WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«Р.Б. НИКОЛАЕВА, С.В. САЙКОВА, А.С. КАЗАЧЕНКО ПРАКТИКУМ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Часть 2 Учебное пособие Третье издание Красноярск 2007 УДК 54:546(075.8) ББК 24.1я73 Н63 Рецензенты: Л.А. ...»

-- [ Страница 3 ] --

Как следствие, вода под действием осмотического давления всасывается под пленку и разрывает ее. В месте разрыва образуется новая пленка, но так как она тоньше, чем в других местах, то именно она опять рвется, и все повторяется снова и снова. А внешне это выглядит как рост «водорослей». И если брать несколько разГидролизуется не только «растворимое стекло», но и обычное оконное. Так, в мелкораздробленном состоянии, контактируя с водой, оно заметно подщелачивает ее.

При охлаждении из концентрированных растворов выпадает неустойчивый продукт H2SiF6.2H2O (т.пл.=190С), который отщепляет фтороводород.

лично окрашенных (за счет катионов) солей, то силикатные «водоросли» оказываются разноцветными. Так «выращивают» причудливый «неорганический сад».

При действии хлороводородной кислоты «водоросли» ломаются и обесцвечиваются, так как за счет образования малорастворимой кремниевой кислоты ионы металлов «вымываются» из силикатов в раствор.

Поверхностные атомы любого твердого тела способны образовывать связи с молекулами газа или жидкости (за счет сил межмолекулярного взаимодействия) и таким образом удерживать их на поверхности. Такое явление называется сорбцией (от греческого «сорбео» – «поглощаю»).

И если твердое вещество пронизано большим количеством открытых пор, а значит, имеет высокоразвитую (разветвленную) поверхность, то сорбция происходит в значительной степени и такие вещества являются сорбентами1. К ним относится, в частности, силикагель, полученный в специальных условиях (площадь его поверхности может быть до 700 м2/г), а также древесный активированный уголь.

Поскольку древесный уголь получают при прокаливании (без доступа воздуха) стружек древесины, а в древесине много каналов и пор, по которым перемещались растворы, питавшие живое дерево, то при прокаливании образуется углеродистый скелет с очень развитой пористой структурой. Так, площадь поверхности 1 г древесного угля после активации (обработки горячим паром, которая освобождает поры от смолистых веществ) достигает 1700 м2/г.

Силикагель и активированный уголь широко используются как сорбенты на практике. Так SiO 2, высушенный при 1500С, поглощает столько влаги, что его масса увеличивается в 1,5 раза, т.е. он является эффективным осушающим средством.

Древесный уголь применяется для очистки этилового спирта, сахарных сиропов, растительных масел и др. от примесей. При этом через колонку, заполненную гранулами сорбента, пропускают загрязненную жидкость, а вытекает она из колонки очищенной. Когда же уголь насытится примесями, его заменяют на «свежий», а отработанный восстанавливают, извлекая из него примеси горячим паром.

Активированный уголь в таблетках или в виде порошка продается в аптеках.

Его применяют внутрь при вздутиях живота и отравлениях (он сорбирует газы и яды из желудочно-кишечного тракта). Используется активированный уголь и в противогазах для поглощения вредных веществ, отравляющих воздух.

Техника безопасности при работе с соединениями Из соединений углерода наибольшую опасность представляет так называемый угарный газ, т.е. оксид углерода(II), с которым люди часто сталкиваются и в быту, ибо он образуется при неполном сгорании любого С-содержащего топлива.

Угарный газ в смеси с воздухом взрывоопасен при концентрациях от 12,5 до 74,2% (об.). А главное, он очень ядовит2 – его ПДК в воздухе промышленных предприятий составляет 30 мг/м3. Ядовитость СО объясняется сродством к нему гемоглобина, в 200-300 раз превышающем сродство к кислороду. Вследствие этого оксид угТ. Ловиц еще в XVIII в. открыл сорбцию и применил ее на практике (для очистки жидкостей от примесей).

Углекислый газ менее токсичен – отравление наступает при 5%-ном его содержании во вдыхаемом воздухе за счет нарушения равновесия «O2-CO2» в организме.

лерода(II) вытесняет кислород из крови, что ведет к нарушению транспорта последнего, развитию кислородной недостаточности, угнетению тканевого дыхания и, если не принять меры (описанные ниже), то к летальному исходу.

Особая опасность связана с тем, что CO бесцветный газ, не имеющий запаха. Подчеркнем, что он слабо поглощается активированным углем обычного противогаза, и надо использовать специальные гопкалитовые противогазы, коробку которых заполняют смесью различных оксидов (в основном MnO 2 и CuO, а также Ag 2 O ). Эти смеси каталитизируют окисление СО до CO 2 кислородом воздуха.

Признаком отравления оксидом углерода(II) являются головокружение, головная боль, слабость, рвота, шум в ушах, судороги и потеря сознания. Пострадавшего нужно вынести на свежий воздух, положить холодный компресс на голову, ослабить туго затянутые места одежды и применять (до четырех часов) искусственное дыхание с кислородом – чистым или с добавлением CO 2 (до 5%). Полезно также кратковременное вдыхание паров нашатырного спирта. После того, как пострадавший пришел в себя, его необходимо держать в тепле, завернув в одеяло и согревая грелками, а также поить крепким чаем или кофе. Вызвать врача.

Многие горючие материалы опасны не только при неполном их сгорании, но и при хранении за счет медленного окисления кислородом воздуха, которое вызывает саморазогрев и, как результат, воспламенение (в частности может загореться самопроизвольно навоз или уголь, хранящийся в больших количествах). По этой же причине нельзя складывать в кучи промасленные тряпки.

Газообразные углеводороды, в частности ацетилен, могут давать взрывоопасные смеси с воздухом. Поэтому опыты, сопровождающиеся их выделением, нужно проводить под тягой. К тому же ацетилен, получаемый из CaC 2 действием воды, содержит вредные примеси H2 S, NH3, PH3 (они и придают ему неприятный запах, который всегда ощущается при проведении ацетиленовой сварки).

Из соединений кремния ядовиты тетрафторид кремния и все фторосиликаты.

Нужно также помнить, что раствор Na 2 SiO 3 имеет сильнощелочную среду.

ОПЫТ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА

А. Сорбция из раствора. В бюретку с краником вложить стекловату или фильтровальную бумагу и сверх нее насыпать слой активированного угля1 толщиной 10 см. Затем пропустить через него 30 мл раствора одного из красителей – индиго, метилоранжевого или лакмуса. Скорость выхода раствора из бюретки должна быть примерно 1 капля в секунду (регулировать поворотом краника). Сравнить цвет раствора, заливаемого в бюретку и вытекающего из нее, сделать вывод. Сохранить результаты для демонстрации.

Б. Сорбция из газовой фазы. В 2 пробирки добавить по 1 капле 0,1М раствора аммиака, поместить в одну из них примерно 1 мл (по насыпному объему) активированного угля и заткнуть пробирки пробками. После встряхивания в течение 5 мин, открыть их и сравнить по запаху сразу и (не закрывая пробирок) по истечении Перед употреблением активированный уголь нужно промыть дистиллированной водой и высушить. Еще лучше нагревать его в воде, пока не потонет, а потом, выдержав 30 мин при 5000С в закрытом железном тигле, охладить в эксикаторе.

20-30 минут. Объяснить наблюдение. (Аналогично можно провести опыт с диоксидом азота (как его получить?), сравнивая окраску газа в обеих пробирках.)

ОПЫТ 2. СВОЙСТВА ПЕРКАРБИДОВ S- И D-ЭЛЕМЕНТОВ

(опыт выполнять под тягой!) А. Получение и гидролитическая устойчивость. Собрать установку (рис. 16). Поместить в пробирку (1) несколько кусочков перкарбида кальция, добавить 3 мл воды и закрыть пробкой с газоотводной трубкой (3), конец которой опустить в пробирку (2) с раствором нитрата серебра1. Что наблюдается и почему?. Продукт в выделяющийся из газоотводной трубки (3). Отметить и объяснить цвет пламени. Затем погасить пламя и, вынув пробку, слить жидкость из перкарбида серебра присутствии группы внешний эффект, наблюдаемый после высыхания осадка.

ОПЫТ 3. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ОКСИДА УГЛЕРОДА(IV)

А. Синтез и идентификация. Собрать прибор по схеме (рис. 17). Положить в пробирку (1) 4 кусочка мрамора, смочить его несколькими каплями воды, затем добавить 1 мл концентрированной хлороводородной кислоты и быстро закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой (2). К концу трубки поднести смоченную водой синюю лакмусовую бумажку. Что наблюдается и почему?

Конец трубки опустить в коническую колбу на 100 мл (3). После того, как колба наполнится оксидом углерода(IV) (убедиться в этом с помощью горящей лучинки), накрыть ее стеклом, и аналогично заполнить вторую колбу. Обе колбы сохранить для опыта В.

Собрать газ в сухую пробирку и, заткнув ее пробкой, оставить для опыта Г.

Б. Реакции с известковой водой. Газоотводную трубку (с узким отверстием) опустить в узкую пробирку с 6 мл прозрачной известковой воды (до дна пробирки).

Периодически, закрывая отверстие пробирки пробкой, энергично встряхивать содержимое пробирки (для чего?). Что происходит по мере пропускания углекислого газа через известковую воду в начале опыта? Что наблюдается при нить наблюдения.

Треть полученного раствора отобрать в стакан на 50 мл и прокипятить в течение 5 мин Рис. 17. Установка для получения оксида улерода(IV) на плите. Что происходит и почему? Оставшийся Можно синтезировать ацетиленид меди (I) - красный осадок Cu2C2, пропуская ток ацетилена через раствор, полученный действием на суспензию хлорида меди (I) избытка аммиака (до полного растворения CuCl).

в пробирке раствор разделить на 2 части. Одну сохранить для сравнения, а во вторую добавить 1 мл известковой воды. Что наблюдается и почему?

В. Горение в углекислом газе. (Опыт проводить в присутствии группы.) Зажженный в железном ковшике фосфор опустить в одну из колб с углекислым газом. Объяснить наблюдения. Поджечь магниевую ленту (выбрать потолще) и быстро ввести в другую колбу с CO 2. Что наблюдается и почему? Каков состав продуктов горения фосфора и магния в углекислом газе?

Г. Взаимодействие со щелочью. (Выполнять при демонстрации.) Прилить 1 мл 1M щелочи в пробирку с газом, собранным в опыте А, и закрыть ее большим пальцем. Встряхивая пробирку (но осторожно, чтобы щелочь не попала на кожу) и, не отнимая пальца, наблюдать, что с ним происходит. Объяснить наблюдение.

ОПЫТ 4. СВОЙСТВА КИСЛОТ УГЛЕРОДА

В 1М уксусную кислоту внести медную стружку. Происходит ли взаимодействие? А при нагревании?

Затем на очищенную поверхность медной пластинки поместить каплю 1M этой же кислоты и дождаться высыхания раствора. Что наблюдается и почему?

Сходные ли результаты получатся с угольной кислотой?

ОПЫТ 5. СВОЙСТВА КАРБОНАТОВ

А. Определение pH растворов. Измерить с помощью иономера pH 1М растворов карбоната и гидрокарбоната натрия. Рассчитать теоретические значения pH и сравнить с полученными практически. Есть ли расхождение? Почему?

Те же ли результаты будут в опытах с сульфитом и гидросульфитом натрия?

Б. Зависимость состава продукта от условий. В две пробирки налить по 2 мл насыщенного раствора сульфата меди(II), затем в одну добавить лопаточку кристаллов гидрокарбоната натрия, а в другую – карбоната натрия. (Не перемешивать!) Что наблюдается сразу и после часового стояния? Почему?

Часть полученного осадка из второй пробирки поставить высушиваться в фарфоровой чашке на плитке. Объяснить наблюдаемые явления.

ОПЫТ 6. СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КРЕМНЕЗЕМА (СИЛИКАГЕЛЯ)

А. Сорбция. Приготовить в пробирке 1 мл разбавленного аммиачного раствора меди(II), разделить его на две пробирки, одну оставить в качестве контрольной, а в другую добавить 4 гранулы силикагеля. Перемешивать содержимое пробирки в течение 3 мин. Что наблюдается и почему?

Б. Десорбция. Слить раствор с кремнезема в чистую пробирку и сохранить для демонстрации, а кремнезем промыть два раза водой. Затем разделить его на две пробирки, одну сохранить для демонстрации, а в другую добавить 1 мл 2М хлороводородной кислоты и, оставив одну гранулу для демонстрации, к другой добавить аммиак. Восстанавливается ли синее окрашивание прежней интенсивности? (Силикагель вернуть лаборанту.)

ОПЫТ 7. ПОЛУЧЕНИЕ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ

В пробирку налить по 0,5 мл силикатного клея и воды, тщательно перемешать палочкой и добавить (продолжая перемешивать) 11 капель 6М HCi. Что наблюдается? Можно ли вылить образовавшийся раствор из пробирки? Почему?

ОПЫТ 8. ГИДРОЛИЗ СИЛИКАТОВ

А. Силикат натрия. С помощью универсальной индикаторной бумаги измерить рН в растворе силиката натрия. Чем оно обусловлено? Добавить к 0,5 мл силиката натрия 1 мл насыщенного раствора хлорида аммония. Что происходит и почему?

Б. Стекло. Нагреть конец стеклянной трубки в пламени спиртовки до размягчения и быстро опустить в стакан с холодной водой. Растрескавшееся (почему?) стекло после сливания воды перенести в фарфоровую ступку, добавить 6 капель фенолфталеина и растереть стекло в порошок (осторожно, чтобы осколки не попали в глаза). Что наблюдается и почему? Сохранить результат для демонстрации.

ОПЫТ 9. ГЕКСАФТОРОКРЕМНИЕВАЯ КИСЛОТА И ЕЕ СОЛИ

А. Получение кислоты. Собрать прибор (рис. 18). Смешать по 2 г сухих (почему не годятся влажные?) кварцевого песка и фторида кальция. Перенести смесь в колбу Вюрца (1), добавить 15 мл 98%-ной серной кислоты, и закрыть колбу пробкой. Воронка (2) должна касаться поверхности воды в стакане (3). Нагреть колбу (1). Что при этом наблюдается? Какой газ выделяется в Изучить его взаимодействие с активным металлом (например, с цинком или магнием).

В. Растворимость фторосиликатов. К 1М растворам хлоридов калия, магния и бария (налитым в разные Рис. 18. Установка для получения фторокремниепробирки) прилить фторокремниевой кислоты (очищенной вой кислоты pH=1) и добавить аммиак до pH=5. Что наблюдается и почему?

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ. РАЗВЕДЕНИЕ «ХИМИЧЕСКОГО САДА»

Налить в стакан (на 50 мл) 20 мл силикатного клея, довести объем до 40 мл водой и тщательно перемешать. Затем на лист бумаги отобрать по 3-4 крупных (~4 мм) и мелких (~0,5 мм) кристалликов солей хрома(III), марганца(II), железа(II и III), кобальта(II), никеля(II), меди(II) и в присутствии группы высыпать их в стакан, стараясь разместить кристаллы по всему его дну. Ни в коем случае не перемешивать содержимое стакана (если отдельные кристаллы задержались на поверхности воды, то потопить их можно палочкой). Что наблюдается и почему?

Как доказать, что в случае Fe 3+ и Cr 3+ образуются гидроксиды, а с остальными ионами – силикаты (хотя и сложного состава, т.е. содержащие и гидроксид-ионы).

Что происходит, если к насыщенному раствору какой-либо из использованных в данном опыте солей d-металлов добавлять по каплям раствор силиката натрия (в два раза разбавленный водой силикатный клей). Почему?

Вопросы к семинару по теме «УГЛЕРОД И КРЕМНИЙ»

1. Электронная конфигурация атомов углерода и кремния. Устойчивость в ст.ок. (+4) и (-4). Нахождение в природе, получение и применение их простых веществ.

2. Модификации простых веществ углерода и кремния. Почему межъядерные расстояния C C уменьшаются в ряду: алмаз, графит, карбин? Все ли эти модификации возможны для кремния? Энтальпия сгорания угля или графита выше? Почему? Чем объясняется адсорбционная способность угля? Почему угольные стержни, в отличие от графитовых, проводят ток по всем направлениям? Найдите ошибку в литературной фразе: «Он обнял за талии своих сестер и, снисходительно посматривая то на алмаз, то на меня, сказал: «Уголь, простой уголь, мой добрый друг».

3. Почему -связь C C более устойчива, чем Si Si, а O O менее, чем S S ?

Почему для кремния в отличие от углерода: а) не характерно образование кратных связей Э = Э ; б) характерно образование цепей Э O Э ; в) возможно координационное число 6, но не 2, г) алмазоподобная форма Si выглядит как темносерый металл и является полупроводником, в то время как лед, гораздо менее прочное, чем кремний, вещество, блестит, как алмаз и ток не проводит?

4. Химические свойства графита и алмаза; реакции с простыми веществами. Почему тяга в печи должна быть не слишком малой, но и не слишком большой?

Какие продукты образуются при взаимодействии графита с недостатком фтора?

калия? Почему при фторировании графита до состава CF электропроводность его падает, а антифрикционные свойства улучшаются? Почему наблюдается обратное при взаимодействии графита с парами ЩМ? Одинаковы ли продукты быстрого и медленного разложения оксида графита состава: C 11 O 4 ?

5. Сравнить химическую активность графита и кремния при действии на них конц. HNO 3 и конц.NaOH. Почему Si реагирует со щелочью не так, как P, S и Cl2 ? Сравнить продукты действия NaOH на графит, Si и SiC. Почему кремний растворяется в смеси концентрированных HNO 3 и HF? Идет ли его растворение в «царской водке»? Почему?

6. Способы получения метана и силана. Их сравнительная устойчивость, отношение к воде, к хлору, к кислороду. Почему метан не проявляет ни кислотных, ни оснвных свойств? Как объяснить, что силан кипит при более высокой температуре, чем метан, а фосфин – при более низкой, чем аммиак? Почему пользоваться ацетиленовой горелкой можно и под водой? Зачем при резке металлов увеличивают ток O 2, а при сварке – ток C 2H2 ? Почему в разные цвета (какие?) окрашено пламя при сгорании на воздухе CH 4 и C 2H2 ?

7. Соединения углерода и кремния с М. Получение и классификация. Чем отличаются по структуре и свойствам Ca 2 C и W2 C ? Почему перкарбиды s-металлов термически устойчивы, но легко разлагаются водой, а перкарбиды d-металлов наоборот: устойчивы во влажном состоянии, но взрываются при высушивании?

Почему, если на CaC 2 действовать не водой, а H2 SO 4, то реакция идет спокойно? Как отличить CaC 2 от Ca 2 C ? Как сделать «горючим» снег? Сравнить твердость, тугоплавкость, химическую активность карборунда и алмаза.

8. Получение оксидов углерода и кремния. Их устойчивость в степени окисления (+2), (+4). Почему при получении CO действием H2 SO 4 на H2 C 2 O 4 образующийся газ пропускают через раствор щелочи? Чем объясняется сходство CO и N2 ? Указать знак эффективного заряда на углероде в молекуле СО. Чем объясняется токсичность СО и его комплексующая способность? Почему в карбонилах на атоме металла положительный эффективный заряд?

9. Какую кислоту лучше взять для получения CO 2 из известняка? Есть ли разница в свойствах CO 2, синтезированного окислением CO, разложением малахита или действием HCl на мрамор? Как убедиться, что сосуд наполнился углекислым газом? Как с помощью CO 2 погасить спиртовку? За счет чего задувается свеча?

керосиновая лампа?

10. Почему увеличивается растворимость CO 2 при добавлении Na 2 CO 3, но уменьшается в присутствии NaCl? Чем объяснить, что CO 2 растворяется в морской воде лучше, чем в пресной? Почему при пропускании CO 2 через раствор BaCl осадка нет, а через Ba(OH) 2 – он выпадает? Как без нагревания превратить гидрокарбонат в карбонат, используя соль? Почему в новых домах всегда сырость и для ее удаления предлагается в них сжигать уголь? Что будет наблюдаться через некоторое время, если уравновесили на весах 2 стаканчика с растворами NaCl и NaOH, и почему? В чем проявляется сходство изоэлектронных оксидов N2 O и CO 2, в чем отличие и почему? Каковы продукты реакций CO 2 c NH3 в воде и в безводной среде? Чем ограничено применение CO 2 в качестве огнетушительного средства?

разделить СО и H2 ? Как определить, в какой из четырех колб находится N2, 12. Вычислить pH насыщенного раствора CO 2 в воде при нормальных условиях, если растворимость его при этом 170 мл в 100 г H2 O.

13. Чем объяснить значительное различие физических свойств CO 2 и SiO 2 ; CS 2 и SiS 2 ? Почему известно несколько модификаций SiO 2 в отличие от CO 2 ? Почему SiO 2 плохо кристаллизуется и склонен образовывать стекла, хотя для перехода:

SiO 2 (аморф.) SiO 2 (крист.), H равно -3.4 ккал/моль (1 ккал=4,18 кДж)? Как перевести SiO 2 в растворимое соединение?

14. Получение гидроксидов углерода и кремния. В чем их принципиальное различие? Являются ли оксиды CO, CO 2 и SiO 2 истинными ангидридами соответствующих (по ст.ок.) кислот? Какая форма кремниевой кислоты существует в сильно разбавленных растворах, что происходит при концентрировании? Определить среду в водном растворе карбоната аммония. Как получить золь кремниевой кислоты? Почему при нагревании золь переходит в гель? Силикагель.

Ксерогель. За счет чего коллоидные частицы обладают большой сорбционной способностью? Почему SiO 2 прекрасный осушитель, хотя для процессов взаимодействия SiO 2 с водой H 0 ?

Одинакова ли конфигурация CO 2 в H2 CO 3 и Na 2 CO 3 ? Почему при добавлении соды к растворам солей Al, Mg и Ba образуются продукты разного состава? Почему растворение мела происходит при кипячении его в растворе NH 4 Cl, но не NaCl? Почему добавление угля к известняку снижает температуру его разложения? Почему для снижения кислотности почвы берут не NaOH, а CaCO 3 ?

16. Как из песка и каменной соли получить «растворимое стекло»? Почему, в отличие от него, малорастворимы кремнезем и силикаты двухзарядных металлов?

Что будет, если через жидкое стекло пропускать CO 2 ? При каких условиях оксид кремния вытесняет CO 2 ? Из какого «льна» скатерть и в воде не тонет, и в огне не горит? Почему в очень точных научных исследованиях стеклянную посуду перед использованием пропаривают? Меняется ли (и как?) при хранении в стеклянной посуде состав кислых, нейтральных и щелочных растворов? (А в посуде из кварцевого стекла?) Почему мутнеет раствор щелочи при хранении в стеклянной посуде? Только ли «жидкое стекло» можно использовать в качестве осадителя для выращивания «неорганического сада»?

17. Получение галидов углерода и кремния. Чем обусловлена инертность тетрафторида углерода? При каких условиях протекает гидролиз тетрахлорида углерода? фосгена? Одинаков ли механизм гидролиза галидов кремния и углерода?

Почему? Почему различно протекает гидролиз SiF4 и SiCl 4 ?

18. Как получить H2 SiF6, не имея плавиковой кислоты? Может ли существовать фторокремниевая безводная кислота? А ее соли?

19. Какие из бинарных соединений Si являются мономерами, какие – полимерами:

SiO 2, SiS 2, SiF4, SiH 4, SiCl 4, SiC ? Почему?

20. Получение и свойства циановодородной и тиоциановодородной кислот и их солей. Можно ли дициан (CN) 2 получить при нагревании углерода в атмосфере азота? Таутомерия HCN. Чем объяснить линейную форму ее молекул? Почему цианиды надо хранить изолированно от воздуха? Почему анион CN склонен образовывать комплексы с ионами металлов?

21. Почему реакция: C + 2S = CS 2, G 0 = 66 кДж/моль, идет при 10000С? Почему жидкость CS 2, в отличие от CCl 4, взрывоопасна? Какие из газов: Cl2, SO 2, O 2, H2, H2 S, NH3, CH4, CO 2, - можно сушить известью ( Ca(OH) 2 )?

22. Расположить соли: KCN, KCNO, KCNS, - в ряд снижения pH их 0,1М растворов.

23. Дописать и уравнять реакции:

ПОДГРУППА ГЕРМАНИЯ

Германий, олово и свинец объединяет в подгруппу германия то, что они, в отличие от C и Si, имеют заполненный предвнешний d-подуровень. И, как следствие, за счет эффекта d-сжатия [24] гораздо устойчивее в ст.ок. (+2), чем C и Si.

Германий считают четырежды рожденным: в 1871 г. он был предсказан Д.И. Менделеевым, получен спустя 15 лет немецким ученым К. Винклером (и назван им в честь его родины); в 1948 г. Ge был открыт как очень эффективный полупроводник ( = 10 3 ), а в 1967 г. обнаружили необычайную биологическую активность его соединений. (Они повышают устойчивость к радиации, снижают заболеваемость раком, улучшают состав крови, заживляют раны и являются безвредным обезболивающим средством. И все это за счет способности Ge(IV) «захватывать» электроны и передавать их положительно заряженным ионам.) Германий, будучи рассеянным элементом, присутствует в природе везде, а из растений повышенное его содержание имеют трубчатые грибы, чайный лист, женьшень, алоэ, чеснок, – и может быть поэтому они столь лечебны.

Олово и свинец входят в семерку металлов древности (наряду с Fe, Cu, Ag, Au и Hg). Латинское название «станнум», означающее «стоячая вода», видимо, дано элементу за внешнее сходство с нею. Слово «олово», возможно, образовалось от названия хмельного напитка «оловина», который, как и другие вина, хранили в свинцовой посуде, а олово вплоть до XVII века считали белым свинцом, в отличие от настоящего – серого.

От слова «вино», вероятно, произошло и русское «свинец». Известен же свинец с 3-2-го тысячелетия до н.э. В частности, в Египте из него изготовляли печати, статуи богов и царей, большие кирпичи (болванки), различные предметы быта, а также таблички для письма острым предметом1. Позднее римляне из свинца делали трубы для водопровода.

Происхождение латинского названия «плюмбум» неизвестно. Предполагают, что оно имеет общий корень со словом «молес», что значит «тяжесть», ибо свинец один из самых тяжелых металлов. И не только потому, что велика его атомная масса (207), но и вследствие плотной упаковки атомов в его решетке (к.ч.=12). Вследствие указанного, а также из-за эффекта f-сжатия, т.пл. свинца (3270С) выше, чем олова (2320С)2, хотя в подгруппе от C к Sn значения т.пл. закономерно снижаются.

Поскольку олово легко плавится и к тому же хорошо проводит ток, то именно им спаивают провода. Особенностью металлического олова является также треск, издаваемый им при сгибании за счет трения его кристаллов друг о друга (так называемый «крик олова»). При нагревании выше 1600С расстояние между этими кристаллами увеличивается настолько, что металл рассыпается в порошок. Это используется на практике для получения порошкообразного олова.

Твердость свинца по шкале Мооса всего 1,5; мягко и олово (1,8), в то время как у германия твердость равна 6.

Сплавы состава 3070% Sn и 7030% Pb (припои) плавятся еще ниже и поэтому используются для спаивания различных деталей. Припой, содержащий 66% Sn имеет наименьшую т.пл. (1810С). Такого рода металлические сплавы с минимальной температурой плавления называются эвтектикой (что в переводе с греческого и означает «легкоплавкий»). Эвтектика представляет собой спаянную смесь очень мелких кристаллов разных металлов, которые, взаимно разрыхляя структуру друг друга, ослабляют связи в решетке, что и вызывает снижение т.пл. по сравнению с чистыми металлами.

Металлы подгруппы германия относят к среднеактивным: германий в ряду напряжений стоит рядом с водородом ( E 0 (Ge 2+ / Ge 0 ) = 0,000 В), а олово и свинец, хотя и имеют отрицательные ОВ потенциалы (значения E 0 (M2+ / M0 ) равны --0,136 и –0,126 B соответственно), но небольшие по величине. Поэтому они легко восстанавливаются цинком (на его грануле, опущенной в раствор их солей, вырастают серые кристаллы олова и черные – свинца1).

Более крупные кристаллы Sn можно получить, поставив оловянную палочку в сосуд, в котором 2 слоя жидкости: нижний слой – концентрированный (подкисленный) раствор SnCl 2, а верхний – вода.

В кислом слое происходит частичное растворение оловянной палочки, при этом она заряжается отрицательно, потому выше (в слое воды) ионы олова(II), диффундирующие сюда из нижнего слоя, восстанавливаются до Sn 0, оседающего на палочке. И поскольку диффузия ионов Sn 2 + происходит медленно, то обеспечивается медленный рост кристаллов Sn 0, в результате чего они образуются большими (в виде «серебристых ветвей»).

В соответствии со значением E 0 (M2 + / M0 ) олово, в отличие от Ge (реагирующего лишь с кислотами-окислителями), взаимодействует со всеми кислотами, кроме слабых (таких, как уксусная). Причем с разбавленными HNO 3 и H2 SO 4 образуются нормальные соли олова(II), а с концентрированными – осадок SnO 2 nH2 O. С очень разбавленной HCl получается малорастворимая оснвная соль Sn(OH)Cl, а с концентрированной – комплексное соединение H2 [SnCl 4 ].

Свинец разбавленными HCl и H2 SO 4 пассивируется за счет образования пленки малорастворимых осадков PbCl2 и PbSO 4 (поэтому тару для хранения разбавленной H2 SO 4 делают из свинца). Зато Pb растворяется даже уксусной кислотой, а также разб. HNO 3 2, конц. HCl и зультате реакций получаются растворимые Pb(CH3 COO) 2, Pb(NO 3 ) 2, H2 [PbCl4 ] и Pb(HSO 4 ) 2 соответственно.

Свинец даже с концентрированными щелочами взаимодействуют крайне медленно (и лишь Рис. 19. Графические формулы: а) гидроксомостика; б) окпод действием О2 в растворе), а сомостика Sn – сравнительно быстро [24].

Это используется в промышленности для регенерации олова – снятия его покрытий с жести старых консервных банок. (Затем Sn выделяют из раствора электролизом.) Если из цинковой пластинки вырезать гладкую «ель» и опустить ее в раствор соли свинца, то вскоре она обрастает темной мохнатой «хвоей» и получается так называемое «сатурново дерево» (свинец в средние века называли сатурном).

Концентрированная HNO3 пассивирует свинец.

Свежеосажденный гидроксид олова(IV), синтезированный обменной реакцией (например, действием NH3 на раствор SnCl 4 ), достаточно активен – легко растворяется в концентрированных HCl и NaOH (продукты: H2 [SnCl6 ] и Na 2 [Sn(OH) 6 ] соответственно) и называется -оловянной кислотой. Ее состав передается формулой H2 [Sn(OH) 6 ].

Однако уже в момент получения в результате сильного поляризующего действия Sn(IV) идет реакция внутримолекулярной дегидратации [24, раздел «Халькогены»], приводящая к снижению к.ч. олова до 5: H2 [Sn(OH) 4 O]. Как следствие, за счет стремления Sn(IV) к 6-кратной координации происходит оляция (образование гидроксомостиков за счет обобществления ОН-групп соседними молекулами – рис. 19а).

Оляция (опять же из-за сильного поляризующего действия олова(IV)) сопровождается оксоляцией (отщепление воды с формированием оксо-мостика – рис. 19 б). И затем эти процессы повторяются (хотя протекают достаточно медленно1) до образования координационной решетки оксида SnO 2.

По мере осуществления оксоляции снижается реакционная способность гидроксида олова(IV), и при определенной степени дегидратации он перестает растворяться в концентрированных HCl и NaOH, т.е. переходит в т.н. -оловянную кислоту.

Ее формулу записывают как SnO 2 nH2 O, подчеркивая не только неопределенность состава, но и тот факт, что активность -кислоты почти такая же, как диоксида [24].

В отличие от SnO 2, диоксид свинца (коричн. цвета), как более оснвным, реагирует с конц. HCl, образуя на холоду желтую жидкость PbCl 4. Ее молекулы при об.у.

отщепляет Cl2 за счет окисляющей способности Pb(IV). Те же конечные продукты ( PbCl2 и Cl2 ) получаются при действии HCl и на другие вещества, содержащие Pb(IV): Pb 2 O 3 (оранж. цвета) и Pb 3 O 4 (сурик, имеющий оранжево-красную окраску).

Отметим, что последние являются не смешанными оксидами, а солями:

PbPbO 3 и Pb 2PbO 4, т.е. мета- и ортоплюмбатами свинца(II), в которых за счет наличия НЭП у ионов Pb(II) связь Pb(II) O менее прочна, чем Pb(IV ) O, и, к тому же, является более ионной. Как следствие, при действии разбавленной HNO 3 только частицы Pb 2 + переходят в раствор (в результате обменной реакции).

За счет наличия НЭП и у других ионов Э(II) подгруппы германия, их оксиды, имеющие к тому же слоистую решетку, в отличие от ЭO 2 (с координационной решеткой), легко реагируют и с кислотами, и со щелочами.

Оксид Pb(II) можно получить термическим разложением нитрата или карбоната свинца(II), или нагреванием металлического свинца на воздухе не выше 4000С.

При более высокой температуре (450–5000С)2 PbO переходит в сурик. Последний образуется и из диоксида PbO 2 при 4000C (при 3000C получается PbO), поскольку Pb3O 4, являющийся солью (см. выше), устойчивее к отщеплению кислорода, чем В случае некоторых гидроксидов (например, Fe(III), Zr(IV)) эти процессы идут иногда годами.

Выше 5500C Pb3O4 снова переходит в PbO (?).

PbO 2. Это можно увидеть также из сравнения потенциалов: E 0 (Pb 3 O 4 / PbO) = 0,97 В, а E 0 (PbO 2 / PbO) = 1,45 В.

Диоксид свинца обычно синтезируют окислением Pb(II) в щелочной среде, в которой, например, E 0 (PbO 2 / PbSO 4 ) = 0,28 В, в то время как в кислой равен 1,68 В.

Однако гипохлорит натрия переводит Pb(II) в Pb(IV) в нейтральной (и даже в слабокислой) среде:

Особенностью солей Pb(II) является то, что их кристаллы имеют сильный блеск. Вследствие этого, например, белый хлорид свинца похож на искристый снег.

(Отметим, что именно добавление PbO к обычному стеклу делает его хрустальным, т.е. материалом с высоким коэффициентом преломления света.) Кроме того, соли свинца(II) отличает то, что растворимость их (в частности PbI 2 ) резко увеличивается при повышении температуры. (Это позволяет получать при медленном охлаждении горячего раствора PbI 2 крупные кристаллы необыкновенной красоты, которые называют «химическим золотом».) Техника безопасности при работе с соединениями свинца Олово не очень токсично для человеческого организма, но свинец почти так же вреден, как и ртуть, и тоже накапливается в организме (в костях, печени и почках)1. Свинец связывается с эритроцитами, поражает десна, кишечник и генный аппарат. Отравление им приводит к нервным болезням и слабоумию.

Основная мера предосторожности – избегать попадания соединений свинца на кожу, а тем более – внутрь организма. С поверхности кожи эти соединения нужно тщательно смывать водой, а если они оказались в желудочно-кишечном тракте, то необходим срочный прием 10%-ного раствора глауберовой соли ( Na 2 SO 4 10H2 O ), которая связывает Pb(II) в малорастворимое соединение PbSO 4, а также способствует быстрому выведению его из организма, оказывая послабляющее действие.

ОПЫТ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЛОВА

Для получения оловянной палочки расплавить кусочки олова в фарфоровой лодочке на электроплитке, а затем охладить. Какова температура плавления олова?

Легко ли сгибается полученная оловянная палочка? Что происходит при ее сгибании? Палочку выпрямить и сохранить для дополнительного опыта.

ОПЫТ 2. ПОЛУЧЕНИЕ ОЛОВА И СВИНЦА

Пользуясь данными таблицы стандартных электродных потенциалов, подобрать металл, способный восстановить ионы Pb 2 + и Sn 2 + из растворов их солей. Проделать соответствующие опыты с одним из имеющихся в лаборатории металлов, используя соли Pb(CH3 COO) 2 и SnCl 2.

Его допустимое содержание в человеческом организме колеблется в пределах 10-6–10-12%.

ОПЫТ З. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОЛОВА И СВИНЦА СО ЩЕЛОЧЬЮ И КИСЛОТАМИ

А. Со щелочью. Проверить растворяются ли олово и свинец в 40% щелочи при об.у. и нагревании. Отличаются ли простейшие формулы плюмбитов и станнитов натрия, образующихся в водном растворе и полученных «сухим» путем?

Б. С хлороводородной кислотой. На кусочек олова в одной пробирке подействовать разбавленной хлороводородной кислотой, а в другой – концентрированной. Какова скорость наблюдаемых реакций? Подогреть содержимое обеих пробирок в пламени спиртовки. Сравнить скорость взаимодействия и сделать вывод. Каковы продукты реакций?

В. С азотной кислотой. В две пробирки поместить по кусочку олова, затем в одну добавить 0,03М азотную кислоту, а в другую – концентрированную (выше 50%ной (мас.)), нагреть пробирки. Что наблюдается? Как определить продукты реакции?

Сохранить осадок во второй пробирке для опыта 4.

Проверить, как относится свинец при комнатной температуре и при нагревании к кислотам, указанным в пунктах Б и В. Зависит ли его отношение от концентрации кислот? (О нерастворимости свинца делать заключение только после анализа раствора на присутствие Pb 2+ с помощью K 2 Cr2 O 7 в слабокислой среде!)

ОПЫТ 4. СВОЙСТВА - И -ОЛОВЯННЫХ КИСЛОТ

К 1 капле раствора соли олова(IV) добавить 10%-ный аммиак до образования обильного осадка. Быстро (почему?) отобрать в две пробирки по 2 капли полученной суспензии и прилить по 1 мл в одну – 20%-ной щелочи, в другую – конц. HCl. Отметить наблюдения. Аналогично исследовать отношение к кислоте и щелочи продукта, синтезированного в опыте 3В и объяснить различия.

ОПЫТ 5. ГИДРОЛИЗ ХЛОРИДА ОЛОВА(II)

Несколько кристалликов хлорида олова(II) растворить в возможно малом количестве воды, прибавляя ее по каплям. Определить с помощью лакмусовой бумажки, подвергается ли соль гидролизу?

Полученный концентрированный раствор в 10 раз разбавить водой. Что происходит? Как влияет разбавление на степень гидролиза соли? Доказать опытным путем, что данная реакция является обратимой.

ОПЫТ 6. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ГИДРОКСИДА ОЛОВА(II) И СВИНЦА(II)

К 0,5 мл свежеприготовленного раствора соли олова(II) добавить по каплям 2 мл 10%-ного аммиака. Отметить наблюдение. Продукт разделить на две пробирки.

В одной пробирке испытать его отношение к 1М хлороводородной кислоте. Во вторую – прилить избыток 1М щелочи (происходит ли растворение осадка?), а затем добавить 3 капли раствора нитрата висмута(III). Объяснить наблюдаемые явления.

Испытать, происходит ли восстановление висмута оловом(II) в кислой среде?

Почему? Проверить, как меняются кислотные и восстановительные свойства гидроксидов при переходе от олова(II) к свинцу(II).

ОПЫТ 7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ ХЛОРИДА ОЛОВА(II)

А. Восстановление анионов.

1. К подкисленному серной кислотой раствору соли олова(II) добавлять (по каплям) перманганат калия. Наблюдается ли изменение окраски?

2. Тот же опыт повторить с дихроматом калия при нагревании. Отметить наблюдение.

3. К 0,5 мл хлорида олова(II) добавить насыщенный раствор сульфита натрия. Отметить и объяснить наблюдение.

Б. Восстановление катионов. В две пробирки внести по две капли красной кровяной соли и затем по одной капле хлорида железа(III). В одну пробирку добавить 0,5 мл хлорида олова(II), а в другую – такой же объем (зачем?) воды. Отметить внешний эффект. Объяснить наблюдение.

Обосновать протекание реакций (пункты А и Б) на основе ОВ потенциалов исходных веществ.

ОПЫТ 8. СВОЙСТВА СОЛЕЙ СВИНЦА(II) А. Получение хлорида свинца. «Зимний пейзаж». Налить в широкую пробирку 3 мл насыщенного раствора ацетата свинца и всыпать несколько крупных кристаллов хлорида аммония. Не перемешивать. Что наблюдается и почему?

Б. Получение и свойства иодида свинца. «Химическое золото». К 0,5 мл ацетата свинца добавлять по каплям иодид калия до образования обильного осадка (обозначим его осадок 1). Примерно восьмую часть осадка 1 отобрать в другую пробирку и добавить в последнюю 2 мл иодида калия, перемешать и через 20 мин отметить и объяснить наблюдение.

Половину осадка 1 промыть водой и высушить в сушильном шкафу, размазав палочкой по внутренним стенкам пробирки, а затем нагреть в пламени спиртовки.

Наблюдать изменение его цвета, происходящее при нагревании, затем при охлаждении.

В пробирку с оставшимся осадком 1 добавить по 1 мл воды и 1М уксусной кислоты, перемешать и нагреть на кипящей водяной бане до полного растворения осадка. Не вынимая пробирки, снять баню с плитки и оставить охлаждаться при комнатной температуре. Что наблюдается после охлаждения и почему?

ОПЫТ 9. СВОЙСТВА СУРИКА

Насыпать в две пробирки по лопаточке сурика, затем в первую прилить 2 мл конц.HCl, а во вторую – 2 мл 2М азотной кислоты. Отметить, какие внешние эффекты наблюдаются, дать им объяснение.

Отделить осадок от раствора во второй пробирке. Доказать присутствие в растворе ионов свинца(II) реакцией с дихроматом калия (в нейтральной среде).

К нерастворившейся части сурика добавить 2 мл концентрированной азотной кислоты и 1 каплю 0,1М нитрата марганца(II), тщательно перемешать и нагреть на водяной бане. Что наблюдается и почему?

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПОЛУЧЕНИЕ

ОПЫТ. КРУПНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОЛОВА.

«ОЛОВЯННОЕ ДЕРЕВО»

Оловянную палочку, полученную в опыте 1, вставить в широкую пробирку на 20 мл и налить в нее 2 мл дистиллированной воды. Набрать пипеткой 1 мл концентрированного раствора хлорида олова(II), подкисленного хлороводородной кислотой. Опустить нижний край пипетки на дно пробирки и влить этот раствор так, чтобы образовалось два слоя жидкости, а палочка находилась в обоих слоях. Наблюдать происходящие явления в течение часа. Объяснить их.

Почему, чем выше, тем «ветви ели» получаются короче? Как объяснить, что (по мере протекания процесса) та часть палочки, которая погружена в нижний слой жидкости, не только становится тоньше, но и чернеет?

Вопросы к семинару по теме «ПОДГРУППА ГЕРМАНИЯ»

1. Общая характеристика элементов подгруппы германия. Электронное строение.

Характерные степени окисления, координационные числа. Почему в IV группе, как ни в какой другой, элементам свойственна амфотерность? Приведите факты, доказывающие некоторую металличность даже углерода и неметалличность 2. Нахождение в природе. Способы получения простых веществ. (Оценить термодинамическую возможность восстановления Ge из GeO 2 с помощью Mg; H2 ) Применение. Структура. Используя данные, приведенные в таблице, рассчитать, какое олово термодинамически более устойчиво при стандартных условиях:

3. Чем обусловлено различие в физических свойcтвах Ge, Sn, Pb? Почему снижение значений т.пл. от графита к Si ( t = 2280 0 C ) и от Ge к Sn ( t = 704 0 C ) заметно больше, чем от Si к Ge ( t = 484 0 C ), а при переходе от Sn к Pb происходит даже рост т.пл.?

4. Химические свойства. Отношение к воде, кислотам разной концентрации, щелочам. Почему при растворении олова в хлороводородной кислоте образуется хлорид олова(II), а не (IV)?

5. Как, не имея других реактивов кроме воды, определить, появляется ли свинец(II) в концентрированной H2 SO 4 после хранения ее в свинцовой таре?

6. Почему PbSO 4 растворим в насыщенном растворе ацетата натрия?

7. Соединения элементов подгруппы германия с другими металлами: соли, металлиды, интерметаллиды, сплавы. Соединения с водородом. Почему герман, в отличие от SiH 4, не реагирует при об.у. с водой?

8. Получение и структура оксидов и гидроксидов элементов в степени окисления (+2) и (+4). Как синтезировать SnO из Na 2 SnO 2 ? Укажите, какие из следующих реакций можно использовать для получения SnO (при нагревании):

В литературе приводятся данные: ПР(SnO 2 ) = 10 56. Как может выглядеть выражение ПР для этого вещества? Как перевести SnO и SnO 2 в растворимые соединения?

10. Почему при получении -оловянной кислоты из SnCl 4 используют NH3, а не NaOH? При дегидратации H2 [Sn(OH) 6 ] до H2 [Sn(OH) 4 O] снижается к.ч. Изменяется ли при этом валентное состояние ц.а.? Различия в структуре -и оловянных кислот. Как осуществить переход -оловянной кислоты в оловянную и наоборот?

11. Какая форма существования: катионная или анионная более характерны для германия, олова и свинца в ст.ок. (+2) и (+4)? Изменение кислотно-оснвных свойств в ряду гидроксидов Ge, Sn и Pb.

12. Почему германиевая кислота сильнее кремниевой? Какие из перечисленных формул соответствуют гидроксидам германия, олова и свинца(IV): Э(OH) 4 ;

13. Какие оксиды термически более устойчивы: GeO 2 или SnO 2 ; PbO или PbO 2 ?

Дать графическое изображение простейшей формулы оксидов: PbO, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4 и PbO 2. Каково их отношение к HCl и HNO 3 ? Определить степень окисления свинца в Pb 3 O 4. Как доказать, что PbO 2 оксид, а не пероксид? Реакции, протекающие при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора. Где еще используются окислительные свойства Pb(IV)?

14. Получение и окислительно-восстановительные свойства галидов в ст.ок. (+2) и (+4). Почему GeCl 2 образуется из исходных простых веществ лишь при 3500С, а при 4600С уже разлагается на Ge и GeCl 4 ?

15. Объяснить, почему фториды олова(IV) и свинца(IV) более тугоплавки, чем их хлориды, а также чем фторид германия. Почему соединения состава ЭCl2 – твердые вещества, в отличие от ЭCl 4, являющихся жидкостями? Какие из этих соединений относятся к солям, а какие – к хлорангидридам?

16. Сравнить по степени гидролизуемости соседние вещества в ряду: SnCl 2, SnCl 4, Na 2 SnO 3, Na 2 SnO 2. Комплексные галиды. Разрушается ли K 2 [PbI 4 ] при разбавлении его раствора? при подкислении? при добавлении Na 2 S ? Почему?

17. Свойства SnCl 2. Что произойдет, если в раствор хлорида олова(II) опустить пластинку Zn? Cu? Условия хранения раствора SnCl 2.

18. Вычислить окислительно-восстановительный потенциал системы:

Sn 4 + + 2e = Sn 2+ при [Sn 2+ ] = 0,01 моль/л и [Sn 4 + ] = 0,2 моль/л.

В разбавленных или концентрированных растворах SnCl 2 сильнее выражены восстановительные свойства? Влияет ли среда на эти свойства? В какой форме олово(II) более устойчиво: SnCl 2, Sn(OH) 2 или [Sn(OH) 4 ]2 и почему?

19. Определить, используя величины ОВ потенциалов, в какой реакции достигается более полное восстановление Sn 4 + :

20. В каких условиях можно получить металлический висмут из его соединений, используя олово(II)? Почему? Какое практическое значение имеют восстановительные свойства Sn(II)?

Могут ли сосуществовать в растворе ионы: Sn 2+ и Fe 2+ ; Sn 2+ и Fe 3+ ; Pb 2+ и 21.

Fe 3+ ; [Sn(OH) 4 ]2 и [Pb(OH) 6 ]2 ; Pb 2 + и [Pb(OH) 6 ]2. Почему снижается стабильность соединений в ряду: Pb 3 O 4, PbO 2, PbCl 4 ?

22. Сульфиды элементов в ст.ок. (+2), (+4). Их устойчивость и растворимость. Написать реакции взаимодействия SnS 2 с HCl (конц.) и с HNO 3. Сусальное золото, его химическая устойчивость. Почему тиостаннаты устойчивы, в отличие от тиостаннитов и тиоплюмбатов? Что общего в реакциях:

23. Техника безопасности при работе с соединениями элементов подгруппы германия. Почему для вывода свинца(II) из организма используется 10%-ный раствор сульфата натрия?

24. Дописать реакции:

(почему происходит растворениие

ЭЛЕМЕНТЫ IIIA ПОДГРУППЫ

Природные соединения бора известны с раннего Средневековья, главным образом бура (кристаллогидрат тетрабората натрия Na 2B 4 O 7 10H2 O ). Ее использовали для умягчения воды1, а также при пайке металлов2.

В 1702 г., прокаливая буру с железным купоросом, получили борную кислоту (которая нашла применение в медицине в качестве успокаивающей «соли», а то, что это кислота, установили позже и дали ей название «борная» - производное от слова «бура»). И только в 1808 г. Ж. Гей-Люссак, обезводив предварительно борную кислоту, из полученного ангидрида выделил свободный B нагреванием с металлическим калием в медной трубке (его название произошло от названия кислоты).

Бор в современной лаборатории получают сплавлением его прокаленного оксида с магнием. Образующиеся при этом оксид и борид магния удаляются из продукта обработкой хлороводородной кислотой3. Полученный таким способом B содержит до 30% примесей, например, соединений бора с металлами, а также с кислородом.

С последним он дает очень прочные связи (стабилизированные (p p) – перекрыванием), поэтому при нагревании на воздухе B (бурый порошок) легко переходит в оксид (белого цвета).

Соединения алюминия, в частности квасцы (что значит «кислый») или полатински «алюмен» (отсюда название «алюминий») известны издревле (V век до н.э.). Это двойные соли состава MAl (SO 4 ) 2 12H2 O, где M – ЩМ или аммоний.

Их применяли (и применяют до сих пор) для протравливания тканей4, как дубящие вещества при выделке кожи, в медицине в качестве прижигающего средства, так как, гидролизуясь в водных растворах (по катиону Al 3+ ), они создают кислую среду (отсюда их название).

(Образуются квасцы при сливании растворов M2 SO 4 и Al2 (SO 4 ) 3 (в эквимолярном соотношении). При этом выпадают кристаллы октаэдрической формы, отличающиеся от кристаллов исходных солей.) В 1754 г., действуя на квасцы щелочью, получили оксид алюминия, названный «алюмина». В 1782 г. Лавуазье предположил, что это соединение неизвестного металла. В начале XIX века Дэви безуспешно пытался восстановить его из оксида электролизом (после того, как применил этот новый метод для выделения ЩМ).

И лишь в 1825 г. задачу решил Х. Эрстед, причем химическим способом. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема и угля, он синтезировал безводный хлорид алюминия, из которого восстановил Al амальгамой калия. А затем разложил полученную амальгаму5 алюминия, отогнав ртуть нагреванием. Этот способ был В водных растворах бура гидролизуется с образованием ионов: HB4O7-, OH- и Na+.

Бура с оксидами металлов на их поверхности образует соли (например, MB2O4), которые плавятся при гораздо более низкой температуре, чем соответствующие оксиды, поэтому поверхность металла очищается.

При действии HCl на бориды магния выделяется смесь бороводородов, которые способны самовоспламеняться на воздухе.

Использование растворов квасцов при крашении придает краскам ткани яркость, поэтому предполагают, что слово «алюмен» образовалось от слова «люмен» - «свет», «яркость».

Амальгама – это растворы металлов в ртути.

очень дорогим (и к тому же, вредным), да и Al оказывался сильно загрязненным (внешне похожим на олово).

Достаточно чистый и блестящий алюминий получил Дэвиль в 1855 г. взаимодействием натрия со смесью NaCl и AlCl 3 (синтезированного из глинозема). Но это был тоже очень дорогой метод, поэтому Al ценился выше золота.

Перелом в истории алюминия наступил в 1886 г., когда его стали восстанавливать электролизом расплава смеси 6-8% Al 2 O 3 и 92-94% криолита Na 3 [AlF6 ]. Этот способ применяют и в современном производстве Al. В лаборатории используют готовый (реактивный) металл в виде гранул или порошка.

Если соединения бора и алюминия были известны давно, то их аналоги открыты сравнительно недавно: индий и таллий – в 1863 г. по линиям спектра соответственно синей и зеленой. Поэтому их названия образовались от слов «индиго» (синяя краска) и «таллос» (что по-гречески значит «молодая зеленая ветвь»). Галлий был предсказан Д.И. Менделеевым в 1871 г., а открыт 4 года спустя Буабодраном и назван в честь Франции («Галиа» по-латински).

Алюминий проявляет в основном восстановительные свойства, имея низкий ОВ потенциал ( E 0 ( Al 3+ / Al0 ) = 1,66 В), а в щелочной среде еще ниже ( E 0 ( Al (OH) 4 / Al0 ) = 2,35 В)1. Он более сильный восстановитель, чем бор, не только с позиции термодинамики ( E 0 (H3BO 3 / B) = 0,87 В), но и кинетики – вследствие меньшей энергии кристаллической решетки простого вещества (т.пл.(Al)=6600С, а т.пл.(В)=23000С), и за счет более низких потенциалов ионизации (значения I1 равны 6,0 эВ и 8,3 эВ соответственно).

Термодинамически обусловлено взаимодействие алюминия и с водой, и с кислородом воздуха: E 0 ( Al (OH) 3 / Al) = 1,47 В, G f ( Al2 O 3 ) = 1582 кДж/моль. Но при обычных условиях эти реакции не идут вследствие образования на поверхности металла плотной оксидной пленки.

Однако взаимодействию с более кинетически активными реагентами – галогенами, эта пленка не мешает (правда, к смеси порошков Al и I 2 приходится добавлять каплю воды, чтобы инициировать процесс).

Кроме того, несмотря на оксидную пленку, алюминий легко вытесняет другие менее активные металлы из водных растворов их солей, причем скорость реакции зависит от природы аниона соли. В частности, медь вытесняется алюминием значительно быстрее из хлоридных растворов, чем из сульфатных, поскольку в присутствии хлорид-ионов происходит разрыхление поверхностной пленки до коллоидного состояния. (По этой же причине коррозия металлов в морской воде идет гораздо активнее, чем в обычной.) Оксидная пленка алюминия легко реагирует со щелочами, а также с разбавленными кислотами, поэтому и металл в них растворяется. Напротив, при действии на алюминий сильных окислителей, например конц. HNO 3 или конц. H2 SO 4, пленка утолщается (с 0,01 мкм до 30 мкм) и глубже процесс практически не идет.

Поэтому рекомендуют мыть алюминиевую посуду, протирая ее уксусной кислотой, а не содой.

Такую дополнительную пассивацию алюминиевых изделий иногда проводят специально, чтобы повысить их коррозионную устойчивость (в частности, при этом снижается способность Al растворяться в разбавленных кислотах).

С другой стороны, пассивирующее действие оксидной пленки можно устранить амальгамированием, натирая поверхность алюминия ртутью1. И тогда металл реагирует и с водой, и с O 2 воздуха при об.у. (На амальгамированной поверхности, поскольку на ней атомы Al разбавлены атомами Hg, оксид алюминия формируется не сплошной пленкой, а в виде отдельных нитей (образующих «щетину») и пассивации не происходит.) Отметим, что, проявляя большое сродство к кислороду, Al в виде порошка при поджигании легко вытесняет (как и магний) углерод из CO 2, а также большинство металлов (Mn, Cr, V, W, Fe и др.) из их оксидов, связывая кислород. В частности, взаимодействие компонентов термита (смесь 75% Al и 25% Fe 2 O 3 ) протекает очень ( H f ( Al2 O 3 ) = 1676 кДж/моль), что температура реакционной зоны достигает 30000С. Это используется, например, для сваривания рельсов железом, образующимся по данной реакции.

Кислородные соединения р-элементов III группы Оксиды и гидроксиды. Оксиды и гидроксиды аналогов бора резко отличаются по свойствам от соединений самого бора.

Во-первых, борная кислота состоит из мономеров H3BO 3, связанных слабыми ММС [24]. Как следствие, независимо от способа ее синтеза (гидратацией ли оксида, осаждением ли из раствора и т.д.) сразу формируется кристаллическая решетка (в форме чешуек белого цвета, жирных на ощупь), поэтому активность борной кислоты практически не зависит от времени хранения.

Напротив, при осаждении гидроксидов аналогов бора (из растворов солей ствие, достаточно активные. (В творяется в разбавленных кислоРис. 20. Графическая формула тетраборат-аниона тах, а также (в силу своей амфотерности) и в щелочах.) Однако при стоянии эти гидроксиды кристаллизуются и их активность падает.

Амальгамировать можно, обрабатывая алюминий раствором соли ртути. При этом восстановленная алюминием ртуть покрывает поверхность металла, образуя с ним амальгаму.

Если Al(OH)3 получать пропусканием углекислого газа через раствор алюмината, то формируется кристаллическая структура.

Во-вторых, при нагревании все гидроксиды р-элеменов III группы, даже TlOH1, теряют воду, но в случае алюминия (и его аналогов в ст.ок. (+3)) этот процесс необратим, т.к. получается продукт с очень прочной решеткой (т.пл. Al2 O 3 равна 20500С). А борный ангидрид с гораздо менее стабильной структурой (т.пл.=4500С) при об.у. поглощает даже влагу воздуха, снова образуя борную кислоту.

Подчеркнем, что оксид бора (в отличие H3BO 3 ) - полимер. Поэтому при расплавлении легко переходит в стеклообразное (т.е. аморфное) состояние.

Соли. Являются полимерами и метабораты, а потому (подобно B 2 O 3, SiO 2 и силикатам) тоже легко образуют стекла. Например, при прокаливании смеси буры Na2B4O7.10H2O с солями многозарядных металлов. (Они могут иметь разный состав и 2NaBO 2 Co(BO 2 ) 2 – синий и т.д., что используется в аналитической химии.) На свойстве буры растворять оксиды металлов с образованием стеклообразных боратов основано также применение ее для получения эмалей.

Подчеркнем, что сама бура тоже является полимером, ее простейшая формула точнее записывается как Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ] 8H2 O, т.е. ее анион – тетрамер, в котором бор имеет sp 3 - и sp 2 -гибридизацию (рис. 20). Причем, за счет способности бора образовывать боркислородные циклы и цепи, построенные из фрагментов и BO 3, и BO 4, наблюдается большое структурное разнообразие боратов.

Отметим, что если бор в солях выступает лишь в роли анионообразователя, то его аналоги чаще составляют катионную часть солей, причем их ацетаты, нитраты, сульфаты и галиды растворимы в воде (кроме TlГ), но гидролизуются, и тем в большей степени, чем меньше радиус катиона. (Поэтому сульфиды алюминия и галлия в контакте с водой не существуют, а индий(III), напротив, осаждается сероводородом из водных растворов.) К тому же, в случае аналогов бора сравнительно небольшой радиус ионов Э 3+ и высокий заряд способствуют образованию не только достаточно прочных катионных (аква-) комплексов, а также двойных солей, в частности, квасцов (см. выше), но и анионных (например, галидных) КС.

Соединения бора противопоказаны животным организмам, в том числе человеку, т.к. приводят к нарушению обмена веществ и заболеванию желудочнокишечного тракта. Поэтому в последние десятилетия использование борной кислоты в медицине резко ограничено.

Алюминий в ряду токсичности металлов (для человека) находится на последнем месте. Однако при его избытке в организме может быть дегенерация нервных клеток (болезнь Альцгеймера), заболевания почек и печени; кроме того, алюминий служит катализатором превращения нитратов в более вредные для организма нитриты (см. выше).

Вследствие высокой химической активности, особенно токсичными являются водородные соединения бора и алюминия, а также все соединения их аналогов.

Гидроксид таллия(I) желтого цвета, при 1000С чернеет, переходя в Tl2O, который хорошо растворяется в воде, снова образуя TlOH. Борная кислота дегидратируется выше 1700С, причем процесс идет через образование промежуточного продукта – полиметаборной кислоты (НВО2)n.

ОПЫТ 1. ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДА БОРА И ЕГО СВОЙСТВА

Небольшое количество борной кислоты нагреть на жести (на плитке), а когда масса начнет вспучиваться, подцепить часть ее стеклянной палочкой и потянуть. Наблюдается ли стеклообразность полученного продукта? Проверить после охлаждения оксида его отношение к влаге воздуха, к воде, а также к хлороводородной кислоте и щелочи, добавляя по 3 капли реактива к небольшому количеству оксида. Сделать вывод о кислотно-основных его свойствах.

ОПЫТ 2. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА БОРНОЙ КИСЛОТЫ

А. Получение. На предметном стекле к 1 капле насыщенного раствора буры добавить 1 каплю концентрированной серной кислоты, на этом же стекле те же капли поместить рядом и соединить их каплей воды. Рассмотреть форму образующихся кристаллов под микроскопом, сравнить их между собой, а также с формой кристаллов реактивной (товарной) борной кислоты. Сделать выводы.

Б. Качественная реакция. К 1 г борной кислоты (в пробирке) прилить 10 мл этилового спирта и 1 мл концентрированной серной кислоты. Перемешивая содержимое пробирки, нагреть его на водяной бане до полного растворения кристаллов.

Полученную жидкость вылить в фарфоровую чашку (под тягой) и поджечь. Что наблюдается и почему?

В. Кислотные свойства 1. Определение pH. Приготовить 12 мл насыщенного раствора борной кислоты. Определить его значение pH, используя универсальную индикаторную бумагу и pH-метр. Дать объяснения полученным результатам. Раствор сохранить для выполнения пункта 2, а также опыта Г-1.

2. Реакция с магнием. Отобрать 2 мл борной кислоты, полученной по пункту 1, и опустить в нее кусочек магниевой ленты. Что наблюдается и почему?

Г. Вытеснение кислот 1. Угольная кислота. На небольшое количество сухого карбоната натрия подействовать 2 мл насыщенного раствора борной кислоты, приготовленного в опыте В-1. Объяснить результат.

2. Хлороводородная кислота. Растертую смесь сухих борной кислоты и хлорида натрия нагреть в тигле на плитке (под тягой). Что происходит и почему?

Можно ли объяснить явления, наблюдаемые в опытах Г-1 и Г-2, используя значения констант диссоциации кислот?

ОПЫТ 3. СВОЙСТВА БУРЫ

А. Гидролиз. Приготовить 20 мл насыщенного раствора буры и измерить его значение pH (универсальной индикаторной бумагой и с помощью иономера). Объяснить полученные данные.

Б. Сплавление с оксидом металла. Окисленную медную проволоку опустить в сухую буру и затем поместить в пламя спиртовки на 1-2 минуты. Повторить эту операцию несколько раз. Что наблюдается?

В. Осаждение катионов. В 4 пробирки поместить по 3-4 капли насыщенного раствора буры и добавить (отдельно в каждую прбирку!) по несколько капель растворов солей Cr(III), Fe(III), Co(II), Cu(II). Отметить цвета выпавших осадков. Установить боратами или гидроксидами они являются (с помощью каких реакций?).

ОПЫТ 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЮМИНИЯ С ПРОСТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

А. Реакция с кислородом 1. Пластинку алюминия очистить наждачной бумагой. На свежую поверхность металла нанести каплю нитрата ртути(I) или хлорида ртути(II). (Осторожно, эти растворы ядовиты!) Наблюдать изменение внешнего вида пластинки под каплей. Почему оно происходит? 3атем каплю стряхнуть в специальную банку, а пластинку, промокнув фильтровальной бумагой, оставить на воздухе. Наблюдать окисление алюминия и происходящее при этом разогревание пластинки. Каков вид продукта?

2. Порошок алюминия микродозами всыпть в пламя спиртовки. Что наблюдается и почему?

Б. Реакция с бромом. (Опыт проводить в вытяжном шкафу!) Поместить в пробирку, вставленную в стаканчик, маленький кусочек алюминия и прилить 6капель брома. Что начинает происходить через несколько минут? Дать объяснения.

ОПЫТ 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЮМИНИЯ СО СЛОЖНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

A. Реакция с водой. Гранулу алюминия очистить наждачной бумагой и опустить в коническую (зачем?) пробирку с дистиллированной водой. Выделяется ли водород? Осторожно, чтобы не раздавить пробирку, потереть поверхность алюминия стеклянной палочкой. Происходит ли выделение газа? Почему? Нагреть пробирку, отметить наблюдение.

Извлечь кусочек алюминия из пробирки, вытереть его досуха, положить на фильтровальную бумагу и смочить его поверхность одной каплей раствора соли ртути(I) или (II). Через 2-3 мин стряхнуть каплю в специальную банку, алюминий осушить фильтровальной бумагой и снова опустить в пробирку с водой. Что наблюдается?

Б. Реакция с хлоридом аммония. В пробирку с 1 мл насыщенного раствора хлорида аммония опустить гранулу алюминия. Нагреть содержимое пробирки в пламени спиртовки. Объяснить наблюдения.

В. Вытеснение меди(II). Налить в две пробирки по 1 мл 0,5М растворов: в одну – хлорида меди(II), а во вторую – сульфата меди, и опустить по 1 грануле алюминия. Одинаков ли внешний эффект? Нагреть содержимое пробирок, отметить и объяснить наблюдаемые явления.

Г. Восстановление перманганат-ионов. Небольшой кусочек алюминия облить в пробирке 1М H2 SO 4 и затем добавить немного разбавленного раствора KMnO 4. Что наблюдается при об.у. и при нагревании?

ОПЫТ 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЮМИНИЯ С КИСЛОТАМИ

А. С серной кислотой. В две пробирки поместить по кусочку алюминия и добавить в одну пробирку 1 мл 1М серной кислоты, а в другую – концентрированной.

Отметить внешние эффекты при комнатной температуре и при нагревании. Каков состав газообразных продуктов?

В. Пассивация алюминия, взаимодействие с соляной кислотой. Обработать в пробирке в течение 15 мин гранулу алюминия концентрированной азотной кислотой ( = 1,4 г/см3). Затем слить жидкость, промыть гранулу водой. Во вторую пробирку поместить необработанную гранулу алюминия и затем в обе пробирки добавить по 1 мл 1M хлороводородной кислоты. Сравнить интенсивность реакций и объяснить полученные результаты.

ОПЫТ 7. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ

А. Получение. Амфотерные свойства 1. К 1 мл соли алюминия добавить 1 мл карбоната аммония. Отметить цвет осадка и установить его состав. С этой целью сделать следующее:

а). К 1/3 осадка добавить при перемешивании избыток 1M щелочи (но не более чем требуется для растворения осадка), а затем лопаточку сухой соли хлорида аммония. Отметить наблюдаемые эффекты.

б). Оставшийся осадок отфуговать, раствор слить, а осадок промыть 2 раза дистиллированной водой (заливая по 4 мл воды, хорошо взмучивая осадок и затем отделяя его фугованием). К промытому осадку добавить избыток 1M HCl и отметить внешний эффект. Наблюдается ли выделение газа?

На основании полученных результатов сделать вывод о составе осадка.

2. Проверить, что произойдет при сливании равномолярных растворов соли алюминия и гидроксида натрия в соотношениях: 1:4 и 4:1. Почему?

Б. Получение алюминиевого лака. К 3-4 каплям раствора хлорида алюминия (в пробирке) прибавлять по каплям аммиак до прекращения образования осадка.

Затем прилить 5-6 капель ализарина и нагреть содержимое пробирки до кипения.

Что наблюдается? Почему?

ОПЫТ 8. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ СОЛЕЙ

А. Гидролиз соли алюминия. К раствору сульфата алюминия добавить насыщенный раствор ацетата натрия. Можно ли обнаружить внешние признаки протекания реакции? Разбавить и прокипятить раствор. Что происходит?

Б. Получение алюмокалиевых квасцов. Налить в пробирку по 0,5 мл насыщенных растворов сульфатов алюминия и калия, хорошо перемешать стеклянной палочкой. Что наблюдается через 2-3 мин? Перенести каплю полученного раствора на предметное стекло и рассмотреть образование кристаллов под микроскопом.

(Сравнить с кристаллами исходных веществ.) Раствор сохранить для опыта В.

B. Применение алюмокалиевых квасцов. Приготовить две узкие полоски белой хлопчатобумажной ткани. Одну из них оставить не обработанной, а другую опустить сначала в раствор квасцов, полученный в опыте Б, затем в раствор карбоната натрия (выдерживая в каждом растворе примерно по 20 сек) и снять с нее излишки жидкости (промокнув фильтровальной бумагой).

Затем обе полоски ткани обработать раствором метилового оранжевого и высушить над плиткой. После чего выдержать их 4 мин в воде и сравнить окраску.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ. АЛЮМОТЕРМИЯ

Собрать установку по схеме, приведенной шанные мелкодисперсные порошки алюминия – смесь(1). Сделать в ней углубление, вставить в него магниевую или смоченную спиртом бумажную ленту (3) и засыпать зажигательной сме- Рис. 21. Установка для проведения алюсью (2)., как указано на рис. 21. (Она готовится мотермической реакции смешением порошка алюминия (0,8 г) и мелкорастертой соли нитрата калия (1,4 г), причем нитрат калия нужно растирать в ступке обязательно отдельно от алюминия! Почему?) Кулек поместить в металлический сосуд с песком (под тягой!) и поджечь ленту (3) с помощью длинной лучины.

Объяснить наблюдения.

1. Общая характеристика бора и алюминия. Формы нахождения в природе. (Катионные или анионные формы предпочтительней для Al?). Получение простых веществ. (Почему трудно синтезировать чистый бор?) Применение. Объяснить с позиций ММО возможность существования молекул B 2. При каких условиях и почему они образуются в действительности?

2. Составить логичный текст, используя следующие словосочетания: трудность получения алюминия из его оксида, тугоплавкость (т.пл. 20500С), значительная разность электроотрицательностей, высокая твердость (9 по шкале Мооса), малая растворимость в воде, прочность связи Al O, термодинамическая устойчивость ( G 0 ( Al2 O 3 ) = 1588,4 кДж/моль), наличие (p d) -перекрывания, к.ч.(Al)=6, достаточно большой радиус, высокая металличность, сравнительно низкая т.пл. Al (6600С).

3. Как объяснить резкое изменение свойств при переходе от бора к алюминию? В чем и почему проявляется сходство бора с диагонально расположенным кремнием? Почему кремний – полупроводник, а алюминий – металл с высокой электропроводностью? Почему к галлию она резко снижается?

4. Взаимодействие бора и алюминия с простыми веществами, с водой, с кислотами, со щелочами. Амальгамирование. Почему алюминий растворяется в водном растворе хлорида аммония, но устойчив к концентрированной HNO 3 ? Взаимодействие с оксидами (с CO 2 ). Алюмотермия.

5. Получение соединений бора и алюминия с водородом, их отношение к воде.

Использование их в качестве ракетного топлива. Особенность химических связей в боранах. Можно ли образование димера B 2H6 объяснить действием межмолекулярных водородных связей? Почему связь Э H Э, присутствующая в боранах, невозможна для углеводородов? В чем проявляется различие в структуре и свойствах водородных соединений алюминия и бора? Как их объяснить?

6. Гидридокомплексы. За счет чего AlH3 может выступать как донор электронных пар (при проявлении оснвных свойств) и за счет чего, как акцептор (кислотные свойства)? Примеры этих реакций.

7. Гидроксиды бора и алюминия. Получение, кислотно-основные свойства. Структура. Одинаковые ли процессы будут наблюдаться при действии на водный раствор хлорида алюминия избытка щелочи? избытка аммиака? Почему? Можно ли с помощью кислоты получить основание из раствора соли? Почему кристаллы H3BO 3 имеют форму чешуек? Если к насыщенному горячему раствору буры добавить концентрированную HCl, то образуются прозрачные кристаллы H3BO 3.

8. Кислая ли борная кислота на вкус? (Что чувствительнее в данном случае: язык или индикатор?) Какая характеристика применима к полиборным кислотам: полимерные кислоты, конденсированные кислоты, изополикислоты, многоядерные комплексы? Определить тип гибридизации орбиталей бора в ионах: (BO 2 ) 3, Одинаково ли состояние OH -ионов в борной кислоте и в гидроксиде алюминия? Почему? Как это сказывается на их свойствах? При замещении воды в аквакомплексе трехзарядного иона до состава [Э(OH) 3 (H2 O) 3 ] образуется осадок.

Как это объяснить? Почему амфотерные гидроксиды, как правило, малорастворимы? Укажите, какие из группировок атомов могут входить в структуру гидроксида алюминия:

Проанализировать возможность использования для описания алюмогеля следующих формул: Al2 O 3, Al (OH) 3, AlO (OH), Al2 O 3 nH2 O. Какие процессы идут при постепенном прокаливании ортоборной кислоты и гидроксида алюминия?

10. Оксиды бора и алюминия. Модификации. Получение. Применение. Физические и химические свойства. Одинаково ли отношение к воде и кислотам образцов оксида алюминия, синтезированных при разной Т? В чем растворяется кристаллический оксид алюминия? Почему глина пластична, а корунд тверд?

11. Как получить Al2 (SO 4 ) 3 из глины? Написать в ионной форме уравнения гидролиза солей: KAl (SO 4 ) 2, Na[Al (OH) 4 ], K[AlCl 4 ]. Какие ионы находятся в разбавленном растворе буры? Зависит ли степень полимеризации анионов в боратах, силикатах и т.п. от рН среды и концентрации маточного раствора? Как? Привести примеры борида, борана, бората.

12. Галиды бора и алюминия. Почему хлорид бора дымит на воздухе? Гидролиз галидов. Привести примеры, иллюстрирующие склонность атомов бора и алюминия к комплексообразованию. Как и почему изменяется тип гибридизации атомных орбиталей бора и прочность связи B F при переходе от BF3 к BF4 ? То же ли наблюдается при переходе от NH3 к NH + ? Почему? Каковы углы между связями в BF3 NH3 ? Можно ли получить безводный AlCl3 термической дегидратацией его кристаллогидрата? Почему BF3 – мономер, BH3 и AlBr3 – димеры, а AlH3, AlCl 3 и BN –полимеры? Какую пространственную конфигурацию имеет молекула димера бромида алюминия? Какую структуру имеет AlF3 ? Почему различна структура фторидов р-элементов V периода ( InF3 – координационная, SnF4 – слоистая, SbF5 – волокнистая, а TeF6 – молекулярная)? Определить направление протекания процесса:

если G 0 ( AlF) = 21 кДж/моль, а G 0 ( AlF3 ) = 585,2 кДж/моль. Куда смещает равновесие данной реакции повышение температуры?

13. Нитриды бора и алюминия. Получение, свойства. Боразон, боразол. Чем объяснить сходство в структуре и физических свойствах боразола и бензола? Какая из приведенных формул более адекватна боразолу:

14. Дописать реакции:

ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ II

1. Общая характеристика р-элементов IV группы. Нахождение в природе. Получение и применение простых веществ, их структура и физические свойства. Условия образования алмаза, графита и других модификаций простых веществ углерода.

2. Химические свойства простых веществ р-элементов IV группы в реакциях с М, неметаллами, водой, кислотами и щелочами. Различия в химической активности алмаза и графита.

3. Водородные соединения элементов IVА группы. Их устойчивость, способы получения, физические и химические свойства. Соединения с металлами. Получение, классификация, свойства. Карбид кремния. Перкарбиды.

4. Оксиды и гидроксиды р-элементов IV группы в ст.ок. (+2). Получение и структура. Физические и кислотно-основные свойства. Особенности оксида углерода(II). Применение.

5. Оксиды и гидроксиды элементов IVА группы в ст.ок. (+4). Структура, модификации. Физические и кислотно-основные свойства. Применение, получение.

Особенности структурообразования кремниевой кислоты. Золь, гель, ксерогель.

6. Окислительно-восстановительные свойства оксидов и гидроксидов р-элементов IV группы их применение. Свинцовый аккумулятор.

7. Соли моно- и поликислот элементов IVА группы, их использование. Алюмосиликаты, цеолиты. Глины. Цемент. Стекло. Зависимость свойств стекла от состава.

8. Нитриды. Синильная и родановодородная кислоты и их соли. Получение, свойства, применение. Сульфиды. Их растворимость, химический состав, получение, применение.

9. Галиды. Их устойчивость, получение, свойства. Фреоны. Фторокремниевая кислота. Флюаты. Смешанные соединения углерода, фосген.

10. Общая характеристика р-элементов III группы. Нахождение в природе, получение. Модификации простых веществ, их структура, физические свойства и применение.

11. Характерные степени окисления р-элементов III группы. Взаимодействие их простых веществ с М, неметаллами, водой, кислотами, щелочами, оксидами и солями. Алюмотермия. Соединения с металлами. Свойства. Применение.

12. Водородные соединения. Их структурные особенности. Получение, свойства, применение. Гидридокомплексы.

13. Кислородные соединения. Получение, модификации. Корунд. Свойства и применение. Гидроксиды. Их применение. Получение, структура, физические и химические свойства.

14. Соли р-элементов III группы. Их растворимость. Бура. Структура буры, свойства, применение. Нитриды. Боразон. Боразол. Галиды. Их устойчивость, структура, получение, свойства, применение. Комплексы. Особенности фторидных КС.

15. Общая характеристика s-элементов II группы. Нахождение в природе. Способы получения простых веществ. Физические свойства. Применение. Энергия ионизации атомов и химическая активность s-металлов II группы. Взаимодействие с водой, кислотами и щелочами.

16. Пероксиды, гидриды, оксиды щелочноземельных металлов. Получение и свойства. Применение. Гидроксиды. Получение и свойства, растворимость, применение.

17. Растворимость солей ЩЗМ. Получение, свойства, применение. Аква-, амино- и анионные комплексы. Многоядерные комплексы бериллия. Известняк, гипс. Жесткость воды, ее устранение. Иониты. Их использование для тонкой очистки воды.

18. Общая характеристика s-элементов I группы. Нахождение в природе. Получение, применение, физические и химические свойства щелочных металлов. Продукты их взаимодействия с компонентами воздуха. Есть ли корреляция между I1, E 0 (M + / M0 ) и химической активностью М? Хранение. Почему s-металлы II группы имеют более высокие температуры плавления и кипения, чем I группы?

19. Закономерности изменения тепловых эффектов образования соединений щелочных металлов с водородом, кислородом, галогенами. Свойства гидридов.

Пероксиды. Надпероксиды. Получение, свойства, применение.

20. Получение и физические свойства оксидов и гидроксидов ЩМ, химические свойства. Действия щелочей на металлы и неметаллы.

21. Соли ЩМ. Их получение. Растворимость, применение.

22. Производство соды. Экологические проблемы этого производства. Возможные пути их решения.

23. Благородные газы. Положение в периодической системе. Нахождение в природе. Получение, применение. Физические и химические свойства. Соединения История открытия. Лабораторные способы получения.

История открытия d-элементов первых трех декад охватывает очень широкий период, начиная от древности (VIII тысячелетие до н.э.), и кончая сороковыми годами XX века. Это объясняется тем, что возможность получения того или иного d-металла (как и других простых веществ) сопряжена, как правило, с разной трудностью вскрытия их природных соединений, поэтому открытия часто оказываются обусловлены появлением принципиально новых методов переработки сырья. И естественно, что d-металлы, встречающиеся на Земле в самородном состоянии: медь, золото, серебро, ртуть и железо (метеоритного происхождения), - были известны издревле.

Примерно в то же время научились получать медь и из природных соединений, используя уголь в качестве восстановителя. (Латинское название «купрум» - от названия о. Кипр, где медь таким способом выплавляли, а русское слово «медь»

произошло от греческого «маталлос», что означало «рудник».) С тех пор медь стали широко применять для технических целей. Как результат каменный век сменился медным, а спустя 1000 лет – бронзовым, поскольку бронза1 (сплав меди и олова) превосходила медь по прочности и коррозионной устойчивости.

Железо (точнее сталь) удалось выплавить из руды много позже – лишь в 1500 г. до н.э., когда при получении металлов начали применять дутье, т.е. усиленный ток воздуха. (Это интенсифицирует процесс сгорания угля, в результате чего развивается более высокая температура, необходимая для отшлаковывания силикатов (примесей руды).) Бронзовое оружие против нового стального было бессильно, как следствие, примерно с XII века до н.э. начинается железный век. В латинском названии «феррум» (крепость) как раз и отражена повышенная прочность железных изделий, это же заключает в себе русское слово «железо», образованное от глагола «лез» - «резать».



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
Похожие работы:

«Министерство образования и науки Российской Федерации Иркутский государственный технический университет Заочно-вечерний факультет Кафедра общеобразовательных дисциплин БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Методические указания для аудиторных занятий Заочная форма обучения Иркутск 2007 г. Тематика аудиторных занятий 1. Введение. Основы безопасности жизнедеятельности. 1.1. Основы безопасности жизнедеятельности, основные понятия, термины, определения. Безопасность как показатель развития цивилизации....»

«Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра БЖДиООС МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению контрольной работы по дисциплине Метрология, стандартизация и сертификация для студентов заочной и заочной ускоренной форм обучения специальности 280102 Безопасность технологических процессов и производств Тюмень, 2007 1 Митриковский А.Я., Петухова B.C., Квашнина Ю.А. Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации А.В. Кибардин ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ: АУТЕНТИФИКАЦИЯ И РАЗГРАНИЧЕНИЕ ДОСТУПА Электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой вычислительной техники Научный редактор: проф., д-р техн. наук С.Л. Гольдштейн Методические указания к лабораторным и самостоятельным работам по дисциплинам Защита информации и Информационная безопасность и защита информации для студентов всех форм обучения всех специальностей и слушателей курсов повышения квалификации....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Кафедра Безопасность жизнедеятельности УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ТОКСИКОЛОГИЯ Федерального государственного образовательного стандарта ВПО по направлению 280700.62 Техносферная безопасность, утвержденного приказом № 723 Министерством образования и науки РФ от 14 декабря 2009 г. Благовещенск...»

«Методические указания МУК 4.1/4.2.588-96 Методы контроля медицинских иммунобиологических препаратов, вводимых людям (утв. заместителем Главного государственного санитарного врача РФ 31 октября 1996 г.) Дата введения - с момента утверждения Testing of injectable medical immunobiological preparations 1. Область применения Настоящие методические указания предназначены для работников предприятий, осуществляющих контроль качества вакцин, анатоксинов, сывороток, иммуноглобулинов, аллергенов,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНО-НАУЧНОПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ Н.Н. ПОЛИКАРПОВА ФАКУЛЬТЕТ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Кафедра Математические и естественнонаучные дисциплины Л.И. Коршунова, Н.Е. Моськина ОГНЕГАСИТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ Методические указания по...»

«ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по подготовке территориальных органов, спасательных воинских формирований, подразделений федеральной противопожарной службы, образовательных учреждений и организаций МЧС России в области гражданской обороны, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, обеспечения пожарной безопасности и безопасности людей на водных объектах, на объектах ведения горных работ, а также работ в подземных условиях на 2011-2013 годы Главной задачей по подготовке...»

«Петрозаводский государственный университет БИОХИМИЯ БЕЛКОВ Методические указания к лабораторным занятиям по биологической химии для студентов II курса медицинского факультета Петрозаводск 1999 Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании редакционной комиссии по отрасли науки и техники “биология” 25 мая 1999 г. Напечатаны по решению редакционно-издательского совета университета Составители: М. Н. Яковлева, кандидат биологических наук, В. В. Осташкова, кандидат биологических наук....»

«УДК 373.167.1:614.8.084(075.2) ББК 68.9я721 Д-19 Печатается по решению Редакционно-издательского совета Санкт-Петербургской академии постдипломного педагогического образования. Допущено Учебно-методическим объединением по направлениям педагогического образования Министерства образования и науки Российской Федерации в качестве учебно-методического пособия. ISBN 5-7434-0274-4 С.П. Данченко. Рабочая тетрадь по курсу Основы безопасности жизнедеятельности: Учебное пособие Учимся бережно и безопасно...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru Библиотека справочной литературы ООО Центр безопасности труда Открытое акционерное общество Газпром Общество с ограниченной ответственностью Научноисследовательский институт природных газов и газовых технологий ООО ВНИИГАЗ Общество с ограниченной ответственностью Информационнорекламный центр газовой промышленности ООО ИРЦ Газпром СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ УГЛЕВОДОРОДОВ (СУММАРНО) В АТМОСФЕРУ В ОАО...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Челябинский государственный университет Кафедра компьютерной топологии и алгебры КЛАССИФИКАЦИИ КВАДРАТИЧНЫХ ФОРМ И КВАДРИК Методические указания Челябинск 2004 Одобрено учебно-методической комиссией математического факультета Челябинского государственного университета. Рассматриваются линейная и ортогональная классификации квадратичных форм и квадрик с помощью движений...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБР АЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕР АЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБР АЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕ ЖД ЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБР АЗОВАНИЯ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ФИНАНСОВ КАФЕДР А ЭКОНОМИКИ ПРЕДПРИЯТИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕНЕД ЖМЕНТА МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРЕДПРИЯТИЯ для студентов специальности 080507 Менеджмент организации дневной и вечерней форм обучения ИЗДАТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Кафедра безопасности жизнедеятельности УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ЭКОЛОГИЯ Основной образовательной программы по направлениям: 230100.62 Информатика и вычислительная техника, 230400.62 Информационные системы и технологии. Благовещенск 2012 УМКД разработан кандидатом биологических наук,...»

«РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ОТРАСЛИ Отраслевая система обеспечения единства и требуемой точности измерений. Методические указания по поверке анализаторов параметров цифровых каналов и трактов типа EDT-135/EST-125/EST-120 1. Область применения Настоящие Методические указания распространяются на анализаторы параметров цифровых каналов и трактов типа EDT-135/EST-125/EST-120 производства фирмы Wavetek Wandel Goltermann и устанавливают методы и средства первичной, периодической и внеочередной поверок,...»

«МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ на расчетно-графические и контрольные работы по дисциплине Электротехника и электроника Москва 2005 МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы...»

«Разработаны и внесены Научно-техническим Утверждены постановлением управлением Госгортехнадзора России и ГУП Госгортехнадзора России от 10.07.01 НТЦ Промышленная безопасность при участии № 30 отраслевых управлений Госгортехнадзора России Срок введения в действие с 1 октября 2001 г. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов РД 03-418-01 1. Область применения 1.1. Настоящие Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных...»

«ИССЛЕДОВАНИЕ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ С НАЕЗДОМ НА ПЕШЕХОДА Омск •2005 Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Кафедра Автомобили и безопасность движения ИССЛЕДОВАНИЕ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ С НАЕЗДОМ НА ПЕШЕХОДА Методические указания к курсовой работе по дисциплине Экспертиза ДТП для студентов специальностей 240400 и 150200 Составитель В.Д. Балакин Омск Издательство СибАДИ УДК 656. ББК 39. Рецензент канд. техн....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МАМИ Кафедра: Экология и безопасность жизнедеятельности Утверждено на заседании кафедры Э и БЖД МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению дипломной работы Специальность 280202.65 Инженерная защита окружающей среды Разработала: Графкина М.В. МОСКВА 2008 г 2 СОДЕРЖАНИЕ 1. Цели и задачи дипломной работы 2.Организация выполнения дипломной работы 2.1. Общие требования к дипломным работам 2.2. Структура дипломной работы...»

«РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ОТРАСЛИ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ Методические указания по поверке сетевых анализаторов типа ANT-20 РД 45.1 01-99. 1 Область применения Настоящий руководящий документ отрасли устанавливает порядок поверки сетевых анализаторов типа ANT-20 Требования руководящего документа обязательны для выполнения специалистами метрологической службы отрасли, занимающимися поверкой данного типа средств измерений Руководящий документ отрасли разработан с учетом положений РД 50-660, ОСТ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС УЧЕБНО-НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Кафедра Электроника, вычислительная техника и информационная безопасность В.Т. Ерёменко, А.И. Суздальцев, М.Т. Прасов, В.М. Донцов, А.С. Тугарев МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ Специальности:...»










 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.