Лабораторная работа по дисциплине «Химия» для ТулГУ

ЛР №7. Химические свойства металлов

7.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение взаимодействия металлов с растворами солей, кислот и щелочей в зависимости от их восстановительных потенциалов с последующим определением состава продуктов реакции.

7.2. ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Растворы солей: CuSO₄, Pb(CH₃COO)₂, 2M. Растворы кислот: HCl, H₂SO₄, 2M. Концентрированные растворы кислот: H₂SO₄, HNO₃. Металлы: Cu, Zn, Al. Двуокись марганца. Раствор бихромата калия. Раствор NaOH, 2M.

7.3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

Тщательно промыть пробирки водопроводной водой.

Подобрать необходимые реактивы для каждого опыта.

7.4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

7.4.1. Взаимодействие металлов с растворами солей.

Возьмите две пробирки.  В одну пробирку налейте 5-10 капель раст­вора сульфата меди, в другую — столько же ацетата свинца.

В каждую пробирку опустите по кусочку цинка и оставьте на 3-4 ми­нуты. Объясните наблюдаемые явления и подтвердите их соответствую­щими молекулярными и электронно-ионными уравнениями реакций. Исходя из ряда напряжений металлов, установите термодинамическую устойчи­вость или неустойчивость металлов в соответствующих процессах.

7.4.2. Взаимодействие с соляной и серной разбавленной кислотами.

Возьмите две пробирки. В одну пробирку налейте 5-10 капель раствора соляной кислоты, в другую — столько же разбавленной серной. Опустите в каждую пробирку по кусочку алюминия. Нагрейте. Объясните почему в первый момент растворение алюминия идет медленно? Какой газ выделяется?

Напишите молекулярные и электронно-ионные уравнения реакций. Ука­жите окислитель и восстановитель.  Сделайте вывод о термодинамичес­кой устойчивости различных металлов в данных средах.

7.4.3. Влияние сильных окислителей на растворение металлов в соляной кислоте.

Возьмите две пробирки.  В каждую налейте 5-10 капель растрова соляной кислоты и бросьте по кусочку меди.  Идет ли растворение? Объясните причину.

В одну из пробирок добавьте немного двуокиси марганца (на кончик стеклянной лопаточки), в другую — 2-3 капли бихромата калия (K₂Cr₂O₇). Нагрейте. Наблюдайте происходящие явления. Какие вещества будут окислителями? Какую роль играет в реакциях соляная кисло­та? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

7.4.4. Взаимодействие металлов с концентрированнойсерной кислотой.

Опыт проводите под тягой!

Возьмите две пробирки. Налейте осторожно в каждую по 5-10 капель концентрированной серной кислоты. Бросьте в одну пробирку кусочек цинка, в другую — меди. Подогрейте осторожно. Что наблюдаете? Как влияет активность металла на восстановление серной кислоты? Опыт подтвердите молекулярными и электронно-ионными уравнениями реакций.

7.4.5. Взаимодействие металлов с концентрированной и разбавленной азотной кислотой.

Опыт проводите под тягой!

7.4.5.а. Возьмите две пробирки. Налейте в каждую по 5-10 капель концентрированной азотной кислоты. Бросьте в одну пробирку кусочек цинка, в другую — меди.

Наблюдайте происходящие явления.  Какой газ выделяется? Влияет ли активность металла на степень восстановления азотной кислоты? Ответ подтвердите молекулярными и электронно-ионными уравнениями реакций.

7.4.5.б. Налейте в те же две пробирки небольшое количество воды, т.е. реакция уже будет идти с разбавленной азотной кислотой. Наблюдайте происходящие явления. Какой газ выделяется?

Как влияет активность металла на степень восстановления разбавленной азотной кислоты? Ответ подтвердите молекулярными и электронно-ионными уравнениями реакций.

7.4.6. Взаимодействие металлов с растворами щелочей.

В пробирку налейте 5-10 капель раствора щелочи. Бросьте кусочек алюминия. Нагрейте. Наблюдайте растворение металла. Какой газ выделяется? Какое вещество играет роль окислителя? Какова роль щелочи?

Напишите молекулярное и электронно-ионное уравнение реакции.

7.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.5.1. Рассмотрите термодинамическую возможность процесса. Составьте уравнения термодинамически возможных реакций, используя электронно-ионный метод:

1. Алюминия с водой; раствором щелочи; концентрированной серной кислотой;
2. Меди с разбавленной серной кислотой в присутствии растворенно­го кислорода; цинка с раствором щелочи; концентрированной азотной кислотой;
3. Железа с разбавленной серной кислотой; с водой. Возможно ли растворение железа в щелочах?
4. Магния с водой; с разбавленной серной кислотой. Возможна ли реакция магния со щелочами?
5. Хрома с водой в присутствии растворенного кислорода; с раствором щелочи, содержащем кислород; с соляной кислотой;
6. Никеля с разбавленной серной кислотой; с водой. Возможно ли растворение никеля в щелочах?
7. Меди с соляной кислотой, содержащей растворенный кислород; с концентрированной серной кислотой. Возможно ли растворение меди в разбавленной серной кислоте, не содержащей окислителей?
8. Свинца с разбавленной и концентрированной серной кислотой; с уксусной кислотой в присутствии растворенного кислорода;
9. Серебра с соляной кислотой в присутствии перманганата калия; с концентрированной азотной кислотой. Возможна ли реакция серебра с водой?
10. Олова с водой; с водным раствором гидроксида натрия; с концентрированной серной кислотой;
11. Бериллия с водой, с водным раствором щелочи; с соляной кислотой;
12. Свинца с раствором щелочи (рН=14); с водой; с концентрированной серной кислотой;
13. Свинца и цинка с 0,001 М раствором гидроксида калия. Объясни­те, почему свинец не растворяется в разбавленной серной кислоте, а цинк растворяется;
14. Сравните бериллий и серебро по их устойчивости в воде, растворах щелочей, в соляной кислоте;
15. Почему цинк растворяется в растворе гидроксида натрия и в соляной кислоте, а медь не растворяется? Реагирует ли медь с водой в присутствии растворенного кислорода?
16. Свинца с 10-6М раствором гидроксида натрия; с раствором уксус­ной кислоты в присутствии кислорода; с концентрированной азотной кислотой;
17. Алюминия и меди с водой;  с концентрированной серной кислотой;
18. Можно ли применять алюминий в качестве конструкционного материала в кислых, щелочных и нейтральных средах?
19. Можно ли применять железо и его сплавы в качестве конструкционного материала в щелочных, кислых и нейтральных водных средах?
20. Какие металлы можно применять в качестве конструкционного материала в разбавленной серной кислоте? Ответ подтвердите уравнениями реакций.
21. Почему электролит (30%-ная серная кислота) не растворяет пластины свинцового аккумулятора? Будет ли растворятся свинец в концентрированной серной кислоте и в растворе щелочи?
22. В каких средах (нейтральных, щелочных или кислых) никелевое покрытие использовать нельзя? Ответ обоснуйте.
23. Сравните алюминий и серебро по их устойчивости в воде, растворах щелочей и разбавленной серной кислоте.
24. Меди с концентрированной азотной кислотой; с разбавленной серной кислотой, содержащей растворенный кислород; с раствором щелочи;
25. Магния с водой; с разбавленной серной кислотой; с концентрированной азотной кислотой;
26. Железа с раствором щелочи; с разбавленной серной кислотой; с концентрированной серной кислотой;
27. Хрома с водой; с раствором щелочи в присутствии растворенного кислорода; с соляной кислотой;
28. Свинец используется в качестве покрытия для металлических конструкций, эксплуатируемых в нейтральных средах и в разбавленной серной кислоте. Можно ли использовать такие покрытия в щелочных средах (рН=14)? Ответ обоснуйте.
29. Цинка в водой; с раствором гидроксида натрия, с концентрированной серной кислотой;
30. Концентрированную серную кислоту транспортируют в стальных цистернах. Обоснуйте применимость этого метода. Можно ли использовать железо в качестве конструкционного материала в разбавленной серной кислоте?

7.5.2. Взаимодействие металлов с кислотами – сильными окислителями.

Рассмотрите термодинамическую вероятность процесса, используя табличные данные. Составьте уравнение реакций, используя электронно-ионный метод:

1. 1. Концентрированную серную кислоту транспортируют в стальных цистернах. Обоснуйте применимость этого метода, составив уравнения реакций.
   2. Почему медь реагирует с концентрированной серной и не реагирует с разбавленной серной кислотой? Ответ обоснуйте.
   3. Почему свинец растворяется в концентрированной серной кислоте и не растворяется в разбавленной серной кислоте? Ответ обоснуйте.
   4. Алюминий растворяется в разбавленной серной кислоте, но не растворяется в концентрированной. Объясните причину этого явления.
   5. Запишите уравнения реакции взаимодействия железа с разбавленной и концентрированной серной кислотой;
   6. магния и меди с разбавленной азотной кислотой;
   7. алюминия и серебра с концентрированной азотной кислотой;
   8. никеля с разбавленной и концентрированной азотной кислотой;
   9. Почему хром растворяется в разбавленной и не растворяется в концентрированной серной кислоте? Ответ обоснуйте.
   10. Почему алюминий растворяется в разбавленной и не растворяется в концентрированной азотной кислоте? Ответ обоснуйте.
   11. Почему железо растворяется в горячей и не растворяется в холодной концентрированной серной кислоте? Дайте обоснованный ответ, составив уравнения реакций.
   12. Запишите уравнения реакций взаимодействия магния с разбавленной и концентрированной азотной кислотой;
   13. алюминия с  разбавленной и концентрированной серной кислотой;
   14. магния и меди с концентрированной серной кислотой;
   15. алюминия и серебра с разбавленной серной кислотой;
   16. олова с разбавленной и концентрированной азотной кислотой;
   17. свинца с  разбавленной и концентрированной серной кислотой;
   18. железа с  разбавленной серной и разбавленной азотной кислотами.
   19. Объясните, почему алюминий растворяется в разбавленной серной кислоте, но  не растворяется в концентрированной азотной кислоте при обычной температуре.
   20. Запишите уравнения реакции взаимодействия хрома с разбавленной серной и с концентрированной холодной азотной кислотой. В какой из этих кислот применение хрома допустимо?
   21. Запишите уравнение реакций взаимодействия серебра с  разбавленной и концентрированной серной кислотой;
   22. железа с горячей и холодной концентрированной серной кислотой;
   23. магния с разбавленной и концентрированной серной кислотой.
   24. Железо взаимодействует с разбавленной и концентрированной серной кислотой при нагревании. Запишите уравнения реакций.
   25. Запишите уравнения реакций взаимодействия цинка и свинца с разбавленной и концентрированной серной кислотой;
   26. алюминия с разбавленной и концентрированной азотной кислотой при нагревании;
   27. железа с разбавленной и концентрированной азотной кислотой;
   28. титана с разбавленной и концентрированной серной кислотой при нагревании.
   29. Хромовые покрытия устойчивы в концентрированной азотной кислоте и не устойчивы в разбавленной серной. Ответ обоснуйте, составив уравнения реакций.
   30. Железо и его сплавы пассивируются в концентрированной азотной и серной кислотах. Запишите уравнения реакций, объясните это явление. Ответ обоснуйте.