай те в ы в од. ОПЫ Т 3. В лиян ие по в ер х н о сти р аздела р еагир ую щ их в ещ еств н а ско р о сть

р еакц ии в гетер о ген н о й системе

Смеш ай те в сух о й ступке н ебо льш о е ко личеств о со лей Pb(NO3)2 и KJ. Отметьте ц в ет смеси. З атем тщ ательн о измельчите пестико м смесь. Ч то пр и это м пр о исх о дит? З атем в измельчен н ую смесь со лей добав ьте н еско лько капель дистиллир о в а н н о й в о ды . В како й ц в ет о кр асился по лучен н ый р аств о р ? З а счет чего это п р о исх о дит? Н апиш ите со о тв етств ую щ ие р еакц ии. Сделай те в ы в од о в лиян ии степен и диспер сн о сти частиц н а ско р о сть гетер о ген н о й р еакц ии.

11 ОПЫ Т 4. В лиян ие ко н ц ен тр а ц ии р еагир ую щ их в ещ еств н а х имическо е

р а в н о в есие

В н ебо льш о м стака н е смеш ать по 5 мл 0,001н р аств о р а х ло р ида ж елеза (III) и р о да н ида калия. Объясн ить, чем в ызв а н о о кр аш ив а н ие р аств о р а . Н аписать ур а в н ен ие это й о бр атим о й р еакц ии.

По лучен н ый р аств о р р азлить по р о в н у в четы р е пр о бир ки. В пер в ую пр о бир ку пр илить н ем н о го ко н ц ен тр ир о в а н н о го р аств о р а FeCl3, в о в то р ую – ко н ц ен тр ир о в а н н о го р аств о р а KCNS, в тр етью до ба в ить н еско лько кр исталлико в KCl, а четв ер тую о ста в ить для ср а в н ен ия. Ср а в н ить ц в ет р аств о р о в в пр о бир ка х . Объясн ить, в како м н а п р а в лен ии смещ ается р а в н о в есие пр и до ба в лен ии каж до го из пер ечислен н ы х в ещ еств .

ОПЫ Т 5. В лиян ие темпер атур ы н а х имическо е р а в н о в есие

В в о дн о м р аств о р е аммиака имеет место р а в н о в есие: 1) NH3 + H2O ! NH3⋅H2O + Q 2) NH3⋅H2O ! NH4

+ + OH−. Пр и по в ыш ен ии темпер атур ы р а в н о в есие пер в о й р еакц ии смещ ается в лев о . В ко н ическую ко лбо чку о бъем о м 100 мл н алить 30 − 40 мл

дистиллир о в а н н о й в о ды , до ба в ить н еско лько капель ко н ц ен тр ир о в а н н о го р аств о р а аммиака и 2 − 3 капли ф ен о лф талеин а . Ч ем о бъясн яется по яв лен ие м алин о в о й о кр аски? Н агр еть р аств о р н ебо льш им пламен ем го р елки. По чему о кр аска исчезает, а пр и о х лаж ден ии ко лбо чки в о до й из-по д кр а н а о н а по яв ляется в н о в ь?

4. РАС ТВО РЫ. ЭЛЕКТРО ЛИТИЧЕС КАЯ ИО НИЗАЦ ИЯ

Р АБОТ А 4

О БЩ ИЕ С ВО ЙС ТВА РАС ТВО Р О В Раство р ы – это м н о го ко м по н ен тн ые го м о ген н ые системы пер емен н о го

со ста в а , н а х о дящ иеся в со сто ян ии тер м один амическо го р а в н о в есия. Он и со сто ят из частиц р аств о р ен н о го в ещ еств а , р аств о р ителя и пр о дукто в их в заим одей ств ия (со ль вато в или, в случае в о дн ы х р аств о р о в , − гид р ато в). Взаим одей ств ие р аств о р ителя и р аств о р ен н о го в ещ еств а со п р о в о ж дается тепло в ым эфф екто м , измен ен ием о бъема , ц в ета и т.д.

Обычн о р аств о р ителем считаю т ко мпо н ен т, ко то р ы й в дан н ы х усло в иях н а х о дится в то м ж е агр егатн о м со сто ян ии что и о бр азую щ ий ся р аств о р . Если ко мпо н ен ты , о бр азую щ ие р аств о р , н е мен яю т агр егатн о го со сто ян ия, то р аств о р ителем о бычн о считаю т то т ко мпо н ен т, ко то р ы й пр ео бладает в р аств о р е.

12 ОПЫ Т 1. И змен ен ие о бъема п р и р аств о р ен ии

а ) в зв есьте н а тех н о х имических в еса х 8 гр амм о в са х а р а (d = 1,59 г/см 3).

Рассчитай те, како й о бъем зай мет дан н ая м асса са х а р а . Н алей те в мер н ую бю р етку н а 50 мл 25 мл в о ды . В н есите н а в еску са х а р а в бю р етку и пер емеш ай те до по лн о го р аств о р ен ия са х а р а . Ч то н аблю даете?

б) пр о следите за измен ен ием о бъем а пр и р аств о р ен ии спир та в в о де. Д ля это го в узкую пр о бир ку н алей те в о ды (до 1/3) и о сто р о ж н о до ба в ьте р а в н ы й о бъем спир та . Отметьте р езин о в ым ко льц о м по ло ж ен ие в ер х н его ур о в н я ж идко сти. З акр о й те пр о бир ку п р о бко й и х о р о ш о пер емеш ай те. Подо ждите по ка р аств о р о х ладится, и о тметьте ур о в ен ь р аств о р а . Объясн ите пр о исх о дящ ие яв лен ия.

ОПЫ Т 2. Со сто ян ие в ещ еств а в р аств о р а х . Обр азо в а н ие со льв ато в , гидр ато в

Н агр ей те в сух о й пр о бир ке 1 − 2 кр исталлика й о да . Н аблю дай те ц в ет па р о в

й о да . В како м со сто ян ии н а х о дится й о д в па р а х ? З атем в тр и пр о бир ки по ло ж ите по 1 − 2 кр исталлика й о да . В пер в ую доба в ьте н ем н о го бен зо ла , в о в то р ую – в о ды , в тр етью – спир та и в збо лта й те содер ж им о е. Отметьте о кр аску р аств о р о в , ср а в н ите ее с о кр аско й па р о в й о да . Ч ем о бъясн яется р азличн ая о кр аска р аств о р о в ? В како м случае о бр азую тся со льв аты?

ОПЫ Т 3. Пр иго то в лен ие пер есы щ ен н ы х р аств о р о в

а ) р аств о р ите пр и н агр ев а н ии 2 г а ц етата н атр ия в 1,5 мл в о ды . З акр ы в

о тв ер стие пр о бир ки в ато й , о х ладите ее до ко м н атн о й темпер атур ы в стака н е с х о ло дн о й в о до й . В о х лаж ден н ый р аств о р бр о сьте м ален ький кр исталлик а ц етата н атр ия (затр а в ку). Н аблю дай те р о ст кр исталло в , быстр о запо лн яю щ их в сю пр о бир ку. Обр атите в н им а н ие н а в ыделен ие тепло ты . Сн о в а н агр ей те пр о бир ку, что бы по лучить пр о зр ачн ы й р аств о р . Осто р о ж н о о х ладите ее и по тр ите стеклян н о й пало чко й о в н утр ен н ю ю стен ку пр о бир ки, в ызыв ая кр исталлизац ию .

б) в сух о й п р о бир ке медлен н о н агр ей те н еско лько кр исталло в кр исталло гидр ата тио сульф ата н атр ия Na2S2O3⋅5H2O. Э та со ль пла в ится п р и 480С, о бр азуя р аств о р Na2S2O3 в кр исталлизац ио н н о й в о де. Осто р о ж н о о х ладив р аств о р под кр а н о м , бр о сьте в н его м ален ький кр исталлик тио сульф ата н атр ия. Ч то пр о исх о дит? Н агр ев а н ием п р о бир ки с со лью сн о в а по лучите п р о зр ачн ый р аств о р , о х ладите его и р езко в стр ях н ите пр о бир ку. Отметьте и о бъясн ите н аблю даемые яв лен ия. Д а й те о п р еделен ие по н ятия “пер есы щ ен н ы й р аств о р ”.

ОПЫ Т 4. Св о й ств а кр исталло гидр ато в

а ) в сух ую п р о бир ку в о зьмите н еско лько кр исталло в CoCl2⋅6 H2O (о тметьте

их о кр аску) и н агр ей те. Ч то п р и это м н аблю дается? Ох ладите п р о бир ку и пр иба в ьте 2 − 3 капли в о ды . Д а й те о бъясн ен ия.

13 б) по местите в сух ую пр о бир ку н еско лько кр исталло в медн о го купо р о са

CuSO4⋅5 H2O. З акр епите пр о бир ку в ш татив е н акло н н о , н ем н о го п р ипо дн яв ее дн о , и н агр ей те. Н аблю дай те за измен ен ием ц в ета со ли. К о гда в се в ещ еств о измен ит ц в ет, пр екр атите н агр ев а н ие и о х ладите. З атем п р илей те 2 − 3 капли в о ды . Отметьте тепло в о й эфф ект и измен ен ие ц в ета со ли. Н апиш ите ур а в н ен ие р еакц ии. Сделай те о бщ ие в ы в о ды о св о й ств а х кр исталло гидр ато в .

Р АБОТ А 5

ГИД РО ЛИЗ С О ЛЕЙ

В о бщ ем случае по д гидр о лизо м по н им аю т р еакц ии р азло ж ен ия в ещ еств а в о до й (о т гр еч. hydо r − в о да и lysis − р азло ж ен ие, р аспад). Г идр о лиз − частн ый случай со льв о лиза − в заим одей ств ия р аств о р ен н о го в ещ еств а и р аств о р ителя. Г идр о лизу м о гут по дв ер гаться х имические со един ен ия р азличн ы х классо в : белки, ж ир ы , углев о ды , эфир ы , со ли и др . Тр удн о пер ео ц ен ить р о ль гидр о лиза в био х имических пр о ц есса х . Н ап р имер , усв о ен ие по лиса х а р идо в и диса х а р идо в ста н о в ится в о зм о ж н ым лишь по сле по лн о го их гидр о лиза до м о н о са х а р идо в ; зн ачительн ая часть эн ер гии, н ео бх одим о й для ж изн едеятельн о сти, в ысв о бо ж дается в следств ие гидр о лиза аден о зин тр иф о сф ата (АТФ ). В н ео р га н ическо й х имии ча щ е в сего в стр ечаю тся с гидр о лизо м со лей .

Гид р о лизо м со ли н азы в аю т о бмен н о е в заим одей ств ие ио н о в со ли с ио н ами в о ды , пр ив о дящ ее к о бр азо в а н ию м ало диссо ц иир о в а н н ы х со един ен ий .

Обмен н ые р еакц ии в р аств о р а х электр о лито в п р о текаю т в сто р о н у о бр азо в а н ия м ало диссо ц иир о в а н н ы х , летучих и пло х о р аств о р имы х в ещ еств . Рассм о тр им с это й то чки зр ен ия следую щ ую р еакц ию о бмен а :

NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O. Э та р еакц ия между о сн о в а н ием и кисло то й с о бр азо в а н ием со ли и в о ды

н азыв ается р е акц ие й не йтр ализац ии. Он а п р о текает до ко н ц а , так как в системе о бр азуется един ств ен н о е м алодиссо ц иир ую щ ее в ещ еств о – в о да :

H+ + OH− = H2O. Если р ассм о тр еть р еакц ию между слабо й кисло то й и сильн ым о сн о в а н ием

(или слабым о сн о в а н ием и сильн о й кисло то й ), то в дан н о м пр о ц ессе уста н а в лив ается х имическо е р а в н о в есие (м ало диссо ц иир о в а н н ые со един ен ия пр исутств ую т и в пр а в о й , и в лев о й частях ур а в н ен ия р еакц ии):

HCN + NaOH ! NaCN + H2O, HCN + OH− ! CN− + H2O.

Обр атн ая р еакц ия - в заим одей ств ие со ли с в о до й с о бр азо в а н ием кисло ты и о сн о в а н ия − и есть р еакц ия гид р о лиза. Сумм а р н ы й эффект гидр о лиза о п р еделяется пр ир о до й н а х о дящ их ся в р аств о р е катио н о в и а н ио н о в . В зав исим о сти о т типа со ли в о зм о ж н ы 4 в а р иа н та :

1. Со ль, о бр азо в а н н ая сильн ым о сн о в а н ием и сильн о й кисло то й . Такая со ль гидр о лизу н е подв ер гается, так как х имическо е р а в н о в есие смещ ен о в лев о (в сто р о н у о бр азо в а н ия м алодиссо ц иир о в а н н о го в ещ еств а - в о ды )

NaNO3 + H2O ← NaOH + HNO3.

14

З н ачен ие pH р аств о р а р а в н о 7, ср еда − н ей тр альн ая.

2. Со ль, о бр азо в а н н ая сильн ым о сн о в а н ием и слабо й кисло то й . Н аблю дается гидр о лиз по а н ио н у:

A− + H2O ! HA + OH−. Ср еда щ ело чн ая (pH > 7).

а ) катио н и а н ио н о дн о в ален тн ы NaCN + H2O ! NaOH + HCN.

б) катио н о дн о в ален тен , а н ио н м н о го в ален тен K3PO4 + H2O ! K2HPO4 + KOH, K2HPO4 + H2O ! KH2PO4 + KOH.

Реакц ия гидр о лиза пр о текает ступен чато , в о сн о в н о м идет по пер в о й ступен и, по в то р о й – н езн ачительн о , а по тр етьей ступен и (до о бр азо в а н ия H3PO4) – пр актически н е пр о текает (в р аств о р е н акаплив ается ио н ы OH−, и х имическо е р а в н о в есие смещ ается в лев о ).

в ) катио н м н о го в ален тен , а н ио н о дн о в ален тен Ba(CN)2 + H2O ! BaOHCN + HCN.

г) катио н и а н ио н м н о го в ален тн ы 2 BaS + 2 H2O ! Ba(HS)2 + Ba(OH)2.

3. Со ль, о бр азо в а н н ая слабым о сн о в а н ием и сильн о й кисло то й .

Н аблю дается гидр о лиз по катио н у: Э + + H2O ! Э ОН + H+.

Ср еда кислая (pH < 7). а ) NH4NO3 + H2O ! NH4OH + HNO3; б) (NH4)2SO4 + H2O ! NH4HSO4 + NH4OH; в ) AlCl3 + H2O ! AlOHCl2 + HCl;

AlOHCl2 + H2O ! Al(OH)2Cl + HCl; г) Al2(SO4)3 + 2 H2O ! 2 AlOHSO4 + H2SO4;

2 AlOHSO4 + 2 H2O ! [Al(OH)2]2SO4 + H2SO4; [Al(OH)2]2SO4 + 2 H2O ! 2 Al(OH)3 + H2SO4.

4. Со ль, о бр азо в а н н ая слабым о сн о в а н ием и слабо й кисло то й . Н аблю дается о дн о в р емен н о гидр о лиз по катио н у и по а н ио н у, зн ачен ие pH р аств о р а зав исит о т силы о бр азую щ их ся кисло ты и о сн о в а н ия. Н ап р имер ,

CH3COONH4 + H2O ! CH3COOH + NH4OH.

Со ли слабы х м н о го о сн о в н ы х кисло т и м н о го кисло тн ы х о сн о в а н ий по дв ер ж ен ы пр актически по лн о му гидр о лизу и по это му в р аств о р а х сущ еств о в ать н е м о гут:

Al2S3 + 6H2O ! 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑. С ко личеств ен н о й то чки зр ен ия глубин у пр о тека н ия пр о ц есса гидр о лиза

о бычн о о ц ен ив аю т сте пе нь ю гид р о лиза - о тн о ш ен ием ко личеств а гидр о лизо в а н н о го в ещ еств а (м о ль) к о бщ ему ко личеств у р аств о р ен н о й со ли

15 (м о ль). Степен ь гидр о лиза в о зр астает с р азбав лен ием р аств о р а , по в ыш ен ием темпер атур ы (ув еличив ается ко н ц ен тр а ц ия ио н о в H+ и OH-) и п р и удален ии пр о дукто в из сфер ы р еакц ии. Д ей ств ие этих ф акто р о в о сн о в а н о н а пр ин ц ипе Ле Ш ателье.

В р яде случаев , о со бен н о в лабо р ато р н о й пр актике, гидр о лиз яв ляется н еж елательн ым пр о ц ессо м и его н ео бх о дим о по да в лять. Н ап р имер , изв естн о , что гало ген иды м н о гих металло в (Cu, Zn, Al, Ga, Cr, Fe и др .) гидр о лизую тся с о бр азо в а н ием о сн о в н ы х со лей (р аств о р ы мутн ею т, со ли в ыпадаю т в о садо к и т.п .):

ZnCl2 + HOH = Zn(OH)Cl + HCl, Zn+2 + HOH = ZnOH+

+ Н +. В это м случае для смещ ен ия р а в н о в есия р еакц ии в лев о (т.е. для пода в лен ия

гидр о лиза ) н ео бх одим о р аств о р по дкислить (доба в ить со лян о й кисло ты , в в едя тем самым ио н ы Н +). В то м случае, если гидр о лиз со ли (н а п р имер , Na2CO3, KCN и т.п .) со п р о в о ж дается н ако плен ием ио н о в гидр о ксила , его м о ж н о по да в ить путем до ба в лен ия в р аств о р щ ело чи.

Подав лен ию гидр о лиза спо со бств ует о х лаж ден ие р аств о р а и ув еличен ие его ко н ц ен тр а ц ии.

ОПЫ Т 1. Опр еделен ие зн ачен ий pH в р аств о р а х н еко то р ы х со лей

Н алей те в пр о бир ки по 2 мл р аств о р о в ка р бо н ата н атр ия Na2CO3, гидр о ка р бо н ата н атр ия NaН CO3, х ло р ида алю мин ия AlCl3 и х ло р ида н атр ия NaCl. С по м о щ ью ун ив ер сальн о й ин дикато р н о й бумаги о п р еделите зн ачен ие pH каж до го р аств о р а . Н апиш ите м о лекуляр н ые и ио н н ые ур а в н ен ия р еакц ий гидр о лиза этих со лей . Объясн ите, чем о бусло в лен а р еакц ия ср еды в каж до м случае.

ОПЫ Т 2. В лиян ие темпер атур ы н а степен ь гидр о лиза со ли

Смеш ай те в пр о бир ке по 2 мл р аств о р о в х ло р ида ж елеза (III) и а ц етата

н атр ия о дин ако в о й ко н ц ен тр а ц ии. Н агр ей те р аств о р до кипен ия и н аблю дай те о бр азо в а н ие бур о го о садка . Н апиш ите ур а в н ен ия р еакц ий в м о лекуляр н о й и ио н н о й ф о р м е. По чему п р и по в ыш ен ии темпер атур ы ув еличив ается степен ь гидр о лиза?

ОПЫ Т 3. В лиян ие р азба в лен ия р аств о р а н а степен ь гидр о лиза со ли

Н алей те в пр о бир ку 1 мл р аств о р а х ло р ида сур ьмы (III). Д о ба вьте по

каплям дистиллир о в а н н ую в о ду до в ыпаден ия о садка . Обр азую щ аяся о сн о в н ая со ль Sb(OH)2Cl о тщ епляет в о ду и пер ех о дит в о ксо х ло р ид сур ьмы SbOCl. Раств о р с о садко м со х р а н ите до следую щ его о пыта . Н апиш ите м о лекуляр н о е и ио н н о е ур а в н ен ия р еакц ии гидр о лиза со ли. По чему р азба в лен ие р аств о р а ув еличив ает степен ь гидр о лиза?

16 ОПЫ Т 4. Смещ ен ие р а в н о в есия р еакц ии гидр о лиза (о бр атимый гидр о лиз)

а ) к р аств о р у х ло р ида сур ьмы с о садко м (SbOCl) пр илей те х ло р о в о до р о дн ую

кисло ту до р аств о р ен ия о садка . Сн о в а доба вьте в о ду. Объясн ите н аблю даемые яв лен ия.

б) н алей те в пр о бир ку 2 мл ко н ц ен тр ир о в а н н о го р аств о р а х ло р ида алю мин ия. Опустите в р аств о р гр а н улу ц ин ка , пр едв а р ительн о о бр або та н н ую со лян о й кисло то й (для сн ятия о ксидн о й плен ки). Н агр ей те р аств о р до кипен ия. К ако й газ в ыделяется пр и это м ? К ак в лияет пр исутств ие ц ин ка н а пр о ц есс гидр о лиза со ли?

в ) в п р о бир ку в н есите 5 − 6 мл р аств о р а а ц етата н атр ия и 1 − 2 капли фен о лф талеин а . Содер ж им о е пр о бир ки р азделите н а 2 части, о дн у из н их о ста вьте для ср а в н ен ия, др угую - н агр ей те до кипен ия. Ср а в н ите о кр аску ин дикато р а в о беих п р о бир ка х . Д ай те пр о бир ке о х ладиться и сн о в а ср а в н ите о кр аску. По ясн ите св о и н аблю ден ия. Со ста в ьте ур а в н ен ие р еакц ии гидр о лиза со ли, сделай те в ы в од о ср еде р аств о р а и о в лиян ии темпер атур ы н а гидр о литическо е р а в н о в есие.

ОПЫ Т 5. Со в местн ы й гидр о лиз дв ух со лей (н ео бр атимый гидр о лиз)

а ) к р аств о р у х ло р ида алю мин ия (или х ло р ида ж елеза (III)) пр илей те р аств о р

ка р бо н ата н атр ия. Н аблю дай те о бр азо в а н ие о садка и в ыделен ие газа . Отметьте ц в ет о садка . У бедитесь, что по лучен н ы й о садо к яв ляется амф о тер н ым гидр о ксидо м . Д ля это го о дн у его часть о бр або та й те р аств о р о м со лян о й кисло ты , а др угую – гидр о ксидо м н атр ия. Н аблю дается ли р аств о р ен ие о садка?

б) н алей те в пр о бир ку 2 мл ко н ц ен тр ир о в а н н о го р аств о р а сульф ата х р о м а и до ба вьте тако й ж е о бъем р аств о р а сульфида н атр ия. Н аблю дай те о бр азо в а н ие о садка . Разлей те р аств о р с о садко м в дв е пр о бир ки. В о дн у доба вьте р аств о р ко н ц ен тр ир о в а н н о й со лян о й кисло ты , а в др угую – р аств о р гидр о ксида н атр ия. Ч то н аблю дается?

Н апиш ите м о лекуляр н ые и ио н н ые ур а в н ен ия со в местн о го гидр о лиза дв ух со лей . По чему н е о бр азуется ка р бо н ат алю мин ия (ж елеза ) и сульфид х р о м а (III)? По чему о садки, по лучен н ые в о пыте, в заим одей ств ую т с р аств о р ами и кисло ты , и щ ело чи?

Р АБОТ А 6

О КИС ЛИТЕЛЬНО -ВО С С ТАНО ВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦ ИИ

Одн им из в аж н ы х по н ятий в х имии яв ляется степен ь о кислен ия. С те пе нь о кисле ния − это усло в н ы й за р яд ато м а в со един ен ии, в ычислен н ы й в пр едпо ло ж ен ии, что в ещ еств о имеет ио н н о е стр о ен ие. Степен ь о кислен ия м о ж ет иметь по ло ж ительн о е, о тр иц ательн о е и н улев о е зн ачен ие, м о ж ет быть др о бн ым число м . А лгебр аическая сумм а степен ей о кислен ия ато м о в в со един ен ии р а в н а н улю .

17 Реакц ии в р аств о р а х м о ж н о р азделить н а дв а типа : 1) без измен ен ия степен ей

о кислен ия, 2) так н азы в аемые о кислите ль но -во сстано вите ль ные р е акц ии, пр о текаю щ ие с измен ен ием степен и о кислен ия ато м о в .

Окислительн о -в о сста н о в ительн ые р еакц ии пр едстав ляю т со в о купн о сть дв ух пр о ц ессо в − о кислен ия и в о сста н о в лен ия. Окислителем н азы в ается ио н , н ей тр альн ый ато м или м о лекула , ко то р ые пр и в заим одей ств ии пр ин им аю т электр о н ы , а в о сста н о в ителем - ио н (н ей тр альн ый ато м , м о лекула ), о тдаю щ ий электр о н ы . В о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц иях электр о н ы пер ех о дят о т в о сста н о в ителя к о кислителю , п р и это м о бщ ее число электр о н о в , о тда в аемы х в о сста н о в ителем , р а в н о о бщ ему числу электр о н о в , пр исо един яемы х о кислителем .

В ещ еств а , содер ж а щ ие ато мы в м аксим альн о й и мин им альн о й степен ях о кислен ия, м о гут быть, со о тв етств ен н о , то лько о кислителями или то лько в о сста н о в ителями. В ещ еств а , содер ж а щ ие ато мы в пр о меж уто чн ы х степен ях о кислен ия, спо со бн ы как по в ыш ать, так и по н иж ать св о ю степен ь о кислен ия в зав исим о сти о т усло в ий п р о тека н ия р еакц ии. Э то демо н стр ир ует пр ив еден н ая н иж е сх ем а для со един ен ий азо та в р азличн ы х степен ях о кислен ия. В в ысш их степен ях о кислен ия о н и яв ляю тся сильн ым о кислителями, в н изш их - сильн ыми в о сста н о в ителями .

Во зр астание во сстано вите ль ных сво йств

← -3 -2 -1 -1/3 0 +1 +2 +3 +4 +5 NH3 N2H4 NH2OH HN3 N2 N2O NO N2O3 NO2 N2O5 →

Во зр астание о кислите ль ных сво йств В аж н ей ш ими во сстано вите лям и являю тся м еталлы , во д о р о д ,

со е д ине ния, в ко то р ых эле м е нты нахо д ятся в низш е й сте пе ни о кисле ния: H2S, HI, NH3, CO и д р угие .

В аж н ей ш ие о кислите ли: н еметаллы , со един ен ия, в ко то р ы х элемен ты н а х о дятся в в ысш ей степен и о кислен ия: К MnО4, K2Cr2O7, H2SO4, HNO3 и т.д.

Окислительн о -в о сста н о в ительн ую спо со бн о сть в ещ еств а о п р еделяет о кислительн о -в о сста н о в ительн ый по тен ц иал р еакц ии (р едо кс-по тен ц иал): о кислительн ая спо со бн о сть в ещ еств тем в ыш е, чем бо льш е по ло ж ительн о е зн ачен ие о кислительн о -в о сста н о в ительн о го по тен ц иала р еакц ии. В о бщ ем в иде о бр атимую электр о х имическую р еакц ию о кислен ия − в о сста н о в лен ия м о ж н о записать ур а в н ен ием

Ox + ne− ! Red, где Ox - о кислен н ая ф о р м а в ещ еств а , Red - в о сста н о в лен н ая ф о р м а в ещ еств а .

У р а в н ен ие для р асчета о кислительн о -в о сста н о в ительн о го по тен ц иала (ϕOx/Red) это й р еакц ии имеет в ид

ϕOx/Red = ϕ 0/Ox Red + [ ]ln

[ ]RT OxnF Red

,

18

где ϕ 0/Ox Red − ста н да р тн ый о кислительн о -в о сста н о в ительн ый по тен ц иал; [Ox],

[Red] − ко н ц ен тр а ц ии со о тв етств ен н о о кислен н о й и в о сста н о в лен н о й ф о р м в ещ еств а , F = 96485 К л/м о ль − по сто ян н ая Ф а р адея.

В случае, если в о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц иях участв ую т ио н ы в о до р о да или гидр о ксила , по тен ц иалы этих р еакц ий зав исят о т р Н , н а п р имер , для р еакц ии

NO3− + 3H+ + 2e− ! HNO2 + H2O

3 2NO / HNO−ϕ = ϕ2

0-3NO /HNO

+ 2RT

Fln

+ 33

2

[NO ][H ] [ HNO ]

−

= ϕ2

0-3NO /HNO

+ 2.32

RTF

(lg 3

2

[NO ] [ HNO ]

−

− 3pH).

Н ап р а в лен ие о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий о п р еделяется в то р ым зако н о м тер м о дин амики. Если п р о ц есс п р о текает пр и изо ба р н о -изо тер мических усло в иях , то пр ям ая р еакц ия в о зм о ж н а п р и усло в ии, что эн ер гия Г иббса ее мен ьш е н уля: ∆G < 0. И змен ен ие св о бодн о й эн ер гии Г иббса св яза н о с э.д.с. гальв а н ическо го элемен та следую щ им со о тн о ш ен ием :

− ∆G0 = nFE0

Д ля в ычислен ия ста н да р тн о й э.д.с. элемен та E0 н а о сн о в а н ии ста н да р тн ы х о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х по тен ц иало в ϕ0 следует из в еличин ы бо лее по ло ж ительн о го по тен ц иала в ычесть зн ачен ие мен ее по ло ж ительн о го по тен ц иала .

Обычн о в ыделяю т тр и типа о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий : 1) меж м о лекуляр н ые (степен и о кислен ия измен яю т ато мы , в х о дящ ие в

со ста в р азн ы х со един ен ий ): +7 −1 +2 0

2 К MnО4 + 16 Н С1 = 2 К С1 + 2 MnС12 + 8 Н 2О + 5 С12. 2) н н утр им о лекуляр н ые (степен и о кислен ия измен яю т р азн ые ато мы о дн о го

и то го ж е со един ен ия): +5 −2 −1 0

2 К ClОз = 2 К С1 + 3 O2. 3) диспр о по р ц ио н ир о в а н ия (ато мы о дн о го и то го ж е элемен та в ыступаю т в

качеств е и о кислителя, и в о сста н о в ителя): +5 +7 −1

4 К ClОз = 3 К СlО4 + К С1. Д ля р еакц ии ко н п р о по р ц ио н ир о в а н ия, н а о бо р о т, ато мы о дн о го и то го ж е

элемен та из в ысо ко й и н изко й степен и о кислен ия пер ех о дят в н еко то р ую пр о меж уто чн ую :

+4 0 +2 TiCl4 + Ti = 2 TiCl2.

Опр еделен ие стех ио метр ических ко эфф иц иен то в в ур а в н ен ии о кислительн о -в о сста н о в ительн о й р еакц ии о бычн о пр о в о дят с по м о щ ью метода электр о н н о го бала н са или ио н н о -электр о н н ым методо м (метод по лур еакц ий ).

Следует о тметить, что о кислительн о -в о сста н о в ительн ые р еакц ии п р о текаю т н е то лько в р аств о р а х . Н ап р имер , р ж а в лен ие ж елеза или по лучен ие металло в из

19

р уд − это о кислительн о -в о сста н о в ительн ые п р о ц ессы . В елико зн ачен ие о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий в био ло гии: ж ив ые о р га н измы по лучаю т эн ер гию в р езультате пр о ц ессо в ф ер мен татив н о го о кислен ия в ещ еств − субстр ато в : углев одо в , ж ир о в , амин о кисло т.

ОПЫ Т 1. Типы о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий

а ) н алить в дв е пр о бир ки по 1 мл св еж епр иго то в лен н о го р аств о р а со ли ж елеза (II) и 2 капли р аств о р а сер н о й кисло ты . В о дн у п р о бир ку до ба в ить н еско лько капель р о да н ида амм о н ия и убедиться, что кр асн о го о кр аш ив а н ия р аств о р а н е пр о изо ш ло . В др угую пр о бир ку п р илить 2 − 3 капли H2O2 и по сле это го до ба в ить 2 капли NH4CNS. Ч то н аблю даете?

б) в пр о бир ку по местить кусо чек сульфида ж елеза FeS и пр илить 1 − 2 мл 2н . р аств о р а азо тн о й кисло ты . Осто р о ж н о н а н ебо льш о м пламен и го р елки н агр еть пр о бир ку. Обр атить в н им а н ие н а р аств о р ен ие сульфида ж елеза , по мутн ен ие р аств о р а (о бр азуется сер а ), и ц в ет в ыделяю щ его ся газа . У бедиться в о бр азо в а н ии ио н а Fe3+.

в ) по местить в сух ую п р о бир ку н ем н о го пер м а н га н ата калия и о сто р о ж н о н агр еть н ебо льш им пламен ем го р елки. Пр о в ер ить, како й газ в ыделяется в р езультате р еакц ии. По сле о х лаж ден ия пр о бир ки до ба в ить в н ее н ем н о го в о ды и по ц в ету по лучен н о го р аств о р а о п р еделить пр о дукты р еакц ии.

г) к р аств о р у сер о в о до р о дн о й в о ды п р иба в ить н еско лько капель ко н ц ен тр ир о в а н н о й сер н о й кисло ты . Ч то н аблю дается? К акие св о й ств а пр о яв ляет сер а в каж до м из этих со един ен ий ?

д) кр исталлик й о да о бр або тать н ебо льш им ко личеств о м 2М р аств о р а гидр о ксида н атр ия пр и слабо м н агр ев а н ии. По лучен н ый р аств о р по дкислить. З а писать н аблю ден ия, со ста в ить ур а в н ен ие р еакц ии, учитыв ая, что о бр азую тся иодат и иодид н атр ия.

Д ля в сех р еакц ий , пр о дела н н ы х в о пыте 1, н а писать ур а в н ен ия и р асста в ить стех ио метр ические ко эф фиц иен ты , указать о кислитель и в о сста н о в итель. К како му типу о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий о тн о сятся дан н ые пр о ц ессы?

ОПЫ Т 2. З а в исим о сть о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х св о й ств о т степен и

о кислен ия а ) в пр о бир ку н алить 1 мл 0,5М р аств о р а сульф ата м а р га н ц а и до ба в ить тако е

ж е ко личеств о 0,1М р аств о р а пер м а н га н ата калия. Содер ж им о е пр о бир ки в стр ях н уть. Отметить ц в ет о бр азо в а в ш его ся о садка о ксида м а р га н ц а (IV) и о п р еделить р Н по лучен н о го р аств о р а .

б) в зять дв е пр о бир ки. В пер в ую пр илить р аств о р пер м а н га н ата калия, в о в то р ую − иодида калия. Подкислить о ба р аств о р а р азба в лен н о й сер н о й кисло то й и в каж дую из п р о бир о к до ба в ить р аств о р KNO2 или NaNO2 до измен ен ия о кр аски. К акие св о й ств а пр о яв ляет н итр ит калия (н атр ия) в каж до м ко н кр етн о м случае?

20 Н апиш ите ур а в н ен ия со о тв етств ую щ их р еакц ий . Сделай те в ы в о д о

зав исим о сти о кислительн ы х и в о сста н о в ительн ы х св о й ств о т степен и о кислен ия элемен то в .

ОПЫ Т 3. В лиян ие ср еды н а о кислительн ые св о й ств а пер м а н га н ата калия

В тр и пр о бир ки в н ести по 1 мл р аств о р а пер м а н га н ата калия. В о дн у из пр о бир о к до ба в ить 2 капли 2М р аств о р а сер н о й кисло ты , в др угую − сто лько ж е в о ды , в тр етью − 2 капли 20%-н о го р аств о р а щ ело чи. В о в се тр и пр о бир ки пр илить р аств о р сульфита н атр ия до измен ен ия пер в о н ачальн о й о кр аски р аств о р а . Н аписать ур а в н ен ия со о тв етств ую щ их р еакц ий , учитыв ая, что в р аств о р е ио н MnO4

− имеет фио лето в ую о кр аску, ио н MnO42− − зелен ую , ио н Mn 2+

− слабо р о зо в ую , а п р и м ало й ко н ц ен тр а ц ии пр актически бесц в етен . Д ио ксид м а р га н ц а и его гидр о ксид яв ляю тся тр удн о р аств о р имыми в ещ еств ами бур о го ц в ета . Сделать заклю чен ие о б о кислительн о й спо со бн о сти KMnO4 в р азличн ы х ср еда х .

ОПЫ Т 4. Н ап р а в лен ие о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий

а ) какие гало ген ы о кисляю т Fe2+ до Fe3+ ? Пр о в едите со о тв етств ую щ ие р асчеты . Пр о в ер ьте пр а в ильн о сть о тв ета о пытн ым путем , испо льзуя св еж епр иго то в лен н ы й р аств о р со ли М о р а (NH4)2Fe(SO4)2⋅6H2O и р аств о р ы х ло р н о й , бр о м н о й , й о дн о й в о ды . Д ля о бн а р уж ен ия ио н а Fe3+ до ба в ьте в каж дую пр о бир ку 2 − 3 капли р аств о р а NH4CNS. Н апиш ите ур а в н ен ия р еакц ий .

б) какие из гало ген ид-ио н о в м о гут в о сста н о в ить Fe3+ ? Рассчитай те э.д.с. каж до й р еакц ии и о п р еделите зн ак ∆G. Подтв ер дите св о и в ы в оды экспер имен тальн о . Н апиш ите ур а в н ен ия со о тв етств ую щ их р еакц ий .

Пр и р асчете испо льзуй те следую щ ие зн ачен ия о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х по тен ц иало в :

Fe3+/ Fe2+ ϕ0 = 0,77 B, F2/2F− ϕ0 = 2,87 B, Br2/2Br− ϕ0 = 1,07 B, Cl2/2Cl− ϕ0 = 1,36 B, I2/2I− ϕ0 = 0,54 B.

5. НЕО РГАНИЧЕС КАЯ ХИМ ИЯ

В се п р о стые в ещ еств а м о ж н о р азделить н а металлы и н еметаллы , по ско льку

их св о й ств а сущ еств ен н о р азличаю тся. Г р а н иц а между металлами и н еметаллами р азмыта , меж ду н ими н а х о дятся по луметаллы − в ещ еств а , о бладаю щ ие св о й ств ами как металло в , так и н еметалло в .

Б о льш ин ств о элемен то в пер ио дическо й системы Д .И . М ен делеев а яв ляю тся металлами. И мею тся s-, p-, d- и f-металлы . К н еметаллам о тн о сятся р-элемен ты и дв а s-элемен та . Н еметаллы р аспо лагаю тся в VIII гр уппе (благо р о дн ые газы ), VII гр уппе (гало ген ы ), VI гр уппе (кисло р о д и х алько ген ы ), V гр уппе (азо т, ф о сф о р ,

21 мышьяк), IV гр уппе (углер о д, кр ем н ий , гер м а н ий ), III гр уппе (бо р ) и I гр уппе (в о до р о д). Ф изические и х имические св о й ств а металло в и н еметалло в о п р еделяю тся их по ло ж ен ием в пер ио дическо й системе Д .И .М ен делеев а .

Р АБОТ А 7

О БЩ ИЕ С ВО ЙС ТВА М ЕТАЛЛО В

В се металлы − в о сста н о в ители. К н аибо лее сильн ым из н их о тн о сятся щ ело чн ые и щ ело чн о земельн ые металлы , бер иллий , м агн ий , алю мин ий , ла н та н о иды и d-металлы III и IV гр упп . Б удучи в о сста н о в ителями, металлы м о гут в заим одей ств о в ать с о кислителями.

В се металлы о кисляю тся ф то р о м и м о гут о кисляться бр о м о м и кисло р о до м в кисло й ср еде. В н ей тр альн о й ср еде кисло р о д н е м о ж ет о кислять зо ло то , платин о в ые металлы , р туть, сер ебр о .

И о н ы в о до р о да в кисло й ср еде м о гут о кислять м н о гие металлы , кр о ме платин о в ы х , р тути, зо ло та , сер ебр а , меди, р ен ия, сур ьмы и в исмута .

Одн ако в заим одей ств ие м н о гих металло в с о кислителями то р м о зится о бр азо в а н ием о ксидн ы х плен о к н а по в ер х н о сти металло в . Б о льш о й скло н н о стью к пассив а ц ии о бладаю т бер иллий , ж елезо , алю мин ий , d-металлы IV – VI гр упп .

Х а р актер в заим одей ств ия металло в с кисло тами о п р еделяется по ло ж ен ием металла в р яду ста н да р тн ы х электр о дн ы х по тен ц иало в металло в и п р ир о до й и ко н ц ен тр а ц ией кисло ты . М еталлы , сто ящ ие в р яду н а п р яж ен ий лев ее в о до р о да , в заим одей ств ую т с кисло тами, н е яв ляю щ имися о кислителями, (в о дн ые р аств о р ы гало ген о в о до р о до в , H3PO4, CH3COOH, р азб. H2SO4) с в ыделен ием в о до р о да , сто ящ ие п р а в ее - н е р еагир ую т с такими кисло тами. В случае кисло т-о кислителей (HNO3, HMnO4, H2Cr2O7, ко н ц .H2SO4) металл в ко н ечн о м счете в о сста н а в лив ает н е ио н в о до р о да , а о ксо а н ио н кисло ты , пр и это м , чем актив н ее металл, тем глубж е идет пр о ц есс в о сста н о в лен ия.

Так как металлы и их катио н ы имею т в ака н тн ые м о лекуляр н ые о р битали, то бо льш ин ств о из н их яв ляю тся ко мплексо о бр азо в ателями. Н аибо лее в ы р аж ен а спо со бн о сть к ко мплексо о бр азо в а н ию у ио н о в пер ех о дн ы х металло в , о со бен н о d-элемен то в VIII, I и II гр упп .

s-М етал л ы . А то мы s-металло в имею т н а в н еш н ем электр о н н о м ур о в н е о дин или дв а электр о н а . Э то о бусло в лив ает х а р актер н ые для н их степен и о кислен ия +1 или +2. З н ачительн ая в еличин а р адиуса ато м о в , н изкие зн ачен ия эн ер гии ио н изац ии х а р актер изую т s-металлы как сильн ые в о сста н о в ители. В се s-металлы , кр о ме бер иллия и м агн ия, бур н о р еагир ую т с в о до й с в ыделен ием в о до р о да .

В следств ие св о ей актив н о сти щ ело чн ые и щ ело чн о земельн ые металлы легко о кисляю тся н а в о здух е, по это му их со х р а н яю т в запаян н о м со сто ян ии, в кер о син е или по д сло ем в азелин а или па р аф ин а . В се s-металлы о бр азую т о ксиды , пр и р аств о р ен ии ко то р ы х в в о де о бр азую тся щ ело чи. Оксид м агн ия и его гидр о ксид пло х о р аств о р имы в в о де. Оксид и гидр о ксид бер иллия амф о тер н ы .

Литий сущ еств ен н о о тличается о т о стальн ы х щ ело чн ы х металло в . По р яду св о й ств о н ближ е к м агн ию , чем к щ ело чн ым металлам . Так, пр и в заим одей ств ии

22

с кисло р о до м о н о бр азует о ксид Li2O, в то в р емя как о стальн ые металлы − пер о ксиды со ста в а М е2О2 и М еО2. Г идр о ксид лития мен ее р аств о р им , мен ее тер мически усто й чив и уступает по силе гидр о ксидам др угих щ ело чн ы х металло в .

Пр и в заим одей ств ии s-металло в с гало ген ами о бр азую тся х о р о ш о р аств о р имые в в о де гало ген иды . Такж е х о р о ш о р аств о р имы в в о де н итр аты этих металло в . Раств о р им о сть ка р бо н ато в , сульф ато в элемен то в II гр уппы зн ачительн о мен ьш е, чем у элемен то в I гр уппы .

p-М етал л ы . А то мы р-металло в н а в н еш н ем электр о н н о м ур о в н е имею т о т о дн о го до тр ех р-электр о н о в . Н аибо лее пр актически в аж н ым из н их яв ляется алю мин ий .

А лю мин ий о тн о сится к числу х имически актив н ы х металло в , о дн ако пр о чн ая о ксидн ая плен ка н а по в ер х н о сти пр едо х р а н яет его о т о кислен ия кисло р о до м в о здух а . А лю мин ий − амф о тер н ы й металл, спо со бн ый р аств о р яться в кисло та х и щ ело ча х :

2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2 , 2Al + 2OH− + 6 H2O = 2[Al(OH)4] − + 3H2.

Оксид алю мин ия Al2O3 в в о де н ер аств о р им , имеет амф о тер н ы й х а р актер : Al2O3 + 2OH− + 3H2O = 2[Al(OH)4] −, Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O.

Н ер аств о р имый в в о де гидр о ксид алю мин ия Al(OH)3 по лучаю т о саж ден ием щ ело чами из р аств о р имы х со лей . Пр и темпер атур а х о ко ло 1000С о н легко тер яет в о ду, пер ех о дя в о ксид:

-H 2O -H2O

Al(OH)3 → AlOOH → Al2O3. В следств ие амф о тер н о сти Al(OH)3 р аств о р яется в щ ело ча х и в кисло та х с о бр азо в а н ием со о тв етств ую щ их гидр о ксо - или акв ако мплексо в :

[Al(Н 2О)3(OH)3] +3OH− = [Al(OH)6]3− + 3H2O,

[Al(Н 2О)3(OH)3] +3H3O+ = [Al(H2O)6]3+ + 3H2O.

d-М етал л ы . А то мы бо льш ин ств а d-элемен то в имею т н а в н еш н ем сло е по дв а s-электр о н а и н а п р едв н еш н ем сло е – о т о дн о го до десяти электр о н о в . И склю чен ие со со та в ляю т ато мы I гр уппы , н еко то р ые ато мы VI гр уппы и VIII гр уппы , у ко то р ы х имеется лишь по о дн о му s-электр о н у в следств ие «пр о в ала» о дн о го s-электр о н а н а d-по дур о в ен ь. К в аж н о й о со бен н о сти d-элемен то в о тн о сится о бр азо в а н ие ко в ален тн о й св язи меж ду со седн ими ато м ами за счет d-электр о н о в , что сущ еств ен н о в лияет н а св о й ств а этих металло в .

В се d-элемен ты яв ляю тся в о сста н о в ителями. Н аибо лее сильн ые из н их – элемен ты III гр уппы , а такж е ц ин к и кадмий (II гр уппа ). Одн ако у бо льш ин ств а d-элемен то в о бр азую тся защ итн ые о ксидн ые плен ки, в ызыв аю щ ие их пассив а ц ию и пр едо х р а н яю щ ие металлы о т ко р р о зии. Н аибо лее скло н н ы к пассив ац ии металлы IV – VI гр упп .

Общ им св о й ств о м со един ен ий по чти в сех d-элемен то в яв ляется пер емен н ая степен ь о кислен ия и х а р актер н ая в св язи с этим спо со бн о сть в ступать в

23 о кислительн о -в о сста н о в ительн ые р еакц ии. Так как ато мы d-элемен то в и их ио н ы имею т бо льш о е число в ака н тн ы х о р биталей в н еш н его и пр едв н еш н его сло ев и о тн о сительн о н ебо льш о й р адиус, то для н их х а р актер н а скло н н о сть к ко мплексо о бр азо в а н ию .

ОПЫ Т 1. Взаим одей ств ие металло в с в о до й

О пыт пр о во д ить по д тяго й!

а ) в кр исталлизато р с в о до й о пустите н ебо льш о й кусо чек н атр ия, в ысуш ен н ый фильтр о в альн о й бум аго й , и п р и по луо пущ ен н о м о кн е тяги н аблю дай те пр о исх одящ ую р еакц ию . И спытай те по лучен н ы й р аств о р фен о лф талеин о м . Пр о делай те тако й ж е о пыт с калием . Н апиш ите ур а в н ен ия р еакц ий в заим одей ств ия н атр ия и калия с в о до й . Сделай те в ы в о д о х имическо й актив н о сти щ ело чн ы х металло в . От чего о н а зав исит?

б) в пр о бир ку с в о до й (~3 мл) в н есите н ем н о го по р о ш ка м агн ия или кусо чек м агн иев о й лен ты , о чищ ен н ы й о т о ксидо в . Н агр ей те пр о бир ку. Ч то пр о исх одит? Пр иба вьте к по лучен н о му р аств о р у фен о лф талеин , о бъясн ите измен ен ие о кр аски. Н апиш ите ур а в н ен ие р еакц ии в заим одей ств ия м агн ия с в о до й .

в ) по местите в пр о бир ку н ем н о го о пило к алю мин ия и в збо лта й те с 3 − 4 мл в о ды . Пр о текает ли р еакц ия? Д ля о безж ир ив а н ия по в ер х н о сти и удален ия защ итн о го о ксидн о го сло я пр о кипятите о пилки, до ба в ив в пр о бир ку 2 мл р азба в лен н о й щ ело чи. По сле это го н еско лько р аз п р о м о й те о пилки дистиллир о в а н н о й в о до й для удален ия щ ело чи и о ста вьте их по сто ять с в о до й . Н аблю дай те в ыделен ие пузы р ько в газа (в о до р о да ). Н апиш ите ур а в н ен ие р еакц ии.

ОПЫ Т 2. Взаим одей ств ие металло в с кисло тами О пыт пр о во д ить по д тяго й!

а ) в четы р е пр о бир ки по местить по кусо чку м агн иев о й лен ты и доба в ить в

каж дую пр о бир ку по 2 − 3 мл 2н . р аств о р о в HCl, HNO3, H2SO4 и CH3COOH. Н аписать ур а в н ен ия со о тв етств ую щ их р еакц ий .

б) в тр и пр о бир ки н алить р азба в лен н ые р аств о р ы HCl, HNO3, H2SO4. Опустить в каж дую п р о бир ку н ем н о го стр уж ек алю мин ия. В како м случае р еакц ия идет бо лее ин тен сив н о ? В како й кисло те алю мин ий н е р аств о р яется?

Д о бав ить стр уж ки алю мин ия в п р о бир ку с н ебо льш им ко личеств о м ко н ц ен тр ир о в а н н о й HNO3. По чему н е н аблю дается р аств о р ен ие? Н агр еть р аств о р и н аблю дать сн ачала медлен н о е, а затем бур н о е п р о тека н ие р еакц ии. Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

в ) к н ебо льш о му ко личеств у медн ы х стр уж ек пр илить в о тдельн ы х пр о бир ка х р азба в лен н ые и ко н ц ен тр ир о в а н н ые р аств о р ы кисло т: HCl, HNO3 и H2SO4. Н аблю дать пр о исх одящ ие яв лен ия. Те п р о бир ки, в ко то р ы х р еакц ия н а х о ло де н е идет, н агр еть. Со в семи ли кисло тами р еагир ует медь? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

24

ОПЫ Т 3. Взаим одей ств ие металло в со щ ело чами

Н алить в дв е пр о бир ки по 2 − 3 мл р аств о р а гидр о ксида н атр ия и в н ести в о дн у из н их н ем н о го алю мин иев ы х стр уж ек, в др угую − ц ин ко в ы х стр уж ек. Н ем н о го н агр еть п р о бир ки. Н аблю дать в ыделен ие газа . Н аписать ур а в н ен ия пр о текаю щ их р еакц ий .

ОПЫ Т 4. По лучен ие и св о й ств а о ксидо в металло в

О пыт гр уппо во й, пр о во д ить по д тяго й!

а ) в зять пин ц ето м 2 − 3 см м агн иев о й лен ты и подж ечь ее в пламен и го р елки, дер ж а н ад ф а р ф о р о в о й чаш ко й . К по лучен н о му о ксиду доба в ить в о ду и н еско лько капель фен о лф талеин а . Ч то н аблю дается? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий го р ен ия м агн ия н а в о здух е и в заим одей ств ия о бр азую щ его ся о ксида с в о до й .

б) в ф а р ф о р о в ую чаш ку по местить 1 − 2 г кр исталлическо го дих р о м ата амм о н ия и н агр еть пламен ем газо в о й го р елки. К о гда н ачн ется р еакц ия р азло ж ен ия, н агр ев а н ие п р екр атить. Н а по лучен н ый по р о ш о к зелен о го ц в ета о ксида х р о м а (+3) подей ств о в ать в о до й , кисло тами, щ ело чью . Раств о р яется ли о ксид х р о м а?

ОПЫ Т 5. По лучен ие и св о й ств а гидр о ксидо в металло в

а ) смеш ать в тр ех пр о бир ка х по 1 мл р аств о р о в х ло р ида м агн ия (0,5н .) и

гидр о ксида н атр ия (2н .). Отметить ц в ет о бр азую щ его ся гидр о ксида м агн ия. К по лучен н ым о садкам доба в ить: в пер в ую пр о бир ку − р аств о р HCl, в о в то р ую − р аств о р х ло р ида амм о н ия, в тр етью − р аств о р NaOH . В о в сех ли случаях р аств о р яется о садо к? Объясн ить р езультаты о пыта , н а писать ур а в н ен ия р еакц ий .

б) к р аств о р у со ли алю мин ия в дв ух пр о бир ка х п р илить по каплям р аств о р гидр о ксида н атр ия до о бр азо в а н ия о садка . З атем в о дн у пр о бир ку до ба в ить ещ е р аств о р а щ ело чи, а в др угую − 2н . р аств о р HCl до р аств о р ен ия о садка . К акими св о й ств ами о бладает гидр о ксид алю мин ия? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

в ) к св еж епр иго то в лен н о му р аств о р у ж елезн о го купо р о са , по лучен н о му р аств о р ен ием в зяты х в избытке о пило к ж елеза в р азба в лен н о й H2SO4 , п р илить р аств о р едко го н атр а . Обр азуется о садо к гидр о ксида ж елеза (+2) бело го или св етло -зелен о в ато го ц в ета . Пер емеш ать по лучен н ы й о садо к стеклян н о й пало чко й и н аблю дать по степен н о е измен ен ие его ц в ета до кр асн о -бур о го . Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий о бр азо в а н ия Fe(OH)2 и о кислен ия его до Fe(OH)3 .

г) по лучить гидр о ксид ж елеза (+3) дей ств ием щ ело чи н а со ль тр ех в ален тн о го ж елеза . С о садка слить в о ду и в р азн ы х пр о бир ка х исследо в ать о тн о ш ен ие Fe(OH)3 к кисло там и щ ело чам . Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий . К акими св о й ств ами о бладает гидр о ксид ж елеза (+3)?

25

Р АБОТ А 8 О БЩ ИЕ С ВО ЙС ТВА НЕМ ЕТАЛЛО В

С ув еличен ием по р ядко в о го н о мер а элемен та в пер ио де эн ер гия ио н изац ии

ув еличив ается, а р адиус ато м а умен ьш ается. Обр атн ая зав исим о сть указан н ы х в еличин о т по р ядко в о го н о м ер а элемен та н аблю дается в гр уппа х пер иодическо й системы . Э то о бусло в лив ает ув еличен ие о тн о сительн о й электр о о тр иц ательн о сти элемен то в и усилен ие о кислительн о й спо со бн о сти в пер иоде слев а н а п р а в о , а в гр уппе сн изу в в ер х . Н аибо лее сильн ыми о кислителями яв ляю тся фто р и кисло р о д, х ло р и бр о м . Пр еимущ еств ен н о в о сста н о в ительн ые св о й ств а пр о яв ляю т в о до р о д, бо р , углер од, кр ем н ий , гер м а н ий , ф о сф о р , мышьяк и теллур .

Гало ге ны и их со е д ине ния

Г ало ген ы (F, Cl, Br, I, At) яв ляю тся типичн ыми н еметаллами. Ср еди элемен то в каж до го пер иода ато мы гало ген о в имею т м аксим альн о е ср о дств о к электр о н у и н аибо льш ее зн ачен ие электр о о тр иц ательн о сти. По это му о н и легко пр исо един яю т о дин , н едо стаю щ ий до о ктета , электр о н и пр о яв ляю т сильн ые о кислительн ые св о й ств а , эн ер гичн о р еагир уя с металлами, бо льш ин ств о м н еметалло в , о кисляя р яд сло ж н ы х в ещ еств . Окислительн ая спо со бн о сть умен ьш ается в р яду F2 – At2.В о бр азую щ их ся п р и это м гало ген ид-ио н а х ( 0

2Γ + 2 е − = 2 Γ − ) пр о яв ляется х а р актер н ая для гало ген о в степен ь о кислен ия –1. Такую степен ь о кислен ия ато мы гало ген о в имею т в со един ен иях с в о до р о до м и металлами.

Со един ен ия гало ген о в с в о до р о до м – газы (кр о ме HF), х о р о ш о р аств о р имы в в о де. В р яду HF, HCl, HBr, HI пр о чн о сть х имическо й св язи падает, в следств ие чего умен ьш ается тер мическая усто й чив о сть м о лекул гало ген о в о до р о до в и р астут кисло тн ые св о й ств а их в о дн ы х р аств о р о в . И з в сех бескисло р о дн ы х кисло т иодо в одо р о дн ая кисло та яв ляется сам о й сильн о й . В р яду HCl, HBr, HI в о сста н о в ительн ая актив н о сть гало ген о в о до р о дн ы х кисло т по в ыш ается.

Д ля гало ген о в , кр о ме ф то р а , в о зм о ж н ы и по ло ж ительн ые степен и о кислен ия +1, +3, +5, +7, ко то р ые о н и пр о яв ляю т в кисло р о дсодер ж а щ их со един ен иях . Н аибо лее усто й чив ыми из н их яв ляю тся со ли кисло р о дсодер ж а щ их кисло т. С ув еличен ием ко личеств а кисло р о да в м о лекула х кисло р о дсодер ж а щ их кисло т HClO → HClO2 → HClO3 → HClO4 н аблю дается усилен ие кисло тн ы х св о й ств .

ОПЫ Т 1. Х ло р н ая в о да и ее св о й ств а

а ) н алить в пр о бир ку 5 − 7 мл св еж епр иго то в лен н о й х ло р н о й в о ды . Отметить ц в ет и запа х (о сто р о ж н о !) р аств о р а . К акие в ещ еств а пр исутств ую т в х ло р н о й в о де? Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии. И спытать дей ств ие х ло р н о й в о ды н а р аств о р ин диго и о кр аш ен н ую тка н ь. Ч то н аблю дается? К ако е в ещ еств о п р о изв одит о тбелив аю щ ее дей ств ие?

26

б) н алить в пр о бир ку 2 − 3 мл х ло р н о й в о ды и пр иба в ить по каплям р аств о р гидр о ксида н атр ия. К ак о бъясн ить исчезн о в ен ие о кр аски и запа х а х ло р н о й в о ды? К ако е в лиян ие о казы в ает щ ело чь н а сдв иг р а в н о в есия в р еакц ии меж ду х ло р о м и в о до й ? Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии.

ОПЫ Т 2. Окислительн ые св о й ств а гало ген о в и их ср а в н ительн ая актив н о сть

а ) в о дн у пр о бир ку н алить 1 мл р аств о р а бр о мида калия, в дв е др угие − по 1

мл р аств о р а иодида калия. В о в се пр о бир ки доба в ить н еско лько капель о р га н ическо го р аств о р ителя. В п р о бир ки с р аств о р ами KBr и KI доба в ить 1 мл х ло р н о й в о ды , в о ста в ш ую ся пр о бир ку − бр о м н о й в о ды . Х о р о ш о пер емеш ать содер ж им о е пр о бир о к и по о кр аске сло я о р га н ическо го р аств о р ителя о п р еделить, како й гало ген в ыделяется в каж до м случае в св о бодн о м в иде Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

б) в тр и пр о бир ки в н ести по 1 мл сер о в о до р о дн о й в о ды . З атем в о дн у из н их до ба в ить сто лько ж е х ло р н о й в о ды , в о в то р ую − бр о м н о й и в тр етью − й о дн о й в о ды . Отметить измен ен ия. Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

Распо ло ж ить гало ген ы в р яд по убыв а н ию их о кислительн о й актив н о сти.

ОПЫ Т 3. Ср а в н ен ие в о сста н о в ительн ы х св о й ств гало ген ид-ио н о в О пыт пр о во д ить по д тяго й!

Тр и пр о бир ки по местить в ш татив . В о дн у из н их по ло ж ить н ем н о го х ло р ида

н атр ия, в др угую − бр о мида н атр ия и в тр етью − й о дида калия. В каж дую пр о бир ку пр илить н еско лько капель ко н ц ен тр ир о в а н н о й сер н о й кисло ты (кисло ту бр ать пипетко й !). Н аблю дать в н ачале р еакц ии в ыделен ие бело го дыма в каж до й пр о бир ке (HCl, HBr, HI) . З атем в о в то р о й и тр етьей пр о бир ка х о тметить по яв лен ие бур ы х па р о в бр о м а и й о да , о бр азую щ их ся в р езультате о кислительн о -в о сста н о в ительн ы х р еакц ий между HBr и HI с H2SO4. Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

К ако й из гало ген о в о до р о до в яв ляется н аибо лее сильн ым в о сста н о в ителем ? К акие гало ген ы м о ж н о по лучить дей ств ием ко н ц ен тр ир о в а н н о го р аств о р а сер н о й кисло ты н а со о тв етств ую щ ий гало ген ид?

ОПЫ Т 4. Х а р актер н ые р еакц ии н а ио н ы гало ген о в

В тр и пр о бир ки н алить н ем н о го р аств о р о в х ло р ида , бр о мида и й о дида калия.

Д о ба в ить в о в се пр о бир ки р аств о р AgNO3 . Н аблю дать в ыпаден ие о садко в AgCl (бело го ц в ета ), AgBr (бледн о -ж елто го ц в ета ), AgI (ж елто го ц в ета ). Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий в м о лекуляр н о й и ио н н о й ф о р м а х . И спытать о тн о ш ен ие о садко в к р аств о р ам азо тн о й кисло ты и аммиака .

С е р а и е е со е д ине ния

Сер а , как и кисло р о д, яв ляется типическим элемен то м VI гр уппы . Одн ако из-за н аличия в ака н тн ы х 3d-о р биталей о н а пр о яв ляет н е то лько степен ь о кислен ия −2, н о и по ло ж ительн ые степен и о кислен ия +4 и +6. В о тличие о т кисло р о да сер а

27 м о ж ет как о кисляться, так и в о сста н а в лив аться. Пр и умер ен н о м н агр ев а н ии о н а актив н о в заим одей ств ует со м н о гими н еметаллами, пр и спла в лен ии – со м н о гими металлами. В го р ячих р аств о р а х щ ело чей сер а диспр о по р ц ио н ир ует, о бр азуя сульфиды и сульфиты со о тв етств ую щ их металло в , пр и н агр ев а н ии р еагир ует с кисло тами – о кислителями.

В аж н ей ш ее со един ен ие сер ы с в о до р о до м – сер о в о до р о д H2S – ядо в итый газ с н еп р иятн ым запа х о м . Раств о р сер о в о до р о да в в о де – слабая дв ух о сн о в н ая кисло та . К ак газо о бр азн ый сер о в о до р о д, так и сер о в о до р о дн ая кисло та , пр о яв ляю т сильн ые в о сста н о в ительн ые св о й ств а . Он и легко о кисляю тся кисло р о до м в о здух а : пр и о бычн о й темпер атур е в р аств о р а х – до пр о сты х в ещ еств , пр и сж ига н ии – до дио ксида . Пр о дукты о кислен ия H2S в р аств о р а х др угими о кислителями – св о бодн ая сер а или сульф ат-ио н SO4

2−. И з о ксидо в сер ы н аибо льш ее зн ачен ие имеет дио ксид SO2 (сер н истый

а н гидр ид, или сер н истый газ) и тр ио ксид SO3 (сер н ы й а н гидр ид). Д ио ксид сер ы в зав исим о сти о т усло в ий м о ж ет о кисляться и в о сста н а в лив аться, для н его х а р актер н ы р еакц ии диспр о по р ц ио н ир о в а н ия. Пр и р аств о р ен ии в в о де SO2 о бр азует сер н истую кисло ту Н 2SO3, сущ еств ую щ ую то лько в р азба в лен н ы х в о дн ы х р аств о р а х . Н 2SO3 – кисло та ср едн ей силы , даю щ ая дв а р яда со лей – сульфиты и гидр о сульфиты . Д ля Н 2SO3 и сульфито в х а р актер н ы в о сста н о в ительн ые св о й ств а , н о пр и дей ств ии сильн ы х в о сста н о в ителей о н и в о сста н а в лив аю тся.

Тр ио ксид сер ы SO3 о бладает сильн о в ы р аж ен н ыми о кислительн ыми св о й ств ами. С в о до й SO3 о бр азует сер н ую кисло ту Н 2SO4. В р азба в лен н ы х р аств о р а х Н 2SO4 – сильн ая кисло та , р аств о р яю щ ая металлы , сто ящ ие лев ее в о до р о да в р яду н а п р яж ен ий , с о бр азо в а н ием со ли это го металла и с в ыделен ием в о до р о да . К о н ц ен тр ир о в а н н ая Н 2SO4 – сильн ый о кислитель. Пр и н агр ев а н ии о н а о кисляет по чти в се металлы , в о сста н а в лив аясь до SO2, S или Н 2S в зав исим о сти о т актив н о сти металла и темпер атур ы .

ОПЫ Т 5. По лучен ие H2S и его св о й ств а

О пыт пр о во д ить по д тяго й!

а ) по ло ж ить в пр о бир ку н еско лько кусо чко в сульфида ж елеза (II) и н алить 3 − 5 мл 20%-го р аств о р а со лян о й кисло ты . З акр ыть пр о бир ку пр о бко й с газо о тв о дн о й тр убко й . Обр азую щ ий ся сер о в о до р о д м о ж ет быть о бн а р уж ен по запа х у и по о кр аш ив а н ию в чер н ы й ц в ет ф ильтр о в альн о й бумаги, см о чен н о й р аств о р о м н итр ата св ин ц а (р аств о р со ли св ин ц а пр едста в ляет со бо й р еактив н а сер о в о до р о д). Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии по лучен ия сер о в о до р о да .

б) в ыделяю щ ий ся сер о в о до р о д пр о пускать в в о ду в течен ие н еско льких мин ут. И спытать по лучен н ую сер о в о до р о дн ую в о ду лакмусо в о й бумаж ко й . Объясн ить измен ен ие ц в ета лакмуса .

в ) пр и эн ер гичн о м в ыделен ии газа заж ечь его у о тв ер стия газо о тв одн о й тр убки. Н аблю дать го р ен ие сер о в о до р о да го лубым пламен ем . Подер ж ать н ад пламен ем го р ящ его сер о в о до р о да сух о й х о лодн ый стака н и н аблю дать

28 о бр азо в а н ие мельчай ш их капелек в о ды . Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии го р ен ия сер о в о до р о да .

г) в дв е пр о бир ки с р аств о р ам и бр о м н о й в о ды и пер м а н га н ата калия, подкислен н о го сер н о й кисло то й , пр о пустить сер о в о до р о д (или пр илить сер о в о до р о дн ую в о ду) до по мутн ен ия в следств ие в ыделен ия сер ы . Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

ОПЫ Т 6. Сер н ая кисло та и ее св о й ств а

О пыт пр о во д ить по д тяго й!

а ) Действие серно й к исл о ты на о рганические вещества В пр о бир ку с н ебо льш им ко личеств о м ко н ц ен тр ир о в а н н о й сер н о й кисло ты

о пустить лучин у. Ч то пр о исх одит? В пр о бир ку по местить н ем н о го са х а р н о й пудр ы , см о чить ее в о до й до

со сто ян ия густо й каш иц ы и затем пр илить 2 − 3 мл сер н о й кисло ты . Б ыстр о пер емеш ать м ассу стеклян н о й пало чко й . Н аблю дать о буглив а н ие са х а р а и в спучив а н ие м ассы .

б) Действие серно й к исл о ты на не м етал л ы В дв е пр о бир ки н алить 2 − 3 мл 96%-го р аств о р а сер н о й кисло ты , в н ести в

о дн у из н их н ебо льш о й кусо чек сер ы , в др угую − угля и о сто р о ж н о н агр еть (под тяго й !). Ч то пр о исх одит? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

в ) Действие серно й к исл о ты на м етал л ы Пр о в ести в п р о бир ка х р еакц ии в заим одей ств ия ко н ц ен тр ир о в а н н о й и

р азба в лен н о й сер н о й кисло ты с ц ин ко м , ж елезо м и медью н а х о лоду и пр и н агр ев а н ии. Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий . В о в сех ли случаях указан н ые металлы в заим одей ств ую т с H2SO4? В чем р азличие дей ств ия ко н ц ен тр ир о в а н н о й и р азба в лен н о й сер н о й кисло ты н а металлы?

Азо т и ф о сф о р , их со е д ине ния

Азо т и ф о сф о р – типичн ые н еметаллы . М о лекуляр н ы й азо т х имически м ало актив ен , пр и ко м н атн о й темпер атур е р еагир ует то лько с литием . Пр и актив а ц ии м о лекул (н агр ев а н ие, катализато р и т. д.) азо т о кисляет м н о гие металлы и н еметаллы , о бр азуя н итр иды ; о кисляется то лько пр и в заим одей ств ии с фто р о м и кисло р о до м .

Ф о сф о р о бладает бо лее в ысо ко й х имическо й актив н о стью . Он м о ж ет о кисляться и в о сста н а в лив аться; легко р еагир ует с р ядо м н еметалло в (кисло р о до м , гало ген ами, сер о й и др .), м н о гими металлами. С кисло тами, н е яв ляю щ имися о кислителями, о н н е в заим одей ств ует, пр и н агр ев а н ии р еагир ует с кисло тами – о кислителями. Пр и н агр ев а н ии в в о де и в р аств о р а х щ ело чей белый и кр асн ый ф о сф о р диспр о по р ц ио н ир ует.

Х а р актер н ые степен и о кислен ия азо та −3, 0, +1, +2, +3, +4, +5, а ф о сф о р а −3, 0, +3, +5. В аж н ей ш ими в о до р о дн ыми со един ен иями этих элемен то в яв ляю тся NH3 – аммиак и PH3 – ф о сф ин . NH3 и PH3 – сильн ые в о сста н о в ители.

Д ля NH3 х а р актер н ы р еакц ии пр исо един ен ия за счет до н о р н о -акц епто р н о го в заим одей ств ия. А ммиак в х о дит в о м н о гие ко мплексн ые со един ен ия в качеств е

29 лиган до в , р еагир ует с Н 2О и кисло тами, о бр азуя со ли амм о н ия. В се со ли амм о н ия тер мически н есто й ки, х о р о ш о р аств о р имы в в о де, в в о дн ы х р аств о р а х гидр о лизую тся.

PH3 с в о до й н е в заим одей ств ует, н о с сильн ыми кисло тами о бр азует со ли ф о сф о н ия (PH4

+). Д ля азо та изв естн ы о ксиды , о тв ечаю щ ие в сем степен ям о кислен ия о т +1 до

+5. Н аибо льш ее пр актическо е зн ачен ие из н их имею т о кись азо та NO и дв уо кись азо та NO2. По х имическим св о й ств ам NO яв ляется н есо лео бр азую щ им о ксидо м . Его х а р актер н ая о со бен н о сть – легко сть в заим одей ств ия с кисло р о до м пр и о бычн ы х усло в иях , а такж е до в о льн о сильн ые (о со бен н о пр и н агр ев а н ии) о кислительн ые св о й ств а : в ещ еств а , эн ер гичн о в заим одей ств ую щ ие с кисло р о до м (C, P, Mg и др .), сго р аю т в атм о сф ер е NO.

Д в уо кись азо та пр и р аств о р ен ии в в о де и щ ело ча х диспр о по р ц ио н ир ует. Окислительн ые св о й ств а NO2, как и NO, пр о яв ляю тся н аибо лее сильн о пр и н агр ев а н ии, пр и дей ств ии сильн ы х о кислителей NO2 о кисляется.

Д ля азо та изв естн ы гидр о ксиды , о тв ечаю щ ие степен ям о кислен ия +3 и +5, в о дн ые р аств о р ы ко то р ы х пр едста в ляю т со бо й со о тв етств ен н о азо тистую кисло ту Н NO2 и азо тн ую кисло ту Н NO3.

Н NO2 в св о бодн о м со сто ян ии н еусто й чив а и изв естн а лишь в о чен ь р азба в лен н ы х в о дн ы х р аств о р а х . К исло тн ые св о й ств а ее в ы р аж ен ы до в о льн о слабо . Д ей ств ием бо лее сильн ы х о кислителей (н а п р имер , KMnO4) о н а м о ж ет быть о кислен а в азо тн ую кисло ту.

Н NO3 о тн о сится к сильн ым кисло там и сильн ым о кислителям . Он а о кисляет по чти в се металлы (кр о ме благо р о дн ы х ) и н еметаллы . К о н ц ен тр ир о в а н н ая Н NO3 н а х о лоде «пассив ир ует» Al, Fe, Cr, Co, Ni. Пр о дукты в о сста н о в лен ия Н NO3 зав исят о т ее ко н ц ен тр а ц ии, пр ир о ды в о сста н о в ителя, темпер атур ы . Пр и н агр ев а н ии азо т, ф о сф о р о кисляю тся ею до со о тв етств ую щ их кисло т. М н о гие о р га н ические в ещ еств а р азр уш аю тся азо тн о й кисло то й .

В се со ли азо тисто й кисло ты , кр о ме AgNO2, и азо тн о й кисло ты х о р о ш о р аств о р яю тся в в о де. Пр и пр о калив а н ии о н и р азлагаю тся, п р ичем со ста в о бр азую щ их ся пр о дукто в зав исит о т пр ир о ды металла .

И з изв естн ы х для ф о сф о р а о ксидо в , о тв ечаю щ их степен ям о кислен ия +3 и +5 (P4O6 и P4O10 со о тв етств ен н о ), н аибо льш ее зн ачен ие имеет ф о сф о р н ы й а н гидр ид P4O10. Он эн ер гичн о со един яется с в о до й , о бр азуя в зав исим о сти о т усло в ий кисло ты р азличн о го со ста в а : метаф о сф о р н ую Н РО3, пир о ф о сф о р н ую Н 4Р2О7 или о р то ф о сф о р н ую (ф о сф о р н ую ) Н 3РО4.

Ф о сф о р н ая кисло та – тр ех о сн о в н ая кисло та ср едн ей силы , о бр азует кислые (пер в ичн ые и в то р ичн ые) и ср едн ие (тр етичн ые) со ли – ф о сф аты . В се пер в ичн ые ф о сф аты х о р о ш о р аств о р имы в в о де, из в то р ичн ы х и тр етичн ы х р аств о р имы лишь со ли щ ело чн ы х металло в и амм о н ия. В в о дн о м р аств о р е ф о сф аты подв ер гаю тся гидр о лизу, пр и н агр ев а н ии о н и р азлагаю тся.

ОПЫ Т 7. В о сста н о в ительн ые св о й ств а аммиака

30

В тр и пр о бир ки в н ести р аздельн о по 1 − 2 мл р аств о р о в бр о м н о й в о ды , пер м а н га н ата калия и дих р о м ата калия. В каж дую из пр о бир о к доба в ить по 2 − 3 мл 25%-го р аств о р а аммиака и подо гр еть до измен ен ия о кр аски. Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий , учиты в ая, что аммиак о кисляется до св о бодн о го азо та , KMnO4 в о сста н а в лив ается до MnO2 , а K2Cr2O7 − до Cr2O3.

ОПЫ Т 8. К ачеств ен н ая р еакц ия н а ио н амм о н ия

В пр о бир ку н алить н ем н о го р аств о р а како й -н ибудь со ли амм о н ия, н а п р имер

NH4Cl , пр иба в ить 1 − 2 мл р аств о р а NaOH и н агр еть. В в ыделяю щ иеся па р ы (о тметить запа х !) в н ести в лаж н ую кр асн ую лакмусо в ую бумаж ку. Он а син еет. Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии, яв ляю щ ей ся качеств ен н о й р еакц ией н а ио н амм о н ия.

ОПЫ Т 9. Азо тн ая кисло та и ее со ли О пыт пр о во д ить по д тяго й!

а ) Разл о ж ение азотно й к исл о ты при нагревании Н алить 1 − 2 мл азо тн о й кисло ты в пр о бир ку и укр епить ее в ер тикальн о в

ш татив е. Н есильн о н агр еть кисло ту. В н ести в пр о бир ку тлею щ ую лучин ку (дер ж ать щ ипц ами). Ч то н аблю дается? Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии р азло ж ен ия азо тн о й кисло ты .

б) Действие азотно й к исл о ты на м етал л ы В о дн у п р о бир ку по ло ж ить кусо чек ц ин ка , в др угую н ем н о го медн ы х

стр уж ек. Пр илить в каж дую п р о бир ку по 2 − 3 мл ко н ц ен тр ир о в а н н о й азо тн о й кисло ты . Пр оделать те ж е о пыты с сильн о р азба в лен н о й азо тн о й кисло то й . Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

в ) Разл о ж ение нитрато в при нагревании В тр и сух ие п р о бир ки в н ести н еско лько кр исталлико в н итр ата св ин ц а ,

н итр ата сер ебр а и н итр ата калия. З акр епить пр о бир ки в ш татив е в в ер тикальн о м по ло ж ен ии и н агр еть до р азло ж ен ия со лей . Н аблю дать в ыделен ие бур о го газа в пер в ы х дв ух пр о бир ка х . В н ести в каж дую п р о бир ку тлею щ ую лучин ку. Ч то н аблю дается? О в ыделен ии како го газа это св идетельств ует? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий , учиты в ая, что пр и р азло ж ен ии н итр ата св ин ц а о бр азуется о ксид св ин ц а (+2), пр и р азло ж ен ии н итр ата сер ебр а о бр азуется сер ебр о , а н итр ат калия пр ев р а щ ается в н итр ит.

ОПЫ Т 10. Ф о сф о р н ы й а н гидр ид и его св о й ств а

О пыт пр о во д ить по д тяго й!

В ф а р ф о р о в ую чаш ку (или н а кр ыш ку тигля), по ста в лен н ую н а асбесто в ую сетку, по ло ж ить н ем н о го кр асн о го ф о сф о р а . Н ад чаш ко й н а н ебо льш о м р ассто ян ии (~0,5 см ) о т сетки укр епить сух ую в о р о н ку. З аж ечь ф о сф о р н акален н о й стеклян н о й пало чко й . Н а стен ка х в о р о н ки о саж дается ф о сф о р н ы й а н гидр ид, о бр азую щ ий ся пр и го р ен ии ф о сф о р а , в в иде бело й , по х о ж ей н а сн ег кр исталлическо й м ассы .

31 К о гда в есь ф о сф о р сго р ит, в ло ж ить в о р о н ку в ко льц о ш татив а и о ста в ить н а

н еко то р о е в р емя. Ф о сф о р н ы й а н гидр ид о чен ь быстр о р асплыв ается. Н а како е св о й ств о Р2О5 указыв ает это яв лен ие?

ОПЫ Т 11. Г идр о лиз со лей ф о сф о р н о й кисло ты

Раств о р ы о дн о -, дв ух - и тр ех замещ ен н ы х ф о сф ато в н атр ия испытать с

по м о щ ью ун ив ер сальн о й ин дикато р н о й бумаж ки. Опр еделить р Н р аств о р о в , дать о бъясн ен ие по лучен н ым р езультатам . Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий гидр о лиза со лей .

Угле р о д и е го со е д ине ния

По х имическим и физическим св о й ств ам углер од и о бр азуемые им со един ен ия р езко о тличаю тся о т о стальн ы х элемен то в IV гр уппы . Б удучи типичн ым н еметалло м , углер о д в ф о р м е пр о сто го в ещ еств а , а такж е в со един ен иях с кисло р о до м , азо то м и сер о й спо со бен о бр азо в ы в ать кр атн ые св язи (>С=С<, −С≡С−, >С=О, О=С=О, −С≡N, >C=S). Пр и о бычн ы х усло в иях в се алло тр о пн ые м одификац ии углер о да в есьма ин ер тн ы . Пр и ув еличен ии темпер атур ы х имическая актив н о сть как сам о го углер о да , так и его со един ен ий р езко в о зр астает. В со един ен иях углер о д п р о яв ляет степен и о кислен ия −4, +2, +4.

С в о до р о до м углер од о бр азует бо льш о е ко личеств о со един ен ий , н азыв аемы х углев о до р о дами, с кисло р о до м – о ксиды СО и СО2.

У глекислый газ СО2 до в о льн о х о р о ш о р аств о р им в в о де, н а в о здух е н е го р ит и н е поддер ж ив ает го р ен ия о бычн ы х го р ю чих в ещ еств , н о заж ж ен н ые щ ело чн ые металлы , м агн ий и ф о сф о р пр о до лж аю т в н ем го р еть. Пр и р аств о р ен ии СО2 в в о де уста н а в лив ается р а в н о в есие:

Н 2О + СО2 ! Н 2СО3 ! Н + + Н СО3− ! 2 Н + + СО3

2−. У го льн ая кисло та Н 2СО3 в св о бодн о м со сто ян ии н е по лучен а . Б удучи

дв ух о сн о в н о й , о н а о бр азует дв а р яда со лей : н о р м альн ые (ка р бо н аты ) и кислые (бика р бо н аты ). К а р бо н аты н атр ия, калия и амм о н ия, а такж е в се бика р бо н аты р аств о р имы в в о де. У глекислые со ли др угих металло в н ер аств о р имы . В се со ли уго льн о й кисло ты р азлагаю тся кисло тами с в ыделен ием углекисло го газа . Пр и н агр ев а н ии по чти в се о н и р аспадаю тся н а о ксид металла и углекислый газ. Na2CO3 и К 2CO3 м о гут быть р аспла в лен ы без р азло ж ен ия.

Окись углер ода СО – бесц в етн ый , н е имею щ ий запа х а , о чен ь ядо в итый газ. В в о де СО м ало р аств о р им . Н а в о здух е го р ит син им пламен ем . Пр и по в ыш ен н о й темпер атур е пр о яв ляет в о сста н о в ительн ые св о й ств а .

ОПЫ Т 12. Адсо р бц ио н н ые и в о сста н о в ительн ые св о й ств а углер о да

а ) в пр о бир ку до по ло в ин ы ее о бъема н алить р аств о р ф уксин а , лакмуса или

чер н ил. В н ести в р аств о р н ем н о го актив н о го угля. Пло тн о закр ыть пр о бир ку и эн ер гичн о в стр ях ив ать ее 2 − 3 мин уты . По сле то го как р аств о р о тсто ится, о тметить его о бесц в ечив а н ие.

б) смеш ать о дин о бъем по р о ш ка о ксида меди с дв умя о бъемами по р о ш ка угля. Смесь по местить в пр о бир ку, укр епить в ш татив е го р изо н тальн о и н агр ев ать

32

сильн ым пламен ем го р елки 10 − 12 мин . По сле о х лаж ден ия пр о бир ки в ысыпать ее содер ж им о е н а лист бумаги. Обр атить в н им а н ие н а блестящ ий кр асн о в атый н алет н а стен ка х пр о бир ки и о бъясн ить его о бр азо в а н ие. Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии.

ОПЫ Т 13. По лучен ие о ксида углер о да (IV) и его св о й ств а

а ) в пр о бир ку в н ести м ален ький кусо чек м р ам о р а (ка р бо н ат кальц ия),

см о чить его в о до й и до ба в ить р аств о р ко н ц ен тр ир о в а н н о й со лян о й кисло ты . Пр о бир ку закр ыть пр о бко й с газо о тв о дн о й тр убко й и н а по лн ить дв е сух ие пр о бир ки дио ксидо м углер ода . Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии по лучен ия CO2.

Сделать пламя го р елки м ален ьким и в ылить н а н его содер ж им о е о дн о й пр о бир ки. Ч то н аблю дается? В о в то р ую пр о бир ку пр и по м о щ и пин ц ета или щ ипц о в быстр о в н ести лен ту го р ящ его м агн ия. Ч то пр о исх о дит? Объясн ить н аблю даемые яв лен ия.

б) пр о пустить то к дио ксида углер ода чер ез дистиллир о в а н н ую в о ду в течен ие 3 − 5 мин . И спытать р аств о р ин дикато р ам и. К акие пр о ц ессы п р о исх о дят пр и в заим одей ств ии дио ксида углер о да с в о до й ? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

ОПЫ Т 14. Со ли уго льн о й кисло ты

а ) в пр о бир ку с 2 − 3 мл изв естко в о й в о ды пр о пускать дио ксид углер о да до

по яв лен ия о садка ка р бо н ата кальц ия. Пр о до лж ать пр о пускать углекислый газ до р аств о р ен ия о садка в следств ие о бр азо в а н ия р аств о р им о го гидр о ка р бо н ата . Н аписать ур а в н ен ия пр о текаю щ их р еакц ий .

б) н алить в пр о бир ку 2 − 3 мл 1н . р аств о р а гидр о ксида н атр ия и пр о пускать чер ез н его дио ксид углер о да до тех по р , по ка р аств о р н е сделается по чти н ей тр альн ым . Н агр еть по лучен н ый р аств о р . К ако й газ в ыделяется? И спытать по сле это го дей ств ие р аств о р а н а ин дикато р ы . Н аписать ур а в н ен ия п р о в еден н ы х р еакц ий и о бъясн ить р азличие в дей ств ии по лучен н ы х р аств о р о в н а ин дикато р ы . К акая со ль сильн ее гидр о лизуется: ка р бо н ат или гидр о ка р бо н ат н атр ия? По чему?

Р АБОТ А 9

КО М ПЛЕКС НЫЕ С О ЕД ИНЕНИЯ

Н аибо лее о бш ир н ы й и р азн о о бр азн ый класс н ео р га н ических в ещ еств пр едста в ляю т ко мплексн ые, или ко о р дин а ц ио н н ые, со един ен ия. Ко м пле ксным со е д ине ние м н азыв ается со един ен ие в ысш его по р ядка , в узла х кр исталлическо й р еш етки ко то р о го н а х о дятся сло ж н ые частиц ы , по стр о ен н ые за счет ко о р дин а ц ии о дн им ато м о м (ио н о м ) электр о н ей тр альн ы х м о лекул или пр о тив о по ло ж н о за р яж ен н ы х ио н о в , и спо со бн ые к сам о сто ятельн о му сущ еств о в а н ию пр и пер ех о де в ещ еств а в р аспла в лен н о е или р аств о р ен н о е со сто ян ие. В ко о р дин а ц ио н н о м со един ен ии р азличаю т в н утр ен н ю ю и в н еш н ю ю сф ер ы . В н утр ен н яя сфер а в клю чает ц ен тр альн ый ато м – ко м пле ксо о бр азо вате ль – и ко о р дин ир ую щ иеся в о кр уг н его ио н ы и м о лекулы , н азыв аемые лиганд ам и.

33 В н утр ен н ю ю сфер у ко мплекса п р и н а писа н ии ф о р м улы заклю чаю т в кв адр атн ые ско бки. К ак пр а в ило , ко мплексо о бр азо в ателями яв ляю тся катио н ы металло в , о со бен н о пер ех о дн ы х . И з н еметалло в ц ен тр альн ым ато м о м служ ат ча щ е в сего B, P, Si, As. Лига н ды пр едста в ляю т со бо й а н ио н ы или м о лекулы н ео р га н ическо й или о р га н ическо й пр ир о ды . К о м плексо о бр азо в атель – о бычн о акц епто р , а лиган ды – до н о р ы электр о н н ы х па р , и пр и о бр азо в а н ии ко мплекса между н ими в о зн икает св язь по до н о р н о -акц епто р н о м у мех а н изму.

Ч исло лига н до в , ко о р дин ир о в а н н ы х ц ен тр альн ым ато м о м , − ко о р д инац ио нно е число (К . Ч .) – о бычн о пр ев ыш ает его степен ь о кислен ия. Н аибо лее часто в стр ечаю тся ко мплексы с К . Ч . = 6, 4 или 2. Ч исло ко о р дин а ц ио н н ы х мест, ко то р ые зан им ает лига н д в о в н утр ен н ей сфер е, н азыв ается е м ко сть ю лиганд а ( или д е нтатно сть ю ). Н ап р имер , в ко мплексн о м ио н е [Co(NH3)4CO3]+ ко о р дин а ц ио н н о е число р а в н о 6, емко сть лига н да NH3 р а в н а 1, а CO3

2− − 2. В ко мплексн о м ио н е [Co(NH3)5CO3]+ К . Ч . = 6, емко сть лиган до в NH3 и CO3

2− р а в н а 1. К о м плексн о е со един ен ие о бщ его в ида [MLn]Xm диссо ц иир ует следую щ им

о бр азо м : [MLn]Xm ! [MLn] m+ + m X −.

Сам ко мплексн ы й ио н такж е спо со бен диссо ц иир о в ать, н о уж е как слабый электр о лит. К о м плекс под дей ств ием р аств о р ителя по следо в ательн о тер яет лиган ды (диссо ц иа ц ия пр о текает ступен чато ), и в ко н ечн о м ито ге это т npoц ecc м о ж н о в ы р азить следую щ им о бр азо м :

[MLn] m+ ! M m+ + n L. К о личеств ен н о это р а в н о в есие х а р актер изуется о бщ ей ко нстанто й

не сто йко сти ко м пле кса:

n

m+ n

нест m+[M ] [L]К[ [ML ] ]

⋅= .

Ч ем бо льш е Кн ест, тем мен ее усто й чив ко мплексн ый ио н . Д ля н еко то р ы х

со един ен ий (дв о й н ые со ли) ко н ста н та н есто й ко сти н асто лько в елика , что о н и в р аств о р е р аспадаю тся н а со ста в ляю щ ие пр о стые ио н ы .

ОПЫ Т 1. Различие между дв о й н ыми со лями и ко мплексн ыми со един ен иями

а ) в дв е пр о бир ки н алить по 1 мл р аств о р а ж елезо амм о н ий н ы х кв асц о в NH4Fe(SO4)2⋅12Н 2О. В о дн у из пр о бир о к пр илить н еско лько капель р о да н ида амм о н ия, а в др угую - н еско лько капель х ло р ида ба р ия. Ч то н аблю дается и с чем это св яза н о ? Н аписать ио н н ые ур а в н ен ия п р о текаю щ их р еакц ий и ур а в н ен ие электр о литическо й диссо ц иа ц ии ж елезо амм о н ий н ы х кв асц о в .

б) пр илить в пр о бир ку 5 капель р аств о р а гексац иа н о ф ер р ата калия К 3[Fе(СN)6] и до ба в ить н еско лько капель р аств о р а р о да н ида амм о н ия. Содер ж ит ли р аств о р это й ко мплексн о й со ли ио н ы тр ех в ален тн о го ж елеза? Н аписать

34 ур а в н ен ие р еакц ии диссо ц иа ц ии дан н о го со един ен ия. В чем о тличие дв о й н ы х со лей о т ко мплексн ы х ?

ОПЫ Т 2. Опр еделен ие ато м а , чер ез ко то р ы й ко о р дин ир уется лига н д

Смеш ать р а в н ые о бъемы 1М р аств о р а х ло р ида кадмия и 2М р аств о р а тио м о чев ин ы . Н аблю дать в ыпаден ие белых иго льчаты х кр исталло в смеш а н н о го н ей тр альн о го ко мплекса (ко о р дин а ц ио н н о е число кадмия (К . Ч .) р а в н о 4). Н апи-сать ф о р м улу по лучен н о го ко мплекса . Отделить кр исталлы о т р аств о р а и н агр еть их в ф а р ф о р о в о й чаш ечке н а газо в о й го р елке. Пр и тер м о дестр укц ии это го ко мплекса м о ж ет по лучиться или н итр ид кадмия (чер н о го ц в ета ), или сульфид кадмия (ж елто го ц в ета ). У каж ите ц в ет по лучаем о го со един ен ия и о п р еделите ато м , чер ез ко то р ы й ко о р дин ир уется тио м о чев ин а .

ОПЫ Т 3. По лучен ие катио н н ы х и а н ио н н ы х ко мплексн ы х со един ен ий

а ) По лучен ие аммиаката меди. К н ебо льш о му ко личеств у р аств о р а сульф ата меди (II) пр илить по каплям

р аств о р аммиака . Н аблю дать о бр азо в а н ие го лубо го о садка , ко то р ы й р аств о р яется пр и дальн ей ш ем пр иба в лен ии избытка аммиака в следств ие о бр азо в а н ия ко мплексн о го о сн о в а н ия (К . Ч . (Сu) = 4).

б) По лучен ие аммиаката н икеля. К р аств о р у со ли н икеля (II) п р илить по каплям р аств о р аммиака до

в ыпаден ия о садка гидр о ксида н икеля. По сле это го до ба в ить ещ е н еско лько капель р аств о р а аммиака до р аств о р ен ия о садка . Н апиш ите в м о лекуляр н о й и ио н н о й ф о р м а х р еакц ии по лучен ия гидр о ксида н икеля и ко мплексн о го о сн о в а н ия (К . Ч . = 6). Ср а в н ите ц в ет р аств о р о в исх одн о й со ли и по лучен н о го со един ен ия н икеля. Пр исутств ие каких ио н о в в р аств о р е о п р еделяет о кр аску р аств о р о в ?

в ) По лучен ие акв а - и гидр о ксо ко мплексо в х р о м а (III). Н алить в дв е пр о бир ки по 1 мл р аств о р а со ли х р о м а (III) и доба в ить по

каплям 1М р аств о р аммиака до о бр азо в а н ия о садка гидр о ксида х р о м а . В о дн у пр о бир ку п р илить 1М р аств о р сер н о й кисло ты , в др угую – 2М р аств о р гидр о ксида н атр ия до р аств о р ен ия о садка . Н апиш ите в м о лекуляр н о й и ио н н о й ф о р м е ур а в н ен ия р еакц ий по лучен ия гидр о ксида х р о м а (III), в заим одей ств ия его с кисло то й и щ ело чью (в о бр азую щ их ся ко мплекса х К . Ч . = 6). У каж ите ц в ет по лучен н ы х со един ен ий .

ОПЫ Т 4. У сто й чив о сть ко мплексн ы х ио н о в

а ) по местить в дв е пр о бир ки по 1 мл 0,5 М р аств о р а сульф ата м агн ия и до ба в ить по 1 мл 0,5 М р аств о р а гидр о ксида н атр ия. Н а по лучен н ые о садки гидр о ксида м агн ия подей ств о в ать избытко м р аств о р а гидр о ксида н атр ия (пер в ая пр о бир ка ) и 25%-н ым р аств о р о м аммиака (в то р ая пр о бир ка ). Раств о р яется ли пр и это м о садо к гидр о ксида м агн ия ?

35 Пр о в едите такие ж е о пыты с 0,5 М р аств о р о м х ло р ида ц ин ка . Сделай те

в ы в о д, како й из ио н о в (М g2+ или Zn2+) о бладает лучш ими ко мплексо о бр азую щ ими св о й ств ами. Н апиш ите ур а в н ен ия р еакц ий по лучен ия со о тв етств ую щ их ко мплексн ы х со един ен ий в м о лекуляр н о й и ио н н о й ф о р м а х .

б) в пр о бир ку н алить н ебо льш о е ко личеств о р аств о р а н итр ата сер ебр а . К н ему до ба в ить р аств о р иодида калия. Обр азо в а в ш ий ся о садо к AgI о тф ильтр о в ать и р аств о р ить в избытке р аств о р а тио сульф ата н атр ия. Н аписать ур а в н ен ие р еакц ии о бр азо в а н ия а ц идо ко мплекса . К по лучен н о му р аств о р у ко мплексн о й со ли сер ебр а пр илить н ем н о го р аств о р а сульфида амм о н ия или сер о в о до р о да . Объясн ить, по чему о бр азуется о садо к Ag2S. Н апиш ите в ы р аж ен ие для ко н ста н ты н есто й ко сти о бр азую щ его ся ко мплексн о го со един ен ия.

ОПЫ Т 5. Окислительн о -в о сста н о в ительн ые св о й ств а ко мплексн ы х со един ен ий

а ) в дв е пр о бир ки н алить по 1 мл р аств о р а кр асн о й кр о в ян о й со ли

К 3[Fе(СN)6] и в каж дую пр о бир ку до ба в ить по н еско лько капель FeCl3. Обр атить в н им а н ие н а измен ен ие о кр аски р аств о р о в . Одн у пр о бир ку о ста в ить для ср а в н ен ия, а в др угую до ба в ить 5 капель р аств о р а К ОН и 10 капель 3%-н о го р аств о р а пер о ксида в о до р о да . Смесь в збо лтать, испытать в ыделяю щ ий ся газ лучин ко й . И змен яется ли о кр аска р аств о р а? Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

б) к р аств о р у CoCl2 пр илить в избытке р аств о р ы х ло р ида амм о н ия и аммиака . Н аблю дать о бр азо в а н ие р о зо в ато -кр асн о го р аств о р а ко мплексн о й со ли (К . Ч .= 6). Раств о р н а в о здух е мен яет о кр аску (о н а ста н о в ится ж елто й ) в следств ие о кислен ия. Н аписать ур а в н ен ия р еакц ий .

36 ПРИЛ О Ж ЕНИЕ

Таблиц а 1 Д авле ние насыщ е нно го во д яно го пар а пр и р азличных те м пе р атур ах (в мм . р т. ст.)

Т , 0С Д ав л е ние Т , 0С Д ав л е ние Т , 0С Д ав л е ние Т , 0С Д ав л е ние

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

4,58 4,93 5,29 5,69 6,10 6,54 7,01 7,51 8,05 8,61 9,21 9,84 10,52 11,23 11,99 12,79 13,63 14,53 15,48 16,48 17,54 18,65 19,83 21,07 22,38

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

23,76 25,21 26,74 28,35 30,04 31,82 33,70 35,66 37,73 39,90 42,18 44,56 47,07 49,69 54,44 55,32 58,34 61,50 64,80 68,26 71,88 75,65 79,60 83,71 88,02

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

92,51 97,20 102,1 107,2 112,5 118,0 123,8 129,8 136,1 142,6 149,4 156,4 163,8 171,4 179,3 187,5 196,1 205,0 214,2 223,7 233,7 243,9 254,6 265,7 277,2

75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

100

289,1 301,4 314,1 327,3 341,0 355,1 369,7 384,9 400,6 416,8 433,6 450,9 468,7 487,1 506,1

525,76 546,05 566,99 588,60 610,90 633,90 657,62 682,07 707,27 733,24 760,00

37 Таблиц а 2

Пр о изве д е ние р аство р им о сти труд но р аство р им ых ве щ е ств (пр и ко м н атн о й темпер атур е)

В е щ е ст в о П ро изв е де ние раст в о римо ст и В е щ е ст в о П ро изв е де ние

раст в о римо ст и AgBr 3,3⋅10−13 CdS 1,2⋅10−28 AgCl 1,7⋅10−10 Cu(OH)2 1,2⋅10−12 Ag2CrO4 1,7⋅10−12 CuS 3,2⋅10−38 Ag2Cr2O7 2⋅10−7 FeS 3,8⋅10−20 AgI 8,5⋅10−17 Mg(OH)2 5⋅10−12 AgOH 1,5⋅10−8 MnS 1,4⋅10−15 Ag2S 5,9⋅10−52 NiS 1,4⋅10−24 BaCO3 4,9⋅10−9 PbS 6,8⋅10−29 BaSO4 9,9⋅10−11 SrSO4 2,8⋅10−7 CaCO3 5⋅10−9 ZnS 7,4⋅10−27 CaC2O4 3,8⋅10−9 HgS 4⋅10−53 CaSO4 6,1⋅10−5

Таблиц а 3

Ко нстанты д иссо ц иац ии слабых эле ктр о лито в (пр и 25 °С)

Эл е кт ро л ит Кд иссо ц иац ии Эл е кт ро л ит Кд иссо ц иац ии

CH3COOН 1,754⋅10−5 К1 = 7,52⋅10−3 К1 = 6,0⋅10−8 К2 = 6,31⋅10−8 H2S К2 = 1,0⋅10−14

H3PO4

К3 = 1,26⋅10−12 HNO2 4⋅10−4 К1 = 5,4⋅10−2

К1 = 1,04⋅10−3 (С OOH)2 К2 = 5,4⋅10−5 H2C4H4O6 К2 = 4,55⋅10−5 NH4OH 1,79⋅10−5

К1 = 4,45⋅10−7 К1 = 1,58⋅10−2 H2CO3 К2 = 4,69⋅10−11 H2SO3 К2 = 6,31⋅10−8

HCOOH 1,77⋅10−4 Н2О 1,86⋅10−16

HCN 7,9⋅10−10

38 Таблиц а 4

Раство р им о сть не ко то р ых со ле й в во д е пр и р азличных те м пе р атур ах (в гр амм а х н а 100 г в о ды )

Т , 0С N

aCl

NaN

O3

Na 2

SO4⋅1

0 H

2O

в пересчете на

безводную

соль

KN

O3

K2C

r 2O

7

(NH

4) 2SO

4

Ca(

CH

3CO

O) 2

CuS

O4 ⋅

5 H

2O в

пересчете на

безводную

соль

CuS

O4 ⋅

(N

H4) 2

SO4

0 10 20 25 30

32,38 40 50 60 70 80 85 90

100

35,5 35,7 35,9 36,0 36,1

- 36,4 36,8 37,2 37,5 38,1

- 38,7 39,4

72,7 79,9 87,6 91,6 96,1

- 104,9 114,1 124,7

- 149

- -

176

4,5 9,6

19,2 27,9 40,8 49,81 48,4 46,6 45,3 44,1 43,3

- 42,7 42,3

13,1 21,2 31,6 37,9 46,0

- 63,9 85,5

110,1 137,5 168,8

- 204,9 243,6

4,68 7,75 12,48 15,0 18,2

- 25,9

- 45,56

- 73,01

- -

100,0

70,1 72,7 75,4 76,9 78,1

- 81,2 84,3 87

90,6 94,1

- 97,8 102

37,4 36,0 34,7 34,2 33,8

- 33,2

- 32,7

- 33,5 32,9 31,1 29,7

14,3 17,2 20,5 22,3 24,4

- 28,7 33,7 39,5

- 55,5

- 76,72

77,0

11,5 15,1 19,4 22,3 24,4

- 30,5 37,6 46,3 56,8 69,7

- 86,0

107,1

1 - Тв ер дая ф аза Na2SO4 2 – п р и темпер атур е 96 °С

Таблиц а 5

Пр о ц е нтная ко нц е нтр ац ия и пло тно сть р аство р о в кисло т и щ е ло че й (пр и 15°С)

П л о т но ст ь раст в о ра, г/мл П ро це нт ная

ко нце нт рация Н2SO4 HNO3 НCl CH3COOН КО Н NaOH 4 1,027 1,022 1,019 1,0052 1,033 1,046 8 1,055 1,044 1,039 1,0113 1,065 1,092 12 1,083 1,068 1,059 1,0171 1,100 1,137 16 1,112 1,093 1,079 1,0228 1,157 1,181 20 1,143 1,119 1,100 1,0284 1,176 1,225 24 1,174 1,145 1,121 1,0337 1,217 1,268 28 1,205 1,171 1,142 1,0388 1,263 1,310 32 1,238 1,198 1,163 1,0436 1,310 1,352 36 1,273 1,225 1,183 1,0481 1,358 1,395

39 Про до л ж ение табл . 5

П ро це нт ная ко нце нт рация П л о т но ст ь раст в о ра, г/мл

Н2SO4 HNO3 НCl CH3COOН КО Н NaOH 44 1,342 1,277 - 1,0562 1,460 1,478 48 1,380 1,303 - 1,0598 1,511 1,519 52 1,419 1,328 - 1,0631 1,564 1,560 56 1,460 1,351 - 1,0660 1,616 1,601 60 1,503 1,373 - 1,0685 - 1,643 64 1,547 1,394 - 1,0707 - - 68 1,594 1,412 - 1,0725 - - 72 1,640 1,429 - 1,0740 - - 76 1,687 1,445 - 1,0747 - - 80 1,732 1,460 - 1,0748 - - 84 1,776 1,474 - 1,0742 - - 88 1,808 1,486 - 1,0726 - - 92 1,830 1,496 - 1,0696 - - 96 1,840 1,504 - 1,0644 - -

~100 1,838 1,522 - 1,0553 - -

Таблиц а 6 Пр о ц е нтная ко нц е нтр ац ия и пло тно сть р аство р о в не ко то р ых со ле й (п р и 20 °С)

П л о т но ст ь раст в о ра, г/мл П ро це нт ная

ко нце нт рация Na2SO4 Na2С O3 NaCl ВaCl2 NН4Cl 1 1,008 1,009 1,005 - 1,001 2 1,016 1,019 1,013 1,016 1,004 4 1,035 1,040 1,027 1,034 1,011 6 1,053 1,061 1,041 1,053 1,017 8 1,072 1,082 1,056 1,072 1,023 10 1,091 1,103 1,071 1,092 1,029 12 1,111 1,124 1,086 1,113 1,034 14 1,131 1,146 1,101 1,134 1,040 16 1,151 - 1,116 1,156 1,046 18 - - 1,132 1,179 1,051 20 - - 1,148 1,203 1,057 22 - - 1,164 1,228 1,062 24 - - 1,180 - - 26 - - 1,197 - 1,072

40

Ре ко м е нд ац ии по по стр о е нию гр афико в

Пр едпо ло ж им , что в х о де экспер имен та н ам и по лучен ы следую щ ие дан н ые, ко то р ые удо бн о зан ести в таблиц у: № пр о - бир ки

Объем р а ств о р а Na2S2O3, мл

Объем в о ды , мл

Объем р а ств о р а Н 2SO4, мл

Общ ий о бъем р а ств о р а мл

У сло в н ая ко н ц ен т- р а ц ия C Na2S2O3

В р емя пр о тека - н ия р еак- ц ии t, с

Ско р о сть р еакц ии V=1/t, c-1

1 2 3

5 10 15

10 5 0

5 5 5

20 20 20

1С 2С 3С

63 39 21

0,016 0,026 0,048

Н ео бх одимо по стр о ить гр аф ик в ко о р дин ата х v(C)

(ск о ро сть реакции как функция к о нцентрации тио сул ьфата натрия).Такая запись о зн ачает, что по о си о р дин ат (OY) мы до лж н ы о ткладыв ать зн ачен ия фун кц ии (ско р о сти v), а по о си абсц исс (OX) – в еличин ы а р гумен та (ко н ц ен тр а ц ии С).

Пр иступим к по стр о ен ию гр аф ика . 1. И зо бразим сист е му ко о рдинат . В о бщ ем случае гр аф ик м о ж ет иметь лю бые р азмер ы . Э то

зав исит о т то го , с како й ц елью о н стр о ится, о т ко личеств а экспер имен тальн ы х то чек. В н аш ем случае экспер имен тальн ы х то чек то лько тр и, по это му н аш гр аф ик н е до лж ен быть слиш ко м бо льш им . Если, к пр имер у, мы в ыбер ем р азмер ы н аш его гр аф ика 6см : 6см , то о н будет в по лн е н аглядн ым . С учето м это го изо бр азим систему ко о р дин ат.

2. Выбе ре м масшт аб по о си абсцисс (ОХ). М асш таб до лж ен быть в ыбр а н таким о бр азо м , что бы в се

экспер имен тальн ые то чки по местились н а гр аф ике. В н аш ем случае ко н ц ен тр а ц ия мен яется о т 1С до 3С. Если мы в ыбер ем м асш таб 1С:2 см , то мы о ста н емся в пр едела х изо бр аж ен н о й н ам и о си ко о р дин ат. М о ж н о в ыбр ать и мен ьш ий м асш таб, н а п р имер , 1С:1,5 см . В дан н о м случае гр аф ик будет такж е в по лн е н аглядн ым . По сле то го , как м асш таб в ыбр а н , в со о тв етств ии с н им р азмечается о сь абсц исс, н а н о ся чер ез р а в н ые п р о меж утки то чки (н а п р имер , чер ез 1,5 см ) 1С, 2С,… , nС.

3. Выбе ре м масшт аб по о си о рдинат (OY). Пр имен яем те ж е самые р ассуж ден ия, что и пр и в ыбо р е

м асш таба по о си абсц исс. Так как ско р о сть мен яется о т 0,016 до 0,048с−1, то , в ыбр а в м асш таб 0,01с−1:1см , мы н е в ы й дем за пр еделы н аш ей системы ко о р дин ат. То гда чер ез

V C V 1C 2C 3C C

V 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 C 1С 2С 3С

41 1см о т н ачала ко о р дин ат н а н о сим то чку 0,01, чер ез 2см – то чку 0,02 и т.д.

4. Н ане се м экспе риме нт ал ьные данные . В н аш ем случае это то чки с ко о р дин атами (1С; 0,016),

(2С; 0,026), (3С; 0,048). Ч ер ез то чку 1C н а о си абсц исс пр о в о дим пр ямую , па р аллельн ую о си OY, а чер ез то чку 0,016 н а о си о р дин ат – пр ямую , па р аллельн ую о си OX. Н а их пер есечен ии н а х о дится то чка с ко о р дин атами (1С; 0,016). А н ало гичн о н а х о дим др угие экспер имен тальн ые то чки.

5. П о экспе риме нт ал ьным т о чкам с уче т о м т е о ре т иче ских пре дст ав л е ний по ст ро им график.

Пр едпо ло ж им , что исх одя из н еко то р ы х тео р етических со о бр аж ен ий , н аш гр аф ик до лж ен пр едста в лять со бо й пр ямую лин ию , пр о х о дящ ую чер ез н ачало ко о р дин ат, то есть то чку с ко о р дин атами (0; 0). Н а н есем и эту то чку н а гр аф ик и по пытаемся пр о в ести чер ез н ее и экспер имен тальн ые то чки п р ямую лин ию . М ы ув идим , что по лучен н ые н ами экспер имен тальн ые дан н ые н е укладыв аю тся в пр ямую лин ию , н о имею т н еко то р ы й р азбр о с. Э то типичн ая ситуа ц ия, в о зн икаю щ ая в св язи с по гр еш н о стью экспер имен та . В это м случае мы до лж н ы пр о в ести пр ямую чер ез то чку с ко о р дин атами (0; 0) таким о бр азо м , что бы о н а пр о х о дила м аксим альн о близко о т в сех экспер имен тальн ы х то чек.

Если п р едпо лагается, что ско р о сть р еакц ии до лж н а р асти уско р ен н о , то экспер имен тальн ые то чки м о гут быть о бъедин ен ы пла в н о й лин ией (2). В сегда ж елательн о , если это в о зм о ж н о , лин еа р изо в ать гр аф ик, то есть в ыбр ать такую систему ко о р дин ат, в ко то р ы х гр аф ик имел бы в ид пр ям о й . Со ста в ители: А фин о ген о в Ю р ий Петр о в ич, Г о н ча р о в Ев ген ий Г р иго р ьев ич, М алев ская Лю дмила А н ато льев н а , Суш ко в а Татьян а Пав ло в н а , Тв ер до х лебо в а Ла р иса Яко в лев н а Редакто р Б ун ин а Т.Д .

V 0,05 0,04 0,03 1 0,02 2 0,01 C 1С 2С 3С

V 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 1C 2C 3C