Демонстрационные
опыты по химии
элементов
4. Химия элементов IVА-группы
Опыт 4.1. Взаимодействие диоксида углерода с гидроксидом натрия
Реактивы. Посуда и приборы. Аппарат Киппа для получения диоксида углерода, склянка Дрекселя, эталонная шкала рН.
Описание опыта. Склянку Дрекселя на 1/2 ее объема заполняют водой, добавляют к ней несколько капель раствора гидроксида натрия и раствора универсального индикатора и сравнивают окраску с эталонной шкалой рН. Водородный показатель раствора гидроксида натрия имеет значение больше 7. Затем склянку Дрекселя подсоединяют к газоотводной трубке аппарата Киппа и пропускают через воду с умеренной скоростью поток газообразного диоксида углерода. При этом цвет универсального индикатора постепенно меняется, что указывает на изменение рН до значения 4,5–5,0.
Причина изменения рН состоит в том, что диоксид углерода реагирует с гидроксидом натрия:
2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + CO2 + H2O = 2 NaHCO3
После полной нейтрализации щелочи диоксид углерода, растворяясь в воде, образует слабую угольную кислоту:
СO2 + H2O
H2CO3 + H2O 
H2CO3;
HСO3-
+ H3O+ ; KК
HCO3– + H2O Опыт 4.2. Взаимодействие диоксида углерода с гидроксидом кальция СO32– + H3O+ ; KК = 4,68 . 10-11
Реактивы.
Известковая вода – насыщенный раствор гидроксида кальция Ca(OH)2, газообразный диоксид углерода CO2 из аппарата Киппа.Посуда и приборы. Склянка Дрекселя, аппарат Киппа для получения диоксида углерода.
Описание опыта. В склянку Дрекселя с известковой водой пропускают диоксид углерода из аппарата Киппа. Через 1–2 мин прозрачный раствор мутнеет из-за образования суспензии карбоната кальция:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3¯
+ H2O
Продолжают пропускать газ в полученную белую суспензию до образования растворимого в воде гидрокарбоната кальция:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
Реактивы.
Свежеприготовленный водный 10%-ный раствор полисиликата натрия (Na2SiO3)х, разбавленная (1:2) соляная кислота HCl, водный (20–30%-ный) раствор гидроксида натрия NaOH, спиртовой раствор индикатора фенолфталеина.Посуда и приборы. Высокий химический стакан или стеклянный цилиндр емкостью 400-600 мл, стеклянная палочка, капельница для раствора индикатора.
Описание опыта. В химический стакан наливают 200 мл раствора полисиликата натрия и несколько капель раствора фенолфталеина. Помешивая раствор стеклянной палочкой, добавляют 10 мл раствора соляной кислоты (розовая окраска фенолфталеина не должна исчезать). Вскоре раствор начинает мутнеть, а через 2–3 минуты всё содержимое стакана застывает в виде студенистой массы розового цвета. Если в этот момент палочку держать в стакане вертикально, то она останется в этом положении. Образование “студня” объясняет уравнение реакции:
(Na2SiO3)х + 2x HCl + (y–x) H2O = x SiO2 . y H2O¯
+ 2x NaCl
В жидкой фазе в равновесии с полигидратом диоксида кремния находится ортокремниевая кислота Примечания. При избытке или недостатке кислоты или полисиликата натрия опыт не удается. В течение всего опыта раствор полисиликата натрия должен оставаться слабощелочным. Через 4-6 ч после приготовления студенистая масса исчезает: образуется прозрачный раствор ортосиликата натрия. Вместо 10%-ного раствора полисиликата натрия в опыте можно использовать раствор “жидкого стекла” -
силикатный клей (10–15 мл клея на 200 мл воды).
Реактивы.
Полисиликат натрия (Na2SiO3)х, спиртовой раствор индикатора фенолфталеина.Посуда и приборы. Белая бумага, чашка Петри, стеклянная палочки, капельница для раствора фенолфталеина, шпатель, бюкс.
Описание опыта. На лист белой бумаги устанавливают чашку Петри и наливают в нее воду слоем толщиной 5–7 мм. Добавляют в чашку 3–4 капли раствора фенолфталеина и шпателем из бюкса вносят немного полисиликата натрия в середину чашки. Появляется розово-малиновое окрашивание, постепенно распространяющееся к краям чашки при растворении полисиликата натрия в воде. Происходящие при гидролизе процессы весьма сложны. Схематически можно выразить их уравнениями:
Na2SiO3 = 2 Na+ + SiO32–
SiO32– + H2O Примечание. HSiO3– + OH–
Реактивы.
Водный (10%-ный) раствор полисиликата натрия (Na2SiO3) x, кристаллические соли: пентагидрат сульфата меди(II)Посуда и приборы
. Стеклянный цилиндр емкостью 250–300 мл.Описание опыта. За неделю до показа опыта в цилиндр наливают 120–150 мл раствора полисиликата натрия и бросают в раствор по несколько кристалликов солей (размером с пшеничное зерно). Вследствие обменных реакций:
(Na2SiO3)x + x CuSO4 = (CuSiO3)x¯ + x Na2SO4
(Na2SiO3)x + x Co(NO3)2 = (CoSiO3)x¯ + 2x NaNO3
(Na2SiO3)x + x NiSO4 = (NiSiO3)x¯ + x Na2SO4
образуются малорастворимые полисиликаты меди, кобальта, никеля в виде “нитей” и “лент” различной формы и цвета, похожих на водоросли. Они создают картину, напоминающую сад. Примечание. Для демонстрации выносят уже готовый “химический сад” и объясняют его происхождение. В качестве исходного реактива можно использовать разбавленный (1:1) водный раствор “жидкого стекла” – силикатного клея. Опыт 4.6. Восстановительные свойства олова(II) в щелочной среде
Реактивы.
Водный (10–15%-ный) раствор хлорида олова(II) SnCl2, водный (5–10%-ный) раствор хлорида висмута(III) BiCl3, водный (8–10%-ный) раствор гидроксида натрия NaOH.Посуда и приборы
. Химический стакан емкостью 250–400 мл, стеклянная палочка.Описание опыта. В химический стакан наливают 20–50 мл раствора хлорида олова(II) и порциями добавляют раствор гидроксида натрия. Сначала наблюдается выделение осадка гидроксида олова(II), а затем его растворение в результате образования гидроксокомплекса - тригидроксостаннат(II)-аниона:
SnCl2 + 2 NaOH = Sn(OH)2 + 2 NaCl
Sn(OH)2 + NaOH = Na[Sn(OH)3]
К полученному раствору, не прекращая перемешивания, добавляют небольшими порциями раствор хлорида висмута(III). Выпадает белый осадок гидроксида висмута(III), который вскоре чернеет из-за восстановления висмута:
BiCl3 + 3 NaOH = Bi(OH)3¯ + 3 NaCl
2 Bi(OH)3 + 3 Na[Sn(OH)3] + 3 NaOH = 2 Bi¯
+ 3 Na2[Sn(OH)6]
Таким образом, производные олова(II) в щелочной среде являются сильными восстановителями. Значение стандартного потенциала j °
для окислительно-восстановительной пары Примечание. К исходным растворам
Реактивы.
Водный (0,4-1%-ный) раствор ацетата свинца Pb(CH3COO)2, металлический цинк Zn в виде пластины или полосы размером 10´150 мм, водный (30%-ный) раствор уксусной кислоты CH3COOH.Посуда и приборы
. Стеклянный цилиндр или высокий химический стакан емкостью 1–2 л, стеклянная палочка, капроновая леска или прочная бечевка, мелкозернистая наждачная бумага, капельница для уксусной кислоты, фильтровальная бумага.Описание опыта. Цинковую полоску сначала зачищают наждачной бумагой, а затем протирают фильтровальной бумагой. Слегка надрезают и загибают ее края, а затем привязывают ее леской (бечевкой) к стеклянной палочке. В цилиндр на 3/4 его объема наливают раствор ацетата свинца, добавляют несколько капель уксусной кислоты, чтобы уменьшить гидролиз соли. Пластинка цинка постепенно покрывается красивыми длинными темно-серыми кристаллами свинца:
В раствор опускают цинковую пластинку – так, чтобы под ней оставался слой раствора высотой 5–6 см, а стеклянную палочку с привязанной ниткой кладут на горловину цилиндра.
Цилиндр с раствором и цинковой полоской оставляют на неделю, стараясь не перемещать его, не встряхивать и не перемешивать раствор.
Pb(CH3COO)2 + Zn = Pb¯
+ Zn(CH3COO)2
образуя “сатурново дерево” (“сатурн” - алхимический символ свинца). С течением времени кристаллы увеличиваются в размере.
Данная реакция протекает самопроизвольно, поскольку значение разности потенциалов окислительно-восстановительных пар Примечание. Если вместо цинковой пластины использовать гранулу металла, то получится “волосатый” шар из кристаллов свинца.
Реактивы.
Твердый порошкообразный свинцовый сурик Pb3O4 – оксид свинца(IV)-дисвинца(II) (Pb2IIPbIV)O4, концентрированные азотная кислота HNO3 и соляная кислота HCl, водный (5-10%-ный) раствор иодида калия KI.Посуда и приборы
. Химический стакан емкостью 400 мл, склянки для хранения концентрированных кислот, фильтровальная бумага.Описание опыта. В химический стакан вносят 5-6 г свинцового сурика и добавляют 50 мл концентрированной азотной кислоты. Наблюдают, как происходит смена цвета осадка от ярко-красного (Pb3O4) до темно-коричневого (PbO2) вследствие обменной реакции:
(Pb2IIPbIV)O4 + 4 HNO3 = 2 Pb(NO3)2 + PbO2¯ + 2 H2O
К содержимому стакана приливают 5 мл концентрированной соляной кислоты. Начинается окислительно-восстановительная реакция с выделением желто-зеленого газа, причем осадок становится белым:
PbO2 + 4 HCl = PbCl2 + Cl2 + 2 H2O
Для доказательства того, что выделяется газообразный хлор, подносят к верхней части стакана полоску фильтровальной бумаги, смоченной раствором иодида калия. Она чернеет от выделившегося иода:
2 KI + Cl2 = I2 + 2KCl
Примечание.
Реакцию с соляной кислотой следует проводить в вытяжном шкафу.Опыт 4.9. Получение иодида свинца(II)
Реактивы.
Водные (5–10%-ные) растворы нитрата свинца(II)Посуда и приборы
. Химический стакан емкостью 400 мл, стеклянная палочка, газовая горелка или спиртовка с треножником и асбестированной сеткой.Описание опыта. В стакан наливают раствор нитрата свинца(II), затем приливают к нему раствор иодида калия до образования ярко-желтого осадка иодида свинца(II):
Pb(NO3)2 + 2 KI = PbI2¯
+ 2 KNO3
Растворимость иодида свинца(II) очень сильно зависит от температуры (0,076% при 25 °С и 0,3% при 80 °С), поэтому при нагревании и последующем охлаждении осадок может быть перекристаллизован. Для этого стакан с супензией иодида свинца(II) нагревают до полного растворения осадка, а затем полученный раствор быстро охлаждают. Выпадают блестящие золотистые кристаллы иодида свинца(II). Примечание
_________________________
Отвечать на вопросы >>>