Глава 5

Демонстрационные
опыты по химии
элементов

Глава 5. Химия элементов VА-группы

Реактивы. Водный (10%-ный) раствор аммиака NH₃ (гидрат аммиака NH₃^.H₂O), кристаллические иодид ртути(II) HgI₂, иодид калия KI, водный раствор гидроксида калия KOH (32 г в 100 мл воды), разбавленный водный раствор динитрата диртути Hg₂(NO₃)₂.

Посуда и приборы. Чашка Петри, две капельницы, мерный цилиндр емкостью 100 мл, мерная колба емкостью 50 мл, химический стакан емкостью 250 мл.

Описание опыта. Заранее готовят реактив Несслера. Для этого растворяют 11,5 г иодида ртути(II) и 8,0 г иодида калия в минимальном количестве воды и разбавляют полученный раствор водой до 50 мл в мерной колбе. В результате реакции между исходными веществами образуется хорошо растворимое в воде комплексное соединение – тетраиодомеркурат(II) калия:

HgI₂ + 2 KI = K₂[HgI₄]

Раствор из мерной колбы выливают в стакан, добавляют 50 мл раствора гидроксида калия; раствор декантируют (если образовался осадок) и хранят в склянке из темного стекла с резиновой или полиэтиленовой пробкой.

Около 1 мл раствора аммиака помещают в мерный цилиндр и разбавляют водой до 100 мл. Полученный раствор наливают тонким слоем в чашку Петри. Добавляют в чашку 3-4 капли реактива Несслера. Раствор становится желтым, а затем коричневым из-за образования соединения сложного состава – моногидрата иодида нитридодиртути(1+), которое при большом содержании аммиака в растворе может выпасть в осадок:

2K₂[HgI₄] + NH₃ ^. H₂O + 3 KOH = (Hg₂N)I ^.H₂O¯ + 7KI + 3H₂O

Другой реагент для обнаружения аммиака – разбавленный водный раствор динитрата диртути. Если к раствору аммиака добавить 3–4 капли этого раствора, то выпадает черный осадок смеси металлической ртути и моногидрата нитрата нитридодиртути(1+):

2 Hg₂(NO₃)₂+ 4 NH₃ + H₂O = 2 Hg¯ + (Hg₂N)NO₃^.H₂O¯ + 3NH₄NO₃

Примечание. Для приготовления реактива Несслера используют дистиллированную воду, не содержащую примеси аммиака и солей аммония

Опыт 5.2. Гидролиз солей ортофосфорной кислоты

Реактивы. Водные (5%-ные) растворы ортофосфата натрия Na₃PO₄, гидроортофосфата натрия Na₂HPO₄ и дигидроортофосфата натрия NaH₂PO₄, раствор универсального индикатора.

Посуда и приборы. Чашки Петри (3 шт.), эталонная шкала рН, капельница для раствора индикатора, стеклянная палочка.

Описание опыта. Наливают в чашки Петри тонким слоем растворы ортофосфата, гидроортофосфата и дигидроортофосфата натрия. После этого в каждую чашку добавляют по несколько капель раствора универсального индикатора и наблюдают окраску растворов.

Сравнение их окраски с эталонной шкалой рН позволяет сделать вывод об основных свойствах ортофосфат-иона (рН > 7):

Na₃PO₄ = 3 Na⁺ + PO₄^3-

PO₄^3- + H₂O HPO₄^2- + OH^- ; K_O = 2,19^.10^- ²

а также о наличии более слабых, чем у ортофосфат-иона, основных свойств у гидроортофосфат-иона (рН > 7, но ниже, чем в предыдущем случае), и кислотных свойств у дигидроортофосфат-иона (рН < 7):

Na₂HPO₄ = 2 Na⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- + H₂O H₂PO₄^- + OH^- ; K_O = 1,62^.10^-⁷

HPO₄^2- + H₂O PO₄^3- + H₃O⁺ ; К_K = 4,57^.10^-¹³

К_O > К_K (преобладают основные свойства).

NaH₂PO₄ = Na⁺ + H₂PO_4^-

H₂PO₄^- + H₂O H₃PO₄ + OH^- ; K_O = 1,38^.10^- ¹¹

H₂PO₄^- + H₂O HPO₄^2- + H₃O⁺ ; К_K = 6,17^.10^- ⁸

К_O < К_K (преобладают кислотные свойства).

Опыт 5.3. Обнаружение ортофосфорной кислоты

Реактивы. Молибдат аммония (NH₄)₂MoO₄, водные (10%-ные) растворы азотной кислоты HNO₃ и ортофосфорной кислоты H₃PO₄.

Посуда и приборы. Химический стакан емкостью 250–300 мл, треножник с асбестированной сеткой, газовая горелка или спиртовка.

Описание опыта. В стакан наливают 150 мл разбавленной азотной кислоты и растворяют 0,5 г молибдата аммония. Добавляют 10 мл ортофосфорной кислоты. Смесь слегка нагревают. Наблюдается выпадение желтого осадка гетерополимолибдата аммония, который образуется по реакции:

H₃PO₄ + 12 (NH₄)₂MoO₄ + 21 HNO₃ =
= (NH₄)₃H₄[P(Mo₂O₇)₆] + 21NH₄NO₃ + 10 H₂O

Опыт 5.4. Обратимый гидролиз хлорида сурьмы(III)

Реактивы. Водный (20- 25%-ный) раствор хлорида сурьмы(III) SbCl₃>, концентрированная соляная кислота HCl, дистиллированная вода.

Посуда и приборы. Химический стакан емкостью 1000 мл, стеклянная палочка, склянка для концентрированной соляной кислоты.

Описание опыта. В стакан наливают 100 мл раствора трихлорида сурьмы, затем при перемешивании небольшими порциями приливают воду. Через некоторое время раствор мутнеет (это отвечает значению рН 0,5- 0,8), а при дальнейшем добавлении воды (рН = 2) выпадает белый осадок, образующийся в ходе обратимого гидролиза:

SbCl₃ + H₂O Sb(Cl)O ¯ + 2 HCl

После этого при перемешивании к суспензии оксида-хлорида сурьмы(III) Sb(Cl)O добавляют порциями концентрированную соляную кислоту. Раствор постепенно светлеет и вновь становится прозрачным из-за смещения равновесия гидролиза влево.

Затем к раствору снова добавляют воду и наблюдают выпадение осадка Sb(Cl)O (равновесие гидролиза смещается вправо).

Примечание. Для предотвращения гидролиза хлорида сурьмы(III) приготовление его раствора ведут, добавляя соляную кислоту (на 20-25 г SbCl₃ – 100 мл 5-10%-ного раствора HCl).

Опыт 5.5. Амфотерность полигидрата оксида сурьмы(III)

Реактивы. Водный (20–25%-ный) раствор хлорида сурьмы(III) SbCl₃, разбавленная (15–20%-ная) соляная кислота HCl, водный (20–25%-ный) раствор гидроксида натрия NaOH.

Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250–400 мл (3 шт.), стеклянные палочки.

Описание опыта. В стакан наливают 15–20 мл раствор хлорида сурьмы(III), а потом при перемешивании добавляют раствор гидроксида натрия до начала выпадения белого осадка:

2 SbCl₃ + 6 NaOH + (x–3) H₂O = Sb₂O₃ ^. x H₂O + 6 NaCl

Затем, не прекращая перемешивания, в стакан добавляют воду до 3/4 его объема. Полученную суспензию полигидрата оксида сурьмы(III) наливают в два других стакана равными порциями по 30–50 мл. В один из этих стаканов при перемешивании добавляют раствор гидроксида натрия, добиваясь исчезновения осадка в результате реакции:

Sb₂O₃ ^. xH₂O + 2 NaOH = 2 Na[Sb(OH)₄] + (x–3) H₂O

В случае избытка гидроксида натрия может образоваться также комплекс Na₃[Sb(OH)₆].

Во второй стакан, также при перемешивании, добавляют соляную кислоту до исчезновения суспензии в результате реакции:

Sb₂O₃ ^. xH₂O + 6 HCl = 2 SbCl₃ + (x+3) H₂O

Примечание. Приготовление исходного раствора хлорида сурьмы(III) следует вести так же, как в опыте 5.4.

Опыт 5.6. Cульфид сурьмы(III)

Реактивы. Разбавленный (8-10%-ный) раствор хлорида сурьмы(III) SbCl₃, водный (5-10%-ный) раствор сульфида натрия Na₂S.

Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250–400 мл (2 шт.), шпатель.

Описание опыта. В химический стакан наливают до 1/3 его объема раствор хлорида сурьмы(III) и при перемешивании добавляют небольшими порциями раствор сульфида натрия до начала осаждения желто-оранжевого сульфида сурьмы(III):

2 SbCl₃ + 3 Na₂S = Sb₂S₃¯ + 6 NaCl

Немного суспензии сульфида сурьмы(III) переносят в другой стакан и добавляют при перемешивании избыток раствора сульфида натрия. Сульфид сурьмы переходит в раствор за счет образования тиокомплекса – тритиостибата(III) натрия, хорошо растворимого в воде:

3 Na₂S + Sb₂S₃ = 2 Na₃[SbS₃]

Получается раствор желтого цвета.

Примечание. Для предотвращения гидролиза хлорида сурьмы(III) приготовление водного раствора этого вещества ведут, добавляя соляную кислоту (на 8-10 г SbCl₃ – 100 мл 5%-ного раствора HCl).

Опыт 5.7. Окислительные свойства висмутата натрия

Реактивы. Кристаллический висмутат натрия NaBiO₃, водный (5%-ный) раствор сульфата марганца(II) MnSO₄, концентрированная серная кислота H₂SO₄.

Посуда и приборы. Химический стакан емкостью 400-600 мл, капельницы для серной кислоты и раствора сульфата марганца, стеклянная палочка, шпатель, бюкс.

Описание опыта. В стакан наливают на 2/3 его объема воду, подкисляют ее несколькими каплями серной кислоты и добавляют 1–2 капли раствора сульфата марганца(II). После этого добавляют шпателем из бюкса немного твердого висмутата натрия и размешивают образовавшуюся суспензию палочкой. После оседания частиц осадка наблюдают розовую окраску раствора, которая свидетельствует о протекании химической реакции:

10 NaBiO₃ + 4 MnSO₄ + 16 H₂SO₄ =
= 5 Bi₂(SO₄)₃ + 4 HMnO₄ + 5Na₂SO₄ + 14 H₂O

Для висмутата натрия характерны чрезвычайно сильные окислительные свойства в кислой среде: стандартный потенциал для пары NaBiO₃ / Bi³⁺ составляет +1,808 В. Реакция окисления катионов марганца до перманганат-ионов идет в прямом направлении: значение j° для пары MnO₄^-/Mn²⁺ равно +1,531 В.

Опыт 5.8. Сульфид висмута(III)

Реактивы. Разбавленный водный раствор хлорида висмута(III) BiCl₃, подкисленный соляной кислотой HCl для предотвращения гидролиза, раствор сульфида натрия Na₂S.

Посуда и приборы. Магнитная мешалка, химические стаканы емкостью 250–400 мл (2 шт.), шпатель.

Описание опыта. В стакан наливают до 1/3 его объема раствор хлорида висмута(III) и при перемешивании добавляют небольшими порциями раствор сульфида натрия до начала осаждения коричнево-черного сульфида висмута(III):

2 BiCl₃ + 3 Na₂S = Bi₂S₃¯ + 6 NaCl

Немного осадка переносят в другой стакан и добавляют при перемешивании избыток раствора сульфида натрия. Сульфид висмута остается без изменений, поскольку образование тиокомплексов для висмута нехарактерно.

Опыт 5.9. Осаждение иодида висмута(III)

Реактивы. Водный (5–10%-ный) раствор хлорида висмута(III) BiCl₃, подкисленный соляной кислотой HCl для предотвращения гидролиза, водный (10–15%-ный) раствор иодида калия KI.

Посуда и приборы. Химические стаканы емкостью 250-400 мл (3 шт.), стеклянные палочки.

Описание опыта. В химический стакан наливают на 1/3 его объема раствор хлорида висмута(III) и добавляют при перемешивании немного раствора иодида калия. Выпадает буро-черный осадок иодида висмута(III) в соответствии с уравнением реакции:

BiCl₃ + 3 KI = BiI₃¯ + 3 KCl

Немного суспензии переносят в другой стакан и приливают избыток раствора иодида калия. Наблюдается образование прозрачного желто-оранжевого раствора тетраиодовисмутата(III) калия:

KI + BiI₃ = K[BiI₄]

Некоторое количество раствора (50–100 мл) переливают в третий стакан и при перемешивании добавляют воду. Наблюдают распад комплекса, устойчивого только в присутствии избытка иодид-ионов в растворе, и выпадение осадка иодида висмута(III):

K[BiI₄] = KI + BiI₃¯

Примечание. Поскольку иодид висмута(III) склонен к гидролизу с образованием оксида-иодида висмута(III), добавление к нему воды следует вести небольшими порциями и на холоду.

_________________________

Отвечать на вопросы >>>

Приложения >>>

Содержание >>>

Заглавная страница >>>