Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №39/2003

Ю.И.ПАХОМОВ

Cборник
практических работ
по химии

9 КЛАСС

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

Практическая работа № 13.
Азотная кислота. Нитраты
(окончание)

HNО3 – сильный окислитель. Концентрированная азотная кислота окисляет неметаллы до высших степеней окисления:

Пассивация происходит из-за образования нерастворимых пленок оксидов металлов:

2Al + 6HNO3 = Al2O3 + 6NO2 + 3H2O.

HNO3 (конц.) можно хранить и перевозить без доступа воздуха в емкостях из Fe, Al, Ni.
Качественная реакция – взаимодействие HNO3 с Сu с образованием газа NO2 бурого цвета с резким запахом (кроме того, образуются соль и вода).

По мере уменьшения концентрации (разбавления) HNO3 с Zn может образовать разные азотсодержащие продукты:

а также во всех случаях соль и воду.

Примечание. Для распознавания нитрат-аниона используется дифениламиновый индикатор (раствор (C6H5)2NH в конц. H2SO4).
Демонстрационный опыт. Распознавание ведется «на следы» или капельным контактом: появляется темно-синее окрашивание.

Нитраты – соли азотной кислоты, твердые кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде. Нитраты щелочных металлов, кальция и аммония – селитры.
Большинство нитратов – очень хорошие минеральные удобрения.
Нитраты – сильные окислители! Уголь, сера и другие горючие вещества горят в расплавленной селитре, т. к. все нитраты (как и НNO3) при нагревании выделяют кислород и в зависимости от химической активности металла соли дают разные продукты:

Порядок работы   Задания   Наблюдения и выводы
Собрать прибор (по схеме), положить в чашечку немного кристаллической натриевой (чилийской) селитры, расплавить ее. Раскалить в пламени спиртовки кусочек древесного угля и спустить его в расплавленную селитру

Почему вспыхивает уголь? Написать уравнения происходящих реакцийна основе электронного баланса, сделать соответствующие выводы

...

Взять пробы всех трех растворов в пробирках № 1–3 (cм. № 38/2003) и в каждую пробу сначала прилить примерно равное количество (объем) концентрированной серной кислоты, затем добавить понемногу медных стружек, немного подогреть. Наблюдать характерные изменения в одной из проб В трех пронумерованных пробирках даны растворы хлорида, сульфата и нитрата натрия. Распознать раствор селитры. Почему к раствору нитрата сначала добавляют концентрированную серную кислоту? Написать молекулярное и ионные уравнения реакции. Проверить вывод реакцией «на следы» с дифениламиновым индикатором

...

Сложные вещества (скипидар, древесина, опилки) тоже могут гореть в азотной кислоте. Смесь концентрированных азотной и серной кислот (нитрующая смесь) со многими органическими веществами образует нитросоединения (реакция нитрования).
Смесь 1 объема HNO3 (конц.) и 3 объемов HCl (конц.) называют «царской водкой». В такой смеси растворяются даже золото Au и платина Pt:

Порядок работы   Задания   Наблюдения и выводы
В пробирку с концентрированной азотной кислотой (1 мл) добавить немного медных стружек (Сu). При замедленном эффекте немного подогреть.Работать под тягой! Продукты из санитарной склянки вылить в канализационную систему и смыть струей воды Чем объясняется выделение бурого газа с резким запахом? Учитывая, что при этом еще образуются вода и нитрат меди(II), написать уравнение реакции. Составить схему электронного баланса и написать уравнение реакции в ионной форме

Порошок мелкокристаллической серы (S) смешать с 1 мл концентрированной HNO3, подогреть смесь (под тягой). Взять пробу продуктов реакции и испытать ее 2–3 каплями раствора хлорида бария. Продукты из санитарной склянки немедленно вылить в канализационную систему Чем объясняются наблюдаемые изменения – растворение серы, выделение бурого резко пахнущего газа (и воды)? Написать уравнение данной реакции. Составить схему электронного баланса и иoннoе уравнение реакции. Что доказывают изменения, наблюдаемые при взаимодействии пробы продуктов реакции с раствором хлорида бария? Ответ обосновать

… 

Практическая работа 14.
Определение ортофосфатов

Цели. Научиться распознавать ортофосфаты, гидроортофосфаты и дигидроортофосфаты по их растворимости в воде, гидролизу, качественной реакции на ортофосфат-анион.
Оборудование и реактивы. Штатив с пробирками, cтеклянные трубочки с резиновыми кольцами, санитарная склянка, шпатели (3 шт.); кристаллические Са3(РO4)2, СаHPO4, Са(H2РO4)2, дистиллированная вода, универсальный индикатор, pастворы H3РO4, NaCH3COO ( = 10%), AgNO3.

Порядок работы Задания Наблюдения и выводы
В три пробирки насыпать по 1 см3 ортофосфата, гидроортофосфата и дигидроортофосфата кальция, прилить немного (одинаковое количество) воды, перемешать Сделать вывод о растворимости первичных, вторичных и третичных ортофосфатов. Можно ли разную растворимость этих фосфатов считать методом их распознавания?
Используя водные растворы и суспензиив трех пробирках предыдущего опыта, испытать их универсальным индикатором Определить по шкале pH всех растворов и объяснить, почему pH в этом случае имеет различные значения
K водному раствору ортофосфорной кислоты в одной пробирке (1 мл)
и раствору суперфосфата в другой (1 мл)
добавить 10%-й раствор ацетата натрия и
несколько капель нитрата серебра(I)
Что является реактивомна ион ? Написать уравнения соответствующих реакций в молекулярнойи ионной формах, указать признаки реакций

Практическая работа 15.
Определение минеральных удобрений.
Решение экспериментальных задач по теме
«Подгруппа азота»

Цели. Повторить состав и свойства соединений азота и фосфора, их взаимопревращения и способы распознавания.
Оборудование и реактивы. Спиртовка, спички, синее стекло, фильтровальная бумага, держатель для пробирок, штатив с пробирками (2 шт.), шпатели (3 шт.), ступка, пестик, санитарная склянка;
в пробирках № 1–3:
I вариант – суперфосфат двойной, NH4NO3, (NH4)2SO4,
II вариант – NH4Сl, NaNO3, KCl,
III вариант – KNO3, (NH4)2SO4, суперфосфат двойной;
кристаллические соли (NH4)2SO4, NH4Сl, аммофос, водные растворы СН3СOONa ( = 10%), AgNO3, BaCl2,
СН3СOOH ( = 10%), NaOH, лакмусовая бумажка, CuO, Cu (стружки), HNO3 (разб.), HNO3 (конц.), H2SO4 (конц.), дифениловый индикатор, (C6H5)2NH в концентрированной H2SO4,
Ca(OH)2 (сухой), вода дистиллированная, AgNO3 в HNO3, в пробирках № 4–6 сухие кристаллические вещества: Na2SO4, NH4Cl, NaNO3, в пробирках № 7 и 8: H3PO4 и H2SO4 (разб. р-ры), в пробирках № 9 и 10: Na3PO4 и Ca3(PO4)2.

Экспериментальная задача. В четырех пронумерованных склянках находятся водные растворы ортофосфата натрия, сульфата аммония, натриевой селитры, хлорида калия. Используя наиболее рациональные методы распознавания (см. табл.), определить, где находится каждое вещество.

Характерные признаки некоторых солей
(методы распознавания)

Таблица

Название вещества Внешний вид Растворимость (в воде) Взаимодействие раствора данной соли с Окрашивание пламени
H2SO4 (конц.)
и Cu
растворами BaСl2 и СН3СООН раствором NaOH при нагревании раствором AgNO3
Нитрат аммония NH4NO3 Белый кристаллический порошок Хорошая NO2, бурый, с резким запахом NH3, бесцветный, с резким запахом Желтое
(от примесей)
Хлорид аммония NH4Cl Белый кристаллический порошок Хорошая NH3 AgCl, белый осадок Желтое
(от примесей)
Нитрат калия KNO3 Светло-серые мелкие кристаллы Хорошая NO2 Фиолетовое
Cульфат аммония (NH4)2SO4 Бесцветные крупные кристаллы Хорошая BaSO4, белый, нерастворим в СН3СООН NH3 Ag2SO4, белый, хорошо растворимый в кислотах
Суперфосфат Са(H2PO4)2• 2H2O Светло-серый порошок или гранулы Растворяется медленно Ba3(РO4)2,
белый, частично растворим в СН3СООН
Ag3PO4, желтый (в присутствии СН3СООNa) Kирпично-
красное
Сильвинит KCl•NaCl Розовые кристаллы Хорошая   AgCl Желтое с проблесками фиолетового
Хлорид калия KCl Бесцветные кристаллы Хорошая AgCl Фиолетовое

Решение

Все ионы в водной среде бесцветные, по цвету их распознать невозможно.
2) Поскольку ни одно из веществ (склянки № 1–4) не отличается худшей растворимостью, то и по этому признаку растворы не отличить, все – прозрачные растворы.
3) В двух растворах присутствуют одинаковые катионы, но во всех – различные анионы, поэтому качественное распознавание следует вести по анионам. Реактив на – AgNO3 в присутствии 10%-го раствора СН3СООNa (или BaCl2 и СН3СООН); реактив на – раствор BaCl2; реактив на Cl – раствор AgNO3 в HNO3; реактив на – концентрированная Н2SO4 и Cu (стружки). Можно сразу выявить , затем, используя один реактив (AgNO3), распознать все три оставшихся раствора (или наоборот). Другие варианты более длительны и требуют значительно большего расхода реактивов.
4) Все четыре пробы растворов испытать раствором AgNO3 (1–2 капли): раствор из склянки № 4 остался без изменения – это должен быть раствор NaNO3; в склянке № 2 – белый кристаллический осадок, нерастворимый в кислотах, – это раствор KCl; две остальные пробы дают мутные растворы, при добавлении в которые 10%-го раствора СН3СООNa проба № 3 дает осадок желтого цвета – это раствор Na3PO4, а проба № 1 – раствор (NH4)2SO4 (муть исчезает при добавлении кислоты HNO3).

Проверка первичных испытаний.

К пробе раствора из склянки № 1 добавить по 1–2 капли растворов BaCl2 и СН3СООН, раствор становится молочного цвета, т. к. выпадает белый кристаллический осадок:

Можно эту же пробу проверить добавлением раствора щелочи с нагреванием. Выделяется газ NH3, определяемый по характерному запаху и посинению влажной красной лакмусовой бумажки. Уравнение реакции:

К пробе раствора из склянки № 4 добавить концентрированную H2SO4 и Cu (стружки), немного подогреть. Выделяется газ бурого цвета с резким запахом, и раствор становится зеленовато-лазурного цвета:

5) Вывод.

В склянках:
№ 1 – раствор (NH4)2SO4,
№ 2 – раствор KCl,
№ 3 – раствор Na3PO4,
№ 4 – раствор NaNO3.

Cхема распознавания

Определяемые растворы

№ 1 № 2 № 3 № 4
(NH4)2SO4 KCl Na3PO4 NaNO3
Все растворы прозрачные и бесцветные
+AgNO3
Помутнение раствора (Ag2SO4, растворим
в кислотах)
Белый творожистый осадок (AgСl, нерастворим в кислотах)   Мутный раствор, при добавлении CH3COONa дает желтый осадок Ag3PO4 Без изменений
+BaCl2       +H2SO4 (конц.),
+Сu (стружки)
BaSO4,
белый, нерастворим
в кислотах  
    NO2,
бурый газ с резким запахом, изменяется цвет раствора (Сu2+)

 

Порядок работы Задания Наблюдения и выводы
Используя таблицу, составить план (порядок) распознавания веществ Согласно варианту записать, растворы каких солей даны в пробирках № 1–3. Определить, где находится каждое из указанных веществ. В выводах записать уравнения проведенных реакций в молекулярной и ионной формах. Отметить признаки каждой качественной реакции
1) В пробирку с небольшим количеством CuO (на кончике шпателя) добавить раствор HNO3, взболтать.
2) В пробирку с концентрированной HNO3 опустить немного медных стружек (если эффект сразу не наблюдается, немного подогреть смесь)
Используя выданные реактивы, получить раствор нитрата меди(II) двумя способами. Отметить признаки реакций и написать молекулярные и ионные уравнения реакций.
Kакая из реакций является окислительно-восстановительной?
В ступке смешать и растереть смесь Ca(OH)2 (чуть увлажненную) с солью аммония, осторожно понюхать.
Повторить опыт с другими солями аммония
Опытным путем доказать, что сульфат,
нитрат и хлорид аммония нельзя смешивать с известью.
Дать соответствующие объяснения
Составить план (порядок) распознавания, наиболее рациональный по времени и расходу реактивов В пробирках № 4–6 определить кристаллические
сульфат натрия, хлорид аммония и нитрат натрия.
Написать уравнения реакций.
Отметить наблюдаемые признаки реакций
...
Лучше всего испытать пробы растворов в пробирках № 7 и 8 реактивами BaCl2 и CH3COOH,
очень внимательно наблюдая за результатом при взбалтывании реакционной смеси
Kачественным распознаванием определить,
в какой из пробирок № 7 и 8 находятся растворы
серной и ортофосфорной кислот.
Написать уравнения реакций
...
Составить план распознавания веществ Na3PO4 и Сa3(PO4)2
в пробирках № 9 и 10
Определить практически в пробирках № 9 и 10
кристаллические ортофосфаты натрия и кальция
...