Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №38/2003

Ю.И.ПАХОМОВ

Cборник
практических работ
по химии

9 КЛАСС

Продолжение. См. № 34, 35, 36, 37/2003

Практическая работа 12.
Получение и свойства аммиака
и его водного раствора

Цели. Научиться получать и собирать аммиак лабораторным способом, проверять его свойства и свойства его водных растворов.
Оборудование и реактивы. Фарфоровая ступка, пестик, вата, пробка для пробирки, железный штатив с двумя лапками, штатив с химическими пробирками, спиртовка, спички, кристаллизатор с водой, стеклянные трубки (3 шт.), лучинка, санитарная склянка; красная лакмусовая бумажка, спиртовой раствор фенолфталеина, NH4Cl (крист.), гашеная известь Са(ОН)2, KMnO4 (крист.), HNO3 (конц.), H2SO4 (конц.), HCl (конц.).
В обычных условиях аммиак – бесцветный газ, легче воздуха, с едким запахом и вкусом.

M(NH3) = 17 г/моль,

Dвозд(NH3) = 17/29 = 0,59,

VM(NH3) = 22,4 л/моль,

tсжиж = –33,35 °C (при p = 9•105 Па), tзатверд = –77,7 °С.
Хорошо растворим в воде (700 объемов NH3 в 1 объеме воды), спиртах, бензоле, ацетоне.

Неподеленная электронная пара атома азота усиливает полярность молекулы аммиака. С этим связана легкость его сжижения и высокая теплота парообразования. Жидкий аммиак, подобно воде, хороший растворитель ионных соединений.

Молекула NH3 cпособна к структурной инверсии (атом азота постоянно перемещается перпендикулярно плоскости основания пирамиды, оказываясь то над, то под ней). Инверсия сопровождается излучением в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ). Это послужило основой мазера – генератора излучения (аналогично лазеру).
Аммиак – очень реакционноспособное вещество.

Реакции присоединения

За счет неподеленной электронной пары атом азота (донор) способен образовывать координационную связь с атомом-акцептором (имеющим вакантные ячейки в валентном слое). Легче всего происходит присоединение протона (Н+) из воды и кислот:

Способность молекул NH3 притягивать протоны (Н+) – свойство основания.

Реакции окисления

Аммиак – сильный восстановитель. При нагревании с хлором, бромом, кислородом, пероксидом водорода образуется свободный азот (N2):

В присутствии катализатора (сплав Pt и Rh) идет процесс:

В промышленности аммиак получают прямым синтезом из азота и водорода. Аммиак используется главным образом в производстве азотной кислоты и азотных удобрений – натриевой, калиевой, аммиачной селитры, сульфата аммония (NaNO3, KNO3, NH4NO3, (NH4)2SO4), карбамида (CO(NH2)2), аммофосов (NH4H2PO4, (NH4)2HPO4); применяется как хладагент в холодильных установках.
В лабораторных условиях аммиак получают из солей аммония.
Аммиак требует осторожного обращения из-за физиологической активности, он поражает дыхательные пути (обезвоживание).

Порядок работы Задания Наблюдения и выводы
В фарфоровой ступке перемолоть примерно равные объемы кристаллического хлорида аммония NH4Cl и порошка Ca(OH)2. Приготовленную смесь насыпать в пробирку на 1/3 ее объема. Собрать прибор по приведенной схеме, нагревать смесь до появления острого запаха (нюхать осторожно!). Затем пробирку-сборник, не переворачивая, осторожно закрыть пробкой, погрузить в сосуд с водой и открыть пробку. После заполнения сборника водой снова закрыть его пробкой, вынуть из воды, проверить содержимое красной лакмусовой бумажкой, а затем несколькими каплями фенолфталеина.
(Прибор не разбирать.)

О выделении какого газа свидетельствуют наблюдения и ощущения? Написать уравнение реакции. Kакое вещество образуется при растворении полученного газа в воде? Что это подтверждает? Написать уравнение данной реакции, назвать образующееся вещество

...

Для получения аммиака использовать прибор предыдущего эксперимента. Предварительно заменить газоотводную трубку, положение сборника должно соответствовать схеме. В сборник поместить перманганат калия (KМnO4) и, нагревая, получать одновременно аммиак и кислород (О2). При помощи длинной лучинки поджечь газ

Kакие вещества образуются в процессе горения аммиака?
На основе электронного баланса написать уравнение реакции, учитывая, что данный процесс ведется без катализатора

Дополнить реактор первого прибора небольшим коли чеством свежей реакционной смеси, слегка подогреть ее и последовательно ввести газоотводную трубкув пробирки с 1 мл концентрированных соляной, серной и азотной кислот (конец газоотводной трубки в 5–6 мм от поверхности кислот). По заполнении пробирок белым дымом закрыть их пробками, взболтать, нагревание прекратить, газоотводную трубку опустить в сосуд (над водой). Kак объяснить появление белого дыма? Написать уравнения происходящих реакций в молекулярной и ионной формах, назвать продукты. Почему конец газоотводной трубки нельзя погружать в растворы кислот,
а лишь приближать к ним? Описать наблюдения и ощущения (нюхать осторожно!).

Затем в каждую из трех пробирок с продуктами реакций добавить немного раствора щелочи (NaOH), на края пробирок поместить красную лакмусовую бумажку, слегка подогреть, осторожно понюхать (лакмусовые бумажки предварительно смочить дистиллированной водой) Kакой газ выделяется при добавлении щелочи? Написать уравнения реакций. Можно ли данные реакции считать качественными и применять для распознавания солей аммония?

Практическая работа № 13.
Азотная кислота.
Нитраты

Цели. Закрепить знания о свойствах азотной кислоты, ее окислительной активности, свойствах нитратов, умение распознавать нитрат-анион.
Оборудование и реактивы. Шпатель (3 шт.), Г-образная газоотводная трубка, выпаривательная чашечка, железный штатив с кольцом и лапкой, штатив с химическими пробирками, спиртовка, спички, держатель для пробирок, санитарная склянка, лучина; азотная кислота (разб. и конц.), набор индикаторов, оксид меди(II), медь (стружки), FeCl3 (р-р), NаОН (р-р), Na2CO3 (крист.), Сa(OH)2 (известковая вода), дифениламиновый индикатор (C6H5)2NH в конц. H2SO4, сера, BaCl2 (р-р), водный аммиак, NaNO3 (крист.), уголь древесный (С), белок (p-р альбумина), AgNO3 (р-р), в пробирках № 1–3 – растворы нитрата, хлорида и сульфата натрия.

Диссоциация в воде:

Азотная кислота – бесцветная жидкость с резким удушающим запахом, = 1,52 г/см3. Кипит при 84 °С с разложением:

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2.

Подобная реакция происходит и на свету. Замерзает при –41,15 °С. Смешивается с водой в любых соотношениях. Устойчива лишь в твердом состоянии (при плавлении: 2HNO3 = H2O + N2O5). Массовая доля кислоты (HNO3), используемой в лаборатории, обычно 65% ( = 1,4 г/см3). На воздухе «дымит», переливать только под тягой.
Сильная одноосновная кислородсодержащая кислота проявляет общие с другими кислотами свойства и, являясь сильным окислителем, специфические свойства.

Задание 1. К общим свойствам кислот относятся: окраска индикаторов, реакции ионного обмена с основными и амфотерными оксидами, основаниями (нерастворимыми и щелочами), солями более слабых и более летучих кислот. Выберите необходимые реагенты, проверьте опытным путем их взаимодействие с разбавленной HNO3, заполните таблицу и сделайте выводы.

Реагенты   HNO3 (разб.)
(написать соответствующие
уравнения реакций)
Индикатор ...
Основный оксид ...
Щелочь (подкрашенная фенолфталеином) ...
Нерастворимое основание ...
Соль слабой кислоты (кристаллическая) ...

При попадании на кожу азотная кислота вызывает сильнейшие язвы – ожоги, а небольшой ожог характеризуется песочно-желтым цветом, что вообще свойственно взаимодействию белков с кислотой и даже служит для их распознавания. (Наблюдать демонстрационный опыт.)
Белок (альбумин) + HNO3 лимонно-песочно-желтое окрашивание.
При попадании на кожу азотной кислоты быстро смыть ее большим количеством воды, затем нейтрализовать слабым раствором соды.