ЛР БТС / 0501_Конунников_отсчет ЛР1
.pdf2
Цели работы: ознакомление с методами получения кислот, солей и оснований и изучение их химических свойств.
Основные теоретические положения
Оксииды − соединения химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.
Оксиды бывают кислотные и основные. Большинство кислотных оксидов
хорошо реагирует с водой, давая кислоту.
Пример: СО2 + Н2О = Н2СО3 (угольная кислота)
Не все кислотные оксиды могут непосредственно с водой реагировать.
Зато все кислотные оксиды реагируют с основаниями. При этом получается сразу соль.
Пример: SiО2 + Н2О = реакция не идет.
SiО2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O. Na2SiO3 + 2 HCl = H2SiO3 + 2 NaCl
Оксиды, которые взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды, называются кислотными оксидами. Они образованы в основном неметаллами. Следует запомнить оксиды хрома (CrO3) и марганца (Mn2O7), в
которых металлы имеют наибольшую из всех возможных степень окисления.
Оксиды, которые взаимодействуют с КИСЛОТАМИ с образованием соли и воды, называются основными оксидами.
Основные оксиды образуются только металлами. Некоторые из них легко реагируют с водой, давая соответствующее основание.
Например: CaO + H2O = Ca(OH)2 (основание – гидроксид кальция).
Общее свойство основных оксидов заключается в способности реагировать с кислотами с образованием соли и воды.
Кислоты — соединение химического элемента, способные отдавать катион водорода, либо которые содержат кислотный остаток.
3
Свойства кислот определяются тем, что они способны заменять в своих молекулах атомы водорода на атомы металлов.
Например: H2SO4 + Mg = MgSO4 + H2
Кислоты классифицируют по таким признакам:
а) по наличию или отсутствию кислорода в молекуле, которые делятся на кислородсодержащие и бескислородные и представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Классификация кислот по составу.
Кислородсодержащие кислоты |
Бескислородные кислоты |
|
|
|
|
H2SO4 |
серная кислота |
HF фтороводородная кислота |
|
|
|
H2SO3 |
сернистая кислота |
HCl хлороводородная кислота (соляная |
|
|
кислота) |
|
|
|
HNO3 азотная кислота |
HBr бромоводородная кислота |
|
|
|
|
H3PO4 |
фосфорная кислота |
HI иодоводородная кислота |
|
|
|
H2CO3 |
угольная кислота |
H2S сероводородная кислота |
|
|
|
H2SiO3 кремниевая кислота |
|
|
|
|
|
б) по числу атомов водорода, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Классификация кислот по числу атомов водорода. |
||
|
|
|
Кислоты |
|
|
|
|
|
Одноосновные |
Двухосновные |
Двухосновные |
|
|
|
HNO3 азотная |
H2SO4 серная |
H3PO4 фосфорная |
|
|
|
HF фтороводородная |
H2SO3 сернистая |
|
|
|
|
HCl хлороводородная |
H2S сероводородная |
|
|
|
|
HBr бромоводородная |
H2CO3 угольная |
|
|
|
|
HI иодоводородная |
H2SiO3 кремниевая |
|
|
|
|
4
Химические свойства кислот:
1.Действие растворов кислот на индикаторы, т.е. растворы кислот в воде изменяют окраску специальных веществ – индикаторов (вещества сложного строения). По окраске индикаторов определяют присутствие кислоты.
2.Взаимодействие кислот с основаниями (реакция нейтрализации).
Кислота реагируют с основанием с образованием соли, в которой всегда в неизменном виде обнаруживается кислотный остаток. Вторым продуктом реакции нейтрализации обязательно является вода.
3. Взаимодействие кислот с основными оксидами. Поскольку основные оксиды – ближайшие родственники оснований – с ними кислоты также вступают в реакции нейтрализации.
Пример: 2 HCl + CaO = CaCl2 + H2O
Как и в случае реакций с основаниями, с основными оксидами кислоты образуют соль и воду. Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации.
4. Взаимодействие кислот с металлами. Для взаимодействия кислот с
металлом нужно, чтобы металл должен быть достаточно активным
(реакционноспособным) по отношению к кислотам, кислота должна быть
достаточно сильной.
Соли – это сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками.
Соли бывают средние (нормальные), кислые и основные.
Средние соли – это продукты полного замещения водорода в кислоте на атомы металла или гидроксогруппы ОН- в основании на кислотный остаток.
Кислые соли – продукты неполного замещения атомов водорода кислоты на атомы металлов. Кислые соли могут быть образованы только от многоосновных кислот. Хлороводородная кислота HCl кислых солей не имеет.
Кислые соли диссоциируют ступенчато. Например: KH2PO4 → K+ + H2PO4-,
H2PO4- H+ + HPO42-,
5
HPO42- H+ + PO43-,
Основные соли – продукты неполного замещения ионов ОНоснования на ионы кислотных остатков. Они могут быть образованы только многокислотными основаниями. Гидроксиды щелочных металлов основных солей не имеют.
Кислоты классифицируют по таким признакам:
1.По растворимости:
a.рстворимые – KCI, Ba(NO3)2, CuSO4,
b.нерастворимые– BaSO4, AgCI, Ca3(PO4)2.
2.По свойствам:
a.cредние или нормальные – Na2SO4, MgCI2
b.кислые – KHSO4, Ca(H2PO4)2
c.основные – CuOHCI, AI(OH)2NO3.
Химические свойства солей:
1.Растворы солей взаимодействуют с металлами, расположенными в ряду напряжений левее, чем металл, входящий в состав соли.
2.Растворимые в воде соли взаимодействуют с основаниями.
3.Соли взаимодействуют с растворами кислот
4.Водные растворы солей взаимодействуют между собой с образованием новых солей
5.Растворы солей взаимодействуют с неметаллами
6.Многие соли при нагревании разлагаются, особенно легко – карбонаты
7.Некоторые соли взаимодействуют с водой с образованием кристаллогидратов.
Основание — сложное вещество, которое состоит из атома металла или иона аммония и гидроксогруппы (−OH).
Основания получают различными способами. Самый простой – взаимодействие металла с водой (пример 1), оксида с водой (пример 2),
щелочей с солями (пример 3).
Пример 1: Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2.
6
Пример 2: Na2O + H2O → 2NaOH.
Пример 3: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓+ Na2SO4
Основания классифицируются по двум признакам:
1.По количеству групп ОН – однокислотные и многокислотные.
2.По растворимости в воде – щёлочи (растворимые) и нерастворимые.
Щёлочи (сильные основания) образуются щелочными металлами – литием (Li), натрием (Na), калием (K), рубидием (Rb) и цезием (Cs).
Кроме того, к активным металлам, образующим щёлочи, относят щелочноземельные металлы – кальций (Ca), стронций (Sr) и барий (Ba). Эти элементы образуют следующие основания: LiOH; NaOH; KOH; RbOH; CsOH; Ca(OH)2; Sr(OH)2; Ba(OH)2.
Основные химические свойства оснований описаны в таблице 3.
Таблица 3 – Основные химические свойства оснований.
Реакции |
Что образуется |
|
|
|
Соль и вода. Нерастворимые основания |
С кислотами |
взаимодействуют только с растворимыми |
|
кислотами |
|
|
Разложение при высокой температуре |
Оксид металла и вода |
|
|
С кислотными оксидами (реагируют щёлочи) |
Соль |
|
|
С неметаллами (вступают щёлочи) |
Соль и водород |
|
|
Обмена с солями |
Гидроксид и соль |
|
|
Щелочей с некоторыми металлами |
Сложная соль и водород |
|
|
7
Обработка результатов эксперимента.
Опыт 1.12.
CuSO4 + 2NaOH→Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (Синий осадок). Cu2+ + SO4 2- + 2Na+ + OH- = Cu2+ + (OH)2 - + Na2 + + SO4 2- 2Na+ + OH- = Na2 + + (OH)2 -
CuSO4 – Сульфат меди (II); NaOH – гидроксид натрия; Cu(OH)2 –
гидроксид меди (II); Na2SO4 – сульфат натрия.
Опыт 2.5.
Mn(OH)2 + HCl→ MnCl2 + H2O (растворение осадка). Mn2+ + (OH)2 – + H+ + Cl- = Mn2+ + Cl2- + H2O
(OH)2 – + H+ + Cl- = Cl2- + H2O
Mn(OH)2 – гидроксид марганца (II); HCl – соляная кислота; MnCl2 –
хлорид марганца (II); H2O – вода.
Полуили реакциями:
2NaOH + MnSO4→ Mn(OH)2↓ + Na2SO4
2Na+ + OH- + Mn2+ + SO4 2- = Mn2+ + (OH)2- + Na2 + + SO4 2- 2Na+ + OH- = (OH)2- + Na2 +
NaOH – гидроксид натрия; MnSO4 – сульфат марганца; Mn(OH)2 –
гидроксид марганца; Na2SO4 – сульфат натрия.
CuSO4 + 2NaOH→Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (Синий осадок). Cu2+ + SO4 2- + 2Na+ + OH- = Cu2+ + (OH)2 - + Na2 + + SO4 2- 2Na+ + OH- = Na2 + + (OH)2 -
CuSO4 – Сульфат меди (II); NaOH – гидроксид натрия; Cu(OH)2 –
гидроксид меди (II); Na2SO4 – сульфат натрия.
Опыт 1.13 и 2.3.
Результаты опытов 1.13 и 2.3 приведены в таблице 4.
8
Таблица 4 – результаты опытов 1.13 и 2.3.
|
Метилоранж |
Фенолфталеин |
Универсальный |
|
индикатор (Лакмус) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходный цвет |
|
|
|
индикатора |
Оранжевый |
Бесцветный |
Фиолетовый |
(нейтральная среда) |
|
|
|
|
|
|
|
Кислая среда |
Красный |
Бесцветный |
Красный |
|
|
|
|
Щелочная среда |
Желтый |
Малиновый |
Синий |
|
|
|
|
Опыт 1.14.
NaOH + фенолфталеин → изменение цвета (фиолетовый цвет).
NaOH + HCl → NaCl + H2O - изменение цвета фиолетового на прозрачный (реакция нейтрализации).
Na+ + OH- + H+ + Cl- = Na+ + Cl- + H2O OH- + H+ = H2O
NaOH – гидроксид натрия; HCl – соляная кислота; NaCl – хлорид натрия; H2O – вода.
Опыт 1.16.
NiSO4 + 2NaOH → Ni(OH)2↓ + Na2SO4 (образование осадка светло-
голубого цвета).
Ni(OH)2 + HCl → NiCl2 + H2O (растворимый осадок). Ni2+ + (OH)2 - + H+ + Cl- = Ni2+ + Cl2 - + H2O
(OH)2 - + H+ + Cl- = Cl2 - + H2O
NiSO4 – сульфат никеля (II); NaOH – гидроксид натрия; NiCl2 – хлорид никеля (II); Na2SO4 – сульфат натрия.
Опыт 1.18.
ZnSO4 + 2NaOH → Na2SO4 + Zn(OH)2↓ (образование осадка). Zn2+ + SO4 2- + 2Na+ + OH- = Na2 + + SO4 2- + Zn2+ + (OH)2 – 2Na+ + OH- = Na2 + + (OH)2 –
9
ZnSO4 – сульфат цинка; NaOH – гидроксид натрия; Na2SO4 – сульфат натрия; Zn(OH)2 – гидроксид цинка.
Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O (растворение осадка). Zn2+ + (OH)2 – + 2H+ + Cl- = Zn2+ + Cl2 - + 2H2O
2H+ + (OH)2 – + Cl- = Cl2 - + 2H2O
Zn(OH)2 – гидроксид цинка; HCl – соляная кислота; ZnCl2 – хлорид цинка; H2O – вода.
Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4] (растворение осадка). Zn2+ + (OH)2 – + 2Na+ + OH- = Na2 + + Zn2+ + (OH)4 –
2Na+ + (OH)2 – + OH- = Na2 + + (OH)4 –
Zn(OH)2 – гидроксид цинка (II); NaOH – гидроксид натрия; Na2[Zn(OH)4]
– тетрагидроксоцинкат(II) натрия.
Опыт 1.19.
Cr2(SO4)3 + NaOH → Cr(OH)3↓ + Na2SO4 (образование белого осадка;
изменение цвета на зеленый).
Cr23+ + (SO4)3 2- + Na+ + OH- = Cr3+ + (OH)3 - + Na2 + + SO4 2- 2Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3
Cr2(SO4)3 – сульфат хрома(III); NaOH – гидроксид натрия; Cr(OH)3 –
гидроксид хрома (III); Na2SO4 – сульфат натрия.
Cr(OH)3 + 3HCl → CrCl3 + 3H2O (растворение осадка). Cr23+ + (OH)3 – + 3H+ + Cl- = Cr 3+ + Cl3 - + 3H2O
2Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3
Cr(OH)3 – гидроксид цинка (III); HCl – соляная кислота; CrCl3 – Хлорид хрома (III); H2O – вода.
Опыт 2.8.
Na2SO4 + BaCl2 → 2NaCl3 + BaSO4↓ (образование белого осадка). Na2 + + SO4 2- + Ba2+ + Cl2 - = 2Na+ + Cl3 - + Ba2+ + SO4 2-
Na2 + + Cl2 - = 2Na+ + Cl3 -
Na2SO4 – сульфат натрия; BaCl2 – хлорид бария; NaCl3 – хлорид натрия;
BaSO4 – сульфат бария.