Лабораторные работы № 33-34. «Взаимодействие цинка или алюминия с растворами кислот и щелочей. Окрашивание пламени катионами щелочных и щелочноземельных металлов»

Лабораторные работы № 33-34.

«Взаимодействие цинка или алюминия с растворами кислот и щелочей. Окрашивание пламени катионами щелочных и щелочноземельных металлов»

Цель работы: Изучить действие кислот и щелочей на амфотерные металлы. Наблюдать амфотерность гидроксида цинка. Ознакомиться с некоторыми нерастворимыми соединениями цинка и их свойствами. Наблюдать образование гидроксида алюминия и его амфотерность. Изучить взаимодействие алюминия с водой, солями и кислотами. Ознакомиться на практике с амфотерностью гидроксидов олова и свинца. Наблюдать различную окраску нерастворимых солей свинца. Изучить восстановительные свойства солей олова (II), окислительные свойства диоксида свинца (IV).

Оборудование и реактивы: Пробирки, газовая горелка, гранулы цинка, Al металлический, серная кислота разбавленная и концентрированная, азотная кислота разбавленная и концентрированная, соляная кислота разбавленная и концентрированная, фосфорная кислота раствор, уксусная кислота раствор, раствор нитрата меди, аммиак разбавленный раствор, гидроксид натрия (NaOH, 0,1 н раствор, 6н раствор), сульфид натрия свежеприготовленный раствор, карбонат натрия раствор, хлорид натрия раствор, хромат калия раствор, йодид калия раствор, перманганат калия раствор, дихромат калия раствор, гексациано-(III)феррат калия раствор, хлорид цинка 2 н раствор, хлорид алюминия раствор, нитрат меди, ацетат свинца раствор, диоксид свинца (IV) кристаллический, хлорид олова ( II) раствор, хлорид железа(III) раствор.

Теоретическое сведения

Алюминий. Входит в главную подгруппу III группы Периодической системы элементов. Серебристо-белого цвета, с высокой тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Алюминий – амфотерный металл. Оксид и гидроксид алюминия в реациях могут проявлять как основные, так и кислотные свойства. Реагируя с кислотами и кислотными оксидами, образуют соль, в которой алюминий является катионом Al³⁺.

2Al(OH)₃ + 3SO₃ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Al₂О₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Реагирую с основными оксидами и гидроксидами проявляют свойства кислотных соединений, образуя соль, в которой атом алюминия Al^III входит в состав аниона (кислотного остатка) AlО₂⁻.

2Al(OH)₃ + Na₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂O (в расплаве)

Al₂О₃ + 2NaOH(т) = 2NaAlO₂ + H₂O (в расплаве)

Цинк. Элемент побочнной подгруппы II группы Периодической системы элементов. Цинк является мало активным, трудно окисляется и проявляет слабые металлические свойства. В образующихся соединениях степень окисления цинка равна двум. Типичный пример металла, образующего амфотерные соединения. Амфотерными являются соединения цинка ZnO и Zn(OH)₂. Оксид цинка не растворяется в воде, поэтому гидроксид этого элемента может быть получен только косвенным путем – при действии щелочи на растворы солей цинка. Гидроксид цинка малорастворим в воде, но хорошо растворяется в растворах кислот и щелочей. Цинк имеет склонность к образованию комплексных соединений.

Ход работы

Опыт 1. Действие кислот и щелочей на цинк

В 5 пробирок поместить по грануле цинка. В первую прилить щелочь. Какой газ выделяется? Почему выделение газа произошло не сразу, а через некоторое время? Во вторую – концентрированную серную кислоту (при необходимости подогреть, затем – прокипятить). В третью – разбавленную серную кислоту, в четвертую – сильно разбавленную азотную кислоту, в пятую – концентрированную азотную кислоту Записать наблюдения. Написать уравнения реакций, уравнять методом электронного баланса следующие химические реакции:

1. растворения цинка в щелочи;

2. растворения окисной пленки цинка в щелочи;

3. растворения окисной пленки цинка в серной кислоте;

4. растворения цинка в концентрированной серной кислоте;

5. растворения цинка в концентрированной серной кислоте при нагревании;

6. растворения цинка в концентрированной серной кислоте при кипячении;

7. растворения цинка в разбавленной серной кислоте;

8. растворения цинка в предельно разбавленной азотной кислоте;

9. растворения цинка в концентрированной азотной кислоте.

Опыт 2. Получение гидроксида цинка и изучение его амфотерности

В две пробирки налить раствор хлорида цинка. В обе добавить по 1 – 2 капли щелочи. Осадок какого соединения образуется? В первую пробирку налить избыток щелочи, во вторую – соляной кислоты. Почему в обеих пробирках осадок исчез? Написать уравнения реакций:

1. получения гидроксида цинка из хлорида цинка и гидроксида натрия;

2. растворения гидроксида цинка в избытке гидроксида натрия;

3. растворения гидроксида цинка в соляной кислоте

Опыт 3. Нерастворимые соли цинка, их свойства

В три пробирки налить раствор хлорида цинка. В первую пробирку добавить раствор сульфида натрия, во вторую – раствор карбоната натрия, в третью – раствор фосфорной кислоты. Осадки каких соединений и какого цвета выпали? Написать уравнения реакций, учитывая, что во второй пробирке образовавшаяся соль тут же гидролизуется до основного карбоната Zn₂(ОН)₂СО₃. Проверить его на растворимость в соляной кислоте. Осадок, полученный в третьей пробирке проверить на растворимость в NаОН, растворе аммиака, в уксусной кислоте.Написать уравнения реакций:

1. взаимодействия хлорида цинка и сульфида натрия;

2. взаимодействия хлорида цинка и карбоната натрия;

3. гидролиза карбоната цинка до Zn₂(ОН)₃СО₃;

4. растворения Zn₂(ОН)₂СО₃ в соляной кислоте ;

5. взаимодействия хлорида цинка и фосфорной кислоты;

6. растворения фосфата цинка в гидроксиде натрия;

7. растворения фосфата цинка в растворе аммиака;

8. растворения фосфата цинка в уксусной кислоте.

Опыт 4. Получение гидроксида алюминия. Изучение его амфотерности

В две пробирки налить раствор хлорида алюминия, добавить в каждую по две капли щелочи. Осадок какого соединения выпал? В одну пробирку добавить щелочь, в другую – разбавленную соляную кислоту. Почему в обеих пробирках осадки растворились? Написать уравнения реакций:

1. взаимодействия хлорида алюминия со щелочью;

2. растворения осадка в щелочи;

3. растворения осадка в кислоте.

Опыт 5. Взаимодействие алюминия с водой, солями и кислотами

Приготовить 6 пробирок. Налить: в первую – разбавленную соляную кислоту, во вторую – разбавленную серную кислоту, в третью – разбавленную азотную кислоту, в четвертую – концентрированную азотную кислоту, в пятую – дистиллированную воду, в шестую – раствор нитрата меди.

В каждую пробирку добавить по 1-2 стружки алюминия ( предварительно очистить алюминий от оксидной пленки). В каком случае не протекает химическая реакция? Почему? Какие газы выделяются из 1-ой, 2-ой, 5-ой пробирок? Какой из 3-ей? Что выделяется в 6-ой пробирке? Записать наблюдения, уравнения соответствующих химических реакций.

Опыт 6. Получение гидроксидов олова и свинца, изучение их амфотерных свойств

В две пробирки налить раствор хлорида олова (II), в две другие – раствор ацетата свинца. Во все добавить по 2 капли щелочи. Осадки каких соединений образуются? В первую и третью пробирки налить избыток щелочи, во вторую и четвертую пробирки - азотную кислоту. Объяснить растворение осадков во всех пробирках. Написать уравнения реакций:

1. взаимодействия хлорида олова (II) со щелочью;

2. взаимодействия ацетата свинца (II) со щелочью;

3. растворения осадка из первой пробирки в щелочи;

4. растворения осадка из первой пробирки в кислоте;

5. растворения осадка из второй пробирки в щелочи;

6. растворения осадка из второй пробирки в кислоте.

Опыт 7. Труднорастворимые соли свинца и их окраска

Приготовить 5 пробирок. Налить: в первую – раствор хлорида натрия, во вторую – разбавленную серную кислоту, в третью – раствор хромата калия, в четвертую – раствор иодида калия, в пятую – раствор сульфида натрия. Во все пробирки добавить раствор ацетата свинца (II). Отметить цвет выпадающих осадков. После отстаивания осадка PbI₂ раствор из пробирки слить, добавить к осадку немного воды и нагреть пламенем горелки до его растворения. Раствор охладить.Наблюдать выделение золотисто-желтых кристаллов PbI₂. Записать наблюдения и уравнения реакций взаимодействия в молекулярной и ионной формах:

1. хлорида натрия с ацетатом свинца;

2. хромата калия с ацетатом свинца;

3. иодида калия с ацетатом свинца;

4. сульфида натрия с ацетатом свинца

а) Восстановление железа (III). В две пробирки налить раствор хлорида железа (III), раствор гексациано-феррата(III) калия K₃[Fe(CN)₆] и несколько капель воды. Отметить окраску полученного раствора. Одну пробирку сохранить в качестве контрольной. В другую пробирку добавить раствор хлорида олова (II).

Как изменилась окраска по сравнению с первоначальной? Чем это объяснить? Гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] является реактивом на Fe²⁺, с которым дает комплексное соединение Fe₃[Fe(CN)₆]₂ синего цвета).Написать уравнения реакций:

1. восстановления хлорида железа (III) хлоридом олова (II);

2. взаимодействия образовавшегося хлорида железа (II) с K₃[Fe(CN)₆].

б) Восстановление перманганата калия и дихромата калия. Налить в пробирку раствор хлорида олова (II), подкислить его cоляной кислотой и прилить раствор KMnO₄. Наблюдать изменение окраски раствора вследствие восстановления ионов MnO₄^-.

Опыт повторить, взяв в качестве окислителя раствор K₂Cr₂O₇. Наблюдать появление в растворе зеленой окраски, характерной для иона Cr⁺³. Написать уравнения реакций взаимодействия:

1. хлорида олова (II) с KMnO₄ в кислой среде;

2. хлорида олова (II) с K₂Cr₂O₇ в кислой среде.

В пробирку налить несколько капель серной кислоты и иодида калия. Добавить немного оксида свинца (IV). Нагреть пламенем газовой горелки. Как изменится цвет раствора (после отстаивания осадка), почему? Написать уравнение реакции, расставить коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

Контрольные вопросы

1. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

1. При взаимодействии сульфида свинца с алюминием образуется свинец и сульфид алюминия. Слоставьте уравнение этой реакции и укажите, какой элемент в этой реакции окисляется, а какой восстанавливается.

2. При растворении 18,6 г технического цинка в избытке раствора соляной кислоты выделилось 5,7 л водовода (н.у.) Определить массовую долю примесей в этом образце цинка.

3. Алюминиц массой 17 грамм растворили в избытке соляной кислоты. Рассчитайте количество вещества выделяющегося водорода и образовавшегося хлорида цинка.

 Сформулируйте вывод по работе.