Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №10/2006

УЧЕБНИКИ. ПОСОБИЯ

 

О.С.ЗАЙЦЕВ

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24, 29, 30, 31, 34, 35, 39, 41, 42, 45/2004;
2, 3, 5, 8, 10, 16, 17/2005;
1, 2/2006

 

§ 8.3. Реакции и равновесия
в растворах комплексных солей

(продолжение)

Лабораторные исследования

8. Изучение раствора соли кобальта.

Вам предстоит проделать следующие опыты и объяснить наблюдаемые превращения. Отнеситесь к этому как к химической загадке и одновременно как к проверке ваших знаний.

К розовому раствору соли кобальта(II), например сульфата СоSO4, добавьте раствор аммиака – раствор должен стать коричнево-желтым (1).

К такому же розовому раствору сульфата кобальта добавьте по каплям раствор гидроксида натрия – должен образоваться синий осадок (2), который в избытке гидроксида натрия приобретает розовую окраску (3).

Разделите раствор с осадком на две части. Одну часть оставьте на воздухе и дождитесь (1–2 ч), пока осадок не станет коричневым (4). К другой части прилейте раствор пероксида водорода – осадок сразу становится коричневым (5).

Теперь к коричневому осадку прилейте раствор аммиака – осадок растворяется с образованием красного раствора (6).

При добавлении в раствор концентрированного раствора гидроксида натрия должен образоваться коричневый осадок (7).

Объясните все наблюдавшиеся вами изменения и напишите уравнения реакций, принимая координационное число иона кобальта равным шести.

Ответ.

1) Со2+ + 6NH3 = [Co(NH3)6]2+.

2) 2Со2+ + SO42– + 2OH = Co2SO4(OH)2 (кр.).

3) Co2SO4(OH)2 (кр.) + 2OH = 2Co(OH)2 (кр.) + SO42–.

4) 4Co(OH)2 (кр.) + O2 = 4CoO(OH) (кр.) + 2H2O.

5) 2Co(OH)2 (кр.) + H2O2 = 2CoO(OH) (кр.) + 2H2O.

6) CoO(OH) (кр.) + 6NH3 + H2O = [Co(NH3)6]3+ + 3OH.

7) [Co(NH3)6]3+ + 3OH = CoO(OH) (кр.) + 6NH3 + H2O.

9. Занимательные опыты с «секретными» чернилами.

Известно много составов «секретных» чернил, когда написанное ими на бумаге становится видным лишь после нагревания или обработки некоторыми реактивами. Для опытов вам понадобится перьевая ручка, которой писали в прошлом веке. Можно воспользоваться гусиным пером, бывшим в употреблении два и более веков назад. Проведите следующие опыты, написав что-либо на листе бумаги. Каждый опыт обязательно сопровождайте уравнениями реакций.

Опыт 1.  Разбавленный водный раствор сульфата меди CuSO4. Текст проявляется, если бумагу держать над раствором аммиака, из-за образования ярко-синего комплекса [Cu(NH3)4]SO4.

Опыт 2. Водный раствор хлорида железа(III) FeCl3. Написанное проявляется при обработке водным раствором тиоцианата (роданида) аммония (калия) NH4NCS. Текст становится красно-кровавым из-за образования роданида железа(III):

[Fe(H2O)6]3+ + 3NCS = [Fe(NCS)3(H2O)3] + 3Н2О.

Опыт 3. Водный раствор гексацианоферрата(II) калия (желтая кровяная соль) K4[Fe(CN)6]. При смачивании бумаги раствором хлорида железа(III) FeCl3 проявляется ярко-синий текст благодаря образованию KFe[Fe(CN)6].

10. Получение «растений» из кристаллов комплексных солей.

В 1750 г. М.В.Ломоносов обнаружил непонятное явление – из кристаллов некоторых солей вырастали похожие на ветки растений твердые образования.

«Растения», похожие на нитевидные водоросли или ветки кустарника, вырастают в сосудах при взаимодействии в водном растворе гексацианоферратов(II) и (III) калия с хлоридами или сульфатами меди, марганца(II), цинка, никеля(II), кобальта(II), хрома(III).

Приготовьте в стеклянном стакане 500 мл 0,1М раствора желтой кровяной соли, гексацианоферрата(II) калия K4[Fe(CN)6]. В раствор опустите на расстоянии друг от друга 1 см по одному кристаллику хлорида или сульфата марганца(II), цинка, никеля(II), кобальта(II), хрома(III).

Над кристалликами начинают вырастать трубочки, похожие на нитевидные водоросли или ветки кустарника.

Когда в раствор опускается кристаллик хорошо растворимой соли, он сразу покрывается полупроницаемой пленкой малорастворимых комплексных соединений различного состава, например K2Zn[Fe(CN)6] или KCr[Fe(CN)6]. Поскольку пленка полупроницаемая, то через нее из раствора проникает вода, которая растворяет находящийся в пленке кристаллик. Проникшая вода создает внутри пленки повышенное давление, которое разрывает пленку. Через трещину в пленке в наружный раствор выходит раствор кристаллика, и образуется новая пленка – оболочка вокруг вышедшего раствора. Непрерывно проникающая через пленку вода растворяет новые порции кристаллика, и все повторяется снова. Таким путем в растворе вырастают длинные изогнутые трубочки, похожие на ветки растений. Рост их будет продолжаться до тех пор, пока не растворится весь кристаллик соли.

В одном из научных источников отмечается, что ионы меди с ионами [Fe(CN)6]4– образуют малорастворимый (3•10–6 моль/л) гексацианоферрат(II) меди:

2Сu2+ + [Fe(CN)6]4– = Cu2[Fe(CN)6].

Проверьте, будут ли вырастать «растения» из кристаллика медного купороса.

С красной кровяной солью, гексацианоферратом(III) калия K3[Fe(CN)6], опыты рекомендуют проводить по-другому: в раствор сульфата меди или хлорида никеля(II) помещают кристаллик красной кровяной соли.

Приготовьте 100 мл 0,2–0,4М раствора сульфата меди СuSО4 и в раствор опустите один или несколько кристалликов гексацианоферрата(III) калия (красной кровяной соли) К3[Fe(CN)6]. Образуется синее малорастворимое в воде комплексное соединение – гексацианоферрат(III) меди-калия:

К+ + Сu2+ + [Fe(CN)6]3– = КСu[Fe(CN)6] (кр.).

Это малорастворимое соединение покрывает тонким слоем кристаллики гексацианоферрата(III) калия. Вода проходит через слой, давление внутри оболочки возрастает (осмос), оболочка разрывается, в месте разрыва выходит струйка раствора гексацианоферрата(III) калия, вокруг которой начинается образование нового слоя комплексного соединения. Струйки раствора формируют изогнутые тонкие трубочки кристалла, напоминающие ветви растения. Далее процесс повторяется до тех пор, пока кристаллик гексацианоферрата(III) калия не растворится.

Зеленое «растение» малорастворимого комплекса KNi[Fe(CN)6] вырастает в 0,2–0,4М растворе хлорида никеля(II):

К+ + Ni2+ + [Fe(CN)6]3– = КNi[Fe(CN)6] (кр.).

Будут ли расти подобные «растения» при внесении в растворы солей цинка, марганца(II), кобальта(II) и хрома(III) кристалликов К3[Fe(CN)6]?

А если поступить по-другому: в раствор К3[Fe(CN)6] опустить кристаллики этих солей. Будет ли наблюдаться отличие в форме «растений» в этом случае?

Изучите, как влияет концентрация и температура раствора на скорость образования кристаллов комплексного соединения и форму «растения» (прямое, изогнутое, слабо- или сильноветвистое).

Попытайтесь объяснить, почему «растения» растут вверх. Это очень непростой вопрос!

Ответ. На вопрос о том, почему «растения» растут вверх, окончательного ответа нет. Предполагают, что при росте «растения» образуется пузырек воздуха, который поднимает вверх растущий кристалл. Интересно, как будет вести себя «растение» в только что прокипяченной воде, почти не содержащей растворенного воздуха?

11. Среда растворов солей (гидролиз иона).

Определите среду разбавленных растворов следующих солей:

1) ZnCl2; 2) AlCl3; 3) FeCl3.

Вы можете воспользоваться набором индикаторов или универсальным индикатором.

Напишите уравнения реакций:

а) гидролиза катиона;

б) диссоциации комплексного гидратированного катиона.

12. Амфотерные переходы.

Эти опыты вы проделываете, чтобы усвоить комплексную природу ионов.

В пробирку, содержащую 5–10 мл раствора (0,1М) хлорида или сульфата:

1) алюминия; 2) цинка; 3) железа; 4) хрома; 5) кальция; 6) магния; 7) меди, –

медленно при перемешивании прилейте немного раствора гидроксида натрия. Если начнет образовываться осадок, раствор приливайте, пока не прекратится осаждение.

В каких растворах образовались осадки? Раствор декантируйте (слейте с осадка жидкость). Каждый осадок разделите маленьким стеклянным шпателем на две части и одну из них перенесите в другую пробирку. В одну пробирку прилейте раствор кислоты, в другую – раствор гидроксида натрия. Отметьте те гидроксиды, которые растворились.

По результатам опытов составьте таблицу. Какие гидроксиды проявляют амфотерные свойства? Где в периодической таблице Д.И.Менделеева находятся амфотерные элементы?

Напишите уравнения реакций образования и растворения осадков, используя координационные формулы комплексных ионов.

13. Определение числа молекул воды в формуле кристаллогидрата.

Опыт 1. Опыт с сульфатом меди (медный купорос). Взвесьте пробирку (точность около 0,1 г), насыпьте в нее примерно половину чайной ложки синего медного купороса и снова взвесьте. Нагревайте пробирку в пламени газовой или спиртовой горелки, пока окраска всего вещества из синей не перейдет в белую (выше 260 °С, но не выше 600 °С). Охладите пробирку и взвесьте ее.

Предложите план расчетов для определения формулы кристаллогидрата сульфата меди.

Ответ. Предположим, что в пробирку поместили 10,0 г медного купороса. После его обезвоживания масса вещества стала равной 6,4 г. Масса содержавшейся в кристаллогидрате воды составляет: 10,0 – 6,4 = 3,6 г.

Масса 1 моль сульфата меди CuSO4 равна 159,7 г. Рассчитаем массу воды, ушедшей бы из
1 моль кристаллогидрата, составив пропорциональное соотношение:

6,4 г CuSO4 – 159,7 г,

3,6 г воды – х г.

Откуда х = 3,6•159,7/6,4 = 89,8 г.

Таким образом, на 159,7 г CuSO4 в его кристаллогидрате приходится 89,8 г воды с мольной массой 18 г/моль, т.е. 89,8/18 = 4,99 молекулы воды. Следовательно, формула кристаллогидрата – CuSO4•5H2O.

Опыт 2. Подобные опыты можно провести с другими кристаллогидратами.

Kристаллогидрат Содержание воды, % Формула
Сульфат меди 36 CuSO4•5H2O
Kарбонат натрия 63 Na2CO3•12H2O
Сульфат натрия 56 Na2SO4•10H2O
Сульфат кальция 21 CaSO4•2H2O