Лабораторная работа по дисциплине «Химия» для ТулГУ

ЛР №6. Свойства соединений d-элементов

6.1.ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение свойств  d-элементов  на  примере  соединений  элементов подгруппы хрома,  марганца,  железа.  Определение термодинамической возможности протекания процессов с использованием окислительно-восстановительных потенциалов.

6.2. ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

0,1М растворы KMnO₄, KI; 0,5M растворы CrCl₃, FeCl₃, K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇, MnSO₄, NH₄SCN, K₄[Fe(CN)₆], K₃[Fe(CN)₆], KI, CuSO₄, 1,0Н раствор Ti(SO₄)₂; раствор глюкозы; концентрированная соляная кислота; 0,1M раствор H₂SO₄; 2M и 4М растворы щелочи (NaOH или KOH); 3% раствор H₂O₂; бромная вода; сухие вещества: FeSO₄, Na₂SO₃, KNO₂, MnO₂, Zn гранулированный.

6.3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

Перед выполнением работы необходимо тщательно вымыть пробирки и проверить наличие необходимых реактивов в штативе и в вытяжном шкафу.

6.4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

Свойства соединений хрома

6.4.1. Взаимные переходы хроматов и бихроматов.

Налейте в одну пробирку 2-3 капли раствора хромата калия, а в другую — 2-3 капли раствора бихромата калия. Заметьте окраску растворов в обеих пробирках. В первую пробирку прилейте 2-3 капли серной кислоты, а во вторую — столько же раствора щелочи. Как изменилась окраска растворов?

Составьте уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. Будут ли эти реакции окислительно-восстановительными? Сделайте вывод об устойчивости соединений хрома (VI) в той или иной среде.

6.4.2. Соединения трехвалентного хрома и их восстановительные свойства.

К 2-3 каплям раствора соли хрома (III) прибавьте по каплям раствор гидроксида натрия до растворения первоначально образующегося осадка. Заметьте цвет полученного раствора хромита. Составьте уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

К полученному раствору хромита прибавьте 4-5 капель перекиси водорода или бромной воды. Нагрейте пробирку и наблюдайте переход зе­леной окраски хромита в желтый цвет хромата. Составьте уравнение реакции окисления-восстановления, используя электронно-ионный метод. Окислительно-восстановительные потенциалы возьмите из таблиц.

6.4.3. Соединения шестивалентного хрома и их окислительные свойства.

Налейте в четыре пробирки по 3-4 капли раствора бихромата калия, подкислите таким же объемом 2,0Н H₂SO₄. В одну из пробирок добавьте 3-4 капли раствора хлорида олова (II), в другую – несколько кристалликов соли железа (II), в третью – несколько кристалликов Na₂SO₃, в четвертую – кристаллики NaNO₂ или KNO₂.

Наблюдайте изменение окраски растворов во всех пробирках. Сос­тавьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, имея в виду, что восстановителями являются ионы Fe²⁺, Sn²⁺, SO₃^2-, NO₂^—, причем ионы Fe²⁺ превращаются в ионы Fe³⁺, ионы Sn²⁺ – в ионы Sn⁴⁺, сульфит-ионы SO₃^2- – в сульфат-ионы SO₄^2-, а нитрит-ионы NO₂^— – в нитрат-ионы NO₃^—.

Свойства соединений марганца

6.4.4. Восстановительные свойства соединений марганца (II).

Налейте в пробирку 3-4 капли раствора сульфата марганца (II) и прибавьте такой же объем 2М раствора NaOH. Отметьте цвет образовав­шегося осадка. Пробирку с осадком оставьте стоять на воздухе, пери­одически взбалтывая. Наблюдайте постепенное побурение осадка, про­исходящее вследствие окисления гидроксида марганца (II) кислородом воздуха. Запишите процесс окисления Mn(OH)₂ с помощью электронно-ионных уравнений.

6.4.5. Окислительные свойства соединений марганцаю.

6.4.5.а. В три пробирки налейте по 3-4 капли раствора перманганата калия. В одну из них добавьте 2-4 капли серной кислоты, в другую столько же воды и в третью — столько же раствора щелочи. Во все три пробирки добавьте по несколько кристалликов сульфита натрия или нитрита калия. Наблюдайте изменение окраски раствора в каждой пробирке. Как изменилась степень окисления марганца в каждом случае? Напишите уравнения реакций.

6.4.5.б. В трех пробирках приготовьте растворы перманганата калия: в одной — подкисленный серной кислотой, в другой — нейтральный, в третьей — щелочной.

В каждую пробирку добавьте по 2-5 капель 0,1Н раствора иодида калия. Во второй пробирке раствор слегка подогрейте. Наблюдайте изменения, происходящие в каждой пробирке. Какое вещество окрашивает раствор в желто-бурый цвет в первой пробирке? Какое вещество выпало в осадок во второй пробирке? Какое вещество окрасило раствор в зеленый цвет в третьей пробирке?

Напишите уравнения реакций для каждого случая, учитывая что в ще­лочной среде иодид калия переходит в иодат KIO₃.

Сделайте вывод о влиянии рН среды на восстановление перманганата калия.

6.4.5.в. Налейте в пробирку 3-5 капель раствора перманганата калия и добавьте столько же раствора соли марганца (II).

Отметьте обесцвечивание раствора и образование бурого осадка. Напишите уравнение реакции, учитывая, что в реакции участвует вода, а в результате реакции раствор становится кислым.  Укажите окислитель и восстановитель.

Свойства соединений железа

6.4.6. Характерные реакции  на ионы Fe²⁺ и Fe³⁺.

6.4.6.а. Несколько кристаллов FeSO₄ растворите в 1-2 мл дистилли­рованной воды. К 5-6 каплям приготовленного раствора сульфата железа (II) прилейте 2-3 капли раствора красной кровяной соли (гексацианоферрата (III) калия). Отметьте цвет образовавшегося осадка турнбулевой сини. Напишите уравнение реакции в молекулярно-ионной форме.

6.4.6.б. Налейте в две пробирки по 5-6 капель раствора хлорида железа (III). В первую пробирку добавьте 2-3 капли раствора гекса-цианоферрата (II)  калия (желтой кровяной соли)  K₄[Fe(CN)₆],  а  во вторую, одну каплю роданида  аммония  NH₄SCN.  Наблюдайте появление осадка берлинской лазури в первой пробирке.  Какой цвет этого осадка? Укажите цвет раствора во второй пробирке.

Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения реакций, имея в виду, что роданид железа (III) Fe(SCN)₃ является малодиссоциирующим соединением.

6.4.7. Восстановительные свойства соединений железа (II) в кислой среде.

В две пробирки налейте по 5-6 капель растворов перманганата калия и бихромата калия. В каждую пробирку добавьте по 10 капель 1М раствора серной кислоты, а также по несколько кристаллов сульфата железа (II). Как изменяются цвета растворов в пробирках?

Напишите уравнения окислительно-восстановительных реакций. Сделайте вывод о восстановительных свойствах соединений железа (II).

6.4.8. Окислительные свойства соединений железа (III).

6.4.8.а. К 5-6 каплям раствора хлорида железа (III) прилейте столько же капель раствора иодида калия. Обратите внимание на приобретение раствором красно-бурой окраски вследствие образования свободного иода I₂.

Напишите уравнение реакции восстановления хлорида железа (III) до хлорида железа (II).

6.4.8.б. К 5-6 каплям раствора хлорида железа (III) добавьте 10 капель 1М раствора серной кислоты и несколько кристаллов Na₂SO₃. Содержимое пробирки немного подогрейте. Докажите с помощью харак­терной реакции, что произошло восстановление железа (III) до железа (II). Составьте уравнение реакции. Сделайте вывод об окислительной способности соединений железа (III).

Свойства соединений титана

6.4.9. Окислительные свойства соединений титана (IV).

Налейте в пробирку 5-6 мл раствора сульфата титана (IV), подкис­лите его 2-3 каплями концентрированной соляной кислоты и опустите кусочек цинка. Наблюдайте изменение окраски. Фиолетовый цвет раст­вора обусловлен образованием иона Ti³⁺. Составьте уравнение реакции. Содержимое пробирки сохраните до следующего опыта.

6.4.10. Восстановительные свойства соединений титана (III).

В пробирку налейте 2-3 мл раствора, полученного в предыдущем опыте и оставьте стоять на воздухе, взбалтывая или перемешивая. Отметьте наблюдаемые изменения.

В другую пробирку налейте 2 мл этого же раствора и добавьте по каплям 0,5н раствор KMnO₄. Почему происходит обесцвечивание раствора?

Свойства соединений меди

6.4.11. Окислительные свойства соединений меди (II).

6.4.11.а. К 3 каплям раствора сульфата меди прилейте 3 капли раствора иодида калия. Наблюдайте выпадение осадка Cu₂I₂ и появле­ние желтой окраски раствора, обусловленной образованием свободного иода. Для определения цвета выпавшего осадка иодистой меди добавьте в пробирку несколько кристаллов сульфита натрия до исчезновения желтой окраски иода.

6.4.11.б. К 5-10 каплям раствора сульфата меди добавьте избыток раствора гидроксида натрия и такой же объем раствора глюкозы и слегка подогрейте. Наблюдайте образование желто-оранжевого осадка гидроксида меди (I), переходящей при более сильном нагревании в оксид меди (I) красного цвета. Реакция протекает по уравнению:

2 Сu(OH)₂ + CH₂OH(CHOH)₄COH = CH₂OH(CHOH)₄COOH + Cu₂O + 2 Н₂О

6.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Для данной системы электронно-ионным методом записать уравнение реакции. Использовав стандартные восстановительные потенциалы, указать в каком направлении может протекать процесс.

1. 1. NaCrO₂ + Cl₂ + NaOH = Cl^— + …
   2. KMnO₄ + KBr + H₂O = Br₂ + …
   3. K₂Cr₂O₇ + K₂S + H₂SO₄ = S + …
   4. KMnO₄ + Na₂SnO₂ + NaOH = SnO₃^2- + …
   5. CrCl₃ + KMnO₄ + KOH = …
   6. SnCl₂ + K₂Cr₂O₇ + HCl = Sn⁴⁺ + …
   7. Mn(NO₃)₂ + PbO₂ +HNO₃ = Pb²⁺ + HMnO₄ + …
   8. K₂CrO₄ + SO₂ + KOH = SO₄^2- + …
   9. MnSO₄ + KClO₃ + KOH = Cl^— + …
   10. MnO₂ + FeSO₄ + H₂SO₄ = …
   11. K₂Cr₂O₇ + Cu + H₂SO₄ = Cu²⁺ + …
   12. Na₂FeO₄ + MnSO₄ + H₂SO₄ = Fe₂(SO)₃ + …
   13. K₂Cr₂O₇ + KNO₂ + HCl = NO₃^— + …
   14. MnSO₄ + NaBiO₃ + H₂SO₄ = Bi₂(SO₄)₃ +…
   15. K₂CrO₄ + Sn + KOH = SnO₃^2- + …
   16. PbO₂ + MnSO₄ +NaOH = PbO₂^2- + MnO₄^2- + …
   17. KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄ = SO₄^2-+ …
   18. K₂MnO₄ + FeCl₂ +HCl = Fe³⁺ + …
   19. Cr₂(SO₄)₃ + KClO + KOH = Cl^— + …
   20. MnO₂ + Fe + H₂SO₄ = Fe³⁺ + …
   21. KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ = O₂ + …
   22. NaCrO₂+ NaMnO₄ + NaOH = …
   23. KMnO₄ + Sn + KOH = SnO₃^2- + …
   24. MnCl₂+ Br₂ + NaOH = Br^— + …
   25. MnO₂ +Cu + CH₃COOH = Cu²⁺ + …
   26. Na₂Cr₂O₇ + NaI + H₂SO₄ = I₂ + …
   27. MnO₂ + HCl = Cl₂ + …
   28. Cr₂(SO₄)₃ + NaOH + PbO₂ = PbO₂^2- + …
   29. FeCl₃ + KCl + CrCl₂ +H₂O  = …
   30. MnO₂ + NaClO₃ + NaOH = Cl- + …
   31. KMnO₄ + MnO₂ + KOH = …
   32. CrSO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ = H₂O + …
   33. MnO₂ + NaCl + H₂SO₄ = Cl₂ + …
   34. NaMnO₄ + Fe + H₂O = Fe(OH)₂ + …
   35. Cr₂O₃ + NaOH + KClO₃ = Cl^— + …
   36. MnSO₄ + Cl₂ +NaOH = …
   37. KMnO₄ + Na₂SnO₂ + KOH = SnО₃^2- + …
   38. Cr(OH)₃ + Cl₂ + NaOH = Cl^— + …
   39. FeCl₂ + K₂Cr₂O₇ + HCl = …
   40. Na₂S + Cd + Fe₂(SO₄ )₃ = CdS + …
   41. Al + KMnO₄ + KOH = [Al(OH)₄]^— + …
   42. K₂CrO₄ + H₂O + Mn = Mn(OH)₂ + …
   43. + HCl + Hg = Hg²⁺ + …
   44. KMnO₄ + PH₃ + H₂SO₄ = …
   45. Zn + NaMnO₄ + NaOH = ZnО₂^2- + …
   46. K₂MnO₄ + NO₂ + HNO₃ + …
   47. TiCl₃ + HCl + KMnO₄ = Ti⁴⁺ + …
   48. HBr + MnO₂ = Br₂ + …
   49. AsH₃ +  KMnO₄ + H₂SO₄ = H₃AsO₄ + …
   50. NaMnO₄ +  MnSO₄ + H₂O =   …
   51. Fe(OH)₂ +O₂ + H₂O = Fe(OH)₃ + …
   52. MnO₂ + K₂SnO₃ + KOH = SnO₂^2- + …
   53. Cr₂O₃ + HBrO₃ = Br₂ + …
   54. KMnO₄ + HNO₂ + H₂SO₄ = HNO₃ + …
   55. KBr + Na₂Cr₂O₇ + HCl = Br₂ + …
   56. Ti(SO₄)₂ + SnSO₄ + H₂SO₄ = Sn⁴⁺ + …
   57. Ti₂(SO₄)₃ + O₂ + Ti⁴⁺ + …
   58. CuCl₂ + NaI = I₂ + …
   59. Cu(OH)₂ + RCOH = RCOOH + …
   60. Cr₂O₃ + KNO₃ + KOH = KNO₂ + …….
   61. K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl = SnCl₄ + …
   62. K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ = S + …
   63. Na₃[Cr(OH)₆] + Cl₂ + NaOH = Na₂CrO₄ + …
   64. K₂CrO₄ + H₂O + H₂S = Cr(OH)₃ + …
   65. Cr(OH)₃ + KOH + KClO = KCl + …
   66. K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ = Fe(SO₄)₃ + …
   67. Na₃[Cr(OH)₆] + H₂O₂ = NaOH + H₂O + …
   68. K₂Cr₂O₇ + Zn + H₂SO₄ = …
   69. K₂Cr₂O₇ +HCl (конц) = Cl₂ + …
   70. K₂Cr₂O₇ + SO₂ + H₂SO₄ = …
   71. K₂Cr₂O₇ + KNO₂ + H₂SO₄ = KNO₃ +…
   72. K₂Cr₂O₇ + TiCl₃+ HCl = TiCl₄ + CrCl₃ + …
   73. SnCl₂ + KBrO + KOH = K₂SnO₃ + …
   74. NaIO₃ + SO₂ + H₂O = NaI + …
   75. FeCl₂ + MnO₂ + HCl = …
   76. Fe₂O₃ + KNO₃ + KOH = KNO₂+ …
   77. Na₂SnO₂+ PbO₂ + NaOH = Na₂SnO₃ + Na₂PbO₂ + …
   78. SnCl₂ + PbO₂ + NaOH = Na₂SnO₃ + …
   79. Br₂+ Cl₂ + H₂O = HBrO₃ + …
   80. V₂O₅ + HCl = VCl₄ + …
   81. V₂O₅ + S + H₂SO₄ (разб) = V₂(SO₄)₃ + SO₂ + …
   82. Fe₂(SO₄)₃ + H[SnCl₃] + HCl = H₂[SnCl₆] + …
   83. FeCl₂ + KMnO₄ + FeCl₃ + …
   84. Fe(OH)₃ + Br₂ + NaOH = …
   85. Na₂FeO₄ + HCl = Cl₂ + …
   86. Fe(OH)₃ + HI = FeI₂ + …
   87. FeBr₂ + HNO₃ = FE(NO₃)₃ + NO₂ + Br₂ + …
   88. KOH = NH₃ + Na₂[Zn(OH)₄] + …
   89. KNO₃ + Mg + H₂O = NH₃ + Mg(OH)₂ + …
   90. KMnO₄ + N₂O + H₂SO₄ = HNO₃ +