РАБОЧИЕ ТЕТРАДИ

Ю.И.ПАХОМОВ

Cборник
практических работ
по химии

9 КЛАСС

Продолжение. См. № 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40/2003

Практическая работа 18.
Рассмотрение образцов металлов.
Взаимодействие металлов
с растворами солей

Цели. Закрепить умение обосновывать свойства металлов особенностями их структуры и величиной стандартного электродного потенциала.
Оборудование и реактивы. Спиртовка, спички, щипцы лабораторные, коллекция «Металлы», справочник «Металлы», санитарная склянка, штатив с пробирками; Pb и Sn (гранулы), железная и медная пластинки, растворы AgNO3, СuSO3, Pb(NO3)2, тонкая проволока (Cu), парафин (2 куска), Fe и Сu (стружки).

Металлические кристаллические решетки

Объемно-центрированная кристаллическая упаковка (Na)

Гранецентрированная кристаллическая упаковка (Cu)

Гексагональная плотнейшая кристаллическая упаковка (Mg)


Объемно-центрированная кристаллическая упаковка
(Na)

Гранецентрированная кристаллическая упаковка (Cu)

Гексагональная плотнейшая кристаллическая упаковка (Mg)

Чистые металлы в твердом состоянии – это кристаллы, в которых частицы вещества расположены в определенном геометрическом порядке, образуя кристаллическую решетку. В узлах металлической решетки находятся положительно заряженные ионы и нейтральные атомы, а между ними перемещаются «свободные» электроны.
Согласно теории Полинга электроны внешнего уровня атомов металла свободно перемещаются по всему металлу. Отсюда высокая электропроводность и испускание при нагревании потока свободных электронов.
За исключением ртути, при обычных условиях все металлы – твердые вещества. В компактном состоянии для них характерен металлический блеск (отражение света). Cs и Au – желтого цвета, Сu – желто-красного, большинство – cеребряно-белого цвета. В тонкоизмельченном состоянии только Mg и Al – серебристые порошки, остальные темно-серого или черного цвета.

Из механических свойств для металлов характерны:

  • пластичность – свойство деформироваться без трещин под действием определенной нагрузки;
  • ковкость – свойство деформироваться без трещин под влиянием сжатия при температуре ниже tпл металла;
  • тягучесть – способность вытягиваться в нить.

Общее химическое свойство, присущее металлам, – способность отдавать свои электроны в химических реакциях:

M – ne = Mn+.

Мерой прочности связи электронов в атомах является энергия ионизации. Наименьшая энергия ионизации – у щелочных металлов, являющихся энергичными восстановителями. Восстановительными свойствами металлов обусловлена их способность реагировать с различными окислителями: неметаллами, кислотами, солями менее активных металлов.
По степени легкости отдачи электронов в растворах металлы располагают в ряд – ряд стандартных электродных потенциалов Е0:

 

Ряд стандартных электродных потенциалов справедлив для окислительно-восстановительных процессов, происходящих только в водной среде.

Химические свойства металлов

Металлы взаимодействуют с неметаллами (обычно при нагревании):

Названия бинарных cоединений металлов с неметаллами оканчиваются на -ид. Чем более электроотрицателен элемент, тем он сильнее окисляет металл. Например, железо в реакции соединения с хлором окисляется до степени окисления +3, а с серой до +2.

Важные химические свойства металлов проявляются в их отношении к воде, растворам кислот, щелочам, солям. При рассмотрении взаимодействия металлов с кислотами необходимо учитывать концентрацию кислот и активность металлов.

Щелочи взаимодействуют только с металлами, оксиды которых проявляют амфотерный характер.

Более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

Порядок работы   Задания   Наблюдения и выводы
Рассмотреть выданные образцы металлов по внешним признакам. Определить по справочным таблицам их твердость и температуру плавления.
При помощи щипцов поместить
в пламя по грануле свинца и олова, наблюдать, как происходит плавление.
Для сравнения теплопроводности
на одном конце двух одинаковых
пластинок меди и железа
поместить по кусочку парафина,
а противоположные концы одновременно поместить в пламя горелки
Исследовать выданные образцы металлов, назвать их, расположить в схеме их символы по мере возрастания твердости, температуры плавленияи электропроводности

В три пробирки поочередно
прилить по 2–3 мл растворов
нитрата серебра(I), сульфата меди(II)
и нитрата свинца(II). В первую
пробирку положить тонкую медную
проволочку, во вторую – стружки
железа, в третью – медные стружки
Kакие вещества образуются
в каждой пробирке?
Kакая закономерность
проявляется в этих процессах?
Написать уравнения реакций
на основе электронного баланса

 …

На основании кристаллического строения металлов, образующих металлическую структуру, объяснить некоторые факты Почему металлы:
а) обладают хорошей электропроводностью;
б) с повышением температуры их электропроводность уменьшается;
в) при температуре, близкой
к абсолютному нулю, проявляют свойство
сверхпроводимости;
г) непроницаемы для радиолучей;
д) в монолите имеют металлический блеск?

  

Объяснить, на каких физических свойствах основано применение металлов и сплавовдля изготовления электролампочек

Практическая работа 19.
Электролиз

Цели. Обобщить и закрепить понятия об электролизе водных растворов электролитов.
Оборудование и реактивы. Угольные электроды с проводниками и пробками, залитыми воском
(6 шт.), источник постоянного тока, U-образные трубки без тубусов, с одним тубусом и с двумя
(3 шт.), медный электрод, покрытый слоем сернистой меди, санитарная склянка, ватный тампон, стеклянная трубка, кристаллизатор (2 шт.), резиновые трубки (соединительные), химический стакан, воронка обыкновенная, голубая ткань (кусочек); соляная кислота ((HCl) = 20%), насыщенный раствор NaCl (5,3 моль/л или 315 г на 1 л воды), фенолфталеин (спирт. р-р) в капельнице, Na2SO4 (р-р), KI (водный р-р), дистиллированная вода, крахмал, красящие вещества (фуксин, индиго, метиловый фиолетовый (чернила)).

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, происходящий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита, сопровождающийся восстановлением на катоде и окислением на аноде.
При электролизе расплавов электролитов катионы принимают электроны от катода (восстановление), а анионы отдают электроны аноду (окисление). Причиной перераспределения электронов являются не сами ионы, а источник постоянного электрического тока – сильнейший окислитель и восстановитель.

При электролизе водных растворов электролитов процессы протекают сложнее, т. к. вода принимает непосредственное участие:

Итоговое уравнение:

Катодные процессы для катионов в растворе

Анодные процессы для анионов в растворе

Примеры записи реакций электролиза

Вода не принимает участия в окислительно-восстановительном процессе.

Все разобранные случаи электролиза имеют качественный характер. Количественные соотношения подчиняются законам М.Фарадея и рассматриваются на уроках физики. В примерах 1–4 имеется в виду нерастворимый анод (уголь, графит, платина, иридий).
В случае растворимого анода (Сu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ni и др.) при электролизе водного раствора окисляется анод. Например, при электролизе водного раствора СuCl2 с медным анодом ионы Сl– не окисляются, растворяется медный анод:

Здесь происходит переход меди с анода на катод, а количество хлорида меди(II) в растворе остается неизменным.
Электролиз с растворимым анодом широко применяется для получения металлов высокой чистоты (электрорафинирование), для покрытия одного металла слоем другого (гальваностегия), получения рельефных изображений (гальванопластика).

Порядок работы   Задания   Наблюдения и выводы
Собрать прибор, опустить угольные электроды в 20%-й раствор НСl в U-образную трубку,
проверить герметичность.

Электроды соединить с источником постоянного тока напряжением 16 В. Пробирки-сборники ставить на одинаковом расстоянии и с одинаковым наклоном (неравное давление газа может быть причиной выталкивания электродов). Электролиз вести 5 мин, чтобы в обоих сборниках собрать достаточные объемы водорода и хлора

Записать схему и уравнения реакции в молекулярной и ионной формах. Kак можно обнаружить продукты электролиза? Привести пример распознавания Cl2, физиологически безопасный
и достаточно убедительный. Обосновать уравнениями проводимых реакций

...

Собрать упрощенный прибор

С помощью индикаторов – лакмуса и фенолфталеина – обнаружить выделяющийся при электролизе хлор и определить щелочную среду раствора в правом колене прибора (после пропускания электрического тока). Записать и обосновать cхему процесса. Зачем нужна диафрагма (вата)?

...

Промыть и собрать заново прибор, использованный для первого опыта, но без сборников. U-образную трубку заполнить раствором Na2SO4.
а) Использовать угольные электроды.
Анод обернуть несколько раз полоской голубой, легко обесцвечивающейся ткани.
Через 2–3 мин пропускания постоянного тока
(6–12 В) электрод вынуть, снять ткань.
б) Угольный катод заменить медным, предварительно покрытым слоем сернистой меди (подержать в парах кипящей серы), вести электролиз 10–15 мин
Составить схему и уравнения реакций электролиза водного раствора сульфата натрия.
Чем объяснить, что два слоя ткани, прилегающие к аноду, обесцветились, а отстоящие дальше не изменились?
Kакой элемент и в каком состоянии разрушает красители (окислитель)? Показать восстановительные свойства водорода в момент его выделения на катоде.
Чем объяснить,
что электрод, очищаясь
от сернистой меди(II),
становится блестящим?
Ответ обосновать уравнениями реакций

...

Что получится, еслив первом опыте с кислотой
HCl в анодное пространство ввести раствор
KI и крахмал?
Написать схемы происходящих превращений

...

 

 

TopList