Практикум. 
Химия

Контрольные вопросы и задания.

• 1. Опишите особенности электронного строения металлов побочных подгрупп.
• 2. Опишите общие физические свойства d-элементов.
• 3. Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства соединений d-металлов в различных степенях окисления.
• 4. Проанализируйте изменение прочности связи Мп—О в оксидах: МпО, Мп₂0₃, Мп0₂, Мп₂0₇.
• 4. Охарактеризуйте изменение кислотно-основных свойств соединений d-металлов с повышением степени окисления элемента.
• 5. Рассмотрите способы получения d-металлов.

Примеры выполнения заданий.

• 1. Выполнение задания 1 разобрано в гл. 3 (пример 1).
• 2. Какими кислотно-основными свойствами обладают следующие соединения d-металлов: СгО_э, Zn (OH)₂, Fe (OH)₂?

Решение. Поскольку многие б/-металлы могут проявлять переменную степень окисления, то характер их соединений может меняться с увеличением степени окисления от основного через амфотерный к кислотному. По определению, к основным оксидам относят оксиды металлов в степени окисления +1, +2, им соответствуют гидроксиды — основания. Основные оксиды и гидроксиды взаимодействуют с кислотами, образуя соль и воду. К кислотным оксидам относят оксиды неметаллов и металлов в степени окисления > +4, им соответствуют гидроксиды — кислоты. Кислотные оксиды и кислоты взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды. Амфотерные соединения (оксиды и гидроксиды Ве²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Pb²⁺, Сг³⁺), проявляя двойственный характер, взаимодействуют и с кислотами, и со щелочами.

Сг0₃ — кислотный оксид, хром находится в своей высшей степени окисления +6.

СЮ₃ + 2NaOH = Na₂Cr0₄ + Н₂0.

Сг0₃ + 20Н- = CrOf + HgO.

• 2) Zn (OH)₂ — амфотерный гидроксид.
• а) Zn (OH)₂ + H₂S0₄ = ZnS0₄ + Н₂0

Zn (OH)₂ + 2Н⁺ = Zn²⁺ + Н₂0.

б) Zn (OH)₂ + 2КОН = K₂[Zn (OH)₄].

Zn (OH)₂ + ОН- = [Zn (OH)₄]²

Fe (OH)₂ — основный гидроксид, железо находится в своей низшей положительно степени окисления +2.

Fe (OH)₂ + 2НС1 = FeCl₂ + 2Н₂0.

Fe (OH)₂ + 2Н⁺ = Fe²⁺ + 2Н₂0.

3. Выполнение задания 3 разобрано в гл. 8 (пример 5).

Задания для самостоятельной работы

1. Составьте полные электронные формулы и графические формулы валентного слоя элементов ^/-семейства.

2. Составьте формулы оксида и гидроксида металла в указанной степени окисления. Приведите уравнения реакций, демонстрирующие кислотноосновный характер этих соединений.

Задание 3. Расставьте коэффициенты в приведенных схемах ОВР, пользуясь методом полуреакций. Укажите, какую роль в приведенных окислительно-восстановительных реакциях играют соединения^{-металлов,} в какой степени окисления при этом находится металл?

Тест для самоконтроля.

• 1. При добавлении какого раствора к раствору сульфата меди не будет выпадать осадок?
• 1) NaOH;
• 2) Na₂S;
• 3) NaCl.^[1]
• 3. Какова сумма стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции: Zn + NaOH + Н, 0 -«. .?
• 1)6;
• 2) 7;
• 3) 8.
• 4. Какова геометрическая конфигурация катиона [Zn (NH₃)_/j]²⁺?
• 1) линейная;
• 2) плоская;
• 3) тетраэдр.
• 5. Какова сумма стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции: Сг + С1₂ —>???
• 1) 3;
• 2) 5;
• 3) 7.
• 6. Какую степень окисления имеет хром в продуктах термического разложения Сг (ОН)₃?
• 1) +2;
• 2) +3;
• 3) +6.
• 7. Какова сумма стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции: Mn + НС1 —>???
• 1) 3;
• 2) 5;
• 3) 7.
• 8. Какова сумма стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции: КМп0₄ + H₂S0₄ + K₂S0₃ —». .?
• 1) 15;
• 2) 18;
• 3)21.
• 9. Какую окраску имеет лакмус в растворе хлорида железа (Ш)?
• 1) красную;
• 2) фиолетовую;
• 3) синюю.
• 10. Как изменится в результате окислительно-восстановительной реакции: К₂Мп0₄ + Н₂0 —>… степень окисления марганца?
• 1) не изменится;
• 2) изменится на +2, +4;
• 3) изменится на +4, +7.

Ответы к тесту

Лабораторная работа № 11 Химические свойства соединений ^/-металлов Цель работы: изучение химических свойств ^/-элементов, обусловленных особенностями электронного строения их атомов.

Реактивы: V₂0₅, Mn0₂, NaBi0_3(TB), лакмус, Вг₂₍ >, Н₂0₂ (3%), 1% раствор крахмала, НЫ0₃/_концч; 2 н растворы: NaOH, H₂S0₄, СН₃СООН; 0,5 н растворы MnS0₄, CoS0₄, NiS0₄, Cr₂(S0₄)₃, KI, K₂Cr₂0₇, K₂Cr0₄; свежеприготовленный раствор FeS0₄ из соли Мора (NII₄)₂ • FeS0₄ • 6II₂0.

Оборудование: капельницы с пинетками, штатив с пробирками, газовая горелка, держатель, микрошпатель, стеклянная палочка.

Техника безопасности: Опыт 2.2 выполняйте иод тягой. Осторожно нагревайте пробирки с растворами на пламени горелки.

Ход работы Опыт 1. Соединения d-элементов низшей степени окисления.

1. Основные свойства гидроксидов.

В пробирки внесите по 10 капель растворов MnS0₄, NiS0₄. В каждую из них прибавьте 2 и раствор щелочи до образования осадка. Отметьте цвета осадков. Испытайте все полученные гидроксиды на растворимость в кислоте и в избытке щелочи. Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.

Какой вывод можно сделать о кислотно-основных свойствах гидроксидов^{-элементов} в степени окисления +2?

2. Восстановительные свойства соединений.

В две пробирки внесите по 20 капель 2 н растворов FeS0₄, NiS0₄, в третью — пять капель раствора CoS0₄. В каждую пробирку добавьте 2 н раствор щелочи до образования соответствующего гидроксида (П). В третьей пробирке голубой осадок соответствует основной соли кобальта (П), а розовый цвет — гидроксиду кобальта (П).

Первую пробирку с осадком оставьте стоять на воздухе. Что наблюдаете? Напишите реакцию окисления гидроксида железа (И) в гидроксид железа (Ш) кислородом воздуха.

Осадок гидроксида кобальта, предварительно размешав стеклянной палочкой, разделите на две части. Одну оставьте стоять на воздухе. Ко второй части прилейте 3%-ного раствора Н₂0₂. В какой из пробирок наблюдается окисление гидроксида кобальта (П)? Напишите уравнение реакции.

Осадок гидроксида никеля разделите на три части. Одну оставьте стоять на воздухе, ко второй прилейте 20 капель 3%-ного раствора Н₂0₂, а к третьей — 10 капель бромной воды. В какой из пробирок наблюдается окисление гидроксида никеля (И) в гидроксид никеля (Ш)? Напишите уравнение реакции. На основании результатов опыта сделайте вывод: как изменяется восстановительная активность в ряду: Fe²⁺ —> Со²⁺ —> Ni²⁺?

Опыт 2. Соединения d-элементов в промежуточной степени окисления.

1. Амфотерные свойства гидроксидов.

В пробирку внесите 20 капель раствора Cr₂(S0₄)₃ и прибавляйте по каплям 2 н раствора щелочи до образования осадка. Осадок разделите поровну в две пробирки. Затем в одну из пробирок прилейте 2 и раствора II₂S0₄, а в другую — 2 н раствора NaOFI до полного растворения осадка.

Какими свойствами обладает Сг (ОН)₃? Напишите молекулярные и ионные уравнения всех реакций, учитывая, что в избытке щелочи при растворении гидроксидахрома (Ш) образуется комплексная соль Na_:j| Сг (()ГI)_(;] — гексагидроксохромат (Ш) натрия.

2. Окислительно-восстановительные свойства Мп0₂.

В две пробирки внесите по ½ микрошпателя твердого Мп0₂. В первую из них добавьте по 20 капель 2 и раствора H₂S0₄ и иодида калия. Наблюдайте изменение окраски раствора на красно-бурую, обусловленное выделением свободного иода. Во вторую пробирку добавьте 20 капель азотной кислоты и на кончике микрошпателя висмутата натрия NaBi0₃. Дайте раствору отстояться. Чем обусловлено появление розовой окраски во второй пробирке? Напишите уравнения соответствующих окислительно-восстановительных реакций и схемы полуреакций. Какие окислительно-восстановительные свойства проявляет оксид марганца (1 V) в этих реакциях?

Опыт 3. Соединения d-металлов высшей степени окисления.

1. Кислотные свойства оксидов.

В пробирку внесите 1 /2 микрошпателя порошка оксида ванадия (У) V₂0₃ и 20 капель дистиллированной воды. Смесь нагрейте на газовой горелке до появления бледно-желтой окраски HV0₃. Дайте раствору отстояться, затем проверьте среду универсальным индикатором. Определите pH среды. Напишите уравнение реакции получения метаванадиевой кислоты HVO_s.

2. Взаимопревращение хромати дихромат-ионов.

В пробирку внесите 10 капель раствора К₂Сг0₄ и 2 н H₂S0₄ до изменения желтой окраски в оранжевую.

В другую пробирку внесите 10 капель раствора К₂Сг₂0₇ и 2 н раствор щелочи до перехода окраски из оранжевой в желтую.

Хромати дихромат-ионы способны к взаимопревращению в зависимости от среды. Напишите уравнения реакций.

3. Окислительные свойства соединений.

В пробирку налейте 20 капель дихромата калия К₂Сг₂0₇, добавьте 10 капель 2 н раствора серной кислоты и 10 капель раствора KI. Составьте уравнение реакции, учитывая, что ион Сг₂0₇" восстанавливается до Сг³⁺. Красно-бурая окраска раствора обусловлена выделением свободного иода. Добавьте 2—3 капли раствора крахмала. Как изменяется окраска раствора?

• [1] Какова область значения pH для раствора хлорида меди? 1) pH > 7; 2) pH = 7; 3) pH < 7.