Лабораторная - Получение коллоидных растворов ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Опыт № 1. Получение коллоидных растворов Оборудование и реактивы: Химический стакан, пипетка, дистиллированная вода, электрическая плитка, раствор хлорида железа (III) массовой долей 5 %. Ход работы: В химическом стакане на электрической плитке нагревают воду до кипения. Затем в кипящую воду по каплям приливают немного раствора хлорида железа (III). В кипящем разбавленном растворе гидролиз FeCl3 усиливается. Образуется гидроксид железа (III), который не осаждаетсяна дно стакана: Fe3+ + 3 H2 O®Fe (OH)3 + 3H+ . В результате получается прозрачный коллоидный раствор красно-коричневого цвета состава: {[Fe(OH)3 ]m , nFe3+ , 3(n-x)Cl- } 3xCl- . Утилизация. К коллоидному раствору добавить несколько капель соляной кислоты массовой долей 5 %. Полученный раствор хлорида железа использовать в качестве реактива. Опыт № 2. Прохождение луча света через истинные растворы и коллоидные системы Оборудование и реактивы: Коллоидный раствор гидроксида железа (III), истинный раствор NaCl, фонарик, два химических стакана, ящик с двумя отверстиями. Рис. 1. Прохождение луча света через истинные и коллоидные растворы. Ход работы: В деревянный ящик ставят поочередно истинный раствор NaCl и коллоидный раствор Fe(OH)3 . В отверстие ящика направляют луч света от фонарика. В другое отверстие сбоку наблюдают прохождение луча света через растворы. Отмечают, что истинный раствор оптически пуст, а через коллоидный раствор луч света проходит, оставляя «светлую дорожку». Утилизация. См. опыт № 1. Опыт № 3. Окислительные свойства хлора по отношению к бромид и иодид ионам Вариант № 1. Оборудование и реактивы: Пробирка с резиновыми вставками, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, хлорная вода, растворы KIи KBrмассовой долей 5 %, раствор крахмала. Ход работы: В пробирку (рис. 2.) наливаем свежеприготовленной хлорной воды (1). Вставляем в пробирку приготовленные резиновые кружочки- держатели (2) с отверстиями. В первый помещаем слой ваты, смоченный раствором KI и крахмала (3), во второй – слой ваты, смоченный раствором KBr (4). Закрываем пробирку хлоркальциевой трубкой, заполненной углем (5). Подогреваем хлорную воду в пробирке. Выделяющийся хлор реагирует с растворами KI и KBr. Наблюдается изменение окраски: слой ваты с бромидом калия приобретает красновато–коричневый цвет, вата с иодидом калия – синеет: 2KBr + Cl2 ® 2KCl + Br2 , 2KI + Cl2 ® 2KCl + I2 . Рис. 2. Окисление хлором бромид и иодид ионов. Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой, залив ее предварительно щелочным раствором гидроксида кальция. Утилизация. Промывные воды слить в емкость-нейтрализатор. Вариант № 2. Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца с пробкой, две U-образные трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, спички, соляная кислота (конц.), KMnO4 (кристал.), ложечка для сжигания, растворы KI и KBrмассовой долей 5%. Рис. 3. Окисление хлором бромид и иодид ионов. Ход работы: Собирают прибор согласно рис. 3. Установка должна быть герметичной. В пробирку Вюрца (1) помещают одну или две ложечки для сжигания кристаллического KMnO4 и соляную кислоту (конц.), немного превышающую уровень соли. Пробирку быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор проходит сквозь толщу раствора KIв первой U-образной трубке (2). Наблюдают появление коричневой окраски и образование темно- фиолетовых кристаллов. Далее хлор проходит через раствор KBrво второй U–образной трубке (3), окисляя анион брома соли. Раствор приобретает красновато-бурый цвет. Излишки хлора поглощаются активированным углем в хлоркальциевой трубке (4). Закончив опыт, установку переносят в вытяжной шкаф, где проводят утилизацию растворов. Техника безопасности: Концентрированную соляную кислоту необходимого объема наливают в емкость в вытяжном шкафу, закрывают пробкой и переносят на демонстрационный стол. Утилизация. В первой по ходу хлора U–образной трубке получают: 2KI + Cl2 ®I2 + 2KCl. Кристаллы йода оседают через некоторое время на дно трубки, а над осадком получается раствор йода в солевом растворе. Раствор йода слить в склянку и использовать для обнаружения непредельных углеводородов. Кристаллы йода промыть холодной водой, а затем растворить в спирте. Получают спиртовую настойку йода. Если необходим кристаллический йод, то йод высушивают на воздухе, затем переносят в склянку с плотно притертой пробкой. Во второй U–образной трубке получают бром: 2KBr + Cl2 ®Br2 + 2KCl. Бром находится в растворе образовавшейся соли. Слить содержимое трубки в склянку. Использовать эту смесь для обнаружения непредельных углеводородов, предварительно разбавив ее водой. Полученную бромную воду можно использовать для демонстрации следующих окислительно-восстановительных реакций: 2NH3 + 3Br2 ® N2 ­ + 6HBr; H2 S + Br2 ® S¯ + 2HBr; Na2 S + Br2 ®S¯ + 2NaBr. После опытов слить растворы NaBr и HBr с осадка серы, использовать раствор вновь для получения брома: 2NaBr + Cl2 ® 2NaCl + Br2. Утилизацию смеси KMnO4 и HCIcм. в теме: ”Галогены”. Все емкости споласкивают известковой водой для поглощения галогенов, затем моют. Опыт № 4. Окислительные свойства хлора по отношению к сульфид и сульфит ионам Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца, две U-образные трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, спички, соляная кислота (конц.), KMnO4 (кристал.), растворы: Na2 S, Na2 SO3 , HCl массовой долей 5 %, растворы NaOH и BaCl2 массовой долей 3%. Рис.4. Окислительные свойства хлора по отношению к S 2- и SO3 2- ионам. Ход работы: Собирают установку согласно рис. 4. В первую U–образную трубку (1) наливают раствор Na2 S, во вторую – раствор Na2 SO3 и 0,5 мл раствора NaOH (2). Правое колено второй трубки закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь (3). В пробирку Вюрца (4) насыпают кристаллический KMnO4 (одну или две ложечки для сжигания), приливают концентрированный раствор соляной кислоты немного выше уровня кристаллов соли и быстро закрывают пробирку пробкой (5). Выделяющийся во время химической реакции хлор проходит сначала в первую U-образную трубку. В толще раствора появляется сера. Затем хлор поступает во вторую U-образную трубку. Чтобы доказать, что здесь образовался продукт окисления – сульфат натрия, нужно внести раствор хлорида бария, проткнув иглой шприца резиновую трубку, (образуется осадок белого цвета). Затем добавить из шприца раствор соляной кислоты для растворения возможно образовавшегося BaSO3 . Если осадок не растворяется, следовательно, в результате химической реакции хлор окисляет сульфит-ион до сульфат-иона. Уравнения реакций: 2KMnO4 + 16HCl® 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2 O + 2KCl; Na2 S + Cl2 ® S¯ + 2NaCl; Na2 SO3 + Cl2 + 2NaOH ® Na2 SO4 + 2NaCl + H2 O; Na2 SO4 + BaCl2 ® BaSO4 ¯ + 2NaCl; Na2 SO3 + BaCI2 = BaSO3 ↓+ 2NaCI BaSO4 ¯ + HCl --/® BaSO3 ↓+ 2HCl ® BaCl2 + H2 SO3 ; H2 SO3 ® SO2 + H2 O. Примечание: Чтобы взаимодействие KMnO4 с HCl шло энергичнее, можно пробирку немного подогреть. Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой, сполоснув предварительно емкости щелочным раствором. Утилизация. В пробирке-реакторе получают хлор из перманганата калия. Переработка этой смеси показана выше (тема “Галогены”, VIII кл.). В первой на пути хлора U-образной трубке образуется сера. После эксперимента трубку залить слабым щелочным раствором, дать отстояться сере, затем слить надосадочную жидкость в кристаллизатор. Отделить серу фильтрованием, промыть и высушить. Все промывные воды слить в раковину. Во второй U-образной трубке идет процесс окисления сульфита натрия до сульфата. Для обнаружения сульфат-анионов в трубку добавляется раствор хлорида бария и соляная кислота. Образовавшуюся токсичную смесь слить после опыта в емкость-нейтрализатор. Опыт № 5. Окислительные свойства азотной кислоты по отношению к сульфид и сульфит ионам Оборудование и реактивы: Раствор HNO3 (1:1), растворы (5%) NaOH, Na2 SO3 , BaCl2 , HCl, пробирки демонстрационные, две пробки со стеклянными трубками и активированным углем. Ход работы: 1) К раствору Na2 S (0,5-1 мл) добавить такой же объем раствора HNO3 (1:1). Пробирку закрыть пробкой с активированным углем. Через некоторое время наблюдается постепенное образование серы в толще раствора. Процесс идет без образования токсичных газообразных продуктов восстановления азотной кислоты: 2HNO3 + Na2 S ® S¯ + NaNO2 + H2 O + NaNO3 . 2) К раствору Na2 SО3 (0,5-1 мл) прилить такой же объем раствора HNO3 , затем добавить 0,1 мл раствора щелочи. Процесс идет без выделения токсичных газообразных продуктов восстановления азотной кислоты: Na2 SO3 + HNO3 + NaOH ® Na2 SO4 + NaNO2 + H2 O. Для обнаружения полученного сульфата натрия через 1-2 минуты в пробирку добавить раствор BaCl2 и раствор HCl. Сохранение осадка в кислой среде свидетельствует об образовании сульфат-иона в ходе реакции. Утилизация: Содержимое пробирки (1) нейтрализуют после опыта вначале суспензией, а затем раствором гидроксида кальция с фенолфталеином до слабой малиновой окраски. Отфильтровать серу, промыть и высушить на воздухе. Фильтрат сильно разбавляют и используют в качестве азотных удобрений на пришкольном участке. В содержимое пробирки (2) в ходе опыта добавляют хлорид бария с соляной кислотой. Получается смесь с токсичными соединениями бария, поэтому жидкость с осадком переносят в емкость- нейтрализатор. Опыт № 6. Эндотермические реакции Оборудование и реактивы: Прибор для электролиза, две пробирки, два кристаллизатора, раствор NaOH (массовой долей 5-8 %), изогнутые газоотводные трубки, железные электроды. Ход работы: Примером эндотермической реакции может стать разложение воды электрическим током. Собирают установку согласно рис. 5. U-образную трубку заполнить на 2/3 объема раствором NaOH, закрыть отверстия трубки пробками с железными электродами. Рис. 5. Демонстрация эндотермической реакции разложения воды. Две пробирки наполняют дистиллированной водой и опрокидывают вверх дном в кристаллизаторы с водой. В пробирки подводят изогнутые газоотводные трубки от электролизера. Прибор подключают к источнику тока. Наблюдают образование и накопление газов в пробирках (следует обратить внимание на соотношение их объемов). Отключить внешний источник энергии, реакция разложения заканчивается без подвода внешней энергии. Написать уравнение электролиза раствора NaOH. Утилизация. Раствор щелочи в U-образной трубке использовать повторно, добавив более концентрированный раствор NaOH (контроль по показаниям ареометра). ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 Опыт № 1. Получение комплексных соединений Оборудование и реактивы: Пробирки, разбавленные растворы: AlCl3 , NaOH, AgNO3 , NH4 OH, NaCl, CuSO4 , раствор NaCl насыщенный, NH4 OH (конц.). Ход работы: Провести химические процессы согласно уравнениям реакций: 1). AlCl3 + 3NaOH®Al(OH)3 ↓ + 3NaCl--- добавляют раствор щелочи в недостатке. Al(OH)3 ↓ + NaOH®Na[Al(OH)4 ] --- добавляют раствор щелочи в небольшом избытке. 2). AgNO3 + NH4 OH®NH4 NO3 + AgOH↓ --- добавляют в недостатке разбавленный раствор гидроксида аммония. 2AgOH↓®Ag2 O + H2 O --- наблюдают частичное самопроизвольное разложение AgOH, смесь темнеет. Ag2 O + 4NH4 OH®2[Ag(NH3 )2 ]OH + 3H2 O -- добавляют избыток концентрированного раствора гидроксида аммония. Получили «аммиачный раствор оксида серебра». 3). AgNO3 + NaCI®AgCl↓ + NaNO3 -- используют предельно разбавленные растворы исходных веществ. Хлорид серебра должен получиться в виде суспензии, а не творожистого осадка. К небольшой части этой суспензии (0,5–1 мл) добавить избыток насыщенного раствора хлорида натрия. Наблюдают растворение осадка: AgCl↓ + NaCl®Na[AgCl2 ] Последняя реакция может проводиться на кафельной пластине. 4). CuSO4 + 2NH4 OH®Cu(OH)2 ↓+ (NH4 )2 SO4 --- добавляют недостаток разбавленного раствора гидроксида аммония. Cu(OH)2 ↓+ 4NH3 ® [Cu(NH3 )4 ](OH)2 – гидроксид тетраамминмеди (II); (добавляют избыток концентрированного раствора аммиака). Или: CuSO4 + 4NH3 ® [Cu(NH3 )4 ]SO4 --- сульфат тетраамминмеди (II) синего цвета. Утилизация. Полученный аммиакат меди оставить для демонстрации опыта “Разложение перекиси водорода” в качестве катализатора. Избыток аммиаката меди, накопленный в лаборатории, слить в стакан, добавить малыми порциями раствор серной кислоты массовой долей 5-10% (Осторожно! Сильное разогревание!). Происходит разрушение аммиаката, раствор приобретает голубую окраску сульфата меди. Полученную смесь сульфата меди и сульфата аммония можно использовать вновь для демонстрации получения аммиаката меди. Для этого следует добавить в емкость раствор щелочи. После нейтрализации раствора кислоты, система приобретает вновь синее окрашивание. В пробирку с тетрагидроксоалюминатом натрия пропустить углекислый газ, выпадает осадок Al(OH)3 : Na[Al(OH)4 ] + CO2 = Al(OH)3 ↓+ NaHCO3 . Осадок промыть и высушить. Аналогично утилизируют раствор Na2 [Zn(OH)4 ] при получении комплексного соединения из гидроксида цинка: Na2 [Zn(OH)4 ]+ 2CO2 = Zn(OH)2 ↓ + 2NaHCO3 . Комплексное соединение серебра – аммиачный раствор оксида серебра в дальнейшем использовать в качестве реактива для обнаружения альдегидов. Дихлороаргентат натрия поместить в склянку для сбора серебросодержащих остатков. Опыт № 2. Каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии ионов меди, аммиаката меди и каталазы Оборудование и реактивы: Пробирки, раствор перекиси водорода (10%), раствор сульфата меди (5%), раствор аммиаката меди, раствор каталазы (мясная или картофельная вытяжка). Ход работы: Для проведения опыта необходимо приготовить растворы каталазы и аммиаката меди. Для приготовления каталазы необходимо свежий мясной фарш залить водой, тщательно перемешать и отжать. Отжатую жидкость профильтровать, фильтрат использовать для опыта. Для приготовления аммиаката меди нужно к раствору сульфата меди (II) прилить избыток концентрированного раствора аммиака: CuSO4 + 4NH3 ® [Cu(NH3 )4 ]SO4 --- сульфат тетраамминмеди (II). В три пробирки с раствором перекиси водорода (по 1 мл) добавляют: в первую – 0,2 мл раствора CuSO4 , во вторую – несколько капель раствора [Cu(NH3 )4 ]SO4 , в третью – 0,2 мл «раствора» каталазы. Наблюдают разную каталитическую активность веществ, используемых в качестве катализаторов. Рис. 6. Каталитическое разложение H2 O2 . Техника безопасности. Не допускать попадания раствора перекиси водорода на кожу и одежду. Осторожно добавлять аммиакат меди к перекиси водорода. Реакция идет бурно. Утилизация. Все растворы в пробирках перенести в емкость–нейтрализатор. Опыт № 3. Экзотермические реакции Оборудование и реактивы: Пробирка или железная банка, сульфат меди (кристал.), железный порошок, вода, стеклянная палочка. Ход работы: В пробирку или железную банку внести хорошо перемешенные сульфат меди и железный порошок в соотношении количества вещества 1:1. Смесь смочить водой до кашицеобразного состояния и перемешать стеклянной палочкой. Пробирка сильно нагревается за счет тепла экзотермической реакции: CuSO4 + Fe®FeSO4 + Cu. Утилизация. Растворить смесь в воде. Отфильтровать. Осадок металлического железа с медью высушить, поместить в сухую склянку и герметично закрыть пробкой. Смесью металлов можно воспользоваться для демонстрации коррозии контакта Fe–Cuв нейтральной или слабокислой среде. Для этого: а) Немного смеси внести в пробирку с водой на 1 – 2 суток. Появляются бурые продукты коррозии: А- ôFe0 – 2 ē®Fe2+ ; К+ ôСuô 2H2 O + 4ē + O2 ® 4 OH- Далее: Fe2+ + 2OH- ®Fe(OH)↓2 ; 4 Fe(OH)2 ↓ + O2 + 2H2 O® 4Fe(OH)↓3 . б) Немного смеси внести в очень слабый раствор соляной кислоты. Через некоторое время также образуется бурый осадок: А- ôFe0 – 2 ē®Fe2+ ; К+ ôCuô 2H+ + 2ē ®H2 ­; Далее: Fe2+ + 2Cl- ®FeCl2 ; 4FeCl2 + O2 + 2H2 O® 4FeOHCl2 ; FeOHCl2 + 2H2 O ® Fe(OH)3 ↓ + 2HCl. После демонстрации опытов по коррозии слить все в раковину. В фильтрат, содержащий растворы CuSO4 и FeSO4 , (см. выше) внести железный предмет, например, хорошо очищенный гвоздь. Далее утилизацию проводят по схеме, описанной в работе № 2, опыт № 5, VIII класс. Опыт № 4. Смещение химического равновесия гидролиза NaHCO3 Оборудование и реактивы: Гидрокарбонат натрия, химический стакан, вода, электрическая плитка, ложечка для сжигания. Ход работы: В кипящую воду в химическом стакане прибавляют ложечку кристаллического гидрокарбоната натрия. Происходят следующие процессы: NaHCO3 ®Na+ + HCO- 3 – диссоциация HCO- 3 + HOH®H2 CO3 + OH- - гидролиз аниона HCO- 3 NaHCO3 + HOH ® NaOH + CO2 + H2 O. Повышение температуры оказывает влияние на смещение химического равновесия гидролиза в сторону образования продуктов реакции CO2 и H2 O. Бурное выделение газа свидетельствует о полном смещении химического равновесия гидролиза NaHCO3 . Объясните, почему повышение температуры смещает равновесие гидролиза вправо?