Упрощённый архив со всеми лабами (DM3)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана






Лабораторная работа по химии

студента группы ПС 1-22


Комарова Александра

Викторовича






Тема:

«Свойства p-элементов»















Москва 2001 год



Теоретическая часть.


Для бора и алюминия характерна степень окисления +3, а для таллия +1.

Бор является неметаллом. Его оксид B2O3 очень устойчив. При взаимодействии с водой или реагируя с основными оксидами B2O3, образует несколько кислотных форм (или соответствующих солей):

Наиболее устойчивым соединением в обычных условиях является ортоборная кислота и Na2B4O4 10H2O - соль тетраборной кислоты (бура). Соли метаборной кислоты устойчивы при высоких температурах. Обезвоженная бура Na2B4O4 служит флюсом при пайке и сварке цветных металлов, растворяя оксидную пленку на их поверхности с образованием легкоплавких эвтектик метаборатов. Флюсующими свойствами обладает также трифторид бора B2F3, применяемый при сварке и контейнерной пайке, и метиловый эфир ортоборной кислоты. Водородные соединения бора бораны - малоустойчивы и легко окисляются (используются как добавки к ракетным топливам). Бор способен к комплексообразованию; координационные числа 3 и 4.

Алюминий представляет собой амфотерный элемент, образующий простое вещество с металлическими свойствами. Металл млеет кристаллическую гранецентрированную кубическую решетку, хороший проводник тепла и электрического тока, весьма пластичен. На воздухе алюминий покрывается прочной оксидной пленкой, предохраняющей его от дальнейшей коррозии. Наличие на поверхности алюминия прочного оксида не позволяет осуществить пайку алюминия низкотемпературными припоями (на основе олова). В подобных случаях возможно применение реактивно-флюсовой пайки, основанной на восстановлении металла из флюса, при этом металл становится припоем. Так, при температуре 673 К алюминий вытесняет цинк из расплава соли (флюса) согласно реакции:

.

Образовавшийся цинк является припоем, соединяющим детали из алюминия.

Алюминий - металл активный, его E0=1,66 В. Если с алюминия снять оксидную пленку, он разлагает воду с выделением водорода:

.

Алюминий вытесняет водород из кислот слабых окислителей HCl, H2SO4 (разб.):

.

Разбавленную азотную кислоту он восстанавливает до N2O и частично до NH3:

.

В концентрированных азотной и серной кислотах он не растворяется, так как образующийся Al2O3 не взаимодействует с концентрированными кислотами-окислителями.

Алюминий растворяется в щелочах, образуя гидроксосоли:

.

При нагревании гидроксосоли теряют воду, переходят в метаалюминаты:

.


Алюминий является активным восстановителем, что проявляется например, в его взаимодействии с KMnO4:

.

Гидроксид Al(OH)3 амфотерен, причем диссоциация c образованием ионов доминирует константа диссоциации этого процесса во много раз больше, чем при образовании ионов Al3+.

В кислой среде Al(OH)3 образует соли алюминия:

.

в щелочной среде - алюминаты:

.

Полностью гидролизованы алюминиевые соли слабых кислот: угольной, сероводородной, синильной:

Алюминий способен к комплексообразованию. Для него характерны координационные числа 4 и 6.

Олово и свинец являются представителями IV-A группы периодической системы Д. И. Менделеева.

В виде простых веществ олово в свинец обладают ярко выраженными металлическими свойствами; металличность у свинца выражена сильнее, чем у олова. Оба элемента проявляют степень окисления +2, +4,-4. Олово и свинец химически устойчивы, что обусловлено невысокими отрицательными значениями их электродных потенциалов, а также образованием на их поверхности защитных пленок оксидов и солей.

В мягкой воде при свободном доступе CO2 и O2 свинец постепенно растворяется вследствие образования растворимых гидрокарбонатов свинца:

.

В соляной кислоте Sn и Pb окисляются до Sn2+ и Pb2+ . Со свинцом эта реакция идет только в концентрированной кислоте и при нагревании, так как образующийся PbCl2 в холодной кислоте мало растворим:

Разбавленная серная кислота на олово, а особенно на свинец практически не действует вследствие образования пленки из малорастворимых солей PbSO4, SnSO4. В концентрированной серной кислоте (80% - ной и выше) Sn и Pb окисляются:

В разбавленной азотной кислоте олово окисляется с образованием следующих продуктов реакции:

.

В концентрированной азотной кислоте олово образует осадок метаоловянной кислоты:

Олово и свинец с кислородом образуют моноксиды SnO и PbO и диоксиды SnO2 и PbO2. В воде оксиды почти нерастворимы, поэтому их гидроксиды получают действием щелочей на растворы соответствующих солей.

Оксиды и гидроксиды олова и свинца амфотерны. Реагируя с избытком раствора щелочи, оксиды и гидроксиды этих металлов со степенью окисления +2 образуют соли – гидроксостанниты и гидроксоплюмбиты.

При степени окисления +4 образуют соли – гидроксостаннаты и гидроксоплюмбаты.

Свинец образует кроме оксидов PbO и PbO2 также смешанные оксиды – Pb2O3(PbO PbO2) и Pb3O4(2PbO PbO2) - сурик.

Соли олова (II) легко переходят в соли олова(IV). Для свинца наоборот более устойчивы соли свинца (II).

Соли олова (II) используются в качестве хороших восстановителей в различных средах.

Часто для реакций окисления используются PbO и Pb3O4.


В водных растворах соли олова и свинца подвергаются гидролизу.


Практическая часть.


Опыт № 1. Взаимодействие алюминия с кислотами.

Действие на кусочки алюминия разбавленными и концентрированными кислотами HCl, H2SO4 (разб.), H2SO4 (конц.), HNO3 (разб.) на холоде и при нагревании. Реакция начинается не сразу, так как сначала разрушается оксидная пленка и только после этого начинается выделение водорода. Азотная кислота, окисляя поверхность алюминия, поддерживает пассивное состояние и с чистым алюминием при низких температурах не взаимодействует.

Результаты наблюдений приведены в таблице:


Кислота

Уравнение реакции

Без нагрева

С нагревом

HCl

Выделение газа, растворение алюминия

Скорость реакции возрастает

H2SO4 (разб.)

Выделение газа, растворение алюминия

Ускорение процесса

H2SO (конц.)

Реакция не идет

HNO3 (разб.)

Реакция не идет

Выделение газа, растворение алюминия


Вывод: алюминий неспособен вступать в реакции с некоторыми кислотами из-за образования оксидной пленки на его поверхности.


Опыт № 2. Взаимодействие алюминия со щелочами.

Кусочек алюминия погружается в раствор гидроксида натрия. Сначала реакция задерживается из-за растворения оксидной пленки, а затем протекает бурно с выделением водорода и образованием алюмината натрия.


Вывод: алюминий способен вступать в реакции со щелочами, так как они способны растворить оксидную пленку на его поверхности.


Опыт № 4. Окисление алюминия перманганатом калия.

Раствор перманганата калия подкислить серной кислотой и внести немного алюминиевого порошка или мелких стружек. При кипячении раствора наблюдается обесцвечивание KMnO4.


Вывод: алюминий окисляется перманганатом калия.


Опыт № 7. Взаимодействие алюминия с солями меди (II).

Погрузить проволочки алюминия в пробирки с растворами солей меди (II). По ряду напряжений алюминий должен вытеснять медь из ионного состояния, но интенсивность реакции будет различная, и из нитрата медь выделяться не будет, так как оксидная пленка на поверхности алюминия, упрочняясь в окислительной среде, будет этому препятствовать.



Вывод: алюминий способен вступать в реакции с некоторыми солями меди (II).


Опыт 8. Получение и свойства гидроксида алюминия.

а) В пробирку с раствором соли алюминия добавить по каплям раствор гидроксида натрия. Выпадает белый осадок Al(OH)3. Осадок разделить на две пробирки. К одной из них добавить кислоты, а к другой - раствор щелочи.


В обоих средах алюминий присутствует в виде ионов Al3+.

б) К полученному в опыте 8-а раствору алюмината натрия добавляем кристаллический хлорид аммония. Выпадает белый осадок.


Вывод: а) гидроксид алюминия проявляет амфотерные свойства; б) взаимодействие алюмината натрия с хлоридом аммония приводит к образованию гидроксида алюминия (III).


Опыт № 11. Влияние карбоната натрия на гидролиз соли алюминия.

К раствору соли алюминия добавить такой же объем раствора Na2CO3. Наблюдается образование осадка.

Выделение углекислого газа и выход его из сферы реакции обуславливает течение гидролиза до конца.


Вывод: присутствие карбоната натрия при гидролизе соли алюминия (III) приводит к образованию гидроксида алюминия и способствует протеканию гидролиза до конца.


Опыт № 14. Взаимодействие олова с кислотами.

Изучается действие на олово разбавленных и концентрированных кислот HCl, H2SO4 (разб.), H2SO4 (конц.), HNO3 (разб.) при различных температурах.


Кислота

Уравнения реакций

Без нагрева

При нагреве

HCl (конц.)

Растворение олова, выделение газа

Ускорение процесса

H2SO4 (разб.)

Реакция не идет

H2SO4 (конц.)

Растворение олова, выделение газа

Ускорение процесса

HNO3 (разб.)

Растворение олова, выделение газа, белый осадок

Ускорение процесса






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.