Курсовая по химии2

1. Химический элемент №49 In (индий)

   1. Электронная формула: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p¹

   2. 5IIIA; 5 – номер периода, соответствует числу энергетических уровней (5); III – номер группы, определяет число валентных электронов и высшую валентность; А – главная подгруппа; 49 – порядковый номер, определяет заряд ядра и количество электронов. Эффект провала электрона отсутствует.

   3. 5s² 5p¹ – валентные электроны. Индий принадлежит к p-элементам, т.к. последний валентный электрон находится на p-подуровне.

   4. Набор квантовых чисел для валентных электронов:

n	5	5	5
l	0	0	1
ml	0	0	-1
ms	+0.5	-0.5	+0.5

5. Индий представляет собой серебристо-белый металл. Проявляет максимальную степень окисления +3.

Ковалентность равна 3.

5p 5p

5s 5s

Возбужденное состояние.

7. При образовании бинарных соединений In проявляет sp²-гибридизацию, например InF₃. У индия (в возбужденном состоянии) 3 неспаренных электрона (1s и 2p) и при образовании соединения, они гибридизуются, и тип гибридизации- sp².

2. Свойства соединений данного химического элемента.

1. Оксид: In₂O₃ – амфотерный (т.к. ∆Э.О.=Э.О.O₂ - Э.О.In =3.5-1.5=2)

2. Гидроксид: In(OH)₃- амфотерный.

In(OH)₃ + 3HCl = InCl₃ + 3H₂O

H₃InO₃ = HInO₂ + H₂O

HInO₂ + NaOH = NaInO₂ + H₂O

3. Молекула InF₃ плоская и имеет форму плоского треугольника F

In

F F

4. K⁺[In(OH)₄]^- - тетрагидроксоиндиат калия; In³⁺-комплексообразователь, (OH)^—лиганд, 4-координационное число.

K[In(OH)₄]= K⁺ + [In(OH)₄]^-

[In(OH)₄]^- In³⁺ + 4(OH)^-

In³⁺ - акцептор, т.к. имеет свободную АО (5р); т.к. Э.О. O₂ > Э.О. H₂, то O₂- донор, т.к. имеет двухэлектронную орбиталь.

К_н=(СIn³⁺ * COH^-)/C[In(OH)₄]^-

3. Состояние электролита в растворе.

3.1 Гидролиз NaInO₂ идет по аниону, т.к. эта соль образована сильным основанием и слабой кислотой (NaOH и HInO₂).

NaInO₂ + aq → Na⁺aq + (InO₂)^-aq

(InO₂)^- + H₂O → HInO₂ + (OH)^-

H⁺ + (OH)^-

NaInO₂ + H₂O → HInO₂ + NaOH

pH=14+0.5lg(K_воды*С(InO₂)^- / КHInO₂)=-0,5lg(10^-14*1.9/(6.7*10^-14))=13.7

Гидролиз In(NO₃)₃ идет по катиону т.к. эта соль образована слабым основанием и сильной кислотой (In(OH)₃ и HNO₃).

In(NO₃)₃ + aq → In³⁺aq + 3(NO₃)^-aq

In³⁺ + H₂O →InOH²⁺ + H⁺

H⁺ + (OH)^-

In(NO₃)₃ + H₂O → InOH(NO₃)₂ + HNO₃

pH=-0.5lg(K_воды*СIn³⁺ / К In(OH)₃)=-0.5lg(10^-14*1.9/(4.5*10^-3))=5.7

Реакция гидролиза эндотермическая, поэтому, в соответствии с принципом Ле-Шателье о сдвиге равновесия, нагревание способствует гидролизу.

4. Окислительно-восстановительные процессы.

4.1 Индий, как металл может проявлять только восстановительные (Red) свойства :

In⁰ – 3e → In³⁺ φ In³⁺/ In⁰=-0.34В (ст.усл)

In⁰ –e → In⁺ φ In⁺/ In⁰=-0.25В (ст.усл)

Ионы индия могут быть как окислителями так и восстановителями. Они проявляют восстановительные свойства в кислой среде окислительные – в щелочной.

pH<7: In²⁺ – e → In³⁺ φ In³⁺/ In²⁺=-0.45В

In⁺ – e → In2⁺ φ In2⁺/ In+=-0.35В

pH>7: In³⁺ + 3e → In⁰ φ In³⁺/ In⁰=-0.34В

In⁺ + e → In⁰ φ In⁺/ In⁰=-0.25В

In²⁺ + e → In⁺ φ In2⁺/ In+=-0.35В

4.2 1) In⁰ + Fe³⁺Cl₃ + H₂O → In³⁺₂O₃ + Fe²⁺

1 2In⁰ – 6e + 3H₂O → In³⁺₂O₃ + 6H⁺

6 Fe³⁺ + e → Fe²⁺

2In⁰ + 6 Fe³⁺ + 3H₂O → In₂O₃ + 6 Fe²⁺ +6H⁺

2In⁰ + 6 FeCl₃ + 3H₂O → In₂O₃ + 6 FeCl₂ +6HCl

E⁰ = φFe³⁺/Fe²⁺ - φIn₂O₃/In⁰ = 0.77 – (-1.03) =1.8

Так как E⁰>0, то реакция самопроизвольно идет в прямом направлении, т.е. концентрации исходных веществ будут уменьшаться, а продуктов реакции – увеличиваться.

2) InCl₃ + Zn⁰ +KOH → In⁰ + [Zn(OH)₄]^2- + …

2 In³⁺ + 3e → In⁰

3 Zn⁰ – 2e + 4(OH)^- → [Zn(OH)₄]^2-

2In³⁺ + 3Zn⁰ + 12(OH)^- → 2In⁰ + 3[Zn(OH)₄]^2-

2InCl₃ + 3Zn⁰ + 12 KOH → 2In⁰ + 3K₂[Zn(OH)₄] + 6KCl

E⁰ = φIn³⁺/In⁰ – φZn⁰/[Zn(OH)₄]^2- = -0.34 + 1.2=0.86В

Реакция идет в прямом направлении.

3) In⁰ + KMnO₄ + HCl → In³⁺ + Mn²⁺ + …

5 In⁰ – 3e → In³⁺

3 MnO₄^- + 5e + 8H⁺ → Mn²⁺ + 4H₂O

5In⁰ + 3 MnO₄^- +24H⁺ → 5In³⁺ + 3Mn²⁺ + 12H₂O

5In⁰ + 3KMnO₄ +24HCl → 5InCl₃ + 3MnCl₂ + 12H₂O + 3KCl

E⁰ = φMnO₄^-/Mn²⁺ – φIn³⁺/In⁰ = 1.5 + 0.34=1.84В

Реакция идет в прямом направлении.

5.Электрохимические свойства.

5.1 VIn₂O₃/2VIn = 1.04 – оксидная пленка плохо защищает металл от дальнейшего окисления. T_ok/T_пл = 1.3 – металл не теплостойкий. ∆Gin-O₂=-832 кДж/моль – металл склонен к самопроизвольному окислению.

Взаимодействие с водой (pH=7):

2In + 6H₂O → 3H₂↑ + 2In(OH)₃

2 In⁰ – 3e → In³⁺

3 2H₂O + 2e → H₂↑ + 2(OH)^-

φH₂O/ H₂=-0.059pH=-0.41

φ In³⁺/ In⁰=-0.34В

E_p = φH₂O/ H₂ – φIn³⁺/In⁰ = -0.41+0.34=-0.07В

Индий водой не окисляется.

Взаимодействие с кислотами. Взаимодействие с неокислительными кислотами (HCl):

2In + 6HCl → 3H₂↑ + 2InCl₃

2 In⁰ - 3e → In³⁺

3 2H⁺ + 2e → H₂↑

φH⁺/H₂=-0.059pH=-0.059*0=0

φ In³⁺/ In⁰=-0.34В

E_p = φH⁺/H₂– φIn³⁺/In⁰ = 0+0.34=0.34В

Неокислительной (соляной) кислотой окисляется.

Взаимодействие с окислительными кислотами (HNO₃):

При нагревании:

In + 6HNO_3(конц) → In(NO₃)₃ + 3H₂O + 3NO₂↑

E_p = φNO₃^-/ NO₂– φIn³⁺/In⁰ = 0.8+0.34=1.14В

8In + 30HNO_{3(оч.оч.разб)} → 8In(NO₃)₃ + 9H₂O + 3NH₄NO₃

E_p = φNO₃^-/ NH₄⁺– φIn³⁺/In⁰ = 0.87+0.34=1.21В

На холоду:

8In + 3HNO_{3(оч.оч.разб)} + 3H₂O → 4In₂O₃ + 3NH₄NO₃

E_p = φNO₃^-/ NH₄⁺– φIn³⁺/In⁰ = 0.87+0.34=1.21В

Взаимодействие с щелочами:

2In + 2NaOH + 2H₂O → 3H₂↑ + 2NaInO₂

4In + 3O_2(г) + 4NaOH → 4NaInO₂ + 2H₂O

5.2 Электролит In(NO₃)₃, H₂O; pH=4.6

Анод (+) из C:

Анодная реакция в общем виде: Red_A – Ze → Ox_A

Конкурирующие частицы: (NO₃)^-, H₂O

φO₂/H₂O=1.23 – 0.059pH + ηO₂/In=2.1 (ηO₂/In=1.12)

Катод (-) из С:

Катодная реакция в общем виде: Ox_К + Ze → Red_К

Конкурирующие частицы: In³⁺, H₂O

φH₂O/H₂=-0.059pH- ηH₂/In=0.43 (ηH₂/In=-0.7) – самый положительный на катоде

φ In³⁺/ In⁰=-0.34В

A: 2H₂O – 4e = O₂↑ + 4H⁺

K:H₂O + 2e = H₂↑ + 2(OH)^-

Продукты электролиза на аноде HNO₃ в диссоциированном виде и газ O₂, а на катоде газ

H₂ и In(OH)_3(тв).

5.3

K Ag||AgCl_тв|Cl^-||In³⁺|In A

φAgCl_тв/Ag=0.22- предположительно катод

φK = φAgCl_тв/Ag , тогда φA= φIn³⁺/In⁰ ЭДС= φK – φA

Снимаются показания потенциометра (ЭДС) и находится φA по формуле: φA= φK– ЭДС.

5.4 φSn²⁺/Sn=-0.14; φ In³⁺/ In⁰=-0.34 Значит In – анод, а Sn - катод (т.к. φ In³⁺/ In⁰< φSn²⁺/Sn)

1) Без аэрации, pH=7

e

A: In | H₂O | Sn :K

(OH)^-

A: 2 In⁰ - 3e → In³⁺

K: 3 2H₂O + 2e → H₂↑ + 2(OH)^-

2In⁰ + 6H₂O = 3H₂↑ + 2In³⁺ + 6(OH)^-

2In(OH)₃

φ_K = -0.059pH=-0.41В

φ_A= φ In(OH)₃/ In⁰=-1.07В

E_кор= φK – φA=0.66В

Процесс коррозии идет интенсивно.

2) С аэрацией, pH=7

e

A: In | O₂, H₂O | Sn :K

(OH)^-

A: 4 In⁰ - 3e → In³⁺

K: 3 O₂ + 4e + 2H₂O → 4(OH)^-

2In⁰ + 3O₂ + 6H₂O = 4In³⁺ + 12(OH)^-

4In(OH)₃

φ_K = 1.23-0.059pH=0.82В

φ_A= φ In³⁺/ In⁰=-0.34 В

E_кор= φK – φA=1.16 В

Процесс коррозии протекает очень активно.

5.5 pH=9

In⁰ | In³⁺|| (MnO₄)^- | (MnO₄)^2-

φ In³⁺/ In⁰=-0.34; φ(MnO₄)^-/ (MnO₄)^2-=.056 Значит In – анод, а (MnO₄)^2-- катод

(т.к. φ In³⁺/ In⁰< φ(MnO₄)^-/ (MnO₄)^2-)

A: In⁰ - 3e → In³⁺

K: (MnO₄)^- + e → (MnO₄)^2-

In⁰ + 3(MnO₄)^- = In³⁺ + 3(MnO₄)^2-

5.6 E= φK – φA=0.56+0.34=0.9В

Дан раствор соли In(SCN)₃, C_г/л=7,5 г/л, ρ=1,1 г/см³,М=115+(32+12+14)*3=289г/моль

А) С_%= C_г/л/10 ρ=7,5/11=0,68

Б)С_М= C_г/л/М=7,5/289=2,6*10^-2М

В)С_Н= C_г/л/1000=7,5*10^-3 г-экв/л

Г)Т= C_г/л/1000=7,5*10^-3 г/см³

Министерство образования и науки Российской Федерации

«МАТИ»-РГТУ им. К.Э.Циолковского

Кафедра «Общая химия, физика и химия композиционных материалов»

Курсовая работа по неорганической и аналитической химии

«Свойства металла и его соединений».

Студент: Васильев А.А.

Факультет № 1

Группа: 1ОМД-1ДС-066

Преподаватель: Клеменьтьева В.С.

Отметка о сдаче