Лекционные опыты и демонстрации по общей и неорганической химии - Платонов Ф.П.

Author: Платонов Ф.П.

Tags: химия неорганическая химия

Year: 1976

Similar

Лекционные опыты по общей химии

Общая и неорганическая химия

Text

Ф. П. ПЛАТОНОВ
ЛЕКЦИОННЫЕ ОПЫТЫ
И ДЕМОНСТРАЦИИ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ
ХИМИИ
.. i
I
Федор Петрович Платонов
ЛЕКЦИОННЫЕ ОПЫТЫ И ДЕМОНСТРАЦИИ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Редактор Н. Д. Стуковнин
Художник Ю. Д. Федичкин Художественный редактор Т. М. Скворцова Технический редактор 3. А. Муслимова
Корректор С. К. Марченко
Сдано в набор 11/VII 1975 р. Подл, к печати 14/1 1976 г. Формат бОХЭО1/^. Бум. тип. №4. Объем 20,5 печ. л.-|-0.25 печ. л. форзаца. Усл. п. л. 20,75. Уч.-изд л. 23,014-0,18 форзаца. Изд. № ХИМ-523. Тираж 13 ОООэкз.
Цена 78 коп. Зак. 448
План выпуска литературы издательства «Высшая школа» (вузы и техникумы) на 1976 г. Позиция № 72
Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14. издательство «Высшая школа»
Типография издательства «Уральский рабочий», г. Свердловск, проспект Ленина, 49.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
ПЕРИОДЫ РЯДЫ ГРУППЫ
I II П1 | IV V
I 1 (Н)
II 2 2s‘ 3 6,94i \ Li литий 2s2 4 9,01218 Be БЕРИЛИЙ 2s22p1 5 10,81 В БОР 2s22p2 6 12,011 С УГЛЕРОД 2s22p3 7 14,0067 N АЗОТ
III 3 3s1 11 22,98977 Na НАТРИЙ 3s’ 12 24,305 Mg МАГНИЙ 3s23p: 13 26,98154 Al АЛЮМИНИЙ 3s23p2 14 28,08e Si КРЕМНИЙ 3s23p3 15 30,97376 P ФОСФОР
IV 4 л 1 19 4з* 39,098 К КАЛИЙ 4s’ 20 40,08 Ca КАЛЬЦИЙ 21 3d14s2 SC 44,9559 СКАНДИЙ 22 2 За 4s Ti 47,90 ТИТАН 23 3d34s2 V 50,9414 ВАНАДИЙ
5 29 (3d10)4sI С11 63,54g МЕДЬ 30 3d,04s2 Zn 65,38 ЦИНН 4s24pJ 3' 69,72 Ga ГАЛЛИЙ 4s’4p’ 32 72,5, Ge ГЕРМАНИЙ 4s24p3 33 74,9216 AS мышьяк
6 37 85,467g Rb РУБИДИЙ 5s2 38 87,62 Sf СТРОНЦИЙ 39 4d15s2 Y 88,9059 ИТТРИЙ 40 4d25s2 Zr 91,22 ЦИРКОНИЙ 41 4d45s1 Nb 92,9064 НИОБИЙ
7 47 4d105s1 Ag 107,888 СЕРЕБРО 48 4d'°5s’ Cd 112,40 КАДМИЙ 5s25p1 49 114,82 In ИНДИЙ 5s25p2 50 118,6g Sn олово 5s25p3 51 121,7g Sb СУРЬМА
VI 8 6.’ 55 132,9054 CS ЦЕЗИЙ 6s2 56 137,з4 Ba БАРИЙ 57 5d!6s2 La 138,9055 ЛАНТАН Ь 1 СО 72 5d26s2 Hf 178,4g ГАФНИИ 73 5d36s2 Ta I8O,9478 ТАНТАЛ
9 79 (Sd10^1 Au 196,9665 золото 80 5d106s2 Hg 200,5g РТУТЬ бв^р1 81 204,37 Т1 ТАЛЛИЙ 6s’6p’ 82 207,2 РЬ СВИНЕЦ 6s’6p3 83 208,9804 Bl ВИСМУТ
VII 10 7s1 87 22з] Fr ФРАНЦИЙ 7s’ 88 226,0254 Ra РАДИЙ 89 ed^s2 Ас [227] АКТИНИЙ С С 1 С а • « ’ 104 (6d27s2) KU [261] КУРЧАТОВИЙ
* Л А И Т А
58 4f26s2 Ce ЦЕРИЙ 140,12 59 4f36s2 Pr ПРАЗЕОДИМ 140,9077 60 4f46s2 Nd НЕОДИМ 144,24 61 4f56s2 Pm ПРОМЕТИЙ [145] 82 4f66s’ Sm САМАРИЙ 150,4 63 4f’6s’ Eu ЕВРОПИЙ 151,96 64 4f’5d’6s’ Gd ГАДОЛИНИЙ 157,2s
** A KT И H
90 6d27s2 Th TOPMH 1232,0381 91 5126^782 Pa ПРОТАКТИНИЙ 231,0359 92 sPed^s2 U УРАН 238,029 ^Sf^dW Np НЕПТУНИЙ 237,0482 94 Sf^s2 Pu ПЛУТОНИЙ 244] 95 5f77s2 Am АМЕРИЦИИ 243] r 96 5f 6d’7s2 Cm КЮРИЙ [247]
ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
Э Л Е МЕНТОВ
VI VII VIII
1,1 1 Is 1,0079 H ВОДОРОД 1 2 2 Is2 4,00260 He ГЕЛИЙ
8 2sa2p* . 15,9994 V КИСЛОРОД 2s22p5 9 18,99840 F ФТОР 2sa2p6 10 20,173 Ne НЕОН
3s23p4 32,06 Ь СЕРА - 2n 4 17 ds23p5 35,453 Cl ХЛОР 3s23p6 18 39 94a At АРГОН
24 3d54s* СГ 51,996 ХРОМ 25 3d54s2 МП 54,9380 МАРГАНЕЦ 3d64s2 Fe 55,84? ЖЕЛЕЗО 27 3d74s2 Co 58,9332 КОБАЛЬТ 28 3d84s2 Ni 58,70 НИКЕЛЬ
.94 34 4s24p4 78,9б Se СЕЛЕН 0 c 35 4s24p5 79,904 Bf БРОМ 1 4s24p6 36 83,80 К Г КРИПТОН
42 4d55s1 Mo 95,94 МОЛИБДЕН 43 4d55s2 T C 97,9062 ТЕХНЕЦИЙ 44 4d75s1 Ru ioi,o7 РУТЕНИЙ 48 4d85s1 Rh 102,9055 РОДИЙ 46 4d10 d 106,4 ПАЛЛАДИЙ
5s25p4 62 127,60 Те ТЕЛЛУР 5s25p5 126,9045 I иод 5s25p6 54 131,зо Хе КСЕНОН
74 5d46s2 W 183,8g ВОЛЬФРАМ 75 _ ,5С 2 5d 6s2 Re 186,207 РЕНИЙ 76 cj6c 9 5d 6s2 OS 190,2 ОСМИЙ 77 5d76s2 IГ 192^ ИРИДИЙ 78 5d96si Pt 195,0g ' 57 ПЛАТИНА
с 2c 4 34 6s 6p’ [209] Po полоний 6s26p5 85 [210] At АСТАТ 6р26р6 86 (222] Rn РАДОН

н_о иды
65 4f96s2 Tb тербий 158,9254 68 4f106s2 Dy . ДИСПРОЗИИ 162 50 67 4f116s2 Ио ГОЛЬМИЙ 164,9304 68 4f126s2 Er ЭРБИЙ 167,2я 69 4f136s2 Tm ТУЛИЙ 168,9342 70 (4f’4)6s2 Yb ИТТЕРБИЙ 173.04 71 5d!6s2 Lu . ЛЮТЕЦИЙ 174.97
_ ° и Д ы
97(5£86^7в2' Вк крклий 98(5f96d'7s2) Cf калифорний 99 (5fn7s2) Es ЭЙНШТЕЙНИЙ ВН1 100 (5f127s2) Fm ФЕРМИИ [257] 101 (5f 137s2) Md МЕНДЕЛЕВИЙ [258J ,O2(5fH7sa) (No) (нобелий) 1(5f146d17s2) Lr ЛОУРЕНСИИ [256]

ф. п. ПЛАТОНОВ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ ДОКТ. ХИМ. НАУК Г. П. ХОМЧЕНКО
ЛЕКЦИОННЫЕ ОПЫТЫ
И ДЕМОНСТРАЦИИ
ПО ОБЩЕЙ
И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
• Рекомендовано Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образования Министерства сельского хозяйства СССР в качестве методического руководства для химических кафедр сельскохозяйственных вузов
Москва высшая Ш*0ЛА 1976
540
П37
УДК 54(075)
Рецензенты: проф.^Г. П. Лучинский (Станкин) и кафедра неорганической и аналитической химии Кубанского сельскохозяйственного ин-та (зав. кафедрой проф. И. К. Цитович)
Платонов Ф. П.
П37 Лекционные опыты и демонстрации по общей и неор ганической химии. Под ред. Г. П. Хомченко. Учеб, посо бие для вузов. М., «Высш, школа», 1976.
327 с. с ил.
Книга представляет собой руководство для лекторов, лекционных ассистентов и лаборантов по постановке лекционных опытов и демонстраций курса общей и неорганической химии. Может служить в качестве пособия на лекциях и занятиях в вузах, техникумах и средней школе.
В книге уделено много внимания оборудованию, технике и методике опытов. Описываемые опыты хорошо иллюстрированы. В них подробно разбирается химизм процессов.
20502—104
11 001 (01)—76
72—76
540
(£) ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА», 197b г.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
В книге изложен более чем вековой опыт кафедры неорганической и аналитической химии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева (ТСХА) лекционных опытов и демонстраций в курсе общей и неорганической химии. Здесь, в академии, всегда находил практическое применение девиз, подсказанный опытом, жизнью «Лучше один раз хорошо показать, чем сто раз рассказать» Особенно большая работа в этом направлении проведена почетным академиком И. А. Каблуковым, по инициативе которого при кафедре был создан музей демонстрационных опытов по химии.
Назначение музея двоякое. С одной! стороны, он прививает учащейся молодежи живой! интерес к химии. Ведь к искусству лектора добавляются целесообразно подобранные и удачно выполненные лекционные опыты. С другой стороны, такой музей помогает лектору, особенно молодому, с меньшей затратой времени подобрать наиболее яркие и наглядные опыты. Большинство экспонатов музея используется на лекциях. Для этого их нужно только перенести в аудиторию. После лекции демонстрационные установки разбирают, моют, высушивают, собирают и помещают на прежнее место. Все это значительно облегчает работу лекционных ассистентов. Ведь до организации музея все эти установки для каждой лекции заново монтировались, что требовало много времени и труда.
Вековая традиция академии — прекрасная иллюстрация лекций хорошо подобранными и тщательно выполненными опытами, я уделял большое внима
тщательно «На лекциях,— писал И. А. Каблуков,— ние постановке опытов, причем старался, чтобы слушатели смотрели на опыт как на метод исследования природы, на вопрос, задаваемый природе».
Показывая опыт, нужно прежде всего видеть его внутреннее содержание, а не внешний эффект. Необходимо заинтересовать тем, чемУ он учит. Слушатели должны смотреть на опыт как на могучее орудие исследования природы. Опыт должен учить их наблюдению, он должен быть хорошо объяснен.
Удачное выполнение лекционных опытов требует не только зна-111 и педагогического опыта, но и специальных навыков, самой оп ательн°й предварительной подготовки и проверки. Каждый быЫТ’ даже если он освоен и неоднократно проводился, должен убе пРорепетирован до лекции. Опыты должны быть наглядными, о ?ИтеДьными и поучительными. По поводу неудавшихся опытов /ков говорил: «В случае неудачи поставленного опыта, арался тут же разъяснить слушателям причину неудачи и
J1- А. каблу
в некоторых случаях неудавшийся опыт был поучительнее удавЛ гося». При этом он всегда подчеркивал (и с этим нельзя не согД ситься), что лучше меньше опытов, но тщательно объясненных, ч! их нагромождение без объяснений или с плохим толкованием. i
Автор книги Ф. П. Платонов — кандидат химических наук, J цент кафедры неорганической и аналитической химии ТСХА — пЛ красный знаток техники и методики химического демонстрацио] ного эксперимента. В течение 10 лет он был ассистентом | лекциях И. А. Каблукова. Платонов — один из создателей, а в н| стоящее время и руководитель научно-методического кабинета-м! зея лекционных демонстраций по химии имени почетного академи! И. А. Каблукова при кафедре неорганической и аналитиЛ ской химии ТСХА. Он успешно продолжает работу по дальнейц! му пополнению музея, по проверке и усовершенствованию техни! постановки отдельных опытов, по их внешнему оформлению, пр| водит большую работу с посетителями музея — химиками не толь! Москвы, но и многих районов страны и иностранных делегата
Автор книги, используя огромный личный опыт, подробно оп| сывает лекционные опыты и демонстрации по курсу общей и нео| ганической химии, дает перечень необходимого оборудования, peai тивов, посуды, приборов. После каждого раздела он приводи перечень необходимых препаратов, таблиц, рисунков, схем, испол! зуемых в качестве наглядных демонстраций. При описании опытЛ подчеркнуты многие детали, имеющие существенное значение дл их выполнения, обращено должное внимание на технику безопасн! сти. Этому же посвящены и специальные разделы книги: «Технии безопасности» и «Указание лекционным лаборантам». Все это ок! жет существенную помощь лекционному ассистенту в освоени техники лекционных демонстраций. Ведь лекционное эксперимен тирование сопряжено с техникой выполнения, которая приобр^ тается опытом и тренировкой.
В книге рассмотрены лекционные опыты и демонстрации по м^ таллам, неметаллам и общетеоретическим вопросам общей и неор ганической химии. Изданное в 1950 г. руководство В. А. Полосин «Лекционные опыты по общей химии», где также излагается опы академии, стало библиографической редкостью, к тому же он не охватывало опытов по химии металлов. Поэтому книг; Ф. П. Платонова прежде всего может быть широко использован во всех высших учебных заведениях, где преподается химия. Вмест, с тем этот труд окажется ценным пособием для преподавателе: химии общеобразовательной средней школы и средних специаль ных учебных заведений.
В заключение отметим, что все опыты, описываемые в книг( проверены автором или сотрудниками под его руководством Мы надеемся, что эта книга найдет многочисленных друзей в вьф шей и средней школе.
Г. П. Хомченк;
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ И ПРОВЕДЕНИИ ЛЕКЦИОННЫХ ОПЫТОВ
Внимательная и аккуратная работа избавит экспериментатора от пореза рук стеклом, ожогов горячими предметами и концентрированными кислотами и щелочами
В приготовительной комнате должны быть огнетушитель, ящик с песком, одеяло, аптечка с медикаментами.
Не зажигать никаких газов и паров, не убедившись предварительно испытанием, что они не содержат примеси воздуха, так как смесь всякого горючего газа с воздухом в определенных объемах взрывает.
Внимание! Категорически воспрещается хранить в газометре водород, ацетилен, этилен, метан и другие газы, образующие с воздухом гремучую смесь! Смесь ацетилена с кислородом ни в коем случае нельзя воспламенять даже в открытых цилиндрах!
При разбавлении крепких кислот, особенно серной, вливать кислоту в воду, а не наоборот.
Перед едой, уходя из лаборатории, все работающие должны тщательно вымыть руки с мылом.
Каждый работник при подготовке и выполнении лекционных опытов должен знать, какие опасности могут встретиться в его работе и как их своевременно предотвратить.
Использованную на лекциях химическую посуду и приборы, содержащие кислоты, щелочи и другие едкие или ядовитые вещества, освобождать от остатков; исполнитель должен первично обработать посуду, после чего сдать ее на мойку. Остатки и отходы химических веществ перед сливом в канализацию нейтрализовать. Сливать в раковину химические вещества без предварительной нейтрализации категорически запрещается.
При работе с ядовитыми, огне- и взрывоопасными веществами в лаборатории должно находиться не менее двух человек, чтобы при необходимости оказать пострадавшему помощь.
При проливе низкокипящей жидкости немедленно погасить все газовые горелки и выключить электроплитки; пролитое вещество засыпать песком или собрать тряпками, затем песок и тряпки удалить; место, где была пролита жидкость, хорошо промыть водой.
Недопустимо засасывать едкие и ядовитые жидкости в пипетку ртом, так как при этом возможны химические ожоги полости рта или отравления. Концентрированные щелочи, кислоты и другие едкие или ядовитые вещества набирать в пипетку с помощью резиновой груши, специальных автоматических пипеток или шприца.
При взбалтывании растворов в колбах или пробирках закрывать пробками: запрещается закрывать отверстия пальцем.
Взвешивать ядовитые вещества только под тягой. Все работы с концентрированными кислотами, щелочами и другими едкими и ядовитыми веществами производить в резиновых перчатках и защитных очках. При работе с токсическими и агрессивными веществами заблаговременно должны быть подготовлены нейтрализующие и дегазирующие средства; для быстрого использования их размещают в удобном месте.
Вставляя стеклянную трубку в просверленную пробку, смочить ее и держать возможно ближе к вставляемому в пробку концу. В стеклянной тонкостенной посуде нельзя хранить растворы щелочей и концентрированных кислот: стекло Разъедается и может легко разбиться.
Химические реактивы хранить в определенном, предназначенном для каждого вещества месте, в закрытых банках, склянках и других сосудах. На каждом СОсУде должна быть этикетка с точным названием и формулой вещества, с его
подробной характеристикой (концентрация, плотность, чистота и т. п.). Хранение склянок с реактивами без пробок, без этикеток или в неисправной таре запрещается.
Ядовитые химические вещества разрешается хранить только в отдельных запирающихся шкафчиках в строгом соответствии со специальными правилами
и инструкциями по хранению.
Горючие, легко воспламеняющиеся и низкокипящие жидкости (сероуглерод, эфир, ацетон, бензол и т. п.) хранить в толстостенных склянках или сосудах, которые помещать в железный, выложенный асбестом и плотно закрывающийся
ящик.
Литий, натрий и калий хранить под слоем керосина или масла, не содержащих влаги, в местах, куда не хможет попасть вода или другие вещества, способные вступить с ними в химическую реакцию. При соприкосновении с влажной кожей или одеждой металлические калий и натрий воспламеняются и могут причинить сильные ожоги. Все работы с ними производить в защитных очках, перчатках и в чистом, сухом месте. Запрещается выбрасывать обрезки натрия и калия в мусорные ящики, банки, ведра, корзины и т. п., а также в канализацию. Отходы натрия и калия до 20 г уничтожать, растворяя в метаноле.
Ртуть хранить в толстостенных, плотно закрывающихся сосудах. Переливание ртути и наполнение ею приборов производить только в ваннах или кюветах,
предохраняющих от проливания ртути на стол или пол. При случайном проливе ртуть немедленно собрать. Для этого применять водоструйный вакуумный насос: к рабочему месту подвести шланг насоса, к нему присоединить «ловушку» (склянку Дрекселя), заполненную водой; на второе отверстие ловушки надеть резиновую трубку, через которую ртуть засосать насосом в ловушку. Небольшие капли ртути можно собирать пластинками, изготовленными из меди или белой жести. Приставшие к амальгированной поверхности капельки ртути стряхнуть в сосуд с водой и плотно закрыть резиновой пробкой. Выливать собранную
ртуть в канализационные раковины не допускается.
Категорически запрещается брать ртуть в руки и отсасывать ее ртом.
-Чтобы лучше очистить от ртути посуду, после обычного промывания и тщательного ополаскивания водой промыть ее 3%-ным раствором иода в 30%-ном растворе иодида калия. В барометрах и других приборах, где ртуть находится в открытых сосудах, необходимо во избежание испарения ртути заливать ее слоем чистого глицерина 1—2 мм.
В стеклянные ампулы разрешается запаивать вещества с температурой кипения не ниже 20° С. При заполнении ампулы разрешается использовать не более 50% свободного объема. Ампулы перед запаиванием предварительно охладить ниже температуры кипения помещенного в ампулу вещества. Вскрывать запаянные ампулы только после их охлаждения ниже температуры кипения запаянного вещества. После охлаждения ампулу завернуть в полотенце и сделать надрез на поверхности ампулы напильником. Все операции с ампулами производить под тягой и в защитных очках.
Работающим с белым фосфором необходимо ввиду его огнеопасности и ядовитости проявлять большое внимание, осторожность и строго соблюдать правила обращения с ним. Хранить его под водой в толстостенной банке коричневого стекла с притертой пробкой или с пробкой, залитой парафином. Брать фосфор
можно только щипцами или пинцетом.
Резать фосфор следует только в толстостенном сосуде (фарфоровая ступка, толстостенный кристаллизатор, плоскодонная фарфоровая чашка) и под водой, лучше нагретой до 25—30° С (не выше, так как при 44° С фосфор плавится).
В холодной воде фосфор хрупок и при резании крошится. Отрезанные и вынутые из воды кусочки белого фосфора перед употреблением высушить, быстро и слегка отжимая кусочек фосфора между листами фильтровальной бумаги, сложенной в несколько слоев. При этом не следует сильно нажимать на кусок фосфора, тереть его бумагой.
Загоревшийся фосфор тотчас закрыть мокрым полотенцем или залить водой, или засыпать песком. Для этой цели при работе с фосфором следует иметь поблизости наполненную водой большую фарфоровую чашку или стеклянный кристаллизатор, а также банку с песком. Ожоги, причиненные горящим фосфором, чрезвычайно болезненны и очень медленно заживают. Обожженное место немедленно и тщательно промыть раствором перманганата калия (1 : Ю) или
и надежно укреплять на и от других отопительных
иного купороса (1 : 10). После этого промыть водой. На пораженное место дожить компресс, пропитанный 2%-ным раствором медного купороса. Рану, ^пазовавшуюся от ожога, никоим образом нельзя лечить мазью от ожогов или слом, так как белый фосфор растворим в жирах и таким путем еще больше м нространится по коже.
це ограничиваясь принятыми мерами первой помощи, необходимо, не откладывая, обратиться к врачу.
д При применении баллонов со сжатыми, сжиженными и растворенными азами соблюдать большую осторожность. Баллоны устанавливать на заранее подготовленном месте в вертикальном положении ” „о
расстоянии не менее 1 м от радиаторов отопления приборов.
Подавать газ из баллона надо через исправный
иля данного газа; вентиль баллона открывать медленно и плавно. У баллонов с кислородом никогда нельзя смазывать резьбу, так как смазка может просочиться внутрь баллона, встретиться с кислородом, находящимся под большим давлением, и произойдет взрыв.
Все работники, которые в своей работе соприкасаются с баллонами, должны ознакомиться со специальными правилами содержания, хранения и транспортировки баллонов с сжатыми, сжиженными и растворенными газами. Маркировка баллонов следующая:
редуктор, предназначенный
Окраска баллона Текст Цвет
надписи надписи
Азот . . Черная Азот Желтый
Аммиак . . . . . Желтая Аммиак Черный
Ацетилен . . . . Белая Ацетилен Красный
Водород . . . . . Темно-зеленая Водород »
Воздух . . . . . Черная Воздух Белый
Гелий .... . . Коричневая Гелий »
Кислород . . . . Голубая Кислород Черный
Диоксид серы . . Черная Сернистый Белый
ангидрид
Диоксид углерода » Углекислота Желтый
Хлор .... . . Защитная Хлор Желтая
X полоса
Концентрационные пределы взрывоопасности в воздухе некоторых газов (объемн. %):
Нижний Верхний
предел предел
Аммиак............................. 15,50 27,00
Ацетилен............................ 2,50 80,00
Водород............................. 4,00 74,00
Метан................................. 5,00 15,00
Окись углерода..................... 12,50 74,20
Пропан.............................. 2,37 9,50
Сероводород........................... 4,30 25,50
Опыты, которые сопровождаются вспышками, взрывами, разбрызгиванием веществ, проводить за подвижным экраном из стекла или пластика.
Все горючие газы в смеси с кислородом или воздухом при атмосферном Давлении могут давать взрыв, поскольку газо-воздушная смесь лежит в пределах Взрываемости. Из горючих газов, могущих вызвать несчастные случаи, обратить внимание на следующие: водород, монооксид углерода, сероводород, светильный Газ> метан, этан, этилен, пропан, ацетилен и др. Прежде чем пользоваться горючим газом, его нужно проверить: зажечь от той пробирки, которой он проверяет-Ся (но не спичкой).
Вообще не нужно бравировать при проведении опасных опытов, но, с другой стороны, не нужно делать из них жупела. Проводить опыты со знанием Аела, хорошо их подготавливать и проверять, прежде чем показывать студентам
Первая помощь при ранениях. Нужно различать двоякого роД ранения, а) с повреждением вен и б) с повреждением артерий. В первом случи из раны кровь вытекает медленно, при втором бьет сильной струей. При paneHs! руки без повреждения артерии необходимо вокруг раны удалить кровь ватой смоченной слабым раствором спирта или раствором перманганата калия Затем смазать рану йодной настойкой и завязать чистым бинтом. Если пор! глубокий и кровь бьет фонтаном, то нужно крепко перевязать рану выше порез! Для этого перетянуть руку толстой резиновой трубкой, завязав ее узлом. ЕсЛ нет резиновой трубки, можно использовать веревку или, наконец, носовой плато! скрутив его жгутом. Удалив кровь вокруг раны, наложить несколько слоев ст! рильной марли и толстый слой ваты, а затем забинтовать. Пострадавшего сейчД же отправить в амбулаторию. ।
При глубоком порезе лица или другого места, которое неудобно для нала жения жгута, поступать следующим образом: на место ранения наложить бол! шой кусок марли; тампон должен быть крепко прижат к ране, чтобы кров! не выходила из-под него; держа тампон у раны, пострадавшего немедленн! отправить к врачу. |
Первая помощь при ожогах. Место, куда попала горячая жидкост! или которого коснулся горячий предмет, немедленно погрузить в свежеприготов! ленный раствор перманганата калия. Концентрация раствора должна быть тем больше, чем сильнее ожог. Смазать обожженное место мазью от ожога ил| вазелиновым маслом. Если же этого под руками нет, присыпать ожоги питьевой содой и забинтовать. Очень хорошее средство при небольших ожогах винный спирт. Смочив вату спиртом, приложить ее к месту ожога на 2—3 мин. В случай серьезного ожога на значительной поверхности тела приложить ко всему ожогм компресс из раствора перманганата калия или таннина и немедленно отправите пострадавшего к врачу.
При ожоге рук или лица серной кислотой быстро смыть кислоту большим количеством воды, а затем 10%-ным раствором соды. Ни в коем случае н^ смывать кислоту мылом, так как выделяющиеся при этом жирные кислоты н^ позволяют хорошо удалить кислоту.
При ожогах фтористоводородной кислотой пользоваться 2%-ным раствор ром СаСЬ или 20%-ной суспензией оксида магния в глицерине. При ожога фосфором немедленно погрузить (если это представляется возможным) обожжен! ную часть тела в раствор перманганата калия. Во всех случаях ожогов фосфо! ром немедленно отправить пострадавшего в больницу, так как возможно отрав! ление фосфором через рану.
Едкие щелочи действуют сильно прижигающим образом на кожу и слизистые) оболочки. Особенно опасно попадание даже мельчайших частиц щелочи в глаза! При поражении тела и глаз щелочью смывать ее водой до тех пор, пока участок] на который она попала, не перестанет быть скользким. Затем промыть 2%-ным! (по объему) раствором уксусной кислоты.
При поражении глаз кислотами после промывания водой промыть их 2%-ным| раствором гидрокарбоната натрия (питьевая сода).
При ожогах полости рта щелочью прополоскать рот 3%-ным раствором уксусной кислоты или 2%-ным раствором борной кислоты, а при ожогах кисло-) той прополоскать 5%-ным раствором гидрокарбоната натрия.
Оксид кальция (негашеная известь) вызывает раздражение слизистых оболочек и кожи, обжигает их (очень опасно попадание в глаза). Первая помощь' та же, что и при поражении щелочами.
Первая помощь при отравлениях. 1. Аммиак. При отравлении аммиаком немедленно дать больному вдыхать пары уксусной кислоты. Затем1 дать внутрь молоко, белок, лимонный сок или уксус.
2. Оксиды азота. При отравлении оксидами азота немедленно дать вдыхать чистый кислород. Затем больного отправить к врачу.
3. Бром. При отравлении парами брома дать сейчас же больному умеренно вдыхать пары аммиака или нюхать слабый раствор сероводородной воды. При ожоге бромом рук или лица промыть обожженное место раствором тиосульфата натрия и наложить на него ланолин или другой жир. Обратиться к врачу.
4. Бензин, бензол. При отравлении дать больному рвотное, затем произвести-искусственное дыхание и растирание тела. Нужно также дать валериановые капли.
5. Иод. При отравлении иодной настойкой дать внутрь больному крахмаль-й клейстер или 1%-ный раствор тиосульфата натрия. Дать сразу 100 мл, нЬзатем через каждые 10 мин по столовой ложке.
а 6. Метиловый спирт. При отравлении метиловым спиртом немедленно дать больному вдыхать кислород. Срочно вызвать врача.
° у. Мышьяковистые соединения. При отравлении немедленно вызвать рвоту, тем давать стаканами жженую магнезию, взмученную в воде, большое коли-чесТВо жира или масла. Больного отправить к врачу для немедленного про-„ывания желудка.
8. Моноксид углерода. При отравлении больного немедленно перевести в хорошо проветриваемое помещение, дать вдыхать кислород. Если затруднено дыхание, применять искусственное дыхание. Немедленно вызвать врача.
9. Ртутные соединения. Если произошло отравление каким-либо растворимым птутным соединением, немедленно вызвать рвоту. До прибытия врача больному дать молоко, яичный белок, лучше всего смешать их. Хорошо также дать адсорбирующий уголь в воде или гидроксид магния. Нужна немедленная медицинская помощь.
10. Свинцовые соединения. При отравлении дать внутрь раствор сульфата натрия (1: 10) или сульфата магния (1 : 10) в теплой воде, а также молоко, яичный белок, большое количество адсорбирующего угля.
П. Сероводород. При отравлении сероводородом в легких случаях — свежий воздух, в тяжелых — искусственное дыхание, кислород.
12. Диоксид серы. При отравлении больного вывести на свежий воздух; если отравление тяжелое, применить искусственное дыхание.
13. Дисульфид углерода. При отравлении парами дисульфида углерода больного немедленно перевести в другое помещение, так как необходим свежий воздух, и тотчас же вызвать врача. До прихода врача — теплые ванны, молоко, искусственное дыхание.
14. Серная кислота. При отравлении серной кислотой немедленно вызвать врача, так как необходимо промыть желудок. Дать больному выпить раствор жженой магнезии (15,0 г в 1000 мл воды), затем раствор яичного белка (пять белков на 1 л воды). Вызывать рвоту противопоказано.
15. Синильная кислота, цианистый калий. При отравлении дать рвотное и немедленно вызвать врача. Если врач далеко, делать искусственное дыхание, холодное обливание затылка с высоты 50 см и растирание. Поить концентрированным раствором глюкозы или сахара.
16. Соляная кислота, уксусная кислота. При отравлении дать внутрь жженую магнезию, молоко, маслянистые эмульсии. При стесненном дыхании применить искусственное дыхание. Обратиться к врачу. Вызывать рвоту противопоказано.
17. Фосфор. При отравлении фосфором дать пить рвотное—1 г медного купороса, растворенного в большом количестве воды (2—3 л). Давать больному кусочки льда. Нельзя давать молоко и жиры.
18. Фтороводородная кислота. При отравлении к больному немедленно вызвать врача, так как необходимо промыть желудок. Дать молоко, яичный белок, раствор хлорида кальция (10:200). Вызывать рвоту противопоказано.
19. Хлор. При отравлении хлором больного вывести на свежий воздух. Дать нюхать смесь слабого раствора аммиака с винным спиртом.
20. Хромовая кислота. При отравлении дать пить молоко, яичный белок, Раствор гашеной извести в сахарной воде. Обратиться к врачу. Вызывать рвоту противопоказано.
21. Щавелевая кислота. При отравлении немедленно дать оксид кальция в Сахарной воде, тертый мел, взболтанный с водой, углекислую магнезию. Обратиться к врачу.
Допустимая концентрация вредных газов и паров в в°3Духе лабораторных помещений, мг)л (не более):
Ацетон ^снзин £снзол ьРом .
0,2 Моноксид азота . . . 0,03 Моноксид углерода . 0,1 Нитробензол . . . . 0,002 Скипидар ............
0,005 Сероводород . . . 0,01
0,03 Фенол.......0,005
0,005 Хлор........0,001
0,003 Хлороводород . . 0,01
Предметы лабораторной аптечки по оказанию первой’ помощи (в приготовительной комнате). 1. Бинт. 2. Гигроскопичен ская вата. 3. Салфетки для компрессов. 4. Пинцет. 5. Кровоостанавливающие! жгуты (можно использовать резиновые трубки). 6. Булавки. 7. Валериановые капли. 8 Иодная настойка (5%). 9. Концентрированный раствор аммиака. 10. Пероксид водорода (3%). 11. Подсолнечное или вазелиновое масло! 12. Перманганат калия (1%-ный раствор). 13. Перманганат калия (кристалли! ческий). 14. Уксусная кислота (2%-ная). 15. Питьевая сода (10%-ный раствор)! 16. Питьевая сода (кристаллическая). 17. Крахмал (2%-ный раствор). 18. Тио| сульфат натрия (2%-ный раствор). 19. Активированный уголь. 20. Оксид магни1 (сухой). 21. Известковая вода (насыщенный раствор). 22. Глауберова сол! (кристаллическая). 23. Медный купорос (кристаллический). 24. Вазелин. 25. Meil зурка на 100 мл. 26. Столовая ложка. 27. Подушка с кислородом. )
Кроме изложенных выше общих указаний по технике безопасности, в ош|| сании соответствующих опытов приведены дополнительные меры предосторо>к1 ности, которые необходимо соблюдать, подготавливая и выполняя эти опыты! Указания по технике безопасности содержатся также в главе «Указания лек! аионным лаборантам» (стр. 309).
S-ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ
По способу заполнения энергетических уровней в атомах электронами различают четыре электронных семейства элементов: s, р» d, /. Каждое семейство характеризуется общностью свойств. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева отражает все особенности в заполнении энергетических уровней электронами.
s-Семейство составляют элементы главных подгрупп I и II групп периодической системы (IA и ПА), а также водород и гелий. Их химические свойства определяются склонностью атомов (кроме гелия) к потере одного (IA) и двух (ПА) электронов:
Ме — le->-Me+, Me — 2е-»-Ме2+
ВОДОРОД (1А ГРУППА)
Общий метод получения водорода — восстановление водорода с положительной степенью окисления:
2Н+4-2е=Н2
Водород получают из кислот, оснований, воды, метана и других природных водородсодержащих соединений.
Опыт 1. Получение водорода действием кислоты на цинк.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа, заряженный цин ком и серной кислотой 1:5. 2. Горелка. 3 Кристаллизатор с водой. 4. Цилиндр на 250—300 мл с закрывающим его стеклом. 5. Пробирка. 6. Промывная склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 7. Резиновый шланг со стеклян НОЙ трубкой, согнутой под прямым углом. 8. Металлический штатив с лапкой
Подготовка. Аппарат Киппа и обращение с ним — см. «Ука> зания лаборантам», стр 309. К аппарату Киппа присоединить для осушения водорода промывную склянку с концентрированной серной кислотой. Кристаллизатор и цилиндр наполнить водой. Зажать цилиндр в лапке штатива.
Выполнение. Открыть кран аппарата Киппа и наполнить пробирку водородом, держа ее дном кверху.
Проверить водород на чистоту, для чего пламенем горелки под
жечь его. Если он загорится, то от пробирки с горящим водородом поджечь водород, идущий из аппарата Киппа.
Реакция в аппарате Киппа
Zn+H2SO4 = ZnSO4 4- н2
Zn+2H+ = Zn2+ + H2
Наполнить цилиндр водородом и поджечь его спичкой:
2Н2+О2=2Н2О
Примечание. Если взять очень чистый цинк, то водород выделяется медленно. В этом случае в кислоту добавить несколько капель раствора сульфата меди: медь осаждается на цинке, образуется гальваническая пара, и водород выделяется быстрее.
Пламя водорода получается обычно желтоватое от стекла трубки, издали плохо видимое. Демонстрируя пламя, хорошо внести в него бумагу, которая сейчас же загорается.
Никогда не собирать водород в сосуды, содержащие воздух, так как в этом случае получится демонстрация не свойств чистого водорода, а свойств смеси водорода с воздухом (гремучий газ).
Категорически запрещается собирать водород в газометры!
Опыт 2. Получение водорода взаимодействием натрия с водой.
Оборудование и материалы. 1. Кристаллизатор. 2. Стеклянный цилиндр для собирания газов с закрывающей его стеклянной пластинкой. 3. Штатив с лапкой. 4. Горелка. 5. Мягкие медные сетки 5x5 см или марлевые мешочки. 6. Щипцы или пинцет. 7. Лучинка. 8. Натрий. 9. Дистиллированная вода,
Подготовка. Вынув сухим пинцетом или щипцами кусок натрия из банки с керосином, положить его на сложенный вдвое
лист сухой фильтровальной бумаги и осушить. Сухим ножом натрий тщательно очистить от корки (опыт с натрием, покрытым коркой, может сопровождаться взрывом). Обрезки натрия тотчас собрать и положить в специальную банку с керосином или вазелиновым маслом. От очищенного натрия ножом отрезать несколько небольших (ни в коем случае не больше горошины) кусочков. При употреблении кусочков большего,
чем горошина, размера реакция идет Рис. 1. Получение водорода взаимо- настолько бурно, ЧТО горящий нат-деиствием металлического натрия »
Р н рии выбрасывается из воды и может
V оОДии 1 1
причинить ожоги.
Кристаллизатор на три четверти наполнить дистиллированной водой. В водопроводной воде в процессе реакции обычно появляется муть (осадок гидроксида кальция, образующегося из солей кальция, содержащихся в воде, и едкого натра).
Выполнение. В кристаллизатор с водой (рис. 1) поместить наполненный водой, опрокинутый вверх дном и укрепленный в лап
ке штатива цилиндр. Куски натрия тщательно завернуть в чистую и сухую медную сетку. Края сетки захватить щипцами так, чтобы Натрий не мог выскользнуть из нее; поднести сетку с натрием под цилиндр с водой. Реакция
2 Н2О+2Na=2NaOH + Н2 2H2O4-2Na=2Na+-p2OH--|-H2
Выделяющийся водород, вытесняя воду, собирается в цилиндре. После того как весь натрий в сетке прореагирует, взять еще кусок, завернуть в новую сухую сетку и подвести под цилиндр. Так поступать до тех пор, пока весь цилиндр не заполнится водородом. Наполненный газом цилиндр под водой закрыть пластинкой и перевернуть. Приподняв пластинку, поднести к отверстию цилиндра зажженную лучину: собранный газ загорится.
Опыт 3. Получение водорода пропусканием паров воды над раскаленным железом.
Оборудование и материалы. 1. Короткогорлая плоскодонная колба на 200—250 мл с отводной трубкой. 2. Тугоплавкая трубка (длина 20—30 см, диаметр 1,5—2,0 см) с корковыми пробками. 3. Отводная трубка. 4. Кристаллизатор с водой (или пневматическая ванна). 5. Цилиндр на 250—300 мл. 6. Две горелки. 7. Железный порошок. 8. Дистиллированная вода.
Подготовка. В колбу, кристаллизатор и цилиндр налить воду. В тугоплавкую трубку насыпать тонкий слой железного порошка. Соединить прибор корковыми пробками и проверить его герметичность.
Выполнение. Приступить к нагреванию тугоплавкой трубки и колбы с таким расчетом, чтобы сначала раскалился железный порошок, а затем закипела вода. При этом начинает выделяться водород, который после удаления из прибора воздуха и проверки чистоты собрать в цилиндр. Вынув наполненный цилиндр из кристаллизатора, поджечь водород горящей лучиной. Реакция восстановления идет в три стадии:
Fe-f- Н2О == FeO+Н2
2FeO *F Н2О=Ре20з~|_Н2
FeO4-Fe2Os = Fe3O4
Прекратить нагревание сначала тугоплавкой трубки, затем колбы. Вынуть отводную трубку из кристаллизатора, чтобы избежать засасывания холодной воды в горячую тугоплавкую трубку.
Опыт 4. Получение водорода электролизом воды.
Оборудование и материалы. 1. Вольтаметр Гофмана. 2. Аккумулятор на 6—12 в или сеть переменного тока с выпрямителем и реостатом. 3. Серная кислота (15—20%). 4. Хлоркальциевая трубка. 5. Изогнутая стеклянная трубка с оттянутым концом. 6. Лакмусовые бумажки.
Подготовка. Прибор для разложения воды электрическим током называется вольтаметром Гофмана. Он состоит из двух вертикальных стеклянных трубок, соединенных через третью с шарообразной воронкой (рис. 2). Трубки сверху заканчиваются крана-Ми- В нижней части каждой трубки впаяны платиновые электро-
резиновой трубкой
Рис. 2. Получение водорода электролизом воды (вольтаметр Гофмана)
ды. Нижние концы платиновых проволок, с помощью которы: укреплены электроды, выходят из трубок наружу и служат дл соединения с проводами, идущими от источника тока.
К концу трубки, в которой собирается водород, присоединит резиновой трубкой тонкую изогнутую стеклянную трубку с оття нутым концом, а к концу трубки с кислоро дом — пустую хлоркальциевую трубку. Открьн краны, наполнить прибор через шарообраз ную воронку раствором серной кислоты, поел! чего краны закрыть. Обратить внимание на тс чтобы раствор, дойдя до кранов, не попал трубки выше кранов. Для этого перед оконча нием наполнения краны прикрыть и доливат недостающий раствор с особой осторожностью Если раствор проник в трубки выше кранов удалить его скрученной полоской фильтровал! ной бумаги.
Выполнение. Наружные концы плати новых проволок вольтаметра соединить с по люсами источника постоянного тока. Дл; правильного соединения надо заранее опреде лить положительный и отрицательный полюсь источника тока и отметить их знаками плю и минус *.
При прохождении электрического ток, через раствор в результате электролиза н, обоих электродах выделяются пузырьки гззое Газы собираются в верхней части трубок при бора. Водорода, выделяющегося на катоде должно собираться по объему в 2 раза больше чем кислорода на аноде. Обычно наблюдаете небольшое отклонение от указанного простог соотношения. Происходит это вследствие тоге что газы в каждой трубке прибора находятс: под разным гидростатическим давлением (неодинаковая высот, жидкости в трубках).
После окончания электролиза провести пробы на кислород водород. Тлеющая лучина, опущенная в хлоркальциевую трубку при открывании крана загорается ярким пламенем (кислород) Водород выпускают через трубку с оттянутым концом; подожжен ный, он горит бесцветным пламенем.
Не следует проводить электролиз повторно, предварительна не выпустив из прибора полностью ранее полученные газы. Инач
* Чтобы быстро определить знак полюса, следует полоску нейтральной лай мусовой бумаги слегка смочить раствором какой-либо нейтральной соли, поме стать на стеклянную пластинку и приложить к бумаге провода от источник постоянного тока (осторожно! остерегаться короткого замыкания проводов!) В месте соприкосновения с катодом бумага синеет, а в месте соприкосновен с анодом краснеет.
з-за случайной перемены полюсов при подключении к источнику йока может образоваться в трубках гремучий газ.
Опыт 5. Плотность водорода. Водород — бесцветный газ, без запаха и вкуса. Плотность водорода по воздуху 0,0695. При нормальных условиях 1 л водорода весит 0,0899 г. Он в 14,5 раза легче воздуха, поэтому его собирают методом вытеснения воздуха из перевернутых сосудов.
Оборудование и материалы. I. Технохимические весы. 2. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой. 3 Склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 4. Два стакана на 500—1000 мл. 5. Стеклянная согнутая под прямым углом трубка, длинное колено которой должно быть по размеру приблизительно равно высоте стакана. 6. Тонкая мягкая проволока. 7. Дробь или песок.
Подготовка. Аппарат Киппа соединить с промывной склянкой Тищенко. К склянке присоединить на резиновой трубке стеклянную трубку, согнутую под прямым углом (рис. 3). К техно-
Рис. 3. Испытание плотности водорода
химическим весам подвесить два стакана, подготовив их следующим образом. На нижнюю часть стакана надеть пояс из мягкой проволоки. От пояса с двух противоположных сторон по бокам стакана протянуть прямые проволоки, заканчивающиеся крючками; крючки зацепить за край стакана. К поясу прикрепить проволочную петлю, с помощью которой стакан подвесить вверх дном к крючку над чашкой весов. После этого весы уравновесить с помощью мелкой дроби или песка.
Выполнение. Освободив арретир, обратить внимание слушателей на то, что весы находятся в равновесии. Под один из стаканов осторожно подвести стеклянную трубку и пустить слабый ток водорода из аппарата Киппа. Водород поднимается кверху и постепенно вытесняет воздух из стакана. По мере наполнения стакана водородом чашка весов с ним поднимается. Выждав, пока
противоположная чашка весов опустится до возможного предела, ] прекратить поступление водорода; трубку, подводящую водород, ; убрать.
К стакану, наполненному водородом, поднести зажженную спичку — водород тотчас вспыхивает с небольшим взрывом (совершенно не опасно), стенки стакана запотевают.
Опыт 6. Наполнение водородом мыльных пузырей.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5). 2. Промывная склянка Тищенко с водой. 3. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. 4. Резиновая трубка с маленьким алонжем. 5. Горелка. 6. Ступка или чашка. 7. Концентрированная мыльная эмульсия. 8. Лучина. 9. Вата.
Подготовка. В ступку поместить мыльную эмульсию. В алонж внести кусочек ваты. В его отверстие вставить кружок из мыла, чтобы выдуваемый пузырь соприкасался не со стеклом, а с мылом. Для этого из куска мыла вырезать пластинку толщиной около 0,5 см и положить ее на стол. Прижать к ней широкий конец алон-жа, чтобы он врезался в мыло. В оставшемся внутри алонжа кружке сделать небольшое отверстие. Водород, которым наполняют пузыри, не должен содержать следов кислоты, так как последняя! разлагает мыло, и эластичной пленки в этом случае не получается. Алонж можно заменить резиновой трубкой.
Выполнение. Слабым током водорода образовать мыльные пузыри в ступке. Если подъемная сила (возникающая благодаря тому, что молекулярный вес водорода меньше среднего молекулярного веса воздуха) превышает действующую на пузырь силу тяготения, пузырь будет подниматься вверх, и его можно поджечь лучиной. Образующиеся в ступке пузыри можно вынуть рукой и стряхнуть или сдуть с ладони. Большие пузыри обычно летят вверх, маленькие падают вниз. Если поднести зажженную спичку к наполненным водородом пузырям на руке, происходит небольшой безопасный взрыв.
Опыт 7. Переливание водорода.
Оборудование и материалы. 1. Два стеклянных цилиндра для собирания газа. 2. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой.
Выполнение. Перевернуть цилиндр вверх дном и ввести в него трубку от аппарата Киппа. Наполнить цилиндр водородом. Не перевертывая его, приблизить к нему цилиндр с воздухом, также перевернутый вверх дном. Цилиндр с водородом медленно наклонять (рис. 4) до тех пор, пока он не окажется перевернутым отверстием вверх как раз под цилиндром с воздухом. Водород из нижнего цилиндра переходит в верхний.
Если теперь нижний цилиндр поднести к пламени горелки, то окажется, что в нем водорода уже нет. При поднесении же к пламени верхнего цилиндра происходит вспышка, сопровождающаяся небольшим взрывом (не опасно).
Опыт 8. Горение водорода.
о Штатив
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной 2. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой, с лапкой. 4. Стеклянный стакан на 1—1,5 л. 5. Сульфат меди (безводный).
Выполнение. К промывной склянке, соединенной с аппара-
том Киппа, присоединить укрепленную в лапке штатива согнутую
Рис. 5. Горение водорода
Рис. 4. Переливание водорода:
1 — цилиндр с водородом; 2— цилиндр с воздухом
под прямым углом стеклянную трубку, верхний конец которой оттянут. Пустив из аппарата Киппа умеренный ток водорода (после испытания выделяющегося газа на отсутствие гремучей смеси), поджечь его у оттянутого конца трубки (рис. 5). Пары воды, образующиеся при горении водорода, конденсируются на внутренней поверхности большого стакана, который держат наклонно над пламенем. Когда образуется достаточно капель воды, внести в стакан немного безводного сульфата меди. Посинение соли подтверждает образование воды при горении водорода.
Опыт 9. Восстановление водородом оксидов металлов.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой. 2. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. 3. Трубка из тугоплавкого стекла (диаметр 2 см, длина 40—50 см) с двумя пробками и трубочками к ним. 4. Двугорлая склянка на 200—250 мл с двумя пробками и оттянутой стеклянной трубкой. 5. Четыре фарфоровые лодочки.
Горелка с плоской насадкой. 7. Штатив с лапкой. 8. Оксид свинца (II) РЬО, Диоксид свинца РЬОг, сурик РЬ3О4, оксид меди (II) СиО.
Подготовка. К аппарату Киппа через промывную склянку присоединить трубку тугоплавкого стекла, укрепленную в лапке Штатива с небольшим наклоном в сторону, противоположную от аппарата. В трубку одну за другой поставить четыре фарфоровые водочки с оксидами свинца и меди (по 2—3 г). Трубку закрыть Пробкой, в которую вставлена согнутая стеклянная трубка, соединяющаяся с сухой двугорлой склянкой. Второе горло двугорлой 2
Ф» П. Платонов 17
склянки закрыть пробкой со вставленной в нее прямой стеклянной трубкой, конец которой оттянут (рис. 6).
Выполнение. Через трубку пропустить ток водорода, предварительно осушенного в промывной склянке. Когда водород вы-
Рис. 6. Восстановление водородом оксидов металлов:
1 — аппарат Киппа с водородом; 2 — промывная склянка сконцентрированной серной кислотой; 3—тугоплавкая трубка с лодочками, наполненными последовательно оксидом свинца (II), диоксидом свинца, суриком, оксидом меди (II); 4— двугорлая склянка для собирания капель воды
теснит из собранного прибора весь воздух (обязательна проба на отсутствие гремучей смеси!), горелкой с плоской насадкой равномерно прогреть всю трубку, а затем сосредоточить нагревание в тех местах, где находятся лодочки. Спустя некоторое время оксиды свинца и меди восстанавливаются:
РЬО+Но = РЬ+Н2О
РЬО2+2Н2 = РЬ+2Н2О
РЬ3О4+4Н2 = ЗРЬЧ-4Н2О CuO-J-H2=Cu-f-H2O
Образующаяся вода конденсируется, оседает в виде росы в холодной части трубки (наклон последней необходим для того, чтобы капли воды не стекали на нагретую часть трубки) и собирается на дне двугорлой склянки.
Прекратив нагревание трубки, продолжать пропускать слабый ток водорода до полного охлаждения трубки.
После опыта фарфоровые лодочки со свинцом и медью поместить в фарфоровую чашку или стакан, облить концентрированной азотной кислотой и слегка нагреть (под тягой!); металл растворяется в кислоте. Очищенные таким способом фарфоровые лодочки промыть водой.
Опыт 10. Восстановление водородом нитрата серебра.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5). 2. Две склянки Тищенко. 3. Склянка Дрекселя. 4. Нитрат или ацетат свинца (0,5 н. раствор). 5. Перманганат калия (щелочной раствор). 6. Нитрат серебра (0,04 н. раствор).
Выполнение. К аппарату Киппа присоединить две промыв-bie склянки Тищенко, одна из которых содержит раствор нитрата (или ацетата) свинца, другая — щелочной раствор перманганата калия. Тщательная очистка водорода необходима для того, чтобы была полная уверенность в том, что водород, идущий для опыта, не содержит никаких других восстановителей, например H2S, AsH3. Ко второй склянке Тищенко присоединить склянку Дрекселя, содержащую раствор нитрата серебра. При пропускании водорода через раствор нитрата серебра протекает реакция
2AgNO3+H2 =2 Ag+2HNO3 2Ag++H2=2Ag4-2H +
В результате реакции раствор становится кислым. Через 5— Ю мин вполне отчетливо выявляются результаты опыта: прозрач-
Рис. 7. Действие атомного и молекулярного водорода на окислители:
1 — раствор перманганата калия; 2 — раствор серной кислоты; 3 — раствор перманганата калия с гранулами цинка; 4— раствор серной кислоты; 5 — раствор дихромата калия с гранулами цинка: 6 — раствор Дихромата калия
ный бесцветный раствор постепенно темнеет и под конец становится черным от выделившегося серебра.
Опыт 11. Восстановительные свойства атомного водорода.
Оборудование и материалы. 1. Две колбы Вюрца на 250 и ^00 мл. 2. Две капельные воронки. 3. Две плоскодонные колбы на 250 и 500 мл. 4- Две резиновые и две стеклянные трубки. 5. Штатив с двумя лапками-держателями. 6. Белый экран. 7. Перманганат калия (0,005 н. раствор). 8. Дихромат калия (0,005 н. раствор). 9. Серная кислота (1:5). 10. Цинк гранулированный.
Подготовка. Две колбы Вюрца на три четверти заполнить: одну — раствором перманганата калия, другую — раствором дихромата калия. В колбы осторожно опустить по нескольку кусочков цинка. Закрыть пробками, через которые проходят капельные

воронки. Колбы укрепить на штативе (рис. 7). В капельные воронки налить раствор серной кислоты.
На боковые трубки колб Вюрца надеть резиновые трубки со вставленными прямыми стеклянными трубками. Стеклянные трубки опустить в плоскодонные колбы. В одну из колб налить подкисленный раствор перманганата калия, в другую — подкисленный раствор дихромата калия.
Выполнение. В колбы Вюрца из капельных воронок добавить раствор серной кислоты. Образующийся атомный водород активно реагирует с растворами, окраска которых скоро изменяется. Избыток водорода, не вступившего в реакцию с растворами в колбах, в молекулярном состоянии поступает в плоскодонные колбы; оп не производит на растворы действия. В процессе опыта протекают реакции:
Zn+2H + -^Zn2++2H, 2Н->Н2
5
MnOj4-5e+8H + ->Mn2++4H2O
Н — 1е-*Н +
МпО7+5Н4-ЗН+ ->Мп2++4Н2О
1 Сг90?~+6е+14Н+->2Сг3+4-7Но0
Л < 3
6 Н — 1е->Н+
Сг9О?“+6Н+8Н+ 2Сг3+4-7Н„О
Опыт 12. Получение и взрыв гремучего газа.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 250—300 мл с резиновой пробкой. 2. Кристаллизатор. 3. Штатив с лапкой. 4. Источник электрического тока. 5. Реостат. 6. Горелка. 7. Полотенце. 8. Серная кислота (15—20%-ный раствор).
Подготовка. Получить гремучий газ можно в приборе, изображенном на рис. 8. Он состоит из небольшой толстостенной бан-
^ис. 8. Получение
и взрыв гремучего газа
ки, в которую на три четверти налит раствор серной кислоты. Горло банки плотно закрыто резиновой пробкой, через которую проходят две стеклянные трубки. В нижние концы трубок вплавлены платиновые проволочки, а к последним припаяны платиновые электроды. В трубки налить немного ртути, погрузить в нее концы проводов, идущих от источника тока. В середину пробки вставить изогнутую газоотводную трубку. Цилиндр наполнить доверху водой, закрыть пробкой и, опрокинув, погрузить в кристаллизатор с водой. Вынув под водой пробку, закрепить цилиндр лапкой в штативе.
Выполнение. Провода, идущие от
Прибора, соединить с источником тока. Начинается электролиз. Газы, выделяющиеся на электродах (водород и кислород), подни-
н о смеси
ясь вверх, поступают в стеклянную трубку. Выждав некоторое Ма мя, пока воздух из прибора не будет вытеснен, свободный конец бки подвести под горло цилиндра в кристаллизаторе. Наполнив Т линдр гремучим газом, закрыть его под водой пробкой, вынуть Ц воды, обернуть полотенцем и, поднеся к пламени горелки, открыть цилиндр — происходит взрыв гремучего газа.
Примечание. Для демонстрации взрыва гремучего газа цилиндр можно полнить отдельно взятыми газами: водородом и кислородом (в объемных Сношениях 2:1). На цилиндре заблаговременно сделать метки объемов газовой -и. Электроды в приборе можно брать также никелевые или железные. Электроды для уменьшения сопротивления расположить поближе один к другому, но таким образом, чтобы они ни в коем случае не могли соприкоснуться: из-за соприкосновения может образоваться искра и произойдет опасный взрыв!
Взрыв гремучего газа в цилиндре можно вызвать также каталитическим действием губчатой платины. Для этого небольшой комочек прокаленного платинированного асбеста пинцетом ввести в цилиндр с гремучей смесью, держа цилиндр кверху дном. Взрыв происходит через несколько секунд.
Опыт 13. Взрыв гремучего газа в мыльных пузырях.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения гремучего газа (см. рис. 8). 2. Ступка. 3. Горелка. 4. Источник тока. 5. Реостат. 6. Концентрированная мыльная эмульсия.
Подготовка. Перед началом опыта в отводной трубке прибора для получения гремучего газа закрыть пластинкой мыла толщиной около 0,5 см отверстие трубки. В мыле тонким гвоздем сделать дырку. Наполнить ступку мыльной эмульсией.
Выполнение. Соединить прибор с источником электрического тока. Выделяющиеся газы некоторое время не собирать, а затем под отверстие трубки подставить ступку с мыльной эмульсией. Собрав немного гремучего газа в мыльные пузыри, отключить ток и отставить ступку в сторону (внимание!). Поднеся зажженную спичку к пузырям, взорвать находящийся в них гремучий газ. Можно вновь набрать в мыльные пузыри гремучий газ, поместить их на ладонь и поджечь спичкой.
Опыт 14. Взрыв смеси водорода с воздухом.
а. Взрыв в жестяной банке.
Оборудование и материалы. 1. Банка из-под консервов (лучше на 1 л). 2. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5). 3. Резиновая отводная трубка. 4. Гвоздь диаметром 1 мм. 5. Квадраты бумаги 1—1,5 см2.
Подготовка. В дне банки проколоть шилом отверстие диаметром около 1 мм. Заклеить отверстие смоченным квадратом бумаги.
Выполнение. Поставить банку на стол дном кверху. Трубку От аппарата Киппа ввести в банку, приподняв один край ее, и пустить сильный ток водорода 2—3 мин. Вынуть трубку, подводящую водород в банку. Проткнуть бумажку гвоздем и к отверстию банки поднести зажженную длинную лучинку (не спичку!), отверстия загорается небольшим пламенем выходящий из банки подород. Пламя часто бывает почти невидимым. По мере того как Перез щель между краем банки и столом в банку набирается воз-ДУх, горение сопровождается тонким «писком»; когда в банку с
водородом поступит достаточно воздуха, происходит громкий взрыв и банка летит вверх. Опыт не опасен.
б. Взрыв в стеклянной банке.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком серной кислотой (1:5). 2 Трехгорлая склянка на 2 л. 3. Прямая стеклянна трубка (диаметр 1 см, длина 1 м). 4. Стеклянная трубка, согнутая под прямьи углом, с краном. 5. Горелка. 6. Широкая пробирка, свободно надевающаяся н. трубку прибора.
Подготовка. В одно из крайних отверстий склянки вставит] на пробке согнутую под прямым углом стеклянную трубку (с кра
Рис. 9. Взрыв гремучей смеси в стеклянной банке

ном), доходящую до дна склянки. Другое крайнее отверстие склянки закрыть пробкой. В пробку закрывающую среднее отверстие склянки, плотнс вставить длинную прямую стеклянную трубку нг 2—3 см ниже пробки (рис. 9).
Выполнение. Прибор резиновой трубкой со единить с аппаратом Киппа. Пустив ток водорода через несколько секунд надеть на конец длинно! трубки прибора пробирку. Затем пробирку снят! и поджечь собравшийся в ней водород от пламен! горелки. Поднося перевернутую пробирку с горящиь водородом к прибору, поджечь газовую струю у от верстия длинной трубки (газ может загореться ш сразу, так как сначала идет воздух, а затем грему чая смесь, поэтому испытание струи водорода подобным образом приходится производить не одш раз). Когда водород будет подожжен, одновремен но закрыть краны у аппарата Киппа и у склянки Вынуть пробку из третьего горла склянки. Газ неко торое время продолжает гореть спокойно. Затер пламя его постепенно уменьшается, начинает мигат и «бежит» по трубке в склянку. Как только плам! проникнет внутрь склянки, происходит взрыв.
Если в длинную трубку вставить медную сетю и снова проделать опыт, то взрыва не происходит вследствие погло щения тепла медной сеткой. Опыт вполне безопасен. Из предосто рожности склянку можно поставить в широкий вегетационны сосуд. Медная сетка в лампе Деви играет аналогичную роль, предупреждая взрыв гремучей смеси метана с воздухом в шахтах.
Опыт 15. Пламя гремучего газа. Смесь водорода и кислорода гремучая, при поджигании ее происходит взрыв. Применяя специальную горелку, можно получить безопасное спокойное водородно кислородное пламя, обладающее температурой около 2000° С. Така: горелка состоит из двух металлических трубок, вставленных одн.
о2
Н2
Рис. 10. Горелка для сжигания гремучег газа
в другую (Рис- 10)- В наружную трубку пускают водород, который заполняет кольцеобразное пространство между обеими трубками. Во внутреннюю трубку направляют ток кислорода. Газы встречаются и перемешиваются друг с другом только у выходного отверстия трубок; будучи подожжена, смесь сгорает спокойным пламенем. Регулируя ток обоих газов, получают длинное и острое пламя гремучего газа.
Оборудование и материалы. 1. Специальная горелка (см. рис. 10). 2. Баллон или газометр с кислородом. 3. Аппарат Киппа для получения водорода. 4. Штатив с лапкой. 5. Металлические щипцы. 6. Чашка или сковородка с сухим песком. 7. Проволока медная и железная. 8. Железная пластинка.
Подготовка. Горелку укрепить в лапке штатива под углом около 20° к поверхности стола. На стол поставить чашку (или
Рис. И. Пламя гремучего газа:
1 — железная пластинка; 2 — горелка Для гремучего газа
сковородку) с сухим песком. Внутреннюю трубку горелки соединить с баллоном или газометром, содержащим кислород. К боковому отверстию внешней трубки присоединить аппарат Киппа, в котором получают водород.
Выполнение. Пустив в горелку сильный ток водорода, поджечь его у отверстия горелки. Затем, осторожно открывая кран газометра, пустить в горелку ток кислорода — сначала слабый, потом постепенно усиливающийся. Регулируя поступление газов, получают спокойное пламя. В пламя внести кусочек медной проволоки. Медь плавится (т. пл. 1083°С). Капли расплавленного металла капают в чашку с песком. Плавится также и железная проволока (т. пл. 1515° С), которая при этом горит, разбрасывая искры.
Железную пластинку, взятую металлическими щипцами, внести 'в пламя и держать неподвижно, сосредоточивая нагревание в одном месте. Вскоре пластинка проплавляется. /Медленно перемещая пластинку, ее можно разрезать пламенем (рис. 11).
Опыт можно видоизменить, заменив специальную горелку обычной паяльной горелкой, а водород — светильным газом.
Опыт 16. Окклюзия водорода платиной. Каталитическое воспламенение водорода. Водород способен поглощаться некоторыми металлами, например никелем, железом, медью, особенно платиной и палладием (последним до 900 объемов).
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5) 2. Промывные склянки с растворами перманганата калия (1 : 10), подкисленным серной кислотой, гидроксида натрия (1 :5), нитрата свинца (1 : 10) и концентрированной серной кислотой. 3. Щипцы или пинцет. 4. Платинированный асбест. 5. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом, с оттянутым концом. 6. Металлический штатив с муфтой. 7. Горелка.
Подготовка. Чтобы не «отравлялась» платина, водород хорошо очистить от примесей. Для этого на его пути поставить промывные склянки с указанными выше растворами.
Выполнение. Отрегулировать ток водорода, проверить его на отсутствие гремучей смеси и поджечь пламенем горелки. Взять пинцетом комочек платинированного асбеста и подержать его некоторое время в пламени водорода. Зажимая пальцами резиновую трубку, погасить пламя водорода и вновь зажечь водород уже платинированным асбестом. Проделать это несколько раз.
Примечание. На кафедре неорганической и аналитической химии ТСХА в музее имени почетного академика И. А. Каблукова имеется экспонат — прибор, носящий название «Огниво Деберейнера», сконструированный ученым в 1823 г. и работающий на принципе окклюзии водорода платинированным асбестом (губчатой платиной). Прибор состоит из стеклянного сосуда, закрытого крышкой, к которой прикреплен другой стеклянный сосуд в форме колокола; этот сосуд закрыт пробкой, в которой находится узкая трубка,. снабженная краном; в сосуде подвешен на проволоке кусочек цинка.
Налив во внешний сосуд серную кислоту (1 :5), опустить в него колоколообразный сосуд с цинком. При этом выделяется водород. Если теперь открыть кран, то струя водорода будет выходить и направляться на платинированный асбест, помещенный в небольшом с одной стороны открытом цилиндре; платинированный асбест, сгущая в своих парах водород, раскаляется и зажигает его (настольная водородная зажигалка). Платина в данном случае играет роль катализатора.
Опыт 17. Карбюрирование водородного пламени. Водород, как известно, горит бесцветным, несветящимся пламенем. Если же к водороду примешаны пары таких жидкостей, как бензол, бензин и др., то при горении смеси пламя становится светящимся.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа для получения водорода. 2. Склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 3. U-образ-ная трубка с боковыми отростками. 4. Капельная воронка. 5. Штатив с лапкой. 6. Бензол СбНб- 7. Вата.
Подготовка. К промывной склянке, соединенной с аппаратом Киппа, присоединить укрепленную в лапке штатива U-образ-ную трубку, в середину которой помещена (неплотно) сухая вата. В пробку, закрывающую одно отверстие трубки, вставить капельную воронку с бензолом. Другое отверстие трубки закрыть проб-1 кой. К боковому отростку присоединить согнутую под прямым углом стеклянную трубку, конец которой слегка оттянут (рис. 12).'
Выполнение. Пропустив из аппарата Киппа через собранный прибор водород, поджечь газ у оттянутого конца трубки (сделать предварительную пробу на отсутствие гремучей смеси!); водород горит несветящимся пламенем. После этого из капельной во-
Рис. 12. Карбюрирование водородного пламени
ронки в U-образную трубку ввести немного бензола, который смачивает находящуюся в ней вату. Водород, проходя через слой ваты, увлекает с собой пары бензола, и пламя его становится светящимся (свечение пламени объясняется тем, что бензол при высокой температуре разлагается, выделяя углерод в виде твердых частичек, которые, прежде чем сгореть, накаливаются и испускают свет).
Препараты и таблицы для обозрения водорода и его соединений
Водород. Возможные гидриды металлов. Углеводороды. Горелка гремучего газа.
Таблицы. Физические свойства водорода. Схема происхождения водородного спектра. Изотопы водорода. Схема превращения водорода в гелий на Солнце.
ЛИТИЙ, НАТРИЙ, КАЛИЙ, РУБИДИЙ, ЦЕЗИЙ (IA ГРУППА)
У всех щелочных металлов небольшая плотность, малая твердость, низкие температуры плавления, хорошая электропроводность. Некоторые константы их:
^°рядковый номер ......
Томный вес
Li Na К Rb
3 11 19 37
6,939 22,9898 39,102 85,47
Cs
55 132,905
Li Na К Rb Cs
Радиус атома, А 1,37 1,86 2,36 2,43 2,62
Ионизационный потенциал, в 5,39 5,14 4,34 4,18 3,89
Плотность, г/см? 0,53 0,97 0,86 1,53 1,9
Температура плавления, °C . 179 98 63 39 29
Температура кипения, °C . . 1350 883 760 686 685
Щелочные металлы получают электролизом их расплавленных хлоридов. На воздухе они быстро окисляются. Поэтому для получения препаратов калия и натрия с блестящей поверхностью на лекции можно использовать следующие опыты.
Опыт 18. Получение натрия с блестящей поверхностью.
Оборудование и материалы. 1. Пинцет. 2. Нож. 3. Горелка. 4. Пробирка, в которую вставлена пробирка с меньшим диаметром и более короткая. 5. Пробка, подогнанная к внешней пробирке. 6. Натрий. 7. Фильтро^ вальная бумага. 8. Парафин.
Подготовка. Вымыть и высушить пробирки. Расстояние между внутренней стороной стенки внешней пробирки и наружной стенкой внутренней пробирки 2—3 мм. Высота внутренней пробирки на несколько миллиметров ниже внешней пробирки — так, что бы закрывалась пробкой внешняя пробирка (пробку подогнан заранее).
Выполнение. Осушить фильтровальной бумагой и очистит! ножом от оксидов кусочки натрия общим объемом 1—2 см3. Пин цетом поместить их во внешнюю пробирку. Куски натрия накрыт! внутренней пробиркой. На слабом огне нагреть пробирку до рас плавления натрия. Как только натрий расплавился, он растекается между стенками пробирок. После этого внешнюю пробирку крыть пробкой, занарафинировать или залить менделеевской мазкой. В таком состоянии натрий имеет серебряный блеск.
Аналогично получают калий с блестящей поверхностью.
Опыт 19. Сравнительная химическая активность щелочных таллов.
з
м
Оборудование и материалы. 1. Три больших кристаллизатор;
2. Три бюкса с керосином. 3. Нож. 4. Пинцет. 5. Защитное стекло в рамке ручкой. 6. Три подъемных столика. 7. Литий, натрий, калий. 8. Фильтровальна бумага. 9. Фенолфталеин. 10 Дистиллированная вода.
Подготовка. Отрезать ножом под керосином по маленькс му кусочку (с горошину) лития, натрия и калия. Поместить их бюксы (с этикетками), наполненные керосином. Наполнить крг сталлизаторы на три четверти дистиллированной водой,
Примечание. Так как очень часто студенты просят повторить опыт, то кусо* ков щелочных металлов заготовить несколько. Защитное стекло можно замени! воронкой (диаметр ее больше, чем диаметр кристаллизатора).
Выполнение. Кристаллизаторы с водой поставить на подъем ные столики. Кусочки лития, натрия и калия вынуть из бюксо пинцетом, обсушить фильтровальной бумагой и бросить в кристаЛ лизаторы. Наблюдать за ходом реакции через защитное стекле Защитное стекло необходимо, так как в конце реакции происходи
большой взрыв, сопровождающийся разбрызгиванием остатков н деленных металлов. После опыта прилить в кристаллизаторы °нгтвор фенолфталеина:
Р 2Li+2H2O=2LiOH+H2
2Li+2H2O=2Li++2OH“+H2
2Na-f~2H2O =2NaOH4-H2
2Na+2H2O=2Na++2OH“+H2
2K+2H2O=2KOH+H2
2K+2H2O=2K++2OH”-I-H2
Примечание. Чтобы при движении кусочков лития и натрия по воде не тратилась энергия, положить их на кювет из фильтровальной бумаги. В этом случае воспламеняется водород в кристаллизаторе с натрием. Калий воспламеняется без бумажной подкладки.
Опыт 20. Окрашивание пламени щелочными металлами.
Оборудование и материалы. 1. Три пробирки с платиновыми проволоками, опущенными в 2н. соляную кислоту. 2. Три бюкса с насыщенными растворами хлоридов лития, натрия и калия. 3. Горелка.
Подготовка. На концах платиновых проволок с помощью тонкого гвоздя сделать два-три витка спирали. Зажечь горелку.
Выполнение. Очищенную многократной промывкой в соляной кислоте и прокаливанием платиновую проволоку (для каждой соли отдельно) внести последовательно в насыщенные растворы солей калия, натрия, лития и затем в несветящееся пламя газовой горелки. Калий окрашивает пламя в фиолетовый, натрий — в желтый и литий — в малиновый цвет. Летучие соли рубидия и цезия окрашивают бесцветное пламя горелки в розово-фиолетовый цвет.
Опыт 21. Пероксид натрия.
Оборудование и материалы. 1. Сухая банка на 2—3 л. 2. Алюминиевая чайная ложка. 3. Банка с хорошо подогнанной пробкой. 4. Горелка. 5. Газометр с кислородом. 6. Нож. 7. Пинцет. 8. Натрий.
Подготовка. Алюминиевую ложку согнуть под прямым углом. К ручке приделать длинную деревянную ручку. Стеклянную банку наполнить кислородом. Зажечь горелку.
Выполнение. Из газометра наполнить сухую банку кислородом. Вырезать ножом кусочки натрия общим объемом с горошину. Фильтровальной бумагой удалить керосин. Пинцетом полошить кусочки натрия в ложку. На воздухе пламенем горелки расплавить и зажечь натрий. После этого спокойно, не спеша, опустить ложку в заполненную кислородом банку. Можно одновременно с прением натрия в банку через трубку из газометра пропускать кислород. Образующийся пероксид натрия поместить в приготовленную баночку и крепко закрыть. Уравнение реакции
2Na4~O2 = Na2O2
Опыт 22. Взаимодействие пероксида натрия с водой.
2 ^.Оборудование и материалы. 1. Пипетка с резиновым баллоном. • Узкий стакан на 50—100 мл. 3. Ложечка. 4. Подъемный столик. 5. Горелка. • Пероксид натрия. 7. Вода. 8. Лучина.
Выполнение. Положить в стакан ложечку пероксида натрия Капнуть из пипетки несколько капель воды и внести в стака! тлеющую лучину. Лучина вспыхивает, указывая на образование кислорода:
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
2N а2 О2+2 Н2О = 4Na++4ОН“+О2 I
В охладительной смеси (вода со льдом) реакция идет с образа ванием пероксида водорода:
Na2O24-2H2O=2NaOH+H2O2
NasO2+2H2O=2Na++2OH~+H2O2
Опыт 23. Взаимодействие пероксида натрия с фильтровальной бумагой.
Примечание. Все смеси с пероксидом натрия готовят на лекции. Категория» ски запрещается готовить их заблаговременно и хранить!
Оборудование и материалы. 1. Пипетка с резиновой грушей) 2. Штатив с асбестовой сеткой. 3. Шпатель (или ложечка). 4. Пероксид натрия 5. Фильтровальная бумага.
Выполнение. Положить на асбест сложенный вдвое лищ фильтровальной бумаги (не писчая бумага). Насыпать на бумагу ложечку пероксида натрия и разровнять ее слоем в 2—3 мм. Доба< вить из пипетки одну-две капли воды. Быстро выделяется кислород и бумага загорается.
Опыт 24. Взаимодействие пероксида натрия с ватой.
Выполнять аналогично опыту 23, только фильтровальную бумагу заменить слоем ваты.
Опыт 25. Взаимодействие пероксида натрия с древесными опил^ ками.
Оборудование и материалы. 1. Ложечка. 2. Пипетка с резиновой грушей. 3. Асбестовая сетка. 4. Подъемный столик. 5. Пероксид натрия. 6. Сухие древесные опилки.
Выполнение. На асбестовой сетке приготовить смесь приблЫ зительно из 20 г сухого пероксида натрия с половинным объемом сухих древесных опилок. Осторожно размешать сухой стеклянной палочкой и сгрести в кучку. В середине кучки сделать палочкой углубление и внести туда из пипетки 2—3 капли воды. Опилкй воспламеняются и сгорают.
Опыт 26. Взаимодействие пероксида натрия с уксусной кислотой^
Оборудование и материалы. 1. Ложечка. 2. Сухая пипетк! с резиновой грушей. 3. Маленькая фарфоровая чашка. 4. Пероксид натрия! 5. Ледяная уксусная кислота.
Выполнение. В фарфоровую чашку поместить немного nepoj ксида натрия и влить из пипетки 1—2 капли ледяной уксусной кислоты. Происходит ослепительная вспышка. Уравнение реакции 2Na2O2+HC2H3O2 = 4NaOH+2CO ]
Опыт 27. Взаимодействие пероксида натрия с алюминием.
Оборудование и материалы. 1. Ложечка. 2. Пипетка с резиновой грушей. 3. Две асбестированные сетки. 4. Стеклянная палочка. 5. Пероксид натрия. 6. Алюминиевая пыль.
Выполнение. На две асбестированные сетки насыпать понемногу смеси из равных объемов алюминиевой пыли и пероксида натрия. В одну порцию внести из пипетки несколько капель воды. Смесь воспламеняется и сгорает со вспышкой. К другой порции прикоснуться раскаленной стеклянной палочкой. Смесь энергично сгорает:
2 A14-3Na2O2 = Al2O34-3Na2O
A12O3+N а2О=2N а А1О2
Опыт 28. Получение соды аммиачным методом по Сольве.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр»на 250—300 мл. 2. Аппарат Киппа с диоксидом углерода. 3. Хлорид натрия, 4. Карбонат аммония. 5. Дистиллированная вода. 6. Магнитная или другая мешалка.
Подготовка. Заблаговременно приготовить 200 мл насыщенного раствора хлорида натрия. Слить с осадка раствор. Внести в этот раствор карбонат аммония до насыщения. Насыщенный раствор (без осадка) слить в цилиндр на 250—300 мл.
Выполнение. В цилиндр с насыщенными растворами пустить из аппарата Киппа ток диоксида углерода. Выпадает гидрокарбонат натрия:
(NH4)2 CO3+H2O+CO2-2NH4HCO3
СО^“ + Н2О+СО2 = 2 НСО7
NaCl+NH4HCO3 NH4Cl-f-NaHCO3
Na+4-HCO7 NaHCO3
Выделившийся гидрокарбонат натрия можно отфильтровать и прокаливанием перевести в карбонат натрия:
2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
Второй вариант получения соды по Сольве. Приготовить 200 мл 10%-ного водного раствора аммиака, насытить его поваренной солью, профильтровать, а затем насытить чистой двуокисью углерода из аппарата Киппа. Цилиндр или колбу, где идет насыщение, закрыть тампоном из ваты с марлей. Реакция
H2O+NH3+NaCl+CO2 = NH4Cl+NaHCO3
Н O-J-NH 4-Na++CCL = NH^-j-NaHCO„
Примечание. Ввиду того, что гидрокарбонат натрия образуется медленно» лучше опыт объяснить и приступить к его выполнению в начале лекции.
Опыт 29. Очистка хлорида натрия.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 200—300 мл. 2. Фарфоровая воронка (Бюхнера). 3. Фарфоровая чашка. 4. Сушильный шкаф. 5. Водоструйный насос с колбой Бунзена. 6. Хлорид натрия. 7. Соляная кислота Ьл. 1,19).
Подготовка. Приготовить насыщенный раствор продажной п°варенной соли (если нужно, то предварительно профильтровать).
Выполнение. К насыщенному раствору хлорида натрия добавить концентрированную соляную кислоту (рис. 13). Выпавшие кристаллы хлорида натрия отделить на воронке Бюхнера, промыть
на ней небольшим объемом концентрированной соляной кислоты и высушить в чашке в сушильном шкафу.
Опыт 30. Получение амальгамы натрия.
Оборудование и материалы. 1. Ступка с большим пестиком. 2. Шиппы. 3. Чашка. 4. Банка для амальгамы. 5. Сухая ртуть. 6. Натрий. 7. Фильтровальная бумага. 8. Целлофан прозрачный.
Подготовка. Во время работы тщательно соблюдать все меры предосторожности, требуемые в обращении с натрием и ртутью. Амальгаму получать под тягой, в защитных очках и резиновых перчатках.
На пестик надеть защитный целлофановый кружок несколько большего диаметра, чем ступка. Из предосторожности не наклоняться над ступкой.
Выполнение. Поместить в ступку около 5 мл сухой ртути, натрия вырезать кубик с гранями кусочки менее горошины. Осушив
Рис. 13. Получение чистого хлорида натрия действием концентрированной соляной кислоты на насыщенный раствор поваренной соли: I — насыщенный раствор поваренной соли; 2 — концентрированная соляная кислота; 3 — кристаллический хлорид натрия
Из середины большого куска около 1 см. Нарезать его Нс
фильтровальной бумагой, поместить их щипцами на ртуть и прижать пестиком ко дну ступки. Реакция натрия с ртутью сопрово-; ждается шипением и вспышками. Оставшийся натрий добавлять небольшими порциями аналогичным образом. Если амальгама содержит 4% натрия, то при охлаждении она затвердевает так, что ее можно резать на куски и помещать в банку. Если нужна жидкая амальгама, то к твердой амальгаме можно добавить ртуть.
Препараты для обозрения щелочных металлов и их соединений
Литий. Натрий. Калий. Жидкий сплав натрия и калия. Оксиды и гидроксиды щелочных металлов. Фториды, хлориды, бромидь и иодиды лития, натрия, калия, рубидия и цезия. Нитраты, нитриты, сульфаты, сульфиды, карбонаты, фосфаты, ацетаты и оксалать щелочных металлов. Тартрат-калия-натрия (сегнетова соль). Тетра борат натрия (бура). Большие кристаллы каменной соли. Нефелин Мирабилит. Препараты соды: каустическая NaOH, кальцинированная Na2CO3, кристаллическая Na2CO3-ЮН2О, питьевая NaHCO3. Калийные удобрения: сильвин КС1? сильвинит (KCl-NaCl), карнал-
лИт КО • MgCl2 • 6Н2О, каинит КО • MgSO4 • ЗН2О, шенит
K2SO4-MgSO4-6H2O, полигалит K2SO4-MgSO4-CaSO4-2H2O, 40%-ная калийная соль КО, калийная селитра KNO3.
БЕРИЛЛИЙ, МАГНИЙ, КАЛЬЦИЙ, СТРОНЦИЙ, БАРИЙ, РАДИЙ (НА ГРУППА)
Некоторые константы элементов ПА группы:
Be Mg Са Sr Ba Ra
Порядковый номер .... 4 12 20 38 56 88
Атомный вес 9,0122 24,312 40,08 87,62 137,34 [226}
Радиус атома, А Ионизационный потенциал 1,040 1,279 1,690 1,836 2,060 •—.
первого электрона, в . . 9,32 7,64 6,11 5,69 5,19 5,28
Плотность, г/см? 1,85 1,74 1,54 2,63 3,5 (5)
Температура плавления, °C 1284 651 851 771 710 700
Температура кипения, °C . 2474 1107 1487 1357 1637 1340
Элементы ПА группы (кроме радия) — легкие металлы. Имеют сравнительно высокие температуры плавления и кипения. Относятся к s-элементам. Обладают (кроме бериллия) ярко выраженными металлическими свойствами, уступая в этом только щелочным металлам Металлический характер усиливается от бериллия к радию вследствие последовательного увеличения радиусов атомов. На внешнем электронном уровне их атомов два s-электрона (ns2, где п — номер периода).
Опыт 31. Амфотерные свойства гидроксида бериллия.
Оборудование и материалы. 1. Три бокала или стакана на 250мл. 2. Три стеклянные палочки. 3. Три подъемных столика. 4. Хлорид бериллия (0,5 н. раствор). 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 6. Соляная кислота (2 н раствор).
Выполнение. К 40—50 мл раствора хлорида бериллия прибавить медленно 2 н. раствора гидроксида натрия до образования белого осадка. Осадок взболтать и разлить в три бокала. Содержимое первого бокала обработать 2 н. соляной кислотой до растворения осадка. Содержимое второго бокала обработать 2 н. раствором гидроксида натрия до растворения осадка. Содержимое третьего бокала оставить для сравнения.
Белый аморфный гидроксид бериллия очень мало растворим в воде. Он имеет амфотерный характер. Растворимая его часть диссоциирует по суммарной схеме:
Ве2++2ОН~ 7± Be (ОН)2^± Н2ВеО2 2Н++ВеО^~ или
Ве2++2ОН~ Be (ОН)24-2ОН~ zt [Be (CH)4J2-
В соответствии с амфотерным характером гидроксид бериллия растворяется в сильных щелочах и в кислотах;
Be (OH)2+2NaOH-Na?BeO2+2H2O
Be (ОН)2+2ОН~ = ВеО|~+2Н2О
Be (ОН)24-2НС1 = BeCl2+2H2O
Be (OH)24-2H+ = Be2++2H2O
Опыт 32. Образование оксида магния.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая чашка. 2. Горелкг 3. Металлические щипцы. 4. Темные очки. 5. Лента магния. 6. Фенолфталещ 7. Дистиллированная вода.
Подготовка. Очистить шкуркой ленту магния (15—20 см) протереть ее фильтровальной бумагой. Из очищенной ленты сделат спираль, туго накручивая на стеклянную палочку.
Выполнение. Спираль из ленты магния взять металлическ! ми щипцами и поджечь, держа над сухой фарфоровой чашко! Магний энергично сгорает, испуская очень яркий свет, богаты ультрафиолетовыми лучами. Образующийся белый порошок окси/ магния собрать в фарфоровой чашке, обработать небольшим кол) чеством воды и несколькими каплями фенолфталеина. Розова окраска указывает на щелочной характер оксида магния:
2Mg4-O2=2MgO
MgO+H2O=Mg (ОН)2
Чтобы не слепило глаза, при горении магния надеть темны очки.
Опыт 33. Получение гидроксида магния и испытание его свойст
Оборудование и материалы. 1. Четыре стакана на 250—300 м 2. Четыре стеклянные палочки. 3. Хлорид магния (0,5 н. раствор). 4. Гидрока натрия (2 н. раствор). 5 Соляная кислота (2 н. раствор). 6. Фенолфталеи 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. В стакан налить 50—60 мл хлорида магнш прибавить раствор гидроксида натрия до образования осадка гидр< ксида магния. Прилить равный объем дистиллированной водг
Взболтать и разлить на четыре стакана. Содержимое одного стакан
обработать соляной кислотой до растворения осадка, второго — ра твором хлорида аммония до растворения осадка, третьего — раств< ром гидроксида натрия; к четвертому прилить 3—5 капель фено, «фталеина:
Mg (OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O
Mg (OH)2+2H+==Mg2++2H2O
Mg (OH)2+2NH4Cl=MgCl2+2NH4OH
Mg (OH)24-2NH+=Mg2++2NH4OH
В третьем стакане осадок не растворяется в отличие от гидр ксида бериллия. Следовательно, гидроксид магния не обладает амф терными свойствами. В четвертом стакане фенолфталеин показывай щелочную реакцию.
Опыт 34. Горение магния в парах воды.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 2—3 2. Металлические щипцы. 3. Треножник с сеткой и горелкой. 4. Наждачн; шкурка. 5. Темные очки. 6. Стеклянная палочка. 7. Лента магния. 8. Фено фталеин. 9. Дистиллированная вода.
Подготовка. Очистить шкуркой ленту магния (20—30 см) и .потереть ее фильтровальной бумагой. Из очищенной ленты сделать стеклянной палочке спираль. Налить в колбу дистиллированную ^оду на одну треть высоты.
Выполнение. Воду в конической колбе кипятить до тех пор, оКа не останется 2—3 см по высоте. Не прекращая кипячения, рзять спираль ленты магния металлическими щипцами, поджечь опустить в пары воды. Наблюдать горение магния в парах воды. Обратить внимание на желтые языки пламени горящего водорода, {<оТорые появляются на выходе из горла колбы. После прекращений прения в колбу прилить 3—5 капель фенолфталеина:
Mg+H2O=MgO+H2 (в парах воды)
2Н2+О2=2Н2О (на выходе из горла колбы)
MgO+H2O=Mg (ОН)2 (в колбе)
Опыт 35. Горение магния в диоксиде углерода.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа. 2. Промывная склянка Тищенко с водой. 3. Промывная склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 4. Стакан на 1 л. 5. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом (по высоте стакана). 6. Резиновая трубка. 7. Металлические щипцы. 8. Горелка. 9. Лучина. 10. Темные очки. 11. Лента магния. 12. Мрамор. 13. Фенолфталеин. 14. Соляная кислота (2 н. и 1:4). 15. Серная кислота (пл. 1,84).
Подготовка. Заблаговременно зарядить аппарат Киппа мрамором и соляной кислотой (1:4). Присоединить к аппарату промывные склянки с водой (для удержания хлористого водорода) и серной кислотой (для осушения газа). Присоединить ко второй промывной склянке резиновую трубку со стеклянной трубкой, согнутой под прямым углом. Магниевую ленту длиной 40—50 см свернуть в спираль, туго накручивая ее на стеклянную палочку.
Выполнение. Опустить стеклянную трубку в стакан до дна. Наполнить стакан диоксидом углерода из аппарата Киппа. Убедиться с помощью горящей лучины (потухание) в том, что стакан наполнен Диоксидом углерода полностью. Взять щипцами спираль магниевой Денты, зажечь ее пламенем горелки и опустить в стакан. Магний горит в диоксиде углерода, потрескивая. Во время горения магния ток диоксида углерода не прекращать. Дно и стенки стакана покрываются оксидом магния и частицами угля:
2Mg+CO2=2MgO+C
Прилить немного воды и 2—3 капли фенолфталеина, чтобы убедиться, что оксид магния имеет щелочной характер:
MgO+H2O=Mg (ОН)2
• Ч
Далее в стакан налить немного 2 н. соляной кислоты, при этом °^сид магния растворяется, и оставшийся без изменения уголь становится более заметным:
MgO4-2HCl=MgCl2+H2O
MgO+2H+- Mg2++H2O
П. Платонов
33
Опыт 36. Образование гидрокарбоната магния. |
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа, заряженный Д морохм и серной кислотой (1 : 4). 2. Коническая колба (0,5 — 1 л). 3. ДистиД рованная вода. 4. Хлорид магния (0,5 и. раствор). 5. Карбонат натрия (0,ж раствор). 1
Выполнение. К очень сильно разбавленному раствору х! рида магния (2 мл 2 н. раствора на 250 мл воды) добавить растя соды до образования осадка. Содержимое колбы насытить диоксиЯ углерода из аппарата Киппа. Осадок медленно растворяется — об! зуется гидрокарбонат магния:
MgCO3+Н2О+СО2=Mg (НСО3)2 I
MgCO3+H2O+CO2=Mg2+-f- 2НСОГ I
О F
Примечание. Диоксид углерода можно получить и не из аппарата КиЛ а взять из баллона с углекислым газом. J
Опыт 37. Специфическая реакция на магний. I
Оборудование и материалы. 1. Техно химические весы с разно! сом. 2. Стакан на 250 мл. 3. Стеклянная палочка. 4. Подъемный стол. 5. С Л фат или хлорид магния (0,5 н. раствор). 6. Гидроксид натрия (2 н. раствЛ 7 Кристаллический иод. 8. Кристаллический иодид калия. 9. Дистиллирован^ вода. |
Подготовка. В 20 мл дистиллированной воды растворш 20 г иодида калия, затем 6,35 г иода. Довести объем раствоИ водой до 50 мл. II
Выполнение. В стакан налить 20—25 мл раствора ио! прилить раствор гидроксида натрия до образования бледно-желж окраски раствора иода. Затем внести несколько миллилитров pl твора соли магния. Образование красно-бурой окраски аморфнс осадка свидетельствует о наличии магния. Другие катионы втор и первой аналитических групп не мешают этой реакции. При aKj ратном прибавлении в раствор иода щелочи образуются бесцветн гипоиодит- и иодид-ионы: I
I2+2OH- IO-+I~+H2O 1
В результате взаимодействия ионов магния с ионами гидрокси образуется малорастворимый гидроксид магния: 1
Mg2++2OH~=Mg (ОН)2 ]
который, адсорбируя иод, окрашивается в красно-бурый цвет; рав1 весне реакции смещается влево. Лучше всего реакция протека! если перед самым осаждением окраску довести щелочью до бледЛ желтого цвета.
Примечание. Эта реакция имеет особое значение в анализе калий-магние! и доломитных удобрений. В лабораторных условиях ее целесообразно провод! полумикрометодом на часовом стекле, пользуясь капельными объемами. /
Опыт 38. Разложение воды кальцием. 1
Оборудование и материалы. 1. Кристаллизатор. 2. СтекляиЯ воронка для накрывания кальция под водой. 3. Цилиндр на 100 мл. 4. ГореЛ 5. Стеклянная воронка для фильтрования раствора гидроксида кальция. 6. кан на 250 мл. 7. Стеклянная трубка 20—30 см. 8. Металлические щийв 9. Кальций. 10. Дистиллированная вода. 11. Фильтровальная бумага. 12. Фей! фталеин.
Рис. 14. Взаимодействие кальция с водой
Подготовка. Кальций по твердости не уступает меди и ольно трудно подвергается обработке. Его не только нельзя р°БяТь ножом, как натрий или калий, но даже зубило берет его Р^рудом. Чтобы отрезать кусок кальция, можно использовать С ковку для резки металла. Его хранят в керосине в хорошо закрытой посуде.
выполнение. Кусок кальция величиной с грецкий орех, едварительно очищенный с одного края напильником, опустить пркрИСталлизатор с водой. Закрыть кальций Коронкой, на воронку надеть цилиндр с водой И *1С> 14). Реакция в первый момент идет медленно, но вскоре становится бурной, вода разогревается и мутнеет от образующегося мало-растворимого гидроксида кальция:
Са+2Н2О=Са (ОН)2+Н2
Са+2Н2О=Са2++2ОН-+Н2
Водород после наполнения им цилиндра поджечь. Он горит почти бесцветным пламенем. В кристаллизаторе получается раствор гидроксида кальция, часть которого, нерас-творившаяся в воде, делает воду мутной. Можно часть раствора отфильтровать в бокал или
стакан и показать, что при пропускании через раствор тока двуокиси углерода получается осадок. Можно продуть в раствор через стеклянную трубку выдыхаемый воздух:
Са (ОН)2+СО2 = СаСО3+Н2О
Са2++2ОН“+СО2 = СаСО34-Н2О
К части раствора, отлитого в другой бокал, прибавить фенолфталеин. Розовая окраска раствора указывает, что он имеет щелочную реакцию.
Опыт 39. Получение оксида кальция и взаимодействие его с водой (гашение).
Оборудование и материалы. 1. Мрамор или мел. 2. Фарфоровая чашка. 3. Муфельная печь. 4. Стакан на 250—300 мл, 5. Дистиллированная В0Да. 6. Пипетка с резиновой грушей. 7. Фенолфталеин. 8. Металлические щипцы или пинцет.
Выполнение. Оксид кальция получают прокаливанием в муфельной печи кусочков мрамора или мела величиной с лесной орех (Не порошок):
СаСО3 = СаО+СО2
Зависимость равновесия карбоната кальция от температуры следующая:
Температура, °C........ 550 600 650 700 750 800 850
Явление СО2, мм рт. ст. . 0,4 1,8 6,9 22,2 63 167 372
Как видно из приведенных данных, практически карбонат каль-нужно разлагать при температуре не менее 850—900° С.
897
760
Tl
Чтобы проверить полноту разложения, поместить кусочек npoJ ленного оксида кальция в пробирку, прилить немного воды, взб<1 тать и после отстаивания капнуть соляную кислоту; двуокись угл рода не должна выделяться.
Хранить оксид кальция следует в хорошо закрытой банке. 1
Гашение извести. Кусочки оксида кальция (негашен! известь) положить в стакан и в несколько приемов из пипет! обрызгивать небольшим количеством воды, давая ей каждый р| впитаться. Через некоторое время кусочки сильно разогревают! и превращаются в рыхлую массу гашеной извести, при этом обиль! выделяются водяные пары: 1
СаО-{-Н2О=Са (ОН)2 1
Прибавлением нескольких капель фенолфталеина показа! щелочной характер гидроксида кальция.
Опыт 40. Жесткость воды. Образование и распад гидрокарбона! кальция.
Оборудование и материалы. 1. Ступка с пестиком. 2. Колба I 0,5—1 л. 3. Аппарат Киппа с мрамором и кислотой 4 Склянка Тищем с водой. 5. Горелка с треножником и сеткой. 6. Четыре высоких стакана ] 250—300 мл. 7. Восковой карандаш. 8. Мел. 9. Дистиллированная вода. 10. Н| сыщенный раствор сульфата кальция. 11. Насыщенный раствор гидроксида кал ция. 12. Раствор соды (0,5 н.).
Выполнение. Налить в колбу на половину объема воде Внести в нее 0,01—0,02 г тонкорастертого в ступке мела. Разба! тывая, пропустить через смесь двуокись углерода (из annapal Киппа). 1
Примечание. Если есть возможность, использовать магнитную мешали Диоксид углерода можно впускать из баллона.
Через некоторое время карбонат кальция растворяется—оба зуется гидрокарбонат кальция:
CaCOs4-CO2-|-H2O=Ca (НСО3)2 1
СаСО3+СО24-Н2О=Са2++2НСО7 I
В природных условиях эта реакция ведет к разрушению горни карбонатных пород; образующиеся гидрокарбонаты обусловливав карбонатную жесткость воды.
Отлить половину жидкости для следующего опыта. Оставшукл ее часть прокипятить. При этом на дне колбы вновь образует! осадок карбоната кальция: I
Са (НСО3)2=СаСО34-СО2+Н2О 1
Са2++2НСО7=СаСО34-СО2-4-Н2О |
Опыт 41. Умягчение жесткой воды. Выполнение. ОставшуЮч от предыдущего опыта часть раствора гидрокарбоната кальция разлй] поровну в два стакана (1 и 2). В другие два стакана (3 и 4) налй1 столько же разбавленного раствора сульфата кальция. В стаканы 1 ЭД добавить немного разбавленного раствора гидроксида кальция, в ставд иы 2 и 4 — разбавленного раствора соды. В стаканах 1, 2 и 4 поЯ|
яеТся заметный дачной. Уравне
осадок, а в стакане 3 жидкость остается почти протия реакций:
Са (НСО3)2+Са (ОН)2=2СаСО3 | +2Н2О
Са2++НСО7+ОН-=СаСО3+Н2О
CaSO44-Na3CO3==CaCO31 -|-Na2SO4
Са2++СО^~=СаСО3
Примечание. Появление мути при взаимодействии сульфата кальция с гидроксидов кальция может быть за счет загрязнения Са (ОН)2 карбонат-ионами.
Эти наблюдения показывают, что содой можно устранять временную и постоянную жесткость, гидроксидом же кальция — только временную жесткость. Катиониты устраняют общую жесткость воды. В количественном анализе общую жесткость воды определяют три-лонометрическим методом.
Опыт 42. Взаимодействие мягкой и жесткой воды с раствором мыла.
Оборудование и материалы 1. Два цилиндра по 0,5 л с пробками 2. Дистиллированная вода. 3. Жесткая вода. 4. Раствор мыла.
Подготовка. Для приготовления мыльного раствора воспользоваться обыкновенным, легко дающим пену детским мылом. Мыло настрогать ножом на тонкие стружки и растворить в дистиллированной воде столько, чтобы раствор при вдувании в него ртом воздуха через стеклянную трубку давал хорошие пузыри.
Для приготовления жесткой воды взять 100 мл насыщенного раствора гидроксида кальция, долить до литра водой и прибавить 0,3—0,5 г кристаллогидрата сульфата магния. Тщательно перемешать.
Выполнение. Налить в один цилиндр на одну треть дистиллированную воду, в другой — на одну треть жесткую воду. Прибавить в каждый цилиндр по 10 мл раствора мыла. Закрыть пробками и тщательно взболтать. В жесткой воде мыло свертывается, в мягкой образуется пена.
Опыт 43. Окраска пламени щелочноземельными металлами
Оборудование и материалы. 1. Три пробирки с платиновыми проволоками, опущенными в 2 н. соляную кислоту. 2. Три бюкса с насыщенными Растворами: № 1 — хлорида кальция, №2 — хлорида стронция, № 3 — хлорида аРИя. 3. Горелка.
Подготовка. На концах проволок при помощи тонкого Гв°здя сделать 2—3 витка спирали. Зажечь горелку.
Выполнение. Очищенную многократной промывкой в соляной Ислоте и прокаленную платиновую проволоку (для каждой соли тДельно) внести последовательно в насыщенные растворы солей гальНия, стронция, бария и затем в несветящееся пламя газовой Редки. Летучие соли кальция окрашивают бесцветное пламя ^КиРпично-красный цвет, стронция — в картимоново-красный цвет, РИя — в желто-зеленый цвет.
Препараты для обозрения элементов ПА группы
Бериллий, магний, кальций, стронций, барий, соли радия. 01 ды, гидроксиды, галогениды, сульфаты, нитраты, фосфаты, J бонаты, силикаты. Минералы: берилл Ве3А12 (Si6O18), та, 3MgO-4SiO2-2H2O, кизерит MgSO4-H2O, магнезит MgC асбест CaSiO3-3MgSiO3, астраханит Na2SO4-MgSO4-4H2O, доло MgCO3-CaCO3, полигалит K2SO4-MgSO4-2CaSO4-2H2O, известняк, n мрамор СаСО3, гипс CaSO4-2H2O, ангидрит CaSO4, флюорит (пла ковый шпат) CaF2, фосфорит Са3(РО4)2, апатит 3Ca3(PO4)2-Ca(Fj целестин SrSO4, стронционит SrCO3, барит (тяжелый шпат) BaS витерит ВаСО3. Перламутр и коралл (разновидности карбон кальция).
р -ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ 1
р-Элементами являются элементы главных подгрупп III, IV,я VI, VII и VIII групп (за исключением гелия). В пределах одн группы с увеличением атомного номера p-элемента усиливаются J металлические свойства. В периодах с увеличением атомного нома p-элемента ослабляются его металлические свойства и усиливаю*! неметаллические. !
БОР, АЛЮМИНИЙ, ГАЛЛИЙ, ИНДИЙ, ТАЛЛИЙ (IIIA ГРУППА)
Некоторые константы элементов 1IIA группы:
В А1 Ga In
Порядковый номер . . 5 13 31 49 8 И
Атомный вес ........ . . 10,81 26,98 69,72 114,82 2041
Радиус атома, А . . 0,97 1,43 1,39 1,66 1.1
Ионизационный потенциал первого
электрона, в . . 8.296 5,984 6,00 6,785 6,1
Плотность, г/см? . . 2,34 2,70 5,90 7,31 11J
Температура плавления, °C . . . 2075 660 29,8 156,2 302 j 147*
Температура кипения, °C . . . . 3860 2348 2245 2025
Элементы IIIA группы содержат на внешнем уровне по т|
электрона — s2pJ. При возбуждении атомов один из парных s-эле тронов внешнего уровня переходит на р-подуровень, поэтому В элементы ША группы проявляют максимальную степень окис4 ыия +3:
Me — Зе=Ме3 +
Химический характер гидроксидов, отвечающих степени окислен) 4-3, изменяется в зависимости от радиуса ионов. Так, Н3ВО3 кислотный гидроксид (радиус иона 0,20А), А1(0Н)3, Ga(OHj In(OH)3 — амфотерные гидроксиды (радиусы ионов соответствен 0,57, 0,62, 0,92 А), Т1(ОН)3 — основной гидроксид (радиус ио!
q5 А). Как видно, с увеличением радиуса усиливаются основные ^ойства гидроксида.
Опыт 44. Получение оксида бора (III) и борной кислоты.
Оксид бора В2О3 в виде бесцветной стекловидной массы получа-т сильным прокаливанием ортоборной кислоты в тигле (лучше ^рцевом или платиновом). Так как в децинормальном растворе Дорной кислоты рН^5, то для обнаружения кислотности должен рименяться более чувствительный индикатор, чем лакмус. Таким Индикатором является смешанный индикатор из 0,2%-ного спирто-I ₽оГо раствора метилового красного и 0,1%-ного спиртового раство« |а метиленовой сини в соотношении объемов 1:1. Показатель такого индикатора рТ 5,4.
Оборудование и материалы. 1. Тигель кварцевый или платиновый. 2, Горелка с треножником и керамиковым треугольником. 3. Металлические щипцы. 4. Кристаллизатор с холодной водой. 5. Ступка с пестиком. 6. Борная кислота. 7. Дистиллированная вода. 8. Смешанный индикатор.
Выполнение. Насыпать в тигель на четверть его объема борную кислоту. Поместить тигель в керамиковый треугольник и вначале медленно, затем сильно прокалить до образования стекловидной массы (при вспучивании помешивать стеклянной палочкой). Борная кислота переходит сначала в метаборную кислоту, затем в четырехборную и, наконец, в оксид бора. Суммарное уравнение реакции
2Н3ВО3=ЗН2О 4* В2О3
Дно тигля с расплавленным В2О3 опустить в кристаллизатор с водой и вытряхнуть содержимое в ступку. Если оксид бора растереть и растворить в воде, то получится слабая борная кислота. Ее можно обнаружить смешанным индикатором.
При растворении оксид бора образует с водой ортоборную Н3ВО31 метаборную НВО2 и полиборные кислоты, простейшая полиборная кислота — четырехборная Н2В4О7. Наиболее устойчивая из борных кислот в водном растворе ортоборная, остальные в воде переходят в ортоборную:
нво2+н2о=н3во3
Н2В4О7 -г 5Н2О=4Н3ВО3
Опыт 45. Получение ортоборной кислоты действием сильных кислот на горячий раствор буры.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250 — 300 мл.
Две стеклянные палочки. 3 Горелка с треножником и сеткой. 4. Воронка Бюх-НеРа с колбой Бунзена и водоструйным насосом. 5. Технохимические весы с разновесом. 6. Бура. 7. Соляная кислота (пл. 1,19). 8. Дистиллированная вода.
Фильтровальная бумага. 10. Фенолфталеин. 11. Куркумовая бумажка. 12. Гид-Роксид натрия (2 н. раствор).
Подготовка. Отвесить 60 г буры Na2B4O7-ЮН2О. В стакан валить 150 мл дистиллированной воды.
Выполнение. В стакан, содержащий нагретый до 80 — 90°С Раствор 60 г буры в 150 мл дистиллированной воды, влить
несколько капель фенолфталеина и, помешивая концентрирована соляную кислоту до обесцвечивания раствора.
После охлаждения из раствора выделяется ортоборная кислот: виде кристаллов. Отфильтровать их через воронку Бюхнера и п мыть холодной
Рис. 15. Получение борнометилового эфира
водой. Часть ортоборной кислоты растворить и п| верить смешанным индикатором. ПриготовлеД смешанного индикатора см. опыт 44. Растя ортоборной кислоты оставляет на желтой куря мовой бумаге красное пятно, которое после си чивания щелочью приобретает темно-зелен! цвет.
Опыт 46. Получение борнометилового эфи! Окраска его пламени.
Оборудование и материалы. 1. Круглом ная колба на 250 мл. 2. Стеклянная трубка диаметя 10 мм, длиной 50 см. 3. Треножник. 4. Штатив с ла пи и кольцом. 5. Асбестированная сетка. 6 Горелка. 7. БЛ ная кислота Н3ВО3. 8. Метиловый спирт СН3ОН. 9. Серй кислота H2SO4 (пл. 1,84).
Выполнение. В круглодонную колбу п местить 5—10 г борной кислоты, 50—100 мл М тилового спирта и 5—10 мл концентрирование серной кислоты. Колбу плотно закрыть пробке с длинной стеклянной трубкой диаметром 1 см j слегка оттянутым верхним концом и укрепляй в лапке штатива. Под колбу на кольце подложи асбестированную сетку. Нагреть до кипения смес! Пары спирта и образующегося борнометилово] эфира поджечь у оттянутого конца стеклянщ трубки. Сгорая, они образуют большое плам окрашенное в красивый ярко-зеленый цвет (рис. 13 Сверху пламени заметен белый дым оксида бор образующегося при горении борнометилового эф ра. Борная кислота с метиловым спиртом в пр сутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающе средства образует сложный борнометиловый эфир:
з 3
Si
/ОН СН3ОН /ОСН
В<-ОН4-СН3ОН= зн2о+в(-осн
ХОН СН3ОН Х)СН
Пары борнометилового эфира горят ярко-зеленым пламенем: 2В(ОСН3)34-9О2 = В2О34-9Н2О+6СО2
Примечание. Вместо борной кислоты можно брать буру, а вместо мети лове спирта — этиловый спирт. Когда вместо tортоборной кислоты пользуются смес буры с серной кислотой, этерификация с метиловым спиртом протекает по ур< нению
Na2B4O7+H2SO4-F 12CH3OH=4B(OCH3)3+Na2SO44-7H2O
Опыт 47. Получение буры из борной кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл. 2. Горел с треножником и сеткой. 3. Термометр на 100—150° С. 4. Воронка Бюхне 9?
оЛбой Бунзена и водоструйным насосом. 5. Ортоборная кислота. 6. Кристал-^еский гидроксид натрия. 7. Дистиллированная вода. 8. Фенолфталеин.
ПоДготовка- При 50—60°С (не выше) насытить борной кислой 150 мл воды. Подготовить концентрированный раствор гид-оКСЙда натрия.
Выполнение. К горячему (50—60° С) насыщенному раствору 0рНой кислоты прилить 5—7 капель фенолфталеина и медленно сбавлять насыщенный раствор гидроксида натрия до появления юзовой окраски:
4Н3ВО3 4- 2N аОН = N а2 В4О7 4- 7Н2О
Щелочь нельзя брать в избытке, так как в этом случае образу-тся метаборат натрия:
N а2 В4О7 4- 2NaOH =4Na В О2 4- Н2О
Охладить раствор, выпавшие кристаллы буры отфильтровать на юронке Бюхнера. Немного промыть холодной водой. Часть кристал-[0В растворить в воде и фенолфталеином показать, что раствор благодаря гидролизу имеет щелочную реакцию:
Na2B4O74-7H2O=4H3BO34-2NaOH
Опыт 48. Образование перлов буры.
Оборудование и материалы. 1. Платиновая проволока, впаянная । виде кольца диаметром 2—3 мм в конец стеклянной палочки. 2. Бкжсы с ра-творами соответственно нитратов кобальта, меди, хрома, марганца, никеля и же-юза. 3. Горелка. 4. Бура.
Подготовка. Получить перл буры. При нагревании в кольце ватиновой проволоки бура теряет кристаллизационную воду, вспу-швается, а затем образует прозрачную стекловидную массу. Уравнение реакции
Na2B407-10H20==2NaB024-B2034-10H20
Расплавленная бура растворяет окислы различных металлов — образуются двойные соли метаборной кислоты, окрашенные в харак-геРные цвета:
2Co(NO3)2 = 2СаО+4NO2 4- О2
N а2 В4О 7 4- СоО - Со( ВО2 )2 • 2 N а ВО?
Выполнение. Перлом коснуться соединений нитратов кобаль-Га> меди, хрома и других металлов, а затем снова прокалить. Полу-LIaWca перлы, окрашенные в различные
В окисленном пламени
цвета.
В восстановленном пламени
№льт
рР°М . ’ ‘ ьаРганец
при нагревании на холоду при нагрева-вании на холоду
Синий Синий Синий Синий
Зеленый » Красный Красный
» Зеленый Зеленый Зеленый
Фиолетовый Фиолетовый Фиолетовый Фиолетовый
Желтый Желтый Зеленый Зеленый
Красно-бу- Светло-жел- Желтый »
рыи
тыи
Опыт 49. Плавление и горение алюминия.
Оборудование и материалы. 1. Горелка. 2. Металлические щ 3. Прибор для сжигания алюминиевой пыли. 4. Алюминиевая пластинка. 5. миниевая пыль.
Рис. 16.
Прибор для горения алюминиевой пыли:
А1; 2— резиновый шланг;
1 — пыль
3 — стеклянный наконечник
Подготовка. Алюминиевую пластинку толщиной 0,5—13 проверить на плавление (толстая пластинка не плавится на горе Теклю). Смонтировать прибор горения алюминиевой пыли, как казано на рис. 16. Колбу закр] пробкой с двумя стеклянными т{ ками, одна из которых доходит алюминия, вторая оканчивается пробкой. К короткой трубке й соединить резиновый шланг со ci лянным наконечником для дут Длинную трубку согнуть под Tai углом, чтобы выдуваемая пыль л< ла в вертикальной плоскости пла ни горелки.
Выполнение. Щипцами вне алюминиевую пластинку в пламя релки. Пластинка расплавляется, алюминий не течет, он остается мешке из окиси алюминия. Темпе
тура плавления алюминия 660° С, а температура плавления оке алюминия 2050° С. Колебанием руки показать, что мешок из ок да алюминия наполнен расплавленным алюминием.
В прибор насыпать алюминиевую пыль, закрыть пробкой с» фоном (с трубками). Поднеся к пламени горелки трубку так, чтс алюминиевая пыль вертикально выдувалась в пламя, сильно под; через шланг в колбу. Алюминиевая пыль вспыхивает ярким пламен 4АЦ-ЗО2=2А12О3
Опыт 50. Взаимодействие алюминия с водой.
Оборудование и материалы. 1. Воронка. 2. Цилиндр на 100 3. Щипцы. 4. Сухой стакан. 5. Алюминиевая пластинка. 6. Насыщенный раст дихлорида ртути. 7. Насыщенный раствор дихлорида меди. 8. Горячая дистих рованная вода. 9. Фильтровальная бумага
Подготовка. На алюминии при окислении на воздухе об| зуется очень прочная разложение им воды действие алюминия с
наружная пленка, которая сразу прекращ Если удалить окисленный слой, то взай( водой быстро идет, — выделяется водород: 2А1+6Н2О=2А1(ОН)34-ЗН2 I
Приготовить раствор хлорида ртути (И) в горячей воде (2 насыщенного раствора HgCl2 на 200 мл воды). I
Выполнение. Опустить алюминиевую пластинку в раст хлорида ртути (II). Наблюдать выделение водорода. Если пласти^ в растворе поместить под воронку, а на воронку опрокинуть | линдр с водой, то водород можно собрать и поджечь.
Проделать аналогичный опыт с хлоридом меди (II). Насыщенный створ хлорида меди разбавить пополам горячей водой.
Если после обработки хлоридом ртути (II) пластинку тщательно
стереть фильтровальной бумагой и поместить в сухой стакан, то qepe3 некоторое время на пластинке появляется налет оксида алю-
миния.
4А1Ч-ЗО2 = 2А12О3
Опыт 51. Растворение алюминия в кислоте и щелочи.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—' 00 мл со стеКлянными палочками. 2. Алюминиевая стружка. 3. Соляная кислота (2 н.). 4. Гидроксид натрия (6 н. раствор).
Выполнение. В два стакана насыпать немного стружек алюминия. Влить в один стакан кислоту, в другой — щелочь:
2А1+6НС1 = 2А1С13+ЗН2
2А1-|-6Н+ = 2А13++ЗН2
2 А14- 2N аОН 4- 2Н2О=2N а А1О2 4- ЗН2
2А1+2ОН- 4- 2Н2О=2A1OZ"4-3H2
Опыт 52. Амфотерные свойства гидроксида алюминия.
Амфотерные соединения диссоциируют по типу основания и по типу кислоты, посылая в раствор гидроксильные и водородные ионы. Поэтому их осадки растворяют в кислотах и щелочах, например:
_____Раствор____ Раствор
ЗН+4-А1О|~ Н3А1О3 А1(ОН)3 z±Al(OH)3 ^“a13+4-3OHJ?
i
Осадок
Прибавляя к такой равновесной системе кислоту, мы тем самым вводим ионы водорода, которые с гидроксид-ионами дают малодис-социированное соединение — воду — и выводят из сферы равновесия ИОНЫ ОН~. Реакция идет слева направо до тех пор, пока весь °садок А1(ОН)3 не растворится:
А1(ОН)34-ЗНС1->А1С134-ЗН2О
А1(ОН)3+-ЗН+->А13+4-ЗН2О
Если к указанной равновесной системе прибавить щелочь, вводя тем самым гидроксид-ионы, то ионы Н+ с введенными ионами ОН тзкже дадут воду. Равновесие сместится влево, и осадок начнет растворяться:
Н3 А1О3 4- N аОН Na А1О2 4- 2Н2О
Н3А1О34-ОН-->А1О74-2Н2О
При растворении кислот в растворах щелочей образуются соли °мплексной гидроксоалюминиевой кислоты, называемые гидроксо-алюмицатами:
Al(OH)34-3NaOH=Na3[Al(OH)6J
Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)J
Кислотные и основные константы диссоциации А1(ОН)3 и| различны по величине: для основного типа ионизации констЛ больше, чем для кислотного. Этим и объясняется, что гидроЛ алюминия лучше растворяется в кислотах, чем в щелочах.
( л
Оборудование и материалы. 1. Три бокала (или стакана) с па I ками. 2. Три подъемных столика. 3. Сульфат (или хлорид) алюминия. 4. Ги,,| ксид аммония (2 н. раствор). 5. Соляная кислота (4 н.). 6. Гидроксид натд (4 н. раствор). 7. Дистиллированная вода. i
Выполнение. В бокал налить немного раствора соли алюи ния и приливать раствор гидроксида аммония до образования оса J гидроксида алюминия. Долить водой до трех четвертей объема! кала, тщательно перемешать и разлить содержимое в три бока! В один из них влить кислоту, в другой — щелочь до растворен! гидроксида алюминия, третий бокал оставить для сравнения.
Примечание. Гидроксиды галлия и индия обладают амфотерными свойства! Если на кафедре имеются соли галлия, то можно проделать с ними аналогичй опыты, как с алюминием.
Опыт 53. Адсорбция ализарина гидроксидом алюминия (получен алюминиевого лака).
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочк^ 2. Горелка с сеткой и треножником. 3. Технохимические весы с разновес] 4. Мерный цилиндр на 100 мл. 5. Алюмокалиевые квасцы (кристаллически 6. Дистиллированная вода. 7. Ализарин. 8. Гидроксид аммония (2 н.).
Подготовка. 10г алюмокалиевых квасцов растворить в 100J дистиллированной воды. Приготовить 0,1%-ный раствор ализари (ализаринсульфонат натрия). I
Выполнение. К 100 мл раствора квасцов добавить гидрока аммония так, чтобы стакан был заполнен на три четверти. Прили 40 мл раствора ализарина. Прокипятить 1—2 мин. Дать ocaj^ осесть. Стакан содержит объемистый красный осадок в бесцветна как вода, жидкости.
Примечание. В технике таким образом закрепляют красители на ткащ Адсорбированный на гидроксиде алюминия краситель предохраняет его от pacri рения даже в 1 н. уксусной кислоте — так плотно краска покрывает гид роке алюминия.
Опыт 54. Образование алюмокалиевых квасцов.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с J лочками. 2. Две горелки с сетками и треножниками. 3. Сульфат калия (криста лический). 4. Сульфат алюминия (кристаллический). 5. Дистиллированная во]
Подготовка. Алюмокалиевые квасцы кристаллизуются из створов в довольно широких пределах температуры и концентрат Лучше всего подбирать растворы составляющих солей таких к! центраций и такой температуры, чтобы соль выделилась тотчас i после смешения, т. е. без концентрирования раствора. Нагреть 100° С прозрачные растворы 18,4 г сульфата калия в 70 мл BQ и 70,2 г сульфата алюминия в 60 мл воды.
Выполнение. Слить вместе нагретые растворы и сильно р| мешивать стеклянной палочкой. Через короткое время жидкой
Тановится мутной, и из нее осаждается большое количество мел-но хорошо выраженных кристаллов двойной соли:
K2SO44-A12(SO4)3« 18H2O-p6H2O=K2Al2(SO4)4-24H2O
Опыт 55. Гидролиз алюмината аммония.
Оборудование и материалы. 1. Горелка с сеткой и треножником. 9 Стакан на 250—300 мл с палочкой. 3. Сульфат алюминия или алюмокалиевые езспы (0,5 н. раствор). 4. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 5. Насыщенный Каствор хлорида аммония.
10 мл раствора алюминиевой соли прилить
понемногу раствор гидроксида натрия до растворения первоначально сыпавшего осадка:
Al2(SO4)3+6NaOH=3Na2SO4+2Al(OH)3
А13++ЗОН-=А1(ОН)3
А1(ОН)3+NaOH == NaAlO2+2H2O
А1(ОН)3Н-ОН-=AIO7+ 2Н2О
К щелочному раствору алюмината натрия прилить равный объем насыщенного раствора хлорида аммония и двойной объем воды. Раствор прокипятить. При этом выпадает гидроксид алюминия:
NaAlO2+NH4Cl-f-2H2O=Al(OH)3+NH4OH+NaCi
AlOr-hNHt4-2H2O=Al(OH)3+NH4OH
Опыт 56. Получение сульфида алюминия. Взаимодействие его с водой.
Оборудование и материалы. 1. Банка с пробкой. 2. Лист асбеста или керамическая плитка. 3. Мерный цилиндр на 25 мл. 4. Стакан на 100 мл. 5. Ножницы 6. Шпатель. 7. Алюминиевая пыль. 8. Серный цвет. 9. Лента магния. 10. Дистиллированная вода. 11. Фильтровальная бумага. 12. Нитрат свинца (0,5 н. раствор).
Подготовка. Тщательно смешать в банке с пробкой 1,5 г алюминиевой пыли с 3 г серного цвета. Ссыпать смесь горкой на лист асбеста или керамиковую плитку. Вырезать квадрат фильтровальной бумаги размером несколько больше диаметра стакана. Смочить его раствором нитрата свинца.
Выполнение. Вставить в смесь небольшой кусок ленты магния. Под тягой поджечь магний от пламени горелки. Произойдет Реакция
2A1+3S=A12S3
Полученный сульфид алюминия охладить и высыпать в стакан. Прилить к нему 10—12 мл воды и закрыть влажной свинцовой бумажкой. Сульфид алюминия полностью гидролизуется:
A12S34-6H2O=A1(OH)31 +3H2S f
а илажная свинцовая бумажка чернеет:
Pb(NO3)2+H2S=PbS| 4-2HNO3
Pb2++H2S=PbS+2H +
Опыт 57. Взаимодействие алюминия с бромом.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка (диаЛ 3—4 см, высота 30—40 см). 2. Штатив с лапкой. 3. Кристаллизатор или d шая чашка с сухим песком. 4. Стакан на 100 мл. 5. Стружки алюми! 6. Бром. 7. Тиосульфат натрия (концентрированный раствор). 8. Ам/ (2 н. раствор). 9. Гидроксид натрия (2 н. раствор).
Подготовка. Закрепить большую пробирку в штативе. Л ставить под нее кристаллизатор с сухим песком. Примерить/ < канчик для закрывания пробирки сверху. Налить в пройи| 2—3 мл брома.
Внимание! Производить опыт в вытяжном шкафу. Ос регаться вдыхать пары брома. Беречь глаза от его паров. Бер руки, так как бром дает долго не заживающие язвы,
ожога омывать обожженное место концентрированным раствор тиосульфата натрия (иметь его наготове). Если произошло вдб/1 ние паров брома, то нюхать разбавленный раствор аммисц выйти на свежий воздух.
Выполнение. Около 1 г алюминиевых стружек всыпать пробирку с бромом, отверстие закрыть стаканчиком. Через 1—2 л начинается реакция, выделяется яркое пламя и происходит силы разогревание:
В слы
2А1 + ЗВг2=А12Вг6
После остывания осторожно залить продукты реакции 2 раствором щелочи.
Примечание. Если опыт взаимодействия алюминия с бромом производится демонстрационном столе, то необходимо соблюдать следующие предосторожнос В резиновую трубку, закрывающую пробирку с бромом, вставить длине стеклянную трубку, служащую обратным холодильником. Трубка П-образн Второй конец трубки опустить в 2 н. раствор щелочи.
Опыт 58. Взаимодействие алюминия с иодом.
Оборудование и материалы. 1. Керамическая плитка. 2. Колба на 50 м пробкой. 3. Пипетка с резиновым колпачком. 4. Ступка с пестиком. 5. А. миниевая пыль. 6. Сухой растертый иод. 7. Дистиллированная вода.
Подготовка .Высушить возогнанный иод над хлоридом калы] в эксикаторе, шлиф которого смазан тальком (не вазелином). Суз кристаллический иод растереть в ступке. <
Выполнение. Смешать равные объемы (по чайной лож алюминиевой пыли и сухого растертого иода путем встряхивав в маленькой, сухой, закрытой пробкой колбочке. На керамическ плитку насыпать коническую кучку смеси. Палочкой сделать угл ление, капнуть туда из пипетки 1—2 капли воды. Через 1—2 л начинается бурная реакция, сопровождающаяся выделением теп света и фиолетовых паров иода:
—f— <Э12 “-'312 *6
Этот опыт, помимо того, что он показывает реакцию между ио, и металлом, является хорошим примером действия воды как к< лизатора.
Примечание. Если опыт показывают на демонстрационном столе, то после 1 бавления воды закрыть смесь большим стеклянным колоколом.
поместить на подставки двух
Рис. 17. Алюмотермия
•О о °
Опыт 59. Сгорание железного термита. Восстановление металлов оксидов с помощью алюминия называется алюмотермией. Особое качение этот метод имеет для получения тугоплавких металлов: 3п0Ма, ванадия, марганца и др. Алюмотермию используют также сваривании металлических деталей и рельсов.
рборудование и материалы. 1. Чугунный котел или стиральный бак уХим песком. 2. Два штатива с лапками. 3. Железная пластинка (40x20 см). с ^Консервная банка. 5. Термит. 6. Запал. 7. Лента магния. 8. Лучина. *1« г
Подготовка. Чугунный котел (или стиральный бак), напол-ненн^1Й сухим песком наполовину, ццативов (рис. 17). Над котлом с помощью лапок штативов закрепись железную пластинку, на нее\ поставить банку из-под консервов, на две трети наполненную^ хорошо утрамбованным термитом. Термит — смесь тонких порошков алюминия и оксида железа (II, III) Fe3O4 (в отношении^ примерно 1:3). В углубление^ верхней части термита насыпать 20—25 г запала, затем вставить 8—10 см магниевой ленты, очищенной шкуркой (или напильником).
Запал (зажигательная смесь) можно приготовить следующими
способами: 1) 9 весовых частей (в. ч.) безводной перекиси бария (не гидрат) с 1 в. ч. тонкого порошка магния; 2) 9 в. ч. безводной перекиси бария с 1 в. ч. порошка алюминия; 3) 1 в. ч. порошка алюминия с 1 в. ч. хорошо растертого перманганата калия; 4) 1 в. ч. порошка алюминия с 1 в.ч. растертой бертолетовой соли; 5) 6 в.ч. калиевой селитры с 2,5 в. ч. алюминиевой пыли.
Внимание! Чтобы смесь получилась равномерная, встряхивать €е в закрытой банке. Ни в коем случае нельзя готовить смесь Растиранием составных частей пестиком в ступке! Хранить ее 6 хорошо закрытой банке.
Песок для опыта брать сухой, иначе расплавленная масса может Разбрызгаться в стороны. Необходимо соблюдать все противопожарные меры.
Выполнение. Лучиной поджечь магниевую ленту. От подожженного магния загорается запал, а от последнего — термит. При ^ОМ выделяется такое большое количество тепла, что образующееся Железо плавится, проплавляется железная пластинка, на которой ^Ыл поставлен в банке термит. Расплавленное железо стекает в ^есок. Уравнение реакции
8А1 + 3Fe3O4=4Al2O3 + 9Fe, ДН= — 800 ккал
После остывания железо можно обнаружить магнитом.
Описанный опыт алюмотермии возможен в большой аудитори В школьных условиях его можно проводить так. В глиняны шамотный или корундовый тигель поместить 50 г термита. Св epi в тигель насыпать тонким слоем запал. В запал вставить леш магния и зажечь ее лучиной. Так как во время реакции разб вается высокая температура (выше 3000°С), тигель ставить в боИ шую кастрюлю с сухим песком. После остывания смеси тигИ разбить и извлечь сплав. За неимением тигля реакцию можно рс| ществить непосредственно в песке. Для этого термит поместить бумажный конический кулек, обрезав лишнюю бумагу, и опусти' кулек в ямку из песка. С боков кулек должен плотно прилета' к песку. \ I
Внимание! Песок должен быть обязательно сухим (лучи прокаленным), иначе может произойти разбрызгивание. / 1
Опыт 60. Пассивирование алюминия. / J
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 400—600 мл. 2./Щипц 3. Кристаллизатор. 4. Промывалка с дистиллированной водой 5. Демонстр ционный стол. 6. Алюминиевая пластинка (длина 25—30 см, ширина 5—6 сл 7. Фильтровальная бумага 8. Соляная кислота (2 н.). 9. Концентрированы азотная кислота.
Выполнение. Алюминиевую пластинку с помощью \ щипц< погрузить одним концом в стакан, наполненный на одну тре1 2 н. соляной кислотой. Протекает реакция
2А1 н- 6НС1=2А1С13 Ч- ЗН2
2А1 + 6Н + =2А13+ + ЗН2
Пластинку вынуть из стакана, промыть водой, протереть филы ровальной бумагой и опустить на 1—2 мин в концентрированную азотную кислоту. Вынуть алюминий из кислоты, промыть водо и снова погрузить в соляную кислоту. Реакция теперь не иде: водород не выделяется. Устойчивость алюминия к кислотам поел обработки его азотной кислотой объясняется образованием на ег поверхности оксидной пленки, нерастворимой в кислотах. Э1 явление получило название «пассивирование алюминия».
Опыт 61. Химическая грелка из порошка алюминия.
Оборудование и материалы 1. Стакан на 500—700 мл. 2. Штат с лапкой. 3. Термометр на 100° С. 4. Чашка со шпателем. 5. Дихлорид мед 6. Порошок алюминия. 7. Сухие древесные опилки. 8. Дистиллированная вол
Подготовка. Тщательно перемешать 50 г дихлорида меди | 100 г сухих древесных опилок и 50 г алюминиевого порошк Поместить смесь в стакан. Опустить в нее термометр, закрепленнь в штативе.
Выполнение. Прилить к смеси 200—300 мл воды. Помепг вая палочкой, наблюдать температуру смеси. Дихлорид меди, ра творяясь в воде, реагирует с алюминием-
3CuCl2-p2 А1=2 А1С13-цЗСи
Реакция сопровождается выделением тепла. Древесные опилки играют роль наполнителя, благодаря чему реакция идет не слишком быстро.
Опыт 62. Амфотерные свойства гидроксида галлия.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 300 мл с палоч-2, Нитрат галлия Ga (NO3)3 (0,5 н. раствор). 3. Азотная кислота (2 н. раствор). 4. Гидроксид натрия (2 н. раствор).
Подготовка. В стакан внести 100 мл раствора нитрата галлия И медленно приливать раствор гидроксида натрия до образования объемистого осадка:
Ga(NO3)3+3NaOH=Ga (OH)3+3NaNO3
Ga3+4-3OH“=Ga (ОН)3
Размешать осадок и разлить суспензию в три стакана.
Выполнение. Оставив один стакан для сравнения, в других двух испытать отношение осадка к избытку кислоты и щелочи:
Ga (OH)3-f-3HNO3=Ga (NO3)3+3H2O
Ga (OH)34-3H+=Ga3++3H2O
Ga (OH)3+NaOH = NaGaO2+2H2O
Ga (OH)3+OH“«GaO^+2H2O
Опыт 63. Амфотерные свойства гидроксида индия. Подготовка и выполнение аналогичны опыту 62, только вместо нитрата галлия взять нитрат индия. Уравнения реакций:
In (NO3)34-3NOH = ln (OH)3+3NaNO3
In3+4-3OH“ = In (OH)3
In (OH)3+3HNO3 = In (NO3)3+3H2O
In (OH)3+3H + = In3++3H2O
In (OH)3+N aOH=Na I nO2+2H2O
In (OH)34-OH“=InO~+2H2O
Опыт 64. Окрашивание пламени газовой горелки летучими со» лями таллия. Летучие соединения таллия (например, хлориды) окрашивают пламя газовой горелки в зеленый цвет. Техника выполнения — см. опыт 20. «
Препараты для обозрения элементов ША группы и их соединений
Простые вещества, оксиды, гидроксиды, соли, минералы, облавы.
<1
Ф. П. Платонов
ГЛЕРОД, КРЕМНИЙ, ГЕРМАНИЙ, ОЛОВО, СВИНЕЦ (IVA ГРУППА)
Некоторые константы элементов IVA группы:
С Si Ge Sn Pb
Порядковый номер . . . 6 14 32 50 82 1
Атомный вес 12,0111 28,086 72,59 118,69 207,1J
Радиус атома, А . . . . 0,620 1,068 1,090 1.240 (1.215I
Ионизационный потенциал
первого электрона, в . . 11,264 8,149 7,88 7,332 7,413 1
Плотность, г/см? .... 1,8—3,51 2,33 5,36 5,7—7,3 11,34
Температура плавления, °C 3700 1412 937,2 231,8 327,4
Температура кипения, ° С 5100 2620 2830 2270 1751 !
(графит)
Углерод и кремний образуют обычно ми связями. В ряду углерод — свинец основной (восстановительный) характер элементов усиливается. Первых два элемента (углерод и кремний) —типичные неметаллы, остальные причисляются к металлам.
соединения с ковалентньь с ростом размера атома
УГЛЕРОД
Опыт 65. Получение сажи. Сажа получается при неполном сжи*1 гании углеводородов. Имеет большое промышленное значение.
Оборудование и материалы. 1. Большая воронка. 2. Штатив с лапкой, кольцом и сеткой. 3. Плоская фарфоровая чашка. 4. Горелка. 5. Ски! пидар.
Подготовка. На железном штативе укрепить большую перевернутую вниз воронку (рис. 18). Под Heej поставить плоскодонную фарфоровую чашку со скипидаром.
Выполнение. Слегка подогретый скипидар поджечь спичкой. Воронка ограничивает доступ воздуха, поэтому образуется сильно коптящее пламя и обильно выделяется сажа.|
Опыт 66. Получение древесного угля (сухая перегонка дерева). 1
Оборудование и материалы. 1. Реторта без тубуса (желательно тугоплавкого стекла) на 500—1 750 мл. 2. Перегонная колба Вюрца с коротким горлом. 3. Небольшой шариковый холодильник. 4. Два штатива с лапками. 5. Горелка. 6. Стеклянная вата. 7. Древесина лиственных пород (сухие опилки, стружки, лучинки).
Подготовка. Стеклянную реторту, на три четверти наполненную сухими древесными' опилками (стружками, лучинками), укрепить в штативе. Шейку реторты вставить в пробку, закрывающую горло колбы. Отводную трубку шариковым холодильником. К его верхнему
Рис. 18. Получение сажи
колбы соединить с концу присоединить небольшой отрезок слегка оттянутой стеклян-
ной трубки, в которую положить небольшой рыхлый клочок стек-,
янной ваты (рис. 19). Нижнюю трубку холодильника соединить водопроводным краном, а резиновый шланг от верхней трубки опустить в раковину.
Выполнение. Пустив П А
вОду в холодильник, сначала |Л)
осторожно прогреть всю ретор-ту большим светящимся пламенем, а затем сосредоточить нагревание в нижней ее части (небольшим некоптящим пламенем).
Дерево в реторте постепенно обугливается; при 280— 290° С разложение идет с выделением тепла (экзотермическая реакция). На дне колбы приемника собираются жидкие про-
дукты сухой перегонки дерева: верхний слой — древесный деготь, или смола (нераствори-
мая в воде густая маслянистая жидкость), нижний слой — под
Рис. 19. Получение древесного угля
смольная вода (водный раствор, содержащий около 10% уксусной кислоты, 1,5—3% метилового спирта и 0,5% ацетона). После
вытеснения из прибора всего воздуха (проба на отсутствие гремучей смеси!) выходящий из газоотводной трубки газ поджечь. Он горит слабо светящимся пламенем. В реторте остается древесный
уголь.
По окончании опыта колбу и реторту отмыть раствором щелочи или горячей концентрированной серной кислотой, оставляя последнюю на некоторое время в реторте.
Опыт 67. Получение активированного угля.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровый тигель. 2. Горелка с треножником и керамическим треугольником. 3. Тигельные щипцы. 4. Ступка с пестиком. 5. Пустая банка с хорошо пригнанной пробкой. 6. Набор металлических сит (используемых в почвенном анализе). 7. Кусочки угля.
Подготовка. В ступке размельчить уголь до величины зерен 2—3 мм. Просеять, пыль выбросить.
Выполнение. Кусочки угля поместить в тигель, закрыть и нагреть 15—20 мин. По охлаждении уголь еще раз просеять через сита (для удаления пыли) и поместить в банку с пробкой.
Примечание. Для дальнейших опытов можно использовать активированный уголь из старого противогаза или размельченные таблетки аптечного карболена.
Опыт 68. Адсорбция активированным углем.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр с пробкой на 250— 300 мл. 2. Большая пробирка с пробкой. 3. Белый экран. 4. Стеклянная трубка 4X25 см. 5. Плоскодонная колба на 1 л. 6. Стакан на 200—250 мл. 7. Штатив с лапкой и кольцом. 8. Винтовой зажим. 9. Активированный уголь. 10. Бром. Н- Кристаллический нитрат свинца. 12. Разбавленный раствор фуксина. 13. Стеклянная вата.
а. Адсорбция паров брома. Подготовка. Под тягой в ци линдр «налить» пары брома, наклонив склянку с бромом так, что бы жидкий бром из нее не вытекал. Цилиндр закрыть пробкой.
Выполнение. Открыв пробку, насыпать в цилиндр на вы соту 5—7 см мелких кусков активированного угля (не порошок)^ Закрыть пробкой и встряхнуть несколько раз. Бурый цвет бром^ пропадает.
б. Адсорбция диоксида азота. Подготовка. В большой пробирке нагреть несколько кристаллов нитрата свинца: 2PbO+4NO2+O2
Выполнение. После появления в пробирке паров двуокиси азота насыпать туда 2—3 мл мелких вированного угля (не порошок). Закрыть пробкой несколько раз. Красно-бурый цвет двуокиси азота пропадает.
Примечание. Количество поглощенного адсорбентом газа зависит от свойств адсорбента и природы газа. Чем выше молекулярный вес, температура кипения и критическая температура газа, тем он лучше поглощается.
в. Адсорбция красящих веществ. Подготовка. Стеклянную трубку с одного
2Pb (NO3)2 =
красно-бурых кусочка акти-и встряхнуть
Адсорбция растворенных красящих веществ
Рис. 20. углем в воде
слой 1—2 см стеклянной ваты,
конца плотно закрыть пробкой со вставленной в нее стеклянной трубкой длиной около 5 см. Внутренний конец трубки должен быть на уровне пробки. На внешний конец трубки на? деть небольшой отрезок резиновой трубки с закрытым винтовым зажимом и присоединить к ней небольшую стеклянную трубку со слегка оттянутым концом. Стеклянную трубку вертикально укрепить в штативе, на пробку рыхло положить
сверху насыпать активированный уголь на три четверти высоты цилиндра. На уголь вновь поместить слой стеклянной ваты. Под цилиндрическое стекло поставить стакан.
Колбу, наполненную до краев водой, под-j крашенной фуксином, накрыть бумагой и пере* вернуть вверх дном. Продеть горло колбы через кольцо штатива и погрузить в верхнюю часть трубки. Убрать бумагу и укрепить коль! цо штатива на нужной высоте. Часть жидкости из колбы вылить и заполнить трубку до уровня краев горла колбы (рис. 20). Приоткрыв винтовой зажим, по каплям выпустить обесцветившуюся жидкость из цилиндра в подставленный стакан. Если фильтр пропустить получится раствор,
взболтать окрашенные растворы
чс ^ез этот же угольный сероводородную воду, то лишенный запаха. Можно с порошком активирован*
также ного угля, затем профильтровать через обычный фильтр.
Опыт 69. Восстановление углем оксида свинца. Реакция соедй" нения углерода с кислородом высокоэкзотермическая, поэтому
уголь восстанавливает большинство металлических оксидов металлов до свободных металлов. Восстановление оксидов, характеризующихся большой теплотой образования, протекает только при очень высокой температуре, когда образуется окись углерода, go многих случаях при высокой температуре углерод соединяется с восстановленным металлом, образуя карбиды.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровый тигель с крышкой диаметром 3—4 см. 2. Керамический треугольник. 3. Горелка с треножником. 4. Тигельные щипцы. 5. Лист асбеста. 6. Уголь. 7. Оксид свинца (И). 8. Сульфид натрия.
Подготовка. В тигель насыпать хорошо перемешанную смесь 40 г оксида свинца (И), 1—2 г угля и 6 г безводного сульфида натрия, играющего роль флюса.
Выполнение. Тигель установить на керамический треугольник, закрыть крышкой и сильно прокалить 10—15 мин. По окончании восстановления содержимое тигля вылить на асбестовый лист и отделить образовавшиеся капли свинца:
2РЬО-р =2РЬ+СО2
Опыт 70. Получение диоксида углерода термическим разложением карбоната магния.
Оборудование и материалы. 1. Небольшая колба Вюрца. 2. Стакан на 200—250 мл. 3. Резиновая трубка со стеклянной трубкой, согнутой под прямым углом. 4. Горелка. 5. Штатив с лапкой. 6. Известковая вода.
Подготовка. Насыпать в колбу Вюрца на четверть объема карбонат магния. Закрепить в штативе. Присоединить газоотводную трубку к колбе. Конец трубки опустить в стакан с налитой до половины прозрачной известковой водой.
Выполнение. Вначале медленно и осторожно прогреть всю колбу с карбонатом магния. После этого поставить горелку под колбу и наблюдать образование карбоната кальция в стакане:
MgCO3=MgO+CO2
Са (ОН )2+СО2=СаСО3+Н2О
Аналогичным образом можно провести опыты с карбонатами марганца, железа и др. Температура разложения некоторых карбонатов (в °C): МпСОз 327, FeCO3 405, MgCO3 500, СаСО3 850, SrCOg ИЗО, ВаСОз 1300.
Опыт 71. Получение диоксида углерода из малахита.
Оборудование и материалы. 1. Реторта с тубусом на 250—500 мл. 2- Перегонная колба на 100—150 мл. 3. Стеклянная трубка. 4. Стеклянный цилиндр. 5. Штатив с лапкой и кольцом. 6. Асбестированная сетка. 7. Горелка. °- Малахит. 9. Известковая вода. 10 Безводный сульфат меди (II).
Подготовка. Шейку реторты, укрепленной в лапке штатива, вставить через резиновую пробку в горло колбы. К отводной труб-Ке колбы присоединить согнутую стеклянную трубку, опущенную в Цилиндр (рис. 21). Реторту загрузить на одну треть сухим измельченным в порошок малахитом. В перегонную колбу насыпать не-
много безводного сульфата меди (II). В цилиндр налить прозрачную известковую воду. Испытать прибор на герметичность. I
Выполнение. Медленно и осторожно нагреть реторту с мала!
хитом. Когда вся реторта прогреется, сосредоточить нагревание J нижней ее части, где находится малахит. Через некоторое время col
Рис. 21. Получение диоксида углерода разложением малахита
держимое реторты становится черным (окись меди СиО), в колбу начинает по каплям стекать вода, при соприкосновении с которой! безводная сернокислая медь окрашивается в синий цвет (образование медного купороса). Известковая вода при прохождении че-1 рез нее диоксида углерода мутнеет от образовавшегося нераство-> римого в воде карбоната кальция. Следовательно, малахит при нагревании разлагается — образуются оксид меди (II), вода и диоксид углерода: I
(CuOH)2 CO3=2CuO4-H2O+CO2 |
Опыт 72. Получение диоксида углерода из мрамора.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа. 2. Промывная, склянка с водой. 3. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. I 4. Цилиндр для собирания газа 250—300 мл. 5. Мрамор. 6. Соляная кислота (1 : 4). 7. Лучина.
Средний резервуар аппарата Киппа загрузить кусками мрамора величиной с орех. Весь нижний резервуар и часть верхнего наполнить соляной кислотой (1:4). К аппарату присоединить промывную склянку с водой. Вода задерживает увлекаемые газом капельки кислоты и хлористый водород, а также служит для наблюдения за скоростью выделения газа. Вторая промывная склянка (с концентрированной серной кислотой) служит для осушки газа. При-1 соединить к ней газоотводную трубку. Соляная кислота энергично । реагирует с мрамором:
СаСО3+2НС1=СаС12+Н2О+СО2 I
СаСО3+2Н+=Са2++Н2О-|-СО.>
Выделяющийся газ собрать в сухой цилиндр и испытать горя- * щей лучиной, которая в нем гаснет. I
Опыт 73. Переливание диоксида углерода.
и материалы. 1. Установка для получения диокси-стеклянных стакана на 2 л.
Оборудование
а углерода (см. предыдущий опыт). 2. Три 3 Технохимические весы. 4. Песок или дробь.
Выполнение.
большие стеклянные стаканы. Третий стакан наполнить диоксидом углерода» опустив в него до дна газоотводную трубку от соответствующей установки. Стакан с диоксидом углерода поднести к одному из стаканов, стоящих на уравновешенных весах, и, плавно наклоняя стакан с газом, перелить последний в стакан, находящийся на весах; чашка весов с этим стаканом опустится вниз.
Опыт 74. Тушение свечей диоксидом углерода.
На чашки технохимических весов поставить Уравновесить песком или дробью.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с мрамором и соляной кислотой. 2. Большой стеклянный сосуд на 5—6 л. 3. «Лесенка» из толстой металлической проволоки или стеклянной палочки (рис. 22). 4. Свечи.
Рис. 22. Тушение свечей диоксидом углерода
Выполнение. На каждой ступеньке «лесенки» укрепить по небольшому куску свечи, зажечь и поместить в сосуд. Опустив до дна сосуда трубку, соединенную с аппаратом Киппа, пустить ток диоксида углерода, которая постепенно снизу заполняет сосуд, отчего горящие свечи одна за другой гаснут.
Опыт 75. Кислотность раствора диоксида углерода.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с диоксидом углерода. 2. Соединительная резиновая трубка. 3. Трубка для поглощения газов (трубка Пелиго, см. рис. 38, стр. 81) или склянка Дрекселя с дистиллированной водой и нейтральным лакмусом или со смешанным индикатором. 4. Штатив с лапкой.
Выполнение. Насытить двуокисью углерода находящуюся в поглотительной склянке дистиллированную воду с индикатором. По мере насыщения воды индикатор изменяет окраску, показывая кислотные свойства раствора диоксида углерода.
Опыт 76. Поглощение диоксида углерода щелочью.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр с двуокисью углерода, Накрытый пластинкой. 2. Ванна с 2 н. раствором гидроксида натрия.
Выполнение. Наполненный диоксидом углерода цилиндр опустить горлом в ванну, открыть под жидкостью. Диоксид углерода взаимодействует со щелочью, и жидкость заполняет цилиндр:
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
C02 +20H~=COij~+H2O
Опыт 77. Гашение диоксидом углерода горящего бензина.
Оборудование и материалы. 1. Железный кювет. 2. Два стакана по 2 л. 3. Большой фарфоровый тигель. 4. Тигельные щипцы. 5. Аппарат Киппа с мрамором и соляной кислотой (1:4). 6. Отводная резиновая трубка. 7. Пипетка. 8. Спички. 9. Бензин. 10. Вода.
Подготовка. На металлический кювет установить большой
стакан. В него поместить тигель с
Рис. 23. Получение водяного газа разложением воды в электрической дуге
бензином (5—10 мл). Из аппарата Киппа (или, если есть, из баллона) наполнить стакан| (2 л) диоксидом углерода.
Выполнение. Поджечь ’ бензин, бросив в него зажжен-1 ную спичку. С помощью пипет- ' ки ввести в тигель немного воды. Будучи легче воды, бензин всплывает и продолжает гореть. Если на пламя вылить диоксид углерода из стакана, то бензин гаснет. На этом принципе устроены огнетушители. ,
Опыт 78. Получение водяного газа.
Обор удование и материалы. 1. Шарообразная колба с тремя тубусами на 1—2 л. 2. Газоотводная стеклянная трубка. 3. Цилиндр для собирания газов. 4. Кристаллизатор. 5. Два штатива с лапкой и кольцами. 6. Два угольных электрода. 7. Источник электрического тока. 8. Реостат. 9. Известковая вода.
Подготовка. Колбу, в боковые тубусы которой на резиновых пробках вставлены два передвижных угольных электрода, почти соприкасающихся в середине колбы, наполнить водой и укрепить с помощью двух колец на штативе (рис. 23). Верхний тубус колбы закрыть резиновой пробкой с газоотводной трубкой. Свободный конец трубки опустить в кристаллизатор с водой. Туда же погрузить наполненный водой и укрепленный в лапке штатива цилиндр для собирания газа. Угольные электроды, на свободные концы которых надеты отрезки резиновой трубки, присоединить к реостату. Последний поставить на полное сопротивление и присоединить к источнику тока.
Выполнение. Включить ток. Постепенно уменьшая сопротивление в реостате, зажечь электрическую дугу. Регулируя расстояние между электродами, достичь равномерного горения дуги под водой. Уголь электродов частично сгорает и распыляется, поэтому электроды приходится сближать, взяв за наружные изолированные концы. При высокой температуре дуги уголь взаимодействует с водой:
С+Н2О=СО+Н2
Смесь водорода и окиси углерода после вытеснения из прибора воздуха собрать в цилиндр. Полученный таким способом водяной
газ, будучи подожжен, спокойно сгорает. В качестве примеси он одержит диоксид углерода, о чем свидетельствует слабое помут-нение известковой (или баритовой ) воды. Известковая вода, при-литая в цилиндр после сгорания, при взбалтывании сильно мутнеет:
2СО4-О2=2СО2
2H2-j-O2=2H2O
СО2+Са (ОН)2=СаСО3+Н2О
С02-Н а2++2ОН~=СаСО84-Н2О
Опыт 79. Получение моноксида углерода. Моноксид углерода очень ядовит. Получать его только под тягой.
Оборудование и материалы. 1. Установка — см. рис. 63 *. 2. Колба Вюрца- 3. Капельная воронка. 4. Простая воронка диаметром 5—6 см. 5. Промывная склянка с 2 н. раствором гидроксида натрия. 6. Цилиндр на 500 мм. 7. Кристаллизатор. 8. Штатив с двумя лапками и кольцом. 9. Горелка. 10. Муравьиная кислота (пл. 1,2). 11. Серная кислота (пл. 1,84). 12. Известковая вода. 13. Дистиллированная вода.
Подготовка. В колбу на одну четверть налить концентрированную серную кислоту. Укрепить колбу в лапке штатива и закрыть пробкой, через которую проходит капельная воронка с муравьиной кислотой **. К боковой трубке колбы присоединить промывную склянку с раствором едкой щелочи. Газоотводную трубку, соединенную с промывной склянкой, опустить в кристаллизатор с водой. Для собирания газа погрузить в кристаллизатор цилиндр, наполненный водой, опрокинутый вверх дном и укрепленный в лапке штатива.
Выполнение. Предварительно нагреть серную кислоту до 80—90° С, затем медленно, по каплям, прилить к ней муравьиную кислоту. Тотчас же начинает равномерно выделяться моноксид углерода:
НСООН = Н2О4-СО
Если интенсивность выделения газа начнет снижаться, то колбу слегка подогреть. После того как воздух из прибора будет вытеснен (проба собранного в пробирку над водой газа на отсутствие гремучей смеси!), моноксид углерода собрать в приготовленный Цилиндр и поджечь — он спокойно сгорает синим пламенем:
2СО+О2=2СО2
* См. опыт 172 — получение кислорода при взаимодействии диоксида мар-ганца с серной кислотой.
** За неимением муравьиной кислоты для получения моноксида углерода Можно использовать ее соль—формиат натрия НСОгИа. При слабом подогревании смеси равных объемов мелкокристаллической соли и концентрированной верной кислоты, помещенных в колбу прибора, выделяется моноксид углерода. tr° можно получить и из щавелевой кислоты действием концентрированной серной Кислоты. При разложении щавелевой кислоты образуется наряду с моноксидом Углерода также диоксид углерода; для поглощения последнего выделяющиеся сазы пропускают через две промывные склянки Тищенко с концентрированным Раствором едкой щелочи.
Известковая вода, налитая в цилиндр после сгорания моноксщ да углерода, мутнеет; при горении образуется диоксид углерода Для прекращения реакции колбу снаружи охладить. ПосдЛ окончания опыта, не вынимая прибора из-под тяги, колбу за| полнить водой для вытеснения имеющегося в ней газа. И тольк! после этого прибор разобрать и промыть.
Опыт 80. Восстановительные свойства моноксида углерода.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения моноксид; углерода — см. опыт 63. 2. Склянка Тищенко с раствором едкой щелочи. 3. Tpi склянки Дрекселя. 4. Аммиачный раствор оксида серебра *. 5. Фелингов; жидкость (растворы I и II **). 6. Хлорид палладия (II) PdCl2 (1%-ный раствор)
Смешав равные объемы приготовленные получить фелингову жидкость. К прибору
Подготовка, растворов I и II,
Рис. 24. Получение и горение метана
в котором получают моно! ксид углерода, присоеди4 нить промывные склянки Дрекселя. В одну из них налить аммиачный рас^ твор оксида серебра, Другую — свежеприготовленную фелингову жид-' кость, в третью— 1%-ньм раствор дихлорида пал* ладия.
Выполнение. Пропустить моноксид углерод
да через растворы. Выпа-’ дают черные осадки се-
ребра и палладия и красный осадок оксида меди(1). Реакция протекает с большей скоростью, если газ пропускать через теплые
растворы.
Опыт 81. Взрыв смеси моноксида углерода с кислородом.
Оборудование и материалы. I. Прибор для получения моноксиду углерода — см. рис. 63. 2. Газометр с кислородом. 3. Цилиндр для собирания газов с пришлифованной стеклянной пластинкой. 4. Кристаллизатор. 5. Горелка,
Выполнение. Стеклянный цилиндр, предварительно разде^ ленный на три равные части, наполнить над водой одним объемом4 кислорода и двумя объемами окиси углерода. Закрыть стеклянной пластинкой. Цилиндр после 2—3-кратного перевертывания поднести к пламени горелки и, отняв стеклянную пластинку, поджечь газовую смесь — происходит взрыв.
—
* Готовя аммиачный раствор оксида серебра, надо к 2—3 %-ному раствор/ нитрата серебра прибавлять по каплям, взбалтывая 2 н. раствор аммиака^ до растворения появляющегося вначале осадка. IИ
* * Получая фелингову жидкость, готовят отдельно два раствора: а) 17,3 Ч медного купороса растворяют в 500 мл воды; б) 86,5 г тартрата калия-натрИд NaKC4H4O6 (сегнетова соль) и 30 г едкого натра растворяют в 500 мл водьЦ
Опыт 82. Получение и горение метана.
Оборудование и материалы. 1. Тугоплавкая пробирка. 2. Стек-янНая газоотводная трубка. 3. Цилиндр с пластинкой для собирания газа, д Стакан на 500 мл с водой. 5. Кристаллизатор. 6. Два штатива с лапкой. / Горелка. 8. Ацетат натрия (обезвоженный и плавленый)*. 9. Натронная из-весть **• Ю. Известковая вода.
Подготовка. Смесь 1 в. ч. обезвоженного ацетата натрия {1 2 в. ч. прокаленной натронной извести, приготовленную тщательным растиранием в ступке, поместить в пробирку, которую наклон-н0 укрепить в штативе. К стеклянной трубке, проходящей через пробку в пробирке, присоединить трубку, опущенную в кристаллизатор с водой, в который погружен цилиндр с водой, опрокинутый вверх дном и укрепленный в штативе (рис. 24).
Выполнение. Сначала осторожно нагреть всю пробирку, а затем сильно нагреть смесь в пробирке. Протекает реакция
CH3COONa+NaOH =CH4+Na2CO3
По вытеснении всего воздуха из прибора (обязательна проба газа, собранного над водой в пробирку, на отсутствие гремучей смеси!) газоотводную трубку подвести под цилиндр и собрать выделяющийся метан. Метан, полученный этим способом, содержит примесь водорода (до 8%). Сняв стеклянную пластинку, закрывающую цилиндр, газ тотчас поджечь; спокойное, едва светящееся пламя метана в цилиндре медленно опускается вниз. Уравнение реакции СН4Ч-2О2-2Н2О+СО2
После сгорания газа в цилиндр влить прозрачную известковую воду и встряхнуть его — вода мутнеет от диоксида углерода:
СО2+Са (ОН)2=СаСО34-Н2О
Примечание. Чтобы пламя горящего метана держалось над цилиндром и было более заметным, в цилиндр надо постепенно вливать воду, которая вытесняет газ.
Опыт 83. Получение ацетилена из карбида кальция.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 250—300 мл. 2. Штатив с кольцом и лапкой. 3. Две промывные склянки. 4. Цилиндр на 500 мл с притертой стеклянной пластинкой. 5. Карбид кальция СаС2. 6. Битое стекло. 7. Насыщенный раствор поваренной соли, 8. Перманганат калия (щелочной раствор). 9. Бромная вода.
Подготовка. На дно колбы, укрепленной в штативе, положить битое стекло, а сверху — около десятка кусочков карбида кальция.
* Чтобы приготовить безводный ацетат натрия, надо кристаллическую соль ^аС2Н3О2-ЗН2О поместить в железную или фарфоровую чашку, нагреть на голом Огне, постоянно помешивая стеклянной палочкой. Сначала соль плавится, растворяясь в своей кристаллизационной воде. По мере испарения воды расплав густе-пузырится и, наконец, застывает в белую массу. При дальнейшем нагревании безводная соль вновь плавится. Под конец требуется более сильное нагревание. Вместе с тем следует избегать перегрева расплавленной соли, чтобы не произошло разложения и образования угля. После того как пузырьки перестанут выделяться, прекратить нагревание. Расплав вылить на чистый холодный кафель и по застывании измельчить. Хранить его в хорошо закрытой банке или в эксикаторе.
** Натронная известь — сплав гидроксида натрия с гашеной известью (1 : 1).
В капельную воронку, проходящую через пробку в горле колбы налить насыщенный раствор поваренной соли.
Выполнение. Медленно, по каплям, прибавлять раствор из ка-
пельной воронки в колбу. Реакция протекает не столь энергично, как с чистой водой, и удается создать равномерный ток газа:
СаС2+2Н2О=С2Н24-Са (ОН)2
Рис. 25. Получение ацетилена из карбида кальция:
1 — капельная воронка; 2 — колба; 3 — промывная склянка с щелочным раствором КМпО4;
4 — то же, с бромной водой
Ацетилен собрать над водой в цилиндр, обязательно предварительно сделав пробу на отсутствие гремучей смеси (смесь ацетилена с воздухом обладает значительно большей взрывной силой, чем другие гремучие смеси). Сняв стеклянную пластинку, закрывающую цилиндр с ацетиленом, поджечь газ — ацетилен горит сильно коптящим пламенем вследствие неполного сгорания углерода. Если не требуется собрать ацетилен, то пропустить его через все промывные склянки, содержащие: одна—щелочной раствор перманганата калия, другая—бромную воду (рис. 25).
Расход карбида кальция определяется потребностью в ацетилене; из 10 а карбида кальция можно получить около 3—5 л ацетилена. Чтобы уменьшить растворимость ацетилена в воде, рекомендуется цилиндр
перед тем, как вводить в него ацетилен, заполнить насыщенным на холоду раствором хлорида натрия.
Опыт 84. Синтез ацетилена (по Бертло). В яйцевидный стеклянный сосуд 1 (рис. 26) с двух сторон на пробках вставлены угольные электроды. В тех же пробках проходят стеклянные трубки. По одной из них вводят в сосуд водород (проходящий через промывные склянки 2 и 3), по другой выходит образующийся ацетилен. Он проходит через промывную склянку 4. Предварительно очень долгое время в сосуд пропускают водород. Затем между электродами создают вольтову дугу. При накаливании угля в атмосфере получается ацетилен:

водород;
Опыт 85. Взаимодействие ацетилена с хлором.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения ацетилена (см. опыт 83) с трубкой для горения газов. 2. Цилиндр с хлором, закрытый пришлифованной стеклянной пластинкой
Выполнение. Трубку, из которой выходит медленный ток ацетилена, после предварительного испытания на отсутствие взрыв*
чатой смеси ввести в цилиндр с хлором. Как только конец трубки окажется в атмосфере хлора, ацетилен вспыхивает с небольшим хлопком и загорается красноватым пламенем, обильно выделяя сажу: С2Н2+С12=2С4-2НС1
Другой вариант этого опыта. Заполнить хлором высокий стакан емкостью 1—2 л, содержащий немного воды. В воду бросить
Рис. 26. Синтез ацетилена (по Бертло)
несколько кусочков карбида кальция. Выделяющийся ацетилен, соединяясь с хлором, воспламеняется над поверхностью воды.
Опыт 86. Взаимодействие ацетилена с бромом.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения ацетилена (см. опыт 83). 2. Две промывные склянки. 3. Бромная вода.
Выполнение. К прибору, в котором получают ацетилен, присоединить две промывные склянки В первую склянку налить, сильно насыщенную бромом воду, во вторую — дистиллированную поду. Пропустить равномерный ток ацетилена. Бромная вода постепенно обесцвечивается; на дне склянки собираются продукты присоединения брома к ацетилену в виде тяжелой маслянистой жидкости:
С2Н2+Вг2=С2Н2Вг2
C2H2Br2-j~Br2=С2Н2Вг4
Во второй склянке поглощаются увлекаемые током газа пары брома.
Препараты для обозрения углерода и его соединений
Алмаз, графит, древесный уголь. Оксиды углерода. Соли угольной кислоты (карбонаты). Минералы: кальцит СаСО3, разновидности Кальцита (испанский шпат, мрамор, известняки — осадочная горная ^орода, мел), доломит CaCO3-MgCO3, сталактиты, сталагмиты, магне-
Ит MgCO3, сидерит (железный шпат) FeCO3, марганцовый шпатМпСО3,
цинковый шпат ZnCO3, арагонит СаСО3, витерит ВаСО3, церуссиж РЬСО3, малахит CuCO3-Cu (ОН)2. Сода (натрон) Na2CO3- 10Н2О.| Коралл. Устричные раковины (перламутр). Карбиды. Торф. Бурый! уголь, каменный уголь. Антрацит.
КРЕМНИЙ I
Опыт 87. Получение кремния и взаимодействие его с гидрокси! дом натрия.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая ступка. 2. Пробирка. 1 •3. Держалка для пробирок. 4. Стакан на 500 мл. 5. Горелка. 6. Плоская чашка. * 7. Молоток. 8. Маленькая колба Вюрца. 9. Штатив с лапкой и кольцом. 10. Ре-* зиновая трубка со стеклянной трубкой, согнутой под прямым углом и оттянутой? на конце. 11. Магний (порошок). 12. Мелкий кварцевый песок. 13. Соляная^ кислота (2 н. раствор). 14. Кремний. 15. Гидроксид натрия (50%-ный раствор).,
а. Получение аморфного кремния. Подготовка. Юг сухого кварцевого песка * тщательно перемешать в фарфоровой ступке с 16 г порошка магния. Смесь поместить в пробирку. В стакан на три чет-р верти налить дистиллированную воду, подкисленную соляной кислотой.
Выполнение. Взяв пробирку в держалку, осторожно прогреть на пламени горелки сначала всю пробирку, а затем сосредоточить нагревание на верхней ее части. Как только начнется реакция, нагревание прекратить. Реакция протекает весьма энергично и быстро распространяется по всей массе смеси:
SiO2-J-2Mg=2MgO+Si I
После остывания пробирку осторожно разбить, содержимое вместе с осколками стекла ссыпать в стакан с водой, подкисленной соля-^ ной кислотой. Темный порошок и осколки стекла падают на дно* стакана, а на поверхности жидкости происходят вспышки, сопровождающиеся легкими хлопками. Аморфный кремний находится в осадке на дне стакана с возможными примесями магния, от которых он может быть освобожден нагреванием с соляной кислотой.
Взаимодействие выделившегося кремния с магнием сопровождается образованием силида магния:
Si-j-2Mg=Mg2Si Я
Последний при взаимодействии с соляной кислотой образует газообразный SiH4:
Mg2Si+4HCl=SiH4+2MgCl2
Выделяющийся газ содержит примеси ди-, три- и т. д. силанов и водорода. При соприкосновении с воздухом силан самовоспламеняется и сгорает, образуя воду и диоксид кремния (белый дым)»
SiH4+2O2=2H2O+SiO2 |
б. Взаимодействие кремния с гидроксидом натрия. Кислоты на кремний в обычных условиях не действуют. Щелочи переводят его в соли кремниевой кислоты, при этом выделяется водород.
* Не следует брать мелко измельченный песок, растертый кварц или кизельгур, так как реакция в этих случаях протекает слишком энергично.
Подготовка. Поместить в колбу Вюрца немного кремния прибавить 10—15 мл раствора щелочи. Горло колбы закрыть пробкой.
Выполнение. Осторожно нагреть колбу. Выделяющийся водород (после проверки на чистоту) поджечь у оттянутого конца стеклянной трубки. При желании водород можно собрать в цилиндр:
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2
Si+2ОН-+Н2О=SiO|~+2H2
Опыт 88. Получение геля кремниевой кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Бокал на 200—250 мл. 2. Стеклян-ная палочка. 3. Горелка с треножником и сеткой. 4. Стакан на 200—250 мл. 5. Бюретка с воронкой и штативом. 6. Свежеприготовленный 25%-ный раствор силиката натрия. 7. Соляная кислота (пл. 1,12). 8. Лакмус.
Подготовка. Нагреть в стакане силикат натрия до 50—60°С. Наполнить бюретку соляной кислотой.
Выполнение. Теплый раствор силиката натрия вылить в бокал. Прибавить 7—10 капель лакмуса. Из бюретки, непрерывно помешивая, приливать соляную кислоту до появления слабой опалесценции, после чего прекратить приливать кислоту. Через некоторое время (иногда 10—15 мин) вся масса в бокале коагулирует. Лакмус в течение всего опыта должен показывать щелочную реакцию раствора. Раствор силиката натрия разъедает стекло, поэтому посуду тотчас же после опыта тщательно вымыть.
Опыт 89. Гидролиз силиката натрия.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 250—300 мл„ 2. Горелка. 3. Свежеприготовленный 30%-ный раствор силиката натрия. 4. Насыщенный раствор хлорида аммония.
Выполнение. В коническую колбу налить по 50 мл растворов силиката натрия и хлорида аммония. Тщательно взболтать. Лодогреть в пламени горелки. Обратить внимание на образующийся аморфный осадок кремниевой кислоты:
Na2SiO3+2NH4Cl+2H2O=2NaCl+2NH4OH+H2SiO3|
SiO|-+2iNH++2H2O=2NH4OH+H2SiO3
Опыт 90. Взаимодействие диоксида кремния с гидроксидом натрия.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая чашка. 2. Горелка с треножником и сеткой. 3. Штатив с воронкой и фильтром. 4. 'Два стакана На ЮО—150 мл. 5. Стеклянная палочка. 6. Мелкий кварцевый песок. 7. Гидроксид натрия (30%-ный раствор). 8. Соляная кислота (1:1). 9. Лакмус.
Выполнение. В фарфоровую чашку насыпать мелкий песок и налить концентрированный раствор щелочи. Кипятить 20—30 мин 11 сразу же отфильтровать. Песок реагирует со щелочью:
SiO2+2NaOH = H2O+Na2SiO3
SiO24-2OH-=SiO2~+H2O
Чтобы обнаружить силикат натрия, часть фильтрата отлрц и добавить в него соляную кислоту до слабокислой реакции. Вьщ^ дает гель кремниевой кислоты H2SiO3 (точнее SiO2-nH2O). I
Опыт 91. Пропитка тканей силикатом натрия.
Оборудование и материалы. 1. Горелка. 2. Тигельные щипцы nj пинцет. 3. Полоски холста и ситца. 4. Стакан на 300—400 мл. 5. Силик$ натрия (10%-ный раствор).
Подготовка. Налить в стакан раствор силиката натрия| Опустить в него полоску холста и полоску ситца Выдержать ц| в растворе 50 — 70 мин. Вынуть и высушить полоски. Опыт можно начать до лекции. |
Выполнение. Внести в пламя горелки непропитанную и прей питанную полоски ткани одновременно. Легко ваметить, что про! питанная ткань загорается гораздо труднее.
Опыт 92. Получение легкоплавкого свинцового стекла.
Оборудование и материалы. 1. Железный тигель с крышкой "2. Тигельные щипцы. 3. Стакан на 200 — 500 мл с водой. 4. Горелка с треножнвд ком и керамическим треугольником. 5. Асбестовая пластинка. 6. Технические веса с равновесом. 7. Мелкий кварцевый песок. 8. Оксиды свинца (II) и бора. j
Подготовка. Отвесить 16,8 г оксида свинца, 2,2 г оксида бора и 9,0 г кварцевого песка. Тщательно перемешать и пересыпать в железный тигель. Тигель поместить в керамиковый треугольник и поставить на треножник. I
Выполнение. Зажечь горелку. Расплавить смесь. Щипцами снять тигель и опустить его наполовину в холодную воду. Вытряхнуть стекло на асбестовую пластинку. Температура плавления такого стекла около 500°С.
Опыт 93. Свойства стекла.
Оборудование и материалы. 1. Маленькая колба Вюрца из обычного стекла. 2. Маленькая колба Вюрца из кварцевого стекла (или кварцевый тигель). 3. Легкоплавкие стеклянные трубки. 4. Горелка с плоской насадкой. 5. Тигельные щипцы. 6. Два стакана (на 500 и 100 мл). 7. Бокал на 250—300 МЛ. 8. Фарфоровая ступка с пестиком. 9. Демонстрационный столик. 10. Асбестовый картон. 11. Разбавленный раствор перманганата калия. 12. Спиртовой раствор фенолфталеина.
Выполнение, а. Взять отрезок стеклянной трубки за концы обеими руками. Ввести середину ее в верхнюю часть пламени горелки с плоской насадкой. Нагревать, все время вращая в одном направлении. Когда трубка размягчится настолько, что начнет гнуться сама, вынуть ее из пламени и плавно сгибать, медленно поднимая концы кверху. И
б. Другой отрезок стеклянной трубки, нагретый аналогичным способом, вынуть из пламени и вытянуть в тонкую нить, разводя руки в стороны резким движением. Показать, что полученная стек* лянная нить есть капилляр. Для этого разложить ее на отрезкЯ длиной 10—15 см, которые опустить вертикально в цилиндр с раствором перманганата калия. Окрашенный раствор высоко ПОД' нимется по капиллярам.
Третий отрезок трубки или колбу Вюрца нагреть в пламени пРеЛКИ и погрузить в бокал с водой, — на дно бокала падают г/сОчки растрескавшегося стекла. Влить в бокал несколько капель Юртового раствора фенолфталеина — окраска не меняется. Слив L бокала жидкость, осколки стекла, промытые водой, перенести фарфоровую ступку и тщательно растереть пестиком в порошок. риовь смыть водой в бокал. Теперь при приливании фенолфталеина
едкость в бокале окрашивается в розовый цвет, что показывает на частичный переход в раствор силиката натрия, входящего в состав стекла (распор его в воде имеет щелочную реак-цИЮ).
г. Трубку или колоу из кварцевого стекла сильно нагреть в пламени горел-ки (стекло не размягчается) и в раскаленном состоянии погрузить в стакан с водой — слышится треск и шипение от резкого испарения воды, но предмет из кварцевого стекла остается целым благодаря чрезвычайно незначительному коэффициенту расширения (примерно в 15 раз меньше, чем у обычного стекла).
Опыт 94. Получение тетрафторида кремния и фторокремниевой кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба 500 мл с пробкой. 2. Стеклянная трубка, согнутая под прямым 4. Фарфоровая ступка с пестиком. 5. Штатив с
его в воде имеет щелочную реак-
Рис. 27. Получение тетрафто рида кремния и фторокремние-вой кислоты

углом. 3. Стеклянный цилиндр, лапкой и кольцом. 6. Асбестиро-ванная сетка. 7. Горелка. 8. Воронка со складчатым фильтром. 9. Четыре демонстрационных бокала. 10. Фторид кальция CaF2. 11- Кварцевый песок 12. Серная кислота (пл. 1,84). 13. Соляная кислота (пл. 1,19). 14. Ртуть. 15. Хлорид бария ВаС12 (2 н. раствор). 16. Хлорид калия КС1 (концентрированный раствор). 17. Этиловый спирт С2Н5ОН. 18. Раствор синего лакмуса. 19. Раствор аммиака.
Подготовка. Фторид кальция и кварцевый песок растереть в ступке (каждый отдельно) до состояния тонкого порошка. При-готовить тонкую их смесь из равных по массе частей (по 20 г). Смесь поместить в колбу. Добавить столько концентрированной Серной кислоты, чтобы образовалась жидкая кашица. Горло колбы, Укрепленной в штативе, плотно закрыть резиновой пробкой с дваж-согнутой под прямым углом стеклянной трубкой, длинное коле-FI° которой опустить до дна в стеклянный цилиндр с водой. На
Цилиндра налить ртуть слоем 2 — 3 см. Под колбу подложить Тестированную сетку (рис. 27).
Выполнение. Медленно и осторожно нагревая колбу, добить-Ся Равномерного тока газа. При взаимодействии фтористого кальция с серной кислотой выделяется фтороводород:
CaF2+H2SO4=C2SO4+H2F2
Ф- П. Платонов
65
Фтороводород, реагируя с диоксидом кремния, образует тет! фторид кремния: 1
2H2F2+SiO2=SiF4+2H2O |
Тетрафторид кремния разлагается водой, выделяя диоксид кр^ ния и фтороводород: 1
SiF4+2H2O=SiO2+2H2F2 I
Слой ртути на дне цилиндра необходим для того, чтобы разд жение фтористого кремния, сопровождающееся образованием CTyj нистого осадка, происходило выше отверстия газоотводной труб] и последняя не забивалась бы осадком. Образующийся фторовод род, соединяясь с неразлсжившимся тетрафторидом кремния, да фторокремниевую кислоту:
H2F2+SiF4=H2SiFe I
К концу опыта вынуть газоотводную трубку из цилиндра и то ж. ко после этого прекратить нагревание. Колба и стеклянная трубка изнутри сильно разъедаются фтороводородом, поэтому пользоваться ими можно только один раз.
Содержимое цилиндра после фильтрования разлить в четыре бокала. В первый бокал прилить синий раствор лакмуса; он окрашивается в красный цвет. Во второй бокал прилить раствор хлорйда бария и немного концентрированной соляной кислоты — выпадар кристаллический осадок фторосиликата бария:
H2SiF6+BaCl2=2HCl+BaSiF( | Я
В третий бокал добавить концентрированный раствор хлорида калия и немного этилового спирта — образуется полупрозрачной студенистый осадок фторосиликата калия: Я
H2SiF6+2KCl=2HCl+K2SiFe |
В четвертый бокал добавить гидроксид аммония — образуется студенистый осадок ортокремниевой кислоты: Я
H2SiFe+4NH4OH = H2F2+4NH4F+H4SiO41 Я
Фторокремниевая кислота H2SiF6 двухосновная, по силе близкая к серной. Даже очень неконцентрированная, она является сильны*1 дезинфицирующим средством, в качестве какового и находит промЫШ' ленное применение. Большинство ее солей хорошо растворим0 в воде. Из производных обычных металлов этой кислоты наиболее труднорастворимы соли калия и особенно бария. Я
Д
Препараты для обозрения кремния и его соединений
Кремний. Кварц SiO2. Соли кремниевых кислот. Карборунд Минералы: каолинит Al2O3-2SiO2-2H2O, асбест CaO-3MgO- 4Sw тальк 3MgO-4SiO2-H2O, слюда K2O-3Al2O3-6SiO2-2H2O, орЯ лаз К2О-Al2O3-6SiOa, альбит Na2O-Al2O3-6SiO2, анар^
2СаО • 2А12О3 • 4SiO2. Силициды. Силикагель. Стеклопластики.
ГЕРМАНИЙ, ОЛОВО, СВИНЕЦ
Германий, олово и свинец — амфотерные элементы; металличе-с1<ие свойства возрастают от германия к свинцу. Их получают в чистом виде, восстанавливая оксиды водородом. Олово и свинец получают, кроме того, восстанавливая оксиды углем и электрохимическим методом.
Опыт 95. Гидролиз тетрахлоридов германия, олова и свинца.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл.
Три стеклянные палочки по размеру стаканов. 3. Тетрахлориды германия, Олова и свинца. 4. Дистиллированная вода. 5. Лакмус.
Выполнение. Налить в три стакана по 2—3 мл растворов тетрахлоридов германия, олова и свинца. В каждый стакан прилить по 150—200 мл дистиллированной воды. Образуются осадки гидроксидов:
GeCl4+4H2O=Ge (ОН)4 +4НС1 SnCl4+4H2O=Sn (ОН)4+4НС1 РЬС14+4Н2О=РЬ (ОН)4+4НС1
Прибавить по 5—7 капель лакмуса в каждый стакан и убедиться, что всюду реакция кислая.
Примечание. Приведенные формулы гидроксидов простейшие. В действительности осадки гидроксидов содержат переменное количество воды, и их состав выражается более общей формулой: xRO2-yH2O.
Опыт 96. Амфотерные свойства гидроксидов германия, олова и свинца.
Оборудование и материалы. 1. Шесть стаканов на 250—300 мл. 2. Шесть стеклянных палочек по размеру стаканов. 3 Три горелки с треногами и сетками. 4. Гидроксиды германия, олова и свинца (из предыдущего опыта). 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 6. Азотная кислота (2 н. раствор).
Выполнение. Налить в три стакана по 2—3 мл суспензии гидроксидов германия (IV), олова (IV) и свинца (IV). При нагревании и помешивании приливать в каждый стакан азотную кислоту До растворения осадков:
Ge (OH)4+4HNO3=Ge (NO3)4+4H2O
Ge (OH)4+4H +=Ge4++4H2O
Sn (OH)4+4HNO3=Sn (NO3)4+4H2O
Sn (OH)4+4H+ = Sn<++4H2O
Pb (OH)4+4HNO3=Pb (NO3)4+4H2O Pb (OH)44-4H+=Pb4+4-4H2O
Налить no 2—3 мл суспензии тех же гидроксидов в других три СТаКана. Нагревая и помешивая, прибавить в каждый стакан рас-Тв°Р гидроксида натрия до растворения осадков:
H4GeO4+4NaOH=Na4GeO4+4H2O
H4GeO4+4OH~=GeO {~+4H2O
H4SnO4+4NaOH=Na4SnO4+4H2O
H4SnO4+4OH~=SnO*“+4H2O
H4PbO4+ 4NaOH=Na4PbO4+4H2O
H4Pb04+40H-=PbO^~+4H20 1
H2GeO3+2NaOH=Na2GeO3-J-2H2O
H2SnO34-2NaOH=Na2SnO3+2H2O I
H2PbO3+2NaOH=Na2PbO3+2H2O '
Опыт 97, Горение олова в хлоре.
Оборудование и материалы. 1. Банка на 3 л с хлором. 2. Горел, ка. 3. Тигельные щипцы. 4. Оловянная фольга.
Подготовка. Наполнить банку хлором (см. «Получение хло. ра»). Хлор должен быть без примеси воздуха. Оловянную фольгу скрутить в неплотный жгут.
Выполнение. Оловянную фольгу подогреть в пламени горел^ ки и опустить в банку с хлором. Олово загорается. По мере горе: ния жгут постепенно опускать в банку. На дно банки падает огненный дождь тетрахлорида олова: I
Sn+2Cl2 = SnCl4 fl
Примечание. Свинцовая фольга в хлоре не горит.
Опыт 98. Восстановительные свойства станнита. fl
О б о’р!у дование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочкой.
2. Дихлорид олова. 3. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 4. Трихлорид висмута.
Выполнение. Налить в стакан 10—15 мл раствора хлорида олова, прибавить понемногу раствор гидроксида натрия до раство-
рения первоначально образующегося осадка: Д
SnCl2+2NaOH =2NaCl+Sn (ОН)2 I
Sn2++2OH“=Sn (ОН)2 Я
Sn (OH)2+2NaOH = Na2SnO2+2H2O .И
Sn (OH)2+2OH” = SnO^~+2H2O I
К полученному таким образом станниту натрия прибавить очень немного раствора трихлорида висмута. Перемешать. В результате взаимодействия с имеющимся в растворе избытком щелочи сперва образуется тригидроксид висмута Bi (ОН)3, который тотчас восстанавливается станнитом до металла (черный порошок):
3Na2SnO2-J-2Bi (OH)3=3Na2SnO3+2Bi+3H2O I
3SnO^“H-2Bi (OH)3 = 3SnO;-~+2Bi+3H2O I
Опыт 99. Вытеснение свинца цинком («сатурново дерево»). fl
Оборудование и материалы. 1. Большой стакан или колб0* 2. Стеклянная палочка. 3. Нитки. 4. Ацетат свинца (0,4%-ный растворг 5. Концентрированный раствор уксусной кислоты. 6. Пластинки цинка.
Подготовка. Приготовить 0,4%-ный раствор ацетата свинн* с несколькими каплями концентрированной уксусной кислоты (
избежание гидролиза). Нарезать пластинки цинка и подвесить их палочке в большой стакан или колбу.
Выполнение. Налить в стакан с цинком приготовленный раствор. Оставить стакан стоять. Пластинки цинка быстро обрастают красивыми пушистыми кристаллами свинца. Чем дольше стоит распор, тем крупнее получаются кристаллы. Уравнение реакции
Zn+Pb (С2Н3О2)2=Zn (C2H3O2)2-f-Pb
Zn+Pb2+=Zn2+-}-Pb
Опыт 100. Окислительные свойства диоксида свинца.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палоч-кОй. 2. Горелка с треножником и сеткой. 3. Диоксид свинца. 4. Раствор сульфата марганца.
Выполнение. В стакан насыпать около 1—2 г диоксида свинца, прибавить 100—150 мл 2 н. серной кислоты и 0,5—1 мл разбавленного раствора сульфата марганца. Кипятить содержимое 2—3 мин и дать жидкости отстояться (для осаждения избытка диоксида свинца). Вследствие образования марганцовой кислоты раствор окрашивается в характерный фиолетово-красный цвет:
2MnSO4+5P№2+3H2SO4=2HMnO4+5PbSO4+2H2O 2Mn2++5PbO2+4H+=2MnO7+5Pb2++2H2O
Опыт 101. Получение малорастворимых солей свинца.
Их свойства.
Оборудование и материалы. 1. Восемь стаканов на 250—300 мл с палочками. 2. Две горелки с треножниками и сетками. 3. 0,5 н. растворы хлорида калия, иодида калия, сульфата калия, карбоната калия, хромата калия, сульфида аммония, нитрата свинца.
Выполнение, а. В шесть стаканов налить по 100 мл растворов хлорида калия, иодида калия, сульфата калия, карбоната калия, хромата калия, сульфида аммония. Прибавить в каждый стакан по 100 мл раствора нитрата свинца. Тотчас образуются осадки тРУДнорастворимых солей свинца.
б. В чистый стакан влить 100 мл суспензии дихлорида свинца и 100 мл воды. Нагреть до кипения. Наблюдать растворимость Дихлорида свинца при повышении температуры. По охлаждении Раствора вновь выпадают кристаллы дихлорида свинца.
Растворимость дихлорида свинца (на 100 г Н2О): 0,67 г при °°С; 0,99 г —20°; 1,45 г — 40°; 1,98 г —60°; 2,62 г — 80°; 3,34 г — 100°.
в. В чистый стакан влить 20 мл суспензии дииодида свинца и ^0 мл воды. Нагреть до кипения. Обратить внимание на отсутст-окраски раствора. При охлаждении наблюдать выпадение золотистых кристаллов дииодида свинца.
Примечание. Свинец образует хорошо растворимые нитраты и ацетаты. °Льшинство же солей свинца малорастворимы.
Растворимость солей свинца (II) (в граммах безводной соли на 100 г водЛ
Анионы.........NCXf СН8СОО~ Cl~ I- SO|“" СО^~ СгО^“ S J
Растворимость соли 34 31 1 6-10~ 2 4- 10~s 3-10~4 5-10~*в 5-loJ
Цвет осадка . . . Белый Жел- Белый Белый Жел- Черц&
тый тый
Препараты для обозрения германия, олова, свинца и их соединений
Простые вещества. Оксиды. Гидроксиды. Соли. Минералыа Сплавы.
АЗОТ, ФОСФОР, МЫШЬЯК, СУРЬМА, ВИСМУТ (VA ГРУППА)
Некоторые константы элементов VA группы:
N Р As Sb Bi
Порядковый номер . • • 7 15 33 51 83
Атомный вес 14,0097 30,9738 74,9216 121,75 208,980
Радиус атома, А . . . . 0,521 - 0,919 1,001 1,193 1,295’Я
Ионизационный потенци-
ал первого электрона, в 14,54 10,55 9,81 8,64 7,29
Плотность, г/см* .... 1,027 1,82 5.70 6,68 9,80
(—253° С) (белый) (серый)
Температура плавления,
°C —209,96 44,2 817 630 271,3
(белый) (при 36 атм)
Температура кипения, °C —195,8 275 613 1637 1529
(белый)
АЗОТ
Опыт 102. Получение азота из нитрита натрия.
Оборудование и материалы. 1. Высокий узкий стакан на 2—3 X 2. Четыре стакана по 0,75—1 л (по возможности узкие). 3. Два кристаллизатора. 4. Две горелки с треножниками и асбестированными сетками. 5. Колба Вюрца на 250—300 мл. 6. Капельная воронка. 7. Обычная воронка (5—7 8. Промывная склянка с концентрированным раствором щелочи. 9. Цилиндр для собирания газа с пришлифованным стеклом. 10. Два штатива с лапками. 11. Hl сыщенные растворы нитрита натрия и хлорида аммония. 12. Лучина.
а. Подготовка. Приготовить насыщенные на холоду рас-творы нитрита натрия и хлорида аммония. Высокий стакан поставить на середину кристаллизатора, рядом установить два треноЖ* ника, на треножники положить асбестированные сетки, на сетК# поставить два стакана. В один стакан налить 250 мл насыщенно^ раствора нитрита натрия, в другой — такой же объем насыщенного раствора хлорида аммония.
Выполнение. Оба раствора нагреть до 60—70°С и слить Я* в один большой стакан. Тотчас начинается взаимодействие, сК°' рость которого увеличивается благодаря тому, что реакция экзо-
ермична. Бурно выделяется газ и обильно образуется пена, иередко часть содержимого переливается через край в кристалли-Затор (рис. 28). В случае чрезмерно бурного течения реакции в стакан прилить холодную воду. Горящая лучина, опущенная в ста-кан, гаснет.
б. Подготовка. В колбу Вюрца на одну треть налить наущенный раствор хлорида аммония. Горло колбы закрыть проб-
Рис. 29. Получение и собирание чистого азота
Рис. 28. Получение азота из нитрита натрия:
/ — смесь насыщенных растворов нитрита натрия с хлоридом аммония;
2 — азот
кой с капельной воронкой, в которую вставлена маленькая воронка. Укрепить колбу в штативе (рис. 29). В капельную воронку налить насыщенный раствор нитрита натрия. Боковую трубку колбы соединить с промывной склянкой, содержащей концентрированный раствор едкой щелочи. Газоотводную трубку, присоединенную к промывной склянке, погрузить в кристаллизатор с водой. Туда же опустить цилиндр с водой, укрепленный в штативе или На мостике с отверстием.
Выполнение. Нагреть раствор хлорида аммония до 80—90°С. 1орелку убрать и медленно, по каплям, прилить из воронки раствор нитрита натрия. В результате реакции выделяется газ, скорость образования которого можно регулировать скоростью прибавления Нитрита натрия. Газ, проходя через раствор едкой щелочи в промывной склянке, освобождается от окислов азота. После вытесне-из прибора воздуха газ собрать в цилиндр. Горящая лучина, несенная в цилиндр с азотом, гаснет. Уравнение реакции
NaNO2+NH4Cl=NaCl+NH4NO2
NH4NO2 =2H2O+N2
г
А
Рис. 30. Получение азота из воздуха:
1 —градуированный стеклянный колокол; 2 — белый фосфор ; 3 — вода
Опыт 103. Получение азота из воздуха.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный колокол емкост( 3—5 л с верхним тубусом и хорошо подогнанной пробкой (или бутыль с отд заиным дном). 2. Кристаллизатор диаметром 30 см, высотой 10 см. 3. Коркой пробка диаметром 6 см, высотой 1,5—2 см. 4. Фарфоровая чашка диаметр{ 5 см. 5. Длинная стеклянная палочка. 6. Штатив с лапкой. 7. Горелка. 8. Бел! фосфор. 9. Лучина.
Подготовка. Стеклянный колокол разделить на шесть ра ных по объему частей. Для этого, закрыв тубус пробкой и пеп вернув тубусом вниз, наполнить колок| до краев водой. Измерив таким образу общий объем, снова налить в колокол во] уже частями — по одной шестой части общ] го объема, отмечая каждый раз соответа вующий уровень воды. Потом на суху внешнюю поверхность колокола нанеа прочные и хорошо заметные деления (изол ционной лентой, масляной краской и т. ш В качестве меток можно наклеить полоср ярко окрашенной бумаги, которые зате покрыть слоем расплавленного парафщ или прозрачной клейкой лентой.
В кристаллизатор наполовину объей налить воду, на нее опустить коркову пробку. В углубление, сделанное на середз не пробки, поместить фарфоровую чаии
(или крышку от фарфорового тигля) с 1 —1,5 г белого фосфор предварительно высушенного фильтровальной бумагой. Фосфс взять в количестве, несколько большем против требующегося дй связывания всего кислорода воздуха, заключенного под колоколе) Вынув пробку из тубуса, колокол поместить в кристаллизатр укрепив его в штативе. Погрузить колокол в воду (или подлич воду) настолько, чтобы ее уровень совпадал с нижним деление колокола, но чтобы колокол не доходил до дна кристаллизатор (рис. 30, уровень А). Я
Выполнение. Конец длинной стеклянной палочки нагре' в пламени горелки, внести в колокол через открытый тубус и, пр касаясь к фосфору, поджечь его. Тотчас удалив палочку, туи] плотно закрыть пробкой. Пространство под колоколом наполняете густым белым дымом оксида фосфора (V). При горении фосфор объем воздуха внутри колокола вначале от разогревания нескод ко увеличивается, от этого уровень воды в колоколе несколь! понижается. По мере расходования кислорода воздуха на реакШ* пламя постепенно затухает, и горение прекращается (хотя фосфс и не сгорает полностью). Белый дым постепенно исчезает в резуЛ| тате растворения оксида фосфора (V) в воде. При последую#? охлаждении объем газа под колоколом уменьшается, и туда й чинает входить вода. В кристаллизатор долить столько воды, бы внутри и снаружи колокола уровни были одинаковыми и со#1] дали со вторым делением колокола (рис. 30, уровень Б).
уменьшение объема газа под колоколом означает, что одна ятая часть воздуха (кислород) пошла на горение фосфора, а ставшиеся четыре пятых представляют собой азот. Открыв тубус, ° колокол опустить горящую лучину, она гаснет. После демонстрации опыта остатки фосфора в фарфоровой чашке сжечь под тягой.
Опыт 104. Получение азота из калийной селитры.
Оборудование и материалы. 1. Реторта из тугоплавкового стекла и большая пробирка. 2. Склянка Тищенко. 3. Цилиндр для собирания газа, л Кристаллизатор. 5. Два штатива с лапками и кольцом. 6. Горелка. 7. Фарфо-овая ступка. 8. Калийная селитра. 9. Железные опилки. 10. Лучина. 11. Вата. 12 Дистиллированная вода.
Подготовка. Отвесить около 6 г калийной селитры. Растереть в ступке до мелкого порошка. Прибавить 120 г железных
Рис. 31. Получение азота из калийной селитры
опилок. Смешать. Нельзя брать избыток селитры или применять мелкий порошок восстановленного железа: реакция в этом случае становится опасной, так как протекает слишком бурно. Смесь насыпать в реторту (рис. 31), укрепленную в штативе. В горло реторты вложить неплотный комок ваты для задержания частичек распыленной соли, увлекаемых выделяющимся газом (на рисунке не показано). Горло реторты соединить со склянкой Тищенко, содержащей воду. К промывной склянке присоединить газоотводную трубку, опущенную в кристаллизатор с водой. Туда же опустить вверх дном наполненный водой цилиндр и укрепить его в штативе.
Выполнение. Осторожно прогрев пламенем горелки всю реторту, нагреть смесь (избегать чрезмерно сильного нагревания). В этих условиях реакция идет спокойно, и газ выделяется равномерно:
6KNO3+1 OFe=3K2O+5Fe2O3+3N2
Выждав время, достаточное для того, чтобы весь воздух из при-°°Ра был вытеснен, подвести газоотводную трубку под цилиндр. Заполнив цилиндр газом, вынуть конец газоотводной трубки из кристаллизатора и только после этого погасить горелку. В ци-ЛИнДр опустить горящую лучину, она гаснет.
Оборудование и материалы. 1. Перегонная колба Вюрца 0,5—1 л. 2. Колонка для сушки газов. 3. Стеклянная трубка (желательно тугя плавкая) диаметром 2—2,5 см, длиной 35—40 см. 4. Фарфоровая лодочка. 5. ДЙ промывные склянки. 6. Цилиндр для собирания газа. 7. Кристаллизатор. 8. Ти штатива с лапками и кольцом. 9. Асбестированная сетка. 10. Две горелки одной желательна плоская насадка). 11. Аммиак, 25%-ный раствор. 12. Натро$ ная известь. 13. Оксид меди (II) (зерненый). 14. Серная кислота (пл. 1,841 15. То же, 2 н. раствор. 16. Лучина.
Подготовка. Колбу примерно наполовину или чуть менее заполнить концентрированным раствором аммиака. Закрепить код. бу в штативе, подложив под нее асбестированную сетку. Боковую трубку колбы через согнутую стеклянную трубку присоединить
Рис. 32. Получение азота из аммиака действием оксида меди (II)
к нижнему отверстию колонки, наполненной рыхло положенными кусочками натронной извести. К колонке присоединить стеклям ную трубку, укрепленную в штативе с небольшим наклоном в сто? рону, противоположную от колонки. В трубку вставить фарфоро* вую лодочку, наполненную зерненой окисью меди. За трубкой следуют две промывные склянки; первая содержит разбавленную серную кислоту, вторая — концентрированную серную кислоту» Газоотводную трубку от второй склянки опустить в кристаллиза* тор с водой. Туда же погрузить перевернутый вверх дном стеклян-ный цилиндр с водой, укрепленный в штативе (рис. 32). Я
Выполнение. Сначала сильно прогреть стеклянную трубку с окисью меди, затем умеренно нагревать колбу с раствором аМ-миака. Газообразный аммиак, выделяющийся при нагревании раствора, проходя колонку, осушается и поступает в трубку. Здесь ой взаимодействует с окисью меди, в результате выделяется азот*
2NH8+3CuO=N2+3Cu+3H2O
Образующиеся пары воды и непрореагировавший аммиак, прохо* дя через промывные склянки, поглощаются серной кислотой, азоТ же собирается в цилиндре, вытесняя воду. По окончании опыт® вынуть газоотводную трубку из кристаллизатора и только посЛ этого прекратить нагревание. Зажженная лучина, опущенная в Цй* линдр с собранным азотом, гаснет. I
Опыт 106. Получение азота из аммиака действием брома.
Оборудование и материалы. 1. Двугорлая склянка на 1 л. 2. Ка-пеЛьная воронка. 3. Склянка Тищенко. 4. Стеклянный цилиндр для собирания га3ов. 5. Кристаллизатор. 6. Пробирка. 7. Штатив с лапкой. 8. Аммиак (25°/о-ный раствор). 9. Бромная вода (насыщенная). 10. Лучина.
Подготовка. В двугорлую склянку на одну четверть налить раствор аммиака, разбавленный водой (1:1). Одно горло склянки закрыть пробкой, через которую проходит капельная воронка.
Рис. 33. Получение азота действием брома на аммиак
Длинная трубка воронки должна быть заполнена дистиллированной водой, а сама воронка — бромной водой. Газоотводную трубку, проходящую через пробку во втором горле склянки, соединить с наполненной водой склянкой Тищенко, со склянкой — газоотводную трубку, которую опустить в кристаллизатор с водой. Туда же опустить опрокинутый цилиндр с водой и укрепить его в штативе (рис. 33).
Выполнение. В склянку с раствором аммиака из капельной воронки медленно прилить бромную воду. Протекает реакция 2NH3+3Br2 = N2H-6H Br
Бромоводород, вступая во взаимодействие с избытком аммиака, образует бромид аммония
HBr+NH3 = NH4Br
Который в виде обильного дыма наполняет склянку. Дым постепенно растворяется и окончательно поглощается водой при прохождении через промывную склянку.
Прежде чем подводить трубку под цилиндр для собирания выделяющегося азота, проверить полноту вытеснения воздуха из приора. Для этого предварительно собрать газ в пробирку, испытать г°рящей лучиной и только после того, как лучина начнет гаснуть, с°бирать газ в цилиндр. Собранный газ испытать горящей лучимой. Вместо двугорлой склянки можно использовать колбу Вюрца.
нием ее водой),
деление содержания азота и кислорода в воздухе:
1 — цилиндр с водой ; 2 — белый
фосфор; 3 — трубка (эвдиометр) с воздухом; 4 — проволока с белым фосфором
Опыт 107. Определение содержания азота и кислорода в воздух!
Оборудование и материалы. 1. Стеклянная трубка диамитрв 2—2,5 см, высотой 70 см. 2. Цилиндр диаметром 10 см, высотой 70 см. 3Z Два стакана на 250—500 мл. 4. Пробирка. 5. Проволока длиной 150 см. 6. Горелк5 7. Белый фосфор. 8. Лучина.
Для успешного окончания опыта в течение одной лекции начи^ нать его следует в самом начале лекции. 1
П одготовка. Измерив объем стеклянной трубки (наполни нием ее водой), делят ее на шесть равных частей и наносят пять делений, хорошо заметных издали. ПриготовитЗ палочку белого фосфора следующим способом! В пробирку с водой, погруженную в горячую воду (60—70° С), внести кусочки белого фосфора столько, чтобы расплавившийся фосфор занял около половины объема пробирки. В расплавленный фосфор до дна пробирки погрузить проволо-ку с концом, загнутым в небольшой крючок. Пробирку перенести в стакан с холодной водой. Палочку застывшего фосфора вынуть из пробирки, потянув за проволоку. Если это окажется трудным, поместить пробирку в стакан с холодной водой, осторожными ударами под водой разбить пробирку и вынуть палочку фосфора. До начала опыта фосфор оставить в стакане под водой. Цилиндр почти доверху наполнить водой.
В измерительную трубку на одну шестую часть налить воду. Затем, закрыв отверстие пальцем или пробкой, перевернуть трубку вверх дном и опустить в цилиндр с водой, установив на такой высоте, чтобы уровень воды в трубке и в цилиндре соответствовал нижней метке. Укрепить трубку в штативе. Согнуть проволоку с фосфором (рис. 34) примерно пополам. Держа фосфор наверху, а проволочную петлю внизу, опустить проволоку в цилиндр с водой настолько, чтобы палочка фосфора оказалась ниже конца измерительной трубки. Свободный конец проволоки, загнув, укрепить на краю сосуда.
Выполнение. Поднимая проволоку, ввести палочку фосфора в верхнюю часть трубки и вновь укрепить проволоку на краю цилиндра (см. рис. 34). Фосфор, медленно окисляясь, связывает кислород воздуха, заключенного в трубке. Образующийся при этом оксид фосфора (V) растворяется в воде, уровень которой в трубке постепенно поднимается. Через 1,5—2 ч после начала опыта палочку фосфора вновь опустить в цилиндр с водой. Затем, опуская трубку в воду, установить уровень воды в цилиндре и в трубке на одной высоте. При успешном выполнении опыта этот уровень совпадает со второй меткой на трубке (вода должна занять пятую часть объема воздуха в трубке). В трубке остается азот: горятаЯ лучина в ней гаснет.
Палочку фосфора после опыта можно погрузить в банку с во-и так сохранить до следующей демонстрации или же, разрезав се йод водой и освободив от проволоки, перенести в банку, где хранится фосфор.
В\ темноте можно наблюдать свечение фосфора в стеклянной трубку-
Опыт 108. Получение аммиака из хлорида аммония.
Оборудование и материалы. 1. Перегонная колба Вюрца на О 5—1 л- Колонка для сушки газов. 3. Цилиндр для собирания газов с подобранной пробкой. 4. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом (длинное колено трубки должно быть по размеру не меньше высоты цилиндра). 5. Три стакана на 250 мл. 6. Резиновая трубка. 7. Два штатива с лапками и кольцом. 8. Дсбестированная сетка. 9. Горелка. 10. Хлорид аммония NH4CI. 11. Гидроксид кальция Са(ОН)г. 12. Натронная известь.
Подготовка. Приготовить смесь хлорида аммония и гидроксида кальция, тщательно перемешав в фарфоровой ступке
Рис. 35. Получение аммиака из хлорида аммония
5 в. ч. NH4CI и 8 в. ч. Са(ОН)2. Избыток гидроксида кальция против стехиометрического соотношения надо взять для того, чтобы воспрепятствовать нежелательному соединению аммиака с хлоридом кальция (образуется аммиакат состава CaC12’8NH3). Смесь поместить в колбу. Добавить около 5 в. ч. воды. Смеси насыпать не меньше половины объема колбы; в противном случае капли воды, конденсирующейся в верхней части, стекают вниз на более нагретую нижнюю часть колбы, а она обычно лопается. Колбу закрыть плотно входящей пробкой и укрепить в лапке штатива. Под колбу на кольцо положить асбестированную сетку. Для сушки аМмиака к колбе присоединить колонку, наполненную натронной Известью (ни серная кислота, ни безводный хлорид кальция для этой цели не могут быть применены, так как образуют с аммиаком соединения). К колонке на длинной резиновой трубке присоединить стеклянную трубку, согнутую под прямым углом. Для собирания аМмиака пустой опрокинутый цилиндр укрепить в штативе
и ввести в цилиндр стеклянную трубку, доходящую почти до/ei дна (рис. 35). / 1
Выполнение. Реакция между хлоридом аммония и п/др! ксидом кальция начинается уже при комнатой температуре/и з: метно усиливается при нагревании: / я
2NH4C1+Ca (OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O / I
Выделяющийся аммиак, освободившись от влаги при прохоя дении через колонку, поступает в цилиндр и наполняет его, выте< няя воздух. Наполненный аммиаком цилиндр освободить от заж>
Рис. 36. Получение аммиака из концентрированного раствора гидроксида аммония
ма, поднять над газоотводной трубкой и, не перевертывая, закрыть пробкой или стеклянной пластинкой. Пользуясь той же аппаратурой, газообразный аммиак легко можно получить из хлорида аммония, добавляя по каплям 60%-ный раствор гидроксида калия или натрия к твердой соли и нагревая смесь.
Примечание. Смесь хлорида аммония с гидроксидом кальция можно исполЬ' зовать для того, чтобы показать, что нельзя одновременно известковать почву и вносить азотные удобрения, так как теряется азот удобрения, улетучиваясь в виде аммиака. Для этого насыпать в один стакан хлорид аммония, в другой-* гидроксид кальция, в третий — смесь гидроксида кальция с хлоридом аммония. Смочить водой три фенолфталеиновые бумажки и на стеклянных палочках поД' весить их в стаканы. В третьем стакане бумажка становится малиновой, указывая на выделение аммиака (образуется гидроокись аммония NH4OH в результат^ соединения NH3 с НгО).
Опыт 109. Получение газообразного аммиака из его водного раствора.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 0,5 л. 2. КапеЛд ная воронка. 3. Воронка (5—7 см). 4. Колонка для сушки газов. 5. ЦилинДР 78
0,5 л. 6. Два штатива с лапками. 7. Горелка. 8. Гидроксид натрия (гранули-овДный или кусочками). 9. 25%-ный раствор аммиака. 10. Натронная известь.
Подготовка. В колбу, укрепленную в штативе, внести около 100 глухой едкой щелочи. Горло колбы закрыть пробкой с капельной воронкой, наполненной концентрированным раствором аммиа-{<а. К боковой трубке колбы присоединить колонку с натронной иЗВестью. Газоотводную трубку от колонки ввести в опрокинутый цилиндр (рис. 36).
Выполнение. Раствор аммиака из капельной воронки мед-
ленно приливать в колбу с едкой щелочью. Тотчас начинается выделение аммиака, который, проходя через воронку, осушается. После того как выделение газа при комнатной температуре прекратится, можно продолжить получение его, нагревая колбу с рас-
твором.
Если проводить опыт без нагревания, то можно использовать колбу для отсасывания с водоструйным насосом.
Опыт ПО. Синтез аммиака.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой. 2. Перегонная колба на 500 мл. 3. Капельная воронка. 4. Пять промывных склянок. 5. Трехгорлая склянка на 250—300 мл. 6. Стеклянная тугоплавкая трубка диаметром 2 см, длиной 30 см. 1. Четыре стеклянные трубки, согнутые под прямым углом. 8. Резиновые трубки. 9. Два штатива с лапками и кольцом. 10. Асбестированная сетка. 11. Две горелки, одна из них с плоской насадкой. 12. Стеклянная вата. 13. Катализатор (сплав железа и церия, или кремень для зажигалок). 14. Нитрит натрия NaNO2- 15. Хлорид аммония NH4C1. 16. Серная кислота H2SO4 (пл. 1,84). 17. Перманганат калия КМпО4 (слабый раствор). 18. Едкая щелочь (концентрированный раствор). 19. Раствор фенолфталеина.
Подготовка. Собрать установку, изображенную на рис. 37. К аппарату Киппа, в котором получают водород взаимодействием серной кислоты с цинком, присоединить две промывные склянки. В первую склянку налить раствор перманганата калия, подкисленный серной кислотой, во вторую — концентрированную серную кислоту. Вторую склянку присоединить к согнутой под прямым углом стеклянной трубке, длинное колено которой проходит через пробку, закрывающую один из боковых тубусов трехгорлой склянки, и доходит почти до дна. Трехгорлую склянку заполнить рыхло положенной стеклянной ватой. Перегонную колбу, на одну треть заполненную насыщенным на холоду раствором нитрита калия и закры-тУю пробкой с проходящей через нее капельной воронкой, укрепить в штативе. В капельную воронку налить насыщенный раствор хлорида аммония. К боковой трубке колбы присоединить последо-отельно две промывные склянки; первая из них содержит разбав-Ленный раствор серной кислоты, вторая — концентрированный рас-Тв°р едкой щелочи. Вторую склянку соединить с согнутой под пря-мЫм углом стеклянной трубкой, проходящей через пробку, закры-Оющую второй боковой тубус трехгорлой склянки, и опущенной очти до дна. В пробку, закрывающую средний тубус трехгорлой Плянки, вставить короткую, согнутую под прямым углом стеклян-Ую трубку, к которой присоединить трубку тугоплавкого стекла, крепленную в штативе. В тугоплавкую трубку поместить катали-
затор — сплав железа и церия (кремния для зажигалок*). К Т] ке присоединить промывную склянку с водой, к которой доба1 несколько капель раствора фенолфталеина. К газоотводной тт склянки присоединить согнутую под прямым углом стеклян трубку с оттянутым концом.
Рис. 37. Синтез аммиака:
I —аппарат Киппа с цинком и серной кислотой; 2— капельная воронка с насыщенным раствором хлорида аммония; 3 — колба Вюрца с насыщенным раствором нитрита натрия; 4—трехгорлая смесительная склянка; 5—тугоплавкая трубка с катализатором; 6, 7,8, 9, 10 — промывные склянки, наполненные последовательно: подкисленным серной кислотой рас* твором перманганата калия, концентрированной серной кислотой, 2 н. серной кислотой, концентрированным раствором гидроксида натрия, водой с фенолфталеином
Через собранный прибор пропустить сильный ток водорода до полного вытеснения воздуха (проба на отсутствие гремучей смеси!). После этого, не прекращая пропускать водород, прогреть сначала осторожно всю трубку, затем сильно накалить ту часть ее, где помещен катализатор * **. После 3—5-минутного прокаливания нагревание прекратить, продолжая пропускать водород до полного охлаждения трубки. В результате восстанавливается окислившаяся часть катализатора.
Выполнение. К нагретому в колбе раствору нитрита натрия прилить из капельной воронки раствор хлорида аммония. Регулируя нагревание, добиться равномерного выделения азота. Одновременно привести в действие аппарат Киппа. Так как объем воДО' рода, вступающего в реакцию с азотом, превышает объем послеД' него в три раза, Я
N24-3H2 2NH3
то скорость тока газов устанавливают так, чтобы числа пузыре ков водорода и азота в промывных склянках за единицу времен11 относились друг к другу приблизительно как 3:1. После вытесни ния из прибора всего воздуха (проба на отсутствие гремучей сМ^'
* Несколько кремней раздробить в чугунной ступке, затем растереть в товой ступке до порошка, тщательно перемешать с мелковолокнистым асбест0^ и в таком виде поместить в трубку.
** Чтобы уменьшить теплоотдачу, на накаливаемую часть трубки МО#11 надеть муфту, сделанную из асбестового картоца.
сй!) начать осторожно нагревать сначала всю трубку, а затем ту ее часть, где находится катализатор. Вскоре жидкость в промывной сКдянке окрашивается в слаборозовый цвет, который, постепенно усиливаясь, переходит в интенсивный малиновый. При поднесении стеклянной палочки, смоченной концентрированной соляной кислотой, К газоотводной трубке промывной склянки образуется дым хлорида'аммония.
Заканчивая опыт, сначала отключить промывную склянку с раствором аммиака и только после этого прекратить нагревание трубки.
Опыт 111. Растворение аммиака в воде.
Оборудование и материалы. 1. Установка для получения аммиака— см. рис. 35. 2. Цилиндр на 0,5 л с пришлифованной стеклянной пластинкой. 3. Кристаллизатор. 4. Две стеклянные бутылки на 5—6 л с пробками и трубками. 5. Трубка Пелиго для поглощения газов. 6. Штатив с двумя кольцами. 7. Раствор фенолфталеина.
Выполнение, а. Растворение в цилиндре. Перевернутый цилиндр, наполненный аммиаком и закрытый пришлифованной стек-
Рис. 39. Растворение аммиака в воде («фонтан»)
лянной пластинкой, погрузить в кристаллизатор с водой, в которой имеется раствор фенолфталеина. Отняв под водой стеклянную пластинку от отверстия цилиндра, покачать его из стороны в сторону. Вода входит в цилиндр, заполняя его почти целиком. Жидкость в цилиндре при этом окрашивается в малиновый цвет.
б. Растворение в трубке Пелиго. К прибору, в котором получают аммиак, присоединить укрепленную в штативе трубку Пелиго (рис. 38), наполненную водой с фенолфталеином. Несмотря на то Чт° аммиак непрерывно поступает в трубку, пробулькивания газа Порез жидкость не наблюдается, так как весь аммиак растворяется в воде. При этом жидкость окрашивается в малиновый цвет.
Ф» П. Платонов
81
в. Растворение в бутыли («фонтан»). Бутыль емкостью 5—6 Л предварительно тщательно высушенную и закрепленную в штатива вверх дном, наполнить аммиаком. Для этого вставить до дна бу/ь^ тыли согнутую под прямым углом стеклянную трубку, соединенную с прибором, в котором получают аммиак (или с баллоном амд1иа! ка) и пропускать аммиак 15—20 мин. Затем бутыль плотнб крыть резиновой пробкой с длинной стеклянной трубкой диаметром около 1 см\ слегка оттянутый конец трубки должен доходить до половины высоты бутыли. На внешний конец трубки надеть/коротч' кую резиновую трубку с винтовым зажимом Гофмана; зажим] плотно завинтить. С помощью этой же резиновой трубки бутыль с аммиаком, укрепленную в штативе, соединить со второй бутылью,! наполненной водой с 10—15 мл раствора фенолфталеина (рис. 39) J Нижняя бутыль должна быть плотно закрыта резиновой пробкой] со стеклянной трубкой, доходящей почти до самого дна бутыли,! а сверху соединяющейся с трубкой от верхней бутыли. В пробку, нижней бутыли должна быть также вставлена короткая стеклян-’ ная трубка, согнутая под прямым углом, на внешний конец которой^ надета длинная резиновая трубка. Открыв винтовой зажим, через трубку вдуть немного воздуха в нижнюю бутыль. От этого несколько капель воды входит в верхнюю бутыль, и «фонтан» приходит в действие:
nh3+h2o=nh4oh
Опыт 112. Взаимодействие аммиака с хлороводородом в цилиндрах. Я
Оборудование и материалы. 1. Два стеклянных цилиндра с пришлифованными стеклянными пластинками. 2. Соляная кислота (пл. 1,19). 3. 25%-ный раствор аммиака.
Подготовка. Подобрать два одинаковых стеклянных ци- . линдра с хорошо пришлифованными рантами и покровными стеклами. Один из них сполоснуть концентрированной соляной кислотой, другой — концентрированным раствором аммиака. Ранты цилиндров предварительно смазать вазелином. Оба цилиндра закрыть стеклянными пластинками.
Выполнение. Цилиндр с аммиаком перевернуть и, не отнимая стеклянной пластины, поставить так на цилиндр с хлор-водородом; после этого убрать обе стеклянные пластинки. ГазЫ тотчас смешиваются и взаимодействуют: цилиндры наполняются дымом и присасываются друг к другу. Для ускорения диффузий цилиндры перевернуть. В результате быстрого перемешивания наблюдается интенсивное образование дыма:
NH3+HC1=NH4C1 Я
Опыт 113. Взаимодействие аммиака с хлороводородом под колоколом.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный колокол. 2. Настолько^ стекло по размеру колокола. 3. Два часовых стекла. 4. Два стеклянных треноЖ*^ ника. 5. Соляная кислота (пл. 1,19). 6. 25%-ный раствор аммиака.
Выполнение. На стекло, положенное на стол, установить два разных по высоте треножника (один над другим), сделанных йз "стеклянных палочек или трубочек. На них положить часовые стерла. На верхнее стекло налить концентрированную соляную кислоту, а на ниж-йееД концентрированный раствор аммиака. ВакрМть все стеклянным колоколом (рис. 4^0). Тяжелый хлороводород, выделяясь йз солярой кислоты, устремляется вниз; легкий аммиак, выделяясь из раствора, поднимается рверх. При соприкосновении они взаимодействуют, образуя обильный белый дым, заполняющий пространство под колоколом:
Рис. 40. Взаимодействие аммиака с хлористым водородом
NH3+HC1=NH4C1
Опыт 114. Взаимодействие аммиака с хлороводородом под колоколом с «елочкой».
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный колокол. 2. Пластмассовая елочка (по разме-
ру колокола). 3. Настольное стекло (по размеру колокола). 4. Соляная кислота (пл. 1, 19). 5. 25%-ный раствор аммиака.
Подготовка. Синтетическую елочку смочить водой. Отряхнуть ее от избытка воды. Поставить под колпак. Туда же поставить маленький кристаллизатор с соляной кислотой (пл. 1,19). Выдержать 10—15 мин.
Выполнение. Когда под колпаком соберется достаточное количество хлороводорода, поставить туда маленький кристаллизатор с концентрированным раствором аммиака. При соприкосновении хлороводорода с аммиаком образуется обильный белый дым, оседающий на елочке как снег:
NH3+HC1=NH4C1
В результате зеленая елочка становится белой—так она равномерно покрывается хлоридом аммония (рис. 41). После смывания хлорида аммония водой с елочки она снова готова к опыту.
Опыт 115. Взаимодействие гидроксида аммония с кислотами.
Оборудование и материалы. 1. Три конические колбы на 2 л 2. Три пробирки. 3. 25%-ный раствор аммиака. 4. Соляная кислота HNO3 (пл 1,4) Серная кислота H2SO4 (пл 1,84).
» СТОЛЬКО кон* ^Утрированного раствора аммиака, чтобы дно было покрыто жид-6* 83
Ис- 41 Елочка, покрытая хлоридом аммония ^njl- 1,19). 5 Азотная кислота
Выполнение. В три конические колбы налить
Рис. 42. Получение амальгамы аммония
костью на 2—3 см. В пробирки приблизительно наполовину /1 объема налить соляную, азотную и серную кислоты. Затем остор/Д но, держа пробирку в вытянутой руке, постепенно, небольшая порциями, прилить соляную кислоту в колбу с раствором аммиак! При взаимодействии с соляной кислотой слышите} шипение и колба наполняется дымом: / |
nh4oh+НС1 ==NH4C1+H2O 1
nh4oh+h+=nh++h2o / I
С азотной кислотой реакция протекает с больч шей энергией и сопровождается потрескиванием! разбрызгиванием; на стенках колбы появляется белый налет: i
NH4OH+hno3 - NH4NO3 4- H2O I
nh4oh+h+=i<h++h2o I
Наиболее бурно происходит реакция с серной кислотой: отмечается сильный треск, кипение и разбрызгивание жидкости, стенки колбы покрываются обильным белым налетом:
2NH4OH+H2SO4=(NH4)2SO4+2H2O
N Н4ОН+Н+=NH+H2O I
Примечание. При демонстрации опыта необходимо обратить внимание на предосторожности, которые нужно соблюдать при обращении с кислотами, особенно с серной, а также на образование комплексного иона аммония.
Опыт 116. Получение амальгамы аммония.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный цилиндр (или цилиндрический бокал). 2. Плоскодонная фарфоровая чашка. 3. 2%-ный раствор амальгамы натрия (получение — см. опыт 30). 4. Насыщенный раствор хлорида аммония.
Выполнение. В стеклянный цилиндр, поставленный в фарфоровую чашку, наполовину его объема налить насыщенный раствор хлорида аммония. Добавить 10—15 г 2 %-ной амальгамы натрия* Тотчас начинается образование амальгамы аммония, которая, будучи при комнатной температуре малостойкой, распадается на ртуть, аммиак и водород. Выделяющиеся газы обусловливают рыхлость, ноздреватость и вспучивание амальгамы (рис. 42). Ртуть, оставшуюся после опыта, следует промыть сначала водой, потом серной кисло* той и снова водой, высушить и слить в сосуд для хранения. Я
Опыт 117. Возгонка хлорида аммония и карбоната аммония. В
Оборудование и материалы. 1. Две пробирки. 2. Держалка для прЯ бирок. 3. Горелка. 4. Хлорид аммония. 5. Карбонат аммония.
Выполнение. В пробирку, укрепленную в держалке, полв жить немного сухого хлорида аммония. Держа пробирку с некот^ рым наклоном, нагреть дно ее в пламени горелки. При этом кол#' чество взятой соли постепенно уменьшается, остаток становится тсМ'
яее (примеси), верхняя холодная часть пробирки покрывается изнутри густым белым налетом возогнанного хлорида аммония:
NH4C1 NH3+HC1
Во второй пробирке аналогичный опыт проделать с карбонатом агЛмония. Обратить внимание, что налета на холодных стенках пробирки не образуется:
(NH4)2CO3=2NH3+CO2+H2O
Опыт 118. Термическая диссоциация хлорида аммония.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянная трубка диаметром 2 см, длиной 25—30 см, с шариком посредине. 2. Штатив с лапкой. 3. Горелка. 4. Хлорид аммония NH4CI. 5. Красная и синяя лакмусовые бумажки.
Выполнение. Стеклянную трубку, шарик которой содержит твердый сухой хлорид аммония, наклонно укрепить в лапке штати-
ва (рис. 43). В отверстие нижнего конца трубки поместить влажную синюю лакмусовую бумажку, в противоположный же конец трубки — влажную красную лакмусовую бумажку. При осторожном нагревании шарика трубки хлорид аммония разлагается:
NH4C1 NH3+HC1
Аммиак, как более легкий газ, поднимается вверх и окрашивает красную лакмусовую бумажку в синий цвет. Хлороводород, как более тяжелый газ, направляется по трубке вниз и, дойдя до синей лакмусовой бумажки, окрашивает ее в красный цвет.
Опыт 119. Термическое разложение дихромата аммония («вулкан»).
Рис. 43. Термическая диссоциация хлорида аммония
Оборудование и материалы. 1. Тигель фарфоровый. 2. Большой стеклянный колпак. 3. Горелка. 4. Тигельные щипцы. 5. Асбестированная сетка. 6. Дихромат аммония в порошке. 7. Лента магния 7—10 см. 8. Лист белой бумаги (лучше глянцевой).
Подготовка. Насыпать в тигель сухой растертый в порошок Дихромат аммония. Свернуть в спираль магниевую ленту и вставить в тигель.
Выполнение. Поставить тигель на асбестированную сетку, к°торая положена на лист белой глянцевой бумаги. Пламенем горелки подогреть тигель и зажечь магниевую ленту. Когда начнется Реакция, прикрыть тигель стеклянным колпаком, чтобы собрать °Ксид хрома (используется для последующих опытов) и не загрязнять стол. Внимание! Соединения хрома ядовиты. У равнение Реакции
(NH1)2Cr2O7=N24-Cr2O3-[-4H2O
2NH+ — 6e-^N2-|-8H+
Сг2О? —> Сг2О3-[-4Н2О
Примечание. Этот опыт может быть использован в теме окислительно-воеJ новительные реакции как пример внутримолекулярного окисления — восстанем ния. *
Опыт 120. Горение аммиака в кислороде. /1
/
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 500 J пробкой. 2. Стеклянная трубка длиной 20 см. 3. Стеклянная трубка, согну! под прямым углом. 4. Большая пробка диаметром 5 см. 5. Цилиндрическое сЯ ло диаметром 5 см, высотой 15 см. 6. Склянка Тищенко с водой. 7. Газометр кислородом. 8. Штатив с лапкой и кольцом. 9. Асбестированная сетка. 10. релка. 11. Стеклянная вата. 12. 25%-ный раствор аммиака.
Подготовка. Колбу, на половину объема наполненную ксж центрированным раствором аммиака, укрепить в штативе. Под кол® на кольцо положить асбД тированную сетку. Горд колбы плотно закрыть пробкой, через которуЖ проходит стеклянная тру^ ка длиной около 20 гд Эта трубка проходит далее через большую пробку, на которую надето стек* ло (рис. 44); верхний конец трубки должен быть на 1—2 см ниже верхнего края стекла. Во второе отверстие большой пробки вставлена вторая корОТ-
Рис. 44. Горение аммиака в кислороде КЗЯ, согнутая ПОД пряМЫМ углом стеклянная трубка, соединенная через промывную склянку с газометром, наполненным кислородом. В широкую стеклянную трубку на пробку положить небольшой слой стеклянной ваты для более равномерного посту!?-ления кислорода. 1
Выполнение. Нагреть колбу с раствором аммиака: интенсив но выделяется аммиак. Из газометра пустить равномерный ток кислорода, который заполняет широкую стеклянную трубку. Аммиак поджечь у конца трубки. Он горит в кислороде большим светло* зеленым пламенем:
4NH3+3O2=2N2+6H2O
С прекращением поступления кислорода горение аммиака так#^ прекращается.
Опыт 121. Горение кислорода в аммиаке.
Оборудование и материалы те же, что и в предыдущем опыте.
Подготовка. Собрать прибор, как в предыдущем опыте, с тЯ только разницей, что трубку из колбы с аммиаком взять коротК)^
л0 5 см), а трубку с кислородом — длинную, на 1—2 см не до-дяШУю д0 кРая стекла (рис. 45).
л ппоитло Нагпптт, пягтш
цАое выделение аммиака, пустить гиСлор°да из газометра и поджечь его у верхнего конца рубки. Кислород горит в ам-
миаке.
р{а рис. 46 показан универсальный прибор для демонстрации взаимного горения газов друг в друге (кислорода в аммиаке и аммиака в кислороде, водорода в кислороде и кислорода в водороде, хлора в водороде и водорода в хлоре и др.). Этот несложный прибор можно заказать в любой стеклодувной мастерской.
Опыт 122. Горение аммиака в кислороде в присутствии платины.
Выполнение. Нагреть раствор в колбе. Когда наступит энер-медленный равномерный ток
4-4,5СМ
02
NH
Рис. 46. Универсальный прибор для демонстрации взаимного горения газов друг в друге: водорода в кислороде и кислорода в водороде; хлора в водороде и водорода в хлоре; аммиака в кислороде и кислорода в аммиаке и др. аммиака и нагреть, проволоки, подве-
Рис. 45. Прибор для демонстрации горения кислорода в аммиаке
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 500 мл. 2. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 3. Стеклянная палочка, согнутая дугообразно. 4. Газометр с кислородом. 5. Треножник. 6. Асбес-тированная сетка. 7. Горелка. 8. Платиновая проволока длиной 20 см, свернутая в спираль. 9. 25%-ный раствор аммиака.
Выполнение. В стакан, поставленный на треножник, на одну четверть налить концентрированный раствор ^пустить туда нагретую спираль из платиновой пенную на согнутой дугообразно стеклянной палочке. Если теперь в стакан опустить, не погружая в жидкость, стеклянную трубку, Уединенную с газометром, из которого поступает кислород, то плауновая проволока остается в накаленном состоянии % за счет тепло-ы реакции аммиака с кислородом. Продуктами сгорания аммиака кислороде в присутствии платины являются вода и моноксид
4NH3 4-5O2 = 4NO+6H2O
в При достаточном количестве газообразного аммиака кислород при 1х°де из Трубки вспыхивает и горит в аммиаке. Горение сопро-ци^ается повторяющимися время от времени взрывами. При горе-(Мн пР°исх°ДяЩем без взрыва, в стакане появляются белый дым и NH4NO3) и красно-бурый диоксид азота. При взрыве
реакция протекает с образованием воды и азота (см. опыт горе} аммиака в кислороде).
После того как раствор аммиака достаточно нагреется, труб^б пламенем кислорода опустить ниже уровня жидкости (рис. 47): к
Рис. 47. Горение аммиака в кислороде в присутствии платины
лород продолжает гореть в жидкости счет содержащегося в ней аммиака. I
Опыт 123. Каталитическое окислен аммиака кислородом воздуха в присут вии платины и оксида хрома (Ш).
Оборудование и материалы. 1. J конические колбы на 2—3 л. 2. Платиновая п стинка с припаянной палочкой. 3. Металлй ская ложечка. 4. Два подъемных столи 5. Оксид хрома (III). 6. 25%-ный раствор ам» ка.
Выполнение. В две колбы вл; по 10—15 мл раствора аммиака. Встр нуть, чтобы колбы быстрее заполнил: газообразным аммиаком. В одну koj внести раскаленную платиновую пласт ку; она продолжает оставаться раскал ной за счет теплоты реакции между ; миаком и кислородом воздуха на ее верхности. В объеме колбы сначала являются бурые пары диоксида азо затем густой белый дым, состоящий нитрита и нитрата аммония. Сполосн
колбу водой, можно обнаружить в ней продукты окисления азота посинению прибавленного иодкрахмального раствора (нитриты) 1 по посинению раствора дифениламина (нитраты и нитриты).
В другую колбу с аммиаком внести нагретый в ложке порог
оксида хрома, присыпая его постукиванием по ложке пальцем, г блюдается огненный дождь и образуются вещества, как при^пла*
новом катализаторе: Я
4NH3+5O2=4NO+6H2O I
2NO+O2=2NO2 I
2NO2+2NH4OH =NH4NO2+NH4NO3+H2O
Опыт 124. Получение оксида азота (I) из нитрата аммон! Горение лучины и водорода в оксиде азота (I). I
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца с термометром. 2. П мывалка с концентрированным раствором гидроксида натрия. 3. Два цилиндра 0,5 л со стеклами. 4. Два штатива с лапками. 5. Кристаллизатор с водой. 6. релка. 7. Стеклянная трубка для горения газов. 8. Фарфоровая чашка. 9. Cj ка с пестиком. 10. Эксикатор с хлоридом кальция. И. Водород из аппарата К па. 12. Нитрат аммония. 13. Лучина.
Подготовка. Нитрат аммония поместить на 15—20 мин j обезвоживания в сушильный шкаф, нагретый до 160—165 ° С. По затвердевания в эксикаторе соль растереть в порошок. 7—10 г
меСтить в колбу Вюрца с термометром. Колбу закрепить так, что-конденсат воды не капал обратно на горячее дно. Колбу соеди-iTb с промывной склянкой, наполненной концентрированным рас-ЯвОрОм гидроксида натрия. Наполнить цилиндры горячей водой (для те11Ьшей растворимости газа) и закрепить в кристаллизаторе. Конец МтВодн°й трубки от промывной склянки опустить в кристаллизатор. ° выполнение. Осторожно нагреть колбу Вюрца с нитратом аммония, не выпуская горелки из рук (без асбестированной сетки!). Соль сначала плавится, затем разлагается:
NH4NO3=2H2O+N2O
Поддерживать все время температуру 170—180° С, чтобы газ выделялся равномерно и не очень сильно. Как только весь воздух из прибора будет вытеснен [для проверки собрать выделяющийся газ в пробирку и испытать тлеющей лучинкой: вспыхивание ее укажет на присутствие оксида азота (I)], газоотводную трубку подвести под цилиндр с водой и собрать в него оксид азота (I). Таким образом наполнить оба цилиндра. По наполнении цилиндров следует сначала вынуть газоотводную трубку из кристаллизатора и только после этого прекратить нагревание колбы.
Внимание! Не рекомендуется нагревать нитрат аммония выше 200° С, так как в этих, условиях разложение нитрата аммония сильно ускоряется и может протекать со взрывом:
2NH4NO3=2N2+O2+4H2O
Закрыв цилиндры стеклянными пластинками, вынуть их из кристаллизатора и поставить на стол. Открыв один из цилиндров, опустить в него тлеющую лучинку. Она загорается в оксиде азота (I), как в кислороде. Затем водород, идущий из аппарата Киппа, поджечь (после предварительной проверки на отсутствие гремучей смеси) у оттянутого конца согнутой газоотводной трубки и опустить в другой цилиндр с закисью азота. Водород продолжает гореть, пламя вытягивается и из бесцветного становится бледно-голубым. Если наполнить цилиндр равными объемами закиси азота и водорода, обернуть цилиндр полотенцем и поднести к пламени горелки, то произойдет взрыв гремучей смеси:
N2O+H2—N24-H2O
Примечание. Чтобы избежать бурного разложения нитрата аммония при высокой температуре, можно вместо нитрата аммония брать смесь сульфата аммония нитратом калия в весовых отношениях 3:4. В этом случае можно отрегулиро-ть пламя горелки таким образом, чтобы обеспечить равномерное выделение газа:
(NH4)2SO4-|-2KNO3=K2SO4+2NH4NO3
NH4N03=2H20+N20
166°^ВТектика тройной системы KNO3 — (NH4)2SO4—NH4NO3 имеет температуру
Опыт 125. Получение оксида азота (I) взаимодействием нитрита ЛИя с иодидом калия в кислой среде.
Ли3а!?6 0 Р У Д ° в а н и е и материалы. 1. Колба Вюрца с пробкой. 2. Кристал-°Р- 3. Стеклянный цилиндр на 0,5 л с пластинкой. 4. Промывная склянка
с 50%-ным раствором гидроксида натрия. 5. Капельная воронка с простой ворД кой. 6. Штатив с лапкой. 7. Нитрат калия (или эквивалентное ему количеств нитрита натрия). 8. 50%-ная серная кислота. 9. Ио ди д калия.
Подготовка. Смешать 15 г нитрита калия с 7,5 г иодЙИ калия и пересыпать в колбу Вюрца. Прилить 50 мл воды. Колбу закрыть пробкой со вставленной в нее капельной воронкой, содей жащей 50%-ный раствор серной кислоты. Заполнить водой цилиндй и закрепить его вверх дном в кристаллизаторе с водой.
Выполнение. К раствору в колбе Вюрца из капельной ворощ ки по каплям прилить серную кислоту:
2KI+2KNO2+2H2SO4 = 2K2SO4+I2+2H2O+2NO
2I~+2NO7+4H+= I2+2NO4-2H2O
Первоначально появляется бурый газ — смесь моноксида и диод, сида азота:

их пластинку и, не раз* раз для лучшего переме! газ — диоксид азота:
2NO+O2=2NO2
При прохождении газов через промывную склянку диоксид азота поглощается раствором щелочи:
2NO2-|-2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O I
Как только бесцветный газ, выходящий из газоотводной трубки, при соприкосновении с воздухом начнет буреть, конец газоотводной трубки подвести под цилиндр и наполнить его моноксидом азота.
Опыт 126. Взаимодействие моноксида азота с кислородом воздуха.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный цилиндр с моноксидой азота *. Стеклянный цилиндр с воздухом *.
Выполнение. На пластинку, закрывающую цилиндр с моноксидом азота из предыдущего опыта, поставить перевернутый цн линдр с воздухом. Вынуть разделяющую их пластинку и, не разнимая, перевернуть цилиндры несколько шивания газов. Образуется красно-бурый
2NO+O2=2NO2
Опыт 127. Получение моноксида азота ты на медь.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 0,5—1 л. 2. Ка-пельная воронка. 3. Простая воронка 5—7 см. 4. Промывная склянка с 50%-НЫМ раствором гидроксида натрия. 5. Цилиндр для собирания газов на 0,5 л. 6. Крив таллизатор. 7. Штатив с лапкой. 8. Стружки или порошок меди. 9. Азотная кЯ лота (пл. 1,2).
Подготовка. В колбу Вюрца поместить медные стружки Л расчета 3,5 г стружек для получения 1 л моноксида азота (пример* но). На пробке в колбу Вюрца вставить капельную воронку с азов ной кислотой. Концентрация кислоты не должна быть выше указая ной, чтобы при реакции не образовались другие оксиды азота. Ко-Ч бу Вюрца встык присоединить к промывной склянке со щелочь^
* Оба цилиндра должны быть одинакового размера и лучше, если пришли#! ваны.
действием азотной кисло
Стеклянную газоотводную трубку таким же образом присоединить промывной склянке; второй конец трубки опустить в кристалли-тОр с водой, куда погружен наполненный водой и опрокинутый цилиндр, закрепленный в штативе.
Рис. 48. Синтез моноксида азота в пламени электрической дуги:
1— дуговая лампа с угольными электродами; 2 — большая воронка;
3 — промывная склянка с раствором синего лакмуса; 4 — промывная склянка с раствором Дифениламина; 5 — водоструйный насос
Выполнение. Из капельной воронки в колбу Вюрца на медь влить азотную кислоту:
8HNO3+3Cu=3Cu (NO3)2+4H2O+2NO 8H+4-2NO74-3Cu° = 3Cu2++4H2O -f-2NO
Вначале в колбе появляется бурый газ:
2NO+O2 = 2NO?
После очистки моноксида азота в промывной склянке его собирают в цилиндр.
внимание! Вдыхание моноксида и диоксида азота вредно, а по-э/пому при работе с ними необходимо соблюдать все меры предосторожности.
Опыт 128. Синтез моноксида азота в пламени электрической дуги.
Оборудование и материалы. 1. Дуговая лампа. 2. Стеклянная во-5 диаметром 30 см. 3. Две промывные склянки. 4. Водоструйный насос. ^Нтатив с лапкой. 6. Фенолфталеин (спиртовой раствор). 7. Дифениламин, верная кислота (пл. 1,84). 9. Едкая щелочь (0,5 н. раствор).
Подготовка. Над двумя угольными электродами дуговой лам-с 1 в штативе укрепить перевернутую воронку (рис. 48). К ней по-1еДовательно присоединить две промывные склянки. В первой из
них вода, подкрашенная в малиновый цвет несколькими каплям фенолфталеина и одной каплей раствора едкой щелочи, во второй J 50 мл концентрированной серной кислоты, содержащей 0,25 г диф^ ниламина и 1 мл воды. Газоотводную трубку второй склянки сЗ единить с водоструйным насосом.
Выполнение. Сближая угольные электроды, соединенныег источником тока, зажечь электрическую дугу. С помощью водо
Рис. 49- Окисление моноксида азота в диоксид азота и поглощение диоксида азота водой («фонтан»)
струйного насоса через во. ронку и промывные склям ки просасывать сильную струю воздуха, захват^ вая образующийся в дуг! газообразный монокси! азота, который, соединяя^ с кислородом воздуха, пре-вращается в диоксид азота:
N2+O2=2NO; 2NO+O2=2N0.
Диоксид азота с водой образует азотистую и азотную кислоты:
2NO2+H2O=HNO2+HNO3
От действия полученных кислот жидкость в первой промывной склянке обесцвечивается, содержимое второй склянки окрашивается в интенсивный синий цвет. Л
На этом принципе основано промышленное получение азотной кислоты дуговым способом, особенно развитое в Норвегии за счет дешевой электроэнергии водопадов. (
Опыт 129. Окисление моноксида азота в диоксид азота. Поглощение диоксида азота водой («фонтан»).
Оборудование и материалы. 1. Газометр с кислородом. 2. Прибор для получения окиси азота (см. опыт 127). 3. Промывная склянка Тищенко с водой. 4. Шарообразная колба на 2л с двумя тубусами. 5. Большой стакан или кристаллизатор. 6. Длинная стеклянная трубка. 7. Стеклянный кран. 8. Штатив с лапкой и кольцом.
Подготовка. Шарообразную колбу, в один из тубусов которой на пробке вставлена длинная стеклянная трубка, слегка оттянутая на верхнем конце, а в другой тубус — согнутая под прямым углом стеклянная трубка с краном, наполнить водой и укрепить на коль* це штатива. Нижний конец первой трубки опустить в стакан с водой, подкрашенной лакмусом в синий цвет (рис. 49). Через трубкУ с краном колбу наполнить моноксидом азота. Вода, вытесняемая из колбы по другой трубке, переходит в стакан. Небольшую часть воды оставить в колбе — для растворения первых порций диоксид азота. Наполнив колбу моноксидом азота, трубку, опущенную стакан, поднять так, чтобы оттянутый конец ее достигал пример#1
ередины колбы. После этого трубку с краном соединить через %омывную склянку с газометром, наполненным кислородом.
В ы п о л н е н и е. Из газометра через трубку со стеклянным краном рВеСти в колбу небольшую порцию кислорода. Тотчас образуется бурый газ, который постепенно исчезает, поглощаясь водой, остав-
Рис. 50. Получение диоксида азота:
1 — реторта со смесью нитрата свинца и песка; 2 — колонка для сушки газов с безводным хлоридом кальция; 3 — кристаллизатор с охладительной смесью и приемной «уточкой»; 4 — хлоркальциевая трубка, наполненная безводным хлоридом кальция; 5 — цилиндр для собирания кислорода
ленной на дне. В результате в колбе создается разрежение, и вода из стакана по трубке поступает в колбу.
Спустя некоторое время в колбу ввести вторую порцию кислорода— опять появляется бурый газ, и вода снова фонтаном поступает в колбу. Как только струя воды начинает ослабевать, в колбу ввести следующую порцию кислорода, и фонтан начинает бить с новой силой. Повторяя эту операцию несколько раз, можно Достичь того, что вся колба заполнится водой (окраска лакмуса при этом из синей перейдет в красную).
Опыт 130. Получение диоксида азота.
Оборудование и материалы. 1. Реторта на 250—300 мл. 2. Ко-л°нка для сушки газов. 3. Конденсационный приемник «уточка» (если нет ^Уточки», можно ее заменить «гуськом» — пробиркой с отростком). 4. Два кристаллизатора (один высокий). 5. Хлор кальциевая трубка. 6. Цилиндр для собирания газов. 7. ТрИ штатива с лапками и кольцами. 8. Асбестированная сетка. 9. Горел-а- 10. Банка на 100 мл с пробкой. 11. Хлорид кальция безводный. 12. Нитрат вИнца. 13. Чистый прокаленный кварцевый песок. 14. Поваренная соль. 15. Снег Ли лед. 16, Лучина
Подготовка. Обезводить нитрат свинца. Для этого 40—50 г соли растереть в фарфоровой ступке в возможно более мелкий °Рошок. Нагреть в фарфоровой чашке, которую поместить на кольцо татива на такой высоте, чтобы конец пламени горелки едва касался Во время нагревания соль тщательно перемешивать стеклянной * Точкой. Нагревать до тех пор, пока почти не прекратится харак-Рное потрескивание. Под конец можно нагревать сильнее — до
начала выделения бурых паров диоксида азота. Обезвоженную cojfl пересыпать в банку, хорошо закупорить. Я
Приготовить смесь приблизительно из равных количеств нитра^ свинца и кварцевого песка. Реторту со смесью укрепить в штативе (рис. 50). Горло реторты соединить встык со стеклянной трубкой колонки для сушки газов, наполненной безводным хлоридом кальция; К газоотводной трубке колонки присоединить встык сухой кондец’ сационный приемник, нижняя часть которого погружена в кристад. лизатор с охладительной смесью из снега (или льда) и поваренной соли (3:1). К приемнику присоединить хлоркальциевую трубкд заполненную безводным хлоридом кальция. Газоотводную трубку опустить в кристаллизатор с водой, в которую погружен укрепленный в штативе цилиндр. |
Выполнение. Осторожно, медленно нагревать реторту; выдЛ ляется красно-бурый диоксид азота, который, проходя через колонку^ осушается, затем, поступив в конденсационный приемник, превр& щается в жидкость: Я
2Pb (NO8)2 = 2PbO 4- 4NO2 4- О2 1
При сильном охлаждении диоксид азота превращается в димер} 2NO3
N2O4
Вначале из-за незначительной примеси влаги в приемнике обра> зуется также некоторое количество оксида азота (III) N2O3, поэтому сконденсировавшаяся жидкость имеет слабую зеленоватую окраску! которая сменяется на желто-бурую, затем желтую, а при длителя ном охлаждении становится почти бесцветной. Кислород, образует щийся одновременно с диоксидом азота NO2, собрать в цилиндр] затем испытать тлеющей лучиной. Перед прекращением нагреваний! газоотводную трубку отъединить от хлоркальциевой трубки. J
Опыт 131. Свойства диоксида азота. Я
ж
Оборудование и материалы. 1. Высокий стакан на 100 мл. 2. Диоксид азота (из предыдущего опыта). 3. Вода с кусочками льда. 4. По лоск» фильтровальной бумаги. 5. Иодид калия (0,5 н. раствор). 6. Сероводороднай вода.
Выполнение, а. Растворение диоксида азота в воде. Отлить в небольшой стакан диоксида азота и бросить туда кусочек льда — цвет жидкости становится сначала сине-зеленым, затем зеленым И, наконец, желтым. Одновременно с этим выделяется бесцветный моно* ксид азота, который тотчас превращается на воздухе в красно-бурый диоксид азота:
4NO2 + H2O=N2Os 4- 2HNO3
N2O3 4- H2O=2HNO2
3HNO2=HNO3 4- H2O 4- 2NO
2NO 4- O2=2NO2
б. Взаимодействие двуокиси азота с иодидом калия. ПолоскУ фильтровальной бумаги, смоченную иодкрахмальным раствором,
держать над жидким диоксидом азота — бумага окрашивается в синий цвет:
2NO2 + 2KI =2KNO2 +12
2NO2 + 21- = 2NOr + I2
в. Окисление сероводорода диоксидом азота. Если диоксид азота пропустить через сероводородную воду, то раствор становится мут-HbiM от образовавшейся серы:
NO2 + H2S = S + NO + Н2О
Опыт 132. Смещение равновесия между диоксидом азота NO2 и его димером N2O4.
Оборудование и материалы 1. Прибор из двух сообщающихся сосудов с диоксидом азота (рис. 51). 2. Два стеклянных стакана на 0,7—1 л. 3. Два треножника. 4. Две асбестированные сетки. 5. Штатив с лапкой. 6. Горелка. 7. Снег или лед.
Рис. 51. Смещение равновесия между диоксидом азота NO2 и его димером N2O4:
1 — лед с еолью; 2 — NO2 и NaO4; 3 — горячая вода
Подготовка. Сообщающиеся сосуды наполнить диоксидом азота и запаять; в обоих газ имеет светло-бурую окраску. Сосуды поместить в стаканы с водой.
Выполнение. Воду в одном стакане охладить, опустив в нее
снег (или лед). Другой стакан нагреть (см. рис. 51). Газ в сосуде, находящемся в горячей воде, по мере нагревания приобретает все более темную окраску в результате термической диссоциации N2O4:
N2O4->2NO2
Окраска газа, находящегося в охлаждаемом сосуде, постепенно бледнеет (димеризация NO2):
2NO2 -> N2O4
Если сосуды вынуть из стаканов с водой, то постепенно окраска в обоих сосудах становится одинаковой — светло-бурой. Выше 140° С Диоксид азота состоит только из молекул NO2, тогда как около тем-ПеРатуры кристаллизации (—11° С) она состоит исключительно из Молекул N2O4, а в интервале от —11 до 140° С находится смесь NO2
Так как диоксид азота NO2 имеет красно-бурый цвет, а его Димер N2O4 бесцветен, то по изменению цвета смеси при нагревании охлаждении можно судить о смещении равновесия
охлаждение
2NO2 ч
нагревание
Опыт 133. Получение дымящей азотной кислоты из натронна селитры.
Рис. 52. Получение дымящей азотной кислоты из селитры
Оборудование и материалы. 1. Реторта на 500 мл с тубусом притертой пробкой. 2. Колба на 2—3 л. 3. Большая стеклянная воронка. 4. С Л клянная трубка. 5. Резиновая трубка. 6. Два штатива с лапками и кольцами 7. Асбестированная сетка. 8. Горелка. 9. Нитрат натрия. 10. Серная кислота! (пл. 1,84).
Подготовка. Реторту с измельченным и предварительно высу| шейным в сушильном шкафу нитратом натрия (40—50 г) укрепи™ наклонно в штативе, подложив под нее на кольцо асбестированнуЯ сетку (рис. 52). Горло реторты глул боко вставить в колбу, служащую приемником. Колбу поместить | воронку, на конец которой надет! резиновая трубка, опущенная в вЛ допроводную раковину. Над кола бой укрепить в штативе стеклям ную трубку, соединенную с водопроводным краном. Через воронку, вставленную в тубус, влить в реторту столько концентрирован! ной серной кислоты, чтобы она покрыла всю селитру и чтобы после осторожного перемешивания стеД ля иной палочкой получилась кашицеобразная масса.
Выполнение. Пустив ток воды из крана на колбу, начать нагревать реторту осторожно, не? большим пламенем, постепенно уси
ливая его. Образующаяся азотная кислота перегоняется и собирается; в виде желтоватой жидкости* в колбе. Перегонку прекратить при появлении в колбе бурых паров (диоксид азота). Полученную кислоту осторожно перелить в отдельную склянку с притертой пробкой (ее используют в последующих опытах). Содержимое реторты после остывания осторожно залить водой. По растворении содержимого реторту вылить:
NaNO3 4- H2SO4 = NaHSO4 4- HNO3 I
Опыт 134. Получение азотной кислоты из аммиака.
Оборудование и материалы. 1. Колба на 2—3 л. 2. Колонка сушки газов. 3. Склянка Дрекселя. 4. Трехгор лая склянка. 5. Стеклянная трУ®' ка (желательно тугоплавкая) диаметром 2 см, длиной 30—35 см. 6. Две склян^» Тищенко. 7. Бутыль на 5—8 л с нижним тубусом. 8. Водоструйный насоС' 9. Стеклянный змеевик. 10. Горелка. 11. Семь стеклянных трубок, согнутых пФ прямым углом. 12. Два демонстрационных бокала. 13. Платиновая ceTJ 14. Стеклянная вата. 15. Аммиак (25%-ный раствор). 16. Негашеная извейЗ, 17. Серная кислота (пл. 1,84). 18. Иодкрахмальный раствор. 19. Раствор Дй^ ниламина в концентрированной серной кислоте.
* Окраску азотной кислоте придает растворенный в ней диоксид азота.
Подготовка. В колбу до половины ее объема налить коицент-Йрованный раствор аммиака, свеженасыщенный газообразным ам-^аком. Закрыть колбу пробкой, через которую проходят два согнутые под прямым углом стеклянные трубки. Одна из них должна ^ть нижним концом погружена в раствор и доходить почти до дна кОдбы; на внешний конец ее надеть небольшой отрезок резиновой трубки с винтовым зажимом 1 (рис. 53). Другая трубка короткая.
Рис. 53. Получение азотной кислоты окислением аммиака в присутствии платины (катализатора):
/ — колбас концентрированным раствором аммиака; 2 — колонка для сушки пзов с натронной известью; 3 — промывная склянка с концентрированной серной кислогой;
4 — трехгорлая склянка со стеклянной ватой; б—тугоплавкая трубка с платиновой сеткой; 6 — склянка Тищенко с водой; 7 — бутыль, где образуются оксиды азога и азотная кислота; 8 — склянка Тищенко с гидроксидом натрия (1:5); 9 — водоструйный насос
Верхний конец ее соединить с сушильной колонкой, наполненной натронной известью. Газоотводную трубку колонки соединить : согнутой под прямым углом стеклянной трубкой, проходящей через Пробку, которая закрывает один из тубусов трехгорлой склянки; склянка рыхло наполнена стеклянной ватой (трубка доходит почти Дна склянки). Во второй тубус склянки на пробке вставить вто-РУЧ доходящую почти до дна склянки, согнутую под прямым углом стеклянную трубку. К ее внешнему концу присоединить склянку ^Рекселя, содержащую концентрированную серную кислоту. На сво-с°Дную трубку склянки надеть небольшой отрезок резиновой тэубки пинтовым зажимом 2. К стеклянной трубке в пробке, закрывающей средний тубус трехгорлой склянки, присоединить длинную стек-янную трубку, горизонтально укрепленную в штативе'.
° середине трубки вставить «колбаску» из платиновой сеткг (или Платинированного асбеста), предварительно прокипяченную в кон-Нтрированной азотной кислоте. К трубке присоединить змеевик, 7
Ф* П. Платонов
который нижним своим концом входит в пробку, закрывающую бодЛ шую бутыль, положенную горизонтально. Через второе отверст^ пробки в бутыль входит трубка, соединенная с промывной склянцЛ Тищенко, содержащей воду. К стеклянной трубке, выходящей 3 тубуса, расположенного у дна бутыли, присоединить промывку! склянку Тищенко с раствором едкой щелочи (1 : 5). Склянку соед& нить с водоструйным насосом (см. рис. 53). 1
Выполнение. Осторожно прогреть сначала всю трубку с катализатором (платина). Потом сосредоточить нагревание в том месте где находится платиновая сетка. После этого закрыть зажим 2. Оста* вив открытым зажим /, привести в действие водоструйный насос, так чтобы через собранный прибор просасывался слабый ток воздуха, который, проходя через раствор в колбе, увлекал бы аммиак. Смесь воздуха и аммиака, освободившись от влаги в сушильной колонке, поступает в трубку с катализатором. На поверхности раскаленной платиновой сетки окисляется аммиак:
4NH3 + 5O2=4NO + 6Н2О <
4NH3 4- 7O2 = 4NO2 + 6Н2О 1
Реакция протекает с выделением тепла, поэтому платиновая сетка остается в накаленном состоянии до тех пор, пока идет реакция. Бутыль наполняется густым белым дымом (нитрит и нитрат аммония). Закрыв зажим / (прекращается ток аммиака), прососать через прибор воздух до исчезновения белого дыма. Снова открыть зажим 1 и регулировать ток газов с таким расчетом, чтобы воздуха было в 2,5—3 раза больше аммиака (следить по числу пузырьков газа).
В трехгорлой склянке газы перемешиваются. Через промывную склянку в бутыль входит дополнительно воздух, необходимый для превращения моноксида азота, образовавшегося при окислении аммиака в диоксид азота. Вскоре бутыль наполняется бурым газом, который в соединении с образовавшимися в реакции парами воды образует азотную и азотистую кислоты. Прекратив действие водоструйного насоса и отъединив от прибора бутыль, ополоснуть ее небольшим количеством воды; воду разлить в демонстрационные бокалы. Добавить в один стакан иодкрахмальный раствор (посинение)-
2NOT + 2I--H 4H +=2NO + 12 + 2Н2О
в другой — дифениламин (посинение):
2 (C6H5)2NH + NC7 = C6H5N (С6Н4)2 NC6H5 4- NO 4- 2Н2О + le
Схема окисления аммиака до азотной кислоты:
О2 о2 н2о4-о2
NH3 —-NO- NO2---------- HNO3 |
Опыт 135. Горение раскаленного угля в нагретой до кипени* азотной кислоте.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка. 2. Штатив с лапк°$* 3. Чашка с песком. 4. Металлические щипцы. 5. Горелка. 6. Куски угля.
f] о Д г о т в к а. оакрсиихь i puunptxy D IJ I 1 Cl MDV.. Xlwiuuinu-
e чашку с песком. В пробирку налить 5—7 мл дымящей азотной кислоты (пл. 1,5).
h Выполнение. Нагреть до кипения азотную кислоту. Взять еТаллическими щипцами кусочек древесного угля, накалить его в \амени горелки, сильно раздуть и тотчас бросить в пробирку с кис-д0той. Тлеющий уголь, попав на азотную кислоту, энергично сгорает:
ЗС 4- 4HNO3T=3CO2 + 2Н2О + 4NO
3
С — 4 е 4- 2Н2О -> СО2 + 4Н+
4
NO^ 4- 3 е 4- 4Н+ -> 2Н2О + NO
ЗС 4- 4NO7 4- 4Н+ = ЗСО2 4- 4NO 4- 2Н2О 2NO 4- O2=2NO2 (бурый газ)
Опыт 136. Действие азотной кислоты на древесину.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка. 2. Штатив с лапкой. 3. Чашка с песком. 4. Пинцет. 5. Горелка. 6. Дымящая азотная кислота (пл. 1,5).
Подготовка. Закрепить пробирку в штативе. Подставить под нее чашку с песком. В пробирку налить 5—7 мл дымящей азотной кислоты.
Выполнение. Нагреть почти до кипения азотную кислоту. Бросить в нее пинцетом спичку (без головки). Через некоторое время наблюдается полное разрушение древесины без изменения цвета кислоты:
(С6Н10Об)л4-8л HNO3=6/z СО24*
4-8zz NO4-9n Н2О
Опыт 137. Горение скипидара в азотной кислоте.
Оборудование и материалы.
(вегетационный сосуд). 2. Пипетка. 3. Фарфоровая чашка (плоскодонная). 4. Тигельные щипцы. 5. Дымящая азотная кислота (пл. 1,5). 6. Концентрированная СеРная кислота (пл. 1,84). 7. Свежеперегнанный скипидар. 8. Кварцевый песок.
Подготовка. На дно стакана насыпать слой песка 2—3 см. чашку налить смесь равных объемов азотной и серной кислот. Ншку аккуратно щипцами поставить в стакан на песок.
Выполнение. В чашку из пипетки осторожно по каплям ^Риливать скипидар. Каждая капля, попадая в кислоту, воспламе-^ястся и сгорает, выделяя много копоти (рис. 54). Серная кислота '}том случае действует как обезвоживающее средство.
Опыт 138. Нитрование клетчатки (целлюлозы) азотной кислой Воспламенение нитроцеллюлозы.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 2<50—300 мл. 2. Д стеклянные палочки. 3. Кристаллизатор (или простоквашница). 4. Фильтровке ная бумага. 5. Концентрированная азотная кислота (пл. 1,4). 6. Концентрировав ная сериая кислота (пл. 1,84).
Подготовка и выполнение. В стакан налить 25 мл кд центрированной азотной кислоты (пл. 1,4) и 50 мл концентрировав ной серной кислоты. Охладить смесь в кристаллизаторе с водой комнатной температуры. Внести в нее по частям распушенную (2—3» гигроскопическую вату. В стакане, двумя стеклянными палочками тщательно перемешивая и расщепляя, выдержать вату 20—30 мин Образовавшуюся нитроцеллюлозу стеклянными палочками извлечь из нитрующей смеси в кристаллизатор, тщательно промыть водо. проводной, затем дистиллированной водой (проба лакмусовой бумажкой) и высушить на воздухе либо в сушильном (водяном) шкафу. Сухую нитроцеллюлозу тщательно распушить и хранить в хорошо закрытой банке. Я
На лекции, положив в чашку комок простой ваты, поджечь ее спичкой. Наблюдать горение. Затем хорошо распушенную нитроцеллюлозу положить на ладонь руки и поджечь спичкой. При хорошо приготовленной нитроцеллюлозе рука не ощущает никакого тепла благодаря мгновенному сгоранию.
Опыт 139. Горение угля и серы в расплавленной селитре.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка. 2. Штатив с лапкой. 3. Фарфоровая чашка с песком. 4. Горелка. 5. Металлические щипцы. 6. Нитрат калия. 7. Лучина. 8. Кусочки угля. 9. Кусочки серы.
Выполнение. Закрепить пробирку в штативе. Поставить под нее чашку с песком. В пробирку на одну четверть насыпать нитрат калия. Расплавить. Селитра плавится при 336°С, превращаясь в бесцветную жидкость. В расплавленную селитру опустить тлеющую лучину — она загорается, начинает подпрыгивать; иногда ее выбрасывает из пробирки. Туда же бросить тлеющий уголек. Он также энергично сгорает, подпрыгивая; при этом слышится потрескивание. Когда сгорание угля будет подходить к концу, бросить в пробирку небольшой кусок серы. Она тотчас же вспыхивает и энергично сгорает светло-фиолетовым пламенем. От выделяющегося тепла пробирка иногда плавится. В связи с этим пробирку с горящим углем й в особенности с горящей серой следует держать над фарфоровой чашкой с песком:
2KNO3 -ф C=2KNO2 + СО2 Я
2KNO3 ф S=2KNO2 + SO2 В
Опыт 140. Взаимодействие расплавленного нитрата серебра , фильтровальной бумагой.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка. 2. Держалка для пр^ бирок. 3. Фарфоровый или металлический кювет. 4. Кювет из фильтровально11 бумаги (несколько большего размера, чем металлический). 5. Горелка. 6. Нитр^1 серебра.
выполнение. Фарфоровый или металлический кювет накрыть юВетом из фильтровальной бумаги. В пробирку поместить 1—2 г 0йТрата серебра. Нагреть. При 218°С соль плавится, превращаясь р слегка зеленоватую жидкость. Если расплавленный нитрат серебра рЬ1лить на фильтровальную бумагу, она мгновенно вспыхивает /рис. 55). Расплавленная соль, попав на дно кювета, застывает в Биде серой от восстановившегося серебра массы:
2AgNO3=2Ag + 2NO2 4- О2 (С6Н10О5)л И- 6ft O2==6ft СО2 4~ 5ft Н2О
Опыт 141. Вспышка черного пороха.
Оборудование и материалы, 1. Кусок асбестового картона. 2. Аппарат Киппа с мрамором и соляной кислотой. 3. Большой толстостенный стакан (вегетационный сосуд). 4. Длинная стеклянная палочка. 5. Горелка. 6 Фарфоровая ступка. 7. Длинная лучина 8. Нитрат калия. 9 Сера 10. Уголь
Подготовка. Черный порох можно приготовить, тщательно
перемешивая сухие тонко измельченные порошки калиинои селитры, угля и серы. Селитру, серу и
уголь, предварительно высушенные, тщательно растереть (каждое вещество в отдельности) в фарфоровых ступках; если пользоваться одной ступкой, то после каждого вещества ступку вымыть и насухо вытереть. 16 г селитры, 2 г серы и 2 г угля ссыпать вместе на лист бумаги и тщательно перемешать. Разделить смесь на две приблизительно равные части.
Выполнение. Половину приготовленной смеси насыпать на кусок асбестового картона или на
Рис. 55. Взаимодействие расплавленного нитрата серебра с фильтровальной бумагой
кирпич. Поджечь длинной горящей лучиной, держа смесь в вытя-
нутой руке, — она вспыхивает и быстро сгорает, выделяя густой белый дым:
2KNO34-3C4-S=N24-3CO24-K2S
Для доказательства того, что вспышка пороха происходит за счет кислорода селитры без участия кислорода воздуха, опыт можно несколько видоизменить. На дно стеклянного стакана поместить па куске асбестового картона другую половину приготовленного пороха. Наполнить стакан диоксидом углерода из аппарата Киппа (проба горящей лучиной). Накалить конец стеклянной палочки в Пламени горелки и прикоснуться им к пороху в стакане. Происходит Пспышка: порох сгорает так же, как и на воздухе.
Опыт 142. Восстановительные и окислительные свойства нитрита к^лия. Азотистая кислота известна только в разбавленных охлажденных растворах. Соли же ее — нитриты — устойчивы. Азотистая ки
слота легко распадается:
2HNO2^±N2O3+H2Oz±NO -ь NO2+Н2О
Характер распада определяется температурой, концентрации и другими факторами. Все нитриты ядовиты. Азотистая кислота и ее соли обладают восстановительными и окислительными свойствам^
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с па-лочками. 2. Два подъемных столика. 3. Пипетка. 4. Нитрит калия (0,5 н. рас_ твор). 5. Иодид калия (0,5 н. раствор). 6. Серная кислота (2 н. раствор). 7. Пер. манганат калия (0,1 н. раствор). 8. Свежеприготовленный 0,5%-ный раствор крахмала. 9. Дистиллированная вода.
Выполнение, а. Восстановительные свойства нитрита калия. Внести в стакан 100—150 мл раствора перманганата калия, 10— 15 мл серной кислоты, затем постепенно приливать раствор нитрита калия. Раствор в стакане обесцвечивается:
2KMnO4+5KNO2+3H2SO4 = K2SO4-h2MnSO4-i-5KNO3+3H2O
МпО4 +5е4-8Н + ->Мп2+ 4-4Н2О МОГ — 2е+Н2О-> NO7+2H +
2MnO7-k6H + + 5NO7=2Mn2+4-3H2O4-5NO7
б. Окислительные свойства нитрита калия. Внести в стакан 100—150 мл раствора иодида калия. 10—15 мл серной кислоты, 5—7 мл суспензии крахмала, затем постепенно приливать раствор нитрита калия. Появляется интенсивная синяя окраска:
2KI4-2KNO24-2H2SO4=2K2SO4-|-12-P2NO4-2H2O
2 1 I- — 1°
2 1 NO7+ le+2H+->NO+H2O I £
2I-+2NO74-4H + = I24-2NO+2H2O
Примечание. Если до добавления нитрита калия в растворе появляется синяя окраска, то, следовательно, иодид калия загрязнен иодом. Нужно брать раствор чистого иодида калия или заблаговременно его оттитровать раствором тиосульфата натрия.
Опыт 143. Получение и взрыв иодида азота.
Оборудование и материалы. 1. Три металлических треножника с натянутой на них писчей бумагой. 2. Стакан на 100 мл со стеклянной палочкой. 3. Мерный цилиндр на 25 мл. 4 Воронка Бюхнера с колбой Бунзена и водяным насосом. 5. Деревянная длинная палочка (указка). 6. Фильтровальная бумага. 7. Кристаллический иод. 8 Кристаллический иодид калия. 9. 25%-ный раствор аммиака. 10. Дистиллированная вода
Подготовка. Налить в стакан 15 мл дистиллированной воды и почти насытить ее иодидом калия (около 20 г). Насыщенный раствор иодида калия почти насытить кристаллическим иодом. Пр11' лить 30 мл раствора аммиака. Выпавший осадок отфильтровать воронке Бюхнера с насосом. Промыть 2—3 раза водой на воронке* Еще влажный фильтр с осадком вынуть из воронки, разделить & три части, положить на писчую бумагу, натянутую на трех тре< кожниках, и поставить в безопасное место в вытяжном шкафУ'
q о надо делать вечером накануне лекции. На другой день перед амым опытом один треножник осторожно перенести на лекцию и С отдалении от Л1°дей длинной палочкой (указкой) прикоснуться к 0ОДИДУ- Происходит сильный взрыв:
3I24-5NH3=NI3-NH31 +-3NHJ
2(N13-NH8) = 2N2+312-|-3H2
Запасные порции иодида азота готовят на случай самопроизвольного взрыва некоторых из них при неосторожном обращении. Неиспользованные препараты взорвать после лекции. Стакан и ворон-ку Бюхнера, в которых получали иодид азота, выдержать в щелочи и вымыть.
Препараты азота и его соединений для обозрения. Таблицы элементов VA группы
Азот. Аммиак. Амиды. Имиды. Нитриды. Оксиды азота N2O, NO, NO2 и N2O3 (последние два в ампулах). Соли аммония, нитраты, нитриты. Азотные удобрения. Селитры—натронная NaNO3, калийная KNO3, аммиачная NH4NO3, кальциевая Ca(NO3)2, хлорид аммония NH4C1, сульфат аммония (NH4)2SO4, цианамид кальция CaCN2, мочевина (карбамид) CO(NH2)2, мочевино-формальдегидные удобрения [Co(NH2)2]w.[CH2O]n. Корни бобовых растений с клубеньковыми бактериями (в формалине). Порох. Нитроклетчатка.
Таблицы. Состав сухого воздуха. Ряд соединений азота. Изотопы азота.
Состав сухого воздуха
Газ Вес. % Объемн. % Температура кипения, °C Температура плавления, °C Плотность 1 S fct & к О ь s U о 1- Кем открыт
Азот . . . 75,51 78,10 —195,8 —209,86 0,805 1772 Резерфорд
Кислород . •23,15 20,93 —183 —218,4 1.14 1772 • 1774 1774 Шееле Пристли Лавуазье
Аргон . . . Диоксид уг- 1,286 0,933 —185,7 — 189,2 1,40 1894 Рамзай и Релей
лерода . . 0,04 0,03 возг. 78 —56,6 5,2 ат 1,101 —37° 1630 ‘ 1754 1773 Ван-Гель-монт Блек Лавуазье
Неон 1,2-10-3 1,8-10-3 —245,9 —248,67 1,204 1898 Рамзай
Гелий . 7-10—5 б-Ю-4 —268,9 —272,2 1 1868 1 1895 и Траверс Локьер, Жанссен Рамзай и Клеве
Криптон . . 3-10—4 1-10~4 —152,9 —157 1 1898 Рамзай
Ксенон . . 4-10~5 9-Ю-8 —108,1 —112 3,06 и Траверс
°°Дород . . 3- ю—6 5-10—5 —252,8 —259,18 0,0708 J 1766 Кавендиш
Ряд соединений азота
-3 v 4-1 +2 4-3 4-4 4-5
NH3 — N2 — N2O — NO — N2O3 — NO2 — N2O5
NH4OH HNO2 * HNOg
NH4C1 NaNO2 NaNO3
Изотопы азота
Изотопы Распространенность в природе, о/ /о Тип превращения Период полураспада Изотопы Распространенность в природе, о/ /о Тип превращения период полураспада
,N12 --- Р+ 0,0125 сек 7N15 0,365 Стабиль- — -
,.N13 — 0+ 10,1 мин ный
,N14 99,635 Стабиль- 7N16 —— 7,5 сек
ный 7N17 — 4,15 сек
ФОСФОР
Опыт 144. Получение белого фосфора из красного. Проводя опыты, необходимо учитывать, что белый фосфор и его пары ядовиты; при соприкосновении с кожей он оставляет болезненные и долго незаживающие раны (см. приложение «Техника безопасности и правила обращения с белым фосфором»).
Оборудование и материалы. 1. Пробирка длиной 17—20 см, диаметром 1,5 см. 2. Аппарат Киппа с диоксидом углерода и промывной склянкой с концентрированной серной кислотой. 3. Штатив с лапкой. 4. Горелка. 5. Высокий стакан на 700—1000 мл. 6. Асбестированная сетка. 7. Красный фосфор.
Выполнение. В пробирку, закрепленную вертикально в штативе, внести 0,3—0,5 г сухого красного фосфора, так чтобы стенки пробирки оставались чистыми. Пробирку неплотно закрыть резиновой пробкой с доходящей почти до дна стеклянной трубкой. По трубке в пробирку поступает слабый ток диоксида углерода. По наполнении пробирки диоксидом углерода стеклянную трубку выдвинуть так, чтобы оставшийся в пробирке конец трубки был не длиннее 5—6 см. Пробирку у самого отверстия закрепить горизонтально в зажиме штатива. Слегка нагреть ту ее часть, где находится фосфор. Наблюдать испарение красного фосфора и осаждение капелек белого фосфора на холодных стенках пробирки. На дне пробирки остаются только содержавшиеся в фосфоре примеси.
По окончании опыта пробирку охладить в токе диоксида углерода, время от времени постукивая по ней, чтобы облегчить застывание переохлажденного белого фосфора. По охлаждении пробирку с белым фосфором поместить в стакан с водой. Воду нагреть Д° 50° С, чтобы расплавить весь фосфор и собрать его на дне пробирки. Для удаления следов фосфора с трубки, по которой поступав диоксид углерода,- и с резиновой пробки воспользоваться растворов перманганата калия.
Опыт 145. Превращение белого фосфора в красный.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянная трубка 1,5x25 см, аянная с одного конца. 2. Специальная колба с широким и длинным горлом см (рис. 56). 3. Штатив с лапкой и кольцом. 4. Асбестированная сетка. 5 Проволока длиной см‘ 6- Горелка. 7. Белый фосфор. 8. Иод. 9. Дифениламин*
Подготовка. Кусочки белого фосфора (2—3 а), предварительно высушенные между листочками фильтровальной бумаги, положить в стеклянную, запаянную с одного конца трубку- Туда же внести чуть-чуть иода (катализатор), после чего запаять и второй конец трубки. Белый фосфор, обычно воспламеняющийся на воздухе, при этом не загорается, так как, частично окисляясь, он быстро связывает весь кислород, находящийся в трубке. Колбу с широким и длинным горлом укрепить в штативе на такой высоте, чтобы под нее свободно подходила горелка. В колбу насыпать дифениламин (около 100 г). В горле колбы на проволоке подвесить запаянную трубку с белым фосфором так, чтобы нижний конец доходил до основания горла (см. рис. 56).
Выполнение. Нагреть колбу. Дифениламин сначала плавится, затем начинает кипеть (302° С).
Пары его окружают запаянную трубку с фосфором, которая, таким образом, находится в паровой бане при постоянной температуре. В этих условиях белый фосфор превращается в красный. Опыт следует начинать в начале лекции, чтобы к концу ее демонстрировать результаты. Запаянную трубку после опыта уничтожить, так как содержимое ее с остатками белого фосфора опасно
в пожарном отношении. Для этого трубку разбить под водой, содержимое сжечь на- асбестовом картоне под тягой.
Опыт 146. Температура воспламенения белого фосфора.
Рис. 56. Превращение белого фосфора в красный
Оборудование и материалы. 1. Керамическая плитка, 2. Пробирка, на одну четверть заполненная водой. 3. Горелка. 4. Пинцет. 5. Белый фосфор. 6. Фильтровальная бумага.
Выполнение. На керамическую плитку положить маленький кусок белого фосфора (предварительно высушенный фильтровальной бумагой) и коснуться его пробиркой с нагретой до кипения водой. Фосфор тотчас воспламеняется и сгорает, образуя белый дым окси-Да фосфора (V):
В Р4_ГбО2=2Р2О5
Если же белый фосфор очень мелко раздроблен, то он воспламеняется даже при комнатной температуре (см. опыт 147).
Ойыт 147. Легкая воспламеняемость белого фосфора.
Оборудование и материалы. 1. Штатив с лапкой. 2. Фарфоровая а№а. 3. Пробирка с корковой пробкой. 4. Пинцет. 5. Фильтровальная бумага. • Белый фосфор. 7. Сероуглерод.
Подготовка. В лапке штатива укрепить вертикально полоску фильтровальной бумаги; на штатив под бумагой поставить фарфора вую чашку. С необходимой предосторожностью приготовить раствор белого фосфора в сероуглероде. Для этого в пробирку налить 3—5 сероуглерода, туда же опустить несколько кусочков белого фосфора высушенного между листами фильтровальной бумаги (0,5—1 г). Лег-ким, осторожным встряхиванием
Рис. 57. Сравнительная воспламеняемость белого и красного фосфора:
1 — белый фосфор; 2 — красный фосфор;
3 — медная пластинка
добиться полного растворения фос. фора. После этого пробирку за, крыть корковой пробкой и сохранять в вертикальном положении (резина разбухает от паров сероуглерода).
Выполнение. Необходимо помнить, что сероуглерод весьма огнеопасен. Поэтому при работе с ним вокруг не должно быть зажженных горелок.
Полоску фильтровальной бумаги, подвешенную на штативе, осторожно облить из пробирки раствором фосфора в сероуглероде. При этом следует остерегаться попадания раствора на руки или стол. Поэтому, выливая из пробирки раствор, придерживать бумагу пинцетом; держать это надо над чашкой или, лучше, над кюветом. Сероуглерод быстро испаряется, и на поверхности бумаги остается белый фосфор. Распределенный на большой поверхности, способствующей контакту с кислородом воздуха, фосфор, энергично окисляясь, скоро воспламеняется, а от него загорается и бумага.
Если опыт демонстрировать в затемненной аудитории, то можно наблюдать свечение полоски бумаги перед воспламенением.
Опыт 148. Сравнительная воспламеняемость белого и красного фосфора.
Оборудование и материалы. 1. Медная пластинка длиной 15—20см, шириной 2—3 см, толщиной не менее 1 мм. 2. Штатив с лапкой 3 Горелка. 4. Белый фосфор. 5. Красный фосфор.
Подготовка и выполнение. Медную пластинку укрепить горизонтально в лапке штатива (рис. 57). На пластинке, отступая от лапки на 2—3 см, поместить кусочек тщательно высушенного белого фосфора величиной с горошину. Посредине пластинки положить немного красного фосфора. Под другой конец пластинки подставить зажженную горелку. Вскоре первым загорается белый фосфор, более удаленный от пламени горелки (температура воспламенения 40—50° С); только спустя некоторое время загорается расположенный ближе к пламени красный фосфор (температура воспламенения 240° С).
Опыт 149. Влияние парциального давления кислорода на воспла
меняемость белого фосфора.
Оборудование и материалы. 1. Штатив с лапкой. 2. Цилиндр для обирания газа. 3. Пробирка с корковой пробкой. 4. Пинцет. 5. Фильтровальная бумага. 6. Белый фосфор 7. Сероуглерод CS2.
Подготовка. В пробирке приготовить раствор белого фосфора
в сероуглероде (см. предыдущий опыт). Закрыть корковой пробкой. Наполнить стеклянный цилиндр кислородом, закрыть его стеклом й поставить на подставку штатива. Полоску фильтровальной бумаги
укрепить вертикально в лапке штатива.
У Выполнение. Приподняв лапку, осторожно облить бумагу раствором белого фосфора в сероуглероде и опустить в цилиндр с кислородом таким образом, чтобы она свободно вошла в цилиндр, но не касалась стенок и не доходила до дна. Смоченная раствором часть бумаги должна находиться целиком в кислороде. По испарении сероуглерода поверхность бумаги будет покрыта мелко раздробленным фосфором. Но он не воспламеняется (не наблюдается также и свечения в темноте). Спустя некоторое время, поднимая лапку, вынуть бумагу из цилиндра. Тогда фосфор, а за ним и бумага тот
час воспламенятся.
Опыт 150. Свечение белого фосфора.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка. 2. Горелка. 3. Держалка для пробирки. 4. Нож. 5. Экран из черной бумаги на фанере. 6. Белый фосфор. 7. Фильтровальная бумага
Подготовка. Получить фосфорный карандаш, растворяя жидкий белый фосфор в расплавленном парафине или в стеарине. Для этого в пробирку к одной весовой части сухого белого фосфора добавить около двух весовых частей парафина. Закрыть пробирку ватой и осторожно нагреть, непрерывно взбалтывая. После окончания плавления пробирку охладить струей холодной воды, затем разбить и извлечь застывшую массу. Фосфорный карандаш хранят под водой.
Выполнение. При пользовании фосфорный карандаш обернуть мокрой бумагой и в затемненной аудитории на черном экране что-нибудь написать. Написанное светится.
Опыт 151. Горение белого фосфора под водой.
Оборудование и материалы. 1. Газометр с кислородом. 2. Склянка Тищенко с водой. 3. Большая пробирка. 4. Стакан на 500—750 мл. 5. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом.. 6. Штатив с лапкой. 7. Горелка. 8. Белый фосфор.
Подготовка. В пробирку на половину ее объема налить воду, опустить ее в стакан с водой и укрепить в лапке штатива. Затем поместить в нее 2—3 кусочка белого фосфора величиной с горошину. Воду в стакане подогреть до 50—60° С (чтобы фосфор расплавился). К газометру с кислородом через промывную склянку с водой присоединить стеклянную трубку.
Выполнение. Вначале отрегулировать ток кислорода таким образом, чтобы можно было считать отдельные пузырьки газа, проходящего через промывную склянку. Добившись этого, осторожно погрузить стеклянную трубку в пробирку (рис. 58), не доводя до Дна на 1—1,5 см. При соприкосновении кислорода с расплавленным
фосфором последний вспыхивает под водой. Опыт можно наблю. дать и при дневном свете, но особенно эффективен он в темноте. После опыта на дне пробирки остается красноватая масса (при го. рении белого фосфора часть его превращается в красный). Эту мас-су тщательно смыть в банку, где сохраняются остатки фосфора, а пробирку несколько раз ополоснуть . водой.
Опыт 152. Восстановление солей серебра и меди белым фосфором.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл. 2. Две стеклянные палочки. 3. Белый экран. 4. Пинцет. 5. Нитрат серебра (0,1 н. раствор). 6. Сульфат меди (II) (0,1 н. раствор). 7. Белый фосфор.
Подготовка. Налить в стакан по 150—200 мл меди (И). Приготовить в
Рис. 58. Горение белого фосфора под водой растворов нитрата серебра и сульфата бюксе с водой кусочки белого фосфора величиной с горошину.
В стакан с раствором нитрата серебра
Выполнение.
пинцетом кусочек белого фосфора — выпадает серебро:
5AgNO3+Pd-4H2O=5Ag+5HNO3+H3PO4
внести
5 Ag+-}-le -*Ag°
1 ро._ 5е44Н2О-РОЗ~+8Н+
~ 5 Ag+ + Р+4Н2О=Ago 4- РО J”+8H +
В стакан с сульфатом меди (II) внести пинцетом кусочек белого фосфора — выпадает медь:
5CuSO4 4 2Р 4 8Н2О=5Cu 4 5H2SO4 4- 2Н3РО4
5 Cu24~42e ->Cu°
2 Р° — 5а44Н2О^РО'^"48Н + 5Cu2+42P048H2O = 5Cu042PO^“4 ШН +
Белый фосфор — энергичный восстановитель.
Опыт 153. Холодное пламя фосфора. Опыт рекомендуется проводить в затемненной аудитории.
Оборудование и материалы. 1. Двугорлая круглодонная колба на 1 л. 2. Аппарат Киппа с мрамором и соляной кислотой. 3. Склянка Тищенко с водой. 4. Стеклянная трубка длиной 10—15 см, диаметром 10—15 мм. 5. Штатив с лапкой и кольцом. 6. Водяная баня. 7. Горелка. 8. Стеклянная вата. 9. Бельш фосфор.
Подготовка. Двугорлую колбу, на дно которой положена стеклянная вата, укрепить в штативе и погрузить в горячую
им не наполнится вся колоа и весь воз-
Рис. 59. Холодное пламя фосфора этого пламени можно дотрагиваться ру-
,gQ_90° С) водяную баню (рис. 59). Верхнее горло колбы закрыть
пробкой, в которую вставлена прямая стеклянная трубка. Боковое горло также закрыть пробкой, в которую вставлена согнутая стеклянная трубка, соединенная через промывную склянку Тищенко с аппаратом Киппа.
Выполнение. Из аппарата Киппа в колбу пропускать диоксид углерода до тех пор, пока дух не будет из нее вытеснен (проба горящей лучиной). Затем в колбу внести 2—3 кусочка белого фосфора (с горошину каждый), вставить в горло пробку с трубкой и снова пропускать сильный ток диоксида углерода. Расплавившийся фосфор отчасти превращается в пар, который увлекается током диоксида углерода колбы через трубку. По выходе из трубки, соприкасаясь с воздухом, пары фосфора загораются и образуют холодное пламя. До
кой без боязни получить ожог, потому что температура пламени низкая.
По окончании опыта вынуть колбу из водяной бани и дать ей охладиться. Содержимое колбы вытряхнуть в фарфоровую чашку с водой, колбу же несколько раз ополоснуть водой. Кусочки фосфора выбрать пинцетом и поместить в банку для хранения. Мелкие невыбранные остатки фосфора сжечь на стеклянной вате под тягой.
Опыт 154. Получение смеси соединений фосфора с водородом.
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 100 мл. 2. Изогнутая стеклянная трубка. 3. Кристаллизатор. 4. Штатив с лапкой и кольцом. 5. Асбестированная сетка. 6. Горелка. 7 Белый фосфор. 8. Едкая щелочь (35—40% -ный раствор). 9. Диэтиловый эфир (С2Н5)2О.
Подготовка. Колбу укрепить в штативе на асбестированной сетке и закрыть резиновой пробкой с газоотводной трубкой. Наружный конец трубки опустить в кристаллизатор с водой (рис. 60). В колбу налить на три четверти концентрированный раствор едкого кали (35—40%) и внести 2—3 г белого фосфора в виде небольших Кусочков. При взаимодействии едкого кали с белым фосфором наряду с газообразным фосфином РН3 отчасти образуется и жидкий фосфороводород Р2Н4. Он, самовоспламенившись в колбе, может поджечь и газообразный РН3, вследствие чего произойдет взрыв. Поэтому Перед началом опыта из колбы необходимо вытеснить воздух. Для ^ого сверх раствора едкого кали налить небольшой слой эфира.
Рис. 60. Получение смеси фосфор о водородов: 1 —колба с щелочью и белым фосфором; 2 —горящие фосфороводороды
который при последующем нагревании быстро испаряется, вытесняя воздух из колбы и из трубки.
Выполнение. Фосфороводороды ядовиты, поэтому опыт следуй проводить в вытяжном шкафу. Очень осторожно подогреть колбу. Вначале налитый в колбу эфир интенсивно испаряется и вытесняет воздух из колбы и газоот-водной трубки. При даль нейшем нагревании на-чинается взаимодействие между белым фосфором и едкой щелочью, в результате образуются фосфин и дигидрогипофосфит калия: 4Р+ЗКОН+ЗН2О-
=РНя4-ЗКН2РО2
В незначительном количестве образуется и жидкий дифосфин Р2Н4:
6Р4-4КОН+4Н2О=
= Р2Н44~4КН2РО2
Выделяющийся газ на воздухе загорается и кольца дыма поднимаются вверх одно за другим, постепенно расширяясь.
При выполнении опыта следует внимательно следить за тем, чтобы расплавленный фосфор при кипении жидкости не попадал в газоотводную трубку, где он, застывая, может образовать пробку, что очень опасно: образующийся газ может разорвать колбу, а брызги горящего фосфора способны причинить тяжелые ожоги и вызвать пожар. Поэтому кусочки фосфора должны быть менее горошины, а отводная трубка диаметром около 10 мм.
Фосфороводороды, сгорая в воздухе, образуют белый дым оксида фосфора (V) и воду:
2Р Н з 4- 4О2=Р2о5 4- 3H 2О
2 1 рз-_ 8е->Р5+
4 2 О24-4е ->2О2~
2Р2Н4 4-7О2=2Р2О5 -в 4Н2О
4 р2-_7е _>р5+
7 О24-4е ->2О2~
Опыт 155. Получение фосфида кальция.
Оборудование и материалы, 1. Стеклянная трубка длиной 10—12 диаметром 0,5—0,7 см. 2. Штатив с лапкой. 3. Горелка с плоской насадкой-4. Фарфоровая ступка с пестиком. 5. Пинцет. 6. Банка с пробкой. 7. Шпатель-8. Соляная кислота (2 н.). 9. Красный фосфор (сухой). 10. Мелкие струя^1’ кальция.
Подготовка. Стеклянную трубку укрепить за один коней в штативе горизонтально. Посредине трубки поместить смесь 1 стружки кальция и 1 г сухого красного фосфора. При нагреваний
«трубки происходит бурная реакция — образуется буро-красный порошок фосфида кальция:
ЗСаД-2Р=Са3Р2
Белым фосфором для этой цели не пользуются, так как реакция с ним протекает слишком бурно.
После охлаждения трубку разбить пестиком в ступке. Фосфид кальция выбирать из ступки пестиком и пинцетом и поместить для хранения в банку. Банку плотно закрыть и залить парафином, чтобы предупредить разложение фосфида кальция под влиянием атмосферной влаги. Остатки стекла и ступку обработать под тягой подкисленной водой и после этого тщательно вымыть.
Опыт 156. Взаимодействие фосфида кальция с водой и соляной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 500—600 мл. 2. Пинцет. 3. Демонстрационный столик. 4. Соляная кислота (2 н.). 5. Фосфид кальция.
Выполнение. Наполнить стакан водой, подкисленной соляной кислотой. Пинцетом опустить в стакан небольшие кусочки фосфида кальция. Фосфид кальция, взаимодействуя с соляной кислотой и водой, образует газообразный фосфин РН3 с примесью жидкого дифосфина Р2Н4; пары Р2Н4 легко воспламеняются на воздухе, поджигая РН3. Уравнения реакций:
Са3Р2+6НС1=ЗСаС12+2РН3
Са3Р24-6Н2О=ЗСа (ОН)2+2РН3
Са3Р2+6Н2О=ЗСа (ОН)2+Н2Д-Р2Н4
Р2Н4+Са (ОН)2+6Н2О=Са (Н2РО4)2Д-5Н2 2РН34-4О2=ЗН2О+Р2О5
Опыт 157. Взрыв смеси красного фосфора с бертолетовой солью (хлорат калия). Для опытов красный фосфор должен быть очищен и высушен. Очищают его путем кипячения с 10%-ным раствором гидроксида натрия несколько часов (в вытяжном шкафу), после чего тщательно промывают декантацией, а затем дистиллированной водой на фильтре. Промытый фосфор осушают фильтровальной бумагой, кладут в чашку и выдерживают в сушильном шкафу при 105° С. Чтобы не образовывались комки, во время сушки влажный фосфор перемешивают костяным или пластмассовым шпателем. Красный фосфор следует хранить в хорошо закупоренных банках с запара-финированными пробками. Чистый красный фосфор в отличие от белого неядовит.
Оборудование и материалы. 1. Небольшая наковальня или чугунный утюг, закрепленный плоскостью кверху в дереве. 2. Молоток. 3. Маленькие шпатели или пластмассовые ложечки (две). 4. Птичье перо. 5. Глянцевая и целлофановая бумага. 6. Красный фосфор. 7. Хлорат калия.
Подготовка. На глянцевой бумаге гусиным пером тщательно перемешать небольшое количество (с рисовое зерно) сухого растертого красного фосфора и двойное количество сухого растертого хлората калия. Смесь поместить в конус целлофанового пакета. Пакет положить на наковальню.
Выполнение. При резком ударе молотком по конусу пакета происходит сильный взрыв:
6Р 4-5КС1О3=ЗР2О5+5КС1
Опыт 158. Получение оксида фосфора (V).
Оборудование и материалы. 1. Большой стеклянный колокол. 2. Стекло настольное по размеру диаметра колокола. 3. Бумага глянцевая (чер-ная или синяя) по размеру стекла. 4. Небольшая фарфоровая чашка. 5. Керамиковый треугольник для тиглей. 6. Горелка. 7. Длинная стеклянная палочка. 8. Стакан на 250—300 мл. 9. Шпатель из пластмассы. 10. Фильтровальная бумага. 11. Белый фосфор 12. Дистиллированная вода.
Подготовка. Положить на стекло глянцевую бумагу, на нее керамиковый треугольник, на него чашку. В чашку поместить около 1 г белого фосфора, предварительно высушенного с помощью фильтровальной бумаги.
Выполнение. Нагреть конец стеклянной палочки в пламени горелки, прикоснуться им к белому фосфору, который загорается. Чашку закрыть сухим стеклянным колоколом. Во время горения под колпак для доступа воздуха подложить стеклянную палочку. Оксид фосфора (V), образующийся при горении, осаждается на бумаге и на стенках колокола в виде белых рыхлых хлопьев:
Р44-5О2=2Р 2O5
По окончании горения фосфора немедленно ссыпать белые кристаллы в стакан, в него же смыть с колокола небольшим количеством воды осевшие кристаллы. Раствор можно использовать для дальнейших опытов. Немного оксида фосфора (V) оставить на бумаге и показать его гигроскопичность,
Примечание. Этот опыт в более портативной форме, особенно для школьной аудитории, можно провести, сжигая фосфор в большой колбе на асбестированной ложечке. После сжигания фосфора растворить продукты горения в воде и проделать с раствором опыты на фосфорные кислоты.
Опыт 159. Получение мета- и ортофосфорной кислоты из оксида фосфора (V).
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл. 2. Фарфоровая или пластмассовая ложечка. 3. Демонстрационный! столик. 4. Стеклянная палочка. 5. Оксид фосфора (V). 6. Синий лакмус (раствор).
Подготовка и выполнение. Налить воду в стакан на одну четверть его высоты. Ложечкой присыпать диоксид фосфора (V). При соприкосновении диоксида фосфора (V) с водой происходит бурная реакция с шипением. Вода мутнеет из-за образования нерастворимой метафосфорной кислоты. Через некоторое время при взбалтывании раствор становится светлым:
Р2Об+Н2О==--2НРО3
Раствор лакмуса показывает кислую реакцию.
Добавить воду до трех четвертей стакана и прокипятить раствор* 112
0ри стоянии, разбавлении раствора и нагревании метафосфорная кислота превращается в растворимую ортофосфорную кислоту:
НРО3+Н,О-Н3РО4
Кристаллизуясь, ортофосфорная кислота образует прозрачные,, расплывающиеся на воздухе кристаллы (пл. 1,88). Легко растворяется в воде, не ядовита, температура плавления 42° С. При нагревании до 260° С, теряя воду, переходит в пирофосфорную кислоту НЛО?, а ПРИ дальнейшем нагревании — в метафосфорную кислоту НРО3:
2Н3Р04^^->Н4Р20,^Що*2НР03
Опыт 160. Получение ортофосфорной кислоты окислением фосфора азотной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая чашка. 2. Треножник с асбестированной сеткой. 3. Горелка. 4. Стеклянная палочка. 5. Красный фосфор- 6 Азотная кислота (5 н.).
Выполнение. Под тягой в чашку поместить 0,5 г красного фосфора, прибавить 10—15 мл азотной кислоты и нагреть на небольшом пламени, непрерывно помешивая. По мере испарения азотной кислоты прибавлять ее небольшими порциями до растворения фосфора. По прибавлении последней порции кислоты продолжать нагревать на небольшом пламени, пока не прекратится выделение' бурых паров диоксида азота:
3P4-5HNO34-2H2O==5NO4-3H3PO4
3 ро__5е_|_4Н20-^РО^-4-8Н +
И 5 NO^+3e-|-4H4-->NO4-2H2O
ЗР° 4- 5NO^~ 4- 2Н2О=3 PO^~4-5NO4-4Н +
2NO4-O2=2NO2 (на воздухе)
Опыт 161. Получение фосфорной кислоты из фосфоритной муки.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая чашка. 2. Треножник с асбестироваиной сеткой. 3. Горелка. 4. Стакан на 0,5 л с палочкой. 5. Воронка Бюхнера с колбой Бунзена и водоструйным насосом. 6. Концентрированная (1:1) серная кислота. 7. Фосфоритная мука. 8 Фильтровальная бумага.
Выполнение. В фарфоровой чашке несколько минут кипятить 50 г фосфоритной муки со 100 мл серной кислоты. Затем содержимое чашки перенести в стакан и после охлаждения разбавить равным объемом холодной воды. Отфильтровать от осадка сульфата кальция. Выпарить прозрачный фильтрат. Он сгущается, приобретая консистенцию густого сиропа:
Са3 (PO4)24-3H2SO4=3CaSO44-2H3PO4
Опыт 162. Специфическая реакция открытия фосфорной кислоты. Специфический реактив на ион POi~ — молибдат аммония в азотнокислой среде.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Молибденовая жидкость*. 4. Кон-
* Приготовление — см. «Указание лаборантам», стр. 309.
Ф- П. Платонов
113
центрированная азотная кислота (пл. 1, 4). 5. Фосфорная кислота (2 н. раствоп можно использовать полученную в предыдущих опытах кислоту). 1
Выполнение. В стакан налить 150—200 мл молибденовое жидкости и 3—5 мл фосфорной кислоты. Нагреть до 40—50° Q Выпадает желтый осадок:
Н3РО4+12 (NH4)2MoO44-21HNO3=(NH4)3H4 [Р (Мо2О7)6Н 4-21NH4NO3+10H2O
Препараты и таблицы фосфора и его соединений для обозрения
Фосфор белый и красный. Оксиды фосфора. Фосфорные кислоты и их соли. Фосфиды и галогениды фосфора. Жженые кости. Мине-ралы: апатит ЗСа3(РО4)2-Са (F, С1)2, фосфорит Са3(РО4)2, вивианит Fe3 (РО4)2 - 8Н2О, вавеллит 2А1РО4 • 2А1 (ОН)3 • 5Н2О, монацит СеРО4) пироморфит ЗРЬ3(РО4)2-РЬС12. Фосфорные удобрения: фосфоритная мука Са3 (РО4)2, апатитовый концентрат, суперфосфат (простой) Ca(H2PO4)2-H2O+2CaSO4, двойной суперфосфат Са(Н2РО4)2, гранулированный суперфосфат, преципитат СаНРО4-2Н2О, обесфторен-ный фосфат (термофосфат) Са3 (РО4)2, томасшлак (фосфатшлак) Са3(РО4)2-СаО, вивианит Fe3(PO4)2-8HoO, аммофос NH4H2PO4 и (NH4)2HPO4.
Таблицы. Ряд соединений фосфора. Изотопы фосфора.
Ряд соединений фосфора
—3 0 4-3' 4-5
РН3-Р-Р2О3-Р2О5
Н3РО3 Н3РО4
РН4С1 Na3PO3 Na3PO4
Изотопы фосфора
Изотопы Распространенность в природе, % Тип превращения Период полураспада Изотопы Распространенность »» природе, % Тип превращения ериоД полураспада
16Р29 ₽+ 0,29 сек 15Р32 ММ* 14,30 дня
16Р30 • 3+ 4,57 сек 15Р33 — 6“ 25,4 дня
16Р30 D31 15Г 100 (3+ Стабильный 2,55 сек 15Р34 15Р39 — 12,4 сек 4,45 сек
МЫШЬЯК, СУРЬМА И ВИСМУТ
Опыт 163. Получение мышьяка:
Оборудование и материалы. 1. Трубка с оттянутым и запаянным концом, диаметр 0,7—1 см, длина 18—20 см. 2. Горелка. 3. Ступка с пестиком-4. Порошок древесного угля. 5. Оксид мышьяка (III).
Подготовка. Тщательно истереть в ступке смесь оксида мышьяка (III) с древесным углем в весовых отношениях примеря0 4:1. Насыпать смесь в конус трубки.
Выполнение. Конический конец трубки со смесью оксида мышьяка и угля накалить в пламени горелки. Восстановленный Б результате реакции мышьяк превращается в пар и сгущается Б более холодной части трубки, создавая тонкий налет в виде черного зеркала:
2 As2O3+ЗС=ЗСО2 4- As4
Опыт 164, Получение и свойства арсина.
Оборудование и материалы. 1. Плоскодонная колба на 500 мл. 2. Воронка с длинной трубкой. 3. Две колонки для сушки газов. 4. Трубка Марша (рис 61) 5 Два штатива с лапками. 6. Фарфоровая чашка. 7. Горелка.
/—колба с мышьяковистой солью, цинком и серной кислотой; 2— колонка с ватой; 3 —колонка с безводным хлоридом кальция; 4 — трубка Марша
8. Стакан 250—300 мл. 9. Резиновая трубка со стеклянной трубкой, согнутой под прямым углом. 10 Цинк гранулированный, не содержащий мышьяка. 11. Серная кислота (20%). 12. Арсенит натрия Na3AsO3 (раствор; можно взять раствор любого другого соединения мышьяка). 13. Хлорид кальция (безводный). 14. Вата. 15. Перманганат калия (0,1 н. раствор). 16. Нитрат серебра (0,1 н. раствор) 17. Серная кислота (2 н.). 18. Фильтровальная бумага.
Подготовка. Собирать прибор по рис. 61. В колбу поместить гранулированный цинк. Горло колбы закрыть пробкой с двумя отверстиями; в одно из них вставлена воронка, трубка которой доходит почти до дна колбы, в другое — согнутая под прямым углом небольшая трубка, соединенная с колонкой. Колонка заполнена ватой (не плотно) для задержания капель, увлекаемых газом. Далее следует вторая колонка с кусочками безводного хлористого кальция для осушения газа. К ней присоединить длинную трубку из тугоплавкого стекла с сужениями (трубка Марша). Колбу и трубку укрепить в штативах.
Выполнение. В колбу с цинком через воронку налить столько раствора серной кислоты, чтобы нижний конец воронки был погружен в кислоту. Выделяющийся водород, проходя через колонки, осушается, поступает в трубку Марша и выходит наружу. Когда весь воздух из аппарата вытеснится водородом (обязательна проба
на отсутствие взрывчатой смеси!), последний поджигают у отверстия трубки; он горит бесцветным, еле заметным пламенем. Затем в колбу через воронку добавить 3—5 мл раствора арсенита натрия или ка-кого-либо другого соединения, содержащего мышьяк. Образуется «арсин AsH3:
2Na3AsO34-3H2SO44~6H2 = 3Na2SO44“6H2O4“2AsH3
2 AsO|~+6H2 4- 6Н + == 2 AsH3+6H2O
В результате изменяются форма и цвет пламени: оно удлиняется, становится бледно-голубым и образует белый дым оксида мышьяка (III):
2 AsH 3 4- ЗО2 e As2O3 4~ ЗН 2О
Если в пламя горящего арсина внести холодную фарфоровую чашку, то на ней появляется черный блестящий налет мышьяка в результате неполного сгорания арсина водорода:
4 AsH з+ЗО2 = 6Н2О 4- As,
Арсин при нагревании разлагается на мышьяк и водород. В этом можно убедиться, нагревая горелкой часть трубки Марша перед сужением. Выделяющийся мышьяк отлагается в узком месте трубки в виде темного зеркала. Мышьяк летуч, поэтому при нагревании такого зеркала его можно перегонять по трубке с одного места на другое.
Для демонстрации восстановительных свойств арсина к концу трубки Марша (погасив пламя арсина и отставив горелку) поднести полоску фильтровальной бумажки, смоченную раствором нитрата серебра. Полоска сначала желтеет, затем чернеет. Это объясняется следующими реакциями:
6AgNO34-AsH3=Ag3As.3AgNO34-3HNO3
Ag3As.3AgNO34-3H2O=H3AsO34-3HNO34-6Ag
Серебро осаждается на бумаге в виде черного порошка.
Также для демонстрации восстановительных свойств арсина к концу трубки Марша присоединить резиновую трубку со стеклянной трубкой, конец которой опустить в стакан с перманганатом калия, подкисленного серной кислотой; в результате окислительно-восстановительной реакции раствор обесцвечивается:
8KMnO4+5AsH34-12H2SO4=4K2SO44-8A\nSO44-5H3AsO4+ 12Н2О
8MnO74-5AsH34-9H + = 8Mn2+4-5AsO5~4-12H2O
По окончании опыта колбу доверху наполнить водой и только после этого разобрать прибор. Налет мышьяка в трубке отмыть смесью равных объемов разбавленных растворов едкого натра и перекиси водорода.
Примечание. В приборе Марша аналогично можно получать и демонстрировать стибин:
2SbCl34-6Zn4-3H2SO4=2SbH3 t +3ZnCl24-3ZnSO4
Опыт 165. Горение мышьяка в кислороде.
Оборудование и материалы. 1. Газометр с кислородом. 2. Две клянки Тищенко. 3. Стеклянная трубка с шариками (желательно тугоплавкая). л Двугорлая склянка. 5. Штатив с лапкой. 6. Горелка. 7. Серная кислота (пл. 1*84), 8. Едкая щелочь (10%-ный раствор). 9. Мышьяк.
Подготовка. Газометр с кислородом через склянку Тищенко с концентрированной серной кислотой присоединить к трубке с шариками, укрепленной в штативе. В шарики трубки поместить кусочки
Рис. 62. Горение мышьяка в токе кислорода
мышьяка. Конец трубки закрыть пробкой, в которую вставлена согнутая под прямым углом стеклянная трубка, опущенная через пробку в пустую двугорлую склянку. Второе горло склянки закрыть пробкой с согнутой стеклянной трубкой, которая соединена со второй склянкой Тищенко, содержащей едкую щелочь (рис. 62).
Выполнение. Из газометра через промывную склянку пустить медленный, непрерывный ток кислорода, который поступает в трубку и проходит над кусочками мышьяка. Нагреть трубку с мышьяком. Он загорается ярким ослепительным пламенем:
4 As+3O2 = As2O3
Продукт горения — оксид мышьяка (III) — в виде белого дыма поступает в двугорлую склянку, где оседает на дне и стенках. Дым, не задерживающийся в склянке, поглощается раствором гидроксида натрия в промывной склянке:
As2O3+6NaOH =2Na3AsO34~3H2O
As2O3+6OH- = 2AsC)3“+3H2O
Опыт 166. Получение стибида магния, стибина и оксида сурьмы
Оборудование и материалы. 1. Тигель. 2. Тигельные щипцы. Треножник с керамиковым треугольником и горелкой. 4. Фарфоровая чашка. Магний. 6. Сурьма. 7. Соляная кислота (2 н.).
Подготовка и выполнение. Опыт проводится под тягой. *Нгель на две трети заполнить в стехиометрическом соотношении
i
смесью магния и сурьмы. Нагреть. Получается сплав, содержат^ стибид магния:
3Mg4~2Sb=Mg3Sb2
К нему на холоду прилить соляную кислоту:
Mg3Sb2+6HCl=3MgCl2+2SbH3
Mg3Sb2+6Н + = 3Mg2++2SbH 3
Поджигая образовавшийся стибин, получим оксид сурьмы (III).
2SbH34-3O2=Sb2O3+3H2O
Стибин горит бледным зеленоватым пламенем, выделяя белый дым. Если в пламя поднести холодную чашку, то сгорание будет неполным, и на стенках чашки образуется налет сурьмы:
4SbH3+3O2 = 4Sb+6H2O
Опыт 167. Горение сурьмы в хлоре.
Оборудование и материалы. 1. Большая бутыль с пробкой, напол-ценная хлором. 2. Горелка. 3. Ступка с пестиком. 4. Пробирка с пробкой и держалкой. 5. Кварцевый песок. 6. Сурьма.
Подготовка. Большую бутыль с широким горлом и слоем песка 1—1,5 см на дне наполнить хлором и плотно закрыть пробкой. Перед лекцией в пробирку всыпать 2—3 г свежерастертой сурьмы. Закрыть пробкой.
Выполнение. Нагреть пробирку с сурьмой. Пользуясь держалкой, постукивая пальцем, небольшими порциями ссыпать сурьму в бутыль с хлором. Сурьма тотчас воспламеняется и сгорает в виде огненного дождя. Склянка при этом наполняется густым белым дымом трихлорида и пентахлорида сурьмы:
2Sb4-3Cl2=2SbCl3
2Sb+5Cl2=2SbCl5
Опыт 168. Амфотерные свойства оксида сурьмы (III).
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл. 2. Три стеклянные палочки по размерам стаканов. 3. Трихлорид сурьмы. 4. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 5. Соляная кислота (2 н.). 6. Дистиллированная вода.
Подготовка. В стакан налить 10—15 мл раствора трихлорида сурьмы и медленно прибавлять раствор гидроксида натрия до образования белого осадка:
3SbCl3+3NaOH = 3NaCl+Sb (ОН)3
Sb3++3OH~ = Sb (ОН)3
В стакан с осадком добавить дистиллированную воду до половины объема. Размешать и разлить поровну в три стакана образованную суспензию тригидроксида сурьмы. Над осадком устанавливается равновесие:
3H++SbO^' H3SbO3^±Sb (OH)3^;Sb3+4-3OH-'
Выполнение. Оставить один стакан для сравнения. Прилить во второй стакан раствор гидроксида натрия (до растворения осадка), в ДРУГ0Й — соляную кислоту (тоже до растворения осадка):
H3SbO34-3NaOH = Na3SbO3+3H2O
H3SbO3+3OH~=SbO|~+3H2O
Sb (OH)34-3HCl=SbCl3+3H2O
Sb (OH)3+3H + -3Sb3++3H2O
Ортосурьмянистая кислота H3SbO3, отщепляя молекулу воды, переходит в метасурьмянистую кислоту HSbO2, которая наряду с диссоциацией по кислотному типу может диссоциировать по основному типу, образуя сложный катион SbO+, называемый стибилом:
H3SbO3->H2O+HSbO2
Н++ SbO2- HSbO2Z± SbO++OH-
HSbO2+NaOH = NaSbO2+H2O
SbOOH+HC1=SbOCl+H 2O
Опыт 169. Гидролиз трихлорида висмута.
Оборудование и материалы. 1. Два литровых стакана с палочками. 2. Два демонстрационных столика. 3. Трихлорид висмута (0,5 н. раствор). 4. Со-4 ляная кислота (1:1) 5. Дистиллированная вода.
Выполнение. В стакан налить 10—15 мл раствора трихлорида висмута. Помешивая палочкой, приливать воду до выпадения белого осадка. Отлить половину образовавшейся суспензии во второй стакан — для сравнения. В один из стаканов медленно приливать соляную кислоту до растворения осадка. Вновь к раствору прибавлять воду до образования осадка (смещение равновесия обратимой реакции гидролиза):
Первая стадия BiCl34-2H2O Bi (ОН)2С14~2НС1
Bi3++Cl-4-2H2O Bi (ОН)2С1+2Н+
Вторая стадия (дегидратация) Bi (ОН)2С1 BiOCl-|-H2O
Суммарно BiCl34-H2O 7"* BiOC14-2HCl
Bi3++Cl~+H2O7± ВЮС1+2Н +
Опыт 170. Окислительная способность висмутата натрия.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 500—600 мл. 2. Стеклянная палочка. 3. Демонстрационный столик. 4. Нитрат марганца (0,5 н. раствор). 5. Висмутат натрия (кристаллический). 6. Азотная кислота (4 и.). 7. Дистиллированная вода
Выполнение. В стакан налить 10—15 капель раствора нитрата марганца. Прибавить 100—150 мл азотной кислоты и немного сухого висмутата натрия. Перемешать палочкой. Когда осядет твердая фаза, будет видна малиновая окраска раствора (за счет КМпО4).
2Mn (NO3)24-5NaBiO3+16HNO3=2HMnO4+5Bi (NO3)34-4-5NaNO3+7H2O
2 Mn2+ — 5e-f-4H2O->MnO^ Д-8Н+
5 BiO^+2e+6H+-> Bi3++3H2O
2Mn2++5 В iO^+14H +=2MnO7+5 В i3+ + 7H2O
При отсутствии других восстановителей эта реакция является характерной на ион Мп2+.
Опыт 171. Образование сульфидов мышьяка, сурьмы и висмут^
Оборудование и материалы. 1. Три склянки Дрекселя. 2. Агшарат Киппа с сероводородом и промывной склянкой Тищенко с водой. 3. Резиновые трубки. 4. Растворы трихлорида мышьяка, сурьмы, висмута. 5. Соляная кислота (2 н.).
Подготовка. В три склянки Дрекселя налить по одной пятой объема подкисленных соляной кислотой растворов трихлоридов соответственно мышьяка, сурьмы и висмута. Склянки Дрекселя последовательно соединить между собой резиновыми трубками. Склянку с трихлоридом мышьяка через промывную склянку с водой присоединить к аппарату Киппа.
Выполнение. Открыть кран аппарата Киппа. Наблюдать образование сульфидов в склянках:
2AsCl3+3H2S=6HC14-As2S3 | (желтый осадок) 2SbCl3-4-3H2S=6HCl+Sb2S31 (оранжевый осадок) 2BiCl3-J-3H2S = 6HC14-Bi2S31 (коричнево-черный осадок)
Препараты и таблицы мышьяка, сурьмы, висмута и их соединений для обозрения
Мышьяк. Сурьма. Висмут. Их оксиды, хлориды, сульфиды и другие соли. Минералы: арсенит As2O3, реальгар As3S2, аурипигмент As2S3, смальтин CoAs2, никелин Ni2As2, арсенопирит FeAsS, кобальтит CoAs2, никелевый блеск NiAsS, дискразит Ag3Sb, ульманит NiSbS, пираргирит Ag3SbS3, валентинид Sb2O3, бисмит (висмутовая охра) Bi2O3, бисмутит Bi2(CO3)(OH)4 и др. Дробь (содержит около 1% мышьяка). Баббит (сплав для заливки подшипников; содержит 15% сурьмы, 15% олова и 70% свинца). Инсектофунгициды: «парижская» зелень 3Cu(AsO2)2-Cu(C2H3O2)2, белый мышьяк As2O3, натриевые и кальциевые соли мышьяковой и мышьяковистой кислот.
Таблицы. Ряд соединений мышьяка. Изотопы мышьяка.
Изотопы мышьяка
Изотоп Распространенность в природе, % Тип превращения Период полураспада ’’зотоп Распространенность в природе, % Тип превращения Период полураспада
,3As70 - р+ 52 мин 33As75 100 —I. .
33As71 — - эз* 60 ч S3As76 —- р+ 26,8 ч
33AS’2 —— эз*, р 26 ч 33AS” — в- 38 ч
33AS’3 — эз* 76 дней ЗзА5’8 . ₽“ 90 мин
„„As7'1 ov -— Р-, 0+ 19 дней 33AS” — 10 мин
* Электронный захват.
ряд соединении мышьяка
—з о 4-з
As Ид—As4—AS2O3—AS2O5 H3AsO3 H3AsO4 ЫэзАбОз Na3AsO4
КИСЛОРОД, СЕРА, СЕЛЕН, ТЕЛЛУР (ПОЛОНИЙ) (VI А ГРУППА)
Некоторые константы элементов VIA группы:
О S Se Те Ро
Порядковый номер 8 16 34 52 84
Дтомный вес • . . 15,9994 82,064 78,96 127,60 12Ю]
радиус атома, А 0,450 0,810 0,918 1,111 1,212
Ионизационный потенциал пер-
вого электрона, в 13,614 10,357 9,75 9,01 8,2
Плотность, г]см? 1,426 2,06 4,82 6,25 9,32
(—253 °C) (ромб.)
Температура плавления, °C . . —218,9 112,8 220,9 450 254
(ромб.) {
Температура кипения, °C . . . —183,0 444,6 685,5 990 962
КИСЛОРОД
Опыт 172. Получение кислорода из пероксида водорода и диоксида марганца.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца. 2. Капельная воронка. 3. Промывная склянка с водой. 4. Кристаллизатор. 5. Цилиндр для собирания газа со стеклянной пластинкой, 6. Два штатива с лапками. 7, Лучина. 8. Пероксид водорода (10%). 9. Диоксид марганца. 10. Серная кислота (20%).
Подготовка. Закрепить колбу Вюрца с делительной воронкой в штативе. В колбу всыпать 10—15 г диоксида марганца. В дели-
Рис. 63. Получение кислорода из пероксида водорода и диоксида марганца
дельную воронку налить смесь из 50 мл 20 %-ной серной кислоты и 50 мл 10%-ного пероксида водорода. Соединить отводную трубку
колбы Вюрца с промывной склянкой, а промывную склянку — с от. водной трубкой, опущенной в кристаллизатор. Заполнить цилиндр водой и закрепить его кверху дном в кристаллизаторе (рис. 63).
Выполнение. Открыть кран делительной воронки. Отрегулщ ровать равномерное выделение кислорода из колбы Вюрца. Собрать кислород под водой в цилиндр. Вынуть цилиндр из кристаллиза^ тора и проверить тлеющей лучиной наличие кислорода. Уравнение реакции
MnO2+H2O2+H2SO4=MnSO4+2H2O4-O2
1 МпО2"4~2вД-4Н "Г—>Мп2-ь 4-2Н2О
1 Н2О2 —2е ->2Н++О2____________
МпО2Д-Н2О2+2Н+=Мп2-Г -J-2H2O+O2
Примечание. Если требуется получить более 1 л кислорода, то нужно увеличить массу ингредиентов. Для получения больших объемов кислорода можно использовать также аппарат Киппа.
Опыт 173. Получение кислорода взаимодействием пероксида водорода с перманганатом калия.
Оборудование и материалы, 1. Колба Вюрца. 2. Капельная воронка. 3. Промывная склянка с водой. 4. Кристаллизатор. 5. Цилиндр для собирания газа с стеклянной пластинкой. 6. Два штатива с лапками. 7. Лучина. 8. Пероксид водорода (20%). 9 Перманганат калия (кристаллический). 10. Серная кислота (20%).
Подготовка. Собрать прибор, как в предыдущем опыте. В колбу Вюрца налить 30 мл пероксида водорода. В 60 мл серной кислоты растворить 3 г перманганата калия. Заполнить капельную воронку полученной жидкостью.
Выполнение. Открыть кран делительной воронки. Отрегулировать равномерное выделение кислорода из колбы Вюрца. Собрать кислород в цилиндр. Тлеющей лучиной проверить наличие кислорода. Уравнение реакции
2KMnO44-5H2O24-3H2SO4==K2SO4--l-2MnSO4-|-8H2O+5O2
2 МпО 7Д-5е+8Н+->Mn2++4Н2О
5 Н2О2 — 2е ->2Н+-[-О2
2МпО7+5Н2О2+6Н+=2Мп2++8Н2О+5О2^
Опыт 174. Получение кислорода из хлората калия.
Оборудование и материалы. 1. Реторта на 250—500 мл. 2. Склянка Тищенко с раствором едкой щелочи (1:5). 3. Цилиндр для собирания газа. 4. Кристаллизатор. 5. Пробирка. 6. Держалка для пробирки. 7. Шпатель (или ложечка). 8. Два штатива с лапками и кольцами. 9. Асбестированная сетка. 10. Горелка. 11. Хлорат калия КСЮз. 12. Диоксид марганца. 13. Лучина.
п одготовка. Хлорат калия (бертолетова соль), применяемый для получения кислорода, должен быть безупречно чистым, высшего качества и мелкокристаллическим. Применение загрязненной соли, как правило, сопровождается взрывом, который может привести к несчастному случаю. Крупнокристаллический, даже совершенно чистый хлорат должен быть предварительно измельчен. Измельчать надо осторожно в фарфоровой ступке или чашке чи~
той роговой ложкой, раздавливая, но не растирая соль. Ни в коем спучае нельзя пользоваться пестиком.
С Перед опытом соль нужно непременно испытать. Для этого ебольшое количество ее помещают в пробирку или в фарфоровую чашку, или в тигель и нагревают. Если происходят небольшие зрывы или сильные вспышки, то соль для опыта не годится; только спокойное плавление указывает на пригодность соли для получения кислорода.
Разложение бертолетовой соли ускоряется от добавления различных катализаторов: M.nO2, Fe2O3, Сг2О3, СиО, кварцевый песок
Рис. 64. Получение кислорода из хлората калия
и др. В их присутствии кислород выделяется быстрее и равномернее. Один из лучших катализаторов — диоксид марганца МпО2. Он применяется в виде порошка и свободным от примесей веществ— восстановителей (угля и др.). Особенно опасна замена (по ошибке) диоксида марганца другими веществами, сходными по внешнему виду (порошок угля, природная сернистая сурьма и т. д.). Такая недопустимая небрежность влечет за собой при опыте взрыв большой силы, что может привести к весьма тяжелым последствиям. Диоксид марганца должен быть предварительно прокален при НО—120° С для удаления возможно содержащейся в нем влаги.
Весовое соотношение бертолетовой соли и диоксида марганца в реакционной смеси 2: 1. Следует учесть, что из 10 г КС1О3 может быть получено около 3 л кислорода. Смешивать надо осторожно в фарфоровой чашке, на стекле или глянцевой бумаге с помощью рогового шпателя или ложки (чистых), а еще лучше встряхивать в колбу. *
Вначале надо приготовить небольшое количество смеси для предварительного испытания; нагреть ее в пробирке, фарфоровой чашке или тигле. Только в случае спокойного течения реакции, отсутствия взрыва и вспышек можно готовить требуемое количество смеси. В сухую реторту поместить столько смеси, чтобы она заняла не больше четверти объема реторты. К реторте с помощью резиновой трубки присоединить промывную склянку Тищенко, содержащую раствор NaOH (1 :5), для поглощения хлора, который п виде примеси присутствует в небольшом количестве в выделяю
щемся кислороде. Газоотводную трубку от склянки Тищенко по, грузить в кристаллизатор с водой, где находится наполненный вОч дой и опрокинутый цилиндр, укрепленный в штативе (рис. 64).
Выполнение. Нагреть смесь осторожно, сначала на слабо^ пламени, постепенно его усиливая; равномерно обводить пламенем реторту, избегая перегрева. Установить начавшееся разложение соли, поднося к отверстию газоотводной трубки тлеющую лучину, Когда лучина будет вспыхивать, трубку подвести под опрокинув тый цилиндр. Если надо получить много кислорода, заранее взять нужное число цилиндров, наполнить их водой и опрокинуть в крц. сталлизатор, чтобы после наполнения одного быстро подводить газоотводную трубку под другой цилиндр. По окончании опыта сначала вынуть газоотводную трубку из воды и только после этого прекратить нагревание.
Примечание. Кислород путем разложения бертолетовой соли часто получают в лабораторной практике. В качестве катализатора обычно применяют диоксид марганца. Однако это не единственный катализатор. Его можно заменить оксидом хрома (III) Сг2О3, оксидом магния MgO, оксидом меди (II) СиО, оксидом алюминия AI2O3, мелкорастертой глиной. В присутствии этих катализаторов разложение бертолетовой соли проходит энергично. На 1 в. ч. бертолетовой соли можно брать до 0,5 в. ч. катализатора.
Опыт 175. Получение кислорода термическим разложением перманганата калия.
< Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца с пробкой. 2. Промывная склянка с водой. 3. Кристаллизатор. 4. Цилиндр для собирания газа со стеклянной пластинкой. 5. Два штатива с лапками. 6. Горелка. 7. Треножник с асбестированной сеткой. 8. Перманганат калия кристаллический. 9. Лучина.
Подготовка. Насыпать в колбу Вюрца 20—25 г перманганата калия, закрыть ее пробкой, закрепить в штативе. Соединить с промывной склянкой. Склянку соединить с отводной трубкой. Цилиндр с водой опустить в кристаллизатор вверх дном и закрепить в штативе.
Выполнение. Нагреть колбу Вюрца, содержащую перманганат калия. Отрегулировать равномерное выделение кислорода и наполнить цилиндр кислородом. Проверить тлеющей лучиной наличие кислорода в цилиндре:
2КМпО4=К2МпО4+МпО2+О2
По окончании опыта и по охлаждении колбы Вюрца налить в нее немного воды, тщательно взболтать содержимое и наблюдать цвет образовавшихся веществ (К2МПО4 — зеленого цвета, МпОг*^ темно-бурого).
Опыт 176. Горение в кислороде лучины, угля, серы, фосфора и железа.
Оборудование и материалы. 1. Газометр (или баллон) с кислородом. 2. Пять банок на 3—5 л. 3. Две асбестированные металлические ложечки для сжигания. 4. Длинная стеклянная палочка. 5. Стальная проволока. 6. Горелка. 7. Пять ванночек (или кристаллизаторов) с водой. 8. Пинцет. 9. Большой стакан с водой. 10. Уголь. 11 Сера. 12. Фосфор. 13. Раствор синего лакмус#-14. Известковая вода. 15. Раствор перманганата калия (1:10). 16. Фильтровальная бумага. 17. Лучина.
Подготовка. Из газометра (из баллона) наполнить (забла-временно) пять банок кислородом, вытесняя им из них воду, следует вытеснять из банок всю воду, а оставлять ее в них около одной пятой. До начала опыта банки с кислородом сохранять опрокинутыми и погруженными в кристаллизатор с водой. Прикупая к демонстрации опытов, вынуть каждую банку из воды, прикрыть кружком с продетым через середину металлическим стержнем, который кончается ложечкой, опущенной немного ниже поло-
Рис. 65. Горение в кислороде:
1 — лучины; 2 — угля; 3 — серы; 4 — фосфора; 5 — железа
вины высоты банки; диаметр кружка должен быть немного больше диаметра горла банки.
Выполнение, а. Воспламенение тлеющей лучины. Приоткрыв банку с кислородом, опустить в нее тлеющую лучину. Она вспыхивает и горит ярким пламенем (рис. 65). Вынув лучину, влить в банку немного прозрачной известковой воды. Взболтать. Вода мутнеет:
В Са (ОН)2+СО2 = СаСО3+Н2О
б. Горение древесного угля. Древесный уголь величиной с лесной орех укрепить в конической спирали, сделанной на конце проволоки. Накалить уголь в пламени горелки, раздуть его ртом и опустить в банку с кислородом — уголь продолжает гореть без пламени, но гораздо ярче, чем на воздухе (см. рис. 65). После прекращения горения в склянку влить немного известковой воды и взболтать (наблюдается помутнение) или добавить немного нейтрального раствора лакмуса (появляется слабая розовая окраска).
в. Горение серы. На железную ложечку, аккуратно выстланную изнутри влажным асбестом и затем подсушенную, положить несколько кусочков серы. Нагреть в пламени горелки до воспламенения серы и опустить в банку с кислородом. Сера, горящая на воздухе медленно, еле заметным синеватым пламенем, в кислороде сгорает ярким пламенем синевато-фиолетового цвета (см. рис. 65).
После удаления ложечки влить в банку синий раствор лакмуса. Взболтать. Раствор сначала краснеет, затем постепенно обесцвечивается. Покраснение раствора объясняется образованием серни
стой кислоты H2SO3, а обесцвечивание — проявлением восстану вительных свойств H2SO3.
г. Горение фосфора. При обращении с фосфором следует стр^ го соблюдать все необходимые меры предосторожности (см. прцч ложение — «Техника безопасности»). Кусочек белого фосфора с го. рошину, предварительно высушенный между листами фильтровала ной бумаги, поместить в металлическую ложечку и тотчас опустить в банку с кислородом. Прикосновением нагретой стеклянной палоч-ки поджечь фосфор. Он сгорает ослепительно ярким пламенем. Банка заполняется густым белым дымом оксида фосфора (V) (см. рис. 65):
Р 4~]-5О2=2Р2О5
Нередко при горении фосфора, особенно если он недостаточно
хорошо высушен, разлетаются в сторону брызги, которые, попав
Рис. 66. Прибор для сжигания в кислороде
на стенки банки, продолжают гореть, отчего банка может лопнуть. Для большей безопасности вместо белого фосфора можно пользоваться красным, предварительно хорошо высушенным. В этом случае стеклянную палочку для поджигания фосфора следует нагреть значительно сильнее. После того как весь оксид фосфора (V) поглотится водой, в банку влить раствор синего лакмуса, который окрашивается в красный цвет.
Металлическую ложечку после опыта прокалить под тягой для уничтожения возможных остатков фосфора. На случай самовоспламенения фосфора необходимо под руками иметь большой стакан с водой, мокрое полотенце и раствор перманганата (1: 10) для оказания первой по
мощи в случае ожогов.
д. Горение железа. Банку наполнить
кислородом, вытесняя им воду на три четверти объема (одна четверть воды должна остаться в банке). Всыпать туда же столько чистого песка, чтобы им было покрыто дно на 2—3 см. Эти предосторожности необходимы, чтобы банка не лопнула от расплавленной железной окалины, падающей с конца горящей проволоки. Тонкую стальную проволоку, свернутую в спираль, прикрепить к железному стержню. На конец спирали поместить кусочек трута или пробки. Внести в пламя горелки, чтобы трут или пробка загорелись. Затем спираль опустить в банку с кислородом. От горящего трута или пробки загорается и железо, разбрызгивая во все стороны ярко светящиеся искры раскаленной окалины. На горящее железо направить струю кислорода через стеклянную трубку, опущенную в банку и соединенную с газомет-
ром (см. рис. 65) :
4Fe-f-3O2=2Fe2O8
3Fe+2O2=Fe3O4
Для сжигания различных веществ в кислороде можно исполь-аТЬ бутыль с отрезанным дном, как указано на рис. 66.
3° Опыт 177. Горение водорода в кислороде.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной оТОй. 2. Газометр с кислородом. 3. Изогнутая стеклянная трубка для горения к112лпола. 4. Стеклянный колокол с газоподводящей трубкой. 5. Штатив с лап-^ой 6- Горелка. 7. Лучина.
Подготовка. Стеклянный колокол укрепляют в лапке шта-тйБа отверстием вверх; газоподводящую трубку его соединяют с газометром, наполненным кислородом (рис. 67). К аппарату Киппа
Рис. 67. Горение водорода в кислороде
присоединяют на длинной резиновой трубке стеклянную трубку с оттянутым концом, согнутую, как показано на рисунке.
Выполнение. Открыв краны газометра, пустить медленный ток кислорода, который, постепенно вытесняя воздух, заполняет колокол. Как только весь колокол наполнится кислородом (проба тлеющей лучиной), ток газа усилить. Пустив ток водорода из аппарата Киппа и убедившись через некоторое время, что из трубки выходит чистый водород (обязательная проба), поджечь его. Отрегулировав пламя водорода с помощью крана, опустить трубку в Колокол — водород продолжает гореть. В первый момент стенки Колокола покрываются росой; как только стенки нагреются, роса Исчезает.
Опыт 178. Горение кислорода в водороде.
Оборудование и материалы — те же, что в опыте 177.
Подютовка. Укрепить стеклянный колокол в штативе отверстием вниз. Газоподводящую трубку его присоединить к аппарату Киппа с цинком и серной кислотой. К газометру с кислородом
на длинной резиновой трубке присоединить согнутую под прямщ^ углом стеклянную трубку (рис. 68).
Выполнение. Из аппарата Киппа пустить ток водорода, К(к торый, вытесняя воздух, заполняет колокол. Выждав 1—2 мцн поджечь водород горящей лучиной, поднесенной к отверстию кол0’ кола. Пламя загоревшегося водорода охватывает снизу колокол
Рис. 68. Горение кислорода в водороде
Пустив из газометра слабый ток кислорода через стеклянную трубку, медленно ввести последнюю в колокол с водородом. При соприкосновении трубки с пламенем водорода на конце ее появляется пламя кислорода, горящего в атмосфере водорода. Если случится, что пламя внутри колокола погаснет, следует тотчас закрыть кран аппарата Киппа, трубку из колокола вынуть и лишь спустя некоторое время, дав колоколу охладиться, проделать все сначала. Для опытов горения водорода в кислороде и кислорода в водороде можно использовать универсальный прибор (см. опыт 121, рис. 46).
Опыт 179. Получение озона в озонаторе Бертл о.
Оборудование и материалы. 1. Озонатор Бертло. 2. Аккумуляторы на 6—12 в. 3. Индукционная катушка. 4. Газометр с кислородом. 5. Склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 6. Демонстрационный бокал. 7. Иодкрахмальный раствор (приготовление — см. «Указание лекционным лаборантам», стр 309).
Подготовка. Озонатор, изображенный на рис. 69, состоит из двух тонкостенных концентрических, вставленных одна в дрУ' гую трубок 1 и 2. Внутренняя, запаянная снизу трубка 1 диаметром около 2,5 см вставлена во внешнюю, более широкую (около 3 см) трубку 2, Несколько расширенная верхняя часть трубки I пришлифована к краю трубки 2 и плотно запирает последнюю, как пробка. Трубку 2 с припаянными к ней двумя боковыми узкими трубочками на пробке поместить в толстостенный стеклянный цилиндр 3, Во внутреннюю трубку и в цилиндр налить серную кислоту (1 :5), в кислоту погрузить платиновые или медные электро-
МГ[Ц tWi к 1
3
69. Озонатор
Бертло
п
лЫ 4. Чтобы озон нигде не соприкасался с пробками и резиной, £оторь1е от этого быстро разрушаются, на газоотводную трубку озонатора надеть на пробке более широкую трубку. В нее налить рТути столько, чтобы конец узкой трубки выступал над поверхностью. Трубка, подводящая озон к месту потребления, делается с расширением на конце и широким концом погружается в отуть (см. рис. 69), которая, таким обра-заменяет здесь пробку.
Озонатор через промывную склянку Тишенко, содержащую концентрирован- ^2 ную серную кислоту, соединять с газометром, наполненным кислородом (рис. 70). Трубку, отводящую озон, погрузить в бокал с иодкрахмальным раствором. Электроды озонатора соединить со вторичной обмоткой индукционной катушки; первичную обмотку присоединить к полюсам источника постоянного тока (аккумулятор) или к выпрямителю и реостату.
Выполнение. Включив индукционную катушку, пропустить через озонатор медленный ток кислорода. Последний, проходя через кольцевое пространство между трубками озонатора и подвергаясь
Рис.
действию тихого электрического разряда, частично (до 15%) превращается в озон, от действия которого иодкрахмальный раствор в бокале окрашивается в синий цвет. Чтобы ознакомить слушателей с характерным запахом озона, следует подставить под трубку, отводящую озон, бокал с водой и получить раствор озона в воде, достаточно долго сохраняющий запах озона.
Опыт 180. Образование озона медленным окислением фосфора на воздухе.
Оборудование и материалы. 1. Банка на 3—5 л. 2. Стакан с дистиллированной водой. 3. Длинные металлические щипцы, 4. Белый фосфор. 5. Иодкрахмальная бумажка 4X20 см.
Подготовка. В небольшую чашку налить воду и положить кусочки или палочки очищенного под водой белого фосфора таким образом, чтобы часть его (на две трети) осталась непокрытой водой и соприкасалась с воздухом. Банку закрыть пробкой.
Выполнение. Открыть банку, опустить в нее смоченную водой подкрахмаленную бумажку, прижав ее пробкой, закрывающей сосуд. Через непродолжительное время бумажка синеет под действием озона, образовавшегося в колбе при медленном окислении фосфора:
ЗО2-2О3
2К1+Оз+Н2О=2КОН+12+О2
21 4-О3+Н2О=2ОН 124-Оз
Ф. П. Платонов
129
Синяя окраска иодкрахмальной бумаги постепенно исчезает, скольку между иодом и гидроксидом калия протекают реакции:
124-2КОН=К1+КЮ4-Н2О
IH-20H- = I -+ ю-+н2о
312+6КОН=5К1+КЮз+ЗН2О
312+6ОН~=51~+Ю7+ЗН2О
Рис. 70. Получение озона из кислорода в озонаторе Бертло:
1— газометр с кислородом; 2— промывная склянка с концентрированной серной кислотой; 3 — озонатор Бертло; 4 — индукционная катушка; 5 — озон
О наличии в банке озона свидетельствует также и характерный для него запах.
Опыт 181. Получение озона действием серной кислоты на пероксид бария.
Оборудование и материалы. 1. Специальный стеклянный сосуд (рис. 71) для получения озона. 2. Стакан на 500 мл. 3. Демонстрационный бокал (или стакан). 4. Пероксид бария ВаО2. 5. Серная кислота (пл. 1,84). 6. Иодкрах-мальный раствор. 7. Снег (лед или охладительная смесь).
Подготовка и выполнение. Для опыта необходим специальный стеклянный сосуд на 100 мл (см. рис. 71). Стеклянная, полая внутри притертая пробка сосуда заканчивается воронкой с краном. Конец трубки воронки доходит почти до дна сосуда. Сбоку в пробку впаяна согнутая под прямым углом стеклянная трубка. В сосуд насыпать около 20 г пероксида бария. Закрыв пробкой, поместить его в стакан, наполненный снегом или льдом. Боковую трубку опустить в бокал с иодкрахмальным раствором. Через воронку в сосуд по каплям прилить концентрированную, предварительно охлажденную серную кислоту. Озон, проходя через иодкрахмаль-ный раствор и реагируя с ним, окрашивает его в синий цвет:
3BaO2+3H2SO4=3BaSO4+3H2O+O3 2KI+O3+H2O=2KOH4-I2+O2
g избытке озона иод окисляется:
12+5О8+Н2О=2НЮ3+5О2
Опыт 182. Получение пероксида водорода действием разбавленной
серной кислоты на пероксид бария.
один стакан в другой — воды. Поста-в кристалли-
Оборудование и материалы. 1. Штатив 9 Два стакана на 250—300 мл. 3. Фарфоровая чашка ая палочка. 5. Кристаллизатор со льдом. 6. Фильтровальная бумага. 7. Фарфоровая или пластмассовая ложечка. 8. Пероксид бария. 9. Серная кислота (4 и-)- Дистиллированная вода.
Подготовка. Налить в 100 мл 4 н. серной кислоты, 80—ЮО мл дистиллированной вить стаканы для охлаждения затор со льдом. Приготовить складчатый фильтр. В фарфоровой чашке приготовить тщательно растертую кашицу из 40—50 г пероксида барця и холодной воды.
В ы п о л н е
с кольцом и воронкой, с пестиком. 4. Стек лян-
Рис. 71. Получение озона действием серной кислоты на пероксид бария
ние. В охлажденный раствор серной кислоты небольшими порциями внести влажный пероксид бария ВаО2-8Н2О почти до полной нейтрализации раствора. Дать отстояться, затем отфильтровать через складчатый фильтр. В фильтрате содержится пероксид водорода:
| BaO2+H2SO4=BaSO4+H2O;
2
30%-ный раствор пероксида водорода называется пергидролем. Пероксид водорода хранят в темном и холодном месте в парафиновых (или стеклянных, парафинированных внутри) сосудах, закупоренных парафиновой пробкой.
Опыт 183. Образование пероксида водорода при горении водорода (опыт Э. Б. Шене).
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с водородом. 2. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. 3. Две фарфоровые чашки. 4. Два треножника с асбестированными сетками. 5. Два демонстрационных бокала или стакана на 250 мл. 6. Лед. 7. Иодкрахмальный раствор, подкисленный серной кислотой.
I Подготовка. К аппарату Киппа присоединить промывную склянку с небольшим количеством концентрированной серной кислоты. К промывной склянке на длинной резиновой трубке присоединить стеклянную трубку с несколько оттянутым концом. В две фарфоровые чашки положить лед. Одну чашку поставить на треножник с асбестированной сеткой и подогреть. Лед плавится.
Выполнение. Открыть кран у аппарата Киппа. Выждав некоторое время, пока весь воздух из прибора будет вытеснен (проба на отсутствие гремучей смеси), поджечь водород у оттянутого конца стеклянной трубки. Отрегулировав ток водорода так, чтобы длина пламени была 1—2 см, направить его на кусок льда, находящийся
во второй фарфоровой чашке. При горении водорода наряду с дой частично образуется пероксид водорода:
Н2~|-О2 == Н2О2
Обычно пероксид водорода полностью разлагается при темпер туре пламени. Но если пламя быстро охладить, то оно частично со. храняется. Медленно водя пламенем по поверхности льда, расплавить его. Воду, собранную в чашке, вылить в бокал и добавить к ней иодкрахмальный раствор — он тотчас синеет. Для сравнения в другой бокал вылить воду из той чашки, в которой лед плавится при подогревании (без соприкосновения с пламенем). От иодкрах-мального раствора она не синеет.
Опыт 184. Разложение пероксида водорода при нагревании.
Оборудование и материалы. 1. Перегонная колба на 150—250 мл. 2. Небольшой стеклянный цилиндр для собирания газа. 3. Кристаллизатор. 4. Два штатива с лапками и кольцом. 5. Асбестированная сетка. 6. Горелка. 7. Пероксид водорода (3%-ный раствор). 8. Едкая щелочь (2 н. раствор). 9. Лучина.
Подготовка. В колбу, укрепленную на штативе, налить до половины 3%-ный раствор пероксида водорода. Закрыть пробкой. К боковой трубке колбы присоединить газоотводную стеклянную трубку, опущенную в кристаллизатор с водой, куда помещен наполненный водой и опрокинутый небольшой цилиндр.
Выполнение. При нагревании колбы пероксид водорода разлагается, выделяется кислород. Его после вытеснения воздуха собрать в приготовленный цилиндр (проба тлеющей лучиной).
По окончании опыта или параллельно с ним в таком же приборе разложить 3%-ный раствор пероксида водорода, в который перед нагреванием влили немного разбавленного раствора щелочи (катализатор). В этом случае разложение пероксида водорода идет значительно интенсивнее. В обоих случаях протекает реакция диспропорционирования:
Н2О2—2е -> 2Н++О2
Н2О2Ч-2е -> 2QH-
2Н2О2=2Н2О+О2
Опыт может быть использован для быстрого получения очень чистого кислорода.
Опыт 185. Каталитическое разложение пероксида водорода.
Оборудование и материалы. 1. Три большие стеклянные пробирки. 2. Три штатива с лапками. 3. Горелка. 4. Шпатель. 5. Пероксид водорода (30%-ный раствор). 6. Диоксид марганца в порошке. 7. Активированный уголь. 8. Кровь. 9. Лучина.
Выполнение. В пробирки, укрепленные в штативе, влить по 10 мл 30%-ного раствора пероксида водорода. В одну из них бросить кусочек активированного угля, в другуюнемного (на кончике шпателя) диоксида марганца, в третью — несколько капель крови. Тотчас наступает энергичное разложение пероксида водорода. Жидкость мутнеет от выделяющихся пузырьков кислорода. Тлеющая лучина, опущенная в пробирку, вспыхивает.
Опыт 186. Окисление иодида калия пероксидом водорода.
Оборудование и материалы. 1. Три демонстрационных бокала (или якана) с палочками. 2. Пероксид водорода (3%-ный раствор). 3. Иодид калия /Избавленный раствор). 4. Уксусная кислота (2 н. раствор). 5. Раствор крахма-(1 : 1000). 6. Органический растворитель (бензол, толуол или хлороформ).
Выполнение. К раствору иодида калия, налитому в бокалы и слегка подкисленному уксусной кислотой, прибавить 3%-ный оаствор пероксида водорода. Тотчас бесцветный раствор окрашивается в желтый или бурый цвет от образующегося иода:
2 КI+2НС2Н3О2+Н2О2=2КС2Н3О24-2Н2О+12
21 +Н2О2-|-2НС2Н3О2 = 2Н2О+12-]-2С2Н3О?
Более наглядно выделившийся иод может быть обнаружен, если добавить в один из бокалов раствор крахмала (синее окрашивание) или взболтать раствор в другом бокале с органическим растворителем, который, извлекая иод из раствора, окрашивается в фиолетовый цвет.
Опыт 187. Взаимодействие сульфата железа (II) с пероксидом водорода в кислой среде. /
Оборудование и материалы. 1. Два демонстрационных бокала (или стакана) на 250 мл со стеклянными палочками. 2. Два демонстрационных столика. 3. Свежеприготовленный раствор сульфата железа (II). 4. Пероксид водорода (3%-ный раствор). 5. Раствор роданида калия KCNS. Серная кислота (2 н.).
Выполнение. В два бокала налить по 100—150 мл свежеприготовленного раствора сульфата железа (II) FeSO4 и по 10—15 мл серной кислоты. В один бокал прилить 3—5 мл перекиси водорода. Перемешать палочкой. Раствор становится желтым. Реакция протекает по уравнению
2FeSO4-J-H2O2-|-H2SO4=Fe2 (SO4.)3-}~2Fl2O
2 Fe2+—le Fe3+
2H2O
1 H2O2-]— 2e-f- 2Н+
4
2Fe-}-H2O2-f-2H +=Fe3++2H 2O
Присутствие железа в этом бокале со степенью окисления 4-3 можно установить с помощью роданида-иона, так как роданид железа (III) интенсивно окрашен в кроваво-красный цвет:
Fe2 (SO4)3+6KSCN-2Fe (SCN)3+3K2SQ
Fe3++3SCN~ = Fe (SCN)3
Во втором бокале от прибавления роданида калия появляется слабая розовая окраска за счет окисления железа (II) кислородом воздуха.
Опыт 188. Окисление сульфида свинца пероксидом водорода.
Оборудование и материалы. 1. Три демонстрационных бокала на 250—300 мл со стеклянными палочками. 2, Два больших кювета. 3. Кисть. Фанера (или плотный картон). 5. Нитрат или ацетат свинца (0,5 н. раствор). Карбонат натрия (0,5 н. раствор). 7. Пероксид водорода (10%-ный раствор). В* Сероводородная вода. 9. Сульфид аммония. 10. Фильтровальная бумага.
Выполнение. К раствору соли свинца, налитому в бокал, прилить раствор карбоната натрия. Выпадает белый осадок гидрок
8.
сида карбоната свинца — соли, являющейся составной частью св^ цовых белил. Взболтать палочкой. Половину белой суспензии слц/ во второй бокал и к нему прилить сюда сероводородную воду. gQb лый осадок гидроксикарбоната свинца превращается в черный док сульфида свинца. Осадок взболтать палочкой, половину черц0^ суспензии отлить в третий бокал. Добавить в третий бокал 10%-ный раствор пероксида водорода; при этом черный сульфид свинца постепенно превращается в белый сульфат свинца. Схематически эТо можно написать так:
СО2- +Н2О2
РЬ2+ -------, (PbOH)2CO3 -U PbS -ГД PbSO4
Этот опыт объясняет применение пероксида водорода для реставрации потемневших картин, писаных масляными красками (свинцовыми белилами).
Для большей наглядности следует заблаговременно готовить фильтровальную бумагу, пропитанную раствором сульфида свинца. Для этого в большом кювете сначала пропитать бумагу раствором ацетата или нитрата свинца, затем, просушив, обработать ее в кювете раствором сульфида аммония:
Pb (NO3)2+(NH4)2S=2NH4NO3+PbS
Pb2++S2~=PbS
Прикрепить почерневшую бумагу на фанеру или плотный картон. На ней в аудитории можно делать надписи раствором перекиси водорода, например: «Привет новому приему!», «С Новым годом, товарищи!» и т. п.
PbS Д-4Н2О2= PbSO4+4H2O (черный) (белый)
Опыт 189. Взаимодействие пероксида водорода с перманганатом калия.
Оборудование и материалы. 1. Демонстрационный бокал (или стакан). 2. Стеклянная палочка. 3. Перманганат калия (0,1 н. раствор). 4. Серная кислота (2 н. раствор). 5. Пероксид водорода (3096-ный раствор).
Выполнение. К раствору перманганата калия, налитому в бокал и подкисленному серной кислотой, понемногу, помешивая палочкой, добавить перекись водорода. Раствор постепенно обесцвечивается, выделяется газ:
2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+5O2
2 2МпО7+5М-8Н+-> Мп2+4-4Н2О
5 Н2О2—2е -> 2H+-j-O2
2МпО7 4- 5Н2О24-6Н+=2Мп 2++8Н3О-|-5О2
Опыт 190. Взаимодействие пероксида водорода с дихроматом калия.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 100—200 мл с притертой стеклянной или корковой пробкой. 2. Пероксид водорода (396-ный раствор)-3. Дихромат калия (0,5 н. раствор). 4. Серная кислота. 5. Диэтиловый эфир (С2Н5)2О
Распространенность элементов в земной коре
Выполнение. Цилиндр на три четверти наполнить водо^ подкислить воду серной кислотой, добавить несколько капель рас’ твора дихромата калия и столько эфира, чтобы он образовал над водным раствором слой высотой 1—2 см. После этого в цилиндр прилить несколько капель 3%-ной перекиси водорода; тотчас появ. ляется синее окрашивание. При сильном взбалтывании окраска ликом переходит в эфирный слой. Раствор же, ранее имевший оран, жевую окраску, обесцвечивается:
Н2Сг2О7+4Н2О2=2Н2СгО6ф-ЗН2О
Н2СгО6 — надхромовая кислота; ее графическая формула
Н—О—О
Н—о—о
Она имеет синюю окраску. Разлагается при комнатной темпера-туре, поэтому окраска раствора быстро исчезает. Эфир экстрагирует кислоту из раствора при встряхивании и делает ее более устойчивой.
Перекисные соединения хрома восстанавливаются до соединений хрома (III), имеющих зеленый цвет; при этом выделяется кислород.
Таблицы и препараты элементов VIA группы для обозрения
Кислород. Озон. Пероксид водорода. Оксиды.
Таблицы. Распространение элементов в земной коре (по декадам). Физические свойства кислорода и озона. Изотопы кислорода.
Физические свойства кислорода О2 и озона О3
О2 О3
Молекулярный вес........................................ 32,0000 48,00
Масса 1 л при н. у., г................................... 1,429 2,139
Плотность по воздуху..................................... 1,1053 1,658
Растворимость в воде при 0° С и 760 мм рт. ст., мл в 100 мл.................................................... 4,89 49
Температура кипения, °C............................... —183 —112
Критическая температура, °C........................... —118,8 —5
Критическое давление в атмосферах..................... 49,2 92,3
Плотность в жидком состоянии при —183° С.............. 1,14 1,71
Температура плавления, °C............................. —218,4 —251
Изотопы кислорода
Изотопы Распространенность в природе, % Тип превращения Период полураспада Изотопы Распространенность в природе, % Тип превращения Период полураспада
8О14 -— 76,5 сек 8О17 0,037 Стабильный —
8О16 * “ 3+ 118,0 сек 8о18 0,204 »
8О« 99,759 Стабильный 8О19 — 29,5 сек
СЕРА
Пробк
Опыт 191. Получение ромбической серы.
Оборудование и материалы. 1. Склянка на 100 мл с корковой й. 2. Стеклянная чашка или часовое стекло. 3. Штатив с кольцом. 4. Во-5. Складчатый фильтр. 6. Сероуглерод. 7. Черенковая сера.
Выполнение. В склянку внести 25—30 г измельченной в порошок чистой черенковой серы и 40—50 мл сульфида углерода. Закрыв склянку корковой пробкой, время от времени взбалтывать. Большая часть серы растворяется. Отфильтровать через сухой складчатый фильтр (под тягой!). Фильтрат собрать в стеклянную чашку. Чашку покрыть большой перевернутой воронкой и оставить в вытяжном шкафу. По мере испарения сероуглерода выделяются блестящие кристаллы серы в форме правильных ромбических октаэдров. Выполняя опыт, следует помнить, что пары сероуглерода сильно ядовиты (работать под тягой!) и огнеопасны (работать вдали от огня!).
Примечание. Сера, выплавленная непосредственно из серных руд, называется природной комовой. Сера, сконденсированная из паров при температуре выше плавления (в жидком состоянии) и затем разлитая в формы, называется черенковой серой.
Опыт 192. Получение призматической серы.
Оборудование и материалы. 1. Две фарфоровые чашки диаметром 9—11 см. 2. Треножник с асбестовой сеткой и горелкой. 3. Нож с острым узким концом (или скальпель). 4. Черенковая сера.
Подготовка. Фарфоровую чашку с измельченной черенковой серой установить на асбестированной сетке, положенной на треножник; под него поставить зажженную горелку. Сетка несколько замедляет плавление серы, зато предохраняет от перегревания и предупреждает загорание серы. При нагревании сера плавится. По мере плавления ее уровень в тигле опускается, поэтому следует добавлять новые порции ее, но так, чтобы уровень расплавленной серы был ниже края тигля на 1,5—2 см. Следить за тем, чтобы цвет расплавленной серы все время оставался светло-желтым, т. е. чтобы она не перегревалась на дне чашки. Для этого осторожно помешивать ее стеклянной палочкой. Плавление серы следует начинать заранее с таким расчетом, чтобы к моменту демонстрации опыта она была расплавлена.
Выполнение. Когда вся сера в чашке расплавится, горелку погасить и дать тиглю спокойно остыть. Как только на поверхности расплавленной серы появится сплошная тонкая корочка, острым концом предварительно нагретого ножа в корочке сделать Два небольших отверстия (одно для выхода жидкой серы, другое Для поступления воздуха). Взяв чашку в руку, обернутую полотенцем, вылить в другую чашку всю еще не успевшую застыть в тигле серу. Дав стечь остаткам жидкой серы, удалить верхнюю корку нагретым ножом; открывается внутренняя часть тигля, заполненная множеством почти бесцветных полупрозрачных игл застывшей у стенок чашки моноклинной серы. При остывании и
длительном стоянии кристаллы моноклинной серы становятся прозрачными и приобретают окраску, свойственную октаэдрит ской сере. Препарат можно сохранить для демонстрации.
Опыт 193. Получение пластической серы.
Оборудование и материалы. 1 Фарфоровая кастрюлька с ручкой 2. Кусок асбестового картона. 3. Тигельные щипцы. 4. Стеклянный стакан на 2—3 л. 5. Длинная стеклянная палочка, загнутая на конце в виде крючка. 6. Треножник. 7. Асбести. рованная сетка. 8. Горелка. 9. Черенковая сера
Выполнение. Фарфоровую каст-рюлю, наполненную измельченной черен, ковой серой и закрытую асбестовым картоном, установить на треножнике и нагреть. Рядом поставить большой стакан, наполненный почти доверху холодной водой (лучше положить в воду снег или лед). Когда расплавленная сера нагреется (обязательно до кипения), взять кастрюлю правой рукой и, поддерживая асбест левой рукой, осторожно лить расплавленную серу тонкой струей в стакан с холодной водой (рис. 72). При резком
Рис. 72. Получение пла- охлаждении жидкая сера превращается стической серы в пластическую, которая в виде тонких, мягких, тягучих нитей собирается на дне сосуда. С помощью длинной стеклянной палочки с загнутым концом можно достать серу со дна сосуда и показать ее тягучесть. Спустя 30—40 мин тягучесть пластической серы утрачивается n q
и поверхность ее покрывается желтоватым jJL........
налетом кристаллической серы. f j
Опыт 194. Получение серного цвета.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный колокол 15X35 см. 2. Треножник. 3. Асбестовый картон. 4. Фарфоровый тигель. 5. Горелка. 6. Штатив с кольцом. 7. Сера.
Подготовка. Из асбестового картона вырезать кружок, диаметр которого несколько больше диаметров кольца треножника и стеклянного колокола. В середине кружка сделать такое отверстие, чтобы в него плотно входил до половины высоты фарфоровый тигель, наполненный измельченной серой. Кружок с тиглем положить на треножник, а на кружок поставить стеклян-
Рис. 73. Получение сер' ного цвета
ный колокол, который сверху укрепить коль-
цом штатива. Под треножник против тигля подставить горелку
(рис. 73).
Выполнение. Зажечь горелку. Сера в тигле плавится, затем акипает. Пары ее поднимаются вверх и, соприкасаясь с холодными Щенками колокола, конденсируются, образуя серный цвет. Иногда время опыта образовавшийся под колоколом серный цвет, взвешенный в виде тонкой пыли, вспыхивает и тотчас гаснет; прибор от этого получает сильный толчок. Поэтому необходимо, чтобы треножник был устойчивым, а стеклянный колокол был прочно прижат кольцом штатива.
Опыт 195. Плавление серы. Аллотропические превращения жидкой серы.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка. 2. Держалка для пробирки. 3. Штатив с лапкой. 4. Черенковая сера.
Выполнение. Пробирку на половину объема заполнить небольшими кусками черенковой серы, укрепить в держалке и медленно, осторожно нагревать на пламени горелки, непрерывно вращая и встряхивая ее. При 113° С сера плавится, превращаясь в легко подвижную янтарно-желтую жидкость, которая остается без изменения при нагревании до 160° С. По мере дальнейшего повышения температуры светло-желтый цвет серы постепенно переходит в вишнево-красный, затем в темно-коричневый, подвижность серы уменьшается, она становится вязкой и около 200° С превращается в густую, как смола, массу, не вытекающую из пробирки ’при перевертывании.
; При дальнейшем нагревании вязкость серы постепенно уменьшается. Около 400° С, оставаясь окрашенной в темно-коричневый цвет, она становится вновь легко подвижной и при 444,6° С закипает. После этого прекратить нагревание, укрепить пробирку в штативе, дать расплавленной сере медленно охладиться. При остывании можно наблюдать все описанные выше формы: сера густеет, потом делается жидкой, легко подвижной, темно-коричневая окраска сменится вишнево-красной, затем янтарно-желтой и, наконец, сера закристаллизуется. Схема превращений (°C)
113° 119° ~160° ~200° 444,6°
Sa Sp Sa iz; S|u, S.-т S8,
где Sa — ромбическая, — призматическая, Sa — я^идкая, Su — пластическая, — жидкая, S8 — пар.
Опыт 196. Получение суспензии серы («серное молоко»).
Оборудование и материалы. 1. Колбы с пробкой на 1 л. 2. Штатив с воронкой. 3. Пробирка с корковой пробкой. 4. Капельница. 5. Фильтровальная бумага. 6. Сера. 7. Этиловый спирт безводный (или бензол). 8. Дистиллированная вода.
Выполнение. Приготовить насыщенный раствор серы в безводном спирте или бензоле путем продолжительного настаивания (се время от времени встряхивать). Нерастворившуюся часть серы отфильтровать. Прозрачный фильтрат по каплям влить в колбу с дистиллированной водой, непрерывно помешивая. При этом образуется молочно-белая суспензия.
Опыт 197. Окислительные свойства серы. Взаимодействие с металлами.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая ступка с пестиком 2. Пробирка. 3. Металлические щипцы. 4. Медная пластинка. 5. Штатив с лапкой. 6. Треножник. 7. Асбестированная сетка. 8. Стеклянная палочка. 9, Держ жалка для пробирки. 10. Горелка. 11. Железный лист. 12. Сера. 13. Ртуть 14. Медная пластинка. 15. Восстановленное железо (железная пыль). 16. Алюминий (порошок). 17. Цинковая пыль.
Выполнение, а. Взаимодействие серы с ртутью. На дно фар. форовой ступки насыпать немного серного цвета, внести несколько капель ртути и энергично растереть пестиком. Постепенно образуется черный сульфид ртути (II):
Hg+S=HgS
б. Взаимодействие с медью. Пробирку до половины заполнить мелкими кусками серы, закрепить в штативе и нагреть. Когда расплавившаяся сера закипит, ввести в нее медную пластинку, зажатую в металлические щипцы. При соприкосновении с парами кипящей серы пластинка загорается:
2Cu+S=Cu2S и Cu4-S=CuS
в. Взаимодействие с железом. Взять серный цвет или тонко растертую в ступке черенковую серу и восстановленное железо (железная пыль) в весовых отношениях 2:3. Тщательно перемешать их, растирая пестиком в фарфоровой ступке. Смесь (около 50 г) насыпать кучкой на асбестированную сетку, положенную на треножник. В пламени горелки накалить стеклянную палочку и накаленным концом дотронуться до смеси. В месте соприкосновения начинается реакция, идущая с выделением большого количества тепла.
Fe+S=FeS
Постепенно реакция распространяется по всей смеси: получается сплошная раскаленная масса сернистого железа. Если при этом стеклянную палочку не отнимать, то стекло приплавляется к раскаленному сульфату железа (II) и оно в виде диска может быть поднято за эту палочку.
г. Взаимодействие с цинком. Приготовить смесь из серного цвета и цинковой пыли в весовых отношениях 1:2 и насыпать кучкой на асбестированную сетку, положенную на треножник. Стеклянной палочкой, раскаленной в пламени горелки, дотронуться до смеси. Тотчас начинается бурная реакция:
Zn+S=ZnS
Опыт следует демонстрировать только в конце лекции, так как реакция сопровождается образованием вредного диоксида серы и густого белого дыма сульфида цинка.
Внимание! Опыт нельзя выполнять в пробирке,
д. Взаимодействие серы с алюминием. На металлическом листе подогреть однородную смесь, состоящую из 3 г порошка алюминия и 5 г серы. Протекает реакция
2A1+3S = A12S3
Внимание! Опыт нельзя выполнять в пробирке.
Опыт 198. Восстановительные свойства серы.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка с держалкой. 2. Штатив пробирками. 3. Две пипетки с резиновыми баллончиками. 4. Концентрированная С отная кислота. 5. Концентрированная серная кислота. 6. Порошок серы. ?3 Нитрат бар^я (0,5 н. раствор).
Выполнение, а. Взаимодействие серые концентрированной азотной кислотой. В пробирке нагреть до кипения 2—3 мл концентрированной азотной кислоты с несколькими кристалликами серы. Кислота восстанавливается до окиси азота, сера окисляется до серной кислоты:
S4-2HNO3=H2SO44-2NO
1 s° — 6H-4H2O->SO2-+8H+
2 NO7+3e4-4H+->NO+2H2O
S+2NO7« SO4~“+2NO
Ион SO4 обнаруживается ионом Ba2+:
Ba (NO3)2+H2SO4=BaSO4+2HNO3
Ba2++SO4~=BaSO4
Внешний признак: образуется белый кристаллический осадок, не растворимый в кислотах.
б. Взаимодействие серы с концентрированной серной кислотой. Нагреть в пробирке (или в маленькой колбе) 3—4 мл концентрированной серной кислоты с несколькими кристалликами серы. Сера плавится (растворяется), цвет темнеет; при температуре, близкой к кипению, появляется резкий запах сернистого газа:
2 H2SO4 -Ь S=3SO2+2 Н2О
2 S02“+2e+4H+->S02+2H20
1 S —4e+2H2O->SO2+4H+
2SO2“+S+4H+=3SO2+2H2O
Опыт 199. Синтез сероводорода.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5). 2. Склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 3. Тугоплавкая стеклянная трубка диаметром 2 см, длиной 25—30 см. 4. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 5. Стакан. 6. Фарфоровая лодочка. 7. Штатив с лапкой. 8. Горелка. 9. Сера. 10. Нитрат свинца Pb (NO3)2 (0,5 н, раствор).
Подготовка. Аппарат Киппа соединить с промывной склян-койх а склянку — с трубкой, укрепленной в штативе. В середину трубки поместить фарфоровую лодочку с кусочками серы. Конец трубки закрыть пробкой, в которую вставлена согнутая под прямым углом и опущенная в стакан с раствором соли свинца (II) стеклянная трубка (рис. 74).
Выполнение. Через собранный прибор пропустить из аппарата Киппа сильный ток водорода. Выждав 1—2 мин (весь воздух из прибора должен быть вытеснен), ток газа уменьшить. Водя пламенем горелки вдоль трубки, постепенно прогреть ее всю. Затем
сосредоточить нагревание у середины трубки против фарфоровой лодочки. Сера плавится и кипит. Водород, проходя над кипящей серой, взаимодействует с ее парами:
H2+S=H2S
Сероводород, проходя через раствор соли свинца (II), образует не растворимый в воде и разбавленных кислотах черный сульфид свинца (II):
Pb (NO3)2+H2S-PbS+2HNO3
Pb2++H2S=PbS+2H+
Рис 74. Синтез сероводорода
Полученный в этом опыте сероводород бывает загрязнен водородом, парами хлороводорода и воды.
Сероводород — сильный яд, поэтому при работе с ним следует строго соблюдать необходимые меры предосторожности (см. приложение— «Техника безопасности»).
Опыт 200. Получение сероводорода нагреванием порошка серы с парафином.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца. 2. Штатив с лапкой, кольцом и асбестированной сеткой. 3. Горелка. 4. Сера в порошке. 5. Парафин. 6. Волокнистый асбест.
Выполнение. В колбу Вюрца поместить равные весовые части серы и парафина. Нагревать так, чтобы получить равномерный ток сероводорода. Если нужно получить небольшое количество сероводорода, то опыт проводить в пробирке с отводной трубкой. Наполнителем может служить волокнистый асбест.
Опыт 201. Кислотные свойства сероводорода.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с сероводородом. 2. Промывная склянка с водой. 3. Приемная колба с сифоном или трубка Пелиго. 4. Раствор лакмуса (фиолетовый). 5. Дистиллированная вода.
Рис. 75. Горение сероводорода
Выполнение. В аппарате Киппа взаимодействием сульфида железа (II) в кусках с серной кислотой (1:5) получить сероводород- Пройдя через склянку Тищенко, содержащую воду, он поступает в колбу с водой, подкрашенной фиолетовым (нейтральным) лакмусом. Поглощаясь водой, образует сероводородную воду, обла-даЮШУю свойствами кислоты: лакмус окрашивается в красный цвет. Сероводородная кислота (раствор сероводорода в воде) слабая, немного слабей угольной. В водном растворе диссоциирует ступенчато:
H2S HS-4-H+; HS-ZtH-+-+S2-
Ее константы диссоциации: ^=3,3 х X Ю"7, 10~15. Растворимость серо-
водорода 3 л в 1 л воды при 20° С. Такой раствор называется сероводородной водой. Сероводородную воду нужно хранить в доверху наполненных склянках из темного стекла, в темном и холодном месте, так как в присутствии воздуха (если он есть в склянке) и на свету даже при обычной температуре она разлагается:
2H2S+O2=2H2O+2S
Опыт 202. Горение сероводорода.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа. 2. Стеклянная трубка, дважды согнутая и оттянутая на конце. 3. Фарфоровая чашка. 4. Кристаллизатор с водой. 5. Сульфид железа (II). 6. Серная кислота 1 : 5.
Выполнение. К аппарату Киппа на длинной резиновой трубке присоединить стеклянную трубку (рис. 75). В аппарат внести сульфид железа (И) и серную кислоту (1 :5).
Необходимо помнить, что смесь сероводорода с воздухом при поджигании взрывает. Поэтому, открыв кран аппарата Киппа, прежде чем поджигать газ, надо дать некоторое время, пока весь воздух из аппарата и трубки будет вытеснен, сделать испытание на отсутствие взрывчатой смеси (собрать газ в пробирку и поджечь). Только после этого поджечь газ, выходящий из оттянутого конца трубки. Он горит красивым голубоватым пламенем. Затем в пламя внести холодную фарфоровую чашку; при этом горение становится неполным и дно чашки покрывается светло-желтым налетом серы. Если направить пламя горящего сероводорода на спокойную поверхность воды в кристаллизаторе, то на ней появляются следы серы из-за неполного сгорания сероводорода:
2H2S4-3O2=2H2O4-2SO2
I 2H2S+O2=2H2O+2S
Опыт 203. Взаимодействие сероводорода с окислителями.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с сульфидом железа (II) и серной кислотой (1 : 5). 2. Склянка Тищенко с водой. 3. Четыре склян
ки Дрекселя. 4’. Иодная вода. 5. Бромная вода. 6. Перманганат калия (0,001 й раствор). 7. Дихромат калия (0,001 н. раствор). 8. Серная кислота H2SO4 (раз* бавленная).
Выполнение. В четыре склянки Дрекселя на четверть их объема налить: 1) бромную воду, 2) иодную воду, 3) раствор пер.
Рис. 76. Взаимодействие сероводорода с окислителями:
1 — промывная склянка с водой; 2 — склянка Дрекселя с бромной водой; 3 —то же, с иодной водой; 4 —то же, с раствором перманганата калия; 5 — то же, с раствором дихромата калия
манганата калия, подкисленного серной кислотой, 4) раствор дихромата калия, подкисленного серной кислотой. Последовательно соединенные друг с другом склянки присоединить к склянке Тищенко, через которую поступает сероводород из аппарата Киппа (рис. 76). Под действием сероводорода в первых трех склянках сначала исчезает окраска, а затем появляется опалесценция, постепенно переходящая в муть от выделившейся серы:
1) H2S+Br2=2HBr+S
2) H2S+I2=2H14-S
3) 2КМпО4+3H2SO4 4- 5H2S=K2SO4+2MnSO4+8H2O 4- 5S
MnO4 4-6^4_3H+->Mn24-4-4H2O
H2S — 2e-S4-2H +
2MnO 7 4- 5H2S 4- 6H+- 2Mn2+5S 4- 8H2O
В четвертой склянке оранжевая окраска раствора меняется изум-рудно-зеленой, затем появляется муть от выделившейся серы:
4) K2Cr2O7+3H2S+4H2SO4=Cr2 (SO4)34“K2SO44_7H2O4_3S
1 Сг2О2~Ч-6е+14H+-^2Cr3+ +7Н2О
3 H2S-2e->S+2H+
Сг2О?~+3H2S+8Н+=2Сг3+4- 7Н2О
Примечание. Если нет склянок Дрекселя, то их можно заменить пробирками с отростками, последовательно соединенными между собой.
Опыт 204. Взаимодействие сероводорода с диоксидом свинца.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с водородом. 2. Стеклянная трубка с оттянутым концом. 3. Ложечка. 4. Асбестированная сетка (или керамическая) плитка. 5. Двуокись свинца.
Подготовка. К аппарату Киппа с сероводородом присоединить стеклянную трубку с оттянутым концом. На асбестированную сетку или на керамическую плитку положить ложечку диоксида свинца.
Выполнение. Направить ток сероводорода из стеклянной трубки на диоксид свинца. Через некоторое время сероводород воспламеняется и горит голубоватым пламенем:
ЗРЬО2 4- 4Н 2S=3PbS+SO24-4Н2О
Опыт 205. Взаимодействие сероводорода с концентрированной азотной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с сульфидом сернистого железа (II) и серной кислотой (1:5). 2. Коническая колба на 2—3 л. 3. Пробирка. 4. Дымящая азотная кислота.
Выполнение. Колбу в вытяжном шкафу наполнить сероводородом. В пробирку налить несколько миллилитров дымящей азотной кислоты, слегка подогреть и осторожно вылить в колбу. Происходит слабый взрыв, появляется бледно-фиолетовое пламя и выделяется сера, желтым налетом покрывающая стенки колбы:
3H2S4-2HNO3=3S4-2NO+4H2O
3 H2S — 2e»S4-2H +
2 4- 3e4-4H4--^NO-h2H2O
3H2S4-2NOJ“4-2H4-=3S+2NO 4-4H2O
Опыт 206. Образование сульфидов металлов.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с сульфидом железа (II) и серной кислотой (1 : 5). 2. Склянка Тищенко с водой. 3. Шесть склянок Дрекселя. 4. 0,5 н. растворы ацетата натрия CH3COONa, сульфата цинка ZnSO4s дихлорида марганца МпС12, сульфата кадмия CdSO4, трихлорида сурьмы SbCI3, дихлорида олова SnCl2 и нитрата свинца (II) Pb (NO3)2
Подготовка. К аппарату Киппа через склянку Тищенко последовательно присоединить шесть склянок Дрекселя, одну пятую объема наполненных растворами: первая — сульфата цинка и аце-
Ю Ф. П. Платонов
145
тата натрия, вторая — хлорида марганца (II) и далее в последовательности, указанной выше в перечислении материалов. Следует строго соблюдать указанную последовательность, с тем чтобы склянки с более светлыми осадками предшествовали склянкам с темными осадками. В противном случае темные осадки, увлекаемые током газа, могут изменить окраску светлых осадков. Так как току газа приходится преодолевать большое сопротивление жидкости в склянках, давление газа должно быть достаточным, а для этого аппарат Киппа следует брать свежезаправленный.
Выполнение. Открыть кран аппарата Киппа. При прохождении сероводорода через растворы в склянках образуются осадки различного цвета: белый ZnS, телесно-розовый MnS, ярко-желтый CdS, оранжевый Sb2S3, коричневый SnS и черный PbS.
Опыт 207. Почернение серебряных и медных пластинок в сероводородной воде.
Оборудование и материалы. 1. Серебряная пластинка. 2. Медная пластинка. 3. Сероводородная вода.
Выполнение. В сероводородной воде серебряная и медная пластинки чернеют вследствие образования на их поверхности сульфидов серебра и меди:
4Ag4-2H2S-f-O2=2 Ag2S4-2H2O
2Cu+2 H2S+О2=2CuS+2H2O
Опыт 208. Получение диоксида серы действием концентрированной серной кислоты на сульфит натрия.
Оборудование и материалы. 1. Перегонная колба Вюрца на 250— 500 мл. 2. Капельная воронка. 3. Воронка. 4. Склянка Тищенко с концентри-рованной серной кислотой. 5. Две резиновые трубки. 6. Маленькая пробирка. 7. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 8. Цилиндр для собирания газа. 9. Штатив с лапкой и кольцом. 10. Кристаллизатор. 11. Сульфит натрия Na2SO3. 12. Серная кислота (пл. 1,84). 13. Синий раствор лакмуса.
Подготовка. Собрать установку по рис. 77. В колбу насыпать сухой сульфит натрия (не больше четверти объема). В капельную воронку вставить маленькую воронку, через которую налить серную кислоту.
Выполнение. Из капельной воронки по каплям пустить в колбу серную кислоту. Происходит реакция
Na2SO3+2H2SO4 == 2NaHSO4+Н2О+SO2
Выделяющийся диоксид серы поступает в склянку Тищенко с концентрированной серной кислотой, а отсюда по трубке в цилиндр, вытесняя из него воздух. Скорость выделения газа можно регулировать скоростью поступления в колбу кислоты. Когда вся соль в колбе смочится кислотой и выделение газа постепенно замедлится, можно, прибегнув к нагреванию, вновь повысить скорость выделения газа. Заполнение цилиндра газом можно проверять горящей лучиной: в атмосфере диоксида серы она гаснет. Диоксид серы не поддерживает горения: на этом основано его применение для тушения пожара. Так, если в печном дымоходе загорелась сажа в горя-
тую печь можно бросить серу, и образующийся диоксид серы потает пламя в трубе.
В кристаллизатор, три четверти наполненный подкрашенной синим лакмусом водой, опустить вверх дном закрытый стеклом цилиндр с диоксидом серы. Под водой цилиндр открыть. Вода, растворяя диоксид серы, постепенно входит в цилиндр; при этом синяя
Рис. 77. Получение сернистого газа действием концентрированной серной кислотой на сульфит натрия
окраска лакмуса переходит в красную. При 20° С в 100 мл воды растворяется 11,29 г диоксида серы, или один объем воды растворяет около 40 объемов SO2.
Опыт 209. Получение диоксида серы действием концентрированной серной кислоты на медь.
Оборудование и материалы. 1. Перегонная колба Вюрца на 250—500 мл. 2 Капельная воронка. 3. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 4. Склянка Тишенко с концентрированной серной кислотой. 5. Две резиновые трубки. 6. Маленькая пробирка. 7. Стеклянный цилиндр для собирания газа. 8. Штатив с лапкой и кольцом. 9. Асбестированная сетка. 10. Горелка. И. Стружки красной меди. 12. Серная кислота (пл. 1,84). 13. Лучина.
Подготовка. Наклонив колбу, опустить в нее по стенке 20—30 г медных стружек. Горло колбы закрыть пробкой с капельной воронкой. Колбу укрепить в штативе, подложить под нее на Кольцо штатива асбестированную сетку. К газоотводной трубке колбы присоединить склянку Тищенко с концентрированной серной кислотой. К длинной резиновой трубке, идущей от промывной склянки, присоединить согнутую под прямым углом стеклянную трубку, опущенную в цилиндр. Установка вполне аналогична показанной на рис. 77.
Выполнение. Через капельную воронку в колбу Вюрца налить 50—100 мл концентрированной серной кислоты. При комнатной температуре реакция не идет. Нагревать колбу следует очень осторожно, постепенно усиливая нагрев. И только когда содержимое колбы достаточно прогреется, можно подставить горелку под сетку и нагревать до начала энергичного выделения газа. После этого горелку лучше убрать и подставить снова, когда выделение газа заметно уменьшится. Уравнение реакции
Cu+2H2SO4=CuSO4+2H2O+SO2
1
Си — 2е->Си2+
1 SO2~+2e+4H+->SO2+2H2O
Cu+SO2~H-4H+ =Cu2++SO2+2H2O
Выделяющимся газом наполнить приготовленный цилиндр, пробуя полноту вытеснения воздуха горящей лучиной.
Опыт 210. Получение диоксида серы и сернистой кислоты упрощенным способом*
Оборудование и материалы. 1. Пробирка с отводной трубкой (гусек) с резиновой пробкой. 2. Реактивная склянка. 3. Стеклянная трубка диаметром 0,5—0,6 см, длиной 20—25 см. 4. Стеклянная трубка диаметром 0,5—0,6 см, согнутая под прямым углом, длиной по размеру приемной реактивной склянки. 5. Штатив с лапкой. 6. Сульфит натрия Na2SO3-7H2O. 7. Серная кислота (пл. 1,84). 8. Дистиллированная вода.
Подготовка. Диоксид серы и его водный раствор можно получать в приборе, изображенном на рис. 78. Собрать прибор. В пробирку засыпать сульфит натрия, закрыть резиновой пробкой с пропущенной через нее прямой трубкой. Прямая трубка предохраняет
о -то п от засасывания воды в пробирку
Рис. 78. Прибор для получения сер- г 17
нистой кислоты ПРИ получении раствора диоксида
серы. Согнутая под прямым углом и соединенная с отростком пробирки трубка служит для отвода ди-
оксида серы. Когда при остывании пробирки в ней снижается давление, вода начинает подниматься по трубке, но в это же время в длинной трубке снижается уровень серной кислоты. Благодаря тому что атмосферный воздух по длинной трубке проникает в пробирку еще до того, как вода успеет подняться до высшей точки, в пробир
ке уравняется давление, и вода вновь опустится в склянку.
Выполнение. Налить в приемную склянку воду, а в пробирку — серную кислоту; прибор начинает действовать, и вода насы
щается диоксидом серы. Если нужно, то пробирку можно подогреть:
Na2SO3+2H2SO4=2NaHSO4+H2O+ SO2
H2O+SO2 H2SO3
Опыт 211. Взаимодействие диоксида серы с окислителями.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения диоксида серы (см. рис. 78). 2. Шесть склянок Дрекселя. 3. Бромная вода. 4. Иодная вода- 5. Трихлорид железа. 6. Перманганат калия (0,005 н. раствор). 7. Дихромат калия (0,005 н. раствор). 8. Гидроксид натрия (20%-ный раствор). 9. Серная кислота (2 н.).
Подготовка. К прибору, в котором получают диоксид серы, последовательно присоединить шесть склянок Дрекселя. Последнюю склянку наполнить раствором гидроксида натрия. В склянки Дрекселя на одну пятую часть объема налить: в первую — бромную воду, во вторую—иодную воду, в третью — 0,01 н. раствор трихлорида железа, в четвертую — 0,005 н. раствор перманганата калия, в пятую — 0,005 н. раствор дихромата калия. Последние два раствора подкислить серной кислотой.
Выполнение. Через склянки Дрекселя пропустить ток диоксида серы. В результате реакций бромная вода, иодная вода, растворы трихлорида железа и перманганата калия обесцвечиваются, а раствор дихромата калия из оранжевого превращается в зеленый:
Br2-|-SO2+2H2O®2HBr-J-H2SO4
1 Br2-f-2e->2Br“
1 SO2 — 2е+ 2Н2О-> SO|~+4H+
Br2+SO2+2H2O=2Br- + SO4—+4Н+
I2+SO2+2H2O=2HI-|-H2SO4
1 l2+2e->21“
1 SO2 — 2e+2H,O-> SO|+ 4H+
I2 + SO2 + 2H2O=2I~+SO^~+4H+
2FeCl3+SO2+2H2O=2FeCl2+H2SO4+2HCl
2 Fe3++le->Fe2+
1 SO2 — 2e+ 2H2O-* SO4—4-4H+
2Fe3++ SO2+2H2O=2Fe2++SO4—J-4H+
2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
2 MnO7+5e+8H+^Mn2++4H2O
5 SO2 — 2e+ 2H2O->SO4—4-4H+
2MnO7 4-5SO2+2H2O=2Mn2++5SO^-+4H+
K2Cr2O7+3SO2+H2SO4=K2SO44-Cr2 (SO4)3H-H2O
1 Cr2O^~+6e4-14H+-»-2Cr3++7H2O
3 S02 — 2e+2H2O- S0^-+4H+
Cr2O^“+3SO2+2H+ = 2Cr3++H2O-|- 3S0^~
Опыт 212. Взаимодействие сероводорода с диоксидом серы.
Оборудование и материалы. 1. Плоскодонная колба на 3—5 л. 2. Аппарат Киппа с сульфидом железа (II) и серной кислотой (1:5). 3. Две склянки Тищенко с водой. 4. Перегонная колба на 500 мл. 5. Капельная воронка. 6. Воронка. 7. Маленькая пробирка. 8. Двугорлая склянка. 9. Пять стеклянных трубок, согнутых под прямым углом. 10. Штатив с лапкой и кольцом. 11. Асбестированная сетка. 12. Сульфит натрия Na2SO3. 13. Серная кислота (пл. 1,84). 14. Гидроксид натрия (раствор 1:5).
Подготовка. Горло большой колбы закрыть пробкой с проходящими через нее тремя согнутыми под прямым углом стеклян-
Рис. 79. Взаимодействие сероводорода с диоксидом серы:
1 — капельная воронка с концентрированной серной кислотой; 2 — перегонная колба с сульфитом натрия; 3 — промывная склянка с водой, 4 — колба для взаимодействия сероводорода с диоксидом серы; 5— двугорлая склянка, принимающая не вошедшие в реакцию газы; 6 — промывная склянка с водой; 7 — аппарат Киппа с сероводородом
ными трубками, две из которых длинные и доходят почти до дна, третья короткая и кончается около пробки. Одну длинную трубку через промывную склянку соединить с аппаратом Киппа, к другой длинной трубке через промывную склянку присоединить перегонную колбу, в которой получают диоксид серы (рис 79). Перегонную колбу закрыть пробкой, через которую проходит делительная воронка со вставленной маленькой воронкой. В колбу на четверть
объема насыпать сухой сульфит натрия, в делительную воронку налить концентрированную серную кислоту. Конец воронки опустить в пробирку, помещенную в колбу. К короткой трубке, служащей для отвода не вошедших в реакцию газов, присоединить двугорлую склянку с раствором едкого натра (конец стеклянной трубки, по которой поступают газы в склянку, должен находиться над жидкостью). Уравнение реакции сероводорода с диоксидом серы
2H2S+SO2 = 2H2O+3S
Видно, что с одной молекулой диоксида серы реагируют две молекулы сероводорода, поэтому второго газа надо вводить в колбу по объему в два раза больше, чем первого. Реакция протекает только в присутствии паров воды (катализатор). Поэтому в промывные склянки и наливают воду. Проходя через них, газы увлажняются. Большую колбу перед опытом также споласкивают водой.
Выполнение. Открыв кран делительной воронки, пустить в колбу серную кислоту. Происходит реакция
Na2SO3+2H2SO4=2NaHSO4+Н2О+SO2
Выделяющийся диоксид серы, пройдя через промывную склянку, поступает в колбу. Если ток газа окажется слабым, то, смочив весь сульфит натрия серной кислотой, перегонную колбу слегка нагреть. Одновременно из аппарата Киппа в колбу ввести ток сероводорода. Скорость его поступления должна быть примерно в два раза большей по сравнению со скоростью поступления диоксида серы (следить по пузырькам в промывных склянках). В результате реакции стенки колбы покрываются светло-желтым налетом серы. При длительном пропускании газов колба наполняется дымом, состоящим из мельчайших частичек серы.
Опыт 213. Взаимодействие сероводорода с диоксидом серы в цилиндрах.
Оборудование и материалы. 1. Приборы для получения сероводорода и диоксида серы. 2. Два цилиндра одинакового диаметра, но по емкости один должен быть вдвое больше другого, со стеклянными пластинками, лучше пришлифованными.
Подготовка. Большой цилиндр со смоченными водой внутренними стенками наполнить сероводородом, применяя способ вытеснения воздуха, и накрыть стеклянной пластинкой. Меньший цилиндр наполнить тем же способом диоксидом серы, накрыть стеклянной пластинкой и, перевернув, поставить на цилиндр с сероводородом.
Выполнение. Вынуть стеклянные пластинки и перевернуть несколько раз цилиндры, отверстиями прижимая их друг к другу. В них появляется дым (очень мелкие частицы серы), оседающий на стенках цилиндра:
2H2S + SO2=2H2O4-3S
По окончании опыта цилиндры наполнить водой. В противном случае их трудно будет отмыть.
Опыт 214. Обесцвечивание живых цветов диоксидом серы.
Оборудование и материалы. 1. Красные розы, голубые незабудки, пионы и другие цветы. 2. Стеклянный колокол. 3. Горелка. 4. Маленькая чащ! ка с серой. 5. Щипцы. 6. Стекло по размеру стеклянного колокола (или лист асбестового картона). 7. Пульверизатор с водой. 8. Диэтиловый эфир. 9. Банка с хлором.
Подготовка. Цветы на непродолжительное время погрузить в эфир. Это необходимо для того, чтобы растворить воск, покрывающий лепестки цветов, так как он препятствует действию диоксида серы. Из пульверизатора спрыснуть цветы водой, поместить в маленький цилиндр и поставить под колокол.
Выполнение. Нагреть в чашке серу и поджечь ее. Поставить чашку с горящей серой под колокол. Цветы в атмосфере диоксида серы становятся почти белыми. Если обесцвеченный цветок внести в сосуд с хлором, прежний цвет восстанавливается на короткое время, затем снова исчезает вследствие окисления хлором.
Опыт 215. Получение триоксида серы контактным способом.
Оборудование и материалы. 1. Газометр с кислородом. 2. Прибор для получения диоксида серы. 3. Две склянки Дрекселя. 4. Трехгорлая склянка на 300—500 мл. 5. Стеклянная трубка толстостенная (желательно тугоплавкая) диаметром 1,5 см, длиной 30—35 см. 6. Стакан на 500 мл. 7. Пробирка с сужением для заплавления. 8. Два штатива с лапками и кольцом. 9. Горелка с плоской насадкой. 10. Сульфит натрия. 11. Серная кислота (пл. 1,84). 12. Платинированный асбест. 13. Волокнистый асбест 14. Снег или толченый лед.
Подготовка. Газометр с кислородом последовательно соединить со склянкой Дрекселя, содержащей воду (рис. 80) и с трех-
Рис. 80. Получение триоксида серы контактным способом
горлой склянкой, содержащей концентрированную серную кислоту. Прибор, в котором получают диоксид серы действием концентрированной серной кислоты на сульфит натрия, соединить через склянку
Дрекселя, содержащую концентрированную серную кислоту, с трех-гордой склянкой. Среднее отверстие последней закрыть пробкой. Через пробку проходит короткая стеклянная трубка, согнутая под прямым углом и соединенная с большой стеклянной трубкой, заполненной платинированным асбестом или асбестом с оксидом ванадия (V) V2O5. Газоотводную трубку, согнутую под прямым углом, ^ставить в пробку, закрывающую трубку с катализатором; другим концом опустить ее почти до дна пробирки, закрытой комком волокнистого асбеста и погруженной в стакан со снегом или льдом. Перед началом опыта необходимо убедиться в надежной сборке прибора.
Выполнение. В приборе получить диоксид серы. Одновременно из газометра пустить кислород. Ток обоих газов должен быть медленным, причем скорость поступления кислорода должна быть в полтора раза больше скорости тока диоксида серы (кислород должен быть в избытке). В трехгорлой склянке смешиваются кислород и диоксид серы, поступающие затем в трубку с катализатором, предварительно нагретую до 360—400° С. Здесь диоксид серы и кислород, соприкасаясь с катализатором, взаимодействуют, образуя триоксид серы; он конденсируется в охлаждаемой пробирке-приемнике. Когда наберется достаточно триоксида серы, вставить в нее плотно комок асбеста, вдвигая поглубже, и закрыть заранее подобранной корковой пробкой.
Платинированный асбест после опыта тщательно промыть дистиллированной водой до удаления иона SO^- , прокалить и сохранять в банке с притертой пробкой. Приготовление платинированного асбеста и других катализаторов—см. «Указания лаборантам», стр. 309. *
Опыт 216. Получение триоксида серы каталитическим окислением диоксида серы в колбе.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 2—3 л, 2. Платиновая пластинка на стеклянной палочке. 3. Горелка. 4. Насыщенный раствор диоксида серы.
Выполнение. В коническую колбу налить 30—50 мл насыщенного водного раствора диоксида серы. В пламени горелки, близкой от горла колбы, накалить платиновую пластинку. Перед внесением пластинки содержимое колбы тщательно встряхнуть, не закрывая колбы в течение минуты. Протекает реакция
2SO2+O2—22SO3
Триоксид серы на воздухе дымит.
Опыт 217. Взаимодействие триоксида серы с водой.
О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы. 1. Стакан на 1—1,5 л. 2. Пинцет. 3. Триоксид серы в ампуле или в закрытых пробирках (от предыдущих опытов). 4. Дистиллированная вода. 5. Раствор лакмуса синий. 6. Хлорид бария (0,5 н. раствор).
Выполнение. В стакан почти доверху налить дистиллированную воду. Открыть ампулу с триоксидом серы (обращение с ампу
лами — см. «Указания лаборантам», стр. 309. Обратить внимание слушателей на то, что триоксид серы на воздухе дымит. Далее пинцетом взять шелковистые нити триоксида серы и опустить в стакан с водой. Происходит довольно бурная реакция, сопровождающаяся сильным шипением. Синий раствор лакмуса, прибавленный в стакан, становится красным — образуется кислота:
Н2О -р SO3=H2SO4
Так как реакция сильно экзотермична и может протекать со взрывом, то ни в коем случае нельзя лить воду в триоксид серы; надо, наоборот, вносить триоксид серы в воду. Полученный раствор можно испытать хлоридом бария:
Ва2+ 4-SO2-= BaSO4 4
Опыт 218. Получение серной кислоты нитрозным (камерным или башенным) способом.
Оборудование и материалы. 1. Плоскодонная колба на 5 л с хорошо подобранной пробкой. 2. Пять стеклянных трубок, согнутых под прямым углом (из них четыре с длинным коленом, равным высоте колбы, пятая трубка короткая). 3. Газометр с кислородом. 4. Склянка Тищенко с водой. 5. Прибор для получения диоксида серы. 6. Прибор для получения диоксида азота. 7. Перегонная колба на 500 мл с пробкой. 8. Штатив с лапкой и кольцом. 9. Горелка. 10. Белый экран. 11. Резиновые трубки. 12. Сульфит натрия Na2SO3. 13. Медные стружки. 14. Серная кислота (пл. 1,84). 15. Азотная кислота (пл. 1,48). 16. Хлорид или нитрат бария (2 н. раствор). 17. Гидроксид натрия (20 % -ный раствор).
Подготовка. Собрать установку, изображенную на рис. 81. Большую стеклянную колбу 4 закрыть пробкой с пятью отверстиями.
Рис. 81. Получение серной кислоты нитрозным (камерным и башенным) способом
В четыре из них вставлены длинные, согнутые под прямым углом стеклянные трубки, в пятое отверстие вставлена короткая трубка, также согнутая под прямым углом. Одну длинную трубку через промывную склянку 7 с концентрированной серной кислотой соединить с колбой 8, в которой получается диоксид серы дейст-
вием серной кислоты на сульфит натрия. Другую длинную трубку соединить с колбой 3, в которой действием концентрированной азотной кислоты на медные стружки получается диоксид азота. Третью длинную трубку присоединить к колбе 6, в которой кипятится вода и откуда поступают пары воды. Через четвертую трубку и промывную склянку 2 с водой в колбу поступает кислород из газометра /. Последнюю короткую трубку соединить с двугорлой склянкой 5, содержащей раствор едкой щелочи. Заранее нагреть воду в колбе 6, чтобы к моменту демонстрации опыта вода кипела. Сначала парообразователь не должен соединяться с колбой.
Выполнение. Вводя по каплям концентрированную серную кислоту в колбу 8, получить диоксид серы и равномерным током направлять его в большую колбу-камеру. Вслед за тем на смоченные водой медные стружки в колбу 3 прилить небольшими порциями азотную кислоту. Выделяющийся бурый диоксид азота также направляется в большую колбу, в которой диоксид азота постепенно обесцвечивается, переходя в моноксид азота:
so2+no2=so3-j-no
Образовавшийся серный ангидрид дает с окислами азота в присутствии незначительных количеств влаги так называемую интрозил-серную кислоту HOSO3NO, которая в форме бесцветных кристаллов покрывает стенки колбы (камерные кристаллы). Если теперь в колбу внести из газометра немного кислорода, то колба снова наполнится бурым диоксидом азота. Происходит это оттого, что образовавшийся моноксид азота, присоединяя кислород, снова переходит в диоксид азота. Усиливая приток диоксида серы в колбу, можно вновь добиться исчезновения бурой окраски, а вводя новые порции кислорода из газометра, можно вновь наблюдать ее появление. Таким образом, достаточно овладеть управлением реакций, чтобы периодически вызывать то побурение, то обесцвечивание газов в колбе.
Присоединив колбу 3, пустить в колбу-камеру сильную струю паров воды. Кристаллы, покрывающие стенки колбы, тотчас исчезнут. Растворяясь в воде, они образуют серную кислоту:
SO2+NO2 4- Н2О=H2SO4+NO
Разобрать прибор. Вылить содержимое колбы-камеры в бокал. Прибавить туда раствор соли бария. Образование осадка BaSO4, не растворимого в кислотах, убеждает в том, что получилась серная кислота.
Опыт 219. Гигроскопические свойства серной кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы с разновесом. 2. Чашка Петри. 3. Дробь или песок. 4. Серная кислота (пл. 1,84). 5. Два стакана на 100—150 мл. 6. Кристаллогидрат сульфата меди (II) CuSO4-5H2O 7. Кристаллогидрат сульфата никеля (II) NiSO4-7H2O.
Выполнение, а. Налить серную кислоту в чашку Петри. Уравновесить на технических весах и обратить внимание слушателей
на равновесие. К концу лекции равновесие резко нарушится за счет поглощения серной кислотой воды из воздуха.
б. В два стакана на четверть их высоты налить концентриро. ванную серную кислоту. В один стакан на поверхность кислоты насыпать синие кристаллы сульфата меди (II), в другой — зеленые кристаллы сульфата никеля (II). Через некоторое время кристаллы теряют окраску за счет отнятия кристаллизационной воды серной кислотой.
Опыт 220. Термический эффект растворения серной кислоты в воде.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 750 мл. 2. Штатив с лапкой. 3. Лабораторный термометр до 150—200° С. 4. Плоскодонная фарфоровая чашка диаметром 9—12 см. 5. Стеклянный стакан 250 мл. 6. Стеклянная палочка. 7. Пробирка. 8. Коническая колба на 2—3 л. 9. Мерный цилиндр на 100 мл. 10. Мерный цилиндр на 25 мл. 11. Серная кислота (пл, 1,84). 12. Этиловый спирт. 13. Дистиллированная вода.
Выполнение, а. В стакан емкостью 750 мл, поставленный на плоскодонную фарфоровую чашку, почти до дна погрузить демонстрационный термометр, укрепленный лапкой в штативе; влить 100 мл воды. В другом стакане отмерить 200 мл серной кислоты (пл. 1,84). Обратив внимание слушателей на показание термометра, осторожно, тонкой струей приливать в стакан с водой концентрированную серную кислоту. Время от времени, прерывая приливание, осторожно помешивать раствор стеклянной палочкой и наблюдать за повышением температуры. После приливания всей серной кислоты раствор в стакане нагревается выше 100° С, но не закипает, так как этот раствор имеет температуру кипения более высокую, чем вода. В стакан с горячим раствором опустить пробирку с 2—3 мл этилового спирта, который быстро вскипает (т. кип. 78° С). Пары спирта следует поджечь у отверстия пробирки. Выделение большого количества тепла при смешивании серной кислоты с водой свидетельствует о химическом взаимодействии между ними. Демонстрируя этот опыт, целесообразно указать слушателям, что при разбавлении всегда следует приливать серную кислоту в воду, а не наоборот, во избежание опасного разбрызгивания горячей кислоты.
б. В большую коническую колбу налить 75 мл серной кислоты. Осторожно прилить 25 мл теплой воды. Наблюдать бурное вскипание раствора.
Опыт 221. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с органическими веществами.
Оборудование и материалы. 1. Стеклянный стакан на 150 мл (наиболее удобен узкий). 2. Плоскодонная фарфоровая чашка диаметром 10—15 см. 3. Пробирка. 4. Стеклянная палочка. 5. Серная кислота (пл. 1,84). 6. Серная кислота (раствор 1 : 5). 7. Лучина. 8. Фильтровальная бумага. 9. Сахарная пудра.
Выполнение, а. Обугливание древесины. В пробирку до половины налить концентрированную серную кислоту. Погрузить в кислоту лучину. Через 2—3 мин погружения часть лучины становится черной (обугливание).
б. Обугливание бумаги. На листке фильтровальной бумаги с
помощью лучины или стеклянной палочки, смоченных серной кислотой (1’5), сделать какую-нибудь надпись. Затем бумагу осторожно подсушить над пламенем горелки. Вода испаряется, а остающаяся серная кислота обугливает бумагу в
местах, смоченных ею, так что надпись резко выделяется на белой бумаге.
в. Обугливание сахара. 50 г сахара, растертого в ступке до состояния пудры, высыпать в стакан, доставленный на плоскодонную фарфоровую чашку. Добавить 5 мл дистиллированной воды. Тщательно перемешать стеклянной палочкой до равномерного распределения воды в сахаре. Затем в стакан влить 25 мл концентрированной серной кислоты, еще раз быстро и энергично перемешать смесь до появления телесной окраски и установить стеклянную палочку вертикально по середине стакана. Примерно через минуту масса в стакане начинает темнеть, вспучиваться и в виде объемистой рыхлой ноздреватой массы вылезает из стакана (рис. 82). Реакция сопровождается выделением большого количества тепла,
Рис. 82. Обугливание сахара концентрированной серной кислотой
что заметно по сильному разогреванию стакана и интенсивному парообразованию. Серная кислота не только отнимает от сахара воду, но и вступает во взаимодействие с образовавшимся при этом углем: 2H2SO4+С=2Н2О -Ь 2SO24-СО2
Газообразные SO2 и СО2, а также пары воды, выделяясь, вспучивают массу, делают ее пористой и выталкивают из стакана.
Препараты и таблицы для обозрения серы и ее соединений
Сера ромбическая, призматическая, черенковая и комовая. Серный цвет. Серное молоко. Оксиды серы. Кислородные кислоты серы. Сульфиды. Сульфаты. Сульфосоли. Купоросы. Квасцы. Минералы серы: серебряный блеск Ag2S, реальгар As2S3, аурипигмент As2S3, медный блеск Cu2S, свинцовый блеск PbS, цинковая обманка ZnS, антимонит Sb2S3, пирит FeS2, киноварь HgS, молибденит MoS2, миллерит NiS, халькопирит FeCuS2, кобальтин CoAsS, мышьяковистый колчедан AsFeS, ангидрит CaSO4, гипс CaSO4-2H2O, кизерит MgSO4-2H2O, глауберова соль Na2SO4- 10Н2О, целестин SrSO4, барит BaSO4, англезит PbSO4.
Таблица. Ряд соединений серы:
—2 о -н 4-6
H2S — S — so2— so3
H2SO3 H2SO4
Na2S Na2SO3 Na2SO4
ГАЛОГЕНЫ —ФТОР, ХЛОР, БРОМ, ИОД (VIIA ГРУППА)
Некоторые константы элементов VIIА группы:
F С1 Вг I
Порядковый номер 9 17 35 53
Атомный вес 18,9984 35,453 79,904 126,9044
Радиус атома, А Ионизационный потенциал пер- 0,396 0,725 0,851 1,044
вого электрона, в 17,418 13,01 11,84 3,187 (ж) 10,44
Плотность, г!см? 1,108 (ж) 1,570 (ж) 4,942 (Тв)
Температура плавления, °C . . —219,6 —102,4 —7,3 113,6
Температура кипения, °C . . . —187,9 —34,0 59,2 184,5
ФТОР
Галогены получают окислением галогеноводородов и солей галогеноводородных кислот. Способность к окислению резко падает от иодоводорода к фтороводороду. Так, если иодид-ион легко окисляется даже слабыми окислителями, то фторид-ион можно окислить только электрическим током на аноде.
Опыт 222. Получение фтороводородной (плавиковой) кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Свинцовая реторта. 2. Склянка с широким горлом на 200—300 мл и парафиновой пробкой, покрытая внутри слоем парафина. 3. Кристаллизатор. 4. Штатив с лапкой. 5. Горелка. 6. Длинная воронка. 7. Лед с солью или охладительная смесь. 8. Фторид кальция. 9. Серная кислота (пл. 1,84). 10. Парафин. 11. Дистиллированная вода.
Выполнение. Насыпать в реторту порошок фторида рльция. Прилить через длинную воронку концентрированную серную кислоту. Укрепить реторту в штативе и поместить под тягой. Опус» тить конец реторты в парафинированную склянку с водой. Склянку поместить в охладительную смесь. Нагреть реторту на небольшом пламени горелки. Протекает реакция
CaF2+H2SO4 = CaSO4+H2F2
По окончании опыта сначала вынуть конец реторты из склянки, затем прекратить нагревание. Склянку закрыть парафиновой пробкой.
При ожогах фтороводородной кислотой пользоваться 2%-ным раствором хлорида кальция или 20 %-ной взвесью оксида магния в глицерине.
Опыт 223. Травление стекла фтороводородной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Свинцовая ванна или маленький, покрытый внутри парафином кристаллизатор. 2. Квадратики стекла по размеру кристаллизатора. 3. Шило или игла. 4. Горелка. 5. Маленькая чашка, внутри покрытая парафином. 6. Стеклянная палочка. 7. Парафин или воск. 8 Фторид кальция. 9. Серная кислота (пл. 1,84). 10. Бензин. 11. Вата
Выполнение. Если приходится пользоваться не свинцовой ванной, то маленький кристаллизатор надо внутри покрыть парафином. Квадратик стекла по размеру кристаллизатора покрыть тонким слоем расплавленного парафина. На остывшем слое парафина
^царапать шилом желаемую надпись (или рисунок). В маленькую чашку насыпать 3—5 г фторида кальция. Прилить и замешать стеклянной палочкой концентрированную серную кислоту до консистенции сметаны. Чашку поместить в кристаллизатор, покрытый стеклом с надписью. Протекают реакции
CaF2+H2SO4=CaSO4+H2F2
2H2F2+SiO2=2H2O+SiF4
SiF4+H2F2 = H2[SiF6]
По окончании травления (30—40 мин) стекло промыть водой,, парафин удалить механически или ваткой, смоченной в бензине.
Для травления на стекле можно воспользоваться также раствором фторида натрия Na2F2 в разбавленной уксусной кислоте НС2Н3О2.
Фтороводород ядовит, поэтому опыт проводить под тягой.
Опыт 224. Образование и разложение тетрафторида кремния.
Оборудование и материалы. 1. Широкогорлая колба на 100—150 мл с пробкой, имеющей две дырки для трубок. 2. Капельная воронка. 3. Штатив с лапкой и кольцом. 4. Асбестированная сетка. 5. Горелка. 6. Цилиндр на 50—100 мл. 7. Стеклянная трубка, дважды согнутая под прямым углом. 8. Фторид натрия. 9. Мелкий белый песок. 10. Ртуть.
Подготовка. Закрепить колбу и асбестированную сетку в штативе. Поместить в колбу 10 г фторида натрия, смешанного с 10 г мелкого белого песка. В колбу на пробке вставить капельную воронку. Ввести в цилиндр отводную трубку, налить в него немного ртути, так чтобы она закрыла конец отводной трубки. До половины заполнить цилиндр водой. Отводную трубку, согнутую в виде буквы П, присоединить на пробке к колбе. Налить в капельную воронку концентрированную серную кислоту (пл. 1,84).
Выполнение. Открыть кран капельной воронки и налить в колбу столько серной кислоты, чтобы она только закрыла твердую смесь. Осторожно нагреть колбу. Как только из прибора будет вытеснен воздух, через слой ртути начнут проходить пузырьки тетрафторида кремния. Он гидролизуется. Большое количество выпавшего в осадок диоксида кремния переходит на поверхность раздела газ — вода и образует плотную белую пену.
Образующийся при действии фтороводорода на песок тетрафторид кремния, соприкасаясь с водой, гидролизуется—образуются Диоксид кремния и комплексная фторокремниевая кислота. Уравнения реакций
N a2F2+H2SO4=K2SO4+H2F2
[ 2H2F2+SiO2=2H2O -h SiF4
3SiF4+2H2O=SiO24-2H2[SiF6]
По окончании опыта перенести прибор в вытяжной шкаф и вылить содержимое реакционной колбы в большой, наполненный водой сосуд.

ХЛОР
Опыт 225. Получение хлора путем окисления соляной кислотц дихроматом калия. При получении хлора из хлорид-иона Поль-зуются окислителями или применяют электролиз (анодное окисли ние). В большинстве лабораторных способов подвергают окислению главным образом соляную кислоту или хлорид натрия. Во втором случае окисляют в присутствии серной кислоты, которая в результате реакции двойного обмена образует соляную кислоту.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 500—600 мл, 2. Капельная воронка. 3. Простая воронка диаметром 5—7 см. 4. Короткая пробирка. 5. Две промывные склянки. 6. Цилиндр для собирания газа. 7. Штатив с лапкой и кольцом. 8. Асбестированная сетка. 9. Горелка. 10. Стеклянная трубка по высоте цилиндра, согнутая под прямым углом. 11. Резиновые трубки. 12. Вата. 13. Дихромат калия (кристаллический). 14. Соляная кислота (пл. 1,19).
Подготовка. Собрать прибор, как указано на рис. 83. В колбу Вюрца насыпать слой дихромата калия К2Сг2О7 (2—3 см).
Рис. 83. Получение хлора окислением соляной кислоты дихроматом калия:
1 — капельная воронка с концентрированной соляной кислотой;
2 — колба Вюрца с кристаллическим Дихроматом калия; 3— промывная склянка с водой; 4 — промывная склянка с концентрированной серной кислотой; 5 — цилиндр для наполнения хлором
*
Посередине колбы в дихромат калия вставить короткую пробирку, не выходящую из шара колбы. Горло колбы закрыть пробкой с проходящей через нее капельной воронкой, конец трубки которой ввести в пробирку. В капельную воронку налить концентрированную соляную кислоту. К колбе присоединить промывные склянки с водой и концентрированной серной кислотой. Согнутую под прямым углом стеклянную трубку соединить резиновой трубкой с промывной склянкой и до дна опустить в цилиндр, сверху прикрытый тампоном ваты.
Выполнение В колбу из капельной воронки прилить столько концентрированной соляной кислоты, чтобы весь взятый дихро-калия был ею покрыт. Протекает реакция
К2Сг2О7+6НСЦ-8НС1=2КСЦ-2СгС13+7Н2О+ЗС12
1 Сг2О^“ + 6е+14Н+ -> 2Сг3+ + 7Н2О
___3__________2С1- — 2е -> С12______________ Cr2O^~ + 6С1- + 14Н+ = 2Сг3+ +ЗС12+7Н2О
Реакцию вести, нагревая колбу Вюрца слабым огнем через сетку. С прекращением нагревания хлор перестает выделяться. Избегать сильного нагревания, которое способствует выделению хлористого водорода; его примесь к хлору мешает проведению опыта. После вытеснения из прибора воздуха хлор собрать в сухой стеклянный цилиндр, вытесняя из него воздух.
Цилиндры с хлором следует закрывать притертыми стеклянными пластинками, смазанными вазелином'или при помощи парафинированных пробок.
Опыт 226. Получение хлора окислением соляной кислоты диоксидом марганца.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 500 мл. 2. Воронка диаметром 5 см. 3. Капельная воронка. 4. Короткая пробирка. 5. Две промывные склянки. 6. Цилиндр для собирания газа. 7. Штатив с лапкой и кольцом. 8. Асбестированная сетка. 9. Горелка. 10. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 11. Резиновые трубки. 12. Диоксид марганца (зерненый). 13. Соляная кислота (пл. 1,19). 14. Вата.
Подготовка. В колбу Вюрца на четверть объема поместить диоксид марганца, свободный от пыли, в зернах с горошину (во избежание сильного ценообразования во время реакции). Посередине колбы в двуокись марганца вставить короткую пробирку (см. рис. 83). Горло колбы закрыть пробкой с проходящей через нее капельной воронкой, трубку которой ввести в пробирку. В воронку налить концентрированную соляную кислоту (можно техническую). К колбе присоединить промывные склянки, содержащие воду. В большинстве случаев можно ограничиться одной промывной склянкой; для более тщательной очистки применяют вторую склянку. В тех случаях, когда хлор необходимо высушить, во вторую склянку налить концентрированную серную кислоту. Согнутую под прямым углом стеклянную трубку соединить резиновой трубкой с промывной склянкой и до дна опустить в цилиндр, сверху прикрытый куском ваты.
Выполнение. В колбу из капельной воронки влить концентрированную соляную кислоту — столько, чтобы весь взятый диоксид марганца был ею покрыт. Реакция начинается сразу же, но при обычной температуре протекает медленно:
МпО2+2НС1+2НС1==МпС12+2Н2О+С12
1 МпО24-2е+4Н+ ->Мп2+4-2Н2О
1______2С1~~— 2е-»С12_________
МпО2+2С1-4-4Н +=Мп2++2Н2О+С12
И Ф. П. Платонов
161
Для ускорения реакции колбу осторожно и постепенно нагреТь небольшим пламенем горелки, следя за равномерностью тока вьь деляющегося хлора. При сильном нагревании из соляной кислоты выделяется газообразный хлористый водород, примесь которого к хлору мешает успешному проведению опытов. Проходя через промывные склянки, наполненные водой, хлор освобождается от капелек увлекаемой им соляной кислоты и от хлористого водорода
Хлор собирать в сухой стеклянный цилиндр, вытесняя из него воздух. Хлор можно собирать и над водой, но она должна быть горячей, чтобы уменьшить растворимость хлора. Вместо воды можно применять насыщенный раствор поваренной соли. Цилиндры с хлором следует закрывать притертыми стеклянными пластинками, смазанными вазелином, или при помощи парафинированных пробок.
После окончания опыта колбу наполнить водой для прекращения реакции и вытеснения хлора; только затем прибор разобрать и вымыть. Чтобы лучше отмыть колбу, можно применять раствор щавелевой кислоты или раствор ее соли, подкисленный серной кислотой.
Опыт 227. Получение хлора взаимодействием соляной кислоты с перманганатом калия.
Оборудование и материалы — те же, что и в предыдущем опыте, но вместо диоксида марганца взять перманганат калия.
Подготовка. Собрать прибор по рис. 83. В колбу насыпать кристаллический перманганат калия слоем 2—3 см. Количество перманганата калия должно находиться в соответствии с требующимся количеством хлора (10 г перманганата калия и 60 мл концентрированной соляной кислоты дают около 4 л хлора).
Выполнение. В капельную воронку налить концентрированную соляную кислоту и из воронки по каплям приливать кислоту в колбу, регулируя скорость ее поступления и этим устанавливая скорость тока выделяющегося хлора. Собрать хлор, как в предыдущем опыте. Уравнение реакции
2КМпО4+ЮНС1+6НС1=2КС1+2МпС12+8Н2О+5С12
2 1 МпО7+^+8Н +=Мп2+4-4Н2О
10 5 С1~— 1е=С1
2МпО7+ ЮС1- +16Н+=2Мп2++5С124-8Н2О
После окончания опыта поступать, как в предыдущем опыте.
Опыт 228. Получение хлора окислением хлорида натрия диоксидом марганца в присутствии серной кислоты.
Материалы и оборудование. 1. Колба Вюрца на 0,5 л. 2. Капельная воронка. 3. Простая воронка диаметром 5 см. 4. Короткая пробирка. 5. Две промывные склянки с водой. 6. Цилиндр для собирания газа. 7. Штатив с лапкой и кольцом. 8. Асбестированная сетка. 9. Горелка. 10. Стеклянная трубка по высоте цилиндра, согнутая под прямым углом. 11. Резиновые трубки. 12. Вата. 13. Хлорид натрия (кристаллический). 14. Двуокись марганца. 15. Серная кислота (2: 1).
Подготовка. В колбу Вюрца насыпать в весовом отношении 5.6 смесь порошка диоксида марганца и хлорида натрия. В капельную воронку налить серную кислоту (2: 1).
Выполнение. Открыть кран капельной воронки. Серная кислота попадает в колбу, в результате чего протекает реакция
2NaCl+MnO2+3H2SO4=2NaHSO4+Cl3+MnSO4+2H2O
1 2С1~ —2е->С12
1 МпО2+2е4-4Н+->Мп2++2Н2О
2С1~4-МпО2+4Н+=С12+Мп2++2Н2О
Реакция хорошо протекает при комнатной температуре, поэтому колбу Вюрца приходится подогревать лишь в конце опыта, когда выделение хлора начинает замедляться.
Опыт 229. Получение жидкого хлора по Фарадею.
Оборудование и материалы. 1. Установка для получения хлора (см. рис. 83) и соответствующие реактивы (см. опыт 225). 2. Коническая колба на 250—300 мл. 3. Кристаллизатор. 4. Толстостенная стеклянная трубка диаметром 1,5—2 см, длиной 40—50 см, запаянная с одного конца и изогнутая, как указано на рис. 84. 5. Чехол из чистой металлической сетки. 6. Два кристаллизатора (или чашки). 7. Два демонстрационных стола. 8. Штатив с лапкой. 9. Колба с теплой водой (50°С). 10. Кристаллогидрат хлора С12-8Н2О. 11. Лед с поваренной солью.
Подготовка. В коническую колбу, помещенную в кристаллизатор со льдом, налить 100 мл дистиллированной воды. Опустив в колбу широкую трубку, пропустить медленный ток хлора. Вскоре в колбе появляется бледно-желтая кристаллическая масса гидрата хлора С12-8Н2О.
Толстостенную стеклянную трубку, охлаждая снаружи снегом, на четверть заполнить кашицей из смеси кристаллогидрата хлора С12-8Н2О с водой. Охлаждая это колено смесью снега и соли, запаять другое колено. На колено с кашицей надеть чехол из металлической сетки (при возможном разрыве трубки осколки
стекла задерживаются ею). Укрепив трубку лапкой в штативе, концы ее погрузить в стеклянные чашки или в кристаллизатор (рис. 84).
Выполнение. Кристаллогидрат С12-8Н2О разлагается при 9,6° С в открытом сосуде и при 38° С в запаянной трубке. В последнем случае в трубке создается повышенное давление (7—8 атм), при котором газообразный хлор превращается в желтую маслообразную жидкость. Пустое колено трубки покрыть в чашке охлаждающей смесью снега (или.льда) с поваренной солью (3:1).
На колено трубки с кристаллогидратом, закрытое металлической сеткой, понемногу лить из колбы воду, нагретую до ~50°С. Труб, ка наполняется желто-зеленым газом, а в ее охлажденном колеце собирается жидкий хлор. После этого сжиженный хлор перелить в противоположное колено трубки, где он, вступая в соединение с водой, вновь образует кристаллогидрат. Раз приготовленная труб, ка может служить для многократной демонстрации опыта.
Опыт 230. Приготовление хлорной воды.
Оборудование и материалы. 1. Установка для получения хлора (см. рис. 83), и соответствующие реактивы (см. опыт 225). 2. Колба на 1 д 3. Штатив с лапкой. 4. Дистиллированная вода.
Выполнение. Колбу, наполненную холодной дистиллированной водой, закрепить наклонно в лапке штатива. По трубке в кол-• бу пустить медленный ток хлора. Газ, отчасти растворяясь в воде, собирается в верхней части колбы над водой, вытесняя воду в верхнюю часть горла. Взбалтывание (время от времени) способствует лучшему растворению хлора в воде. Хлорная вода — смесь четырех компонентов:
С12+Н2О НС1+НС1О
Опыт 231. Горение водорода в хлоре.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1 :5). 2. Стеклянная трубка, согнутая у одного конца под прямым углом, а у другого конца — как показано на рис. 85. 3. Цилиндр, наполненный хлором. 4. Синий раствор лакмуса.
Выполнение. Из аппарата Киппа через оттянутый конец согнутой стеклянной трубки пустить ток водорода. Испытав предварительно водород на чистоту, поджечь его у оттянутого конца трубки и конец медленно опустить в цилиндр с хлором (см. рис. 85). Водород продолжает гореть, пламя его удлиняется и приобретает более заметную окраску:
Н24-С12=2НС1
После этого в цилиндр налить синий раствор лакмуса, который от образовавшейся соляной кислоты тотчас краснеет, а затем обесцвечивается хлором, не вошедшим в реакцию.
Опыт 232. Горение хлора в водо-
Рис. 85. Горение водорода в хлоре Р°Де*
Оборудование и материалы-1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5). 2. Прибор для получения хлора и соответствующие реактивы (см. опыт 225, рис. 83). 3. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. 4. Стеклянный колокол с газоотводной трубкой, согнутой под прямым углом. 5. Два штатива с лапками и асбестирован-ной сеткой. 6. Горелка.
подготовка. К промывной склянке с концентрированной пной кислотой, соединенной с аппаратом Киппа, в котором по-v^aioT водород, присоединить укрепленный на штативе стеклян-колокол с газоподводящей трубкой (рис. 86). Рядом устано-ййть прибор для получения хлора. К колбе присоединить согнутую в - прямым углом и слегка оттянутую на конце стеклянную трубку. П Выполнение. Открыв кран у аппарата Киппа, отрегулиро-вать равномерный, не очень сильный ток водорода. Выждав некоторое время, поднести горящую лучину к отверстию стеклянного
Рис. 86. Горение хлора в водороде
колокола и поджечь заполнивший его водород. Из капельной воронки по каплям ввести в колбу, содержащую дихромат калия, концентрированную соляную кислоту. Как только колба заполнится хлором, трубку с оттянутым концом медленно внести в колокол с водородом. При соприкосновении с пламенем водорода выходящий из трубки хлор загорается и продолжает гореть в водороде бледным пламенем.
> Опыт 233. Горение фосфора, меди, олова, сурьмы и скипидара в хлоре.
Оборудование и материалы. 1. Пять цилиндров с хлором. 2. Ас-бестированная металлическая ложечка на длинном стержне. 3. Щипцы. 4. Горелка. 5. Ступка с пестиком. 6. Фильтровальная бумага. 7. Лакмус. 8. Фосфор белый Или красный. 9. Тонкая медная пластинка или медная проволока. 10. Оловянная фольга. 11. Мелкокристаллическая свежерастертая сурьма. 12. Свежий скипидар.
Выполнение, а. Горение фосфора в хлоре. Металлическую ложечку, в которую положен кусочек белого фосфора с горошину, Хорошо высушенного между листочками фильтровальной бумаги, Рпустить в цилиндр с хлором. Вскоре фосфор воспламеняется и Сгорает бледным пламенем. Вместо белого фосфора можно взять £ухой красный фосфор, но он загорается не так легко, как белый.
В обращении с белым фосфором следует строго соблюдать пред писанные правила работы:
2Р+ЗС12=2РС13
2Р+5С12=2РС15
б. Горение меди в хлоре. Тонкую медную пластинку или пуцОк медной проволоки подогреть в пламени горелки и быстро внести в цилиндр с хлором, на дне которого насыпан слой песка 1—2 см Протекает реакция
Си~|-С12=СиС12
в. Горение оловянной фольги в хлоре. Кусок оловянной фольги в виде ленты или длинного неплотного жгута, держа щипцами слегка нагреть над пламенем горелки, затем опустить в цилиндр с хлором, на дне которого насыпан слой песка 1—2 см. Олово за-горается; на дно цилиндра падает огненный дождь; образуются капли сильно дымящей жидкости — тетрахлорида олова SnCl4:
Sn+2Cl2=SnCl4
J
г. Горение сурьмы в хлоре — см. опыт 167.
д. Горение скипидара в хлоре. Отрезать полоску фильтровальной бумаги такого размера, чтобы она свободно входила в цилиндр и не касалась дна его. Полоску смочить чистым, предварительно нагретым скипидаром. Избыток скипидара удалить, отжимая полоску между листами фильтровальной бумаги. Взяв конец полоски металлическими щипцами, опустить ее в цилиндр с хлором. Бумага обугливается, затем воспламеняется; из цилиндра вырывается пламя и густое облако сажи:
С10Н16+8С12 = 16НС1+ ЮС
Опыт 234. Взаимодействие хлора с оксидами металлов.
Оборудование и материалы. 1. Прибор и реактивы для получения хлора (см. опыт 225, рис. 83). 2. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. 3. Промывная склянка с едкой щелочью. 4. Трубка тугоплавкого стекла диаметром 2 см, длиной 30 см. 5. Цилиндр для собирания газов. 6. Кри* сталлизатор. 7. Три штатива с лапками и кольцом. 8. Асбестированная сетка. 9. Горелка. 10. Оксиды металлов: CaO, MgO, РЬО, СиО. 11. Лучина.
Подготовка. К прибору, описанному в опыте 225, присо-единить промывную склянку с концентрированной серной кислотой, а к последней — укрепленную в лапке штатива трубку тугоплавкого стекла, средняя треть которой рыхло заполнена окисью метал* ла. Трубку соединить с промывной склянкой, в которой растворен^ едкая щелочь, а идущую от склянки газоотводную трубку опустить в кристаллизатор с водой, куда погружен цилиндр, наполнений водой и опрокинутый вверх дном (рис. 87).
Выполнение. Зажечь горелку под трубкой. Прибавляя каплям концентрированную соляную кислоту к перманганату к#' лия, установить равномерный медленный ток хлора. Хлор, проход через промывную склянку с серной кислотой, высушивается и п°'
сТупает в накаленную трубку с окисью металла. Накаливание должно быть очень сильным для СаО и MgO (до начала слабого свечения) и менее сильным для РЬО и СиО. Выходящий из трубки кислород, проходя через склянку с едкой щелочью, освобождается оТ примеси непрореагировавшего хлора и собирается в цилиндре над водой. Опущенная в цилиндр тлеющая лучина ярко вспыхи-Бает. Оксиды, находящиеся в трубке, превращаются: белые СаО и
Рис. 87. Взаимодействие хлора с оксидами металлов
MgO — в СаС12 и MgCl2 того же цвета (плавятся); черный СаО — в бурый СиС12 (частично возгоняется); желто-розовый РЬО — в белый РЬС12 (частично возгоняется). Прежде чем прекратить нагревание, следует вынуть из кристаллизатора с водой газоотводную трубку.
Как видно из опыта, сродство хлора к металлам столь велико, что под действием его такие стойкие оксиды, как СаО, MgO, СиО, РЬО, превращаются в хлориды металлов и выделяется свободный кислород.
Опыт 235. Соединение хлора с водородом под влиянием тепла и света (гремучая смесь).
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой (1:5). 2. Прибор для получения хлора. 3. Два цилиндра на 0,5 л с притертыми краями и с притертыми стеклами для закрывания. 4. Плоскодонная колба на 100—150 мл с хорошо подобранной резиновой пробкой. 5. Кристаллизатор с насыщенным раствором хлорида натрия. 6. Предохранительный прямоугольный колпак из частой металлической сетки. 7. Защитное стекло. & Ящик из фанеры, покрывающий металлическую сетку. 9. Прямоугольная фанера по размеру ящика. 10. Горелка. 11. Полотенце. 12. Защитные очки. 13. Лакмус. 14. Магниевая лента или зажигательная смесь (1 г Mg и 1 г КСЮз). *5. Длинная лучина.
Выполнение, а. Внимание! Цилиндры и покрывающие стекла должны быть совершенно чистыми.
Один цилиндр наполнить хлором, другой — водородом, вытесняя воздух. На рассеянном свете (не на солнечном) поставить цилиндры отверстиями друг к другу и вынуть стеклянные пластинки, Разделяющие цилиндры. Держа плотно отверстие к отверстию,
перемешать газы. Обернуть один цилиндр полотенцем и поднесу отверстием к пламени горелки. Раздастся взрыв. После взрыва цилиндр налить немного воды и с помощью индикатора убедиться в образовании соляной кислоты. Если же потребуется повторись опыт, то второй цилиндр после его отделения закрыть стеклом ц затем проделать те же операции.
б. Наполнять колбу хлором и водородом в затемненном поме-щении при отсутствии прямых солнечных лучей.
Точно измерить объем совершенно чистой колбы. Поставить на ней хорошо видную восковую метку, указывающую половинный объем колбы. Наполнив ее водой и погрузив вверх дном в кри-сталлизатор с водой, ввести в нее хлор до метки, а вторую половину заполнить водородом. Горло колбы плотно закрыть резиновой пробкой. Несколько раз перевернуть колбу для лучшего перемешивания газов, установить дном на середину куска фанеры, накрыть колпаком из металлической сетки и поместить в вытяжной шкаф, закрыв сверху ящиком из фанеры. Рядом с ящиком в лапке штатива укрепить спираль из магниевой ленты.
Сняв деревянный ящик и отставив его в сторону с помощью длинной лучины (держать на вытянутой руке), поджечь магниевую ленту. Тотчас происходит сильный взрыв, в результате которого колба разлетается на мелкие осколки. При этом протекает цепная реакция, которую схематически можно изобразить так:
С14-Н2->НС1+Н
+
С12->НС1+С1
Н2->НС1+Н
С12—>НС1+С1 и т. д.
Опыт 236. Разложение хлорной воды под влиянием света.
Оборудование и материалы. 1. Длинная стеклянная трубка диаметром 1,5—2 см, длиной 50—70 см, заплавленная с одного конца. 2. Кристаллизатор с насыщенным раствором хлорида натрия. 3. Горелка. 4. Штатив с лапкой. 5. Свежеприготовленная хлорная вода. 6. Лучина.
Выполнение, а. Наполнить трубку хлорной водой. Опустить ее открытым концом в кристаллизатор с насыщенным раствором хлорида натрия. Поставить прибор на яркий свет. В верхней части трубки постепенно собираются пузырьки кислорода. На ярком солнечном свету достаточно несколько часов, в течение которых соберется столько кислорода, что он воспламенит тлеющую лучину.
б. Другой вариант. Колбу с длинным и узким горлом, наполненную свежеприготовленной хлорной водой, опрокинув горлом вниз, погрузить в кристаллизатор с насыщенным раствором поваренной соли. Колбу укрепить в лапке штатива. Собранный прибор поместить в наиболее освещенное место, лучше под прямые солнечные лучи. Под влиянием света из хлорной воды постепенно выделяются пузырьки кислорода, собирающегося в колбе. Чем ярче освещение, тем интенсивнее разлагается хлорная вода.
Выделяющийся кислород собирается в колбе; когда его набе-етСя достаточно, перевернуть колбу и в горло ввести тлеющую пучину — она воспламеняется. Вода приобретает кислую реакцию, уравнения реакций
2С19+2Н2О=2НС1+2НС1О
2НС1О=2НС1+О2
2С124-2Н2О=4НС1+О2
Опыт 237. Белящие свойства хлора.
Оборудование и материалы. 1. Четыре стакана на 0,3—0,5 л. 2 Два цилиндра на 0,5 л с корковыми пробками и покрывными стеклами. 3 Делительная воронка с длинной трубкой. 4. Прибор для получения сухого хлора. 5. Растворы лакмуса, фуксина и фиолетовых чернил. 6. Пластилин. 7. Полоски цветной хлопчатобумажной ткани. 8. Серная кислота (пл. 1,84). 9* Свежеприготовленная хлорная вода. 10. Полоска газетной бумаги с надписью даты опыта (фиолетовыми чернилами).
Выполнение, а. К растворам лакмуса, фуксина и фиолетовых чернил в стаканах добавить хлорную воду. Окраска растворов исчезает. На полоске газетной бумаги с фиолетовой чернильной надписью обесцвечиваются в хлорной воде только слова, написанные чернилами, типографская краска не обесцвечивается.
б. На дно сухого цилиндра налить из делительной воронки 20—30 мл концентрированной серной кислоты (пл. 1,84). В другой цилиндр влить 20—30 мл хлорной воды. Оба цилиндра заполнить сухим хлором и закрыть пробками.
К одному покрывному стеклу пластилином прикрепить сухую полоску цветной хлопчатобумажной ткани, к другому покрывному стеклу — смоченную водой полоску той же ткани. Сухую полоску опустить в цилиндр с хлором, на дне которого налита серная кислота; в цилиндр с хлором и хлорной водой опустить влажную полоску. Во влажной атмосфере окраска ткани быстро исчезает, в то время как даже при длительном пребывании сухой ткани в атмосфере сухого хлора обесцвечивания не наступает. Следовательно, хлор белит только в присутствии влаги, а типографская краска, тушь и другие краски не обесцвечиваются.
Нужно иметь в виду, что не все ткани одинаково легко обесцвечиваются, поэтому ткань следует заранее испытать. И если она легко обесцвечивается, то только в этом случае применять ее в демонстрационном опыте. Обесцвечивает кислород, выделяющийся при распаде хлорноватистой кислоты (см. опыт 236). Если в газообразный хлор внести красную розу, то обесцвечивается в первую очередь более чувствительный к его действию зеленый хлорофилл, а затем и красный краситель лепестков. Механизм окисляющего действия хлорноватистой кислоты и ее солей объясняют также наличием хлора со степенью окисления +1, проявляющим себя в этих процессах активным окислителем:
4-1
С14-1е->С1°
С1+2е->С1~
например
KC1O+H2S=KC1+S-|-H2O
С10 -+H2S= С1-+S 4- Н 20
Опыт 238. Синтез хлороводорода.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и сер, ной кислотой. 2. Прибор для получения хлора из соляной кислоты и дихро. мата калия. 3. Две промывные склянки с концентрированной серной кислотой. 4. Широкая стеклянная трубка диаметром 5—6 си, высотой 20—25 см 5. Стеклянный тройник диаметром 1—1,5 см. 6. Стеклянная трубка диаметров 1 см. 7. Стеклянная палочка 25—30 см. 8. Два штатива с лапками. 9. Горелка. 10. Концентрированный аммиачный раствор. 11. Синяя лакмусовая бумажка.
Подготовка. Вставить узкую трубку в тройник, покрыв место стыка коротким отрезком резиновой трубки. Тройник вставить в пробку, а ею закрыть нижнее отверстие широкой стеклянной труб-
Рис. 88. Синтез хлороводорода:
1111 (конц.); 2— К2Сг2О7 (крист.); 5, 5—промывная склянка с H2SO4 (конц.); 4 — пламя горящего хлора в водороде; 6,7 — аппарат Киппа с водородом
ки, вертикально укрепленной в штативе (рис. 88). Трубку соединить с промывной склянкой, содержащей концентрированную серную кислоту. Склянку присоединить к прибору, в котором получают хлор взаимодействием концентрированной соляной кислоты с дихроматом калия. Боковую трубку тройника соединить с другой промывной склянкой, содержащей концентрированную серную кислоту, а последнюю — с аппаратом Киппа, как указано на рис. 88.
Выполнение. Вынув пробку с тройником из широкой трубки, открыть кран аппарата Киппа. Сделав пробу на отсутствие гремучего газа, поджечь водород у свободного отверстия тройника. Отрегулировав пламя водорода, пробку вставить в стеклянную трубку и тотчас пустить равномерный несильный ток хлора, при-
края по каплям концентрированную соляную кислоту из воронки * колбу с дихроматом калия. Смесь хлора с водородом сгорает бледно-зеленым пламенем. Если над трубкой поместить стеклян-vl0 палочку, смоченную концентрированным раствором аммиака,
то образуется густой белый дым хло-пйДЗ аммония. Влажная синяя лакмусовая бумажка, поднесенная к отверстию стекла, краснеет. Перед окончанием опыта сначала вынуть цз широкой трубки пробку с тройником и только после этого прекратить подачу водорода и хлора.
На этом принципе основано промышленное получение синтетической соляной кислоты (рис. 89).
Опыт 239. Получение хлороводорода действием концентрированной серной кислоты на хлорид аммония.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 500—800 мл. 2. Простая воронка диаметром 5—7 см. 3. Капельная воронка. 4. Промывная склянка с концентрированной серной кислотой. 5. Штатив с лапкой и кольцом. 6 Горелка. 7. Асбести-рованная сетка. 8. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом по размеру цилиндра. 9. Цилиндр для собирания газов, аммония. 12. Серная кислота (1 : 1).
Вода
. Соляная кислота
Рис. 89. Схема заводской установки для получения синтетической соляной кислоты:
1 — печь для сжигания водорода; 2 — адсорбционная колонна
10.
Короткая пробирка.
11. Хлорид
Подготовка. Одну треть колбы засыпать сухим хлоридом аммония. Горло колбы закрыть пробкой, через которую проходит капельная воронка, наполненная серной кислотой (1 : 1). Нижний конец воронки должен входить в небольшую короткую пробирку (рис. 90). Боковую трубку колбы соединить с промывной склянкой, содержащей концентрированную серную кислоту. Длинную, согнутую под прямым углом и соединенную с промывной склянкой стеклянную трубку опустить до дна в цилиндр для собирания газа.
Выполнение. Открыть кран капельной воронки. Серная кислота заполняет сначала пробирку, создавая надежный гидравлический затвор, препятствующий выходу хлористого водорода через трубку воронки, затем попадает на хлорид аммония. Образующийся хлороводород осушается, проходя через промывную склянку, | собирается в цилиндре. Интенсивность процесса зависит от степени нагревания. Уравнения реакций
К NH4C1+H2SO4=NH4HSO4-|-HC1 (на холоду)
К NH4C1-|-NH4HSO4=(NH4)2SO4-|-HC1 (при нагревании)
Опыт 240. Растворение хлороводорода в воде («фонтан»).
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения хлороводорода (см. опыт 239). 2. Две стеклянные бутыли на 5—6 л. 3. Штатив с Лвумя кольцами. 4. Раствор лакмуса.
Подготовка. Бутыль емкостью 5—6 л, предварительнотщ тельно высушенную, наполнить хлороводородом, опустив до ее согнутую под прямым углом стеклянную трубку. Трубка соедине^
Рис. 90 Получение хлороводорода действием концентрированной серной кислотой на хлорид аммония
с прибором, в котором получают хлороводород. Пропускать его 30—40 мин (в конце наполнения газ должен образовывать густые клубы тумана у горла бутыли). Затем бутыль плотно закрыть резиновой пробкой, через которую проходит прямая длинная стек-
Рис. 91. Растворение хлороводорода в воде «фонтан»
лянная трубка диаметром ~ 1 см. Слегка оттянутый конец трубки должен доходить до половины высоты бутыли. На внешний конец трубки надеть короткую резиновую трубку с винтовым зажимом. Зажим плотно завинтить. С помощью той же резиновой трубки бутыль с хлороводородом, укрепленную в штативе, соединить, как показано на рис. 91, со второй бутылью, содержащей подкрашенную синим лакмусом воду.
Нижнюю бутыль плотно закрыть резиновой пробкой. Через пробку проходит стеклянная трубка, доходящая почти до самого дна бутыли, а сверху соединена с трубкой от верхней бутыли. В пробку нижней бутыли вставлена короткая стеклянная трубка, согнутая под прямым углом, на внешний конец которой надета длинная резиновая трубка.
Выполнение. Открыв винтовой зажим, через трубку вдуть немного воздуха в нижнюЮ
бутыль, отчего несколько капель воды входит в верхнюю бутыль, «фонтан» приходит в действие. Вода фонтаном врывается в верхнюю бутыль и окрашивается в красный цвет. При комнатной температуре в одном объеме воды растворяется более 400 объемов хлороводорода.
Опыт 241. Растворение хлороводорода в воде.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения хлороводорода. 2. Цилиндр для собирания газов с пришлифованной стеклянной пластинкой. 3. Кристаллизатор. 4. Синий раствор лакмуса.
Рис. 92. Получение чистого хлорида натрия осаждением его хлороводородом
(рис. 92.) Опустив во-
Выполнение. Цилиндр, наполненный хлороводородом и закрытый пришлифованной стеклянной пластинкой, перевернуть и погрузить в кристаллизатор с водой, подкрепленной синим лакмусом. Быстрым движением отнять под водой стеклянную пластинку, закрывающую отверстие цилиндра, и осторожно покачать его из стороны в сторону. Вода вначале медленно, а потом быстрее входит в цилиндр, заполняя его почти целиком. Жидкость в цилиндре при этом окрашивается в красный цвет.
Опыт 242. Получение чистого хлорида натрия с помощью хлороводорода.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения хлороводорода. 2. Стакан на 500—800 мл. 3. Воронка по диаметру стакана. 4. Насыщенный раствор хлорида натрия. 5. Лампа для бокового подсвета.
Выполнение. В стакан до половины объема налить насыщенный раствор поваренной соли. К газоотводной трубке прибора, в котором получают хлороводород, на резиновой трубке присоединить воронку
ронку в стакан с раствором поваренной соли, пропустить ток хлороводорода. В результате повысится концентрация хлорид-иона в растворе, в связи с чем растворимость хлорида натрия резко уменьшится, так что соль выпадет в осадок в виде мелких кристаллов (искрятся при боковом освещении); примеси остаются в растворе. После фильтрования и осторожного прокаливания соль освобождается от поглощенного ею хлористого водорода, так что становится совершенно чистой.
Хлор образует четыре кислородные кислоты: хлорноватистую НСЮ (ее соли — гипохлориты), хлористую НСЮ2 (ее соли — хлориты), хлорноватую НС1О3 (ее соли — хлораты), хлорную НСЮ4 (ее соли — перхлораты). По мере увеличения степени окисления хлора сила кислот возрастает.
Опыт 243. Получение гипохлорита и хлората калия.
Оборудование и материалы. 1. Два прибора для получения хлора. 2. Три промывные склянки. 3. Промывная склянка с широкой внутренней пробкой. 4. Два стакана на 500—600 мл. 5. Стеклянный тройник. 6. Два тре
ножника. 7. Два демонстрационных столика. 8. Три штатива с лапками и коль» цами. 9. Две асбестированные сетки. 10. Три горелки. 11. Катализатор с рас' твором гидроксида натрия. 12. Термометр. 13. Соляная кислота (пл. 1,19) 14. Дихромат калия (кристаллический). 15. Раствор едкого кали (1:3). 16. Снег или лед. 17. Хлорид натрия.
Подготовка. Собрать установку, изображенную на рис. 93. Прибор 1 и I для получения хлора соединить с промывными склянками 2 и II на подставках. Эти склянки содержат воду для очистки проходящего через них хлора. Промывные склянки 3 и /7/>
Рис. 93. Получение гипохлорита и хлората калия
соединенные со склянками 2 и //, содержат концентрированный раствор гидроксида калия. Склянку 3 поместить в стакан с охладительной смесью, склянку III — в стакан с водой. Оба стакана поставить на треножники. Чтобы III не лопнула при нагревании, между ее дном и дном стакана поместить прокладку из тонкой корковой пробки (на рисунке не показана). Газоотводные трубки промывных склянок 3 и III присоединить через тройник 4 к стеклянной трубке, отводящей газ в кристаллизатор 5 со щелочью.
Выполнение. Нагреть воду в стакане со склянкой /// до 70—80° С. Через обе склянки со щелочью пропустить ток хлора, получающегося в колбах 1 и I. Проходя через охлаждаемый раствор едкого кали, хлор образует с ним гипохлорит калия КСЮ. Поступая же в горячий раствор едкого кали, хлор образует там хлорат калия КС1О3 (бертолетову соль), который при охлаждении раствора выпадает в осадок:
С12+2КОН=2КС1+КС1О+Н2О (на холоду)
1 С1+к»С1“
1 С1—1е+2ОН~-> СЮ~-рН2О
С12+2ОН “=С1~+С1О“+Н2О
3Cl2+6KOH = 5KCl-j-KClO3+3H2O (при нагревании) 5 С14-к^С1“
1 С1 — 5е+6ОН"-> С1О~+ЗН2О
ЗС12+6ОН“=5С1“+С1О7+ЗН2О
Гипохлорит калия можно получить, смешивая свежеприготовленную хлорную воду с 4—5 н. раствором гидроксида калия.
у Опыт 244. Получение хлорной (белильной) извести.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для получения хлора. 2 Стакан на 250—300 мл с палочкой. 3. Негашеная известь. 4. Дистиллированная вода.
Выполнение. В стакан на одну пятую часть объема насы-пать негашеную известь. Водой погасить известь, помешивая папочкой:
СаОф-Н2О=Са (ОН)2
Через суспензию гашеной извести пропустить хлор. Образуется двойная кальциевая соль хлорноватистой и соляной кислот:
/С1
Са (ОН)2+С12->Сах -|-Н2О
ХОС1
Эта соль — главная составная часть хлорной извести, приготавливаемой в технике в больших количествах. При взаимодействии раствора карбоната натрия и хлорной извести выпадает в осадок карбонат кальция, а в растворе будут хлорид и гипохлорит натрия. Этот раствор называется жавелевой водой:
CaCl(OCl)+Na2CO3=CaCO3+NaCl+NaClO
Опыт 245. Окисляющее действие хлорноватистой кислоты и гипохлоритов.
Оборудование и материалы 1. Девять стаканов на 250—300 мл с палочками. 2. Штатив с воронкой и фильтровальной бумагой. 3. Свежепри-. готовленная хлорная вода. 4. Раствор гипохлорита калия и суспензия хлорной извести (из предыдущих опытов). 5. Раствор лакмуса (синий). 6. Свежеприготовленная сероводородная вода. 7. Соляная кислота (2 н.).
Выполнение, а. В один стакан налить раствор лакмуса, в другой — сероводородную воду. В оба стакана, помешивая, прилить хлорную воду. Лакмус там и там обесцвечивается; в стакане с сероводородной водой, кроме того, появляется муть (взвесь серы):
H2S+HC1O=H2O+S+HC1
б. Полученную в предыдущем пункте хлорную известь профильтровать. Далее поступить, как указано ниже:
Прибавляемые растворы реактивов Наблюдаемый эффект
1-й стакан 2-й » 3-й » 4-й » 5-й » 6-й » Лакмус Синяя окраска Лакмус и КСЮ То же Лакмус КСЮ и НС1 Окраска исчезает H2S Прозрачный раствор H2S и хлорная известь То же H2S, хлорная известь и НС1 Появляется муть
Опыт 246. Получение диоксида хлора восстановлением хлората
калия щавелевой кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка. 2. Два стакана на 1 л. 3. Треножник с асбестированной сеткой. 4. Горелка. 5. Стеклян-
ная палочка по размеру стакана. 6. Штатив с лапкой, асбестированной сеткой и кольцом. 7. Капельница с водой. 8. Термометр на 100° С. 9. Экран из орГа^ нического стекла. 10. Хлорат калия КС1О3 (кристаллический). 11. Щавелеву кислота Н2С2О4-2Н2О (кристаллическая).
Подготовка. На сетку штатива поставить стакан. Закрепить большую пробирку в лапке штатива так, чтобы основной объем пробирки был в стакане. Поставить нагревать воду в другом ста. кане до 50—60° С (не выше). В пробирку насыпать ~1 г хлората калия и ~0,5 г щавелевой кислоты.
Выполнение. Из капельницы выпустить на смесь в пробирке 2—3 капли воды. Происходит потрескивание и шипение. Пустой стакан на сетке штатива заменить стаканом с нагретой до 50—60° С водой. В этих условиях реакция протекает более энергично:
2КС1О3+Н2С2О4 = К2СО3+СО2+Н2О+2СЮ2
2 С1О7+ 1с+2Н+-> С1О2+Н2О
1 С2С)2“ — 2е->2СО2
2С1О7+С2О2~ + 4Н+=2С1О2+2СО2+2Н2О
Диоксид хлора при 65° С разлагается со взрывом, поэтому при его получении следует соблюдать осторожность: работать с малыми
Рис. 94 Горение белого фосфора под водой в присутствии хлората калия
количествами, не повышать температуру выше 60° С и ставить защитный экран.
Опыт 247. Горение белого фосфора под водой в присутствии хлората калия.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка (3,5x30 см). 2. Стакан на 500—750 мл. 3. Воронка диаметром 5 см. 4. Капельная воронка с длинной трубкой. 5. Штатив с лапкой и кольцом. 6. Хлорат калия КС1О3. 7. Белый фосфор. 8. Серная кислота (пл. 1,84).
Подготовка. Пробирку на три четверти наполнить водой, погрузить в стакан с водой и укрепить в штативе. Внести в нее 5—10 г хлората калия и 2—3 куска белого фосфора с горошину. Опустить в пробирку, вставленную в кольцо штатива, капельную воронку, трубка которой нижним концом доходит до слоя бертолетовой соли и фосфора. В капельную воронку налить концентрированную серную кислоту (рис. 94).
Выполнение. Из капельной воронки в пробирку осторожно небольшими порциями влить серную кислоту. Как только кислота
приходит в соприкосновение с хлоратом калия, слышится потрескивание, прилегающая жидкость окрашивается в желтый цвет от выделяющегося диоксида хлора и фосфор тотчас вспыхивает. При
взаимодействии хлората калия с концентрированной серной кисло-I той образуется хлорноватая кислота НС1О3, которая, будучи непрочной, разлагается на хлорную кислоту НС1О4 и диоксид хлора СЮ2-
Диоксид хлора в присутствии веществ, способных к окислению,, распадается на хлор и кислород. Наличие последнего обусловливает горение фосфора, находящегося под водой. Уравнения реакций:
3KC1O3+2H2SO4=2KHSO4+KC1O4+H2O+2C1O2
KC1O3+H2SO4 = KHSO4+HC1O3
ЗНС1О3 = НС1О44-Н2О4-2СЮ2 (диспропорционирование).
HC1O4+KHSO4 = H2SO4+KC1O4
2С1О2=С12+2О2
4Р+5О2+6Н2О = 4Н3РО4
Серную кислоту не следует приливать в больших количествах,, так как в результате бурно протекающей реакции пробирка может лопнуть или горящий фосфор может быть выброшен из пробирки.
Опыт 248. Взаимодействие хлората калия с сахаром.
Оборудование и материалы. 1. Керамическая плитка. 2. Пипетка. 3. Глянцевая бумага. 4, Птичье перо. 5. Хлорат калия. 6. Сахар С6Н22О11(. 7. Серная кислота (пл. 1,84).
Ж Выполнение. 4—10 г порошка хлората калия тщательно смешать птичьим пером на листе глянцевой бумаги с равным количеством растертого в пудру сахара. Смесь насыпать на керамическую плитку. Капнуть на нее из пипетки 1—2 капли концентрированной серной кислоты. Бурная реакция быстро распространяется По всей смеси, которая сгорает ярким фиолетовым пламенем, характерным для калия:
8KC1O3+C12H22O11+4H2SO4=4KHSO4+4KC1+4HC1+12CO2+11H2O
I Выполняя опыт, соблюдать осторожность, чтобы разлетающиеся брызги не попали на экспериментатора и окружающих.
Опыт 249. Горение угля и серы в расплавленном хлорате калия.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка. 2. Штатив-с лапкой 3. Пинцет. 4. Чашка с прокаленным песком. 5. Горелка. 6. Древесный уголь. 7. Кусочки серы. 8. Хлорат калия (кристаллический).
К Подготовка. В пробирку насыпать 3—5 г хлората калия. |Укрепить в штативе. Под пробирку поставить чашку с сухим песком. Расплавить хлорат калия.
Выполнение. Пинцетом бросить в расплавленный хлорат калия кусочек древесного угля с пшеничное зерно; уголь воспламеняется и сгорает ярким пламенем. После сгорания угля в ту же пробирку бросить кусочек серы. Уравнения реакций
f КСЮз +ЗС=2КС1+ЗСО2
I 2KC1O3+3S-2KC1+ 3SO2
12
Ф. П. Платонов
177
Опыт 250. Вспышка смеси порошка магния с хлоратом калия.
Оборудование и материалы. 1. Глянцевая бумага. 2. Птичье перо "3. Керамическая плитка. 4. Горелка. 5. Длинная лучина. 6. Порошок магния* 7. Хлорат калия (мелкокристаллический).
Подготовка. Птичьим пером на глянцевой бумаге смешать порошок магния с хлоратом калия в весовых отношениях 2:3. Насыпать смесь кучкой на керамическую плитку.
Выполнение. Длинной лучиной поджечь смесь. Она моментально вспыхивает и сгорает ослепительным пламенем:
3Mg+KC103=KCl+3MgO
Вспышка может быть использована, когда требуется ультрафиолетовый свет, например при взрыве смеси водорода с хлором. Во избежание сильного взрыва нужно брать небольшое количество смеси — порядка 1—2 г.
Препараты хлора и таблицы элементов VIIA группы для обозрения
Хлор. Соляная кислота. Хлорноватая кислота. Хлорная кислота. Хлориды. Хлораты. Перхлораты. Хлорсодержащие минералы: галит NaCl, сильвинит КС1, карналлит КС1 • MgCl2 • 6Н2О, кераргирит AgCl, хлорапатит ЗСа3 (РО4)2 • СаС12. Фтор содержащие минералы: плавиковый шпат CaF2, криолит Na3[AlF6], фторапатит ЗСа3 (PO4)2-CaF2.
Таблицы. Свойства галогенов. Свойства галогеноводородов. Ряд соединений хлора:
— 1 0 -f-l “рЗ -f-4 -f-7
НС1 — С12 С12О — [С 12О3] — С1О2 — [С12О5] С12О7
нею НС1О2 "нсюГ НС1О4
КС1 КСЮ ксю2 ксю3 ксю4
БРОМ И ИОД
Работая с бромом, соблюдать следующие меры предосторожности:
Производить опыты в вытяжном шкафу. Остерегаться вдыхать его пары; если все же произошло вдыхание, нюхать 5%-ный раствор аммиака и выйти на свежий воздух. Беречь глаза от паров брома. Беречь руки, так как бром дает долго незаживающие язвы, работу производить в резиновых перчатках. В случае ожога промыть обожженное место концентрированным раствором гипосульфита натрия (иметь его наготове). Наливая бром, тщательно снимать капли с края горла склянки о край сосуда, в который наливают бром. Хранить бром следует в склянках с притертой пробкой и притертым колпаком.
Опыт 251. Получение брома окислением бромида калия хлором.
Оборудование и материалы. 1 Цилиндр с притертой стеклянной или корковой пробкой на 100—200 мл. 2. Белый экран. 3. Бромид калия (0,5 н. раствор). 4. Свежеприготовленная хлорная вода. 5. Бензол.
И Выполнение. Налить в цилиндр на две трети его высоты раствор бромида калия. Понемногу прилить к нему хлорную воду. Оделяющийся бром окрашивает раствор в желто-оранжевый цвет: Г 2КВг4-С12=2КС1+Вг2
I 1 2Вг~ — 2е=Вг2
I 1 С12-)-2е=2С1~
I 2Вг~+С12 = Вг24-2С1-
Если затем в цилиндр прилить бензол (слой 2—3 см) и, закрыв цилиндр пробкой, тщательно взболтать раствор, то бензольный слой приобретает винно-красный цвет.
Опыт 252. Получение жидкого брома действием серной кислоты на смесь диоксида марганца и бромида калия.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 300—500 мл. 2. Капельная воронка. 3. Простая воронка диаметром 5—7 см. 4. Холодильник Либиха с аллонжем. 5. Кристаллизатор. 6. Колба на 150—200 мл. 7. Штатив с лапкой, кольцом и асбестированной сеткой. 8. Горелка. 9. Бромид калия. 10. Диоксид марганца. 11. Серная кислота (1:1). 12. Лед с поваренной солью (3: 1).
Подготовка. В колбу поместить смесь 10 г бромида калия и 20 а диоксида марганца. Укрепить колбу в штативе. Горло колбы
Рис. 95. Получение жидкого брома действием серной кислоты на смесь диоксида марганца и бромида калия
закрыть пробкой, через которую проходит капельная воронка, заполненная серной кислотой (1 : 1). Боковую трубку колбы через Пробку вставить в холодильник. На нижний конец форштосса холодильника надеть аллонж, опущенный в колбу (приемник). Приемник поместить в кристаллизатор (рис. 95).
I Выполнение. В колбу через капельную воронку налить 300 мл раствора серной кислоты. Пустить через холодильник ток
12*
179
воды. Кристаллизатор заполнить охладительной смесью снега (льда\ с поваренной солью (3:1). Умеренно нагреть колбу. Бром выде, ляется в виде красно-бурых паров, сгущающихся в холодильнике в тяжелую темно-бурую жидкость (стекает в приемник):
2KBr+MnO2+2H2SO4=K2SO4+MnSO4+2H2O+Br2
1 2Вг— — 2е-* Вг2
1 МпО2+2е+4Н+^-Мпг++2Н2О
2Вг-4-МпО2+4Н+ = Вг2+Мп2++2Н2О
По окончании опыта бром из колбы, соблюдая необходимую осторожность, перелить в склянку, в которой он обычно хранится.
Опыт 253. Взаимодействие брома с алюминием.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка 25—30 см высотой и 3—4 см диаметром. 2. Штатив с лапкой. 3. Большой стакан или вегетационный сосуд с песком. 4. Марлевый тампон с гранулированным активированным углем (можно использовать из старых противогазов) по размеру пробирки. 5- Бром. 6. Алюминиевые стружки.
Выполнение. Большую пробирку укрепить вертикально в штативе. Под пробирку поставить большой стакан с песком. В пробирку налить немного жидкого брома. Бросить на бром стружки алюминия. Пробирку закрыть тампоном с активированным углем. Через одну-две минуты алюминий воспламеняется и сгорает красновато-бурым пламенем; на стенках пробирки оседают блестящие золотистые кристаллы бромистого алюминия:
2А1+ЗВг2=2А1Вг3
Опыт 254. Получение бромоводорода действием серной кислоты на бромид калия.
Оборудование и материалы. 1. Колба Вюрца на 500 мл. 2. Капельная воронка. 3. Простая воронка диаметром 5—7 см. 4. U-образная трубка. 5. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом (по величине цилиндра). 6. Цилиндр для собирания газов с пришлифованной стеклянной пластинкой. 7. Штатив с лапкой, кольцом и асбестированной сеткой. 8. Горелка. 9. Бромид калия. 10. Серная кислота (3:1). 11. Красный фосфор.
Подготовка. Колбу, на одну треть наполненную сухим бромидом калия и укрепленную в штативе, закрыть пробкой, через которую рроходит капельная воронка, наполненная серной кислотой (3: 1). Применять кислоту только указанной концентрации, так как при взаимодействии бромида калия с концентрированной серной кислотой выделяющийся бромоводород отчасти окисляется:
2HBr-f-H2SO4=Br2-f-SO2+2H2O
поэтому всегда содержит значительную примесь брома и диоксида серы. К боковой трубке колбы присоединить U-образную трубку, которую наполнить стеклянными или фарфоровыми осколками, перемешанными с слегка увлажненным красным фосфором К этой трубке присоединить стеклянную трубку, которую опустить почти до дна в цилиндр (рис. 96).
Выполнение. Прилив из капельной воронки в колбу серную кислоту — столько, чтобы вся взятая соль покрылась ею, колбу подогреть. Равномерно, спокойно выделяется бромоводород:
KBr+H2SO4 = KHSO4+HBr
KBr+KHSO4=K2SO4+HBr
Газ, проходя через U-образную трубку с красным фосфором, освобождается от незначительной примеси паров брома и собирается
в цилиндре.
Описанный способ лучший для быстрого получения на лекции
достаточно чистого бромоводорода. U-образную трубку можно заме-
нить промывалкой Дрекселя, так как она более устойчива, не требует пробок, легче заполняется и опорожняется.
Опыт 255. Получение бромоводорода гидролизом трибромида фосфора.
Оборудование и материалы. 1. Установка на рис. 96 (как в опыте 254). 2. Фарфоровая чашка. 3. Стеклянная палочка. 4. Бром. 5. Красный фосфор. 6. Промытый песок.
Подготовка. Чтобы
реакция шла не СЛИШКОМ Рис. 96. Получение бромида водорода
бурно, Красный фосфор действием серной кислоты на бромид ка-
хорошо смешать с песком лия
(1:1) в фарфоровой чаш-
ке, размешивая стеклянной палочкой. В колбу поместить 20 г смеси красного фосфора с песком и 20 мл воды. В капельную воронку налить бром.
Выполнение. Из капельной воронки осторожно, редко падающими каплями влить бром в колбу. Каждая капля брома, особенно в начале реакции, при соприкосновении с фосфором вызывает воспламенение. Спустя некоторое время реакция идет спокойнее:
2Рф-ЗВг2=2РВг3
2 Р — Зе->Р3 +
3 Br2+2e->2Br~
2Р+ЗВг2=2РВг3
Образующийся трибромид фосфора тотчас разлагается водой. Образующийся бромоводород, проходя через U-образную трубку, освобождается от примеси паров брома и собирается в цилиндре. Уравнение реакции
РВг3+ЗН2О=ЗНВг+Н3РО3
Опыт 256. Получение бромоводорода бромированием нафталина.
Оборудование и материалы. 1. Установка по рис. 96. 2. Нафталин. 3. Бром. 4. Стеклянная вата.
Подготовка. В колбу насыпать ^5 г нафталина. В капельную воронку налить жидкий бром. U-образную трубку рыхло заполнить нафталином, смешанным со стеклянной ватой (или асбестом).
Выполнение. При медленном прибавлении брома по каплям в колбу с нафталином происходит реакция, сопровождающаяся выделением равномерного тока бромоводорода:
С1оНв4-Вг2=С10Н7Вг+НВг
Пары брома, увлекаемые газом, поглощаются в U-образной трубке фосфором.
Опыт 257. Получение раствора иода из иодида калия действием хлорной воды.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 300—500 мл с притертой стеклянной или корковой пробкой. 2. Иодид калия (0,5 н. раствор). 3. Свежеприготовленная хлорная вода. 4. Бензол.
Выполнение. В цилиндр на две трети налить дистиллированную воду, 3—5 мл 0,5 н. раствора иодида калия и по каплям хлорную воду — до явно желтой окраски:
2К1+С12=2КС1+12
Добавить бензол (слой 2—3 см) и энергично взболтать. Большая часть растворенного в воде иода переходит в органический растворитель; слой его после отстаивания окрашивается в фиолетовый цвет.
Опыт 258. Получение кристаллического иода из иодида калия действием избытка хлорной воды.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 600—800 мл со стеклянной палочкой. 2. Иодид калия (0,5 н. раствор). 3. Свежеприготовленная хлорная вода.
Выполнение. Налить в стакан 150—200 мл иодида калия. Постепенно добавлять хлорную воду до образования обильного осадка иода.
Опыт 259. Очистка, возгонка и сушка иода.
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 0,5—1 л. 2. Стакан на 1 л. 3. Штатив с лапкой, кольцом, сеткой и горелкой. 4. Ступка с пестиком. 5. Эксикатор с хлоридом кальция. 6. Тальк. 7. Иод кристаллический. 8. Иодид калия. 9. Оксид кальция.
Выполнение. Продажный иод обычно загрязнен хлором, бромом и водой. Для его очистки отвесить 10 г продажного иода, перенести в ступку и растереть с 1 г иодида калия и 2 г прокаленной извести. В результате связывается содержащаяся в иоде вода. Смесь перенести в сухой стакан и накрыть круглодонной колбой, содержа-
щей холодную воду (рис. 97). Колбу укрепить в лапке штатива. Стакан осторожно нагреть очень маленьким пламенем. Иод возгоняется, пары его охлаждаются на поверхности колбы и оседают на ней в виде кристаллов. Кристаллы собрать, измельчить в ступке й высушить в эксикаторе, содержащем хлорид и края эксикатора не следует в этом случае смазывать жиром, можно протереть
Опыт 260. Растворение иода в растворителях.
Оборудование и материалы.
канов на 100 мл с палочками. 2. Белый экран. 3. Скамеечка для стаканов. 4. Ступка с пестиком. 5. Дистиллированная вода. 6. Спирт. 7. Эфир. 8. Сероуглерод CS2. 9. Тетрахлорид углерода. 10. Бензол. 11. Бензин. 12. Иодид калия (20%-ный раствор).
тальком.
различных
1. Семь ста-
кальция. Крышку
Рис. 97. Очистка, возгонка и сушка иода
Выполнение. Во все стаканы всыпать понемногу иода, лучше предварительно истертого в ступке в мелкий порошок. Прилить растворители, хорошо размешивая стеклянными палочками.
окрашивается в светло-желтый цвет. В спирте, эфире и растворе иодида калия получается бурый раствор, в сероуглероде, тетрахлориде, углероде, бензоле и бензине — красно-фиолетовый раствор с различными оттенками. Различие цветов зависит от образования соответствующих сольватов с растворителем.
Примечание. Следует помнить, что сероуглерод, эфир, бензол и бензин огнеопасны, поэтому во время опытов поблизости не должно быть огня!
Опыт 261. Получение иода из йодата натрия.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 500—600 мл с палочкой. 2. Иодат натрия NaIO3 (0,5 н. раствор). 3. Сульфит натрия Na2SO3 (0,5 н. раствор). 4. Гидросульфит натрия NaHSO3 (0,5 н. раствор).
Выполнение. Н алить пол стакана раствора йодата Помешивая, прилить смесь (1:1) сульфита и гидросульфита Протекает реакция
2N a IO3+3Na2SO3+2NaHSO3 = 5N a2SO4 + H2O-f-l2
I 2Ю7+Юе+12Н+-^12-4-6Н2О
5 SO|~ — 2e4-H2O->SO2~+2H+
В воде иод малорастворим; вода
натрия, натрия.
2IO^+5SO|""+2H+ = I2 + 5Sq2“+H2O
Так как иод почти не растворим в воде, он выпадает в
Опыт 262. Возгонка иода.
Оборудование и материалы. 1. Колба на 3—5 л. 2.
3. Белый фон. 4. Иод кристаллический. 5. Вата
Кристаллический иод (0,5—1 г) насыпать в большую колбу. Горло колбы закрыть тампоном ваты.
осадок.
Горелка
Выполнение. Осторожно обогреть пламенем горелки. Колба наполняется густыми фиолетовыми парами. При охлаждении пары оседают на стенках в виде блестящих кристаллов.
Опыт 263. Действие иода на крахмал.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 800—1000 мл с палочками. 2. Свежеприготовленный 1%-ный раствор крахмала. 3. Дистиллированная вода. 4. Иодная вода в капельнице. 5. Иодид калия (0,5 н. раствор). 6. Хлорная вода в капельнице.
Выполнение. Налить в два стакана наполовину дистиллированной воды и по 10—15 мл раствора крахмала. В первый стакан, помешивая, прибавить каплями иодную воду до появления явной синей окраски раствора. Во второй стакан добавить вместо раствора иода 10—15 капель раствора иодида калия. Окрашивания не наблюдается. Оно вызывается только свободным иодом. Для проверки прилить каплями хлорную воду и наблюдать появление синего окрашивания:
2К1+С12=2КС1+12
Йодистый калий для опыта должен быть свежеприготовленный., так как при хранении он постепенно разлагается и желтеет за счет образующегося свободного иода. Если имеется уже пожелтевший раствор, то можно оттитровать его, прибавив к нему, помешивая^ несколько капель раствора сернистой кислоты. Раствор обесцвечивается:
I2+H2SO3+H2O=H2SO44-2H1
Опыт 264. Взаимодействие цинка с иодом.
Оборудование и материалы. 1. Керамическая плитка или асбестовый картон. 2. Стеклянная палочка. 3. Фарфоровая ступка с пестиком. 4. Коническая колба на 100—150 мл с пробкой (сухая). 5. Сухой растертый иод. 6. Цинковая пыль.
Выполнение. К 10 г мелко истертого в фарфоровой ступке сухого иода присыпать 2,5 а цинковой пыли. В закрытой конической колбе тщательно перемешать. Смесь кучкой насыпать на керамическую плитку или асбестовый картон. Стеклянной палочкой сделать углубление, в которое внести 1—2 капли воды. Протекает бурная реакция, сопровождающаяся выделением паров иода:
Zn-f-12 = Zn 12
Взаимодействие алюминия с иодом — см. опыт 58.
Опыт 265. Получение иодоводорода гидролизом триодида фосфора.
Оборудование и материалы. 1. Установка по рис. 96. 2. Аппарат Киппа с диоксидом углерода (СО2). 3. Плоскодонная фарфоровая чашка с водой. 4. Пинцет. 5. Нож. 6. Горелка. 7. Промытый кварцевый песок. 8. Фильтровальная бумага. 9. Иод кристаллический. 10. Белый фосфор. 11. Лучина.
Подготовка. В колбу (см. рис. 96) всыпать 10 г мелкокристаллического сухого иода. U-образную трубку заполнить влажными осколками стекла, смешанными с красным фосфором. Отвесить
1 г белого фосфора. Положив его в плоскодонную фарфоровую чашку, разрезают иод водой на мелкие куски.
$ Выполнение. В колбу с иодом пропустить из аппарата Киппа ток диоксида углерода (СО2) до полного вытеснения из нее воздуха (проба горящей лучиной). После этого куски фосфора, высушенные между листочками фильтровальной бумаги, по одному бросить в колбу, стараясь, чтобы фосфор попадал на иод. Происходит вспышка, образуются триодид фосфора и частично пентаиодид фосфора:
В 2Р+312=2Р13 2P-j-5I2=2PI5
I После того как весь фосфор прореагирует, колбу закрыть пробкой, через которую проходит капельная воронка. Через воронку прилить понемногу 1,5 мл воды, слабо подогревая колбу. Протекают И реакции
PI з+ЗН2О=ЗНI + Н 3РО3
Р15+4Н2О=5Н1 + Н3РО4
£ Газ проходит через U-образную трубку с красным фосфором, освобождается от увлеченных им паров иода и собирается в цилиндре. Подогревают колбу до полного осветления жидкости.
Вместо белого фосфора для получения иодоводорода можно использовать и красный фосфор. Для этого 10 а мелко истертого иода и 1 г сухого красного фосфора тщательно перемешать и поместить в сухую колбу (см. рис. 96). От прибавления к смеси по каплям воды протекает реакция, более спокойная, чем с белым фосфором, дающая равномерный ток иодоводорода.
Когда дно колбы полностью покроется водой, осторожно нагревайте колбу. Обычно проходит некоторое время, прежде чем начинается выделение газа: он не выделяется до тех пор, пока им не насытится вода (1 мл воды при 10° С растворяет 425 мл иодоводорода).
Опыт 266. Получение иодоводорода при взаимодействии иодида калия с фосфорной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Установка по рис. 96. 2. Иодид калия. 3 Фосфорная кислота (пл. 1, 75).
I В ы п о л н е н и е. Поместить в колбу Вюрца 30 г иодида калия и 15 г фосфорной кислоты (пл. 1,75). Осторожно нагреть смесь, пока она не расплавится. Затем усилить нагревание с тем, чтобы начал выделяться иодоводород:
КI+Н3РО4=КН2РО4+НI
г Опыт 267. Окисление иодоводорода хлором.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 1 л с иодоводородом 2. Цилиндр на 0,5 л с хлором (цилиндры должны быть одинакового диаметра и с пришлифованными краями). 3 Стеклянные пластинки для цилиндров
Выполнение. Перевернутый цилиндр с хлором, не отнимая г закрывающей стеклянной пластинки, поставить на цилиндр с иодоводородом. Быстро удалив разделяющие стеклянные пластинки, пере
вернуть цилиндры, не отнимая друг от друга. Иодоводород как более тяжелый газ устремляется в цилиндр с хлором. Взаимодействие между газами сопровождается выделением тепла и света:
2Н14-С12=2НС1-Н2
Продукты реакции, расширяющиеся от нагревания, с силой вырываются из цилиндров. В связи с этим цилиндры следует держать в вытянутых руках, слегка приоткрыв их в сторону, противоположную от себя, чтобы выходящие газы не попали в лицо. Цилиндры внутри покрываются слоем иода.
Опыт 268. Растворение галогеноводородов в воде.
Оборудование и материалы. 1. Три цилиндра на 0,5 л со стеклянными пластинками. 2. Три кристаллизатора с водой. 3. Три конических бокала с палочками. 4. Нитрат серебра (0,1 н. раствор).
Выполнение. Наполненные хлороводородом, бромоводородом и иодоводородом цилиндры последовательно, в перевернутом положении, поместить в кристаллизаторы с водой и, покачивая их, наблюдать растворение галогеноводородов в воде. Полученные в цилиндрах хлористоводородную, бромистоводородную и иодистоводо-родную кислоты налить в конические бокалы или стаканы. Прилить к ним равные объемы нитрата серебра. Протекают реакции
HCl+AgNO3=HNO34-AgCl (белый осадок)
HBr4-AgNO3=HNO3+AgBr (светло-желтый осадок)
HI-|-AgNO3=HNO3+AgI (желтый осадок)
Опыт 269. Сравнительная термическая устойчивость галогеноводородов.
Оборудование и материалы. 1. Три двух- или литровых цилиндра со стеклянными пластинками. 2. Нихромовая спираль вертикального приспособления к ручке, от которой идет провод с вилкой (можно спираль использовать от электроплитки).
Выполнение. Наполнить цилиндры хлороводородом, бромоводородом и иодоводородом. Во время опыта последовательно вставить раскаленную нихромовую спираль в цилиндры с НС1, НВг и HI: 2НС1=Н2+С12 2НВг=Н2+Вг2
2Н1 = Н2+12
От раскаленной нихромовой проволоки происходит термическое разложение галогеноводородов, образуются бурые пары брома и фиолетовые пары иода. Пары иода и водород на воздухе воспламеняются, создавая фиолетовое пламя.
Опыт 270. Сравнительная устойчивость кислородных соединений галогенов.
Оборудование и материалы. 1. Наковальня или перевернутый утюг. 2. Молоток. 3. Глянцевая бумага. 4. Прозрачная бумага. 5. Четыре пластиковых шпателя или ложечки. 6. Три птичьих пера. 7. Ступка с резиновым пестиком. 8. Сухой красный фосфор. 9. Хлорат калия КС1О3. 10. Бромат калия КВгО3. 11. Иодат калия К1О3.
Подготовка. Приготовить из глянцевой бумаги три кюветы (10x6 см) и три пакета (5x4 см). Перед опытом на глянцевых бумажных кюветах птичьими перьями смешать сухой растертый красный фосфор с сухим растертым йодатом калия, красный фосфор с броматом калия и красный фосфор с хлоратом калия. Фосфор и соли брать в равных объемах величиной каждый с горошину. Полученные смеси поместить в конусы прозрачных пакетов.
Иметь в виду, что бромат и иодат калия могут быть загрязнены хлоратом калия, а это искажает эффект опыта. Их надо заранее проверить и если нужно, то тщательно перекристаллизовать специально для данного опыта.
Выполнение. Положить последовательно пакеты с йодатом, броматом и хлоратом калия на наковальню, ударить по ним молотком. Протекают реакции
5КЮ34-6Р=5К14-ЗР2О5
5КВгО34-6Р=5КВг+ЗР2О5
5КСЮ3+6Р = 5КС14-ЗР2О5
Сильнее всех взрывает хлорат калия, слабее ио дат калия; бромат калия занимает среднее между ними положение.
Препараты брома и иода для обозрения
Бром. Иод. Бромистоводородная кислота. Иодистоводородная кислота. Бромиды. Йодиды. Минералы брома и иода. Препарат морской капусты (ламинария), содержащей много иода. Галогениды и др.
ГЕЛИЙ, НЕОН, АРГОН, КРИПТОН, КСЕНОН, РАДОН (VIIIA ГРУППА)
Некоторые константы Не элементов VIIIА Ne Аг группы: Кг Хе Rn
Порядковый номер 2 10 18 36 54 86
Атомный вес . . . 4,0026 20,183 39,948 83,80 131,30 [222]
Радиус атома, А . 0.291 0,354 0,659 0,795 0,986 1,090
Ионизационный потенциал первого электрона, в . . 24,58 21,56 15,76 14,0 12,13 10,75
Плотность по воздуху, г/см? . . 0,1380 0,6972 1,3786 2,8892 4,5322 7,659
Температура плавления, °C . . . —272,1 —248,6 — 189,4 — 156,6 —111,5 —71
Температура кипения, °C .... • —268,98 —246,03 —185,87 — 152,9 — 107,9 —62
Опыт 271. Взаимодействие сульфата марганца с тетрафторидом ксенона.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 300—500мл с палочкой. 2. Сульфат марганца MnSO4 (0,1 н. раствор). 3. Тетрафторид ксенона XeF4 (кристаллический). 4. Иодид калия (0,5 н. раствор).
Выполнение. В стакан налить 200—300 мл раствора сульфата марганца и медленно всыпать, размешивая палочкой, тетрафторид ксенона до образования раствора малиновой окраски. Протекает реакция
4Mn2+4-5XeF4+ 16H2O=4MnO74-5Xe4-20HF+ 12Н+
Аналогично можно демонстрировать опыт окисления иодид-иона тетрафторидом ксенона:
4I-+XeF4^2I2+Xe-F4F-
Демонстрация трубок газосветовой рекламы, наполненных инертными газами
Для гелия характерно желтое свечение, для неона — красное, для аргона — синее, для криптона — зелено-голубое, для ксенона — голубое.
d-ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ
d-Элементами называют элементы, в атомах которых очередной электрон (в пределах 1—10) поступает на d-подуровень предвнеш-него энергетического уровня. Во внешнем уровне у большинства из них находится по два электрона, а у некоторых по одному. К d-элементам относятся элементы побочных подгрупп I—VIII групп периодической системы Д. И. Менделеева. Более высокая степень их окисления, чем +2 (у некоторых более чем +1) осуществляется за счет электронов (п—1) d-подуровня.
МЕДЬ, СЕРЕБРО, ЗОЛОТО (IB ГРУППА)
Некоторые константы элементов IB группы:
Си Ag Аи
Порядковый номер........................ 29 47 79
Атомный вес............................. 63,546 107,868 196,967
Радиус атома, А......................... 1,191 1,286 1,187
Ионизационный потенциал первого электрона, в 7,72 7,57 9,22
Плотность, г/сж3 ....................... 8,92 10,50 19,30
Температура плавления, °C............... 1083 960,5 1063
Температура кипения, °C................. 2582 2212 2947
Два последних энергетических уровня: (п— \)s2(n— \ — 1)х
X d^ns1.
Опыт 272. Получение меди из оксида меди (II) восстановлением углем.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка из тугоплавкого стекла. 2. Штатив с лапкой. 3. Промывная склянка Дрекселя. 4. Горелка Теклю с плоской насадкой. 5. Оксид меди (II) (порошок). 6. Древесный уголь (порошок).
Подготовка. Приготовьте смесь из 14 г тонкоизмельченного и просушенного при 105° С оксида меди (II) и 1 а тонкоизмельчен-
цого прокаленного древесного угля. Смесь насыпать в пробирку,, оставив сверху свободное пространство. Пробирку укрепить в штативе горизонтально и закрыть пробкой с трубкой. Трубку соединить с промывной склянкой. В склянку налить столько баритовой поды, чтобы газоотводная трубка оказалась слегка погруженной в нее.
Выполнение. Пробирку сильно нагреть. Протекает реакция 2CuO+C=2Cu+CO2
В промывной склянке появляется осадок:
СО2+Ва(ОН)2=ВаСО31 4~В2О
Нагреть до тех пор, пока не перестанет выделяться газ. Содержание пробирки приобретает медно-красный цвет.
Внимание! По окончании опыта промывную склянку отъединить еще до удаления пламени горелки.
Опыт 273. Получение меди из оксида меди (II) восстановлением водородом.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с водородом. 2. Промывная склянка Дрекселя или Тищенко с серной кислотой (пл. 1,84). 3. Горелка с плоской насадкой. 4. Тугоплавкая трубка 20—25 см длины и 10—12 мм диаметром с форштоссом. 5. Пробирка («гусек») с трубкой, согнутой под прямым углом. 6. Стакан с холодной водой. 7. Стеклянная вата. 8. Фарфоровая чашка диаметром 6—8 см. 9. Стеклянная палочка. 10. Банка с пробкой. 11. Шпатель. 12. Оксид меди (II) (мелко нарезанная медная проволока). 13. Штатив с лапкой 14. Кристаллогидрат сульфата меди CuSO4-5H2O.
Подготовка. Попутно с получением меди на лекции показать,, как получается безводный сульфат меди. Грубоизмельченный кристаллогидрат сульфата меди CuSO4-5H2O осторожно нагревать в маленькой фарфоровой чашке, помешивая стеклянной палочкой до тех пор, пэка не образуется белый порошок. Еще теплым его перенести в банку с пробкой. Аппаратуру собрать по рис. 98. В трубку поместить между двумя рыхлыми пробками из стеклянной ваты 15—20 г проволочного оксида меди (II).
Выполнение. Собрать прибор и пустить через него быстрый ток водорода. Через некоторое время испытать, вытеснен ли весь воздух. Когда весь воздух будет вытеснен, зажечь водород. Немного ослабить ток, осторожно прогреть всю трубку. После этого нагреть оксид меди (II) с того конца, который ближе к водородному прибору. Вскоре водородное пламя гаснет. Приблизительно через 5—7 мин оксид восстанавливается в яркоблестящую медь, а в приемнике собирается вода:
CuO+H2=Cu4-H2O
Прекратить нагревание и, ослабив ток водорода, но не прекращая его, оставить медь остывать. После непродолжительного охлаждения приемник разъединить с форштоссом. Идентифицировать полученную жидкость с водой, прибавляя небольшое количество безводного сульфата меди:
CuSO4 -ь 5Н2О=С uSO4 • 5Н2О
Опыт 274. Окисление меди на воздухе и восстановление оксида меди (II) метиловым спиртом.
Оборудование и материалы. 1. Медная пластинка 3—4 см ширинь и 10—15 см длины. 2. Тигельные щипцы. 3. Горелка. 4. Стакан на 100 Мл1 5. Метиловый спирт.
Рис. 98. Получение меди из оксида меди восстановлением водородом: / — аппарат Киппа с водородом; 2 — склянка Дрекселя с концентрированной серной кислотой; 3 —тугоплавкая трубка с оксидом меди; 4 — приемник для воды
Выполнение. В стакан налить метиловый спирт. Взять щипцами чистую медную пластинку и поместить конец ее в пламя горелки:
2Cu4-O2 = 2CuO
Горячий почерневший край медной пластинки опустить в спирт, медь тотчас восстанавливается:
CuO+СН 3ОН=Си 4- Н2О+СН2О
Опыт 275. Вытеснение ртути медью
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 100—150 мл. 2. Стакан на 500—600 мл с дистиллированной водой. 3. Тигельные щипцы. 4. Шкурка. 5. Пластинка меди 3—4 см ширины и 20—30 см длины. 6. Концентрированная азотная кислота. 7. Азотная кислота (2 н. раствор). 8. Нитрат ртути (II) (10%-ный раствор). 9. Фильтровальная бумага.
Подготовка. Шкуркой тщательно зачистить половину медной пластинки. Налить в стаканы: в один—100 мл концентрированной азотной кислоты, во второй—100 мл раствора нитрата ртути (II) и 3—5 мл 2 н. азотной кислоты.
Выполнение. Пластинку меди опустить щипцами в концентрированную азотную кислоту. Как только начнут выделяться окислы азота (бурый газ), сполоснуть медь водой в большом стакане и погрузить ее в раствор нитрата ртути. Через некоторое время вынуть
пластинку, обмыть водой в большом стакане и протереть куском фильтровальной бумаги. Медь покрывается блестящим слоем ртути:
Cu4-Hg(NO3)2 = Cu(NO3)2-h-Hg
Cu+Hg2+ = Cu2+4-Hg
Опыт 276. Окислительно-восстановительные свойства соединений меди.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл. 2. Наждачная бумага. 3. Большой стакан с водой для споласкивания медной пластинки. 4. Сульфат меди (насыщенный раствор). 5. Железная пластинка шириной 3—4 см, длиной 25—30 см. 6. Серная кислота (1:1) в капельнице. 7. Нитрат серебра AgNOa (0,1 н. раствор). 8. Медная пластинка шириной 3—4 см, длиной 25—30 см. 9’Фильтровальная бумага.
Подготовка. Наждачной бумагой тщательно зачистить железную и медную пластинки. Налить в один стакан 200 мл раствора сульфата меди (II) и 5 капель серной кислоты, в другой — 200 мл раствора нитрата серебра.
Выполнение. Опустить железную пластинку в раствор сульфата меди (II). Следить за выделением меди на железной пластинке. Через короткое время вынуть ее, быстро сполоснуть водой и насухо протереть фильтровальной бумагой. Пластинка оказывается покрытой ровным блестящим слоем меди:
Fe 4- CuSO4=FeSO4 4-Cu
Fe+Си2+=Fe2+4-Cu
В раствор нитрата серебра опустить медную пластинку. Наблюдать, как раствор серебра становится голубым:
Cu4-2AgNO3=Cu (NO3)24-2Ag
Cu-f-2Ag+ = Cu2+ 4-2Ag
Опыт 277. Получение гидроксида меди (II). Его отношение к нагреванию и к избытку щелочи.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 500—600 мл с палочками. 2. Горелка с треножником и асбестированной сеткой. 3. Сульфат меди (0,5 н. раствор). 4. Гидроксид натрия (20%-ный раствор, не содержащий карбонатов).
Выполнение. В стакан налить 400 мл раствора сульфата меди (II) и 35 мл раствора гидроксида натрия, не содержащего карбонатов. Протекает реакция
CuSO4+2NaOH = Cu (OH)24-Na2SO4
Cu2++2OH-=Cu (OH)2
Перемешать и отлить половину взмученного осадка во второй стакан. Поставить на сетку с горелкой и прокипятить. Получается черный оксид меди (II):
Си (ОН)2=СиО+Н2О
Из первого стакана отлить половину взмученного осадка в третий стакан. Приливать избыток 20%-ного раствора гидроксида
натрия до растворения осадка. Благодаря амфотерным свойствам получается синий куприт меди:
Си (OH)2+2NaOH^±Na2 [Си (OH)4]^2Na2CuO2-f-2H2C
Си (ОН)2+2ОН-^[Си (OH)4J2~^CuO|“-|-2H2Q
Опыт 278. Получение сульфата тетраммина-меди (II).
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 500—600 мл с палочками. 2. Голубая бумага. 3. Кисть для рисования 4. Стеклянный колпак. 5. Маленький кристаллизатор или стакан на 100 мл. 6. Сульфат меди (0,5 н. раствор). 7. Аммиак (25%-ный раствор)
Выполнение. Налить в стакан 400 мл раствора сульфата меди (II) и медленно, небольшими порциями приливать раствор аммиака. Образуется зеленовато-голубая суспензия основной соли:
2Cu2++SO 2 “+2NH4OH = (CuOH)2SO4-f-2NH+
Отлить половину суспензии в другой стакан. В первый стакан продолжать приливать раствор аммиака. Основная соль растворяется в избытке реактива. При этом образуется интенсивно синий комплекс— сульфат тетраммин-меди (II):
(CuOH)2SO4+8NH4OH==2 [Си (NH3)4]2++SO2“+2OH~+8H2O
Образование комплексного соединения меди (II) с аммиаком можно дополнительно показать на следующем опыте. На светло-голубом листе бумаги сделать надпись раствором сульфата меди (II), например [Си (NH3)4] SO4. Осторожно над пламенем горелки высушить надпись; она станет незаметной. Это можно сделать заблаговременно. Если подержать бумагу сначала над стаканом кипящей воды, а потом поместить ее под стеклянный колпак, где поставлен кристаллизатор с концентрированным раствором аммиака, то проявляется отчетливо синяя надпись вследствие образования комплексного соединения меди с аммиаком.
Опыт 279. Получение нитей искусственного шелка из целлюлозы и медно-аммиачного комплекса.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—500 мл с палочками. 2. Штатив с воронкой и фильтром. 3. Промывалка с дистиллированной водой. 4. Вата. 5. Реактив Швейцера. 6. Соляная кислота (10%). 7. Гидроксид натрия (5%-ный раствор). 8. Аммиак (25%-ный раствор). 9. Сульфат меди (5%-ный раствор).
Подготовка. Приготовить реактив Швейцера. Для этого 150 мл 5%-ного раствора сульфата меди (II) обработать небольшим избытком щелочи; образовавшийся осадок гидроксида меди (II) отфильтровать, промыть несколько раз водой и сразу же растворить до насыщения в 25 %-ном растворе аммиака.
Выполнение. В стакан на 500 мл налить 100 мл реактива Швейцера. Туда же поместить кусочек ваты. Размешивая стеклянной палочкой, растворить вату до образования вязкой жидкости, которую через воронку тонкой струей перелить в другой стакан с
. 10%-ной соляной кислотой. Соляная кислота нейтрализует аммиак, который был в растворе. В результате получаются нити искусственного шелка. Химизм процесса можно представить следующим уравнением:
(С6Н10О5)л+п [Си (NH3)WJ (ОН)2->[С6Н8О5.Си (NH3)2 (ОН)2]л+(ап - z) NH3 целлюлоза медно-аммиачный комплекс
Опыт 280. Взаимодействие ионов Си2+ с иодидом калия. Это одна нз важных реакций при определении меди в пестицидах, сплавах и рудах.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 250 мл, 2. Сульфат меди (0,02 н. раствор). 3. Иодид калия (20 %-ный раствор). 4. Уксусная кислота (2 н. раствор). 5. Тиосульфат натрия (0,02 н. раствор).
К Выполнение. В коническую колбу к 50 мл раствора сульфата меди (II) прилить 5—10 мл раствора иодида калия:
2Cu2++4I-=2CuI+I2
А Жидкость окрашивается иодом 12 в бурый цвет, а на дне колбы собирается белый осадок иодида меди (I). Если прибавить к раствору тиосульфат натрия, то раствор обесцвечивается:
I2+2Na2S2O3=2Na I +Na2S4O6
К l3+2S2O|-=2I-+S4O|-
Опыт 281. Получение галидов серебра. Растворение их в растворе тиосульфата натрия. На светочувствительности галидов серебра основано использование их в фотографии.
Оборудование и материалы. 1. Три конических бокала на 250 мл с палочками. 2 Нитрат серебра (0,1 н. раствор). 3. Хлорид калия (0,5 н. раствор). 4. Бромид калия (0,5 н. раствор).* 5. Иодид калия (0,5 н. раствор) 6. Тиосульфат натрия (0,5 н. раствор).
Выполнение. В один бокал налить 100 мл раствора хлорида калия, в другой—100 мл раствора бромида калия, в третий — 100 мл раствора иодида калия. В каждый из них прилить по 100 мл раство-)а нитрата серебра. Перемешать палочками. Протекают реакции:
KCl+AgNO3=KNO3H-AgCl| (белый)
I Cl~4-Ag+=AgCl
L KBr+AgNO3=KNO34-AgBr | (светло-желтый)
Br~4-==AgBr
KI-|-AgNO3=KNO3+Agl Ижелтый) I~-J-Ag+=AgI
I Слить с осадков растворы в раковину. Часть каждого осадка поместить в чистые бокалы. Подействовать на них раствором тиосульфата натрия. Образуются комплексные соединения, легко растворимые в воде:
AgCl-f~2Na2S2O3 — Na3 [Ag (S2O3)2]-[-NaCl
AgBr-[-2Na2S2O3 = Na3 [Ag (S2O3)2j4-NaBr
AgI+2Na2S2O3=Na3 [Ag (S2O3)2]+NaI
Оставшиеся осадки оставить до следующей лекции. На свету (лучше всего на прямом солнечном) вследствие выделения серебра осадки постепенно темнеют, становясь фиолетовыми, затем черными.
Опыт 282. Получение хлорида серебра. Образование серебря но-аммиачного комплекса.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250 мл с палочками. 2. Нитрат серебра (0,1 н. раствор). 3. Хлорид натрия (0,5 н. раствор), 4. Аммиак (10%-ный раствор). 5. Азотная кислота (2 н. раствор).
Выполнение. Налить в стакан 100 мл раствора нитрата серебра и 100 мл раствора хлорида натрия:
AgNO3H-NaCl=NaNOs+AgCl Ag++Cl = AgCl
Половину взмученного осадка налить в другой стакан. Прилить к нему по каплям до растворения осадка раствор аммиака:
AgCl+2NH8=[Ag (NH8)2]++C1-
Половину образованной комплексной соли вылить в следующий стакан. Азотной кислотой разрушить комплекс:
[Ag (NH8)2] C1+2HNO8=AgCl+2NH4NOs
[Ag (NHs)2]++C1-+2H +=AgCl+2NH+
Опыт 283. Образование серебряного зеркала. Окисление формальдегида аммиачным раствором оксида серебра.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка на 100 мл. 2. Стакан на 1 л. 3 Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 4. Штатив с лапкой и закрепленным термометром на 100° С. 5. Формалин (40%). 6. Нитрат серебра (3%-ный раствор). 7. Аммиак (25%-ный раствор). 8. Хромовая смесь.
Подготовка. К 100 мл 3%-ного раствора нитрата серебра прилить раствор аммиака до растворения образующегося осадка:
2Ag+ +2ОН--Ag2O+H2O
Ag2O-HNH4OH=2 [Ag (NH3)2]++2OH-+3H2O
Пробирку тщательно промыть хромовой смесью, водопроводной и дистиллированной водой.
Выполнение. Налить в пробирку 50 мл аммиачного раствора оксида серебра и 50—60 капель формалина. Пробирку укрепить в штативе и поместить в стакан с горячей водой (60—70°С). Через несколько минут образуется серебряное зеркало:
СН2О+2 [Ag (NH3)2j OH+3H2O=HCOOH+4NH4OH+2Ag
Опыт 284. Получение коллоидного раствора серебра.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250 мл с палочкой. 2. Горелка с треножником и асбестированной сеткой. 3. Нитрат серебра (кристаллический). 4. Дистиллированная вода 5. Таннин.
Подготовка. Приготовить 0,001 н. раствор нитрата серебра, 1%-ные растворы таннина и карбоната натрия.
IB ы п о л н е н и е. К 200 мл раствора нитрата серебра прибавить 10 капель свежеприготовленного раствора таннина и 2—3 капли рас-| твора соды. Довести до кипения. После нагревания получается красно-бурый (цвет крепкого чая) прочный золь серебра.
Опыт 285. Серебрение стекла. Существует много способов серебрения стекла.
На лекции показать последний этап одного из опытов.
Оборудование и материалы. 1. Круглая колба на 100 мл. 2. Два стакана на 200 мл с палочками. 3. Стакан (баня) на 400—600 мл. 4. Горелка с треножником и асбестовой сеткой. 5. Штатив с воронкой и с складчатым фильтром. 6. Мерный цилиндр на 100 мл. 7. Штатив с термометром на 100° С. 8. Две склянки из темного стекла на 250 мл. 9. Нитрат серебра (кристаллический). 10. Аммиак (10%-ный раствор) в капельнице. 11. Дистиллированная вода. 12. Сег-нетова соль KNaC4H4Oe. 13. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 14. Серная кислота (1:1).
Подготовка. Серебряную пленку нельзя наносить на загряз-1 ненную поверхность. Поэтому жиры и другие загрязнения тщательно удалить с поверхности стекла, чтобы частицы коллоидного серебра, взвешенные в растворе, могли адсорбироваться на стекле и образовать прочный сплошной металлический слой. Для полной очистки . поверхности стекла от всяких загрязнений содержимое подлежащей серебрению колбы кипятить вначале с 2 н. раствором гидроксида натрия, затем нагревать с серной кислотой (1:1) и, наконец, тщательно промыть дистиллированной водой. И только после этого серебрить.
Для серебрения готовить два раствора.
а. 1 г нитрата серебра растворить в 20 мл дистиллированной воды. Из капельницы добавить гидроксид аммония до почти полного растворения первоначально образующегося осадка. Отфильтровать I и разбавить дистиллированной водой до 100 мл.
б. В 100 мл кипящей воды внести 0,2 г нитрата серебра, затем 0,2 г тонко измельченной сегнетовой соли KNaC4H4O6. Образую-I щийся вначале белый осадок при дальнейшем кипячении раствора скоро сереет. После этого горячий раствор профильтровать в темную склянку. Дать ему остыть.
Н Выполнение. Для серебрения чистой колбы налить в нее равные объемы обоих растворов. Слегка взболтать и поставить в нагретую до 40—50° С водяную баню. Через несколько минут внутренняя поверхность колбы покрывается блестящим слоем серебра.
Опыт 286. Окислительные свойства ионов серебра («древо Дианы»)
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 1 л. 2. Треножник. 3 Изоляционная лента. 4. Черная плотная бумага. 5. Нитрат серебра (10%-ный раствор). 6. Ртуть.
г Подготовка. Края треножника обмотать изоляционной лентой (буфер). Колбу поместить в отверстие треножника. Для изоляции от света сделать колпак из черной бумаги.
I Выполнение. В колбу налить 300 мл ртути и 500 мл 10%-I ного раствора нитрата серебра. Серебро на поверхности ртути обра-
зует красивые ветвистые кристаллы, которые сохраняются годами;
Hg+2AgNO3=Hg (NO3)2+2Ag
Hg+2 Ag+ = Hg2++2Ag
Одновременно образуются и амальгамы серебра. Препарат необходимо сделать заблаговременно, а на лекциях выставлять и объяснять его.
Опыт 287. Комплексообразование золота.
Оборудование и материалы. 1. Пробирка. 2. Цианид калия (0,5 щ раствор). 3. Золотая фольга. 4. Гранулы цинка.
Выполнение. В пробирку поместить маленький кусочек золотой фольги. Залить раствором цианида калия. При взбалтывании золото быстро переходит в раствор:
4Au+8KCN4-2H2O4-O2=4K [Au (CN)2]+4KOH
4Au+8CN-+2H2O+O2=4 [Au (CN)2J--[-4OH-
Если теперь бросить в пробирку гранулу цинка, то золото полностью осядет на его поверхности:
2 [Au (CN)2|~+Zn=[Zn (CN)4|2-+2Au
Щелочной раствор цианида калия KCN безопасен, если он не попадет в рот и на кожу*.
Опыт 288. Растворение золота.
Оборудование и материалы, 1. Две пробирки. 2. Соляная кислота (пл. 1,19). 3. Азотная кислота (пл. 1,4). 4. Золото (фольга).
Выполнение. В пробирку налить 5—7 мл концентрированной соляной кислоты и опустить кусочек золотой фольги. В другую пробирку налить 3 мл концентрированной азотной кислоты и тоже опустить кусочек золотой фольги. Встряхивая, показать, что золото не растворяется ни в соляной, ни в азотной кислотах. Затем влить содержимое пробирки с соляной кислотой в пробирку с азотной кислотой, встряхнуть и показать, что золото в смеси этих кислот растворяется:
Au+HNO3+3HCl=AuCl34-NO-f-2H2O
Препараты для обозрения элементов IB группы и их соединений
Медь. Серебро. Золото (фольга). Оксиды меди и серебра. Простые и комплексные соли меди, серебра и золота. Минералы: куприт Си2О, малахит CuCO3-Cu (ОН)2, медный колчедан CuFeS2, медный блеск CuS, серебряный блеск Ag2S, прустит Ag3AsS3, пираргирит Ag3SbS3, хлораргирит AgCl, бромаргирит AgBr, калаверит АиТе2, сильванит AgAuTe4. Пестициды: парижская зелень Си (С2Н3О2)2 • Си3 (AsO3)2, зелень Шеле СиН AsO3, бордоская жидкость CuSO4-5H2O+Cu(OH)2. Коллоидные растворы серебра
* Это сообщаем потому, что многие студенты боятся проводить опыты с цианидом калия.
и золота. Сплавы: мельхиор (Cu>80, Ni), бронза (Cu-Sn, Cu-Al и др.), латунь (Си >50, Zn), сплав Арнда (Си 60, Mg 40), сплав Деварда (Си 50, А145, Zn5), константан (Си 59, Ni40, Мп 1), копель (Си 55, Ni44), манганин (Си>85, Mn>12, Ni2—4), нейзильбер (Си65, Ni 15, Zn20), никелин (Си 67, Ni32, Mnl), томпак (Си>80, Zn).
ЦИНК, КАДМИЙ, РТУТЬ (11В ГРУППА)
Некоторые константы элементов ИВ группы:
Zn . 30 . 65,37 Cd 48 112,40 Hg 80 200,59
. 1,065 1,184 1,126
. 9,39 8,99 10,43
. 7,13 8,64 13,60
. 419,4 320,0 —38,9
911 767 356,6
' — l)s2(n — l)p6(« — l)x
Порядковый номер . .....................
Атомный вес ........................• •
о Радиус атома, А.........................
Ионизационный потенциал первого электрона, в . Плотность, г/сж3.................... ,
Температура плавления, °C........... .
Температура кипения, °C ................
Два последних энергетических уровня: (п X d10ns2.
Опыт 289. Свойства цинка и гидроксида цинка.
Оборудование и материалы. 1. Пять стаканов на 250—300 мл с палочками. 2. Стружки цинка. 3. Соляная кислота (6 н.). 4. Гидроксид натрия (6 н. раствор). 5. Хлорид цинка (0,5 н. раствор).
Выполнение, а. Растворение цинка в кислоте и щелочи. Положить в два стакана по щепотке цинковых стружек. Влить в один стакан 200 мл соляной кислоты, в другой — 200 мл раствора гидроксида натрия. Протекают реакции:
Zn4-2HCl=ZnCl24-H2
Zn+2H+=Zn2++H2
Zn+2N аОН=N a2ZnO2+H2 Zn4-2OH~= ZnO2~4-H2
В отличие от типичных металлов цинк является амфотерным элементом, поэтому растворяется в кислоте и щелочи.
б. Растворение гидроксида цинка в кислоте и щелочи. Налить в стакан 200 мл раствора хлорида цинка, затем раствор гидроксида натрия до образования осадка:
ZnCl2+2NaOH=Zn (OH)2+2NaCl
Zn2++2OH~=Zn (ОН)2
Над осадком устанавливается равновесие:
Раствор Раствор
2Н+ -hZnO2- H2ZnO^ Zn (ОН)2 Zn (ОН)2 Zn2+4-2OH~
Осадок
Часть взмученного осадка отлить в два других стакана, а остальную часть оставить для сравнения. В один стакан с осадком влить соляную кислоту. Равновесие сместится вправо, и осадок растворится:
Zn (OH)2+2HCl-ZnCl2+2H2O
Zn (OH)2-f-2H+=Zn2+4-2H2O
В другой стакан с осадком прилить избыток раствора гидроксида натрия. Равновесие сместится влево, и осадок растворится:
H2ZnO2+2NaOH=Na2ZnO2+2 Н2О
• H2ZnO24-2OH~= ZnO?-4-2Н2О
Опыт 290. Взаимодействие ионов цинка с гидроксидом аммония.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Хлорид цинка (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид аммония (2 н.)
Выполнение. Налить в стакан 200 мл раствора хлорида цинка.
Осторожно прилить гидроксид аммония до образования осадка:
ZnCl2+2NH4OH=Zn (OH)2+2NH4C1
Zn2++2NH4OH = Zn (OH)2+2NH+
Половину взмученного осадка отлить в другой стакан и продолжать приливать, помешивая, гидроксид аммония. Осадок гидроксида цинка растворяется в избытке гидроксида аммония — образуется бесцветный комплекс:
Zn (OH)2+6NH4OH=(Zn (NH3)6]2++2OH-+6H2O
Опыт 291. Взаимодействие ионов кадмия с гидроксидом аммония.
Оборудование и материалы 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Хлорид кадмия (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид аммония (2 н.).
Выполнение. Налить в стакан 200 мл раствора хлорида кадмия.
Осторожно прилить гидроксид аммония до образования осадка:
CdCl2+2NH4OH=Cd (OH)2+-2NH4C1
Cd2++2NH4OH=Cd (OH)2+2NH+
Половину взмученного осадка отлить в другой стакан и продолжать приливать, помешивая, гидроксид аммония. Осадок гидроксида кадмия растворяется в избытке гидроксида аммония — образуется бесцветный комплекс:
Cd (OH)24-4NH4OH=[Cd (NH3)4]2++2OH--MH2O
Опыт 292. Взаимодействие ионов ртути (II) с гидроксидом аммония.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Хлорид ртути (II) (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид аммония (2 н.). 4. Соляная кислота (2 н.).
Выполнение. Налить в стакан 100—150 мл раствора хлорида ртути (II). Размешивая палочкой, прилить 30—50 мл гидроксида аммония. Выпадает белый осадок:
HgCl2+2NH4OH = [NH2Hg] С1+ NH++C1-+2H2O
Осадок растворяется в кислотах:
fNH2Hg] C14-2HCl==NH4Cl+HgCl2
[NH2Hg] С1+2Н+= NH++C1-+ Hg2+
Опыт 293. Взаимодействие ионов Hg2+ с гидроксидом аммония.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочкой.
2. Нитрат ртути (I) Hg2 (NO3)2 (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид аммония (2 н.).
Выполнение. Налить в стакан 150—200 мл раствора нитрата ртути (I) и 30—50 мл гидроксида аммония. Выпадает белый осадок: I Hg2 (NO3)2+2NH<lOH=[NH2Hg2| NO3+NH4NO84-2H2O
Осадок мгновенно начинает разлагаться. Выделяющаяся мелкораздробленная ртуть придает осадку черный цвет:
[NH2Hg2] NO3=fNH2Hg] NO3+Hg
Опыт 294. Образование комплексного иона тетраиодата ртути (П).
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Нитрат ртути (II) (0,5 н. раствор). 3. Иодид калия (0,5 и. раствор). 4. Гидроксид натрия (6 н. раствор) 5. Хлорид аммония (0,5 н. раствор).
Выполнение. Налить в стакан 100 мл раствора нитрата ртути (II). Осторожно прилить раствор иодида калия до образования оранжево-красного осадка:
[ Hg2+4-2I- ==HgI2
Отлить половину взмученного осадка в другой стакан. Продолжать приливать раствор иодида калия до растворения осадка:
HgI2+2i-=[HgI4p-
Отлить половину раствора в следующий стакан, прибавить 5—10 мл раствора гидроксида натрия и 5—10 капель раствора хлорида аммония. Выпадает характерный красно-бурый осадок иодида меркур-аммония:
NH++2 [HgI4J2-4-4OH-=[NH2Hg2O] I | 4-71~+ЗН2О
Эта реакция под названием реакции Несслера применяется для обнаружения ионов NHt’ и Hg2+.
Опыт 295. Получение роданида ртути («фараоновы змеи»).
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 1000 мл. 2. Стакан на 0,5 л. 3. Две стеклянные палочки по размерам стаканов. 4. Воронка Бюхнера с колбой Бунзена и водоструйным насосом. 5. Большой металлический кювет. 6. Сушильный шкаф. 7. Маленькая воронка диаметром 3—4 см. 8. Горелка. 9. Банка из темного стекла с пробкой. 10. Фильтровальная бумага. 11. Нитрат ртути (II) (кристаллический). 12. Роданид калия KSCN (кристаллический). 13. Азотная кислота (2 н.). 14. Дистиллированная вода.
Подготовка. В литровый стакан насыпать 140 г нитрата ртути. Для предупреждения гидролиза прилить 2—3 мл 2 н. азотной кислоты. Медленно, помешивая, прилить дистиллированную воду до образования насыщенного раствора. В другой стакан к 40 г роданида калия медленно, помешивая, прилить дистиллированную воду до получения насыщенного раствора. Полученный раствор роданида калия, помешивая, вылить в стакан с раствором нитрата ртути:
Hg (NO3)24-2KSCN=2KNO3+Hg (SCN)2
Осадок промыть 2—3 раза декантацией, затем 2—3 раза на воронке Бюхнера. Высушить при 50—60° С. На воздухе роданид ртути (II) устойчив.
Выполнение. Перед демонстрацией в маленькую воронку вложить фильтр, на фильтр насыпать роданид ртути (II), смочить
кристаллы 1—2 мл 96%-ного этилового спирта, свернуть края фильтра, кристаллы в воронке тщательно утрамбовать пальцами. Вынуть из воронки бумажный конус с роданидом ртути (II), поместить в большой кювет и горелкой зажечь кончик конуса:
2Hg (SCN)2+3O2=2HgS4-CO2-f-2SO24-C3N4
Роданид ртути (II) при 165° С разлагается. Продукты разложения занимают объем, значительно превышающий объем исходной соли, поэтому в кювете фантастически извиваются «фараоновы змеи».
Опыт 296. Отношение цинка, кадмия и ртути к кислотам.
В ряду напряжений цинк, кадмий и ртуть располагаются так:
Zn/Zn24- Cd/Cd24- Н2/2Н+ Hg/Hg2+
—0,76 в —0,40 в 0 4-0,80 в
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 150 мл с палочками. 2. Две горелки с треножниками и асбестированными сетками. 3. Шпатель. 4. Цинк (порошок). 5. Кадмий (порошок). 6. Ртуть. 7. Серная кислота (2 н.). 8. Серная кислота (80%).
Выполнение. Налить в три стакана по 100 мл 2 н. серной кислоты. В первый стакан насыпать порошок цинка, во второй — порошок кадмия и в третий влить каплю ртути. Согласно ряду напряжений ртуть не растворяется в растворе серной кислоты. Кадмий растворяется при нагревании, а цинк немедленно растворяется:
Zn 4- H2SO4 = ZnSO4 4- Н 2
Zn 4-2 Н4-= Zn2+4-Н2
Cd+H2SO4=CdSO4+H2
Cd4-2H4-=Cd2+4-H2
Концентрированная серная кислота действует на ртуть окисляющим образом. Слить вместе разведенную кислоту и каплю ртути. Налить концентрированную кислоту. Поставить стакан на асбестированную сетку и нагреть. Протекает реакция
Hg+2H2SO4 (K0Hn.) = HgSO4+SO2+H2O
Препараты элементов IIВ группы для обозрения
Металлы: цинк, кадмий и ртуть. Оксиды цинка, кадмия, ртути. Простые и комплексные соли цинка, кадмия и ртути. Минералы и сплавы.
ХРОМ, МОЛИБДЕН, ВОЛЬФРАМ (VIB ГРУППА)
Некоторые константы элементов VIВ группы:
Порядковый номер............................
Атомный вес ................................
о
Радиус атома, А .................. ........
Ионизационный потенциал, в..................
Плотность, г/см2 ...........................
Температура плавления, °C ..................
Температура кипения, °C ....................
Сг Мо W
24 42 74
51,996 95,94 183,85
1,25 1,36 1,37
6,764 7,10 7,98
7,2 10,2 19,2
1850 2620 3410
2530 4810 5930
Валентные электроны (п — l)d5nsy у хрома и молибдена, (и— l)d4ns2 у вольфрама.
Опыт 297. Получение хрома (алюмотермическое восстановление).
Оборудование и материалы. 1. Тигель из огнеупорной глины или фарфора высотой 10 см. 2. Чугунный котел (стиральный бачок или большая кастрюля) с сухим песком. 3. Защитные очки с темными стеклами. 4. Запал. 5. Порошок магния. 6. Лента магния. 7. Лучина. 8. Фторид кальция. 9. Оксид хрома (III), 10. Дихромат калия.
Подготовка. В тигель насыпать 10 г порошка фторида кальция CaF2, сухую однородную смесь порошков 35 г оксида хрома (III) Сг2О3 и 25 г дихромата калия К2Сг2О7, 17 г порошка алюминия. Сверху поместить 20 г запала (получение запала — см. опыт 59, стр. 47) и ленту магния 8—10 см.
Выполнение. Подготовленный тигель поместить в сосуд с сухим песком. Надев защитные очки с темными стеклами, горящей лучиной зажечь магниевую ленту. Сосуд с песком должен находиться в стороне от людей Наблюдать за реакцией на расстоянии:
Сг2О3+2А1=2Сг+А12О3
Хром остается на дне тигля в виде корольков. Фторид кальция (флюс) снижает температуру плавления смеси и способствует образованию хрома в виде корольков. Дихромат калия — источник кислорода и способствует повышению температуры реакции.
Опыт 298. Получение оксида хрома (III) из дихромата аммония.
Оборудование и материалы. 1. Тигель. 2. Керамическая плитка. 3. Стеклянный колокол. 4. Банка с пробкой для оксида хрома (III). 5. Горелка. 6. Глянцевая бумага по диаметру колокола. 7. Дихромат аммония. 8. Магниевая лента.
Подготовка. Высушить и тщательно растереть дихромат аммо« ния. Насыпать полный тигель дихромата аммония и вставить в него магниевую ленту примерно 8—10 см, очищенную шкуркой. Тигель поместить на керамическую плитку, которая находится на листе глянцевой бумаги. Приготовить стеклянный колокол.
Выполнение. Поджечь магниевую ленту и накрыть тигель колоколом. Уравнение реакции
(NH4)2 Cr2O7=Cr2O3+N2+4H2O
Внимание! Оксид хрома (III) — весьма ядовитое вещество, поэтому, проводя опыт, категорически запрещается вдыхать пыль Сг2О3.
Опыт 299. Получение триоксида хрома.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 300—400 мл со стеклянной палочкой. 2. Колба Бунзена со стеклянным фильтром и водоструйным насосом. 3. Фарфоровая чашка. 4. Шпатель. 5. Пипетка с резиновым наконечником. 6. Кристаллизатор с охладительной смесью. 7. Дихромат калия (насыщенный раствор). 8. Концентрированная серная кислота. 9. Азотная кислота (70%). 10. Метиловый спирт.
Подготовка. Налить в стакан 100 мл насыщенного раствора Дихромата калия. Поставить стакан в охладительную смесь. Медленно,
непрерывно помешивая, прилить 150 мл концентрированной серной кислоты. По охлаждении раствора образовавшиеся темно-красные игольчатые кристаллы триоксида хрома отфильтровать через стеклянный фильтр. Уравнение реакции
K2Cr2O7~|“H2SO4=К2ЗО4~ГН2О-Г2СгО3
Сг2О^-+2Н+=Н2О+ 2СгО3
Для удаления серной кислоты один-два раза промыть 70 %-ной азотной кислотой. Часть осадка шпателем перенести в фарфоровую чашку. Из пипетки капать на него метиловым спиртом, который тотчас воспламеняется:
2СгО3+СН3ОН=Сг2О3+СО2+2Н2О
Эта реакция показывает, что триоксид хрома — сильный окислитель.
Опыт 300. Амфотерные свойства тригидроксида хрома.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Сульфат хрома (III) (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид аммония (0,5 н.). 4. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 5. Соляная кислота (2 н.). 6. Дистиллированная вода.
Выполнение. В стакан налить 30—40 мл раствор сульфата хрома (III) и 30—40 мл гидроксида аммония. Протекает реакция Cr2 (SO4)3+6NH4OH = 3 (NH4)2 SO4+2Cr (ОН)3
Cr3++3NH4OH=Cr (OH)34-3NH+
К осадку прилить 200 мл дистиллированной воды. Взболтать палочкой осадок. Разлить суспензию поровну в три стакана. Над осадком устанавливается подвижное равновесие:
Раствор Раствор
ЗН++СгО|~ Н3СгО?^± Сг (ОН)3 Сг (ОН)3 Сг3++ЗОН-^
I
Осадок
Прибавляя кислоту, мы тем самым вводим ионы водорода, которые с гидроксид-ионами дают мало диссоциированное соединение — воду и выводят из сферы равновесия ионы ОН~. Реакция пойдет слева направо. Она будет идти до тех пор, пока весь осадок Сг(ОН)3 не растворится (образуется фиолетовый раствор):
Сг (ОН)3+ЗНС1=СгС13+ЗН2О
Сг (ОН)3+ЗН+=Сг3++ЗН2О
Если в другом стакане к указанной равновесной системе мы прибавим щелочь, вводя тем самым гидроксильные ионы ОН~, то ионы Н+ и ОН~ дадут также воду. Равновесие сместится влево; реакция будет идти до тех пор, пока весь осадок не растворится (образуется зеленый раствор):
HCrOo+NaOH = H2O+NaCrO2
Опыт 301. Образование малорастворимых солей хромовой кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Хромат калия К2СгО4 (0,5 н. раствор). 3. Нитрат бария (0,5 н. раствор). 4. Нитрат свинца (II) (0,5 н. раствор). 5. Нитрат серебра (0,1 н. раствор).
Выполнение. В три стакана налить по 150—200 мл раствора хромата калия. Прилить по 40—50 мл растворов: в первый стакан — ццтрата бария, во второй — нитрата свинца, в третий — нитрата серебра. Выпадают малорастворимые соли:
В Ва2^~+СгО2'“==ВаСгО4 (желтый)
ж РЬ2^+СгО2~==РЬСгО4 (желтый)
2Ag“*"+ CrO2“=Ag2CrO4 (буро-красный)
Образование этих осадков используют в качественном и количественном анализах.
Опыт 302. Смещение равновесия.
При растворении в воде дихромата калия устанавливается равновесие:
2Н+4-2СгО2“ Н2О+Сг2О|~ 2СгО^~+Н2О Сг2О^~-Ь2ОН~
Ион СгО?“ желтый, ион Сг20у~ оранжевый. Поэтому сдвиг рассматриваемого равновесия легко заметить по изменению цвета раствора.
Оборудование и материалы. 1. Четыре стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Хромат калия К2СгО4 (0,5 н. раствор). 3. Дихромат калия К2Сг2О7 (0,5 н. раствор). 4. Серная кислота (2 н.). 5. Гидроксид калия (2 н. раствор).
Выполнение. В два стакана налить по 150—200 мл раствора
дихромата калия К2Сг2О7, в два другие — столько же раствора хромата
калия К2СгО4. По одному из стаканов с каждым раствором оставить для сравнения, в два других прилить соответственно гидроксид калия и серную кислоту. Изменение окраски растворов свидетельствует о сдвиге равновесия.
Опыт 303. Получение диоксодихлорида хрома. Испытание его свойств.
Оборудование и материалы, 1. Прибор по )ис. 99. 2. Пять стаканов на 100мл с палочками. 3. Штатив с лапкой, кольцом и асбестированной сеткой. 4. Горелка. 5. Пипетка с резиновым наконечником. 6. Дихромат калия (кристаллический). 7. Хлорид натрия (кристаллический). 8. Концентрированная серная кислота. 9. Гидроксид натрия (0,5 н. раствор). 10. Уксусная кислота (2 н.). 11. Ацетат свинца (11) РЬ (С2Н3О2)2 (0,5 н. раствор). 12. Серная кислота (2 н. раствор). 13. Эфир. 14. Пероксид водорода (30%-ный раствор). 15. Дистиллированная вода.
Рис. 99. Прибор для получения дихлордиоксида хрома:
п одготовка. Собрать прибор и укрепить в штативе. В сухую снабженную пробкой с отводной трубкой пробирку внести по 2 г ди-
хромата калия и хлорида натрия. Смесь облить 5 мл концентрированной серной кислоты. Нагреть, погрузив предварительно отводную трубку в пробирку-приемник со щелочью. Сюда пере-
1 — смесь хлорида натрия, дихромата калия и концентрированной серной кислоты; 2— вата;
3 — гидроксид натрия
гоняется образующийся дихлорид диоксохрома (VI) СгО2С1а:
K2Cr2O7+3H2SO4+4NaCl=K2SO4+2Na2SO44-3H2O+2CrO2Cl2
Диоксодихлорид хрома в пробирке-приемнике под действием щелочи превращается в хромат натрия:
CrO2Cl2+4NaOH = Na2CrO4+2N аС1+2Н2О
СгО2С124-4ОН“=СгО2~+ 2С1~+2Н2О
Часть полученного раствора хромата натрия подкислить уксусной кислотой. Прибавить немного раствора ацетата свинца — появляется желтый осадок:
Na2CrO4+Pb (С2Н3О2)2=РЬСгО4 | +2NaC2H3O2
Другую часть щелочного раствора хромата натрия подкислить разбавленной серной кислотой. Прибавить эфир. Встряхивая, внести немного пероксида водорода. Эфирный слой окрашивается в синий цвет:
СгО2”+2Н2О2=СгО|“+2Н2О
Образующийся синий пероксохромат-ион СгО|~ очень неустойчив, разрушаясь, быстро переходит в ион Сг3+:
4СгО|“+6H2SO4 = 2Cr2 (SO4)3+6H2O+9O2
4СгО|”+ 12Н+=4Сг3++6Н2О+9О2
При демонстрации применять белый фон.
Соединения типа СгО2С12 известны также у молибдена и вольфрама (МоО2С12, WO2C12), но в противоположность своим аналогам дихлордиоксид хрома — очень сильный окислитель.
Опыт 304. Окисление иодид-иона дихроматом калия.
Оборудование и материалы 1. Стакан на 250—300 мл с палочкой. 2. Дихромат калия (0,5 н. раствор). 3. Иодид калия (0,5 н. раствор). 4. Серная кислота (20%).
Выполнение. В стакан налить 100—150 мл раствора дихромата калия, 10—15 мл раствора серной кислоты, 10—15 мл раствора иодида калия. В стакане образуется желто-бурый свободный иод:
K2Cr2O7-f-6K I -|-7H2SO4=4K2SO4-|-Cr2 (SO4)3-|_7H2O-|-312
1 Cr20f ~+6e+14H+ -> 2Cr3++ 7H2O
3 2I- —2e->l2
Cr202~4-6I-+ 14Н+=2Сг3++312+7Н2О
Ванадаты и вольфраматы в этих условиях не окисляют иодид-ион.
Опыт 305. Восстановление хрома (VI) до хрома (III) в кислой среде сульфитом натрия.
Оборудование и материалы. 1 Стакан на 250—300 мл с палочкой.
2. Дихромат калия (0,5 н. раствор). 3. Свежеприготовленный сульфит натрия Na2SO3 (0,5 н. раствор). 4. Серная кислота (2 н.).
Выполнение. Налить в стакан 80—100 мл раствора дихромата калия и 20—30 мл серной кислоты. Перемешивая, прилить 80—100 мл раствора сульфита натрия:
K2Cr2O7+3Na2SO3+4H2SO4=K2SO4+Cr2 (SO4)3+3Na2SO4+4H2O 1 Cr202~+6e+14H+->2Cr3++7H20
3 SOf” — 2e4-H2O->SO4~+2H+
Cr202“+3S0^~+8H+=2Cr3++3S02“4-4H20
ранжевый раствор становится зелено-фиолетовым.
Препараты элементов VIВ группы и их соединений для обозрения
Хром. Молибден. Вольфрам. Их оксиды. Соли простые, двойные и комплексные. Сплавы. Минералы: хромит Fe(CrO2)2, хромистый железняк FeO-Cr2O3, крокоит РЬСгО4, молибденовый блеск (молибденит) MoS, вульфенит РЬМоО4, повеллит СаМоО4, шеелит CaWO4, вольфрамит (Мп, Fe)WO4, штольпит PbWO4.
МАРГАНЕЦ, ТЕХНЕЦИЙ, РЕНИЙ (VIIB ГРУППА)
Некоторые константы элементов VIIB группы:
Порядковый номер ........ ......................
Атомный вес.....................................
о
Радиус атома, А ................................
Ионизационный потенциал, в......................
Плотность, г/см3................................
Температура плавления, °C.......................
Температура кипения, °C..........................
Мп Тс Re
25 43 75
54,938 |99] 186,22
1,278 1,360 1,38
7,432 7,28 7,87
7,44 11,49 20,99
1244 2127 3180
2146 3930 5760
Валентные электроны (п—l)d5ns2.
Опыт 306. Получение марганца алюмотермическим способом и рения — восстановлением водородом. Для получения марганца приготовить шихту из 50 г оксида марганца (II, IV) Мп3О4, 15,7 г порошка алюминия и 5—6 г свежеприготовленного оксида кальция. Перемешав, поместить смесь в тигель. Положить туда же 15 г запала. Поджечь лентой магния. Далее см. опыты 59 и 297. Необходимо соблюдать все предосторожности, как указано в этих опытах. Уравнение реакции
ЗМп3О4+8А1=9Мп+4А12О3
Чтобы получить рений, рекомендуется нагревать диоксид рения в токе водорода при 1000° С в лодочке из SiO2, помещенной в трубке для сжигания:
ReO2+2H2 = Re+2H2O
При тех же условиях можно получить рений из сульфида рения:
ReS2+2H2 = Re+2H2S
Опыт 307. Получение моноксида марганца.
Оборудование и материалы. I. Т угоплавкая трубка, суженная с двух концов для запаивания. 2. Аппарат Киппа с водородом и промывной склянкой с 80%-ной серной кислотой для осушки газа. 3. Печь для сжигания. 4. Карбонат марганца (II). 5. Известковая вода.
Выполнение. В тугоплавкую трубку, которую (после полу* чения моноксида марганца) можно будет запаять с обоих концов, поместить такое количество чистого сухого карбоната марганца (ПЛ, чтобы трубка была заполнена наполовину. /
Трубку поместить в желобок печи для сжигания. Вытеснить воздух из нее чистым сухим водородом. Постепенно нагревать до начала красного каления. Трубку часто поворачивать вокруг ее длинной оси, чтобы все частицы карбоната марганца (II) нагревались одинаково. Когда порошок в трубке окрасится равномерно в бледно-зеленый цвет и выходящий водород не будет содержать диоксида углерода (проба на известковую воду), охладить трубку в токе водорода и запаять ее (не прекращая полностью тока водорода) сначала в месте выхода газа, затем в месте входа газа. Уравнение реакции
МпСО3=МпОф-СО2
Препарат сохранить для демонстрации на лекциях.
Опыт 308. Получение оксида марганца (III) из диоксида марганца.
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровый тигель. 2. Тигельная печь с термопарой для регулирования температуры. 3. Тигельные щипцы. 4. Диоксид марганца..
Выполнение. Получить оксид марганца (III) Мп2О3, прокаливая диоксид марганца МпО2 в фарфоровом тигле до постоянной массы при 600° С:
, 2МпО2 = 2Мп2О3Ч-О2
Оксид марганца (III) черный, на воздухе устойчив.
Опыт 309. Получение диоксида марганца из нитрата марганца (II).
Оборудование и материалы. 1. Тигель. 2. Тигельная печь с термопарой для регулирования температуры. 3. Колба Бунзена со стеклянным фильтром. 4. Сушильный шкаф. 5. Кристаллогидрат нитрата марганца (II) Mn(NO3)2x х6Н2О. 6. Азотная кислота (2 н.).
Выполнение. Получить диоксид марганца, прокаливая кристаллогидрат нитрата марганца (II) при 300°С до полного удаления оксидов азота. Прокаливать в фарфоровом тигле, помещенном в электрическую тигельную печь (тяга!). Уравнение реакции
Мп (NO3)2 = MnO2+2NO2
После прокаливания осадок промыть на стеклянном фильтре 2—3 раза 2 н. азотной кислотой и высушить при 105° С.
Диоксид марганца черный, на воздухе устойчив.
Опыт 310. Получение гидроксида марганца (IV) из дигидроксида марганца в щелочной среде.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 4. Сульфат марганца (II) (0,5 н. раствор).
Выполнение. В стакан налить 200 мл раствора сульфата марганца и 50 мл раствора гидроксида натрия. Помешивая, наблюдать
постепенное бурение белого осадка. Отлить половину взмученного К Лсадка в другой стакан и поставить нагревать. При этом быстро В образуется бурый осадок:
К I MnSO44-2NaOH=Na2SO44-Mn (ОН)2
\ Мп2++2ОН-=Мп (ОН)2
К \ 2Мп (ОН)24-О2=2Н2МпО3
I Опыт 311. Взаимодействия сульфата марганца (II) с пероксидом водорода в щелочной среде.
Оборудование и материалы. I. Стакан на 300—400 мл с палочкой. 2. Сульфат марганца (II) (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид натрия (2 и. раствор). 4. Пероксид водорода (3%-ный раствор).
I Выполнение. Налить в стакан 100—150 мл раствора сульфата марганца (II) и 30—40 мл раствора гидроксида натрия. К полученному белому осадку прилить 50—60 мл пероксида водорода. Образуется бурый осадок диоксида марганца МпО2:
1 Мп (ОН)2—2е+2ОН-->Н2МпО3+Н2О
_1__________H2O24-2g-^2OH-______
Мп (ОН)24-Н2О2=Н2МпО3+Н2О
МпсС'Хо
Опыт 312. Взаимодействие диоксида марганца с пероксидом водорода в кислой среде.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочкой. 2. Диоксид марганца из предыдущего опыта. 3. Серная кислота (2 н. раствор). 4. Пероксид водорода (3%-ный раствор). 5. Синяя лакмусовая бумажка.
Выполнение. Налить в стакан взвесь диоксида марганца из предыдущего опыта, прибавить 20—30 мл серной кислоты (до кислой реакции) и пероксид водорода (до растворения осадка):
MnO2+Н2О2-|--Н 2 SO4 == MnSO4-j-2 Н 2О+О2
1 МпО24-2е4-4Н+->Мп2+4-2Н2О
_1_____Н2О2 —2g-^O24-2H+_____
МпО2+Н2О24-2Н+- Мп2+4-2Н2О4-О2
Опыт 313. Получение манганата калия из перманганата калия в щелочной среде.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 250 мл. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Два стакана на 200— 250 мл с палочками. 4. Перманганат калия (кристаллический). 5. Гидроксид калия (гранулированный или в палочках). 6. Дистиллированная вода. 7. Уксусная кислота (2 н.) 8 Свежеприготовленная хлорная вода.
Подготовка. В конической колбе растворить 10 г перманганата калия и 30 г гидроксида калия в 50 мл воды.
Выполнение. Поставить коническую колбу с раствором на асбестированную сетку и кипятить до тех пор, пока раствор не приобретет чистый зеленый цвет. По мере испарения воды добавлять
дистиллированную воду до первоначального объема. Уравнение реакции I
4КМпО4+4КОН=4К2МпО4+О2+2Н2О /
К части полученного зеленого раствора К2МпО4 добавить воду, прилить уксусную кислоту до кислой реакции. Тотчас образуется бурый осадок диоксида марганца МпО2, а раствор становится вишнево-красным:
ЗК2МпО4+4НС2НзО2=2КМпО4+МпО24-4КС2Н3О2+2Н2О j
К другой части зеленого раствора К2МпО4 добавить хлорную воду. Цвет раствора становится вишнево-красным, осадка же МпО2 не образуется:
2К2МпО4+С12=2КМпО44-2КС1
Опыт 314. Образование манганата калия при взаимодействии перманганата калия с клетчаткой.
Оборудование и материалы. 1. Штатив с большой воронкой и складчатым фильтром. 2. Два стакана на 500—600 мл с палочками. 3. Мерный цилиндр на 200 мл. 4. Белая бумага. 5. Клей. 6. Перманганат калия (0,01 н. раствор). 7. Гидроксид натрия (20%-ный раствор). 8. Фильтровальная бумага.
Подготовка. Половину стакана по окружности заклеить белой бумагой (экран). Налить в него 200 мл раствора перманганата калия и 200 мл раствора гидроксида натрия. Поместить в воронку складчатый фильтр, под воронку поставить пустой стакан.
Выполнение. Через фильтр пропустить около 200 мл щелочного раствора перманганата калия. Фильтрат в приемном стакане окрашивается в зеленый цвет от образующегося манганата калия К2МпО4. Через некоторое время зеленая окраска начинает буреть.
Опыт 315. Получение манганата калия сплавлением диоксида марганца, нитрата калия и гидроксида калия.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка. 2. Штатив с лапкой. 3. Горелка. 4 Три стакана на 250—300 мл с палочками. 5. Фарфоровая чашка 6. Шпатель. 7. Диоксид марганца. 8. Нитрат калия (кристаллический). 9. Гидроксид калия (гранулированный). 10. Гидроксид калия (2 и. раствор). 11. Серная кислота (2 н. раствор). 12. Свежеприготовленная хлорная вода
Подготовка. Приготовить смесь из 1 г диоксида марганца, 2 г нитрата калия и 2 г гидроксида калия. Закрепить пробирку в штативе. Всыпать в нее смесь. Нагреть смесь в пламени газовой горелки до расплавления. В стакан налить 200 мд 2 н. раствора гидроксида натрия. Расплавленную горячую смесь в пробирке опустить в раствор щелочи. Конец пробирки треснет и вместе с содержимым погрузится в стакан. Помешивая стеклянной палочкой, растворить расплав. Протекает реакция
MnO2+KNO34-2KOH = K2MnO4+KNO2+H2O
1 MnO2 — 2e+4OH-->MnO^+2H2O
1 NO7H~2e+H2O^NO“+2OH-
' MnO2+NO7+2OH- = MnO2-+NO~+H2O
\ Часть раствора отлить в другой стакан и прилить туда 2 н. сер-| ную кислоту до кислой реакции — образуется бурый осадок, раствор приобретает розовую окраску:
I \ 3K2MnO4+2H2SO4=2KMnO4+MnO2 4-2K2SO4 4-2Н2О
I \В другом стакане к части полученного зеленого раствора прибавить хлорную воду:
\ 2К2МпО44-С12=2KMnO4 4-2КС1
А
раствор приобретает красный цвет.
I Опыт 316. Растворение манганата калия в кислой, щелочной и нейтральной средах.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 500—600 мл с палочками. 2. Шпатель или ложечка. 3. Манганат калия К2МпО4 (кристаллический). 4. Серная кислота (2 н. раствор). 5. Гидроксид калия (2 н. раствор)
Подготовка. Налить в три стакана по 200 мл соответственно серной кислоты, раствора гидроксида калия, дистиллированной воды.
Выполнение. Во все три стакана понемногу прибавить сухой манганат калия. В кислой среде протекает реакция
3K2MnO4+2H2SO4=2KMnO44-MnO2+2K2SO4+2H2O
В щелочной среде зеленая окраска медленно буреет, в нейтралы ной быстро буреет в результате реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления):
ЗК2МпО4 4- 2Н2О=2КМпО4+МпО2 -ИКОН
Опыт 317. Получение марганцовой кислоты окислением иона Мп2+. В промышленности перманганат калия получают электролитическим окислением горячего щелочного раствора манганата калия или же окислением последнего хлором, озоном, диоксидом углерода:
12 К2МпО4+8СО2=8 КМпО4 4- 8 К2СО3 4-2Мп2О3 4- О2
На лекции проще всего марганцовую кислоту получить окислением иона Мп2+ диоксидом свинца в кислой среде.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочкой. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой 3. Шпатель или ложечка. 4. Сульфат марганца (II) (0,5 н раствор). 5. Азотная кислота (30%). 6. Диоксид свинца (порошок). 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. Поместить в стакан 150—200 мл дистиллированной воды, 2—3 мл раствора сульфата марганца (И), 2—3 г диоксида свинца и 25—30 мл азотной кислоты. Стаканы поставить на асбе-стированную сетку. Помешивая палочкой, довести смесь до кипения. Кипятить 1—2 мин. Дать отстояться взвеси в стакане. Появляется малиново-красная окраска в растворе, обусловленная перманганат-ионом МпОГ:
2MnSO44-5PbO2+6HNO3=2HMnO44-3Pb (NO3)24-2PbSO44-2H2O
2 Mn2+ — 5e4-4H2O->MnO~+8H +
5 PbO24-2e+4H + ->Pb2+4-2H2O_____
2Mn2+4-5РЬО2 4-4H+=2MnC>74-5Pb2++2H2O
Опыт 318. Получение марганцовой кислоты окислением иона Мгг+ висмутатом натрия. /
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочной 2. Шпатель. 3. Нитрат марганца (II) (0,5 н. раствор). 4. Азотная кислота (Зб%) 5. Висмутат натрия NaBiO3 (кристаллический). 6. Дистиллированная вода. 1
Выполнение. Поместить в стакан 150—200 мл воды, 2—б мл раствора нитрата марганца, 25—30 мл азотной кислоты и 1-/-2 ? висмутата натрия. Перемешать. Раствор приобретает малиново-красный цвет:
2Mn (NO3)2-h5NaBiO34-14HNO3=2NaMnO44-5Bi (NO3)3+3NaNO3-f-7H2O
2 Mn2+—5е4- 4Н2О->МпО^~4-8Н+
5 BiO7+2e+6H+-* Bi3++ЗН2О
2Mn2 + -j- 5 В Ю7+14H + =2MnO7 4- 5 В i 3+4- 7H2O
Опыт 319. Влияние температуры на перманганат калия и его аналоги.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка. 2. Штатив с лап кой. 3. Горелка. 4. Перманганат калия (мелкокристаллический). 5. Лучина.
Подготовка. Закрепить пробирку в штативе. Насыпать в нее 1—2 см перманганата калия по высоте.
Выполнение. Нагревать пробирку. Через некоторое время проверить выделяющийся кислород тлеющей лучиной:
2 КМпО4=К2МпО44-МпО2 4- О2
Соединения КТсО4 и KReO4 не разлагаются. Так, КТсО4 при 1370°С возгоняется без разложения. Вообще в ряду Мп(VII) — — Tc(VII) — Re(VH) устойчивость соединений повышается, а их окислительная способность уменьшается.
Опыт 320. Зависимость характера восстановления перманганата калия от реакции среды.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 1 л с палочками. 2. Два мерных цилиндра на 500 мл. 3. Мерный цилиндр на 100 мл. 4. Белый экран. 5. Шпатель. 6 Перманганат калия (0,1 н. раствор). 7. Серная кислота H2SO4 (2н.). 8. Гидроксид натрия (20% ный раствор). 9. Дистиллированная вода. 10. Нитрит калия KNO2 (кристаллический).
Подготовка. В один стакан налить 500 мл дистиллированной воды, в другой — 500 мл серной кислоты, в третий — 500 мл раствора гидроксида натрия. В каждый из них прилить по 100 мл 0, 1 н. раствора перманганата калия.
Выполнение. В стаканы внести шпателем несколько кристаллов нитрита калия — столько, чтобы в первом стакане образовался бурый осадок, во втором исчезла окраска раствора, в третьем появилась зеленая окраска раствора. Уравнения реакций:
в нейтральной среде
2KMnO4+3KNO24-H2O = 2MnO24-3KNO34-2KOH
2MnO74-3NO7 4 Н2О- 2MnO2+3NO7+2OH~
I в кислой среде
I \ 2KMnO4+5KNO2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5KNO3+3H2O
I \ 2MnO7+5NOr+6H+=2Mn2++5NOT+3H2O
г, в щелочной среде
К \ 2KMnO4+KNO2+2KOH=2K2MnO4+KNO3+H2O
I | 2MnO7+NO7+2OH~=2MnO2--f-NO^+H2O
В третьем стакане через некоторое время за образованием зеленого раствора К2МпО4 выпадает осадок /МпО2: протекает реакция диспропорционирования:
| 3K2MnO4+2H2O=2KMnO4-|-MnO2-F4KOH
| ЗМпО2~+2Н2О=2МпО7+МпО2-(-4ОН-
Аналогичный опыт можно провести, если в качестве восстановителя взять сульфит натрия Na2SO3.
Опыт 321. Воспламенение смеси диэтилового эфира и этилового спирта оксидом марганца (VII).
Оборудование и материалы. 1. Большой кювет с листом асбестового картона 2. Пробирка. 3. Две маленькие чашки. 4. Длинная стеклянная трубка. 5. Пипетка с резиновым наконечником. 6. Шпатель. 7. Перманганат калия (тонкий порошок). 8. Концентрированная серная кислота. 9 Этиловый спирт. 10 Ди-этиловый эфир.
Подготовка. В пробирке приготовить смесь этилового спирта с диэтиловым эфиром. В одну маленькую чашку накапать пипеткой Концентрированную серную кислоту. В другую маленькую чашку шпателем насыпать хорошо растертого перманганата калия.
Выполнение. Асбестовый картон, помещенный в железный кювет, смочить смесью спирта с эфиром. Конец длинной стеклянной трубки смочить концентрированной серной кислотой, затем коснуться им растертого в порошок перманганата калия и быстро поднести к налитой на асбест смеси спирта и эфира. На конце трубки образуется и тотчас же распадается оксид марганца (VII):
2НМпО4 -> (Мп2О7+Н2О) -> 2МпО24~О34- Н2О
От соприкосновения с асбестом смесь спирта с эфиром воспламеняется:
?’ С2Н5ОН+2О3=2СО2+ЗН2О
(С2Н5)2О-р4О3 = 4СО24-5Н2О
Опыт 322. Окисление этилового спирта перманганатом калия (фейерверк на столе).
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка. 2. Штатив с лапкой. 3. Черная бумага 4. Клей. 5. Концентрированная серная кислота. 6. Без-водный этиловый спирт С2Н5ОН. 7. Перманганат калия (кристаллический).
I Подготовка. Половину окружности большой пробирки заклеить черной бумагой. Закрепить пробирку в штативе. Налить в нее Концентрированную серную кислоту высотой 3—5 см. Сверху осторожно налить этиловый спирт высотой 3—5 см.
Выполнение. В пробирку присыпать немного мелких кристаллов перманганата калия. Через непродолжительное время (пока пишется уравнение реакции на доске) на границе серной кислоты со спиртом начинается горение спирта отдельными вспышками. Реакция основана на том, что образующийся оксид марганца (VII) окисляет спирт до уксусного альдегида:
2KMnO4+H2SO4=K2SO4+H2O+Mn2O7
Мп2О7+ЗС2Н5ОН=2МпО2+ЗСН3СНО4-ЗН2О
Если вспышки задерживаются, то постучать пальцем по пробирке.
Опыт 323. Воспламенение глицерина под действием оксида марганца (VII).
Оборудование и материалы. 1. Фарфоровая чашка. 2. Две пипетки с резиновыми наконечниками. 3. Штатив. 4. Асбестированная сетка. 5. Вата. 6. Мелкорастертые кристаллы перманганата калия. 7. Концентрированная серная кислота. 8. Глицерин С2Н5 (ОН)3
Подготовка. На чашку положить комочек ваты. Сверху насыпать перманганат калия, на него накапать глицерин.
Выполнение. На смесь глицерина с перманганатом калия капнуть из пипетки концентрированной серной кислотой. Через некоторое время происходит вспышка, глицерин и вата горят:
2НМпО4 -> (Мп2О7+Н 2О) -> 2МпО24-Н2О+О3
ЗС3Н5 (ОН)3+7О3=9СО2+12Н2О
(С6Н10О5)п4-4пО3==6пСО2-|-5пН2О
Другой вариант. Насыпать мелкий порошок перманганата калия кучкой в фарфоровую чашку. Поставить чашку на асбестированную сетку. В кучке сделать углубление сухим дном пробирки. Налить в углубление несколько капель глицерина. Благодаря быстрому окислению через 1—2 мин происходит вспышка, и глицерин сгорает.
Взаимодействие перманганата калия с пероксидом водорода — см. опыт 312.
Опыт 324. Воспламенение диэтилового эфира и этилового спирта под действием оксида марганца (VII).
Оборудование и материалы. 1. Стеклянная трубка длиной 40—50 см диаметром 1,5—2 см, согнутая под прямым углом (короткий конец 8—10 см). 2. Резиновый баллон для продувания воздуха. 3. Переходная стеклянная трубка с резиновой пробкой. 4. Штатив с лапкой. 5. Фарфоровая чашка с палочкой. 6. Металлические щипцы. 7. Вата. 8. Диэтиловый эфир. 9 Этиловый спирт. 10. Перманганат калия. 11. Концентрированная серная кислота.
Подготовка. Приготовить в чашке немного кашицеобразной смеси из 5—10 капель концентрированной серной кислоты с раствором перманганата калия. К короткому концу согнутой трубки через переходную стеклянную трубку присоединить баллон для продувания воздуха.
Выполнение. Длинный конец стеклянной трубки опустить в кашицу смеси. Запачканную смесью трубку закрепить в штативе.
g короткий конец трубки вставить небольшой тампон ваты, смочен-jjbiA диэтиловым эфиром и отжатый пальцами. Баллон для продувания^ воздуха присоединить к короткому концу трубки. При продувании воздуха через трубку эфир воспламеняется у отверстия Трубки и горит:
2KMnO4+H2SO4=K2SO4+H2O4-Mn2O7
Образующийся оксид марганца (VII) воспламеняет эфир.
На оставшуюся в чашке зажигательную смесь щипцами положить комочек ваты, смоченной этиловым спиртом. Она вспыхивает и сгорает.
Кашицеобразную смесь перманганата калия с концентрированной серной кислотой хранить нельзя. Неиспользованную зажигательную смесь залить водой. При приготовлении ее надо пользоваться совершенно чистой посудой, а также обращать внимание на то, чтобы перманганат калия не был засорен органическими веществами.
Препараты для обозрения элементов VIIB группы и их соединений *
Марганец. Технеций. Рений. Их сплавы. Их оксиды. Простые, двойные и комплексные соли марганца и рения. Минералы: пиролюзит МпО2, браунит Мп2О3, манганит Мп2О3-Н2О, гаусманит Мп3О4, родохрозит МпСО3, гауэрит MnS2, марганцовый блеск MnS.
ЖЕЛЕЗО, КОБАЛЬТ, НИКЕЛЬ (VI1IB ГРУППА)
Некоторые константы железа, кобальта, никеля:
Порядковый номер . . . . ................... • •
Атомный вес.....................................
о
Радиус атома, А........................
Ионизационный потенциал, в......................
Плотность, г/сж3................................
Температура плавления, °C.......................
Температура кипения, °C.........................
Fe 26 55,847 Со 27 58,933 Ni 28 58,71
1,227 1,181 1,139
7,83 7,80 7,6
7,86 8,83 8,90
1534 1495 1455
2436 2728 2840
Опыт 325. Получение пирофорного железа, кобальта, никеля. Пирофорное железо, кобальт и никель можно получить, восстанавливая их оксиды в стеклянной трубке водородом (250—280° С). Наиболее просто на лекции можно получить пирофорное железо из оксалата железа.
Оборудование и материалы. 1. Сухая пробирка с пробкой. 2. Штатив с лапкой. 3. Горелка с плоской насадкой. 4. Кювет или большой лист асбеста. 5. Оксалат железа (кристаллы) FeC2O4-2H2O. 6. Фильтровальная бумага.
* Соединения рения в природе встречаются довольно редко. Обычно они рассеяны в минералах ряда элементов — молибдените, колумбите, танталите, пирите и др.
Подготовка. Насыпать в пробирку 5—7 г кристаллогидрата оксалата железа. Закрепить в штативе пробирку с маленьким наклоном в сторону отверстия. Зажечь горелку с плоской насадко^.
Выполнение. Оптимальный нагрев 250—280°С. Выделяющуюся воду со стенок пробирки снимать жгутом фильтровальной бумаги. Нагревать до тех пор, пока желтый порошок не станет черным и не прекратят выделяться газы:
FeC2O4 • 2Н2О=Fe+2CO2+2H2O
По окончании реакции пробирку плотно закрыть пробкой и дать ей охладиться. Если теперь пирофорное железо (можно теплое) высыпать с высоты 50—70 см на кювет с фильтровальной бумагой, то происходит эффектное самовоспламенение и сгорание с красивым снопом искр:
3Fe+2O2=Fe3O4
Опыт 326. Образование дигидроксидов железа, кобальта, никеля при взаимодействии солей с избытком щелочи.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Сульфат железа (II). 3. Сульфат кобальта (II). 4. Сульфат никеля (II). 5. Серная кислота (2 н.). 6. Гидроксид натрия (2 н. раствор).
Подготовка. На стаканах сделать метки 100 и 250 мл. Налить в них по 100 мл растворов соответственно сульфата железа (II), сульфата кобальта (II) и сульфата никеля (II). В стакан с сульфатом железа (II) (во избежание гидролиза) прилить 5—10 мл серной кислоты.
Выполнение. В каждый стакан прилить 150 мл раствора гидроксида натрия. В стакане с сульфатом железа (II) вначале выпадает почти чисто-белый осадок гидроксида железа (II)
FeSO4+2NaOH = Na2SO44-Fe (ОН)2
Fe2++2OH- = Fe (ОН)2 который быстро становится грязно-зеленым и наконец буро-красным. Это последовательное изменение цветов распространяется по стакану сверху вниз по мере проникновения кислорода воздуха в его содержимое:
4Fe (OH)2+O2+2H2O=4Fe (ОН)3
В стакане с сульфатом кобальта (II) выпадает розово-красный осадок гидроксида кобальта (И)
CoSO4+2NaOH=Na2SO4-f-Co (ОН)21
Со2++2ОН- =Со (ОН)2
при стоянии на воздухе медленно темнеющий вследствие постепенно идущего окисления его до гидроксида кобальта (III):
4Со (ОН)2+О2+2Н2О=4Со (ОН)з
В стакане с сульфатом никеля выпадает зеленый осадок гидроксида никеля (II). Осадок этот с кислородом воздуха не реагирует.
Опыт 327. Образование гидроксида железа (III). Испытание его двойств.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Штатив с воронкой и фильтровальной бумагой. 3. Треножник с керамиковым треугольником, тиглем и горелкой. 4. Технологические весы с разновесом. 5. Трихлорид железа (0,5 н. раствор). 6. Гидроксид натрия (0,5 н. раствор). 7. Гидроксид натрия (гранулированный). 8. Оксид железа (III). 9. Соляная кислота (2 н.).
Выполнение. В стакан налить по 100 мл растворов хлорида железа (III) и гидроксида натрия:
‘ FeCl34-3NaOH = 3NaCl+Fe (ОН)3
Fe3++3OH“ = Fe (ОН)3
Половину взмученного осадка перелить в чистый стакан, а другую половину поставить фильтроваться. В стакан с осадком гидроксида железа (III) прилить 100 мл соляной кислоты:
Fe (OH)3-f-3HCl=FeCl3+3H2O
Fe (OH)3+3H+ = Fe3++3H2O
Если прокалить осадок Fe(OH)3, то образуется оксид железа (III): 2Fe (OH)3==3H2O+Fe2O3
Для ускорения опыта можно взять 2 г готового оксида железа (III), гранулированного гидроксида натрия и смешать их. Смесь сплавить в тигле:
; Fe2O3+2NaOH=2NaFeO2+Н2О
Образуется феррит натрия — соль железистой кислоты. Водой он нацело гидролизуется:
NaFeO2+2H2O=NaOH+Fe (ОН)31
Опыт 328. Получение феррата калия окислением трихлорида железа бромом в щелочной среде.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 200 мл с палочками. ^2. Пробирка. 3. Горелка. 4. Две маленькие пипетки с резиновой грушей. 5. Трихлорид железа (0,5 н. раствор). 6. Бром жидкий. 7. Гидроксид калия (гранулированный). 8. Хлорид бария (0,5 н. раствор). 9. Дистиллированная вода.
Подготовка. В пробирку внести 2—3 г гидроксида калия (по возможности не содержащего карбонатов), 2—3 мл раствора хлорида железа и 0,5 мл брома.
Выполнение. Нагреть пробирку до образования фиолетовокрасного раствора феррата калия:
2FeCl3+3Br2-F16KOH=2K2FeO4+6KCl+6KBr+8H2O
2 Fe3+ — 3e+8OH~->FeO2-+4H2O
_3_________Вг24-2е->2Вг~_____________
2Fe3++3 Вг 2+16ОН-=2FeOf ~+6 Br~+8Н2О
В стакан налить 100 мл дистиллированной воды. Полученную жидкость вылить в эту воду. Половину раствора вылить в другой стакан и прибавить туда 5—10 мл раствора хлорида бария — образуется фиолетово-красный осадок феррата бария:
< K2FeO4+ ВаС12=2KCl+BaFeO4
Опыт 329. Восстановительные свойства иона Fe2+.
Оборудование и материалы. 1. Пять стаканов на 250—300 мд с палочками. 2. Соль Мора (NH4)2Fe (SO4)2 (0,5 и. раствор свежеприготовленный). 3. Роданид калия KSCN (0,05 раствор). 4. Серная кислота (2 н.). 5. Пероксид водорода (3%-ный раствор). 6. Перманганат калия (0,1 раствор). 7. Дихромат калия (0,1 и. раствор).
Подготовка. Занумеровать пять стаканов и нанести метки на каждом из них (в мл): 100, 125, 150 и 225. Налить в первый стакан раствор трихлорида железа, в остальные четыре—по 100 мл (до первой метки) раствора соли Мора. Во все стаканы долить по 25 мл (до второй метки) серной кислоты.
Выполнение. В первые четыре стакана прилить по 25 мл (до третьей метки) раствора роданида калия. В первом стакане образуется красный раствор роданида железа (характерная реакция на ион Fe34*):
FeCl3+3KSCN=3KCl+Fe (SCN)3
Fe3++3SCN~=Fe (SCN)3
В других стаканах может появиться слабо-розовая окраска за счет окисления кислородом воздуха Fe24* в Fe34*. Первый и второй стаканы оставить для сравнения. В третий стакан прилить до верхней метки пероксид водорода. Образуется красная окраска за счет окисления Fe24* в Fe34* и взаимодействия последнего с роданидом калия: 2FeSO4-|-H2O2+H2SO4=Fe2 (SO4)3+2H2O 2Fe2++H2O2H-2H+= 2Fes+-F2H2O
Fe3++3SCN-=Fe (SCN)3
В четвертый стакан прилить до верхней метки раствор перманганата калия; последний обесцвечивается:
10FeSO4-F2KMnO4-F8H2SO4=5Fe2(SO4)8+K2SO4+2MnSO4+8H2O
5Fe2+4~MnO^“-f- 8Н +=5Fe3+4-Мп2+4~^В2О
В пятый стакан прилить до верхней метки раствор дихромата калия. Наблюдать изменение цвета раствора вследствие перехода дихромата калия в сульфат хрома (III) зеленого цвета:
6FeSO44-K2Cr2O74-7H.2SO4==3Fe2 (SO4)34-K2SO4-J-Cr2 (SO4)34-7H2O 6Fe2+4~Cr2O2'“4~ 14H+=6Fe3+4-2Cr3+4-7H2O
Опыт 330. Окислительные свойства иона Fe34*.
Оборудование и материалы. 1. Пять стаканов на 250—300 мл с палочками. 2. Мерный цилиндр на 100 мл. 3. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 4. Трихлорид железа (0,1 н. раствор). 5. Соль Мора (NH4)2Fe (SO4)2 (0,01 н. свежеприготовленный раствор). 6. Гексациано-(Ш) феррат калия K3[Fe(CN)e] (0,5 н. раствор). 7. Иодид калия (0,01 н. раствор). 8. Сульфит натрия Na2SO3 (0,1 н. свежеприготовленный раствор). 9. Сероводородная вода свежеприготовленная. 10. Серная кислота (2 н.). 11. Крахмал (1%-ный раствор)
Подготовка. Занумеровать пять стаканов и сделать метки: на первых двух стаканах 200 мл, на остальных трех 100 и 200 мл. Налить в первый стакан 200 мл раствора трихлорида железа, во второй — 200 мл раствора соли Мора. В остальные три стакана
налить по 100 мл трихлорида железа. Растворы трихлорида железа L соли Мора должны быть подкислены серной кислотой.
Выполнение. В первые два стакана прилить по 10—15 мл раствора гексациано-(Ш) феррата калия K3[Fe(CN)6]. Во втором стакане выпадает синий осадок — «турнбулева синь» (характерная реакция на ион Fe2+):
3Fe2++2 [Fe (CN)6]3“=Fe3 [Fe (CN)6]2 |
В третий стакан прилить 100 мл сероводородной воды:
[ 2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S |
затем 10—15 мл раствора гексациано-(Ш) феррата калия. Появление «турнбулевой сини» свидетельствует об образовании иона Fe2+.
В четвертый стакан прилить 100 мл раствора сульфита натрия и прокипятить:
I 2Fe3++SO|~ 4- Н2О==2Fe2++2Н++SC)2~
Затем прибавить 10—15 мл раствора гексациано-(Ш) феррата калия. Опять появляется «турнбулева синь».
В пятый стакан прибавить 100 мл раствора иодида калия. При взаимодействии KI с ионом Fe3+ раствор буреет вследствие выделения свободного иода:
1, 2Fe3++21- = 2Fe2++12
Наличие иода можно подтвердить, прилив 3—5 мл крахмала, — появится яркая синяя окраска.
Опыт 331. Пассивирование железа.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана, широких и низких, на 400—600 мл. 2. Две вычищенные наждачной бумагой железные пластинки (или два больших гвоздя 12—15 см). 3. Наждачная бумага. 4. Тигельные щипцы. 5. Большой стакан с дистиллированной водой. 6. Азотная кислота (пл. 1,5). 7. Азотная кислота (4 н. раствор). 8. Фильтровальная бумага.
Подготовка. Налить в один стакан концентрированную азотную кислоту, в другой — разведенную. Вычистить до блеска железные пластинки.
I Выполнение. Опустить одну железную пластинку в разведенную азотную кислоту. Наблюдать почернение пластинки и выделение газа:
4Fe-f-4HNO3=Fe (NO3)34-2H2O+NO
Другую железную пластинку, взяв щипцами, опустить в концентрированную азотную кислоту. В концентрированной азотной кислоте железо сохраняет свой блеск и никакой реакции не заметно. Выдержав одну-две минуты, перенести пластинку из концентрированной азотной кислоты в разбавленную. Сделавшись пассивным, железо Уже не растворяется и в разбавленной азотной кислоте.
Ополоснув пластинку водой и высушив фильтровальной бумагой, потереть железо куском наждачной бумаги и снова погрузить в разбавленную азотную кислоту. Пластинка тотчас же темнеет и начинается выделение окислов азота. «Пассивное» состояние объ
ясняется тем, что железо с поверхности покрывается тонким слоем стойкого оксида. Для того чтобы «пассивное» железо вновь стало растворяться, надо этот слой удалить.
Опыт 332. Коррозия железа под действием кислорода воздуха при высокой температуре.
Оборудование и материалы. 1. Горелка. 2. Тигельные щипцы 3. Молоток. 4. Наждачная бумага. 5. Тонкая железная пластинка 25—30 см длины и 3—4 см ширины.
Подготовка. Наждачной бумагой хорошо очистить железную пластинку. Сложить вдвое конец пластинки (4—5 см) и сплющить ее молотком с загибом краев.
Выполнение. Пластинку взять щипцами и нагреть конец до образования на поверхности темного налета оксида железа. Когда пластинка остынет, ее развернуть и показать, что снаружи есть оксид, а внутри ее нет, так как эта часть пластинки не соприкасалась с воздухом.
Опыт 333. Коррозия железа во влажном воздухе.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 300—500 мл с резиновой пробкой. 2. Стеклянная трубка диаметром 3—4 мм. 3. Стакан на 100 мл. 4. Восстановленный порошок железа. 5. Вода. 6. Раствор фуксина.
Подготовка. Согнуть стеклянную трубку в виде буквы П. Один конец ее вставить в пробку. Налить в стакан раствор фуксина.
Выполнение. Смочить водой колбу и встряхнуть в ней сухой порошок железа, быстро герметически закрыть резиновой пробкой с газоотводной трубкой, второй конец которой опустить в стакан с подкрашенной водой. Кислород воздуха в колбе расходуется на окисление железа, поэтому в ней создается разряжение. Подкрашенная вода из стакана по мере окисления железа поднимается по газоотводной трубке.
Опыт 334. Роль растворенного в воде кислорода в коррозии металлов.
Оборудование и материалы. 1. Две конические колбы на 0,5 л. 2. Резиновая пробка по размеру одной колбы. 3. Наждачная бумага. 4. Колба на 1 л для кипячения воды с пробкой. 5. Треножник с сеткой и горелкой. 6. Два железных гвоздя 12—15 см длины. 7. Дистиллированная вода. 8. Хорошо прокипяченная дистиллированная вода.
Подготовка. В литровой колбе длительное время (1—2 ч) кипятить дистиллированную воду. Затем закрыть колбу пробкой и охладить воду. Наждачной бумагой очистить два гвоздя.
Выполнение. В одну колбу налить доверху прокипяченной дистиллированной воды, поместить в нее очищенный гвоздь и плотно закрыть пробкой. В другую колбу с некипяченой дистиллированной водой поместить очищенный гвоздь и оставить колбу открытой. На следующей лекции показать, что в кипяченой воде, где нет кислорода воздуха, гвоздь не заржавел, а в открытой колбе с некипяченой водой покрылся ржавчиной.
Опыт 335. Влияние состава атмосферы на коррозию железа.
Оборудование и материалы. 1. Три конические колбы на 500 мл Vc резиновыми пробками (четвертую пробку иметь в запасе). 2. Набор пробочных сверл. 3. Наждачная бумага. 4. Три железных гвоздя длиной 12—15 см. 5 Прокаленный хлорид кальция. 6. Соляная кислота (20%). 7. Дистиллированная вода.
Подготовка. Наждачной бумагой хорошо очистить гвозди. Просверлить три пробки и плотно вставить в них гвозди. Заблаговременно насыпать в одну колбу прокаленный хлорид кальция слоем 1 см, закрыть запасной пробкой и выдержать несколько часов. Во вторую колбу налить соляную кислоту слоем 1 см. В третью колбу налить дистиллированную воду слоем 1 см.
I Выполнение. Вставить плотно пробки с гвоздями в колбы. На следующей лекции показать, как прокорродировали гвозди в каждой из трех колб.
Опыт 336. Влияние состава жидкой среды на коррозию железа.
Оборудование и материалы. 1. Три конические колбы на 500 мл. 2. Наждачная бумага. 3. Три железных гвоздя 12—15 см длины. 4. Соляная кислота (10%). 5. Хлорид магния (10%-ный раствор). 6. Дистиллированная вода. 7. Гексациано-(III) феррат калия Кз[Ге(СМ)б] (5%-ный раствор).
Подготовка. Хорошо зачистить гвозди. В три колбы налить последовательно соляную кислоту, раствор хлорида магния и воду. В каждую колбу прилить по 10 мл гексациано-(III) феррата калия.
Выполнение. Опустить в каждую колбу по гвоздю и наблюдать изменение окраски жидкости. Жидкость в колбе с соляной кислотой густо синеет:
Иг Fe-{-2H+—H24-Fe2+
» 3Fe*++2 [Fe (CN)6j8-=Fe8 [Fe (CN)6]2
№ В колбе с хлоридом магния наблюдается легкое посинение:
Mg2+4-2H2O=Mg (ОН)2+2Н+
К Fe4-2H+=H2-f-Fe2+
I 3Fe2++2 [Fe (CN)6|3-=Fe3 [Fe (CN)6]2
В колбе с дистиллированной водой изменения цвета нет.
Опыт 337. Коррозия железа в морской и водопроводной воде.
Оборудование и материалы. 1. Две конические колбы на 500 мл.
2. Наждачная бумага. 3. Два железных гвоздя 12—15 см длины. 4. Морская вода (или имитация морской воды: в 500 мл дистиллированной воды раство- ' рить 12,5 г хлорида натрия, 1,25 г хлорида магния, 1 г сульфата магния, 0,25 г хлорида калия). 5. Водопроводная вода.
Подготовка. Наждачной бумагой хорошо очистить два гвоздя. Налить в одну колбу морскую воду, в другую — водопроводную.
Выполнение. В обе колбы положить по очищенному гвоздю и оставить до следующей лекции. На очередной лекции показать, что на железе в морской воде ржавчины больше, т. е. коррозия сильнее.
Опыт 338. Ингибиторы атмосферной коррозии железа.
Рис. 100. Ингибиторы кислотной коррозии железа: / — кристаллизатор; 2 — бюретка;
3 — воронка;
4 — лезвие бритвы
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300
2. Бюкс на 20—30 мл. 3. Картон. 4. Два лезвия безопасной бритвы. 5. Две небольшие фарфоровые чашки. 6. Пинцет. 7. Нитки. 8. Два шпателя. 9. Техно-химические весы с разновесом. 10. Ацетон СН3СОСН3. 11. Эфир (С2Н5)О 12. Дистиллированная вода. 13. Карбонат аммония (кристаллический). 14. Нитрит натрия NaNO2 (кристаллический).
Подготовка. Промыть бритвенные лезвия ацетоном, затем диэтиловым эфиром. Подвесить в стаканах на картонных крышках бритвенные лезвия. Налить в два стакана дистиллированную вода слоем 1—2 см. Отвесить по 2 а карбоната аммония и нитрита натрия, перемешать их и высыпать в бюкс.
Выполнение. Поместить открытый бюкс со смесью (ингибитор) в один стакан. На следующей лекции показать, что лезвие над ингибитором не корродирует, а без ингибитора корродирует.
Опыт 339. Ингибиторы кислотной коррозии железа.
Оборудование и материалы. 1. Три бюретки с кранами. 2. Три штатива с лапками. 3. Три небольших кристаллизатора. 4. Маленькая воронка с резиновой трубкой. 5. Три лезвия безопасной бритвы. 6. Две небольшие фарфоровые чашки. 7. Пинцет. 8. Три воронки диаметром 5—7 см. 9. Серная кислота (1:5). 10. Гексаметилентетрамин (уротропин) (СН2)бМ4 (кристаллический). 11. Раствор иода в растворе иодида калия. 12. Ацетон СН3СОСН3. 13. Диэтиловый эфир.
Подготовка. Приготовить три прибора согласно рис. 100. Закрепить бюретки в штативах. Чер ез воронку с резиновой трубкой заполнить их серной кислотой. Промыть бритвенные лезвия ацетоном, затем диэтиловым эфиром. Первый прибор оставить для сравнения. В кристаллизаторе второго прибора растворить 1 г уротропина. В кристаллизаторе третьего прибора растворить 10 капель раствора иода в иодиде калия.
Выполнение. Пинцетом поместить промытые лезвия под воронки трех приборов. В растворе серной кислоты без ингибитора бюретка довольно быстро заполняется выделяющимся водородом. В присутствии ингибиторов процесс идет значительно медленнее. Приборы выставить на следующей лекции и показать, что в бюретках с ингибиторами набралось очень мало водорода.
Препараты, диаграммы, таблицы, рисунки для обозрения элементов семейства железа и их соединений
Железо. Кобальт. Никель. Их сплавы. Чугуны и сталь. Оксиды и соли железа, кобальта и никеля. Минералы: магнетит РезОъ красный железняк (гематит) Ре20з, бурый железняк (гетит) Ре2Оз*Ре(ОН)з, пирит FeS2, фоялит Fe2SiO4, смольтит CoS2, ко
бальтовый блеск CoAsS, никелевый колчедан NiS2, миллерит NiS, никелевый блеск NiAsS. Диаграмма выплавки чугуна и стали по годам. Рисунки: разрез доменной печи, конвертер, мартеновская печь, диаграмма состояния сплавов железа и углерода. Изотопы железа, кобальта, никеля.
СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ
Открытие и развитие закона сохранения массы и энергии при химических реакциях связаны с именами Р. Бойля, М. В. Ломоносова, А. Лавуазье, Г. Ландольта, А. Эйнштейна и других ученых.
Рис. 102 Модель опыта Р. Бойля: обжиг железа на весах
Рис. 101. Керамическая печь с углем и ретортой
Бойль, Ломоносов и Лавуазье проводили свои опыты с обжигом металлов в стеклянных ретортах с применением керамиковых муфельных печей (рис. 101).
Опыт 340. Обжиг железа на весах (модель опыта Бойля).
Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы с разновесом. 2. Подковообразный магнит. 3. Горелка. 4. Кристаллизатор. 5. Часовое стекло. 6. Дробь или песок (для тарирования). 7. Кусок проволоки. Порошок восстановленного железа.
Подготовка. На одну из чашек весов поставить кристаллизатор, закрытый часовым стеклом с насыпанным на него порошком железа. Над часовым стеклом к дужке чашки весов подвесить на проволочном крючке магнит. На другую чашку весов для уравновешивания положить разновески — дробь или песок (рис. 102).
Выполнение. Показав, что весы уравновешены, снова их арретировать. Потом поднять часовое стекло и многократно прикоснуться порошком железа к магниту: железный порошок притягивается им. Освободив арретир, показать, что весы по-прежнему находятся в равновесии. Затем висящее на магните железо осто
рожно обвести снизу пламенем горелки или спички. Железо на-чинает тлеть, превращаясь в окалину, и чашка весов с магнитом опускается. «При обжиге металла вес прибывает»,— так записал Р. Бойль.
Опыт 341. Горение свечи на весах в замкнутом пространстве (модель опыта М. В. Ломоносова)
Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы с разновесом. 2. Дробь или песок. 3. Коническая колба на 500—750 мл с резиновой пробкой. 4. Стеклянная палочка. 5. Свеча. 6. Известковая вода.
Подготовка. Укрепить свечу на изогнутом конце стеклянной палочки, вставленной в пробку, и поместить в сухую коническую колбу с плотно входящей резиновой пробкой. Колбу поставить на технохимические весы и уравновесить (рис. 103). Выполнение. Арретировав весы, колбу снять, пробку вынуть. Зажечь свечу и внести ее в колбу. Тщательно закрыть колбу пробкой и поставить на весы, опустив арретир. Свеча некоторое время горит, затем горение прекращается. Равновесие весов во время опыта продолжает сохраняться. Следовательно, в изолированной системе при химической реакции масса веществ не изменяется. Для объяснения реакции
горения следует обратить внимание на запотевшие стенки колбы. Это показывает на то, что одним из продуктов горения свечи является вода.
Затем в колбу налить 10—20 мл прозрачной известковой воды и встряхнуть — жидкость мутнеет в результате образования карбоната кальция. Это указывает на наличие второго продукта горения свечи — диоксида углерода. Ломоносов записал: «Оными опытами установлено, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
Опыт 342. Сохранение массы веществ при химических реакциях в замкнутом пространстве (модель опыта Г. Ландольта).
Оборудование и материалы. 1. Технохимические весы с разновесом. 2. Дробь или песок (для тарирования). 3. Два сосуда Ландольта с резиновыми пробками и проволочными крючками (рис. 104). 4. Маленькая ворон--ка. 5. Две резиновые трубки длиной 10—15 см по диаметру носика воронки. 6. Иодид калия (0,5 н. раствор). 7. Нитрат свинца (II) (0,5 н. раствор). 8. Трихлорид железа (0,01 н. раствор). 9. Роданид калия (0,01 н. раствор).
Подготовка. В колено чисто вымытого сосуда Ландольта (см. рис. 104) осторожно, чтобы не загрязнить второе колено, на-
лить раствор иодида калия (на треть колена сосуда). Во второе колено сосуда осторожно налить раствор нитрата свинца. Растворы в обоих коленах должны быть совершенно прозрачными. Отвер-
стия сосудов плотно закрыть пробками. Сосуды с проволоч-ной петлей повесить на дужки I чашек весов и уравновесить их j (см. рис. 104).
Выполнение. Показав, I что весы уравновешены, один | сосуд осторожно наклонить так, чтобы растворы перемешались:
I 2K1+Pb (NOS)2==2KNOS4-Pbl2 |
2I“ + Pb2-i-=Pbl2
Образовавшийся желтый
Рис. 104. Модель опыта Г. Ландольтаг. сохранение массы веществ при реакции в замкнутом пространстве
иодид свинца (II) выпадает в осадок. Весы остаются по-прежнему уравновешенными; это показывает, что масса веществ при реакции не изменилась. Аналогично продемонстрировать вто-
рой сосуд:
FeCls+3KSCN 3KC1-|-Fe (SCN)3
Fe3+4-3SCN- Fe (SCN)3
Ландольт проводил такого рода опыты в течение 16 лет (1892—1908} и взвешивал с точностью 0,00003 г.
Опыт 343. Энтальпия реакции взаимодействия железа с серой.
В 1905 г. А. Эйнштейн на основании теории относительности вывел
Рис. 105. Взаимодействие железа с серой
уравнение связи массы с энергией: Е=?тс2. Тем самым он подтвердил высказанные на этот счет еще в XVII в. предположения М. В. Ломоносова. Наглядным опытом может служить взаимодействие железа с серой.
Оборудование и материалы. 1. Треножник с асбестированной сеткой. 2. Горелка. 3. Стеклянная палочка 40—50 см длины. 4. Смесь восстановленного порошка железа с серой (7 в. ч. железа и 4 в. ч. серы).
Выполнение. Смесь серы и железа насыпать кучкой на асбестированную сетку. Стеклянную палочку накалить в пламени горелки, накаленным концом дотронуться до смеси. В точке соприкосновения начинается реакция с выделением большого количества тепла. Реак
ция постепенно распространяется по всей смеси (рис. 105) и получается
сплошная раскаленная масса сульфида железа (II). Если при этом стеклянную палочку не отнимать, то она приплавляется к сульфиду железа (II). Уравнение реакции
Fe+S=FeS, — 9,623 -1011 эрг.
Согласно уравнению Эйнштейна
£ 9,623-1011 9,623-10й
т=---==----------=—----------= 1,067-10-9 г.
с2 (3-1010)2 9-Ю20
Таким образом, при образовании одного моля сульфида железа (II) масса уменьшается на 1,067-10““9 г. Этот опыт может служить
Рис 106. Определение химического эквивалента металла по объему вытесненного водорода
хорошим примером для развития понятий «энтальпия», «энтропия», «изобарно-изотермический потенциал».
Опыт 344. Определение химического эквивалента металла по объему вытесненного водорода.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для определения эквивалента металла (рис. 106). 2. Барометр. 3. Термометр (комнатный). 4. Гранулы цинка (0,08—0,12 г). 5. Соляная кислота (1 • 1).
Подготовка. В штатив закрепить бюретку емкостью 50 мл и уравнительный сосуд емкостью 100—150 мл (см. рис. 106). Бюретка и уравнительный сосуд должны быть соединены между собой резиновой трубкой и заполнены водой. Верхний конец бюретки соединить с двухколенным сосудом Ландольта через резиновую трубку с хорошо пригнанными пробками. Уровень воды в бюретке установить с помощью уравнительного сосуда на нулевое деление. В одно колено сосуда Ландольта поместить такую навеску исследуемого металла, чтобы объем выделяющегося газа не превышал 50 мл\ в другое колено налить 5 мл соляной кислоты (1:1). Сосуд Ландольта соединить с бюреткой и проверить прибор на герметичность.
Выполнение. После того как установлено, что прибор герметичен и уровень жидкости находится на том же делении, сосуд Ландольта
повернуть так, чтобы кислота перелилась в колено, где находится навеска исследуемого металла. Когда реакция закончится (прекратится выделение газа в сосуде Ландольта), прибор оставить на 5—10 мин для охлаждения газа до комнатной температуры. После этого мениск
воды в бюретке и уравнительном сосуде привести к одному уровню. Произвести отсчет положения нижнего края мениска в бюретке и записать объем выделившегося газа. Записать также показания
термометра, барометра, парциальное давление водяного пара при температуре опыта.
Расчет объема выделившегося газа, приведенного к нормальным условиям с учетом парциального давления паров воды, производится по формуле газового состояния:
I/ (р — /г) 273 ° 760.Г
где Vo — приведенный к нормальным условиям объем газа, мл\ V — измеренный объем газа, мл\ р— атмосферное давление, мм рт. ст.\ h — парциальное давление паров воды, мм pm. ст.\ Т — абсолютная .температура.
Эквивалент определяемого металла рассчитывается по уравнению
т-11 200
где т — масса определяемого металла, а; Э — эквивалент металла; 11 200 мл — объем эквивалента водорода при нормальных условиях.
Опыт 345. Определение эквивалента кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Бюретка на 25 мл 2. Пипетка на 10 мл 3. Три конические колбы на 100 мл. 4. Маленькая стеклянная воронка. 5 Стакан на 150 — 200 мл. 6 Промывалка с дистиллированной водой. 7. Мерная колба на 100 мл с контрольным раствором кислоты (с известной навеской). 8 Фенолфталеин. 9 Рабочий титрованный раствор NaOH с титром, близким к де-цинормальному.
Подготовка. Тщательно вымытую бюретку дважды сполоснуть небольшими порциями рабочего раствора NaOH для удаления остатков воды. Укрепить бюретку вертикально в штативе. Через воронку заполнить бюретку рабочим раствором NaOH так, чтобы мениск его был несколько выше нулевого деления. Заполнить нижний конец бюретки (резиновую трубку со стеклянным наконечником) так, чтобы в нем не содержалось воздуха. Затем убрать воронку из бюретки (так как с нее может капать раствор) и установить мениск на нулевое деление. В таком состоянии бюретка готова к работе.
Выполнение. В мерную колбу с контрольным раствором кислоты налить дистиллированную воду до метки. Тщательно перемешать раствор. Титр раствора равен навеске кислоты, деленной на сто. Чистую пипетку ополоснуть раствором контрольной кислоты (небольшим количеством), которую вылить в раковину. В три конические колбы налить пипеткой контрольный раствор кислоты. Прибавить в каждую колбу по две капли фенолфталеина. На плоскость штатива под бюретку положить лист белой бумаги. Подставить колбу с контрольным раствором кислоты под бюретку и титровать кислоту щелочью, медленно выливая правой рукой щелочь из бюретки. Одновременно левой рукой делать вращательные движения колбы для перемешивания раствора. Титрование закончить тогда, когда от прибавления одной капли щелочи появится бледно-розовая окраска раствора, не исчезающая в течение 1 — 2 мин. Для расчета взять средние значения объемов.
15
Ф. П. Платонов
225
Нормальность рассчитывают по уравнению д/ -^гцел * щел
2’КИСЛ у •
" К ИС л
Эквивалент кислоты рассчитывают по уравнению
Q ____ УкиСлИООО
^КиСЛ . ,
Я кис л
Контракция при смешивании спирта с водой.
Опыт 346.
Рис. 107. Модель опыта контракции при смешении:
а — вода и спирт до смешения; б — вода и спирт после смешения; в—пшено и горох До смешения; г— пшено и горох после смешения
рожно наклонить. Будет видно, как
Оборудование и материалы. 1. Два цилиндра на 500 мл с резиновыми пробками. 2. Литровая банка с пробкой. 3. Воронка для сыпучих веществ. 4. Этиловый спирт. 5. Дистиллированная вода. 6. Горох 7. Пшено.
Подготовка. На цилиндре нанести метки из черной бумаги на уровне 200 и 400 мл. В цилиндр налить воду до первой метки, потом осторожно, с помощью стеклянной палочки, по стенке налить безводный этиловый спирт до второй метки. Спирт, как известно, легче воды, поэтому он, не перемешиваясь (без встряски), растечется сверху над водой. При этом можно заметить поверхность раздела между водой и спиртом благодаря их различной светопреломляющей способности.
Затем цилиндр плотно закрыть резиновой пробкой и осто-струйки одной жидкости проника
ют в другую. После перемешивания станет заметным уменьшение
общего объема смеси. У ровень жидкости оказывается ниже второй метки (рис. 107). Происшедшее сжатие можно объяснить, если принять, что как вода, так и спирт состоят из мельчайших частиц, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Объем частицы спирта не равняется объему частицы воды (известно, что частица спирта занимает больший объем, чем частица воды). Поэтому
Рис. 108. Грамм-молекулярный объем при нормальных условиях 22,4 л, 1 л и 0,001 л
при смешивании частицы воды
размещаются между частицами спирта, и вся смесь может занять меньший объем, чем сумма объемов отдельных жидкостей.
Вместе с этим опытом И. А. Каблуков любил показывать опыт смешивания пшена с горохом, как модель контракции. В цилиндр, аналогичный описанному, насыпать до первой метки пшено, а затем до второй метки горох. Так как перемешивать пшено и горох в цилиндре неудобно, то пересыпать их через воронку в заранее приготовленную банку; банку закрыть пробкой и в ней перемешать. Равномерно перемешанную смесь пшена и гороха снова пересыпать 1 в цилиндр. Окажется, что общий объем смеси заметно уменьшится.
Примечание. В настоящее время уменьшение объема, наблюдаемое при смешении спирта и воды, объясняется гидратацией спирта, т. е. взаимодействием его с водой, в результате чего образуется химическое соединение С2Н5ОН-ЗН2О (см. раздел «Растворы», опыт 390).
В соответствии с законом Авогадро грамм-молекула любого газа при 0° С и 760 мм рт. ст. занимает объем 22,4 л. Для создания реального представления у слушателей о грамм-молекулярном объеме целесообразно демонстрировать на лекции три деревянных куба: ребро одного 28,2 см (объем 22,4 л), ребро другого 10 см (объем 1 л), ребро третьего 1 см (объем 0,001 л) (рис. 108).
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ. СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
КАТАЛИЗ
К важнейшим факторам, влияющим на скорость химических реакций, относятся природа и концентрация реагирующих веществ, температура, катализаторы.
Опыт 347. Смещение химического равновесия при взаимодействии трихлорида железа с роданидом калия.
Оборудование и материалы. 1. Пять стаканов на 500—600 мл с палочками. 2. Две пипетки на 5 мл. 3. Белый экран. 4. Трихлорид железа (0,01 н и 2 н. растворы). 5. Роданит калия (0,03 н. ибн. растворы). 6. Хлорид калия (кристаллический). 7. Дистиллированная вода.
Подготовка. На пять стаканов нанести по две метки, указывающие объем: на одном стакане — 200 и 400 мл, на четырех остальных— 100 и 400 мл.
Выполнение. В первый стакан налить до первой метки разбавленный раствор трихлорида железа и до второй — разбавленный раствор роданида калия. Получается интенсивно-красный раствор— цвет образующегося роданида железа (III) по реакции
FeCl34-3KSCN Fe(SCN)3+3KCl
Fe3++3SCN- Z± Fe(SCN)3
Полученный раствор поровну разлить в четыре бокала (до первой метки) и долить дистиллированную воду до второй метки. Чтобы окраска была равномерной, растворы перемешать стеклянными палочками. Оставив один из четырех стаканов с раствором для сравнения, в другой добавить 5 мл 2 н. раствора трихлорида железа, в следующий — 5 мл 6 н. раствора роданида калия. В обоих случаях окраска раствора резко усиливается, что свидетельствует с смещении равновесия в направлении образования роданида 15* 227
железа (III), в последний стакан всыпать порцию кристаллического хлорида калия и перемешать стеклянной палочкой. По мере рас, творения хлорида калия окраска раствора постепенно ослабевает что свидетельствует о смещении равновесия в обратную сторону5
Химическое равновесие смещается в соответствии с законом дец! ствия масс:
[Fe(SCN)3] [КО]3
[FeCl3] [KSCNj3 ’ I
где К — константа равновесия.
Опыт 348. Смещение равновесия гидроксида магния под влиянием образования малодиссоциированных веществ.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 1000 мл с палочкой.
2. Два стакана на 300 мл с палочками. 3. Мерный цилиндр на 500 мл. 4. Хлорид магния MgCl2 (2 н. раствор). 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 6. Хлорид аммония (2 н. раствор). 7. Соляная кислота (2 н.).
Подготовка. В большой стакан налить 600 мл раствора хлорида магния и медленно приливать раствор гидроксида натрия до образования осадка. Взболтать осадок, суспензию разлить по 200мл в другие два стакана. Уравнение реакции
MgCl2+2NaOH -Mg(OH)24-2NaCl
Mg2+4-2ОН-=Mg(OH )2
Выполнение. Первый стакан с осадком оставить для сравнения, во второй прилить соляную кислоту до растворения осадка:
Mg(OH)2+2HCl=MgCl2 4-2Н2О
Mg(OH )2+2Н+=Mg2++2Н2О
В третий стакан прилить раствор хлорида аммония до растворе» ния осадка:
Mg(OH)2+2NH4Cl=MgCl2+3NH4OH Mg(OH)2+2NH+=Mg2++2NH4OH
Опыт 349. Смещение равновесия хромата и дихромата калия под влиянием реакции среды.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 300—400 мл с палочками. 2. Хромат калия К2СгО4 (0,5 н. раствор). 3. Серная кислота (2 н.> 4. Гидроксид натрия (2 н. раствор).
Выполнение. Налить в один стакан 300 мл раствора хромата калия. Половину раствора отлить в другой стакан и прилить серную кислоту до образования оранжевой окраски:
2СгО4~ 4-2Н+ Сг2Оу~+ Н2О
Хроматы окрашены в желтый цвет (ион СгО*-"), дихроматы — в оранжевый (ион Сг2О7~).
Из второго стакана половину раствора отлить в третий стакан, прибавить раствор гидроксида натрия до образования желтой окраски:
Сг2О|- 4- 2ОН- 2СгО^~+ Н2О
Смещение химического равновесия под влиянием температуры см. опыт 132.
Опыт 350. Смещение равновесия в растворе аммиака при нагревании.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 лы с палочками. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Мерный цилиндр на 200 мл. 4. Аммиак (концентрированный раствор). 5. Дистиллированная вода. 6. Фенолфталеин (спиртовой раствор).
Подготовка. В два стакана налить по 200 мл дистиллированной воды, по 10 капель фенолфталеина и по две капли концентрированного раствора аммиака.
Выполнение. Один стакан оставить для сравнения, другой нагреть до исчезновения окраски:
NH34- Н2О NH4OH NH++OH-
Нагревание способствует выделению аммиака из раствора и тем самым сдвигу равновесия влево. При охлаждении вновь появляется розовая окраска раствора.
Опыт 351. Зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250 мл с палочками. 2. Мерный цилиндр на 100 мл. 3. Соляная кислота (2 н.). 4. Пластинки из магния и цинка одинаковых размеров.
Выполнение. В два стакана налить по 100 мл соляной кислоты. Опустить в один из них магниевую, в другой цинковую пластинки. Различная интенсивность выделения пузырьков водорода наглядно показывает разницу в скорости взаимодействия различных металлов с одной и той же кислотой:
Mg+2HCl=MgCl2+H2
Mg+2H +=Mg2+-f-H2
Zn4-2HCl=ZnCl24-H2
Zn-F2H +=Zn2++H2
См. также опыт 19.
Опыт 352. Зависимость скорости химической реакции от концентрации взаимодействующих веществ.
Оборудование и материалы. 1. Шесть стаканов на 250 мл с палоч ками. 2. Две мерные колбы на 1 л. 3. Три пипетки: на 100, 50 и 25 мл. 4. Секундомер. 5. Белый экран. 6. Иодад калия КЮ3 (кристаллический). 7. Свежеприготовленный 1%-ный раствор крахмала. 8. Сульфит натрия Na2SO3 (кристаллический). 9. Серная кислота (0,5 н.). 10. Дистиллированная вода.
Подготовка. Приготовить два раствора: 1) 2 г йодата калия в 1 л 0,5 н. серной кислоты (раствор А); 2) 1 г сульфита натрия в 1 л воды (раствор Б). Раствор А можно готовить заблаговременно. Раствор Б готовят перед лекцией ввиду его неустойчивости. Проставить на шести стаканах номера 1, 2, 3, I, II, III соответственно.
Выполнение. Налить в стаканы 1, 2 и 3 по 100 мл раствора А, в стакан I — ЮС мл раствора Б, в стакан II—50 мл рас
твора Б и 50 мл воды, в стакан III — 50 мл раствора Б и 100 мл воды. Из стакана III после перемешивания отобрать пипеткой 50 мл раствора. В стаканы I, II и III добавить по 25 мл раствора крахмала. Затем слить попарно (одновременно) растворы в стаканах 1 и I, 2 и II, 3 и III. Тотчас включить секундомер. Позади стаканов поставить белый экран. Опыт необходимо проверять каждый раз перед демонстрацией до лекции. Реакция между иодат-ионом ЮТ и сульфит-ионом SO1“ протекает в несколько стадий:
IO^+3SO|~ = 3SO|-4-I~ (медленно)
51“4- IOJ4-6H+=312+ЗН2О (быстро)
I2-pSO|—4- H2O=SO4~4-2H+4-2I~ (очень быстро)
Свободный иод появляется в растворе лишь после окисления всех сульфит-ионов.
Опыт 353. Скорость химической реакции при взаимодействии тиосульфата натрия с серной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Шесть стаканов на 500 мл. 2. Три мерных цилиндра: один на 250 мл и два на 50 мл. 3. Секундомер. 4. Черный экран. 5. Серная кислота (1714). 6. Тиосульфат натрия (1 М раствор). 7. Дистиллированная вода.
Подготовка. Приготовить свежий раствор тиосульфата натрия на дистиллированной воде (pH ~ 7). На шести стаканах нанести метки 200 мл. На трех стаканах поставить номера 1, 2, 3, на трех других — номера I, II, III соответственно.
Выполнение. Влить с помощью мерного цилиндра (точно отмерив) раствор тиосульфата натрия в стаканы № 1 —10 мл, № 2 — 20 мл, № 3 — 40 мл. Долить все три стакана дистиллированной водой до метки. Аналогичным образом влить 10, 20 и 40 мл серной кислоты в стаканы № I, II, III и тоже долить до метки дистиллированной водой. Одновременно слить растворы попарно в один бокал: 1 и I, 2 и II, 3 и III. Тотчас заметить время (включив секундомер). Позади бокалов поставить черный экран. Примерно через 15 сек в третьем бокале (наибольшая концентрация раствора) появляется слабая опалесценция, постепенно усиливающаяся до интенсивной мути. Во втором бокале (с меньшей концентрацией) результат реакции становится заметным примерно через 30 сек. Наконец, в первом бокале (наименьшей концентрацией) опалесценция появляется через 60 сек. Уравнение реакции
Na2S2O3+H2SO4=Na2SO44-H2O-|-SC'2+S
S202~+2H-b = H2O-F SO2+S
Опыт 354. Зависимость скорости реакции от силы кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Две колбы на 250—300 мл с резиновыми пробками. 2. Три штатива с четырьмя лапками. 3. Две капельные воронки. 4. Два стеклянных цилиндра (для собирания газов). 5. Два кристаллизатора. 6. Две стеклянные трубки. 7. Технохимические весы с разновесом. 8. Соляная кислота (2 н.). 9. Уксусная кислота СН3СООН (2 н.). 10. Цинк гранулированный.
Подготовка. Опыт проводить на установке, изображенной на рис. 109. Колбы укрепить в штативе. Горла их закрыть резиновыми пробками, в отверстия которых вставлены капельные воронки и согнутые стеклянные трубки. Концы газоотводных трубок, соединенных с ними, опустить в кристаллизаторы и подвести под опрокинутые, наполненные водой цилиндры, укрепленные в штативах. В одну из капельных воронок налить 100 мл раствора уксусной кислоты (на рисунке — слева), в другую—100 мл соляной кислоты. В колбы
Рис. 109. Скорость выделения водорода цинком в зависимости от силы кислот
поместить равные количества гранулированного цинка (по 10 г, по возможности гранулы одинакового размера).
Выполнение. В обе колбы одновременно влить из капельных воронок уксусную и соляную кислоты. Выделяющийся водород собирать в цилиндры. Водород быстро выделяется из соляной кислоты и значительно медленнее из уксусной. О скорости выделения можно судить по объемам газа, собранного в цилиндрах. Уравнения реакции:
Zn-p2HC2H3O2 = Zn (С2Н3О2)2-рН2
Zn-p 2НС2Н3О2=Zn2++ 2С2Н3О7+Н2
Zn+2HCl=ZnCl24-H2
Zn+2H+ = Zn2++H2
Опыт 355. Зависимость скорости химической реакции от концентрации кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Прибор, смонтированный по рис. 109. 2. Технохимические весы с разновесом. 3. Соляная кислота (2 н. и 4 н.). 4. Цинк гранулированный.
Подготовка. В одну из капельных воронок налить 100 мл 2 н. соляной кислоты, в другую—100 мл 4 н. соляной кислоты.
В колбы помещают по 10 г гранулированного цинка (по возможности гранулы одного размера).
Выполнение. В колбы одновременно прилить из капельных воронок соляную кислоту. Выделяющийся водород собирать в цилиндры. О скорости выделения водорода можно судить по объему газа, собранного в цилиндрах.
Опыт 356. Зависимость скорости реакции от температуры.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 500 мл. 2. Четыре стакана на 250 мл. 3. Два штатива с закрепленными на каждом по два термометра на 100° С. 4. Два треножника с асбестированными сетками и горелками. 5. Два мерных цилиндра на 100 мл. 6. Мерный цилиндр на 50 мл. 7. Белый экран. 8. Оксалат натрия Na2C2O4 (0,1 н. раствор). 9. Перманганат калия КМпО4 (0,025 н. раствор). 10. Серная кислота H2SO4 (2 н. раствор).
Подготовка. На двух больших стаканах поставить номера 1 и 2. На четырех стаканах по 250 мл наклеить этикетки, из них на двух с надписью КМпО4 и на двух — Na2C2O4. В два малых стакана с соответствующими этикетками налить по 100 мл раствора перманганата калия и по 50 мл серной кислоты, в другие два малых стакана —-по 100 мл раствора оксалата натрия и по 50 мл серной кислоты. В растворы поместить термометры. Стаканы поставить попарно на треножники. Нагреть одну пару стаканов на 42—43° С, другую на 52—53° С.
Выполнение. Нагретые растворы с помощью ассистента одновременно слить попарно в большие стаканы, тотчас включить метроном или секундомер; зафиксировать время исчезновения окраски перманганата калия в каждом стакане. Уравнение реакции
2KMnO4+5Na2C2O4+8H2SO4=K2SO4+2MnSO4+5Na2SO4+10CO2+8H2O
2MnO^+5C2Q2~+ 16Н+=2Mn2++10СО2+8Н2О
Опыт 357. Зависимость скорости реакции от концентрации при взаимодействии гидросульфита натрия с формальдегидом.
Оборудование и материалы. 1. Шесть стаканов на 500—600 мл с палочками. 2. Мерные цилиндры на 100, 50 и 25 мл. 3. Секундомер. 4. Формалин (30 мл 40%-ного раствора формальдегида СН2О довести дистиллированной водой до 1 л). 5. Гидросульфит натрия (24 г в 1 л дистиллированной воды). 6. Спиртовой раствор фенолфталеина. 7. Дистиллированная вода.
Подготовка. Поставить на стаканах номера 1, 2, 3, I, II, III. Налить в первые три стакана по 100 мл формалина, в другие три стакана — по 100 мл раствора гидросульфита натрия и по 10 капель фенолфталеина. В стакан II добавить 50 мл дистиллированной воды, в стакан III — 100 мл воды.
№ стакана сн2о, мл Раствор NaHSO3, мл Фенолфталеин, капли н2о, мл № стакана СН2О, мл Раствор NaHSO3, мл Фенолфталеин, капли н2о, мл
1 100 - - I — — 100 10 ...
2 100 — - — II — 100 10 50
3 100 — — — III — 100 10 100
Выполнение. С помощью ассистента одновременно смешать попарно растворы в стаканах 1 и I, 2 и II, 3 и III. Отметить время, включить секундомер. Если отношение реагирующих веществ остается постоянным, то время реакции будет являться линейной функцией разбавления. Протекают реакции
SO|-+CH2O + H2O=CH2OHSO"+OH-
oh-+hso7=h2o+so2~
Так как вторая реакция протекает практически мгновенно, концентрация ионов ОН" возрастает лишь после того, как гидросульфит полностью израсходуется и раствор от фенолфталеина окрасится в розовый цвет.
Опыт 358. Кинетика взаимодействия пероксида водорода с иодо-водородндй кислотой в присутствии различных количеств тиосульфата натрия.
Оборудование и материалы. 1. Шесть стаканов на 400—500 мл с палочками. 2. Секундомер. 3. Лист белой бумаги. 4. Свежеприготовленный 0,2 н. раствор пероксида водорода в темной склянке. 5. Иодид калия (0,1 н. раствор). 6. Серная кислота H2SO4 (0,1 н. раствор). 7. Тиосульфат натрия (0,01 н. раствор). 8. Крахмал.
Подготовка. Поставить на стаканах номера 1, 2, 3, I, II, III. На лист белой бумаги поставить в ряд стаканы 1, 2 и 3, а за ними стаканы I, II и III. В стаканы первого ряда налить по 100 мл 0,1 н. раствора иодида калия, по 10 мл раствора крахмала и соответственно 15, 30 и 45 мл 0,01 н. раствора тиосульфата натрия. В три стакана второго ряда налить по 100 мл 0,1 н. раствора серной кислоты и по 100 мл пероксида водорода. С помощью ассистента одновременно смешать попарно растворы в стаканах 1 и I, 2 и II, ЗиШ и перемешать стеклянными палочками. Отметить время секундомером. Протекают реакции
2КI+H2SO4=K2SO44-2HI 2HI+H2O2=2H2O+12 I24~2Na2S2O3 = Na2S4O6-|-2NaI
Как только весь имеющийся в растворе тиосульфат натрия израсходуется, выделяющийся иод вызовет посинение раствора.
Опыт 359. Зависимость скорости реакции от кислотности среды.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Два мерных цилиндра на 100 мл. 3. Два мерных цилиндра на 25 мл. 4. Белый экран. 5. Секундомер. 6. Перманганат калия (0,1 н. раствор). 7. Серная кислота (2 н. раствор). 8. Уксусная кислота (2 н. раствор).
Выполнение. Налить в два стакана по 100 мл раствора перманганата калия. В один стакан добавить 25 мл серной кислоты, в другой — 25 мл уксусной кислоты. Одновременно прилить в оба
стакана по 105 мл раствора бромида калия и включить секундомер. Протекает реакция
2 MnO7+5e-h.8H4' -> Мп2++ 4Н2О
5 ___________2Вг~ — 2е -> Вг2__________
2МпО7+10Вг~+ 16Н+ = 2Мп2++5Вг2+8Н2О
Отметить время исчезновения малиновой окраски раствора.
Опыт 360. Зависимость скорости реакции от величины поверхности реагирующих веществ.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250 мл с палочками. 2. Мерный цилиндр на 100 мл. 3. Ступка с пестиком. 4. Технохимические весы с разновесом. 5. Мрамор в кусках. 6. Мрамор в порошке. 7. Соляная кислота (0,1 н. раствор).
Подготовка. Растереть мрамор в порошок. Отвесить по 3—5 г мрамора в кусках и в порошке. Поместить их в два разных стакана.
Выполнение. Налить в каждый стакан по 100 мл соляной кислоты. По пузырькам выделяющегося газа наблюдать скорость реакции. Уравнение реакции
СаСО34-2НС1=СаС12 4- H2O-f-CO2
СаСО3+2Н4-=Са2+4-Н2О+СО2
Горение алюминиевой пластинки и алюминиевой пыли в пламени горелки см. опыт 49.
Опыт 361. Зависимость скорости реакции от температуры при взаимодействии тиосульфата натрия с серной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 500 мл. 2. Шесть стаканов на 250 мл с палочками. 3. /Мерный цилиндр на 250 мл. 4. Два треножника с асбестированными сетками и горелками. 5. Два штатива с закрепленными термометрами на 100° С. 6. Черный экран. 7. Секундомер. 8. Тиосульфат натрия Na2S2O3 (0,05 М раствор). 9. Серная кислота H2SO4 (0,05 М раствор).
Подготовка. На шести стаканах по 250 мл нанести метки в 200 мл. На трех из них наклеить этикетки с надписью Na2S2O3 и на трех — H2SO4.
Выполнение. В соответствующие стаканы влить до метки растворы Na2S2O3 и H2SO4. По одному стакану с Na2S2O3 и H2SO4 поставить к одному из больших стаканов. Держать их при комнатной температуре. Остальные стаканы, опустив в них термометры, поставить попарно на треножники и осторожно нагреть выше комнатной температуры: одну пару стаканов на 11—12 град, другую — на 22—23 град. Следить за тем, чтобы температура растворов не поднималась выше указанной (нагревание на 1—3 град выше 10 и 20 необходимо потому, что при сливании растворов в большой стакан их температура обычно понижается на 1—3 град). Нагрев растворы, одновременно слить их попарно, тотчас включить секундомер и позади стаканов установить черный экран. В стакане с температурой на 20 град выше комнатной результат реакции становится заметным примерно через 15 сек, на
10 град выше комнатной — через 30 гас и при комнатной температуре — через 60 сек. Уравнение реакции
Na2S2O34- H2SO4=Na2SO4~f-H2O-[-SO2'4~S
S2O|~ + 2H + = H2O+ SO2+S
Опыт 362. Автокатализ при взаимодействии тиосульфита натрия с хлоратом калия.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка диаметром 3—4см и высотой 25—30 см. 2. Резиновая пробка к пробирке с широкой стеклянной трубкой диаметром 1,5—2 см и длиной 9—10 см, согнутой под прямым углом. 3. Резиновая трубка по диаметру стеклянной трубки и длиной 40—50 см. 4. Штатив с лапкой. 5. Кристаллизатор диаметром 15—20 см. 6. Технохимические весы с разновесом. 7. Насыщенный при комнатной температуре раствор гидросульфита натрия NaHSO3. 8. Хлорат калия КС1О3. 9. Гидроксид натрия NaOH (2 н. раствор).
Подготовка. Пробирку закрепить в лапке штатива. Поставить под нее кристаллизатор, на две трети наполненный 2 н. раствором гидроксида натрия. В пробирку до половины высоты налить насыщенный раствор гидросульфита натрия. Отвесить 1—1,5 г хлорида калия.
Выполнение. Всыпать хлорат калия в пробирку. Закрыть ее пробкой с резиновой трубкой, опущенной в кристаллизатор со щелочью. Вначале реакция незаметна. Спустя некоторое время появляется и постепенно нарастает выделение пузырьков диоксида серы вплоть до бурного вскипания. Постепенное увеличение скорости реакции связано с увеличением кислотности среды за счет накопления кислот НС1О3, НС1, H2SO3:
KClO3+NaHSO3-NaKSO3+HClO3
НСЮ3 4-3NaHSO3=3NaHSO4+HCl
HCl+NaHSO3=NaC14-H2SO3
H2SO3=H2O-f-SO2 t
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O (в кристаллизаторе)
Опыт 363. Взаимодействие пероксида водорода с дихроматом калия (гомогенный катализ).
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 500 мл. 2. Мерные цилиндры на 100 и 10 мл. 3. Горелка с треножником и асбестированной сеткой. 4. Стакан на 250—300 мл. 5. Стеклянная палочка. 6. Белый экран. 7. Пероксид водорода Н2О2 (30%-ный раствор). 8. Насыщенный раствор дихромата калия К2Сг2О7. 9. Лучина.
Подготовка. 100 мл дихромата калия К2Сг2О7 подогреть до 50—60° С. Налить раствор дихромата калия в цилиндр.
Выполнение. К подогретому раствору дихромата калия прилить 5 мл пероксида водорода. Раствор в цилиндре быстро темнеет и становится почти черным. Это связано с образованием промежуточных соединений типа К2 [Сг2О7 • Н2О2]. Через 1—2 мин начинается бурное разложение промежуточного соединения — выделяется кислород
(реакция диспропорционирования). Показать тлеющей лучиной выделение кислорода:
Н2О2 — 2е -> 2Н+-]-О2
Н2О2+2е -> 2ОН-
2Н20о = 2Н20+02
По окончании реакции вновь появляется оранжевая окраска, свойственная катализатору — дихромату калия.
Опыт 364. Диспропорционирование пероксида водорода под действием сульфата тетраммин-меди (II) (гомогенный катализ).
Оборудование и материалы. 1. Три цилиндра на 0.5 л. 2. Белый экран. 3. Мерные цилиндры на 100 и 10 мл. 4. Медный купорос (3%-ный раствор). 5. Пероксид водорода (30%-ный раствор), 6. Аммиак (10%-ный раствор). 7. Лучина.
Подготовка. Налить в один цилиндр 100 мл раствора медного купороса, в другой—100 мл раствора аммиака, в третий — по 50 мл растворов медного купороса и аммиака. В третьем цилиндре образуется темно-синий раствор сульфата тетраммин-меди (II):
4NH34-CuSO4 = [Cu (NH3)4J SO4
Выполнение. Во все три цилиндра добавить по 5 мл пероксида водорода. В первых двух цилиндрах признаки реакции еле заметны, в цилиндре с сульфатом тетраммин-меди (II) протекает бурная реакция диспропорционирования пероксида водорода:
Н2О2 — 2е -> 2Н++О2
Н2О2+2с -> 2ОН-
2Н2О2 = 2Н2О+О2
Выделение кислорода показать тлеющей лучиной.
Опыт 365. Каталитическое разложение пероксида водорода под действием платинированного асбеста и каталазы крови.
Оборудование и материалы. 1. Два цилиндра на 500 мл. 2. Платинированный асбест. 3. Горелка. 4. Пероксид водорода (10 96-ный раствор). 5. Кровь (можно любого животного). 6. Лучина.
Подготовка. В два цилиндра налить по 50 мл пероксида водорода.
Выполнение. В один цилиндр бросить маленький кусок прокаленного платинированного асбеста. Проверить выделение кислорода тлеющей лучиной. В другой цилиндр прилить 0,5—1 мл крови и также проверить выделение кислорода. Под влиянием катализаторов протекает реакция диспропорционирования пероксида водорода.
Этим опытом демонстрируется микрогетерогенный биологический катализ. Очень небольшое количество фермента каталазы проявляет более активное действие, чем неорганический катализатор. Каталитическое действие каталазы имеет большое биологическое значение.
Каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха в присутствии платины и оксида хрома (III) — см. опыт 123. Гетерогенный катализ с диоксидом марганца — см. опыт 185. Каталитическое действие воды при взаимодействии алюминия с иодом — см. опыт 58.
ВОДА
Опыт 366. Получение дистиллированной воды при атмосферном давлении с холодильником Либиха.
Оборудование и материалы. 1. Две литровые колбы. 2. Холодильник Либиха. 3. Воронка диаметром 10—12 см. 4. Штатив с лапкой. 5. Штатив с лапкой и кольцом. 6. Асбестированная сетка. 7. Горелка. 8. Перманганат калия (0,5 н. раствор).
Выполнение. Собрать прибор, как указано на рис. 110. В отгонную колбу налить водопроводную воду и 5—10 мл раствора
Рис. НО. Получение дистиллированной воды при атмосферном давлении с холодильником Либиха
перманганата калия для окисления летучих продуктов и наглядности очистки воды. Пустить воду в холодильник и зажечь горелку. После начала кипения в приемной колбе собирается чистая вода.
Опыт 367. Перегонка воды под уменьшенным давлением.
Оборудование. 1. Два штатива с лапками и кольцом. 2. Горелка. 3. Колба Клайзена на 500 мл. 4. Холодильник. 5. Колба Бунзена. 6. Трехгорлая склянка. 7. Ртутный манометр. 8. Водоструйный насос. 9. Термометр на 100° С. 10. Трубка со стеклянным краном. 11. Две стеклянные трубки, согнутые под прямым углом. 12. Длинная стеклянная трубка диаметром 5—7 мм с оттянутым в виде капилляра концом. 13. Винтовой зажим. 14. Асбестированная сетка. 15. Резиновые пробки. 16. Толстостенная резиновая трубка.
Подготовка. В колбу Клайзена на половину ее объема налить дистиллированную воду. Укрепить колбу в штативе. В горло ее вставить на резиновой пробке трубку, длинный капилляр которой доходит почти до дна (рис. 111). На верхний конец трубки надеть резиновую трубку с винтовым зажимом. В боковое горло колбы на пробке вставить термометр, ртутный шарик которого Должен находиться против бокового отростка колбы. Последний при помощи пробки присоединить к верхнему концу холодильника. Нижний конец холодильника через пробку вставить в горло колбы Для отсасывания. Боковую трубку ее с помощью толстостенной
резиновой трубки соединить с ртутным манометром. Последний такой же резиновой трубкой соединить с согнутой под прямым углом короткой стеклянной трубкой, вставленной на пробке в одно из боковых отверстий трехгорлой склянки. В среднее горло склянки на пробке вставить стеклянный кран, а в другое боковое отверстие— согнутую под прямым углом стеклянную трубку, длинный конец которой опущен почти до дна склянки, а верхний короткий конец через резиновую трубку соединить с водоструйным насосом.
Рис. 111. Перегонка воды при уменьшенном давлении
В собранном приборе при работе давление должно быть меньше атмосферного, поэтому решающее значение имеет герметичность соединений отдельных его частей; на это следует обратить особое внимание при сборке прибора.
Выполнение. Открывая кран манометра и закрывая кран, вставленный в среднее горло склянки, привести в действие водоструйный насос. Одновременно начать нагревать колбу и пустить холодную воду в холодильник. В приборе создать разрежение до 15 мм рт, ст. (следить по манометру). В результате вода начинает кипеть ~25°С. В колбе для отсасывания собирается дистиллат. Перед окончанием опыта прекратить нагревание, медленно открыть кран трубки, вставленный в трехгорлую склянку; при этом давление в приборе выравнивается с внешним. Затем прекратить действие водоструйного насоса.
На рис. 112 показан автоматический беспрерывно действующий перегонный аппарат. При испарении воды холодильник наклоняет перегонную колбу таким образом, что в нее поступает вода из водопровода; по мере наливания перегонная колба наклоняет холодильник так, что водопроводная вода поступает в холодильник, а из него вода уходит в раковину.
Опыт 368. Кипение воды при уменьшении давления.
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 1 л с плотно входящей резиновой пробкой. 2. Штатив с лапкой и кольцом. 3. Фарфоровая чашка. 4. Горелка. 5. Асбестированная сетка. 6. Мешочек для снега (льда). 7. Снег или мелко дробленный лед. 8. Дистиллированная вода.
Выполнение. В круглодонную колбу, укрепленную в штати-
ве (рис. 113, а), налить наполовину ее объема дистиллированную воду. Кипятить 20—30 мин. Пары воды вытесняют почти весь воз-
дух из колбы. Прервав нагревание, колбу быстро плотно закрыть заранее подобранной резиновой пробкой и, ослабив муфту на шта-
тиве, перевернуть. Горелку и кольцо с ас-бестированной сеткой убрать, а внизу под колбу поставить фарфоровую чашку. Прекратившееся кипение воды в колбе снова возобновляется. Дно колбы охладить снегом или льдом, помещенным в мешочек, или мокрым полотенцем. При этом кипение, постепенно усиливаясь, становится бурным (рис. 113,6).
Бурное кипение при охлаждении верхней части колбы вызывается тем, что пар над водой в колбе, соприкасаясь с охлаждаемыми стенками, конденсируется, отчего давление в колбе падает до величины меньшей, чем это соответствует давлению паров нагретой воды. Для опыта нужно брать круглодонную колбу; плоскодонную колбу может раздавить внешнее давление воздуха.
Часть нагретой воды превращается в пар, образуя пузырьки по всей массе жидкости без подогрева извне.
Начинать кипячение воды следует за 20—30 мин до его демонстрации, чтобы предварительно удалить из воды растворенный в ней воздух.
Опыт 369. Аномальное расширение воды при понижении температуры ниже 4°С.
Рис. 112. Автоматический беспрерывно действующий перегонный аппарат с качающимся держателем:
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная широкогорлая колба на 1—1,5 л с хорошо подобранной резиновой пробкой. 2. Толстостенный стеклянный стакан диаметром 20 см, высотой 25 см (можно воспользоваться свеклович-
1 — перегонная колба; 2—холодильник; 3 — поступление водопроводной воды; 4—выброс водопроводной воды
в канализацию
ным вегетационным сосудом). 3. Штатив с лапкой. 4. Термометр. 5. Термоскоп.
6. Стеклянная трубка, дважды изогнутая.
П одготовка. Для опыта необходимо изготовить термоскоп. Так называется прибор, показывающий изменение температуры, весьма похожий на термометр, но не имеющий делений. Его устройство показано на рис. 114, а. Он состоит из небольшого сосуда, в который впаяна длинная (70 см) трубка, немного не доходящая До дна. В сосуде и трубке находится подкрашенная вода; в верхней части термоскопа находится воздух. Наполнять такой термоскоп надо следующим образом. Сначала сосуд погрузить в горячую
воздух в нем расширяется, и вода
Рис. ИЗ. Кипение воды при уменьшенном давлении:
а — удаление воздуха из колбы длительным кипячением; б — кипение воды при понижении температуры паров в замкнутом пространстве
воду; воздух в нем расширяется и часть выходит наружу. После этого сразу же открытый конец трубки опустить в подкрашенную воду, а сосуд охладить, поливая холодной водой или обернув тряп-кой со снегом (льдом). Воздух в сосуде, охлаждаясь, сжимается, давление его уменьшается, и вода засасывается в термоскоп. Про-делав указанную операцию 2—3 раза, набрать в термоскоп нужное количество воды.
При нагревании подготовленного таким образом термоскопа поднимается по трубке вверх; при охлаждении давление в термоскопе уменьшается, и вода в трубке опускается. Изменение уровня воды в трубке термоскопа может быть хорошо заметно даже при незначительном колебании температуры.
Термоскоп можно сделать и более простым способом (рис. 114, б). В пробирку диаметром 2 см и высотой 5 см или колбу на 50—100 мл на одну треть налить подкрашенную воду. Плотно закрыть резиновой пробкой, в которую вставлена длинная стеклянная трубка (внутренний ее диаметр небольшой), на три четверти наполненная подкрашенной водой и доходящая почти до дна пробирки (колбы). Желаемый первоначальный уровень жидкости в трубке такого термо
скопа устанавливают незначительным вдвиганием или выдвиганием резиновой пробки, медленно ее поворачивая.
Для опыта собрать прибор, изображенный на рис. 114. Он состоит из круглодонной широкогорлой колбы на 1 —1,5 л. Для колбы подобрать резиновую пробку с отверстиями. В одно отверстие вставить термоскоп, в другое — стеклянную трубку с возможно малым диаметром, изогнутую, как показано на рисунке. Третье отверстие остается сначала открытым.
Колбу наполнить доверху водой комнатной температуры. Изогнутую трубку наполовину наполнить подкрашенной водой. Пробку с термоскопом и изогнутой трубкой плотно и глубоко вставить в горло колбы, так чтобы между пробкой и водой не оставалось пузырьков воздуха и чтобы вода в изогнутой трубке сообщалась с водой в колбе. Избыток воды, вытесненной при этом из колбы пробкой, вытекает через третье, свободное, отверстие пробки, после чего последнее плотно закрыть термометром. Уровни подкрашенной жидкости в термоскопе и в изогнутой трубке отметить резино
выми кольцами. Собранный таким образом прибор укрепить в штативе и поместить в толстостенный стакан.
Выполнение. Колбу прибора, помещенного в стакан, засы
пать охлаждающей смесью из ной солью (на 100 г снега, 33 другие охлаждающие смеси (см. таблицу ниже). При охлаждении объем воды в колбе уменьшается, и уровень окрашенной жидкости в колене изогнутой трубки понижается.
Уровень окрашенной жидкости будет понижаться, пока температура воды не достигнет +4° С; вторым резиновым кольцом отметить положение уровня при этой температуре. При дальнейшем охлаждении от +4 до 0°С объем воды в колбе увеличивается, и уровень подкрашенной жидкости в трубке повышается. Уровень жидкости в трубке термоскопа все время будет понижаться (до замерзания воды).
Ниже в таблице приведен состав некоторых охлаждающих смесей.
Опыт 370. Сублимация льда в криоскопе А. М. Бутлерова.
снега или толченого льда с поварен-г соли). Можно применять также и
Рис. 114. Аномальное расширение воды при понижении температуры ниже 4° С:
1 — свекловичный вегетационный сосуд со снегом и поваренной солью; 2 — круглодонная широкогор-лая колба; 3—термоскоп; 4 — дважды изогнутая стеклянная трубка
Оборудование и материалы. 1. Криоскоп Бутлерова (рис. 115). 2. Штатив с лапкой 3. Два треножника с асбестированными сетками и горелками. 4. Водоструйный насос. 5. Дистиллированная вода. 6. Охладительная смесь
Соль Граммов соли на 100 г снега Минимальная температура, °C Соль Граммов соли на 100 г снега Минимальная температура, °C
СаС12-6Н2О 41 —9 (NH4).2SO4 62 — 19
Na2S2O3-5H2O 67,5 — 11 NaCl 33 —21
КС1 30 —11 82 —22
NH4C1 25 — 16 СаС12-6Н2О 125 —40
nh4no3 45 — 17 Д43 —55
NaNO3 59 — 19
Подготовка. Лед, помещенный в пространство, где внеш, нее давление не превышает 4,58 мм рт. ст., не может быть нагрет выше 0° С и будет переходить в пары, не плавясь.
Изготовить в стеклодувной мастерской прибор согласно рис. 115. Он состоит из соединенных между собой стеклянного шара и стеклянной трубки 2. Сверху трубки 2 впаяна узкая стеклянная трубка, в которой помещена платиновая проволока 3 (свернутая снизу спиралью) так, что она может двигаться по трубке свободно вверх и вниз. Сперва наливают в шар /ив трубку 2 немного воды, за-тем отсасывают из них воздух через трубку 4, которую затем за-
Рис. 115. Сублимация льда в криоскопе Бутлерова
паивают. Для отсасывания воздуха достаточно соединить прибор с хорошо и быстро работающим водяным насосом и кипятить воду в обеих сторонах прибора 10 мин.
Выполнение. Перед началом опыта на дно трубки 2 перелить из шара немного воды. Затем шар поставить в охладительную смесь из снега и поваренной соли. Вода в нем быстро замерзает. Внутри прибора образуется разреженное
пространство, так как наполняющие его пары тоже сгущаются в лед. Вследствие этого вода быстро испаряется в трубке 2, вызывая такое охлаждение, что вода в ней замерзает. Образующийся лед уменьшается в объеме, переходя в пары. Между ним и стенками трубки образуется промежуток. Если подогреть лед, то он будет подпрыгивать от образовавшихся под ним паров; платиновая спираль создает буфер ударам кусочков льда. При достаточно длительном нагревании лед в трубке 2, не плавясь, переходит в пар. Точные измерения показали, что несмотря на очень сильное нагревание трубки 2, температура испаряющегося льда
не поднимается выше нуля.
Один раз смонтированный прибор может быть постоянно дей
ствующим.
Опыт 371. Термическая диссоциация воды.
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 500— 750 мл с широким коротким горлом и хорошо подобранной пробкой. 2. Два штатива с зажимами и кольцом. 3. Горелка. 4. Асбестированная сетка. 5. Большой кристаллизатор. 6. Небольшой стеклянный цилиндр. 7. Стеклянная трубка, согнутая, как показано на рис. 116. 8. Два медных стержня диаметром 2 мм, длиной 20 см. 9. Платиновая проволока диаметром 0,5 мм, длиной 15—20 см. 10. Реостат. 11. Источник электрического тока (электросеть).
Подготовка. Колбу с дистиллированной водой укрепить в штативе (рис. 116). Горло колбы плотно закрыть пробкой, в которую вставлены два медных стержня. Нижние концы стержней должны быть на 2—3 см выше поверхности воды. В чуть сплющенных концах стержней сделать отверстия: вверху — для присоединения провода от источника тока, внизу — для закрепления платиновой проволоки, свернутой в виде спирали. В середину пробки,
из газоотводной
Рис. 116. Термическая диссоциация воды
между медными стержнями, вставить согнутую стеклянную газоотводную трубку, свободный конец которой опущен в кристаллизатор с холодной водой. Для собирания гремучего газа в кристаллизатор поместить опрокинутый и укрепленный в штативе небольшой цилиндр (или пробирку), наполненный водой.
Выполнение. Нагреть воду в колбе и кипятить до тех пор,, пока весь воздух из нее не вытеснится парами воды (следить за выделением пузырьков воздуха соединяя через реостат медные стержни с проводами от источника тока, замкнуть ток. Пользуясь реостатом, постепенно усиливать ток и довести платиновую спираль почти до белого каления. Часть паров воды, соприкасаясь с раскаленной платиной, разлагается на водород и кислород, которые смешиваются с парами воды и выходят по газоотводной трубке. Пары воды, соприкасаясь с холодной водой кристаллизатора, конденсируются, а гремучий газ собирается в цилиндр, под который подведен конец газоотводной трубки. Во избежание нагревания воды
щимся водяным паром ее следует частично вычерпывать или сифо-нировать и добавлять холодную воду.
После того как наберется достаточно гремучего газа, цилиндр, не вынимая из воды, снять с газоотводной трубки, выключить ток, погасить горелку и тотчас, подняв колбу вместе со штативом, вынуть конец газоотводной трубки из кристаллизатора. Цилиндр с гремучим газом закрыть под водой стеклянной пластинкой, вынуть из кристаллизатора и обернуть полотенцем. Поднеся его к зажженной горелке, отнять пластинку — происходит взрыв.
Опыт с особой тщательностью проверить до лекции. Следует хорошо заметить условия опыта, при которых получаются убедительные результаты (положение ползунка реостата, степень накала платиновой спирали, скорость нагревания воды в кристаллизаторе и т. п.).
Опыт 372. Синтез воды из водорода и кислорода в присутствии платины.
в кристаллизаторе конденсирую-
Оборудование и материалы. 1. Две стеклянные толстостенные трубки диаметром 1,5—2 см, длиной 60—70 см, запаянные с одного конца (типа барометрических). 2. Две стеклянные толстостенные чашки диаметром 9—10 см. 3. Два штатива с лапками. 4. Газометр с кислородом. 5. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой, 6. Платинированная пемза. 7. Щипцы или пинцет. 8. Чехол для трубки из мелкой металлической сетки. 9. Пять склянок Тищенко. 10. Серная кислота (пл. 1,84). 11. Едкая щелочь. 12. Перманганат
калия (щелочной раствор). 13. Нитрат свинца (II) или ацетат свинца (II) (раствор).
п одготовка. Чистые и сухие стеклянные трубки, наполненные ртутью, предварительно очищенной и высушенной, открытым концом погрузить в ртуть, находящуюся в стеклянных чашках, и укрепить в штативах. Трубки наполняют ртутью так. Трубку укрепить вертикально отверстием вверх в штативе над большим
стеклянным кристаллизатором и через воронку осторожно наливают в нее ртуть. Не долив ртуть до верха на несколько милли-
метров, закрыть отверстие пальцем и несколько раз медленно перевернуть трубку. Пузырек воздуха, поднимаясь вверх, захватывает с собой все мелкие пузырьки, застрявшие между стенками трубки и ртутью. Удалив таким образом все пузырьки
Рис. 117. Синтез воды из водорода и кислорода в присутствии платины
Рис. 118. Равновесие термической диссоциации воды: 2Н2О 2Н24-О2
воздуха, долить трубку ртутью доверху. Зажать отверстие трубки пальцем, перевернуть ее, погрузить в толстостенную стеклянную чашку с ртутью и укрепить в штативе. Все капельки ртути, пролитые при наполнении трубок, тщательно собрать и перенести в склянку с ртутью.
Затем трубки наполнить газами, при этом может быть взята или готовая гремучая смесь, полученная из воды, или приготовленная из водорода и кислорода (2:1 по объему). В последнем случае на стеклянные трубки нанести метки. Для этого измерить объем трубки, разделить его на три равные части и наклеить соответствующие метки в виде полосок бумаги.
Предварительно газы тщательно очистить и высушить. Незначительная примесь к ним может «отравить» платиновый катализатор. Кислород из газометра пропустить через две склянки Тищенко — с раствором едкой щелочи и с концентрированной серной кислотой. Водород из аппарата Киппа пропустить через три склянки Тищенко — с щелочным раствором перманганата калия, с раствором нитрата или ацетата свинца и с концентрированной серной кислотой.
Выполнение. Одну трубку, погруженную в ртуть, оставить для сравнения (рис. 117, а). Во вторую трубку, обязательно закрытую предохранительным чехлом из металлической сетки (на рисунке не показан), с помощью щипцов или пинцета внести несколько кусочков платинового катализатора, подводя их под нижний конец трубки. В результате реакции, протекающей между газами на поверхности платины, объем газов уменьшается, ртуть в трубке постепенно поднимается, а стенки трубки покрываются капельками образовавшейся воды (рис. 117, б).
Необходимо помнить, что ртуть и ее пары сильно ядовиты. Разлитая на столе или на полу ртуть попадает в щели и, медленно испаряясь, служит причиной систематического отравления работающих. Поэтому при работе с ртутью следует пользоваться специальным деревянным подносом с высоким рантом и без щелей.
Если все же ртуть окажется пролитой, необходимо тотчас тщательно ее собрать до мельчайших капелек. Извлечение ртути из щелей облегчается применением свежеочищенной медной или бронзовой пластинки, к которой ртуть прилипает. Затем ртуть с пластинки счистить. Щели после извлечения из них ртути засыпать серным цветом, чтобы превратить следы оставшейся там ртути в нелетучий сульфид ртути (II).
Платиновый катализатор готовить так. Кусочки пемзы пропитать 4—5%-ным раствором гексахлоро-(IV) платината водорода Н2[Р1С16], затем смочить насыщенным раствором хлорида аммония и прокалить в фарфоровом тигле или в небольшой чашке на горелке до прекращения выделения дыма. Поверхность пемзы покрывается мелкораздробленной платиной, образовавшейся в результате термического разложения гексахлоро- (IV) платината аммония (МН4)2[Р1С1б].
Равновесие термической диссоциации воды показано на рис. 118.
Свойства обыкновенной и тяжелой воды:
Н2О D2O
Плотность: при 20° С........................................... 0,9982 1,1059
при 25° С........................................... 0,99707 1,1056
Температура плавления, СС . • . • •....................... 0 3,82
Температура кипения, °C................................... 100 101,42
Температура максимальной плотности, °C................... 4,08 Ц,6
Растворимость солей при 25° С (граммов соли в 100 а воды): хлорид натрия NaCl........................................ 35,9 30,5
хлорид бария ВаС12«2Н20 .............................. 35,7 28,9
Средний состав морской воды (в вес. %):
О —85,82 Н —10,72 С1 — 1,89 Na — 1,06 Mg—0,14 S —0,04 Са —0,038 К —0,007 С —0,002
Sr —0,001
В —0,0005
F -МО-4 Si — 5-10-з Rb -2-10-5
Li — 1,5-10-5
N —1.10-5
I, P, Zn Ba, Fe
5-10—6
Cu — 2-10—6 As — 1 • 10“6
Al —1.10—6
Pb —5-10—7
Mn, Se — 4-10—7 Ni, Sn — 3.10—7 Cs, U —2-10-7 Co, Mo — Ы0-7 Ti, Ge < 1 -10—7
Ga —5-10—8
Th — 4-10-8
V, La, Ce— 3-10—8
Bi —2.10-8
Sc —4-10—э
Hg — 3-10~~9
Ag -4-10'9
Au —4-10—io
Ra — 1 • 10—u
Ассоциация молекул воды
на основе водородной связи
желыми
Возможные разновидности воды *: обыкновенная вода Н2О16;
тяжелая вода дейтериевая HDO, D2O;
тяжелая вода тритиевая НТО, DTO, Т2О;
тяжелокислородная вода — различные сочетания Н, D, Т с тя-изотопами кислорода О17 и О18, например Н2О17, Н2О18, HDO17, НТО18 и т. д. (всего 12 разновидностей тяжелокислородной воды).
Таблицы и препараты для обозрения
Чертеж тройной точки воды. Схема строения молекулы воды (рис. 119). Ассоциация молекул воды на основе водо-
Схема строения Родной связи <см- выше)- Возможные улы воды разновидности воды (см. выше). Препа-
рат накипи.
Рис. 119.
РАСТВОРЫ
Истинными растворами называются гомогенные молекулярные или ионнодисперсные системы переменного состава из двух и более компонентов. Какое место занимают истинные растворы среди разнообразных систем, можно видеть из следующей схемы:
* Разновидности воды обусловлены существованием трех изотопов водорода (Н, D, О) и трех изотопов кислорода (О16, О17, О18).
Гетерогенные (неоднородные) системы
Гомогенные (однородные) системы
Грубые механи- Суспензия и ческие смеси: эмульсии: взвесь гранит, почва ила, молоко
и др. и др.
Коллоидные растворы: величина частиц от 100 до 1 ммк
Истинные Химически чи-растворы стые вещества — однородные вещества постоянного состава:
KNOa, NaCl, Н26 и др.
1
Газообразные: чистый воздух, искусственные смеси и др.
Жидкие:
NaCl + H2O, сахар-}-вода и
ДР-
Твердые: рубин — А12О3+Сг2О3, многие сплавы и др.
Опыт 373. Получение суспензии. Суспензиями называются микрогетерогенные системы, в которых твердые частицы взвешены в жидкости — взвеси твердых частиц в жидкости.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр с пробкой на 1—2 л.
2. Хорошо отмытая глина. 3. Вода.
Выполнение. В стеклянный цилиндр налить на три четверти воду и всыпать немного тонкого порошка глины. Закрыв цилиндр пробкой, сильно взболтать. Получается суспензия глины в воде, из которой глина постепенно оседает на дно.
Опыт 374, Получение эмульсии. Эмульсией называется микро-гетерогенная система, в которой жидкость взвешена в жидкости (взвесь жидкости в жидкости).
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 1—2 л с пробкой. 2. Подсолнечное масло. 3. Вода.
Выполнение. В стеклянный цилиндр налить на три четверти воду и внести немного подсолнечного масла. После сильного взбалтывания получается эмульсия, из которой масло постепенно выделяется и собирается наверху.
Суспензии и эмульсии из различных веществ часто используются для борьбы с сельскохозяйственными вредителями.
Хороший препарат для демонстрации сложной дисперсной системы— молоко. Основные составные части молока: вода, жир, казеин, молочный сахар, минеральные соли. Жир находится в виде эмульсии, казеин — в виде коллоидного раствора, молочный сахар и минеральные соли — в виде истинных растворов.
Коллоидные растворы
Коллоидными растворами называются предельно высокодисперсные микрогетерогенные системы, величина частиц которых колеблется от 100 до 1 ммк. По своей дисперсности коллоидные растворы занимают промежуточное положение между суспензиями (эмульсиями) и истинными растворами. В коллоидном состоянии может находиться любое вещество.
Опыт 375. Получение коллоидного раствора гидроксида железа (III)
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 600—800 мл с палочками. 2. Две горелки с треножниками и асбестированными сетками. 3. Мерный цилиндр на 500 мл. 4. Трихлорид железа (10%-ный раствор без со-* ляной кислоты, в капельнице). 5. Дистиллированная вода.
Подготовка. В два стакана налить по 500 мл дистиллированной воды. Воду в одном стакане довести до кипения.
Выполнение. В кипящую воду влить каплями раствор трихлорида железа до образования коллоидного раствора красно-бу-
Рис. 121. Схема строения мицеллы сульфида мышьяка (Ill): {[As2S3]m-rcHS~«(A? — х) Н + }х~«хН+ гранула проти-
воионы мицелла
Рис. 120. Схема строения мицеллы тригидроксида;
{[Fe (OH)3k-nFeO+-(n—х) С1“}х+ -хС1-
гранула проти-
воионы
мицелла
т — число частиц Fe (ОН)3 в ядре; 6 — адсорбционный слой; 6 — диффузный слой противоионов
рого цвета. В стакан с холодной водой влить такое же количество раствора трихлорида железа. Сравнить цвета растворов в обоих стаканах. Схему строения мицеллы тригидроксида железа см. на рис. 120.
Опыт 376. Получение гидрозоля сульфида мышьяка (III) и его коагуляция.
Оборудование и материалы. 1. Колба на 1 л. 2. Два стакана на 1 л с палочками. 3. Воронка со складчатым фильтром. 4. Четыре стакана на 200 мл с палочками. 5. Горелка с треножником и асбестированной сеткой. 6. Оксид мышьяка (III) (кристаллический). 7. Дистиллированная вода. 8. Свежеприготовленная сероводородная вода. 9. Соляная кислота (2 н.). 10. 0,5 н. растворы хлоридов калия, бария, алюминия.
Выполнение. В литровую колбу налить на три четверти дистиллированную воду. Небольшое количество оксида мышьяка (III) взболтать некоторое время в колбе с дистиллированной
родой. Отфильтровав в стакан раствор от избытка оксида мышьяка (Ш), разбавить фильтрат равным объемом воды. Помешивая, прибавлять к нему понемногу свежеприготовленную сероводородную воду до тех пор, когда в результате образования золя сульфида мышьяка (Ш) раствор окрасится в желтый цвет.
Отлить половину золя сульфида мышьяка (III) в другой стакан, прилить избыток соляной кислоты до выпадения желтого осадка (рис. 121).
As2S3 SH“4-H+= As2S3 SH2
золь
гель
Рис. 122. Схема строения мицеллы кремниевой кислоты:
{[SiO2 • jH2O]m • nSiO^~ • 2 (n — X) н+ j 2x~ 2xH+
гранула проти-
воионы
мицелла
Оставшийся золь сульфида мышьяка (III) разлить в четыре стакана. Один стакан нагреть до кипения — происходит коагуляция, сопровождающаяся образованием желтого осадка сульфида мышьяка (III). В другие три стакана прибавлять по каплям, помешивая: в один — раствор хлорида калия, в другой — раствор хлорида бария, в третий — раствор хлорида алюминия. Коагуляция быстрее всего идет в стакане с ионом А13+ и медленнее всего в стакане с ионом К+
Опыт 377. Получение прозрачного геля кремниевой кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Узкий стакан на 250 мл с палочкой. 2. Ареометр. 3. Цилиндр на 250 мл. 4. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 5. Жидкое стекло Na2SiOs 6. Уксусная .кислота (35%-ный раствор). 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. Жидкое стекло, имеющееся в продаже, разбавить до пл. 1,06. Если раствор мутный, то профильтровать его. Налить в стакан 100 мл раствора и прибавить к нему, быстро перемешивая, 100 мл раствора уксусной кислоты. Через некоторое время раствор затвердевает. Если нужно, подогреть раствор. Схему строения мицеллы кремниевой кислоты см. на рис. 122.
Опыт 378. Получение золя серебра электрическим распылением.
Оборудование и материалы. 1. Небольшой кристаллизатор. 2. Серебряные электроды толщиной 1 мм. 3. Штатив с лапкой. 4. Капельница. 5. Латр. 6. Дистиллированная вода. 7. Карбонат натрия Na2CO3 (1%-ный раствор).
Подготовка. Налить в кристаллизатор воду. Прибавить 5—-10 капель раствора карбоната натрия. Один электрод закрепить неподвижно в лапке штатива. Для изоляции на серебряные элек-троды одеть стеклянные трубки так, чтобы свободными оставались только концы проволоки. Ток включать через латр.
Выполнение. Во время опыта осторожно подвести свободный электрод к неподвижному электроду на такое расстояние, чтобы возникла электрическая дуга. При этом образуется коричневое облако распыленного золя серебра. Если дуга гаснет, то ее приходится вызывать, сдвигая электроды. Очень близкое соприкосновение проволок недопустимо, так как они могут сплавиться. После непродолжительного времени такого распыления вода в кристаллизаторе окрашивается в коричневый цвет от полученного золя серебра. Аналогичным путем можно получить золь платины и других материалов.
Взаимная самопроизвольная растворимость (диффузия)
газов и жидкостей
Согласно закону Грэма, при одинаковой температуре скорость движения молекул различных газов обратно пропорциональна квадратным корням из их молекулярных весов:
vJv^VTaJVmI,
Средняя скорость движения молекул газов
Газ Молекулярный вес Средняя скорость, м.]сек
— 100° С 0° с -н000 с
Водород 2 1354 1700 1987
Азот 28 362 454 531
Моноксид углерода 28 362 454 531
Воздух (28,97) 356 447 522
Кислород 32 338 425 497
Хлор 71 227 285 334
Бром (пар) 160 451 190 222
Опыт 379. Диффузия пара брома в воздухе и водороде. Необходимые предосторожности при работе с бромом см. «Техника безопасности при подготовке и проведении лекционных опытов», стр. 5.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и серной кислотой. 2. Склянка Тищенко с концентрированной серной кислотой. 3. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 4. Два стеклянных колокола 20X45 см с плоским пришлифованным нижним рантом. 5. Молочные или обыкновенные стекла 25X50 см. 6. Две плоскодонные чашки диаметром 10—15 см. 7. Два маленьких фарфоровых тигля. 8. Два стеклянных кристаллизатора диаметром 25 см. 9. Две стеклянные пробирки с пробками. 10. Белый экран. 11. Белая бумага. 12. Вазелин.
Подготовка. На стол положить молочное или обыкновенное стекло (в последнем случае под него подложить лист белой бума-
$ги)- На стекло поставить рядом две фарфоровые плоскодонные Чашки. На середину их установить маленькие фарфоровые тигли. Накрыть чашки стеклянными колоколами; нижние края колоколов должны быть хорошо смазаны вазелином (рис. 123). Позади колоколов установить белый экран. Рядом с одним из колоколов поставить аппарат Киппа для получения водорода с промывной склянкой Тищенко, к которой присоединена стеклянная трубка,
Рис. 123. Диффузия брома в водороде и воздухе:
1 — аппарат Киппа с водородом; 2— промывная склянка с концентрированной серной кислотой; 3 — стеклянный колокол с водородом;
4, 6—тигель с бромом: 5 — стеклянный колокол с воздухом
согнутая под прямым углом. В две пробирки налить одинаковое количество брома (2—3 мл).
Выполнение. Минут за 10—15 до начала опыта под один из установленных колоколов подвести стеклянную трубку, которая идет от промывной склянки Тищенко, соединенной с аппаратом Киппа. Горизонтальное колено трубки прижать нижним краем колокола. Пустить медленный ток водорода. Газ, поднимаясь вверх, вытесняет из-под колокола воздух. Перед началом опыта пропускание водорода прекратить и стеклянную трубку из-под колокола убрать.
Приподняв (с участием ассистента) одновременно оба колокола Ьверх настолько, чтобы можно было к тиглям поднести пробирки, осторожно, но быстро влить приготовленный бром в тигли и тотчас опустить колокола. Бром испаряется; бурые пары его постепенно заполняют пространство под колоколом. Вначале легко заметить, что пары брома значительно быстрее распространяются под тем колоколом, где находится водород. Спустя 20—30 мин разница сглаживается, и бурые пары брома одинаково равномерно заполняют пространство под обоими колоколами.
По окончании лекции налить воду в стеклянные кристаллизаторы. Приподняв немного колокола (не перевертывая их), осторожно перенести фарфоровые чашки тиглями в кристаллизаторы,
снова накрыть колоколами и так оставить до тех пор, пока брома не поглотятся водой. Полученный раствор брома в может быть использован как бромная вода.
Опыт 380. Диффузия водорода через пористый цилиндр.
ПаРы
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с цинком и ной кислотой. 2. Склянка Тищенко с концентрированной серной кислоте*' 3. Стеклянная трубка, согнутая под прямым углом. 4. Пористый цилиндр (ТИ> ковым может служить стакан для гальванических элементов диаметром 5,5 см высотой 15 см). 5. Двугорлая склянка на 1,5—2 л. 6. Стеклянный стакан ц’ 750 мл. 7. Стеклянная трубка диаметром 1,5—2 см, длиной 75 см. 8. Узкая
Рис. 124. Диффузия водорода через пористый цилиндр
стеклянная трубка, согнутая, как показано на рис. 124, и оттянутая на одном конце. 9. Большой кристаллизатор или чашка. 10. Пробки (лучше резиновые). 11. Резиновые трубки. 12. Менделеевская замазка или сургуч. 13. Вода, подкрашенная фуксином или какой-либо другой краской.
Подготовка. Пористый цилиндр плотно закрыть пробкой, в середину которой вставлена стеклянная трубка. Другой конец трубки через резиновую пробку входит почти до дна в двугорлую склянку. Во второе горло склянки на резиновой пробке вставить почти до дна узкую трубку с оттянутым концом, согнутую, как показано на рисунке. Перед трубкой установить большой стеклянный кристаллизатор. В двугорлую склянку наполовину ее объема налить подкрашенную воду.
В этом опыте большое значение имеет герметичность прибора; нужно, чтобы он безупречно «держал», т. е. чтобы пробки не пропускали воздуха. Пробки, особенно ту, которая закрывает отверстие пористого цилиндра, следует вставлять глубже краев сосуда примерно на 0,5 см, а образовавшееся углубление залить вровень с краями сосуда расплавленной менделеевской замазкой или сургучом.
К аппарату Киппа присоединить промывную склянку Тищенко с концентрированной серной кислотой. К ней на длинной резино-
0ОЙ трубке присоединить стеклянную трубку, согнутую под прямым уГлом. Пористый цилиндр накрыть стеклянным стаканом.
* Успех опыта зависит от того, насколько сильным будет ток водорода. Поэтому аппарат Киппа должен быть перед опытом' заново заряжен цинком и серной кислотой. Нежелательно применять соляную кислоту, так как тяжелый хлороводород, будучи примешан к водороду, мешает успешному проведению опыта.
Делая пробный опыт до лекции, следует обратить внимание,, вертикально ли бьет струя фонтана; это зависит от того,- как изогнута стеклянная трубка и как оттянут ее конец. Если струя бьет в сторону, надо исправить трубку.
Выполнение. Под стакан подвести трубку от аппарата Киппа и пустить сильный ток водорода. Трубка должна доходить до дна стакана, иначе водород будет смешиваться с воздухом и медленнее вытеснять его из стакана.
Водород легче воздуха; его молекулы движутся с большей скоростью, чем молекулы азота и кислорода, и проникают внутрь цилиндра быстрее, чем молекулы азота и кислорода выходят из цилиндра. Вследствие этого внутри цилиндра увеличивается давление, жидкость в узкой трубке поднимается из оттянутого конца и бьет фонтан окрашенной жидкости. Этот фонтан постепенно* ослабевает, наконец, совсем прекращается после того, как концентрация водорода внутри пористого цилиндра и под стаканом уравняются и давление внутри цилиндра станет равным внешнему атмосферному давлению.
Если теперь снять стакан с пористого цилиндра, то цилиндр окажется окруженным воздухом. Молекулы водорода будут выходить из цилиндра быстрее, чем будут входить туда молекулы азота и кислорода воздуха. В результате число молекул в цилиндре уменьшится; уменьшится и давление в нем. Окрашенная жидкость в узкой трубке будет опускаться и подниматься по широкой трубке. Нужно следить, чтобы жидкость не вошла в пористый цилиндр;, для этого нужно вовремя накрыть цилиндр стаканом, наполненным водородом.
В литературе имеются указания, что для проведения опыта< диффузии водорода можно пользоваться цилиндрами, изготовленными из обыкновенного картона. Готовят бумажные цилиндры длиной 25—50 см и диаметром 2—4 см. Лучше цилиндры делать длиннее и меньшего диаметра. В изготовленный цилиндр сверху вставить кружок из пробки или картона. Залить парафином, воском или менделеевской замазкой. В нижний край цилиндра вставить стеклянную трубку с насаженной пробкой (поглубже). Область между краем цилиндра и пробкой залить парафином, воском или менделеевской замазкой.
Опыт 381. Диффузия диоксида углерода через пористый цилиндр.
Оборудование и материалы. 1. Аппарат Киппа с диоксидом углерода. 2. Промывная склянка с водой. 3. Стеклянная трубка, согнутая под пря-
мым углом. 4. Пористый цилиндр с манометрической трубкой (рис. 125) 5. Штатив с кольцом и асбестированной сеткой. 6. Подкрашенная вода.
Выполнение. Опыт аналогичен предыдущему. Разница только в том, что стакан с пористым цилиндром не надо ставить вверх дном, так как диоксид углерода тяжелее воздуха. Молекулы диоксида углерода движутся медленнее, чем молекулы воздуха поэтому воздух будет вытекать быстрее из пористого цилиндра.
Давление в манометре понизится, на что ука-
Рис. 125. Диффузия диоксида углерода через пористый цилиндр: 1 — пористый цилиндр; 2 — большой стакан; 3 — трубка для подведения диоксида углерода «из аппарата Киппа;
4 — водяной манометр
жет повышение уровня жидкости в правом колене манометра (см. рис. 125).
Опыт 382. Диффузия в растворах. ‘1
Оборудование и материалы 1. Пять стеклянных цилиндров на 0,5—1 л с покровными стеклами диаметром 3—6 см, высотой 30 см. 2. Делительная воронка с узкой стеклянной трубкой длиной 40 см. 3. Высокий штатив с кольцом. 4. Белый экран или белая бумага. 5. Раствор [Си (NH3)4]SO4 (для его приготовления к раствору медного купороса прибавить раствор аммиака; вначале выпадает в осадок зеленый гидроксо-сульфат меди (II) Cu2(OH)2SO4; в избытке раствора аммиака осадок растворяется, образуя комплексное соединение [Cu(NH3)4]SO4 интенсивного синего цвета. 6. Концентрированный раствор медного купороса, к которому для большей плотности добавлен кристаллогидрат сульфата натрия Na2SO4- 10Н2О. 7. Концентрированный раствор роданида аммония NH4SCN или роданида калия KSCN- 8. Концентрированный раствор сахара С12Н220ц, к которому добавлено несколько капель 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина. 9. Раствор карбоната натрия. 10. Раствор трихлорида железа, к которому для большей плотности добавлен хлорид натрия или кристаллогидрат хлорида кальция СаС12-6Н2О. 11. Раствор дихлорида кобальта или нитрата кобальта (II). 12. Раствор аммиака (2 н.). 13. Дистиллированная вода.
При демонстрации опытов в цилиндрах емкостью 1 л требуется каждого раствора по 500 мл (половина объема цилиндра).
Подготовка. Для заполнения цилиндров применять делительную воронку на 100—150 мл, лучше цилиндрическую, с длинной (40 см) тонкой трубкой, конец которой оттянут. Если трубка окажется короткой, удлинить ее, присоединив на резиновой трубке (или припаяв) стеклянную трубку с оттянутым концом. Воронку поместить в кольцо штатива на такой высоте, чтобы нижний оттянутый конец трубки касался дна цилиндра. Сверху в делительную воронку вставить обычную воронку диаметром 5—6 см (рис. 126).
Выполнение, а. В первый стеклянный цилиндр до половины налить дистиллированную воду. Затем трубку делительной воронки до крана заполнить дистиллированной водрй путем засасывания ее через верхнее отверстие при открытом кране. После этого приготовленный раствор медного купороса налить в делительную воронку и установить ее в железном штативе так, чтобы конец трубки касался дна цилиндра. Осторожно поворачивая край во-
налить разбавленный делительной воронки (см. выше) нижнюю часть цилиндра заполнить синим раствором гСи (NHq)д] SO4. Резкая грань между верхним бесцветным и ниж-
Рис.
в растворах. Наполнение цилиндров растворами
ронки, медленно вылить тяжелый раствор медного купороса в рижнюю часть цилиндра (где он располагается под водой). По наполнении цилиндра делительную воронку осторожно вынуть; тогда в цилиндре можно наблюдать два резко разграниченных слоя: бесцветный — воды и голубой — раствора медного купороса. С течением времени в результате диффузии резкость границы сглаживается.
б. Во второй цилиндр до половины раствор аммиака. Затем с помощью
[Cu(NH3)4]SO4. Резкая грань между верхним ним окрашенным раствором в результате диффузии постепенно сглаживается.
в. В третий цилиндр до половины налить разбавленный раствор роданида аммония или калия. Нижнюю часть цилиндра заполнить раствором трихлорида железа, насыщенным хлоридом натрия или кальция. На границе между растворами происходит реакция — образуется роданид железа (III) интенсивно красного цвета. Вначале появляется лишь весьма тонкий окрашенный слой, но с течением времени, по мере диффузии растворов, окраска постепенно распространяется вверх и вниз.
г. В четвертый цилиндр до половины налить раствор карбоната натрия. Затем нижнюю часть цилиндра заполняют раствором сахара, содержащим немного 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина. На границе между растворами фенолфталеин окрашивается в интенсивный малиновый цвет; тонкий окрашенный слой в результате диффузии постепенно расширяется.
д. В пятый цилиндр до половины налить раствор хлорида или нитрата кобальта (II), потом нижнюю часть цилиндра заполнить концентрированным раствором роданида аммония или калия. На границе между растворами образуется синее комплексное соединение — тетрароданид- (II) кобальтат аммония (NH4) 2 [Со (SCN) 4]. Так же как и в двух предыдущих случаях, вначале на границе растворов появляется тонкий окрашенный слой, который постепенно расширяется.
(NH4)2[Co(SCN)4].
Позади стеклянных цилиндров с приготовленными растворами Для лучшего наблюдения целесообразно поместить белый экран или лист белой бумаги. Можно позади каждого цилиндра поместить полоску белой бумаги шириной 10 см и длиной 40 см\ нижний конец полоски подложить под цилиндр, а верхний — под покровное-стекло.
Опыт 383. Диффузия жидкостей, сопровождающаяся окисд тельно-восстановительным процессом.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 0,5 л. 2. Два ста I на по 500 мл с палочками. 3. Сернистая кислота. 4. Серная кислота (2 5. Дихромат калия (3%-ный раствор). 6. Хлорид натрия (кристаллический)
Подготовка. 250 мл дистиллированной воды насытить дй‘ оксидом серы. К 230 мл раствора дихромата калия добавить 20 м'
Рис. 127. Относительная скорость диффузии окрашенных жидкостей
серной кислоты и насытить раствор хлоридо! натрия.
Выполнение. Через делительную воронку как указано в предыдущем опыте, влить до поло* вины цилиндра приготовленный раствор хромата калия, насыщенный хлоридом натрия. Туда же через чистую делительную воронку влить сернистую кислоту (технику заполнения — см. предыдущий опыт). В месте соприкосновения растворов образуется зеленое кольцо, постепенно расплывающееся по всему объему. Уравнение реакции
К2СГ2О7-P3H2SO3-}-H2SO4= K2SO4+Cr2 (804)3 4~4Н2О jl
Cr2o2~+3SO2“4-8H+=:2Cr3+-p3SO2~+4H2O Я
Опыт 384. Относительная скорость диффузии окрашенных жидкостей.
Оборудование и материалы. 1. Семь бюреток (лучше с притертыми кранами). 2. Семь штативов с лапками. 3. Семь стаканов на 250 мл. 4. 0,5 н. растворы (пси обменному эквиваленту): сульфата меди (II), дихлорида! меди, нитрата кобальта (II), перманганата калия, дихрома4 та калия, сульфата хрома, гидроксида натрия. 5. Дистил*’ лированная вода. 6. Фенолфталеин (в капельнице).
Подготовка. В семь стаканов налить почти доверху растворы соответственно: сульфата меди (II), дихлорида меди, нитрата! кобальта (II), перманганата калия, дихромата калия, сульфата хрома (Ш), гидроксида натрия с фенолфталеином. Наполнить дистиллированной водой семь бюреток. Для этого открытый широкий конец опустить в стакан с дистиллированной водой и через узкий конец ртом втягивать воду, затем закрыть кран, бюретку опустить на поверхность окрашенной жидкости (рис. 127) и закрепить в штативе. Отметить время. В дальнейшем через определенные промежутки времени отмечать скорость диффузии в каждой бюретке *.
Водные растворы газов, жидкостей и твердых веществ
Опыт 385. Растворимость воздуха в воде в зависимости от температуры.
Оборудование и материалы. 1. Круглодонная колба на 1—1,5 л
* Принцип этой оригинальной методики описан В. С. Полосиным в методическом сборнике «Химия в школе», вып. IV. Учпедгиз, 1950 (стр. 343).
,орошо подобранной резиновой пробкой. 2. Два штатива с лапками и коль-с 3. Асбестированная сетка. 4. Горелка. 5. Глубокий кристаллизатор. ?НЯольшая пробирка (или эвдиометр). 7. Изогнутая стеклянная трубка ?рис. 128).
Подготовка. Колбу наполнить доверху водопроводной водой
/лучше прямо из крана), укрепить в штативе и плотно закрыть резиновой пробкой, в которую вставлена изогнутая стеклянная трубка, также заполненная водой. Свободный конец трубки опустить в глубокий кристаллизатор с хрлодной водой и подвести под опрокинутый эвдиометр, заполненный водой. Под колбой укрепить железное кольцо с асбести-рованной сеткой и поставить горелку.
Выполнение. Опыт требует длительного кипячения воды, поэтому поставить кипятить следует в начале лекции, а наблюдать
результаты в конце лекции. рис> 128. Растворимость воздуха в воде При кипячении часть ВО- в зависимости от температуры
ды вытесняется из колбы в
кристаллизатор, а ее место занимает образующийся при кипячении пар. Вместе с паром из воды выделяется растворенный в ней воздух. Водяной пар в кристаллизаторе конденсируется, а воздух проходит в эвдиометр. При продолжительном кипячении, по мере удаления из воды растворенного воздуха, кипение происходит неровно, толчками. Поэтому колба, трубка, эвдиометр должны быть надежно укреплены. Вода в кристаллизаторе постепенно нагревается; часть ее следует время от времени вычерпывать и добавлять в кристаллизатор холодную воду (еще лучше снег или лед).
К концу опыта, когда нагревание прекращают, вследствие конденсации водяного пара в колбе и уменьшения в ней давления вода из кристаллизатора засасывается в колбу, охлаждает ее и вызывает интенсивную конденсацию пара. В связи с понижением Давления в колбе начинается снова бурное кипение воды, в результате вновь засасывается вода из кристаллизатора в колбу. Таким образом, колба и трубка остаются целиком заполненными водой, как и в начале опыта, а часть эвдиометра занимает воздух, который был растворен в воде и выделился при нагревании. Измерив его объем, можно определить количество воздуха, которое было растворено во взятом объеме воды, и вычислить коэффициент его растворимости. Опыт показывает, следовательно, что вода содержит растворенный воздух и что растворимость воздуха с повышением температуры уменьшается. Ниже приведена растворимость некоторых газов в воде при 0°С и 760 мм рт. ст. (в расчете на 100 мл воды): ' • '
Газы Не Н2 N2 О2 NO СО2 H2S Cl2 НС1 Мр
Объем,
мл 1,5 2,1 2,3 4,9 7,3 171 460 461 51 700 130 50п
Температура кипе-
ния, ° С—268.9 —252,7 —195,8 —183 —151,8 —78.5 —60.7 —34 —85 —з3>4
Опыт 386. Взаимная растворимость двух жидкостей (вода--, бензин). Многие органические жидкости: керосин, бензин, бензол масла, жиры и другие — практически не растворяются в воде. Нан’ более удобен для опыта бензин.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр с пробкой на 200— 250 мл. 2. Делительная воронка, закрепленная в штативе. 3. Две пробирки. 4. Безводный сульфат меди (II). 5. Бензин.
Выполнение. В цилиндр на три четверти налить воды и не* много бензина. Взболтать. Бензиновый слой не исчезает. Добавить бензина больше, доводя высоту его слоя до 2—3 см. Закрыв цилиндр пробкой, энергично взболтать. Дать отстояться. С помощью делительной воронки отделить один слой жидкости от другого. Взяв часть нижнего (водного) слоя в пробирку, нагреть жидкость до кипения. Время от времени к отверстию пробирки подносить горящую лучину: воспламенение не происходит. Следовательно, бензин в водном слое отсутствует. I
Прибавлением безводного сульфата меди к пробе верхнего (бензинового) слоя можно убедиться в отсутствии в нем воды: окраска соли не меняется.
Опыт 387. Взаимно ограниченная растворимость системы эфир — вода. 1
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр с пробкой на 200— 250 мл. 2. Делительная воронка, закрепленная в штативе. 3. Две пробирки. 4. Диэтиловый эфир (СгЬМгО. 5. Безводный сульфат меди.
Выполнение. В цилиндр до половины налить воду. Прибавить немного эфира, тонкий слой которого можно заметить сверху воды. Закрыв цилиндр пробкой, энергично встряхнуть. Слой эфира исчезает: он растворился в воде. Эту операцию повторять несколько раз до тех пор, пока новая порция прилитого эфира после взбалтывания не будет больше растворяться и слой его будет оставаться на воде. Чтобы слой эфира был заметнее, воду можно подкрасить краской, не растворяющейся в эфире (например, индигокармином).
Нижний, больший по объему слой в цилиндре представляет собой насыщенный раствор эфира в воде (6,9% эфира). Верхний же слой является насыщенным раствором воды в эфире (1,3% воды). Разделив растворы с помощью делительной воронки, можно показать, что в нижнем (водном) слое содержится эфир, а в верхнем (эфирном) есть вода. Для этого оба раствора налить в разные пробирки. Пробирку с раствором эфира в воде подогреть: эфир выделяется (пары его у отверстия пробирки поджечь). В пробирку с раствором воды в эфире прибавить безводный сульфат
меди, который при этом окрашивается в голубой цвет: соль соеди-няется с водой, образуя медный купорос. Параллельно можно демонстрировать отсутствие посинения при внесении безводного сульфата меди в сухой эфир.
Ниже приведена взаимная растворимость воды и диэтилового эфира:
а) насыщенный раствор воды в эфире (% объемн.)
О °C 10° С 20° С 30° С
(С2Н5)2О .... 99,0 98,9 98.8 98,7
Н2О..................... 1,0 1,1 1,2 1,3
б) насыщенный раствор эфира в воде (% объемн.)
Н20 ..................... 88,0 91,3 93,5 94,9
(С2Нб)2О................. 12,0 8,7 6,5 5,1
Опыт 388. Взаимная растворимость воды и фенола.
Оборудование и материалы. 1. Большая пробирка с стеклянной мешалкой. 2. Стакан на 800—1000 мл. 3. Штатив с лапкой и кольцом. 4. Термометр до 100° С. 5. Асбестированная сетка. 6. Горелка. 7. Дистиллированная вода. 8. Фенол СеН5ОН.
Подготовка. В пробирку на четверть высоты налить воду и добавить до половины фенол. При растворении его в воде образуются два слоя: нижний — раствор воды в феноле (28% воды), верхний — раствор фенола в воде (8% фенола). Пробирку с мешалкой неплотно закрыть корковой пробкой с термометром, доходящим почти до дна пробирки, и укрепить в штативе. В стакан на три пятых наливают воду. Поставить стакан на кольцо штатива с асбестированной сеткой и нагреть до 80—90° С.
Выполнение. Пробирку с растворами опустить в стакан с горячей водой настолько, чтобы уровень воды в стакане был несколько выше уровня жидкости в пробирке. Для более быстрого нагревания жидкость в пробирке осторожно перемешать мешалкой. С повышением температуры взаимная растворимость воды и фенола увеличивается. В результате составы верхнего и нижнего слоев постепенно приближаются друг к другу и при 68,5° С становятся одинаковыми (66% воды и 34% фенола). Граница между слоями исчезает, и раствор становится однородным. Выше 68,5° С фенол и вода растворяются друг в друге в любых соотношениях.
Пробирку вынуть из горячей воды (передвинуть лапку с пробиркой вверх по штативу). При охлаждении однородного раствора сначала наблюдается легкое его помутнение (опалесценция), затем при 68,5°С жидкость становится молочно-белой (эмульсия). При окончательном охлаждении и отстаивании жидкость постепенно разделяется на два слоя. Хорошо закрытая пробирка с приготовленной смесью может служить для многократной демонстрации опыта.
Опыт 389. Три взаимно нерастворимые жидкости.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 500 мл с пробкой. 2. Дистиллированная вода. 3. Бензол СбНб- 4. Водный раствор фенола (30 г фенола на 15 мл воды).
Выполнение. В цилиндр с пробкой налить по 100 мл водь бензола и раствора фенола. При взбалтывании все три веществ1’ перемешиваются, но при стоянии вновь разделяются на три отдел^ ных слоя.
Опыт 390. Контракция при смешивании спирта и воды. Этило вый спирт смешивается с водой во всех отношениях, при этом объем смеси уменьшается по сравнению с суммой объемов спирта и воды. Это явление носит название контракции (сжатие). Наибольшее сжатие происходит при смешении 52 объемов спирта с 48 объемами воды: вместо ожидаемых 100 объемов смеси получается только 96,3 (при 20°С). Уменьшение объема объясняется гидратацией спирта, т. е. взаимодействием его с водой, в результате чего образуется химическое соединение С2Н5ОН-ЗН2О. |
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 500 мл с пробкой. 2. Стеклянная палочка по высоте цилиндра. 3. Дистиллированная вода. 4. Безводный этиловый спирт.
Подготовка. На стеклянный цилиндр нанести две метки (узкие полоски цветной бумаги): первая — 200 мл, вторая — 400 мл. $
Выполнение. В цилиндр налить дистиллированную воду до нижней метки, затем осторожно с помощью стеклянной палочки по стенке — безводный этиловый спирт до верхней метки. Спирт легче воды, поэтому, не перемешиваясь, он расположится над ней. Гра* ница раздела между водой и спиртом заметна благодаря их различной светопреломляющей способности. Цилиндр плотно закрыть пробкой и осторожно наклонить; при этом видно, что струйки одной жидкости проникают в другую. После перемешивания уровень жидкости оказывается ниже верхней метки: общий объем смеси уменьшается. Если же смешать метиловый и этиловый спир* ты (в этих же условиях), то объем не меняется. Это указывает на отсутствие сольватации.
Опыт 391. Тепловой эффект при взаимодействии серной кисло* ты с водой.
Оборудование и материалы. 1. Два кристаллизатора. 2. Два стакана на 250 мл с палочкой. 3. Стакан на 100 мл. 4. Стакан на 1000 мЛ с фанерной крышкой и воронкой. 5. Два демонстрационных стола. 6. Термометр на 250° С, закрепленный в штативе. 7. Серная кислота (пл. 1,84). 8. Дистиллированная вода.
Выполнение, а. Поместить стакан на 250 мл в кристаллизатор и налить в него наполовину дистиллированную воду. Термометр, закрепленный в штативе, поместить в стакан с водой так, чтобы шарик с ртутью был близок к дну стакана. Привлечь студента для наблюдения за температурой. Студент громко объявляет показания термометра. Отметить комнатную температуру. Затем лекционный ассистент медленно, помешивая палочкой, должен прилить из стакана концентрированную серную кислоту. Температура,
постепенно поднимаясь, превышает ° с
ПР» этом «ронсходат гвдратацмя молекул ^blSX?
H2SO4 4- Н2О=H2SO4 • Н2О
H2so4+2H2O=H2SO4.2Н2О
H2SO4-HH2O=H2SO4.4Н2О
б. Поместить стакан на 100 мл, заполненный на четыре пятых серной кислотой, в стакан на 1000 мл. Прикрыть большой стакан фанерой со вставленной воронкой (рис. 129). Воронку брать с широким носиком. Из стакана через воронку на серную кислоту лить подогретую дистиллированную воду. На поверхности серной кислоты происходит сильное разогревание и разбрызгивание кислоты. Этот опыт наглядно показывает, что никогда не следует лить воду в концентрированную кислоту.
Этот опыт должен быть особенно тщательно подготовлен и предварительно проверен (как, впрочем, и все опыты).
Опыт 392. Тепловой эффект взаимодействия гидроксида калия с водой.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 500 мл с палочкой. 2. Штатив с лапкой. 3. Демонстрационный термометр. 4. Гидроксид калия (гранулированный). 5. Дистиллированная вода.
Рис. 129. Тепловой эффект при взаимодействии серной кислоты с водой
Выполнение. В стакан почти до дна опустить укрепленный в штативе демонстрационный термометр (рис. 130, а). Отвесить 100 г гидроксида калия и поместить в стакан так,
чтобы шарик термометра был закрыт. Затем в стакан влить 200 мл воды и осторожно помешать стеклянной палочкой. Раствор сильно разогревается, термометр показывает выше 100° С:
КОН4-aq=КОН-ад, —13,3 ккал.
Опыт 393. Тепловой эффект реакции нитрата аммония с водой.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 500 мл с палочкой. 2. Штатив с лапкой. 3. Демонстрационный термометр. 4. Пробирка. 5. Фанерная дощечка 12X12 см. 6. Нитрат аммония (кристаллический). 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. В стакан почти до дна опустить укрепленный в штативе демонстрационный термометр (рис. 130, б). Отвесить 120 г нитрата аммония и поместить в стакан так, чтобы шарик термометра был закрыт. Затем в стакан влить 200 мл воды и поместить в него пробирку, на четверть наполненную водой. Под Дно стакана подложить фанерную дощечку, заблаговременно смоченную водой. Осторожно помешивать стеклянной палочкой. При Растворении нитрата аммония в воде температура опускается до

Соль Граммов соли на 100 г воды Понижение температуры, град Соль Граммоз соли на 100 г воды Понижен^ >емпера. «УРы. град
NaCl 36 3 NaNO3 75 19
MgSO4-7H2O Na2CO310H2O 85 40 8 9 Na2S2O3-5H2O KI ПО 140 19 22,5
KNO3 16 10 СаС12-6Н2О 82 22
NaC2H3O2-3H2O 85 15 nh4scn 133 31
NH4C1 30 16 KSCN 150 35
kci 30 11 NH4NO3 60 27
—20° С и ниже. Стакан снаружи покрывается инеем. Смоченная водой дощечка примерзает к дну стакана, а вода в пробирке замерзает. Уравнение реакции
NH4NO3-|-aq=NH4NO3-aq, ЛН=4-6,3 ккал.
Для этого опыта можно брать и другие вещества. Тепловой эффект их растворения см. выше в таблице.
Рис. 130. Тепловой эффект реакции гидроксида калия с водой (а) и нитрата аммония с водой (б)
Суммарный тепловой эффект реакции ЛЯ равен сумме теплот гидратации (q) и разрушения кристаллической решетки (с). Если q = c, то \Н=0\ если q>c, то ЛЯ>0; если q<Zc, то ЛЯ<0.
Опыт 394. Кристаллизация насыщенных растворов при понижении температуры.
Оборудование и материалы. 1. Две колбы на 2—3 л. Два штатива с лапками, кольцами и асбестированными сетками. 3. Две горелки. 4. Нитрат калия. 5. Нитрат свинца (II). 6. Дииодид свинца.
Подготовка. В колбах заранее приготовить насыщенные растворы нитрата калия и иодида свинца при 80—90° С. Раствор дииодида свинца готовят, растворяя в одной колбе нитрат (или ацетат) свинца (II)и иодид калия.
Выполнение. Еще горячими растворы выставить на демонстрационный стол в начале лекции, закрыв колбы пробками с клапаном Бунзена. При их охлаждении кристаллизуются KNO3 в форме красивых длинных призм и РЫ2 в виде золотистых чешуек. Колбы остаются как препараты. После нагревания
IlX можно выставить на следующих лекциях. Зависимость растворимости от температуры видна на рис. 131.
Опыт 395. Быстрое приготовление раствора заданной концент-
рации.
Оборудование и материалы. 1. Набор ареометров в ящике. 2. Мерный цилиндр на 250 мл. 3. Мер-ный цилиндр на 1 л. 4. Стеклянная мешалка по размеру литрового цилиндра. 5 Хлорид натрия (концентрированный раствор). 6. Дистиллированная вода.
Подготовка. Для опыта взять концентрированный раствор хлорида натрия. Ареометром можно быстро определить плотность раствора и соответственно процентную концентрацию.
Выполнение. В цилиндр емкостью 250 мл налить концентрированный раствор хлорида натрия (на 4—5 см ниже краев цилиндра). Ареометром определить плотность раствора. Допустим, она равна 1,180; по справочнику это отвечает 24%. Рассчитать нормальность раствора:
150
140
130
i 120
<§
схз 110
100
§ 90
| 80
70
1 60
*5“ 50
40
30
20
10
О
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90100 °C
Рис. 131. Зависимость растворимости от температуры
24-1,180-10
WNaC1“ 58,46
=4,845 н.
Если, например, надо приготовить 1 л 2 н. раствора хлорида натрия из исходного концентрированного раствора, то по диагональной схеме сделать расчет:
х
| 1
2,000-1
4,845
=0,4229 л
(приближенно 423 мл)
Чтобы приготовить 1 л 2 н. раствора хлорида натрия, надо налить в литровый цилиндр 423 мл исходного раствора, долить до метки дистиллированную воду, перемешать и ареометром проверить правильность расчета.
Опыт 396. Получение пересыщенных растворов и их кристаллизация.
Оборудование и материалы. 1. Три колбы на 2—3 л. 2. Пробки к колбам с клапаном Бунзена. 3. Водяная баня (большая). 4. Эмалированное ведро. 5. Штатив с лапкой и кольцом. 6. Асбестированная сетка. 7. Стеклянная палочка. 8. Кристаллогидрат сульфата натрия Na2SO4- 10Н2О. 9. Кристаллогид-
рат ацетата натрия ЫаСгНзОг-ЗНгО. 10. Кристаллогидрат тиосульфата Na2S2O3-5H2O. 11. Глицерин. 12. Дистиллированная вода. 13. Темный 14. Парафин.
натРйя экран.
Рис. 132. Получение пересыщенных растворов и их кристаллизация
Для приготовления пересыщенного раствора сульфата натрия берут на 5 в. ч. воды 7 в. ч. Na2SO4 • ЮН2О или на 2 в. ч. воды 1 в. ч. безводной соли Na2SO4. Для приготовления пересыщенного раствора ацетата натрия берут на 3 в. ч. воды 5 в. ч. соли. Для приготовления пере» сыщенного раствора тиосульфата натрия свежие, невыветренные кристаллы нагревают без добавления воды. Часто полученный таким путем пересыщенный раствор тиосульфата натрия в результате разложения при стоянии мутнеет от выпадающей серы. Для предупреждения этого к свежеприготовленному раствору прибавляют 2—3 капли раствора едкого натра (1 : 10). I Подготовка. Колбу с солью и водой (в случае тиосульфата с одной солью) погрузить в водяную баню, укрепить в штативе так, чтобы она не касалась дна и стенок бани, и кипятить воду в бане до тех пор, пока не растворится вся соль. Если полученный раствор окажется мутным, отфильтровать его в горячем состоянии на воронке с подогреванием через складчатый фильтр или вату. Фильтрат собрать в колбу, ополоснутую горячей водой. К прозрачному раствору прибавить 2—3 капли глицерина (способствует получению более крупных кристал
лов). Горло колбы закрыть пробкой с клапаном Бунзена.
Приготовленный раствор осторожно кипятить несколько минут для того, чтобы конденсат, образующийся в горле колбы, стекая по стенкам, смывал с них остатки раствора. Затем раствор медленно и осторожно охладить, оберегая от толчков. Охлажденный раствор может сохраняться длительное время.
Выполнение. Открыв колбу, коснуться поверхности раствора длинной стеклянной палочкой. Палочка должна быть предварительно опущена в банку с сухой солью, взятой для приготовления пересыщенного раствора. Мельчайшие крупинки соли, прилипшие к концу палочки, попав в раствор, вызывают начало кристаллизации, которая затем быстро распространяется по всей колбе (рис. 132). Позади колбы поставить темный экран. Чтобы кристаллик лучше прилип к палочке, нужно теплым концом ее коснуться парафина. Если вместо стеклянной палочки взять демонстрационный термометр и, прикоснувшись его шариком к сухой соли, погрузить в пересыщенный раствор, то видно, что при кристаллизации выделяется тепло. Для той же цели можно применить термоскоп.
После лекции закрытую колбу поместить в водяную баню и нагреть до перехода всей соли в раствор. В противном случае Быделившиеся кристаллы по мере стояния срастаются в сплошную плотную массу, которая при нагревании превращается в раствор очень медленно.
Опыт 397. Кристаллизация двух пересыщенных растворов в одном цилиндре (опыт Пелиго).
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 500 мл. 2. Воронка диаметром 8—10 см. 3. Штатив с лапкой и кольцом. 4. Два стакана на 300— 400 мл. 5. Две стеклянные палочки по высоте цилиндра. 6. Ведро. 7. Два треножника с асбестированной сеткой и горелкой. 8. Колба на 1 л. 9. Тиосульфат натрия Ыа252Оз-5Н2О. 10. Ацетат натрия NaC2H3O2-3H2O. 11. Дистиллированная вода.
Выполнение. В цилиндр влить два пересыщенных раствора: тиосульфата натрия и ацетата натрия. Эти растворы имеют различную плотность и легко образуют два слоя. Поверх них налить горячую воду, чтобы верхний раствор (ацетат натрия) не закри-сталлизировался раньше времени. В цилиндр сначала опустить прикрепленный воском к стеклянной палочке кристалл тиосульфата натрия. В верхнем слое внесенный кристалл не вызывает кристаллизации, нижний слой тотчас же начинает кристаллизоваться. После этого в верхний слой опустить кристалл ацетата натрия — также начинается кристаллизация.
Подготовка. Для опыта нужен цилиндр на 500 мл. Разметить его по высоте на три равные части. Над ним поместить на кольце штатива воронку (диаметр ее 8—10 см) таким образом, чтобы конец ее прикасался к стенке цилиндра в верхней его трети. В колбе на 800—1000 мл поставить нагревать воду.
В двух стаканах, помещенных на треножники с сеткой, начать одновременно растворять, все время помешивая стеклянными палочками, отвешенные количества кристаллогидратов солей Na2S2O3 • 5Н2О и NaC2H3O2 • ЗН2О. При вышеуказанных размерах цилиндра нужно отвесить 450 г первого вещества, 300 г второго. На каждую навеску взять по 45 мл воды. Когда обе соли растворятся, не прекращая нагревать стаканы, влить в цилиндр через воронку приготовленную заранее горячую воду, чтобы прогреть стенки цилиндра и воронки.
Вылив немедленно воду из цилиндра, поставить его на место и налить в 'него через воронку горячий раствор тиосульфата натрия до первой метки. Затем через ту же воронку (по стенке) налить раствор ацетата натрия до второй метки. Наконец, почти До верха цилиндра налить горячую воду. Оба раствора и вода образуют три резко ограниченных слоя. После этого оставить Цилиндр охлаждаться до комнатной температуры. Приготовленные пересыщенные растворы могут сохраняться несколько дней (закрыть цилиндр стеклом).
Выполнение. Слегка нагреть над горелкой прикрепленный заранее к концу стеклянной палочки кусочек воска и прилепить
к нему маленький кристалл тиосульфата натрия. Погрузить крц. сталл в цилиндр — сначала в раствор ацетата натрия — и пока-
Рис. 133. * Опыт Пели-го:
зать, что в этом растворе он не вызывает кристаллизации. Затем опустить его в раствор тиосульфата натрия-там кристалл моментально обрастет друзой кристаллов (рис. 133). Палочку с кристаллами можно сейчас же вынуть из цилиндра. Весь слой тиосульфата натрия быстро застывает в сплошную массу.
Таким же способом вызвать кристаллизацию в слое ацетата натрия (вторая стеклянная палочка, воск, кристалл ацетата натрия).
После лекции слить с кристаллов верхний слой воды. Закрыв цилиндр хорошей пробкой, оставить его до будущей лекции. За день до следующей лекции погрузить цилиндр в большой стакан (или в ведро) с холодной водой, поставленный на кольцо штатива, зажать цилиндр в зажиме так, чтобы цилиндр не касался дна стакана, и нагреть воду до кипения. Оба слоя кристаллов в цилиндре постепенно растворятся. После этого налить сверху горячую воду и оставить охлаждаться при комнатной температуре. Таким образом, один и тот же цилиндр может служить несколько раз, пока слой уксуснокислого натрия, растворяемый постепенно
1 — слой воды;
2 — насыщенный раствор ацетата натрия; 3 — на-
водой в силу диффузии растворов одного в другой, не уменьшится значительно.
Опыт 398. Изоморфизм (твердые растворы).
сыщенный раствор тиосульфата натрия
Оборудование и материалы. 1. Двенадцать стаканов на 250—300 мл с палочками. Шесть маленьких кристаллизаторов или чашек Петри. 3. Шесть банок с пробками. 4. Хромока-лиевые квасцы KCr(SO4)2- 12Н2О. 5. Алюмокалиевые квасцы KA1(SO4)2- 12Н2О. 6. Дистиллированная вода.
Подготовка. Для демонстрации явления изоморфизма целесообразно заранее приготовить коллекцию кристаллов, представляющих собой продукт совместной кристаллизации алюмокалиевых и хромокалиевых квасцов. Смешать в различных пропорциях насыщенные при комнатной температуре растворы обеих солей. Для этого в ряд кристаллизаторов (или чашек Петри) налить растворы в таких объемных отношениях (%): й
Хромокалиевые квасцы . Алюмокалиевые квасцы
0 2,0 4,0 6,0 8,0 100
100 98,0 96,0 94,0 92,0 0
Кристаллизаторы поставить на несколько дней в теплое место (в сушильный шкаф или на батарею водяного отопления) И дать раствору постепенно испариться. Полученные кристаллы высыпать в отдельные банки, закрыть пробками и наклеить этикетки с указанием процентного состава.
Выполнение. При демонстрации коллекции кристаллов следует обратить внимание аудитории на то, что кристаллы преД
сТавляют собой одну твердую (разу переменного состава благодаря способности этих веществ кристаллизоваться в одном кристалле. Цвет кристаллов меняется от белого до фиолетового, свойственного алюмокалиевым и хромокалиевым квасцам.
Препараты изоморфных кристаллов можно получить последовательным наращиванием алюмокалиевых и хромокалиевых квас-
Рис. 134. Изоморфизм кристаллов квасцов:
1 — K2SO4-A12(SO4)8-24H2O; 2 — K2SO4-Cr2(SO4)3-24H2O; 3 — разрез через кристалл, полученный последовательным наращиванием K2SO4«A12(SO4)3 X
X 24Н2О и K2SO4-Cr2(SO4)3-24H2O
цов (рис. 134). На кафедре неорганической химии ТСХА эти большие кристаллы имеются в натуре и на цветном рисунке.
Опыт 399. Поглощение паров растворителя раствором.
Оборудование и материалы. 1. Квадрат толстого стекла (25x25 см)* 2. Стеклянный колокол диаметром 16 см с широким пришлифованным рантом. 3. Два стеклянных стакана на 100 мл. 4. Насыщенный раствор нафталина в эфире. 5. Диэтиловый эфир (С2Н5)гО. 6. Вазелин.
Выполнение. На стекло поставить два стакана, с нанесенными восковым карандашом метками 50 мл. В один из них налить 50 мл эфира, в другой — 50 мл насыщенного раствора нафталина в эфире. Накрыть их стеклянным колоколом, рант которого обильно смазан вазелином.
Опыт длительный, может продолжаться от нескольких дней до нескольких недель. В первые дни жидкость испаряется из обоих стаканов и объем жидкости в них заметно уменьшается. В дальнейшем объем жидкости в стакане с эфиром продолжает уменьшаться, а в стакане с раствором увеличивается. Давление пара над чистым растворителем больше давления пара над раствором. Этим объясняется продолжающееся испарение эфира из стакана с чистым растворителем и поглощение пара раствором, из-за чего и изменяются объемы жидкости в стаканах.
Опыт 400. Давление водяного пара над кристаллогидратом.
Оборудование и материалы. 1. Плоскодонная колба на 1,5—2 л с резиновой пробкой и двумя трубками диаметром 6 мм (рис. 135). 2. Резиновая трубка. 3. Винтовой зажим. 4. Глицерин. 5. Сульфат натрия кристаллический Na2SO4- 10Н2О. 6. Хлорид кальция СаС12-2Н2О в зернах или палочках. 7. Вазелин.
Выполнение. Сухую колбу закрыть резиновой пробкой с двумя отверстиями. В одно отверстие вставлена короткая стекляд. ная трубка, на которую надета резиновая трубка с винтовым за„
Рис. 135. Наблюдение за давлением пара над кристаллогидратом
жимом, в другое — стеклянная трубка (см. р^с 135). В изогнутую трубку налить глицерид подкрашенный растворяющейся в нем анилино-вой краской. Вынув пробку, в колбу внестц невыветрившиеся кристаллы сульфата натрия (покрыть ими дно). Колбу плотно закрыть пробкой, при этом винтовой зажим должен быть открыт. Затем зажим тщательно закрыть. Тотчас же начинается изменение уровней жидкости в коленах трубки. Уже через 7—10 мин разница уровней жидкости становится постоянной и достигает 30—50 мм.
Повышение давления внутри колбы обусловлено давлением пара воды, выделяющейся из
кристаллогидрата сульфата натрия.
Законы Рауля и Вант-Гоффа
Опыт 401. Давление пара над чистым растворителем и над раствором.
Оборудование и материалы. 1. Три толстостенные барометрические трубки высотой 85 см. 2. Три толстостенные стеклянные чашки. 3. Две пипетки с согнутым оттянутым концом и резиновым баллончиком. 4. Три миллиметровые шкалы. 5. Три штатива с лапками. 6. Ртуть. 7. Диэтиловый эфир (С2Н5)2О. 8. Нафталин.
Подготовка. Три барометрические трубки наполнить ртутью (рис. 136). Опустить их в стеклянные толстостенные чашки с ртутью и укрепить в штативах. Позади трубок установить шкалу из миллиметровой бумаги, наклеенной на фанерную или картонную пластинку. Уровень ртути во всех трубках одинаков (зависит от атмосферного давления). Приготовить насыщенный раствор нафталина в эфире.
Выполнение. Одну трубку оставить для сравнения, в другую с помощью изогнутой пипетки с резиновым баллончиком осторожно ввести немного эфира. Первые капли жидкости, поднявшись на поверхность ртути, тотчас испаряются. Под давлением пара жидкость ртути в трубке опускается. Следующие порции введенного в трубку эфира также мгновенно испаряются, а ртуть продолжает опускаться. Наконец, наступает такой момент, когда введенная в трубку жидкость перестает испаряться и образует небольшой слой на поверхности ртути; ртуть больше не опускается. Измерив разность уровней ртути в первой трубке и в трубке с эфиром, получим давление пара жидкости, насыщающего пространство над ртутью при данной температуре. В третью трубку ввести второй пипеткой раствор нафталина в эфире. После того как будет достигнуто насыщение, т. е. на поверхности ртутя
скажется небольшой слой жидкости, уровень ртути в трубке по-
меньше давления пара
Рис. 136. Наблюдение за давлением пара над чистым растворителем и над раствором:
рестанет опускаться.
Разность уровней ртути в первой и третьей трубках показывает давление пара над раствором. Оно растворителя. Разность уровней ртути во второй и третьей трубках показывает, насколько уменьшилось давление пара над раствором по сравнению с давлением пара над чистым растворителем (понижение давления пара над раствором).
После лекции ртуть из первой барометрической трубки и чашки можно вылить прямо в склянку, где она хранится. Из второй и третьей трубок и чашек ртуть следует вылить в фарфоровую ступку, промыть эфиром для удаления нафталина, а затем водой. Остатки воды удалить, прикладывая фильтровальную бумагу к поверхности ртути. Сливая ртуть из ступки в склянку для хранения, пропустить ее через сухой бумажный фильтр, в котором тонкой иголкой сделано несколько отверстий.
Опыт 402. Явление тургора
(эндоосмос) и (экзоосмос).
плазмолиза
Оборудование и материалы. 1. Две толстостенные стеклянные сосуда на 6 л. 2. Две стеклянные банки из-под консервов на 0,5 л. 3. Полупроницаемая пленка (животный КИЙ прочный шнур. 5. Сахар.
а — трубка с ртутью (для сравнения) под атмосферным давлением; б — трубка с ртутью и эфиром (растворитель); в — трубка с ртутью и раствором нафталина в эфире
пузырь, пергамент или целлофан). 4. Тон-
Подготовка. Банку доверху наполнить насыщенным раствором сахара. Из животного пузыря, пергамента или целлофана вырезать круг диаметром на 3—4 см больше диаметра горла банки и размочить его в воде. Мягкую влажную пленку сбоку натянуть на сосуд, следя за тем, чтобы под пленкой не осталось пузырьков воздуха. Края пленки загнуть, туго натянуть ее, равномерно распределить складки вокруг горла, обернуть несколько раз тонким шнуром; шнур завязать крепким узлом. Шнур взять сухой; намокнув в воде, он плотнее прижмет пленку к стеклу. Вторую банку доверху наполнить водой и тем же способом закрыть полупроницаемой пленкой.
Выполнение. Первую банку поместить в большой сосуд, три четверти наполненный водой. Если полупроницаемая пленка не имеет дефектов и укреплена плотно, то она, будучи вначале плоской, уже через 2—3 ч начнет вздуваться (эндоосмос рис. 137, а). Вторую банку поместить в другой большой сосуд, На’ три четверти наполненный на-
Рис. 137. Явление тургора (эндоосмос) и плазмолиза (экзоосмос):
1 — вода; 2 — насыщенный раствор сахара;
3 — насыщенный раствор сахара; 4 — вода
сыщенным раствором сахара. В этом случае плоская пленка вдавливается внутрь банки (экзоосмос, рис. 137, б). 1
Опыт 403. Осмотическое давление.
Оборудование и материалы. 1. Широкий прямой форш-тосс. 2. Стеклянная трубка с внутренним диаметром 3—5 мм, длиной не менее 1 м. 3. Штатив с лапкой. 4. Толстостенный стакан на 1 л, 5. Стакан на 50—100 мл. 6. Полупроницаемая пленка (животный пузырь, пергамент или целлофан). 7. Тонкий прочный шнур. 8 Сахар.
Подготовка. Широкое отверстие форштосса туго затянуть
размоченным куском полупроницаемой пленки. Пленку укрепить на форштоссе с помощью прочного тонкого сухого шнура, несколь-
ко раз охватывающего форштосс и завязанного узлом. Высушив фильтровальной бумагой ту часть пленки, которая загнута через края форштосса, нанести на нее слой расплавленной менделеевской замазки. Слой аккуратно выровнять слабым пламенем горелки. Форштосс доверху наполнить насыщенным раствором сахара, окрашенным фуксином или красными чернилами. Верхний конец форштосса соединить отрезком резиновой трубки с длинной стеклянной трубкой, к которой наверху присоединена вторая (согнутая) стеклянная трубка с укрепленным на ней с помощью мягкой проволоки маленьким стаканом (рис. 138).
Выполнение. Приготовленную осмотическую ячейку поместить в стакан с водой, а длинную трубку укрепить в штативе. Если собранный прибор не имеет дефектов, то вода из стакана сразу же устремляется через полупроницаемую пленку внутрь осмотической ячейки, и подкрашенный раствор сахара начинает подниматься по трубке. Отметив в начале лекции уровень жидкости в трубке с помощью

Рис. 138. Наблюдение за осмотическим давлением
резинового кольца, можно к концу лекции зафиксировать высоту, на которую поднимается раствор в трубке
Через несколько дней жидкость поднимется до верха трубки и будет капать в стакан.
Полупроницаемую пленку можно получить и по-другому. В пористый глиняный стакан налить до краев насыщенный раствор гексациано-(II) феррата калия K4[Fe(CN)6] и опустить его в стакан с насыщенным раствором сульфата меди (II). После Ю—12-часового стояния глиняный сосуд вынуть и промыть тщательно водой. В стенках сосуда образуется полупроницаемая пленка гексациано-(II) феррата меди II Cii2[Fe(CN)6]:
2CuSO4+K4 [Fe (CN)6]=2K2SO4+Cu2 [Fe (CN)6]
2Cu2++[Fe (CN)6]4“=Cu2 [Fe (CN)6]
Зависимость осмотического видна из следующих данных: Молярность раствора...........
Наблюдаемое осмотическое давление, атм......................
Вычисленное осмотическое давление, атм......................
давления от концентрации раствора
0,05 0,10 0,50 0,80 1,00
1,26 2,44 12,10 19,43 24,46
1,21 2,40 12,10 19,30 24,33
Опыт 404. «Искусственный цветник — сад водорослей».
Оборудование и материалы. 1. Шесть больших пробирок или стеклянных цилиндров. 2. Большой кристаллизатор. 3. Штатив для пробирок. 4. Раствор силиката натрия Na2SiOs (пл. от 1,16 до 1,17). 5. Хлорид кадмия CdCl2. 6. Дихлорид марганца МпС12. 7. Дихлорид меди СиС12- 8. Трихлорид железа РеС1з- 9. Дихлорид кобальта СоС12. 10. Дихлорид никеля NiCl2.
Выполнение. В пробирки или цилиндры почти доверху налить раствор силиката натрия. В каждый стакан бросить по не-
Рис. 139. «Искусственный цветник — сад водоро слей»
скольку кристалликов одной из указанных солей. Через некоторое время всюду появляются характерные образования — «искусственные водоросли» различной формы (рис. 139) и различного цвета в зависимости от взятой соли.
Опыт можно проводить в большом кристаллизаторе, наполцц его раствором силиката натрия и бросив в него по нескольку кпр? сталликов перечисленных солей.
Опыт 405. «Искусственные водоросли» из гексоциано-(П) феПч рата калия и двойной соли хлорида аммония-меди (II).
Оборудование и материалы. 1. Два цилиндра или большие Ппп бирки. 2. Гексациано-(II) феррат калия K4[Fe(CN)e] (кристаллический и4%-Нцд раствор). 3. Двойная соль — хлорид аммония-меди (II) (NH^CuCU (кристал лическая и 4%-ный раствор). 4. Дистиллированная вода. 5. Желатина (0,5%-НЬ1л раствор).
Подготовка. В растворе желатины приготовить 4%-ный рас-твор двойной соли хлорида аммония-меди (II). Также в растворе желатины приготовить 4%-ный раствор гексациано-(II) феррата калия.
Выполнение. В цилиндр налить раствор двойной соли и бросить в него несколько кристалликов гексациано-(II) феррата калия. Упав на дно, кристаллы соли образуют характерные «водоросли». В другой цилиндр налить раствор гексациано-(II) фер-рата калия и бросить в него несколько кристалликов двойной соли. Упав на дно, кристаллы соли образуют «водоросли»:
2Cu2+4-[Fe (CN6)]4~—Cu2 [Fe (CN)6] |
Образующийся осадок обладает полупроницаемыми свойствами, что и вызывает рост «водорослей».
Препараты для обозрения
Суспензии. Эмульсии. Коллоидные растворы серы, золота, серебра, тригидроксида железа, сульфида мышьяка (III) и др. Истинные растворы медного купороса, дихромата калия, трихлорида железа, алюмокалиевых квасцов, хромокалиевых квасцов и др. Кристаллы алюмокалиевых квасцов, хромокалиевых квасцов и их изоморфных кристаллов. Осмотические ячейки. Полупроницаемые материалы. Диализаторы разных видов.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ. |
РАВНОВЕСИЕ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ.
ЭЛЕКТРОЛИЗ. I
Для выполнения опытов, связанных с электролитической диссоциацией, используется прибор, предложенный Рейнбольтом (1933).
Изготовляют прибор следующим образом. Плетеный осветительный медный шнур длиной 1 м расплетают с одного конца. Оба провода на концах освобождают от изоляции на протяжении 2 сМ и зачищают до блеска. Припаивают к зачищенным концам твердым припоем кусочки платиновой проволоки длиной 1,5—2 см, диаметром 0,5 мм. Ради этой цели хорошо скрученный конец медного провода помещают на кирпич, на него или вплотную рядом с ним кладут платиновую проволоку так, чтобы обе проволоки образо-
аЛи одну прямую линию и соприкасались друг с другом на про-^жении 0,5—1 см. На место соприкосновения кладут немного тБЛажненной порошкообразной буры, а на нее — маленький кусок 'еребряной жести. Если теперь на это место направить острие плавни паяльной горелки, то расплавленное серебро прочно соединит обе проволоки друг с другом. .
Медные провода с припаянными платиновыми проволоками продевают в стеклянные трубки, каждая длиной 20 см, просвет
Рис. 140. Прибор для испытания электропроводности растворов по Рейнбольту:
1 — электролампа с штепсельной розеткой Для вилки указателя тока; 2 — указатель тока; 3 —схема включения указателя тока
которых выбирают с таким расчетом, чтобы он соответствовал толщине изолированного провода. Платиновые проволоки должны выступать из трубочек на 1 см. В концы стеклянных трубочек набивают волокнистый асбест на расстояние, соответствующее участку трубок, занимаемому оголенным концом медного провода. После этого концы трубок заплавляют до образования полушаро-вой поверхности. Выступающие концы платиновых проволок за-гибают (рис. 140) в противоположные стороны в виде ушков. На Верхний конец трубок, плотно сложенных вместе, и на участок, отстоящий на 8 см от их верхнего конца, надевают коротенький отрезок резиновой трубки так, что электродные трубки оказываются Прочно и неподвижно соединенными одна с другой. Соединенные тРубки вставляют в более широкую стеклянную трубку (длина 20 см, диаметр 12 мм) таким образом, чтобы первые выдавались Из второй на 12 см. Толщину резинового отрезка, которым соединены обе электродные трубки, выбирают такой, чтобы эта пара трубок могла быть прочно закреплена в широкой стеклянной трубке. На нижний конец широкой трубки натягивают отрезок резиновой трубки. Провод пропускают через резиновую пробку с узким
отверстием. Чтобы медный провод не отрывался от платиновых проволочек, в верхней части широкой трубки оставляют несколько свободно лежащих витков шнура. Кроме того, шнур должен быть совершенно неподвижно зажат с пробкой. К концу шнура присоедц, няют штепсельную вилку. Затем на толстой доске монтируют ламповый цоколь вместе с электрической-лампочкой и штепсельную розетку. Соединение их друг с другом показано на рис. 140. От этого «указателя тока» идет длинный шнур к розетке электрической сети.
Чтобы привести прибор в действие, достаточно вставить штепсельную вилку «указателя тока» в
Рис. 141. Прибор для изучения электропроводности растворов
розетку электрической сети, а электродную вилку — в розетку прибора. В качестве источника тока можно взять осветительную сеть. Чувствительность указателя тока можно изменять, применяя лампы различной силы света.
Когда прибором не пользуются, то на нижнюю часть электродных трубок для защиты надевают пробирку, которая плотно надвигается на резиновую трубку, охватывающую три стеклянные трубки.
На кафедре неорганиче* ской химии ТСХА в настоящее время сконструирован прибор для одновременной сравнительной демонстра-
ции электролитов. Он изображен на рис. 141. Я
К важнейшим факторам, влияющим на степень диссоциации, относятся: природа электролита; концентрация электролита; природа растворителя; наличие одноименных или посторонних ионов.
Опыт 406. Растворы неэлектролитов.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (см. рис. 141). 2. Четыре стакана на 250 мл с палочками. 3. Источник постоянного тока или выпрямитель с латром. 4. Сахар С12Н22О11. 5. Этиловый спирт С2Н5ОН. 6. Глицерин С3Н5(ОН)3. 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. В четыре стакана налить по 100 мл дистиллированной воды. В один стакан не добавлять ничего, во второй насыпать немного измельченного в порошок сахара, в третий прилить этиловый спирт, в четвертый — глицерин. Каждого вещества взять 1—2 г. Содержимое стаканов перемешать палочками. Присоединив к источнику тока прибор для наблюдения электропроводности, указатели тока опустить во все четыре стакана. Лампочки не за-274
ораются: дистиллированная вода и водные растворы сахара, спир-та и глицерина не проводят электрического тока. После опыта элект-тщательно промыть в дистиллированной воде первого ста-
Опыт 407. Электропроводность растворов электролитов.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (см. рис. 141). 2. Четыре стакана на 250 мл с палочками. 3. Соля-иая кислота (2 н.). 4. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 5. Хлорид натрия (2 н.. раствор). 6. Дистиллированная вода.
Выполнение. В один стакан налить 100 мл дистиллирований воды, во второй—100 мл соляной кислоты, в третий—100 мл раствора гидроксида натрия, в четвертый—100 мл раствора хлорида натрия. Трубки с электродами опустить в растворы. Во всех случаях лампочка прибора (за исключением воды) ярко вспыхивает, что указывает на хорошую электропроводность водных растворов соляной кислоты, гидроксида натрия и хлорида натрия. После опыта электроды тщательно промыть в дистиллированной воде первого стакана.
Опыт 408. Электропроводность растворов соляной и уксусной кислот, гидроксида натрия и аммиака.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (рис. 141). 2. Пять стаканов на 250 мл с палочками. 3. Соляная кислота (2 н.). 4. Уксусная кислота (2 н. раствор). 5. Гидроксид аммония NH4OH (2 н.). 6. Дистиллированная вода. 7. Гидроксид натрия.
Подготовка. В один стакан наливают 100 мл соляной кислоты, во второй—100 мл раствора уксусной кислоты, в третий — 100 мл раствора гидроксида натрия, в четвертый—100 мл гидроксида аммония. В пятый стакан на три четверти налить дистиллированную воду (для промывки электродов).
Выполнение. Трубки с электродами опустить в стаканы с приготовленными растворами. Растворы с уксусной кислотой и гидроксидом аммония дают слабое свечение лампочки. Растворы с соляной кислотой и гидроксидом натрия дают яркое свечение лампочек, что свидетельствует о плохой проводимости тока растворов; уксусной кислоты и гидроксида аммония и о хорошей проводимости тока растворов соляной кислоты и гидроксида натрия. После окончания опыта тщательно промыть дистиллированной водой электроды.
Опыт 409. Влияние разведения на степень диссоциации.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (рис. 141). 2. Пять стаканов на 500 мл с палочками. 3. Концентрированная уксусная кислота. 4. Концентрированный раствор гидроксида аммония КН4ОН без карбонатов (получение см. «Указание лаборантам»). 5. Дистиллированная вода.
Подготовка. В два стакана налить по 50 мл концентрированного раствора уксусной кислоты, в другие два — по 50 мл концентрированного раствора гидроксида аммония, в пятый — дистиллированную воду (для подливания воды в стаканы с электролитами и для промывания электродов).
Выполнение. Опустить электроды в стаканы с электролита ми. Концентрированные растворы электрического тока не пров0' дят: лампочки прибора не светятся. Оставить стаканы с концентра рованными растворами уксусной кислоты и гидроксида аммония для сравнения, а в другие два стакана постепенно приливать воду При разбавлении растворов их степень электролитической диссо^ циации увеличивается, вследствие чего они начинают проводить электрический ток; лампочки светятся (вначале очень слабо). По мере прибавления воды (до известного предела) яркость свечения лампочек увеличивается. По окончании опыта промыть электроды дистиллированной водой.
Степень диссоциации (а) электролитов в 0,1 и. растворах при 18° С, %
Кислоты
Основания
Соли
НС1 92 H2SO3 34 кон 89 КС1 86 ZnCl2 73
НВг 92 Н3РО4 26 NaOH 84 NH4C1 85 Na2SO4 69
HI 92 HF 15 LiOH 63 NaCl 84 NaHCO3 52
HNO3 91 НС2Н3О2 1,34 NH4OH 1,33 NaNO3 83 MgSO4 45
HC1O3 90 Н2СОз 0,17 Sr(OH)* 93 KNO3 83 ZnSO4 40
НС1О4 90 H2S 0,07 Ba(OH)* 92 Na2HPO;* 83 C11SO4 40
H2SO4 Н2С2О4 58 50 H3BO3 HCN 0,01 0,01 Ca(OH)* 90 AgNO3 NaC2H3O2 81 78 HgCl2 Hg(CN)2 1 Ничтожная
1 H * * 1
* H
64 32
Ниже показано влияние разведения на степень диссоциации
некоторых оснований и кислот (числа означают степень диссоциа-
ЦИИ, %). 2 н. 1 н. 0,1 н. 0,01 н. 0,001 и.
НС1 .... 69,3 79,6 92,0 99,8 100
HNO3 . . . 73,9 84,8 91,0 99,3 100
H2SO4 . . . 39,9 50,7 58,0 79,6 97,7 89,0
Н3РО4 . . . 16,1 17,5 26,0 59,0
нс2н3о2 . 0,30 0,37 1,4 4,2 12,8
кон . . . 66,3 81,9 89,0 99,9 100
NaOH . . . 57,0 76,6 84,0 99,5 100
Ва (ОН)2 . ~ — — 88,4 96
NH4OH . . 0,30 0,42 1,33 4,15 12,52
Опыт 410. Влияние растворителя на диссоциацию.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электро^-проводности (рис. 141). 2. Четыре стакана на 300—500 мл. 3. Пипетка с грушей на 1 мл. 4. Соляная кислота (пл. 1,19). 5. Диэтиловый эфир. 6. Этиловый спирт. 7. Метиловый спирт. 8. Дистиллированная вода.
Выполнение. В четыре стакана налить отдельно по 50 лМ диэтилового эфира, этилового спирта, метилового спирта и дистиллированной воды. Присоединив к источнику тока прибор для на-
^людения электропроводности, погрузить электроды в стаканы, ро всех четырех стаканах свечения лампочки не наблюдается. За-теМ в каждый стакан прилить по 0,5—1 мл концентрированной соляной кислоты. Перемешать стеклянными палочками. В эфире стечения лампочки не наблюдается, в трех остальных лампочки загораются; интенсивность свечения постепенно нарастает при переход6 от этилового спирта к метиловому спирту и далее к воде. 0о окончании опыта промыть электроды дистиллированной водой.
Рис. 142. Схема процесса растворения кристалла хлорида натрия в воде
Сила электростатического притяжения между ионами ослабляется в среде с высокой диэлектрической постоянной. Растворители, обладающие хорошей диссоциирующей способностью, имеют высокую диэлектрическую постоянную. Приведем значение диэлектрической постоянной некоторых жидкостей:
Циановодород (жидкий) HCN . 9э
Вода Н2О..................... 81
Муравьиная кислота НСНО2 . . 58
Метиловый спирт СН3ОН ... 32
Винная кислота Н2С4Н4О6 . . 27
Этиловый спирт С2Н5ОН ... 22
Аммиак (жидкий) NH3 . . . . 22
Ацетон (СН3)2СО ....... 21
Диоксид серы (жидкий) SO2 . . 14
Хлороформ СНС13............... 5
Диэтиловый эфир (С2Н5)2О . . 4
Дисульфид углерода CS2 ... 2,6
Бензол С6Н6................... 2
Толуол СвН5СН3................ 2
Процесс ионизации показан на рис. 142 и 143.
Рис. 143. Схема ионизации полярного электролита
Опыт 411. Диссоциация дихлорида меди в ацетоне и в воде.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (см. рис. 141). 2. Четыре стакана на 250 мл с палочками. 3. Чашка со стеклянной палочкой. 4. Эксикатор. 5. Горелка с асбестиру ванной сеткой и треножником. 6. Ложечка для соли. 7. Ацетон. 8. Безводный дихлорид меди СиСЦ. 9. Дистиллированная вода.
Подготовка. В один стакан налить 100 мл ацетона, во вт04 рой—100 мл дистиллированной воды, третий оставить пустым' Приготовить безводный дихлорид меди, нагревая кристаллогидрат СиОг* 2Н2О в фарфоровой чашке на сетке. Помешивать стеклянной палочкой до тех пор, пока появится темно-желтая окраска. После этого охладить в эксикаторе.
Выполнение. Испытать электропроводность жидкостей. Ни ацетон, ни дистиллированная вода электрического тока не проводят. В первые два стакана всыпать безводный дихлорид меди-, в первый стакан в два раза больше, чем во второй. Дихлорид меди в обеих жидкостях легко растворяется. В первом случае образуется изумрудно-зеленый раствор — окраска, характерная для недиссо-циированных молекул дихлорида меди. Во втором случае раствор становится голубым — окраска, характерная для ионов Си2+. По-ловину раствора из первого бокала перелить в третий бокал. Долить дистиллированную воду до 100 мл. Окраска постепенно изменяется от изумрудно-зеленой до голубой.
После этого во всех трех бокалах испытать электропроводность полученных растворов: в первом случае она будет незначительна, во втором и третьем случаях велика (яркое свечение лампочки прибора). После опыта тщательно промыть электроды дистиллированной водой.
Опыт 412. Диссоциация дихлорида кобальта в спирте и воде.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (см. рис. 141). 2. Три стакана на 250 мл с палочками. 3. Ложечка. 4. Чашка со стеклянной палочкой. 5. Горелка с асбестированной сеткой и треножником. 6. Эксикатор. 7. Безводный дихлорид кобальта. 8. Этиловый спирт С2Н5ОН. 9. Дистиллированная вода.
Подготовка. В один демонстрационный стакан налить 50 мл этилового спирта, во второй — 50 мл дистиллированной воды» Третий стакан оставить пустым. Приготовить безводный дихлорид кобальта, нагревая кристаллогидрат СоС12-6Н2О в фарфоровой чашке. Все время помешивать стеклянной палочкой, пока появится синий цвет. После охлаждения в эксикаторе соль сохранять в плотно закрытой банке.
Выполнение. В первые два стакана прибавить безводный дихлорид кобальта — в первый в два раза больше, чем во второй. В первом стакане раствор синий — окраска, характерная для не-диссоциированных молекул дихлорида кобальта; во втором стакане раствор розовый — окраска, характерная для гидратированных ионов Со2+. Половину раствора из первого стакана перелить в третий. Долить до 50 мл дистиллированной воды. Синяя окраска раствора переходит в розовую.
Испытание электропроводности растворов в трех стаканах показывает, что она незначительна у первого и заметна у второго и третьего растворов. По окончании опыта тщательно промыть электроды дистиллированной водой.
Опыт 413. Выпадение осадка из насыщенного раствора хлората калия под влиянием одноименных ионов.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250 мл с палоч-<аМи. 2. Три мерных цилиндра на 10 мл. 3. Черный экран. 4. Штатив с вороний и складчатым фильтром. 5. Насыщенный при комнатной температуре распор хлората калия КС10з. 6. Раствор хлорида калия (30 г в 100 мл воды), у раствор хлората натрия NaClO3 (30 г в 100 мл воды). 8. Раствор хлорида натрия (30 г в 100 мл воды). 9. Дистиллированная вода.
Подготовка. Растворить 70 г хлората калия, нагревая в 500 мл воды. После охлаждения из раствора выпадает избыток соли. Осадок отфильтровать, прозрачный раствор разлить в три стакана.
Выполнение. В один стакан внести 10 мл раствора хлорида калия, в другой—10 мл раствора хлората натрия и в третий — Ю мл раствора хлорида натрия. Раствор в первом и втором стаканах через 1—2 мин мутнеет, в третьем остается прозрачным.
Из-за добавления электролита с одинаковым ионом в растворе увеличивается концентрация ионов К+ в первом случае и концентрация ионов СЮ? во втором, в связи с чем в обоих случаях увеличивается концентрация хлората калия. Поскольку концентрация соли в насыщенном растворе—величина постоянная, то вновь образовавшийся хлорат калия выпадает в осадок.
Примечание. Если из-за образования пересыщенных растворов кристаллизация задерживается, то можно сделать затравку, внеся в раствор на стеклянной палочке кристаллик хлората калия.
Опыт 414. Смещение гетерогенного равновесия в системе гидроксид магния — вода.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 300—400 мл с палочками. 2. Хлорид магния MgCl2 (0,5 н. раствор). 3. Гидроксид аммония NH4OH (0,5 н. раствор). 4. Соляная кислота (0,5 н.). 5. Хлорид аммония (0.5 н. раствор).
Подготовка. В стакан налить 150 мл раствора хлорида магния и 150 мл гидроксида аммония. Устанавливается равновесие
MgCl24-2NH4OH 2NH4C1-|-Mg (ОН)2 |
Взболтать осадок и поровну разлить в три стакана.
Выполнение. Один стакан оставить для сравнения, в другой медленно прилить, помешивая, соляную кислоту до растворения осадка:
Mg (OH)2+2HCl=MgCl2-f-2H2O
Mg (OH)2-f-2H+=Mg2++2H2O
В третий стакан медленно прилить, помешивая, гидроксид аммония до растворения осадка:
Mg (OH)2+2NH4Cl=MgCl2-|-2NH4OH
Mg (OH)24-2NH+=Mgs+-t-2NH4OH
Опыт 415. Электропроводность растворов солей хлорида натри и ацетата аммония.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электроппо водности (см. рис. 143). 2. Четыре стакана на 250 мл с палочками. 3. Уксусн-' кислота (2 н. раствор). 4. Гидроксид аммония (2 н. раствор, без карбонатов^ 5. Дистиллированная вода. 6. Хлорид натрия (2 н. раствор).
Подготовка. В один стакан налить 100 мл раствора хлорида натрия, во второй—100 мл раствора уксусной кислоты, в третий-J. 100 мл раствора гидроксида аммония. Четвертый стакан оставить пустым.
Выполнение. Опустив электроды в стаканы, продемонстрируй вать хорошую электропроводность раствора хлорида натрия, малую электропроводность растворов уксусной кислоты и гидроксида аммония. После этого в пустой стакан слить уксусную кислоту и гидроксид аммония по половине объема. Протекает реакция
HC2H3O2+NH4OH = Н2о-Ь NH4C2H3O?
Наблюдается резкое увеличение яркости свечения лампочки (см. таблицу диссоциации электролитов, стр. 276).
Опыт 416. Влияние концентрации раствора на диссоциацию и гидратацию ионов.
Оборудование и материалы. 1. Прибор для наблюдения электропроводности (см. рис. 141). 2. Три стакана на 250 мл с палочками. 3. Стакан на 250 мл с дистиллированной водой (для промывания электродов). 4. Ложечка для соли. 5 Безводный ди хлор ид меди. 6 Дибромид меди СиВг2. 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. В три стакана понемногу насыпать безводный дихлорид меди. В первый стакан осторожно налить немного воды до образования насыщенного раствора. Раствор имеет изумруднозеленую окраску, обусловленную смешением двух цветов: голубого (ионы Си2+) и желтого (молекулы соли). Во второй стакан налить воды несколько больше, чем в первый, — получается раствор зеленоголубого оттенка. В последний стакан влить столько воды, чтобы раствор приобрел равномерную голубую окраску, указывающую на присутствие большого числа ионов Си2+. Опустить электроды в стаканы. Наблюдать свечение лампочек.
Аналогичный результат можно получить, растворяя дибромид меди и постепенно разбавляя раствор.
По окончании опыта тщательно промыть дистиллированной водой электроды.
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато. Константы их диссоциации (по ступеням) имеют следующие значения:
серная H2SO4 (25° С) — К1=4-10-1, К2==1,15-10~2;
угольная Н2СО3 (18° С) — А\ = 3-10~7, /<2=4,6.10"11; |
сероводородная H2S (0° С) — Kj — 1 • 10“’, /С2 =2 -10~15;
фосфорная Н3РО4(18°С) — = 8,3-10 —3; /<2=5,5.10-\ К3 = 3-
мышьяковая H3AsO4 (25° С) — /4 = 5-10“3, К2=4-10~5, К3=6-Ю"10'
Опыт 417. Электропроводность при титровании гидроксида бария верной кислотой.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 200 мл. 2. Указатель с лампочкой. 3. Штатив с лапками. 4. Магнитная мешалка. 5. Бюретка со теКлянным краном. 6. Гидроксид бария Ва (ОН)2 (0,05 н. раствор). 7. Серная ^слота (0,05 н.). 8. Раствор фенолфталеина.
Подготовка. Закрепить бюретку и показатель тока с лампочкой в штативе. Запаянный в стеклянную трубку железный стерженек положить в стакан. Поставить стакан на магнитный столик, валить в бюретку серную кислоту, а в стакан — 50 мл раствора гидроксида бария и 5—7 капель раствора фенолфталеина.
Выполнение. Погрузить электроды показателя тока полностью в раствор и включить магнитную мешалку. Так как гидроксид бария хорошо проводит ток, лампочка ярко загорается. Затем в стакан из бюретки постепенно приливать серную кислоту. Протекает реакция
Ba (OH)2-hH2SO4=BaSO44-2H2O
В а2+4- 2ОН- 4- 2Н+4- SO^““ = BaSO4 -J- 2Н 2О
Ввиду выпадения осадка и образования воды электропроводность раствора уменьшается, следовательно, яркость накала лампочки ослабевает. По достижении эквивалентной точки титрования лампочка гаснет. Одновременно исчезает и малиновая окраска фенолфталеина. Избыточное количество серной кислоты вновь увеличивает электропроводность раствора и лампочка снова загорается.
Вместо растворов гидроксида бария и серной кислоты можно воспользоваться 0,05 н. растворами хлорида бария и сульфата серебра:
BaCl24-Ag2SO4= BaSO44-2AgCl Ва2+4-2С1- 4-2Ag+ 4-SC>2“=BaSO44-2AgCl
Опыт 418. Электролиз раствора иодида калия.
Оборудование и материалы. 1. Вольтаметр Гофмана (см. рис. 2) или прибор с U-образной трубкой (см. рис. 144). 2. Источник постоянного тока (выпрямительс латром). 3. Иодид калия (10%-ный раствор). 4. Крахмал (1 %-ный раствор).
Выполнение. В прибор налить раствор иодида калия и немного раствора крахмала. Включить ток. Через несколько секунд на аноде появляется синяя окраска, характерная для иода в присутствии крахмала. Электролиз выражается уравнениями:
на катоде 2Н2О4-2е=Н24-2ОН““ на аноде 21““ — 2е=12 суммарное уравнение 2H2O4-2KI = l2-F2KOH4-H2
Опыт 419. Электролиз раствора сульфата натрия.
Оборудование и материалы. 1. Вольтаметр Гофмана (см. рис. 2) или прибор с U-образной трубкой (см. рис. 144). 2. Источник постоянного тока. 3. Сульфат натрия (10%-ный раствор). 4. Нейтральный (фиолетовый) раствор Лакмуса.
Выполнение. Прибор наполнить раствором сульфата натрия, Подкрашенным раствором лакмуса. Электроды присоединить к источ
нику тока. Тотчас в обоих коленах трубки от электродов начина^ подниматься пузырьки газов (на катоде — водород, на аноде—. лород). Первоначальная фиолетовая окраска раствора изменяете ' в одном колене трубки она становится красной, в другом — синей Вначале интенсивная красная окраска постепенно обесцвечиваете’ в результате окислительных процессов, протекающих на аноде Электролиз выражается уравнениями:
на катоде 2Н2О4-2е=Н24-2ОН~ Ж
на аноде 2Н2О — 4е=4Н ++О2 суммарное уравнение 2Н2О = 2Н2-|-О2
При пользовании вольтаметром Гофмана водород обнаруживает-ся поджиганием, а кислород — воспламенением тлеющей лучинки.
Опыт 420. Получение хлората калия из хлорида калия в щелочном растворе.
Оборудование и материалы. 1 Стакан на 250 мл с палочкой. 2. Штатив с лапками, кольцом, асбестированной сеткой. 3. Горелка. 4. Источник постоянного тока (выпрямитель с латром). 5. Угольные электроды. 6. Термометр на 100—150° С. 7. Насыщенный раствор хлорида калия. 8. Гидроксид калия (гранулированный или в палочках).
Подготовка. В химический стакан налить 120 мл насыщенного раствора хлорида калия. Растворить в нем 10 г гидроксида калия (для ускорения). Закрепить термометр в растворе. Нагреть раствор до 75° С. Опустить в раствор угольные электроды, соединенные с проводами источника постоянного тока.
Выполнение. Включить ток 10—12 в. При электролизе раствора хлорида калия на катоде выделяется водород и образуется гидроксид калия, а на аноде выделяется хлор. Гидроксид калия и хлор, реагируя между собой, образуют хлорат калия (бертолетову соль). Через 10—15 мин выпадают белые кристаллы хлората калия:
2КС14-2Н2О=Н24-2КОН+С12 (электролиз) I
2КОН+ЗС12=КС1О3+5КС14-ЗН2О
Опыт 421. Электролиз раствора дихлорида меди с угольными электродами. У|
Оборудование и материалы. 1. U-образный прибор с угольными электродами (рис. 144). 2. Источник постоянного тока. 3. Дихлорид меди (10%-ный раствор). 4. Иодкрахмальная бумажка
Выполнение. Налить в U-образный прибор раствор дихлорида меди так, чтобы концы электродов были в него погружены на 4-* 5 см. Электроды присоединить к источнику тока. Через некоторое время вынуть катод, покрытый медью. На аноде можно обнаружить хлор по запаху и с помощью иодкрахмальной бумажки. Суммарное уравнение электролиза:
CuC12=Cu4-C12
на катоде Cu2+4-2e=Cu на аноде 2С1~~—2е=С12
Опыт 422. Электролиз раствора сульфата меди (II) при растворимом аноде (медном).
Оборудование и материалы. 1. Кристаллизатор или прямоугольный стеклянный кювет. 2. Источник постоянного тока. 3. Пластинка из алюмини!
с клеммой (для катода). 4. Пластинка из чистой меди с клеммой (для анода). 5 Сульфат меди (II) (30%-ный раствор, подкисленный серной кислотой).
Рис. 144. Прибор для электролиза
Выполнение. Кювет (или кристаллизатор) наполнить раствором сульфата меди (II). Погрузить в него электроды. Обратить особое внимание на чистоту катода, так как только на совершенно чистом металле медь осаждается равномерно. В результате электролиза медная пластинка, служившая анодом, постепенно становится тоньше, а пластинка алюминия, служившая катодом, покрывается слоем красной меди.
На опыт затрачивается много времени, поэтому начинать его следует в начале лекции, с тем чтобы к концу ее были достаточно заметны результаты электролиза. Процессы на электродах:
на аноде Си — 2е->Си2+
на катоде Си2+4-2е->Си
Опыт 423. Передвижение ионов при электролизе перманганата калия и хромата тетраммин-меди (II).
Оборудование и материалы. 1. Источник постоянного тока (или выпрямитель тока с латром). 2. Два сосуда с платиновыми или угольными электродами. 3. Два штатива с лапками. 4. Смешанный раствор
перманганата калия КМпО4 (0,15 г/л) и мочевины Co(NH2)2 (200 г/л). 5. Раствор нитрата калия (0,3 г/л). 6. Раствор хромата тетраммин-меди (II) [Си (NH3)4] СгО4 пополам с раствором мочевины.
Рис. 145. Передвижение ионов при электролизе цветных электролитов: 1 — раствор нитрата калия; 2 — раствор электролита с цветными ионами
Подготовка. Собрать прибор по рис. 145. Отверстия U-образной трубки закрыть пробками, через которые проходят электроды. В пробках сделать небольшие треугольные вырезы.
Приготовить комплексную соль [Си (NH3)4J СгО4. Для этого к насыщенному раствору дихлорида меди прилить насыщенный раствор хромата калия; выпадающий осадок растворить в 25 %-ном растворе аммиака, прибавляя его небольшими порциями.
Сосуды для электролиза укрепить в лапках штатива. В одном сосуде воронку и узкую трубку заполнить до закрытого крана смешанным раствором перманганата калия и мочевины. U-образную трубку заполнить до черты раствором нитрата калия. Повернув кран, раствор перманганата калия и мочевины осторожно впустить в U-образную трубку. Окрашенный раствор, входя в* трубку, не смешивается с бесцветным раствором нитрата калия и постепенно заполняет колена трубки. Наполнив таким способом U-образную трубку, кран закрыть. Электроды окажутся погруженными в
бесцветный раствор нитрата калия; нижняя часть трубки будег занята окрашенным раствором перманганата. В другой сосуд анад0 гично вместо раствора перманганата калия налить раствор хро' мата тетраммин-меди (II).
Выполнение. Электроды прибора соединить с источником постоянного тока. Положительно заряженные бесцветные ионы КЧ направятся к катоду, а отрицательно заряженные окрашенные ионы МпО? — к аноду. В результате будет постепенно ослабляться окрас-ка в одном колене трубки и усиливаться в другом колене. Во втором сосуде оба иона окрашены, поэтому будет наблюдаться перемещение окраски в обоих коленах.
Опыт следует начинать в начале лекции, тогда к концу ее получатся отчетливые результаты.
ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ. ]
БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ.
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Активная концентрация водородных ионов имеет большое значение в многочисленных химико-технологических процессах, разнообразных отраслях производства и в биологии. В начале этого столетия датский ученый физико-химик Зеренсен предложил вместо концентрации водородных ионов пользоваться показателем степени концентрации, взятым с обратным знаком: рН=—lg [Н+], что означает [Н+]=10~ ph. I
Для определения pH применяются колориметрические и электрометрические методы.
Опыт 424. Колориметрические способы определения pH растворов.
Оборудование и материалы. 1. Стаканы и конические колбы на 250 мл. 2. Препараты растворов кислотно-основных индикаторов в кислой и щелочной среде, в цилиндрах или в конических колбах на 250 мл: метиловый оранжевый, метиловый красный, смешанный — метиловый оранжевый и индигокармин, смешанный — метиловый красный и метиленовая синь, феноловый красный, фе-нол-фталеин, тимолфталеин. 3. pH-Бумажки. 4. Жидкая шкала цветных индикаторов с универсальным индикатором и компоратором. 5. рН-Метр. 6. Соляная кислота (0,1 н.). 7. Гидроксид натрия (0,1 н. раствор). 8. Буферные растворы (можно использовать фиксаналы). 9. Таблицы: а) изменение цвета индикаторов при различном pH; б) интервалы перехода окраски важнейших индикаторов; в) концентрация ионов Н+, показатели pH и рОН от 0 до 14; г) ионное произведение воды при различной температуре; pH некоторых овощей, фруктов и др.
Выполнение. Показать окраску некоторых важнейших индикаторов в кислых и щелочных растворах. Показать пользование индикаторными бумажками и шкалой цветных жидких индикаторов для определения pH. Определить pH на pH-метре, используя буферные растворы.
Значение pH соков овощей, фруктов и других объектов: огурец —6,92; морковь — 6,67; брюква столовая — 6,27; картофель — 5,92; редька — 5,32; щавель — 3,74; яблоко «коричное» — 3,7; яблоко «боровинка» — 2,8; яблоко «антоновка» — 2,5; кишечный сок-^
Реакция среды и соотношение между pH и рОН
Кв [н+] [ОН-] pH рОН Реакция
Ю~14 10° Ю~14 0 14 Сильнокислая
10-м ю—1 10-13 1 13
Ю-M 10-2 10-12 2 12
10-м 10—3 ю-11 3 11 Кислая
Ю-m 10-4 10-ю 4 10
10-м ю—5 ю-9 5 9 Слабокислая
Ю-m 10-е ю- 8 6 8
10-м 10—7 ю—7 7 7 Нейтральная
10-м 10~8 10—6 8 6 Слабощелочная
io-14 10—® 10“5 9 5
10-14 10-1° 10-4 10 4 Щелочная
10-м ю—11 10—3 11 3
Ю-м 10-12 ю—2 12 2 Сильнощелочная
10-м Ю-13 10—1 13 1
Ю-14 10-14 10° 14 0
8,3; кровь — 7,4; слюна — 6,9; слезы — 7; желудочный сок—1—2; NaH2PO4 — 4,6; Na2HPO4 — 9,2; Na3PO4—13,2.
Ионное произведение воды при разной температуре
t, °C ка t, °C кв f, °C
0 0,1Ь ю—14 25 1,00-10—14 60 9,95-IO-14
5 0,17-ю—14 30 1,48.10—14 70 15,8-10-14
10 0,30- ю—14 35 2,09-10—14 80 25,1-10—14
15 0,46-10-14 40 2,95-10—14 90 38,0-10—14
20 0,69-10—14 50 5,50-10-14 100 55,1-Ю-14
Отношение растений к реакции среды (оптимум pH):
люпин — 4—5; картофель — 5; овес — 5—6; рожь — 5—6; лен — 5—6; клевер — 6—6,5; горох — 6—7; пшеница —6—7; свекла — 7; люцерна — 7—8.
Опыт 425. Отношение буферных растворов к сильным кислотам и Щелочам. Буферная емкость. Буферными называются растворы, которые оказывают сопротивление резкому изменению концентрации ионов Н+ от добавления небольших количеств кислот или щелочей, а также от разбавления и концентрирования растворов. Это обычно смеси слабых кислот или слабых оснований с их солями. К буферным относятся также растворы смеси солей различной кислотности например NaH2PO4 + Na2HPO4 и др.
Тип буферной смеси
Концентрация ионов Н+ и ОН—
pH и рОН раствора
Слабая кислота и ее соль, например НС2Н3О24-
-J-NaC2H3O2
Слабое основание и ее соль, например NH4OH+
+NH4C1
v ^кисл
СН^---Акисл
^соли
j, Госн
СОН— = Аосн Ссоли
рН = рКкисл-1§-^ ссоли
pOH = pA0CH-lg-^ ССОли
Оборудование и материалы. 1. Восемь стаканов на 250 мл с метками на 100 и 200 мл. 2. Восемь стеклянных палочек по высоте стаканов. 3. Мерный цилиндр на 100 мл. 4. Пипетка на 1 мл. 5. Белый экран. 6. Соляная кислота (1 н. и 0,1 н.). 7. Гидроксид натрия (1 н. и 0,1 н. растворы). 8. Дистиллированная вода. 9. Ацетатный буферный раствор (0,5 моль уксусной кислоты и 0,5 моль ацетата натрия в 1 л). 10. Универсальный индикатор или фиолетовый раствор лакмуса.
Подготовка. Пронумеровать стаканы от № 1 до 8. Налить в стаканы до нижней метки: № 1—0,1 н. соляную кислоту, № 2— 0,1 н. раствор гидроксида натрия, № 3 — дистиллированную воду, № 4, 5, и 6 — буферный раствор. В каждый из приготовленных растворов добавить по 1 мл индикатора. Перемешать палочками.
Выполнение. Долить в стаканы до верхней метки: № 1, 2, 3, 4 — дистиллированную воду, № 5 — 0,1 н. соляную кислоту, № 6 — 0,1 н. раствор гидроксида натрия. Если теперь сравнить окраску растворов в первых двух стаканах с окраской растворов в стакане № 4, то они будут резко различаться. Растворы в стаканах № 5 и 6 по окраске не будут столь резко отличаться от окраски в стакане № 4 (почти одинаковы). Это говорит о том, что величина pH в стаканах № 5 и 6, содержащих буферные растворы, приблизительно одна и та же.
Из стаканов № 5 и 6 отлить по 100 мл растворов в стаканы № 7 и 8. Затем в стакан № 7 прилить 100 мл 1 н. соляной кислоты, а в стакан № 8 —100 мл 1 н. раствора гидроксида натрия. Обратить внимание, что буферная емкость превышена и растворы резко изменяют окраску. Схема опыта:
1 2 3 4 5 6 7 8
100 мл н2о 100 мл Н2О 100 мл Н2О 100 мл н2о 100 мл 0,1 н. НС1 100 мл 0,1 н. NaOH 100 мл 1 н. Н2О 100 мл 1 н. NaOH
100 мл 0,1 н. НС1 100 мл 0,1 н. NaOH 100 мл н2о 100 мл буф- р-ра 100 мл буф. р-ра 100 мл буф. р-ра 100 мл р-ра из стак. №5 100 мл р-ра из стак. №о
Опьп среды. В 426. Влияние природы гидролизующейся соли на реакцию важнейшим факторам, влиящим на степень гидролиза солей,
росятся: 1) природа соли, 2) температура, 3) концентрация распора, 4) реакция среды.
Оборудование и материалы. 1. Стаканы на 250—300 мл с палочка-
2. Белый экран. 3. 0,5 н. растворы карбоната натрия, хлорида цинка, нит-натрия, фосфата натрия, гидрофосфата натрия, дигидрофосфата натрия. J дистиллированная вода. 5. Нейтральный (фиолетовый) раствор лакмуса*.
Выполнение, а. Налить в четыре стакана последовательно по oqO мл дистиллированной воды, растворов карбоната натрия, хлорида цинка и нитрата натрия. В каждый стакан прилить по 2—3 мл фиолетового раствора лакмуса. В первом и четвертом стаканах оКраска лакмуса не изменяется, во втором лакмус окрашен в синий цвет, в третьем — в красный
СО^~+Н2О НСО7+ОН- (2-й стакан)
Zn2+4-H2O^±ZnOH++H+ (3-й стакан)
б. В четыре стакана налить последовательно по 200 мл дистиллированной воды, растворов фосфата натрия, гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия. Прилить во все стаканы по 2—3 мл фиолетового раствора лакмуса. В первом стакане окраска индикатора не изменяется, во втором и третьем раствор окрашивается в синий цвет, в четвертом — в розовый цвет
PO^“+H2Oz±HPO2""+OH-“, pH 13,2 (2-й стакан)
НР()2“+Н2О Н2РО~+ОН-, pH 9,2 (3-й стакан)
Н2РО4 практически гидролизу не подвергается, а диссоциирует на ионы Н+ и НРО4“, создавая слабокислую реакцию в растворе: pH 4,6.
Опыт 427. Влияние температуры на гидролиз ацетата натрия.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 1 л с палочкой. 2. Мерный цилиндр на 500 мл. 3. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 4. Технохимические весы с разновесом. 5. Ацетат натрия (кристаллический). 6. Дистиллированная вода. 7. Фенолфталеин (спиртовой раствор).
Подготовка. В стакан налить 500 мл дистиллированной воды и растворить в ней 7,5 г ацетата натрия. Прилить 2—3 мл раствора фенолфталеина. Раствор остается бесцветным.
Выполнение. Поставить стакан с раствором на сетку. Нагреть До кипения. Раствор приобретает характерную для фенолфталеина 6 щелочной среде розово-красную окраску, которая после охлаждения исчезает:
С2Н3О2 -}-Н2О^± НС2Н3О2+ОН
Опыт 428. Сдвиг равновесия гидролиза при нагревании.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 1 л с палочками. 2. Два стакана на 100 мл. 3. Цилиндр на 1 л. 4. Три мерных цилиндра на
* Приготовление по всем правилам фиолетового (нейтрального) лакмуса — см. В. А. Пала узо в. Химические реактивы. НТИ Украины, 1935. Если нет возможности получить нейтральный лакмус* то воспользоваться универсальным индикатором.
100 мл. 5. Два треножника с асбестированными сетками и горелками. 6. Хлоп алюминия (0,5 н. раствор; можно заменить сульфатом алюминия). 7. Трихлоп железа (0,5 н. раствор). 8. Ацетат натрия (0,5 н. раствор). 9. Дистиллированн
Подготовка. Налить в литровые стаканы по 800 мл дистил лированной воды. Нагреть до кипения. В один маленький стакан налить по 50 мл растворов хлорида алюминия и ацетата натрця В другой маленький стакан налить по 50 мл растворов трихлориДя железа и ацетата натрия. Растворы остаются прозрачными. Проте-кают реакции
AlCl3+3NaC2H3O Al(C2H3O2)3-|-3NaCl
FeCl3+3NaC2H3O2 Fe(C2H3O2)3+3NaCl
Выполнение. Растворы с ацетатом алюминия и железа вылить раздельно в два стакана с кипящей водой. Протекают реакции
А1(С2Н3О2)3+Н2О НС2Н3О2 4-А1(ОН)(С2Н3О2)2 I
А1(ОН)(С2Н8О2)2+Н2О^±НС2Н3О2+А1(ОН)2С2Н8О2 / на холоду
А1 (ОН)2С2Н3О2+Н2О НС2Н3О2-ЬА1(ОН)з | (при нагревании)
Аналогично протекает реакция и с ацетатом железа (III).
При охлаждении раствора равновесие вновь смещается влево, и осадок постепенно растворяется.
Опыт 429. Обратимость гидролиза под влиянием реакции среды.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 1 л с палочками. 2. Трихлорид сурьмы (0,5 н. раствор). 3. Трихлорид висмута (0,5 н. раствор). 4. Дистиллированная вода. 5. Концентрированная соляная кислота.
За сдвигом равновесия гидролиза удобно следить на примере трихлорида сурьмы и трихлорида висмута (III); так как их основные соли практически не растворимы в воде. Для предупреждения их образования раствор трихлорида сурьмы во время приготовления сильно подкислить соляной кислотой.
Выполнение. В большой стакан налить немного раствора трихлорида сурьмы и постепенно разбавить водой. По достижении известной концентрации жидкость мутнеет, начинает образовываться белый осадок основной соли:
SbCl3+H2O Zt 2HCl+SbOCl 4
Sb3+4-H2O SbO++2H+
Если добавить к раствору концентрированную соляную кислоту, то равновесие сдвинется влево, и раствор вновь станет прозрачным* SbOCl-|-2HCl H2O+SbCl3
SbO++2H+ H2O+Sb3+
При повторном добавлении воды равновесие опять смещается вправо, и жидкость вновь мутнеет.
С трихлоридом висмута реакции протекают аналогично:
BiCl3+H2O 2НС14-ВЮС1
Bi3++H2O 2H++BiO+
BiOCl-f-2HCl H2O-f-BiCl3
ВЮ++2Н+ H2O+Bi3+
Опыт 430. Влияние разведения на гидролиз трихлорида железа.
Оборудование и материалы. 1. Шесть стаканов на 600 мл с палочками. 2. Белый экран. 3. Трихлорид железа (0,5 н. раствор, без соляной кисло-тЫ). 4. Роданид калия KSCN (0,5 н. раствор). 5. Гексациано-(П) феррат калия K4[Fe(CN)6] (0,5 н. раствор). 6. Соляная кислота (2 н.). 7. Водопроводная вода.
Подготовка. Занумеровать стаканы от 1 до 6. На каждом стакане сделать две метки: 400 и 450 мл. В каждый стакан налить до первой метки водопроводную воду.
Выполнение. В первый стакан долить до второй черты раствор трихлорида железа. Тщательно перемешать. Отлить отсюда заствор во второй стакан до второй метки. Тщательно перемешать. 4з второго стакана аналогично перелить 50 мл раствора в третий стакан и т. д. — до шестого стакана. Затем во все стаканы прилить, по 10 мл раствора роданида калия. Окраска появляется не везде. В стаканы, где нет окраски, влить по 20 мл соляной кислоты. В те стаканы, где окраска и после этого не появилась, внести по 10 мл раствора гексациано-(П) феррата калия. Благодаря большой чувствительности этого реактива появляется голубая окраска, что свидетельствует о смещении равновесия реакции гидролиза FeCl3 в сторону образования ионов Fe34" под влиянием соляной кислоты:
Fe8++HOH FeOH2+-|-H+
FeOH2+4-HOH Fe(OH)^+H+
Fe(OH)++HOH Fe(OH)3+H+
Уравнение реакции взаимодействия ионов Fe3+ с K4[Fe(CN)6] 4Fe3++3lFe(CN)6]4“=Fe4[Fe(CN)6]3 берлинская
Опыт 431. Необратимый гидролиз.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. 0,5 н. растворы сульфата алюминия, карбоната натрия, сульфида аммония.
Выполнение. В два стакана налить по 100 мл раствора сульфата алюминия. Прилить в один стакан 100 мл раствора карбоната натрия, во второй— 100 мл раствора сульфида аммония. Протекают реакции 2А13++ЗСО^”+ЗН2О=2А1(ОН)з ! +ЗСО2 t 2A13++3S2~+6H2O=2A1(OH)3 | +3H2S t
Происходит полное смещение равновесия в сторону образования веществ с малым произведением растворимости* и газов.
Простейшие формулы расчета, связанные с гидролизом солей (КР — константа гидролиза):
1) гидролиз по катиону, например
NHt:
pH—^ОСН О 1g Ссоли»
* ПРА1(ОН).=1-10-^
2) гидролиз по аниону, например CN-:
‘•Г —
МН2О . Акисл
h=
н2о
; сн+ ~ Акислссоли
к ис л
Н2О
Ссоли
pH —7— 1g А*кисл— 1g Ссоли j
3) гидролиз по катиону и аниону, например NH4CN:
Н2О
АоснАкисл
h=
/VH2O
Аосн-Акисл
СнЧ—
кис л
осн
осн*
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ
Из многообразных химических реакций окислительно-восстановительные принадлежат к числу наиболее распространенных и имеют большое значение в теории и практике. Окислительно-восстановительными называются реакции, протекающие с изменением степени окисления части или всех атомов в составе молекул взаимодействующих веществ. К важнейшим факторам, влияющим на протекание окислительно-восстановительных реакций, относятся: 1) природа реагирующих веществ, 2) среда, 3) концентрация реагирующих веществ, 4) катализаторы, 5) температура.
Опыт 432. Взаимодействие галидов калия с концентрированной серной кислотой. Опыт показывает зависимость окислительно-восстановительных реакций от природы взаимодействующих веществ.
Оборудование и материалы. 1. Три пробирки диаметром 3—4 см1 высотой 25—30 см. 2. Три штатива с лапками. 3. Три тампона из ваты и марли, смоченные 2 н. раствором гидроксида натрия (для закрывания пробирок). 4. Белый экран. 5. Хлорид калия. 6. Бромид калия. 7. Иодид калия. 8. Концентрированная серная кислота.
В три пробирки последовательно насыпать 0,5 г хлорида калия, бромида калия, иодида калия. Приготовить тампоны из марли и ваты по размеру пробирок и смочить их щелочью. Прилить в каждую пробирку по 2—3 мл концентрированной серной кислоты. Поставить за пробирками белый экран и наблюдать эффект. В первой пробирке появляется белый пар за счет сгущения паров Н2О вокруг молекул НС1:
KC1+H2SO4=KHSO4-f-HCl
Во второй пробирке появляется красно-бурый пар брома:
2KBr+H2SO4-pH?SO4=Br2+SO2-bK2SO4+2H2O
1 2Вг~ — • 2е->Вг2
1 SO2“4-2e4-4H+->SO2+2H2O
2Вг“ 4- S0f~+4H+ = Br2+SO2+2H2O
В третьей пробирке образуется фиолетовый пар иода и ощущается запах сероводорода:
8KI+H2SO4+4H2SO4=4I2+H2S+4K2SO4+4H2O
4 21~ —2е->12
1 SO2~+8e-[-10H+->H2S+4H2O
8I-+SOf~H-10H+=4I24-H2S+4H2O
Опыт 433. Влияние среды на направление окислительно-восстановительной реакции. Опыт показывает взаимодействие сульфата хрома (III) с бромом в щелочной среде и хромата калия с бромидом калия в кислой среде.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 300 —500 мл с палочками. 2. Два треножника с сетками. 3. Две горелки. 4. Сульфат хрома (III) или хромовые квасцы (0,5 н. раствор). 5. Хромат калия (0,5 н. раствор). 6. Бромид калия (0,5 н. раствор). 7. Бромная вода. 8. Гидроксид калия (2 н. раствор). 9. Серная кислота (2 н.). 10. Иодкрахмальная бумажка. 11. Дистиллированная вода.
Подготовка и выполнение. Налить в стакан 200 мл раствора гидроксида калия. В пробирке приготовить хромит калия КСгО2 действием избытка раствора щелочи на раствор сульфата хрома (И1):
Cr2(SO4)s+8KOH=2KCrO24-3K2SO4+4H2O
Сг3++4ОН=СгО7+2Н2О
Полученный в пробирке хромит калия приливать в стакан со щелочью до появления четкой окраски раствора. Добавить 50 мл бромной воды и кипятить раствор до образования желтой окраски раствора:
2КСгО2+ЗВг2+8КОН = 2К2СгО4+6КВгН-4Н2О
2 СгО^ — Зе+4ОН~->СгО4—4-2Н2О
3 Вг2+2е->2Вг~
2СгО7+ЗВг2+8ОН-=2СгО2~+6Вг“+4Н2О
Половину полученного раствора хромата калия К2СгО4 отлить в чистый стакан, прибавить туда двойной объем серной кислоты и 50 мл раствора бромида калия. Кипятить раствор до появления голубой окраски:
2K2CrO4+6KBr+8H2SO4=Cr2(SO4)3+3Br2+5K2SO4+8H2O
2 СгО2”+Зе+8Н+->Сг3++4Н2О
3 2Вг~ — 2е->Вг2
2СгО^~+6Вг-+16Н+=2Сг3++ЗВг2+8Н2О
Как видно из опыта, изменяя реакцию среды, можно направить ее в противоположные стороны.
Опыт 434. Восстановление перманганата калия в различных средах.
Оборудование и материалы. 1. Четыре стакана на 500—600 мл ъ палочками. 2. Мерные цилиндры на 500 и 100 мл. 3. Белый экран. 4. Штатив.
5. Перманганат калия (0,005 н. раствор). 6. Серная кислота (2 н.). 7. Гидроксид натрия (6 н. раствор). 8. Дистиллированная вода. 9. Сульфит натрия кристаллический Na2SO3-7H2O.
Выполнение. Из навески или из фиксанала приготовить 0,005 н. раствор перманганата калия. Налить в три стакана по 400 мл перманганата калия. В один стакан прибавить 100 мл 2 и. серной кислоты, в другой — 100 мл воды, в третий—100 мл рас-твора гидроксида натрия. Помешивая, прибавлять в каждый стакан с помощью шпателя кристаллический сульфит натрия. В первом стакане окраска исчезает, во втором выпадает бурый осадок, в третьем появляется зеленая окраска. Протекают следующие реакции:
1) 2KMnO4+5Na2SO3-h3H2SO4=K2SO44-2MnSO4+5Na2SO4+3H2O
2 МпО^+бе+вН+-> Мп2++4Н2О
5 SO^“ — 2e+H2O->SO|~+2H+ 2MnO7+5SO^“+6H+=2Mn2++5S0f ““4-ЗН2О
2) 2KMnO4+3Na2SO34-H2O=2KOH+2MnO2; 4-3Na2SO4
2 MnO7+3e+2H2O->MnO2+4OH~
3 SO|~ — 2e+H2O»SO|~+2H+ 2MnO7+3SO|~4-H2O==2MnO2+3SO2“+2OH-
3) 2KMnO4+Na2SO34-2NaOH=2KNaMnO4+Na2SO4+H2O
2 MnO74-le->MnC)2--
1 — 2e4-2OH-->SO2-”+H2O
2MnO7+SO|“+2OH-=2MnO2-+SO2-+ H2O
При пропускании щелочного раствора перманганата калия через фильтровальную бумагу раствор, вытекающий из воронки, приобретает зеленую окраску, свойственную солям марганцовистой кислоты Н2МпО4.
Все указанные выше реакции можно иллюстрировать схемой
КМпО4
*Мп2+
>МпО2
>МпО4“
Опыт 435. Окислительно-восстановительная реакция диспропорционирования. В реакциях диспропорционирования участвуют молекулы, атомы или ионы одного и того же вещества, способные проявлять и окислительные и восстановительные свойства.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 500 мл, 2. Горелка. 3. Шпатель или ложечка. 4. Пероксид водорода (10%). 5. Диоксид марганца. 6. Лучина.
Выполнение. В цилиндр налить на одну пятую пероксид водорода. Показать тлеющей лучинощ что пероксид водорода в этих
условиях не разлагается. На кончике шпателя внести в цилиндр диоксид марганца. Показать тлеющей лучиной, что выделяется кислород:
1 Н2О2 —2е-^2Н++О2
1 Н2О2+2е-^2ОН~
2Н2О2=2Н2О-|-О2
Опыт 436. Диспропорционирование галогенов. Обнаружение ионов Mg2+ в присутствии катионов первой и второй групп.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл. 2. Капельница с раствором иода в растворе иодида калия. 3. Капельница с 0,5 н. раствором сульфата магния. 4. Капельница с 2 н. раствором гидроксида натрия. 5. Дистиллированная вода.
Подготовка. Приготовить раствор иода в растворе иодида калия. В 20 мл дистиллированной воды сначала растворить 20 г иодида калия, затем 6,35 г иода. Довести объем раствора дистиллированной водой до 50 мл. В стакан налить 100—150 мл дистиллированной воды. Из капельницы прибавлять раствор иода до появления явной красно-бурой окраски. После этого из капельницы добавлять раствор щелочи до появления бледно-желтой окраски. При аккуратном прибавлении щелочи образуются бесцветные анионы иодноватистой и иодоводородной кислот:
а) 12+2ОН- IO-+I~+H2O
Если теперь по каплям прибавить раствор сульфата магния, то в результате взаимодействия ионов Mg2+ и ОН~ образуется малорастворимый гидроксид магния:
б) Mg2++2OH-=Mg(OH)2
В присутствии иода осадок приобретает красно-бурую окраску за счет адсорбции иода. Равновесное состояние реакции (а) при этом смещается влево.
Опыт 437. Взаимодействие азотистой кислоты с ионами 1“ и Вг~. Пользуясь таблицей стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, можно заключить, что азотистая кислота может окислить ионы 1~", но не окисляет ионы Вг~.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Нитрит калия (0,5 н. раствор). 3. Иодид калия (0,5 н. раствор). 4. Бромид калия (0,5 н. раствор). 5. Серная кислота (2 н.). 6. Бензол. 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. В два стакана налить по 100 мл дистиллированной воды и по 50 мл 2 н. серной кислоты. В один стакан прилить 3—5 мл раствора иодида калия, во второй — 3—5 мл раствора бромида калия. В оба стакана добавить по 3—5 мл раствора нитрита калия. Наблюдать пожелтение раствора в первом стакане. Прилить в тот и другой стакан слой бензола 1—2 см. Тщательно
перемешать. Наблюдать окраску раствора бензольного слоя. При этом протекает реакция
2KI+2KNO24-2H2SO4=12+2NO+2K2SO4-|-2H2O
1 21-— 2е->12
2 NO7+le4-2H+->NO+H2O
21--+2NO7+4H + = I2+2xNO+2H2O
Опыт 438. Последовательность процесса окисления в зависимости от величины стандартного окислительного потенциала. Из всех возможных в данных условиях окислительно-восстановительных процессов в первую очередь обычно протекает тот, которому отвечает наибольшая разность окислительных потенциалов.
Оборудование и материалы. 1. Три цилиндра на 200 мл с пробками. 2. Белый экран. 3. Иодид калия (0,5 н. раствор, в капельнице). 4. Бромид калия (0,5 н. раствор, в капельнице). 5. Свежеприготовленная хлорная вода (в капельнице). 6. Серная кислота (2 н.). 7. Бензол.
Подготовка. В три цилиндра налить по 150 мл 2 н. серной кислоты. Добавить в первый цилиндр 10—15 капель раствора иодида калия, во второй—10—15 капель раствора бромида калия, в третий — по 10—15 капель растворов иодида калия и бромида калия. В каждый цилиндр налить бензол слоем 1—2 см.
Выполнение. В первый цилиндр внести 5—7 капель хлорной воды. Тщательно встряхнуть. Обратить внимание на фиолетовую окраску слоя бензола, в котором иод лучше растворяется, чем в воде. Уравнение реакции
2К14-С12->12+2КС1
Внести 5—7 капель хлорной воды во второй цилиндр. Тщательно встряхнуть. Слой бензола приобретает желтую окраску; в нем бром лучше растворяется, чем в воде. Уравнение реакции
2КВг+С12->Вг2+2КС1
В третий цилиндр осторожно, по каплям, прибавлять хлорную воду. После каждой капли встряхивать. При одновременном присутствии ионов 1“ и Вг~ хлорная вода сначала окисляет ион I-. Дальнейшее прибавление хлорной воды вызывает обесцвечивание фиолетовой окраски бензольного слоя, так как 12 окисляется до йодноватой кислоты НЮ3. После этого начинается выделение брома, окрашивающего бензольный слой в желтый цвет:
21-+С12=12+2С1~
12+5С12+6Н2О=2НЮ3+ЮНС1
2Вг -f-Cl2 = Вг24-2С1
Стандартные окислительные потенциалы:
E^_/l2 = 2I- —2е->12 = +0,621 в;
^2Вг—7Б’ 2 = ^Вг — 2е->Вг2 = +1,087 в;
^2С1~7С12~2С1~ — 2е-*С12 = 4-1,359 в.
Опыт 439. Восстановление концентрированной азотной кислоты медью. В зависимости от условий (концентрация, природа восстановителя, температура) азотная кислота HNO3 может восстанавливаться до NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3. Чтобы восстановление ее шло глубже, надо брать более разбавленную кислоту, применять сильный восстановитель и реакцию вести на холоду. Концентрированная азотная кислота восстанавливается металлами до диоксида азота, разбавленная — до моноксида азота, а в случае наиболее активных металлов (Са, Mg, Zn и др.) — до оксида азота (I) N2O. Очень разбавленная азотная кислота такими металлами восстанавливается до аммиака (который с избытком кислоты образует соль — нитрат аммония).
Оборудование и материалы. 1. Колба на 2—3 л с ватно-марлевым тампоном. 2. Белый экран. 3. Азотная кислота (пл. 1,4). 4. Медь (стружки или проволока). 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор).
В качестве пробки подготовить ватно-марлевый тампон, закручивая вату бинтовой лентой. В колбу поместить немного меди. Прилить 5—10 мл азотной кислоты. Закрыть колбу тампоном, смоченным 2 н. раствором щелочи. Поставить колбу против белого экрана. Заметно выделение бурого диоксида азота:
Си 4- 2HNO3+2HNO3=Cu(NO3)2+2NO24-2Н2О
1 Си — 2е->Си2+
2 NO^4-le+2H+->NO2+H2O
Cu+2NO^+4H +=Cu2+4-2NO2+2H2O
Опыт 440. Восстановление концентрированной кислоты серебром.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 100—150 мл. 2. Кристаллизатор с охладительной смесью (снег с солью, 3:1). 3. Серебряная проволока. 4. Концентрированная азотная кислота.
Выполнение. В колбу положить небольшой кусок серебряной проволоки, свернутой в спираль, и налить 5—10 мл концентрированной азотной кислоты. Поместить колбу в кристаллизатор с охладительной смесью. Появление сине-зеленой окраски в растворе указывает на образование оксида азота (III):
4Ag+2HNO3+4HNO3=4AgNO3+3H2O+N2O3
4 Ag — le->Ag+
1 2NO7+4e+6H+->N2O3+3H2O
4 Ag 4- 2NO^ 4- 6H+ = 4 Ag+4-N2O34-3H2O
Опыт 441. Восстановление азотной кислоты до моноксида азота.
Оборудование и материалы. 1. Колба на 2—3 л с клапаном Бунзена. 2. Белый экран. 3. Кристаллизатор с холодной водой. 4. Аппарат Киппа с диоксидом углерода. 5. Азотная кислота (пл. 1,2). 6. Медь (стружки или проволока).
Подготовка. Диоксидом углерода из аппарата Киппа вытеснить воздух из колбы. Поместить в колбу немного медных стружек и 30—40 мл азотной кислоты (плотность не выше 1,2). Закрыть
колбу клапаном Бунзена. Поставить белый экран. Протекает реакция
3Cu+2HNO3+6HNO3=2NO+3Cu(NO3)24-4H2O
3 Си — 2е-»-Си2+
2 NO~+3e+4H+->NO+2H2O
3Cu4-2NO7+8H+=3Cu2++2NO4-4H2O
После того как накопится достаточно моноксида азота, вынуть пробку с клапаном Бунзена. Диоксид азота взаимодействует с кислородом воздуха, образуя бурый диоксид азота:
2NO+O2=2NO2
Опыт 442. Восстановление азотной кислоты до оксида азота (I).
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 0,5—1л. 2. Горелка. 3. Разбавленная азотная кислота. 4. Стружки цинка. 5. Лучина.
Выполнение. В цилиндр насыпать цинковые стружки и на одну четверть объема налить азотную кислоту. Оксид азота (I) тяжелее воздуха, поэтому его можно хранить некоторое время в открытом сосуде:
4Zn+2HNO3+8HNO3=4Zn(NO3)2+5H2O4-N2O
4 Zn — 2e->Zn2+
1 2NO 7+&?+ ЮН+->N2O+5H2O
4Zn+2NO^4-10H+=4Zn2++N2O4-5H2O
В конце лекции проверить наличие оксида азота (I) в цилиндре •с помощью тлеющей лучины: если она и не загорится, то все же заметнее будет светиться. Уравнение реакции
2N2O+C=CO24-2N2
Опыт 443. Восстановление азотной кислоты до свободного азота.
Оборудование и материалы. 1. Цилиндр на 0,5 л с пробкой и клапаном Бунзена. 2. Горелка. 3. Разбавленная азотная кислота. 4. Алюминий (стружки или опилки). 5. Лучина.
Выполнение. В цилиндр насыпать алюминиевые стружки. Залить на четверть объема разведенную азотную кислоту. Протекает реакция
10 Al+6HNO3+30HNO3 = 10 A1(NO3)3+3N2+18Н2О
10 Al —Зе->А13+
3 2NO~+10e+ 12H+->N2+6H2O
10Al+6NO7+36H+ = 1OA13+-|-3N2+ 18H2O
Реакция идет медленно. На следующей лекции проверить наличие азота в цилиндре горящей лучиной: она гаснет (а до начала опыта она в цилиндре горела).
Опыт 444. Восстановление азотной кислоты до нитрата аммония.
Оборудование и материалы. 1. Коническая колба на 250—300 мл. 2. Фильтровальная бумага. 3. Опилки магния. 4. Очень разбавленная азотная кислота. 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 6. Реактив Неслера. 7. Фенолфталеиновая бумажка.
Выполнение. Насыпать в колбу 5—10 г опилок магния. Прилить 100—150 мл очень разбавленной азотной кислоты. Протекает реакция
4Mg+HNO3+9HNO3=4Mg(NO3)2+NH4NO34-3H2O
4 Mg — 2e->Mg2+
1 NO^+8e+10H+->NH++3H2O 4Mg+NO7+10H +=4Mg2++ NH++3H2O
В конце лекции проверить фенолфталеиновой бумажкой и реактивом Несслера наличие иона NH^:
NH+4-2 [Hgl4]2-+4ОН“->
Опыт 445. Окислительные свойства серной кислоты. При действии на металлы разбавленной серной кислоты окислительная роль принадлежит иону Н+, который может окислять только металлы, находящиеся в ряду стандартных окислительных потенциалов впереди водорода. На металлы менее активные, стоящие за водородом, разбавленная серная кислота не действует.
Сера со степенью окисления 4-6 проявляет окислительные свойства только в концентрированной серной кислоте. В зависимости от природы восстановителей S(4-6) может в окислительно-восстановительных реакциях претерпеть следующие изменения:
S (+6)->S (+4)->S (ObS (—2)
Концентрированная серная кислота — сильный окислитель, растворяет при нагревании почти все металлы (кроме золота и платиновых металлов). Малоактивные металлы (например олово, свинец, медь) восстанавливают ее до диоксида серы, а наиболее активные металлы (например, алюминий, марганец, цинк) — одновременно до диоксида серы, свободной серы и сероводорода.
Холодная концентрированная серная кислота не растворяет некоторые металлы, например алюминий, хром, железо, а пассивирует их за счет образования на поверхности очень тонкой плотной оксидной пленки, которая защищает металлы от дальнейшего действия кислоты.
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл. 2. Треножник с сеткой и горелкой. 3. Порошок магния. 4. Концентрированная серная кислота. 5. Подкисленная иодная вода. 5. Свинцовая бумажка. 7. Дистиллированная вода.
Выполнение. В стакан насыпать порошок магния и налить ЮО—200 мл концентрированной серной кислоты. Довести содержимое до кипения и продолжительно кипятить. Протекают реакции:
1) Mg4-H2SO4+H2SO4==MgSO4H-SO2-4-2H2O
1 Mg — 2e->Mg2+
1 SO4~4-2e+ 4H+->SO2+2H2O
Mg4-SO^4-4H+ = Mg2 ++SO2+2H2O
20 Ф. П. Платонов
297
2) 3Mg+H2SO4+3H2SO4=3MgSO4+S+4H2O
3 Mg —2 e->Mg2+
1 SO2~+6e-|-8H+->S+4H2O
3Mg+S0*- + 8H+=3Mg2++S+4H2O
3) 4Mg+H2SO4+4H2SO4='!MgSO4+4H2O+H2S
4 Mg — 2e->Mg2+
1 SO2~-f-8e+ 10H+->H2S-|-4H2O
4Mg+SO^ “+10H+=4Mg2++H2S+4H2O
Диоксид серы обнаруживают, обесцвечивая им иодную бумажку. Серу обнаруживают по помутнению раствора, а сероводород — по почернению свинцовой бумажки:
SO2+12+2Н2О=H2SO4+2HI
SO2 — 2e+2H2O-^SO|“+4H4-l2+2e->21~
SO24-I24-2H2O=SO2~4-2I-4-4H+
Pb (NO3)2+H2S=PbS+2HNO3
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Многочисленные соли условно делятся на простые, двойные и комплексные. Резкой границы провести между ними нельзя. Условно к простым относятся соли, дающие так называемые простые ионы, например, NaCl, KI, NaNO3, K2SO4, A12(SO4)3. Двойные соли в твердом состоянии кристаллизуются в виде молекулярных соединений, например КС1 • MgCl2• 6Н2О (карналлит), K2SO4-A12(SO4)3X Х24Н2О (алюмокалиевые квасцы). В растворе они распадаются на те ионы, которые содержались в простых солях, послуживших для их образования. Например:
KCbMgCl2 K++Mg2+4-3Cl-
K2SO4-Al2 (SO4)3 ^±2K++2A13++4SO^~
Опыт 446. Диссоциация двойной соли.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Сульфат аммо-ния-железа (III) (NH4)2 SO4-Fe2 (SO4)3 (0,5 М раствор). 4. Гидроксид натрия NaOH (2 н. раствор). 5. Фенолфталеиновая бумажка (длина 10 см, ширина 4 см). 6-Роданид калия KSCN (0,5 н. раствор). 7. Хлорид бария (0,5 н. раствор).
Подготовка. Налить в три стакана по 200 мл железоаммиачных квасцов. Один стакан поставить на асбестированную сетку на треножнике. Зажечь под треножником горелку.
Выполнение. К горящему раствору квасцов прилить 30— 50 мл раствора гидроксида натрия. На стеклянной палочке повесить смоченную водой фенолфталеиновую бумажку. Через некоторое время бумажка краснеет, что свидетельствует о наличии иона NH^ в растворе:
NH^+OH~=H2O+NH31 (в растворе) NH3+H2O=NH4OH (на бумажке)
Во второй стакан прилить 5—10 мл раствора роданида калия. Появление кроваво-красного окрашивания указывает на присутствие иона Fe3+:
Fe3++3SCN~ = Fe (SCN)3
В третий стакан прилить 5—10 мл раствора хлорида бария. Образуется белый осадок сульфата бария:
Ва2++ SC)2“=BaSO4
Отлить немного суспензии сульфата бария в стакан и прибавить соляную кислоту. Сульфат бария не растворяется в соляной кислоте.
Таким образом, раствор железоаммиачных квасцов содержит NHt, Fe»+, SOI".
Опыт 447. Различие между простыми и комплексными ионами.
Оборудование и материалы. 1. Четыре стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Трихлорид железа (0,01 н. раствор). 3. Роданид калия (0,01 н. раствор). 4. Гексациано-(1 II) феррат калия К3 [Fe (CN)6] (0,01 н. раствор) 5. Сульфат железа (II) (0,01 н. свежеприготовленный раствор).
Выполнение, а. В один стакан налить 150 мл раствора трихлорида железа, в другой—150 мл раствора гексациано-(Ш) феррата калия. В оба стакана прилить по 10—20 мл раствора роданида калия. В первом стакане появляется красное окрашивание — цвет, характерный для Fe(SCN)3:
FeCl3+3KSCN = 3KCl+Fe (SCN)3
Fe3++3SCN- = Fe (SCN)3
Во втором стакане красного окрашивания не появляется, несмотря на то, что имеется железо (III). Но оно здесь находится не в виде простого иона Fe3+, а в составе комплексного иона [Fe(CN)6]3~.
б. Налить в два стакана по 150 мл раствора сульфата железа (II). В один стакан прилить 15—20 мл раствора гексациано-(Ш) феррата калия. Образуется комплексная соль Fe3[Fe(CN)6]2 синего цвета:
3FeSO4+2K3 |Fe (CN)6| = 3K2SO4+Fe3 [Fe (CN)6]2
3Fe2++2 [Fe (CN)6]3~=Fe3 [Fe (CN)6]2
В другой стакан прилить 15—20 мл раствора трихлорида железа. Синего осадка не образуется, так как в составе FeCl3 нет комплексного иона [Fe(CN)6]3+, являющегося реагентом на ион Fe2+.
Опыт 448. Образование комплексного катиона серебра.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Нитрат серебра (0,1 н. раствор). 3. Соляная кислота (2 н.). 4. Гидроксид аммония (2 н.). 5. Азотная кислота (2 н.).
Выполнение. Налить в стакан 100 мл раствора нитрата серебра и 50 мл соляной кислоты. Выпадает белый осадок хлорида серебра:
Ag++Cl- = AgCl
Взболтать осадок. 50 мл суспензии вылить в другой стакан. До. бавитьтуда 50 мл гидроксида аммония. Осадок растворяется: образует-ся комплексная соль серебра — хлорид диаммин-серебра [Ag(NH3)2]Cl
AgCl+2NH8=[Ag (NHs)2]++C1~
Отлить в чистый стакан 50 мл полученного раствора. Прибавить 50 мл азотной кислоты. Комплексный ион серебра разрушается, и вновь выпадает хлорид серебра:
I Ag (NH8)2] Cl+2HNO3=2NH4NO3+AgCl I
Опыт 449. Образование комплексного катиона меди (II).
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Сернокислая медь (II) (2 н. раствор). 3 Гидроксид аммония NH4OH (2 н.).
Выполнение. Налить в стакан 200 мл раствора сульфата меди (II). Медленно, понемногу прибавлять гидроксид аммония до выпадения голубого осадка:
CuSO4+2NH4OH^(NH4)2SO4+Cu (ОН)21
Cu2++2NH4OH= 2NH++Cu (ОН)2
Взболтать. Отлить в чистый стакан 100 мл суспензии. Прилить гидроксид аммония до растворения осадка: образуется синее комплексное соединение — гидроксид тетраммин-меди (II):
Си (OH)2+4NH3=[Cu (NH3)4J (ОН)2
Если на бумаге сделать надпись раствором медного купороса, затем высушить написанное, то после парами аммиака можно проявить надпись. Проявить можно под стеклянным колпаком, в который поставить чашку Петри с концентрированным аммиаком. Я
Опыт 450. Взаимодействие бромида серебра с тиосульфатом натрия.
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Мерный цилиндр на 100 мл. 3. Нитрат серебра (0,1 н. раствор). 4. Бромид калия (0,5 н. раствор). 5. Тиосульфат натрия Na2S2O3 (0,5 н. раствор). 6. Хлорид натрия (0,5 н. раствор).
Выполнение. В два стакана налить по 100 мл раствора нитрата серебра. В один стакан добавить 100 мл воды, в другой — 100 мл раствора бромида калия. Во втором стакане выпадает осадок бромида серебра:
Ag++Br"“ = AgBr
Половину взмученного раствора отлить в третий стакан и добавить туда 100 мл раствора тиосульфата натрия. Осадок растворяется:
AgBr-|-2Na2S2O8==Na3 [Ag (S2O3)2J4-NaBr
Ag++2S2O|~= [Ag (S2O3)2J3-
Убедиться, что ион Ag+ перешел в комплексный ион. Для этого добавить в первый и третий стаканы раствор хлорида натрия. В первом стакане образуется белый осадок хлорида серебра, в третьем раствор остается прозрачным.
Реакция бромида серебра с тиосульфатом натрия имеет большое значение в фотографии. Оставшийся неразложенным (под действием света) бромид серебра удаляют за счет образования хорошо растворимого комплексного соединения — дитиосульфато-(1) аргентата натрия Na3[Ag(S2O3)2].
Опыт 451. Образование комплексного аниона ртути (II).
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Два стакана на 100 мл с палочками. 3. Нитрат ртути (II) (0,5 н. раствор). 4. йодид калия (0,5 н. раствор). 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор).
Выполнение. Налить в стакан 200 мл раствора нитрата ртути (II). Медленно добавлять, помешивая, раствор иодида калия до образования красного осадка:
Hg (NO8)2+2KI =2KNO3+HgI2 | Hg2++2I-=2HgI2
Взболтать. Отлить 100 мл суспензии в чистый стакан. Добавить раствор иодида калия до растворения осадка — образуется комплексная соль — тетраиодидо-(П) меркурат калия K2(HgI4):
Hgl2+2KI = K2[HgI4] HgI2+2I-=[HgI4]2-
Налить в один маленький стакан 50 мл раствора нитрата ртути (II), в другой — 50 мл раствора тетраиодидо-(П) меркурата калия. Испытать оба раствора на присутствие ионов Hg2+, добавив в каждый стакан раствор гидрокрида натрия:
Hg2++2OH- = HgO+H2O
Во втором стакане осадка не образуется.
Опыт 452. Образование комплексной соли — гексафторидо-(Ш) феррата натрия.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Два мерных цилиндра на 100 мл. 3. Хлорид железа (III) (0,01 н. раствор). 4. Фторид натрия (0,5 н. раствор). 5. Роданид калия (0,01 н. раствор). 6. Дистиллированная вода.
Выполнение. Налить в два стакана по 100 мл раствор хлорида железа (III). В один стакан добавить 100 мл дистиллированной воды, во второй—100 мл раствора фторида натрия до полного растворения образовавшегося вначале осадка и исчезновения желтой окраски раствора:
FeCls+3NaF=3NaC14-FeF3
Fe3++3F~=FeF3
FeF3+3NaF=Na3 [FeF6]
FeF3+3F- = fFeF6]3“
В оба стакана прилить по 20—30 мл раствора роданида калия. В первом стакане раствор приобретает красную окраску:
FeCl3+3KSCN =3KC1+Fe (SCN)3
Во втором стакане раствор остается бесцветным, так как свободный ион Fe3+ связывается в комплексный ион [FeF6]3“. й
Опыт 453. Влияние концентрации раствора на стойкость комплексного иона.
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с па-! лочками. 2. Два мерных цилиндра на 100 мл. 3. Насыщенный раствор хлорида кобальта (II). 4. Насыщенный раствор роданида калия. 5. Дистиллированная вода
Выполнение. Налить в стакан 50 мл насыщенного раствора хлорида кобальта (II) и 150 мл насыщенного раствора роданида калия. Раствор синеет вследствие образования комплексной соли-—. тетрародано-(П) кобальтата калия:
CoC12+4KSCN=2КС1+К2 [Со (SCN)4] 1
Co2++4SCN“= [Со (SCN)4]2“ I
Перемешать раствор. Отлить 100 мл его в другой стакан. Оставив один стакан для сравнения, во второй медленно прилить дистиллированную воду до появления розовой окраски, характерной для свободного иона Со2+. Константа нестойкости I
к __[Со2+] [SCN~]4__ j. ю_3 [Co(SCN)2-]
Опыт 454. Диссоциация комплексного иона [Cu(NH3)4]2+. I
Оборудование и материалы. 1. Четыре стакана на 250—300 мл. 2. Мерный цилиндр на 200 мл. 3. Мерный цилиндр на 50 мл. 4. Сульфат меди (0,5 н. раствор). 5. Гидроксид натрия (2 н. раствор). 6. Сульфид аммония (0,5 н. раствор). 7. Гидроксид аммония (2 н.).
Подготовка. Налить в три стакана по 150 мл раствора сульфата меди (II). В третий стакан прилить гидроксид аммония до растворения образовавшегося вначале осадка:
CuSO4-f-2NH4OH=Cu (ОН)2 | +(NH4)2SO4
Си (ОН)2+(NH4)2SO4+2NH4OH = [Си (NH3)4] SO4+4H2O
Суммарное уравнение реакции
CuSO4+4NH4OH=[Cu (NH3)4] SO4+4H2O
Cu2++4NH4OH==[Cu (NH3)4J2++4H2O
Половину полученного раствора отлить в четвертый стакан.
Выполнение. В первый стакан прилить 50 мл раствора гидроксида натрия:
Cu2++2OH-=Cu (ОН)2 4
Во второй стакан прилить 50 мл раствора сульфида аммония:
Cu2+-|-S2~ =CuS |
Эти реакции указывают на присутствие в растворе иона Сп2+.
В третий стакан прилить 50 мл раствора гидроксида натрия. Осадка не образуется, т. е. ионы Си2+ не обнаруживаются.
В четвертый стакан прилить 50 мл раствора сульфида аммония — выпадает черный осадок сульфида меди (II), поскольку концентра
ция ионов Cu2+ в растворе оказывается достаточной для превышения произведения растворимости CuS (ПРси5=6,3-10~36); сульфид меди (II) выпадает в осадок:
Cu2++S2~=CuS
Опыт 455. Сравнение констант нестойкости комплексных соединений.
Оборудование и материалы. 1. Пять стаканов на 250—300 мл с палочками. 2. Нитрат серебра (0,2 н. раствор). 3. Хлорид калия (0,5 и. раствор). 4. Гидроксид аммония (2 н.). 5. Иодид калия (0,5 н. раствор). 6. Цианид калия (0,5 н. раствор). 7. Сульфид аммония (0,5 н. раствор).
Выполнение. В первый стакан налить по 100 мл растворов нитрата серебра и хлорида калия. Протекает реакция
Ag++Cl-=AgCl
Взмутить осадок. Отлить 100 мл суспензии во второй стакан. Во второй же стакан прилить гидроксид аммония до растворения осадка (получается комплексная соль — хлорид диаммин-серебра):
AgCl+2NH3=[Ag (NH3)2] Cl
В третий стакан влить половину раствора из второго стакана итакой же объем раствора иодида калия. Комплексный noH[Ag(NH3)2]+ диссоциирует
[Ag (NH3)2]+^Ag++2NH3
а поэтому с ионом 1“ образуется осадок:
Ag++I-=AgI; nPAgI = 8,3-10-1’.
Взболтать. Половину суспензии влить в четвертый стакан. Добавить туда же раствор цианида калия до растворения осадка:
AgI4-2CN- = [Ag (CN)2]-4-I-
Половину раствора из четвертого стакана вылить в пятый стакан, куда прилить такой же объем раствора сульфида аммония. Дицианосеребро-ион диссоциирует
[Ag(CN)2J“=Ag++2CN-; Кн=Ы0-21,
а поэтому образуется осадок:
2Ag++S2- = Ag2S; ПРAg2S=6,3.10“б°.
Процесс образования и растворения осадков связан с различным произведением растворимости и различной константой нестойкости комплексных ионов.
Опыт 456. Гидратная изомерия хлорида хрома (III).
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 250—300 мл с палочками. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Хлорид хрома (III) (0,5 н. раствор).
Выполнение. Налить в два стакана по 200 мл раствора
хлорида хрома (III). Один стакан оставить для сравнения, второй нагревать; раствор меняет фиолетовую окраску на зеленоватую: |
нагревание
[Сг (Н2О)в]3++ЗС1- , [Сг (Н2О)4С12]++С1-+2Н2О I
охлаждение зеленая
Опыт 457. Дегидратация шестиводного хлорида кобальта (II). j
Оборудование и материалы. 1. Три стакана на 250—300 мл с па| лочками. 2. Треножник с асбестированной сеткой и горелкой. 3. Хлорид кобальЗ та (II) (0,5 М раствор). 4. Концентрированная соляная кислота. 5. ДистиллцД рованная вода. 6. Плотная писчая бумага.
Выполнение, а. В три стакана налить по 100 мл растворJ хлорида кобальта (II). В первый стакан прилить 100 мл дистиллиЗ рованной воды, в другие два стакана — по 100 мл концентрирован^ ной соляной кислоты. Один стакан с раствором хлорида кобаль^ та (II) и соляной кислотой поставить нагревать до кипения. Прц нагревании происходит постепенная дегидратация соли и раствор приобретает синюю окраску: |
[Со (Н2О)6]2++4С1~ = [СоС1412-+6Н2О Я
б. Разбавленный водный раствор хлорида кобальта (II) розовый. Запись, сделанная таким раствором на бумаге, незаметна, но выступает при нагревании (симпатические чернила). I
Опыт 458. Внутрикомплексное соединение никеля (II) с диметил-глиоксимом. Комплексные соединения, образуемые различными катионами с органическими реактивами, относятся обычно к типу так называемых внутрикомплексных соединений. Они имеют большое значение в биологии и аналитической химии. t
Оборудование и материалы. 1. Стакан на 250—300 мл с палочкой. 2. Хлорид никеля (II) (0,5 н. раствор). 3. Диметилглиоксим (1%-ный аммиачный раствор). 4. Ацетатная буферная смесь.
Выполнение. Налить в стакан 75 мл раствора хлорида никеля (II) и 25 мл ацетатной буферной смеси. Перемешать раствор. Прибавить 100 мл раствора диметилглиоксима. Образуется внутрикомплексное соединение, окрашенное в ало-красный цвет:
СН3—C=NOH
2 +Ni(OH)2=
СН3—C=NOH
CHS—C=NO
СН3—C=N
. /ON=C—СН3
Ni
z4'N=C—СН3
2Н2О
I I
ОН он
Опыт 459. Трилонометрическое определение металлов. Комплексо-нометрия (трилонометрия, хелатометрия) — метод, основанный на реакциях, при которых определяемые ионы образуют прочные внут-рикомплексные соединения с комплексонами. Этим методом можно открыть большинство катионов и многие анионы. Подавляющее большинство определений основано на использовании двунатриевой
соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б или комплексон-111, или хелат-3) следующего строения:
н2с—соон ноос—сн2
\n— сн2—сн2—n/
Н2С—COONa СН2
NaOO^
Сокращенно Na2H2Tp.
Грамм-эквивалент металла независимо от его валентности (степени окисления) связывает один грамм-эквивалент комплексона. Например, ион кальция с трилоном Б образует следующее внутри-комплексное соединение:
Са2++Н2Тр2~=СаТр2-+2Н+
Н2С—СОО ООС—СН2
N
СН2_---N
NaOOC—СН2
СН2—COONa
Оборудование и материалы. 1. Два стакана на 300 мл с палочками. 2. Мерный цилиндр на 200 мл. 3. Шпатель. 4. Водопроводная вода. 5. Трилон Б (0,05 н. раствор). 6. Аммонийная буферная смесь. 7. Индикатор — хромоген черный (сухой, с хлоридом натрия, 1 : 100).
Подготовка. Налить в два стакана по 200 мл водопроводной воды. Добавить по 10 мл буферной смеси. В оба стакана внести на кончике шпателя такое количество индикатора, чтобы раствор окрасился в винно-красный цвет.
Выполнение. Оставить один стакан для сравнения, в другой добавить, помешивая, 10—15 мл трилона Б до появления сине-голубой окраски раствора. При взаимодействии воды с трилоном Б в присутствии хромогена черного красные комплексные соединения кальция и магния разрушаются, образуются комплексонаты этих металлов с трилоном Б, не имеющие окраски. Поэтому в точке эквивалентности красная окраска раствора переходит в синюю, обусловленную окраской аниона индикатора:
Calnd2”+Н2Тр2-=СаТр2~4-2Н+4- Ind2~ красная бесцветная бесцветная синяя
Аналогично взаимодействует и ион магния. Если проводить эти реакции с применением бюреток, то можно количественно определить жесткость воды и при соответствующей величине pH — большинство металлов и некоторые ионы неметаллов.
Препараты и таблицы для обозрения комплексных соединений
Препараты простых, двойных и комплексных солей. Модели кристаллических решеток и комплексных соединений: кубы^ тетраэдры
и октаэдры; модели изомерии комплексных соединений. Таблицы схемы изменения молекулярной электропроводности кобальтовых’ платиновых и других комплексных соединений. Таблицы констан? нестойкости комплексных соединений.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атомов и молекул
Рис. 146. Горка для простых веществ и их соединений третьего периода периодической системы
По этой теме больше всего приходится пользоваться таблицами схемами, рисунками и препаратами, перечень которых приводится далее.
Показать препараты веществ третьего ряда периодической системы на ступенчатой горке (рис. 146). Я
Показать препараты простых веществ элементов периодической системы Д. И. Менделеева на ступенчатой горке.
Можно воспользоваться и некоторыми опытами.
Закономерное изменение свойств металлов первой группы периодической системы— лития, натрия, калия— см. опыт 19.
Закономерное изменение свойств водородных и кислородных соединений галогенов— хлора, брома, иода — см. опыты 269 и 270.
Опыт 460. Пользование трубками Крукса. Прямолинейное движение катодных лучей. Отклонение катодных лучей в магнитном поле (рис. 147). Отталкивание катодных лучей друг от
друга (рис. 148). Поглощение пучка катодных лучей толстыми пластинками алюминия (тень от алюминиевого «креста», рис. 149). Давление катодных лучей («мельница Крукса», рис. 150). Рентгеновская трубка (рис. 151).
Опыт 461. Подкормка растений в цветочных банках меченым фосфором и обнаружение его счетчиком в листьях на различной высоте растения.
Таблицы, схемы и рисунки для показа
Периодическая система элементов Д. И. Менделеева (короткий вариант). Периодическая система элементов Д. И. Менделеева (длиннопериодный вариант). Таблица Д. И. Менделеева 1869 г.: «Опыт системы элементов на их атомном весе и химическом сходстве». «Естественная система элементов» Д. И. Менделеева (1870). «Периодическая система элементов по группам и рядам»
(из «Основ химии» 8-е издание, 1906). Элементы, предсказанные Д. И. Менделеевым. Сопоставление свойств скандия, предсказан-
Рис. 147. Отклонение катодных лучей в магнитном поле
ного Д. И. Менделеевым и найденного Нильсоном. Сопоставление свойств галлия (экабора), предсказанного Д. И. Менделеевым и найденного Буабодраном. Сопоставление свойств германия, пред-
Рис. 148. Отталкивание катодных лучей друг от друга
сказанного Д. И. Менделеевым и найденного Винклером. Элементы VIIIА группы. Диаграмма распространения элементов в земной коре по периодам периодической системы Д. И. Менделеева.
Рис. 149. Трубка Крукса с крестом
Диаграмма температур плавления простых веществ по периодам. Диаграмма плотности простых веществ по возрастанию порядкового номера. Диаграмма температур плавления оксидов в порядке
возрастания порядковых номеров элементов. Заурановые элементы. Скандий и элементы редких земель. Элементы, полученные искус-
Рис. 150. Тепловое действие катодных лучей (мельница Крукса)
ственным путем. Ряды радиоактивных превращений. Шкала электромагнитных волн. Схема прохождения водородного спектра. Рассеяние альфа-частиц. Энергетические уровни электронных орбиталей. Основные элементарные частицы. Разделение радиоактив-
Рис. 151. Рентгеновская трубка:
1 — лучи Рентгена; 2 — поток электронов; 3 — катод? * — антикатод; 5 — анод
ного излучения в магнитном поле. Графическое изображение закона Мозли. Распределение электронов в атомах. Группировка квантовых уровней по сумме главного и орбитального квантовых чисел (по В. М. Клечковскому). Кривая эффективности атомных радиусов по возрастанию порядкового номера элемента. Кривая ионизационных потенциалов элементов по возрастанию порядкового номера. Электроотрицательность элементов по группам периодической системы.
Формы s-, р- и d-электронных орбиталей. Изменение потенциальной энергии в системе из двух атомов водорода в зависимости от расстояния между ядрами. Характер перекрывания электронных 308
облаков при образовании химической связи (a-связь). Расположение электронных облаков при sp-гибридизации. Схема образования л-связи. Схема образования связывающей и разрыхляющей ах. Диафильм «Периодический закон Д. И. Менделеева» (А. А. Ма-кареня, 1971).
Если нет готовых таблиц, схем и рисунков, то их можно демонстрировать через эпидиаскоп из литературных источников.
УКАЗАНИЯ ЛЕКЦИОННЫМ ЛАБОРАНТАМ
Рекомендации по организации и проведению опытов. Для правильного выполнения опытов необходимо, чтобы лекционная комната была хорошо оснащена реактивами и оборудованием. Все опыты, которые демонстрируются на лекции, должны быть тщательно подготовлены и заблаговременно проделаны лаборантом и лекционным ассистентом. Поэтому лаборанту нужно не только понимать сущность опыта, но и знать хорошо технику лабораторных работ: осаждение, кристаллизацию, перекристаллизацию, перегонку, сублимацию, фильтрование, центрифугирование, промывание, высушивание, прокаливание, хранение твердых, жидких и газообразных веществ и другие операции.
В книге А. И. Воскресенского «Техника лабораторных работ» (изд. «Химия», 1970) подробно освещаются эти вопросы; для каждого лаборанта книга должна быть настольной. Полезно также знать литературу, указанную в настоящем пособии на стр. 318).
При демонстрации опытов на лекции следует показывать детали прибора, объяснять их назначение и демонстрировать приемы обращения с ними. И. А. Каблуков, когда позволяло время, на лекциях показывал приборы в разобранном виде. Лектор, лекционный ассистент и лаборант должны следить за тем, чтобы слушатели имели возможность наблюдать правильное обращение и употребление посуды, приборов, реактивов и пр. Обращать внимание даже на то, чтобы при наливании реактива из склянки держать этикетку под ладонью, при закрывании колбы пробкой держать левую руку близко к горлышку колбы и т. д. Все это приучает слушателей к химической культуре.
Особенно нужно отметить необходимость соблюдения техники безопасности при подготовке и проведении лекционных опытов. Например, был случай, когда от того, что лаборантка перепутала хлорид калия с хлоратом калия, погибли растения большого вегетационного домика. Такая ошибка на лекционном столе может привести к взрыву и жертвам. Поэтому нужно хорошо знать и неукоснительно выполнять правила техники безопасности. Целесообразно располагать приборы на лекционном столе в порядке очередности их использования слева направо (если смотреть со стороны слушателей). Чаще использовать подъемные столики, белые и черные настольные экраны для оттенения показываемых опытов.
Во время лекции в аудитории аппаратуру на демонстрационном столе собирать компактно и по возможности красиво. При демонстрации опытов стремиться, чтобы посуда и приборы не загораживали друг друга и были отчетливо видны далеко сидящим студентам. Размеры аппаратуры надо приспосабливать в соответствии с размером химической аудитории: колбы трех-, пятилитровые, бокалы, большие цилиндры и стаканы, демонстрационные термометры больших размеров и т. д.
При демонстрации опытов лекционные ассистенты и лаборанты получают основательные познания в области экспериментирования, изготовления, сборки аппаратуры и обращения с нею. Экспериментирование— это искусство, но всякое искусство сопряжено с техникой выполнения, которая приобретается опытом и тренировкой. Ниже рассматриваются некоторые вопросы, связанные с правилами работы, с монтажом и подготовкой лекционных опытов, с приготовлением реактивов, с расчетами и пр.
Химические реактивы могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Они поступают в лабораторию в большинстве случаев в стеклянных банках или
бутылях, снабженных этикетками. На этикетке обозначены название и квалифи/ кация реактива. Реактивы квалифицируются по количеству допустимых в нюс примесей на чистые (ч), чистые для анализа (ч. д. а.) и химически чистые (х. ч.). Квалификация «х. ч.» дается наиболее чистым веществам. Для специальных целей выпускаются реактивы более высокой степени чистоты, чем химически чистые. Степень чистоты применяемого реактива определяется характером/его использования. /
Приготовление реактивов. В настоящее время нет общепринятой концентрации реактивов, употребляемых в учебных лабораториях. В ТСХД1 готовят реактивы следующих концентраций: кислоты и щелочи — 2 н., cojjh (за некоторым исключением) — 0,5 н., титрованные растворы кислот и щелочей — 0,1 н., растворы перманганата калия, иода, нитрата серебра, тиосульфата натрия — 0,05 н. Для отдельных работ готовят реактивы и других концентраций. Концентрированные растворы едких щелочей лучше всего готовить перед употреблением, так как они разъедают стеклянные сосуды (для длительного хранения посуда парафинируется).
Приводим объемы реактивов и воды, чтобы при смешении получить раствор приблизительно заданной нормальности.
Растворы кислот
Реактив Исходная нормальность % Плотность Требуется приготовить
2 н. 4 н. 6 н.
НС1 12,5 38,3 1,19 1:5* 1:2 1:1
HNO3 16,1 71,6 1,42 1:7 1:3 3:5
H2SO4 СН3СООН 35,0 95 1,83 1:16,5 1:8 1:5
(ледяная) 17,5 99,9 1,05 1:8 1:3,5 1:2 ,
Реактив
Требуется приготовить
NaOH КОН
80**
120
160 240
224 336
* Разбавление при приготовлении раствора.
** Граммов в I л раствора.
Когда требуется знать точную нормальность приготовленного раствора, то его титруют.
Хранить реактивы в соответствии с их свойствами (летучесть и пр.) — обязанность лаборанта. Беспорядочное содержание реактивов (незакрытыми, без этикеток, в грязной посуде и т. д.) его служебный проступок.
Белый фосфор хранить в воде в стеклянной банке, плотно закрытой пробкой и помещенной в металлическую банку с песком. Брать его только щипцами или пинцетом, но не голыми руками; резать, держа под водой в фарфоровой ступке.
Калий, натрий, литий хранить в керосине или вазелиновом масле. Брать их руками недопустимо, так как можно получить сильный ожог.
Измельчение веществ. Измельчают вещества в стальных, агатовых и фарфоровых ступках. Очень твердые материалы надо измельчать в стальных ступках Абиха, применяя стальной пестик и молоток. После ступки Абиха порошок перенести в агатовую ступку. Ступку захватывать левой рукой, в правую руку брать пестик, которым производить истирающие круговые движения. Готовый измельченный порошок ссыпать сначала на глянцевую бумагу, затем в чистый сосуд.
Вещества небольшой твердости измельчают в фарфоровых ступках. Измельчать в фарфоровой ступке возможно только те вещества, твердость которых 310
Растворы солей
\ Наименование Приготовление раствора Нормальность раствора
Алюминия хлорид 40 г А1С13-6Н2О смочить 20 мл 6 н. соляной кислоты и разбавить водой до 1 л 0,5
Аммония нитрат 40 г NH4NO3 на 1 л воды 0,5
Аммония оксалат 35 г (NH4)2C2O4 на 1 л воды 0,5
Аммония роданид 40 г NH4CNS на 1 л воды 0,5
Аммония сульфат 33 г (NH4)2SO4 на 1 л воды 0,5
Аммония сульфид 200 мл концентрированного раствора аммиака насытить сероводородом до тех пор, пока не прекратится поглощение газа. Прибавить еще 200 мл концентрированного раствора аммиака и разбавить водой до 1 л 0,2
Аммония хлорид 27 г NH4C1 на 1 л воды 0,5
Бария хлорид 61 г ВаС12-2Н2О на 1 л воды 0,5
Водорода пероксид 3%-ный раствор: 30%-ный раствор Н2О2 разбавить водой в 10 раз
Дифениламин 1 г (CeH5)2NH в 100 мл H2SO4 (пл. 1,83) 0,5
Железа трихлорид (кри- 45 г FeCl3-6H2O растворить в 50 мл 2 н.
сталлогидрат) соляной кислоты и разбавить водой до 1 л
Иодная вода 5 г 12 и 15г К1 растворить в возможно малом количестве воды. После растворения иода разбавить водой до 1 л
Известковая вода 1,3 г СаО насытить 1 л воды 0,05
Крахмал 2,5 г растворимого крахмала смочить 5—10 мл воды. Образовавшуюся кашицу влить в 1 я кипящей воды. Кипятить 1—2 мин. По охлаждении прибавить 5 капель толуола 0,5
Калия бихромат 75 г К2Сг2О7 на 1 л воды
Калия иодид 80 г KI на 1 л воды 0,5
Калия карбонат 45 г К2СО3 на 1 л воды 0,5
Калия нитрит 45 г KNO2 на 1 л воды 0,5
Калия перманганат 3 г КМпО4 на 1 л воды 0,1
Калия роданид 50 г KCNS на 1 л воды 0,5
Калия сульфат 80 г K2SO4 на 1 л воды 0,5
Гексациано-(Ш) феррат калия 55 г K3[Fe(CN)6] на 1 л воды « 0,5
Гексациано-(И) феррат калия 52 г K4[Fe(CN)6] на 1 л воды 0,5
Калия хлорид 40 г КС1 на 1 л воды 0,5
Калия хромат 97 г К2СгО4 на 1 л воды 0.5
Кальция сульфат (насыщенный водный раствор — гипсовая вода) 2,5 г CaSO4-6H2O на 1 л воды 0,5
Кальция хлорид 55 г СаС12-бН2О на 1 л воды
Кобальта нитрат 75 г Co(NO3)2-6H2O на 1 л воды 0,5
Кобальта хлорид 60 г СоС12-6Н2О на 1 л воды 0,5
Магнезиальная смесь 55 г MgCl2«6H2O и 140 г NH4C1 растворить в воде, прибавить 120 мл 25%-ного раствора аммиака и разбавить водой до 1 л
Магния сульфат 125 г MgSO4-7H2O на 1 л воды 0,5
Магния хлорид 51 г MgCl2-6H2O на 1 л воды 0,5
Марганца сульфат 60 г MnSO4-5H2O на 1 л воды 0,5
Меди сульфат 65 г CuSO4-5H2O на 1 л воды 0,5
Наименование Приготовление раствора Нормальность / раствора/
Молибденовая жидкость 42 г (NH4)2MoO4 растворить в смеси 70 мл 25%-ного раствора аммиака и 140 мл воды. Полученный раствор осторожно влить в смесь 250 мл (пл. 1,4) и 500 мл воды, затем разбавить водой до 1 л
Натрия ацетат 68 г NaC2H3O2-3H2O на 1 л воды 0,5
Натрия гидрофосфат 60 г Na2HPO4-12Н2О на 1 л воды 015
Натрия карбонат 26 г безводной соли Na2CO3 растворяют в 1 л воды г5
Натрия нитрат 35 г NaNO2 на 1 л воды 0,5
Натрия фторид 20 г Na2F2 на 1 л воды 0,5
Ртути (I) нитрат 28 г Hg2(NO3)2»2H2O растворить в 100 мл 2 н. азотной кислоты; разбавить водой до 1 л, внести 1—2 капли ртути 33 г Hg(NO3)2-0,5H2O на 1 л воды 0,1
Ртути (II) нитрат 0,1
Свинца нитрат 83 г РЬ(1\Ю3)2 на 1 л воды 0,5
Соль Мора 100 мл (NH4)2SO4-FeSO4-6H2O растворить в 500 мл воды, в которую добавлено 50 л/л концентрированной серной кислоты. Разбавить водой до i л 0,5
Серебра нитрат 17 г AgNO3 на 1 л воды (сохранять в склянке темного стекла) 0,1
Хлорная вода Насыщенный на холоду водный раствор
Цинка сульфат 72 г ZnSO4-7H2O на 1 л воды 0,5
не превышает твердости фарфора. В стеклянных чашках измельчают, а главным образом перемешивают мягкие и пастообразные материалы.
Часто требуется измельчать едкое кали и едкий натр. Они иногда фасуются в палочках, тогда задача измельчения облегчается; гранулированные едкие щелочи измельчения не требуют. Главная трудность при измельчении крупных кусков щелочей — необходимость произвести его быстро, тем самым избежать увлажнения препарата (щелочи обладают высокой гигроскопичностью) и поглощения диоксида углерода из воздуха. Приступая к измельчению щелочи, нужно тщательно подготовить все необходимое: зажженную горелку, металлический нож для вскрытия парафинового слоя на пробке и парафинирования банки после этого, фарфоровую чашку, тигельные щипцы, молоток, листы плотной бумаги, защитные очки. Когда все готово, открыть банку, для чего по краям пробки провести ножом разрез, пробку приподнять и из банки чистыми тигельными щипцами взять кусок щелочи. Положить на лист плотной бумаги. Наложив нож, ударить по нему молотком, быстро перенести куски в чашку и растворить в дистиллированной воде. После этого нагреть нож и с его помощью запарафинировать банки с оставшейся щелочью.
Когда приходится измельчать пылящие и вредные для здоровья вещества, работу нужно производить в вытяжном шкафу, закрыв ступку куском полиэтиленовой пленки, в которой сделано отверстие для ручки пестика.
Переливание концентрированных кислот. Нелетучие концентрированные кислоты из больших бутылей можно переливать в препараторской, летучие кислоты — только в хорошо проветриваемых помещениях. Если надо перелить концентрированную кислоту из большой бутыли, последнюю установить на устойчивое возвышение, заранее приготовить большой стакан или фарфоровую кружку, на руки надеть резиновые перчатки, на глаза — очки. Переливать кислоту лучше вдвоем: один наклоняет бутыль, другой подносит сосуд плотно к бортику горла бутыли. Из стакана или кружки кислоту разливать в сосуды через воронку, соблюдая нужные меры предосторожности. Летучие (как и нелетучие) кислоты лучше всего переливать сифоном. Небольшие количества концентрированных кислот и ядовитых жидкостей можно взять, по
гружая в бутыль чистую большую пипетку или бюретку (не насасывая жидкость): зажав пипетку или бюретку сверху пальцем, жидкость перенести в нужный сосуд.
При постановке лекционных опытов пользуются разнообразной химической посудой и различными приборами. В процессе работы выполняют всевозможные операции: измельчают, осаждают, фильтруют, промывают, сушат, прокаливают п т. п\ Эти операции выполняют по определенной выработанной многолетней* практикой методике, дающей наиболее эффективные результаты.
КРАТКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМОЙ ПОСУДЫ И ПРИБОРОВ В ПРИГОТОВИТЕЛЬНОЙ КОМНАТЕ. НЕКОТОРЫЕ ПРИЕМЫ РАБОТЫ
Химическая посуда применяется из стекла, фарфора, металла и пластмасс. Из тонкостенной посуды наиболее употребительны пробирки, стаканы, круглые* круглодонные колбы, круглые плоскодонные колбы, конические плоскодонные колбы, колбы Вюрца, реторты с тубусами и без тубусов.
Для фильтрования пользуются простыми воронками, воронками Бюхнера, центрифугами, фильтрами бумажными и стеклянными. Фильтруют на холоду, при нагревании и под вакуумом.
Для нагревания, выпаривания, сушки и прокаливания пользуются фарфоровыми, стеклянными и металлическими чашками, фарфоровыми, кварцевыми, графитовыми и металлическими тиглями, муфелями, термостатами и др.
В лабораторной практике очень часто приходится измерять объемы жидкостей. Для этого пользуются мерными цилиндрами, мерными колбами, пипетками и бюретками. Мерные цилиндры—градуированные стеклянные сосуды емкостью от 5 до 2000 мл. Применяются для приближенного отмеривания жидкостей. Мерные колбы служат для приготовления растворов точной концентрации. Их закрывают притертыми стеклянными пробками. Обычно применяются колбы емкостью от 25 до 1000 мл. Пипетками точно отмеривают определенный объем жидкости. Они калибруются на 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75 и* 100 мл. Бюретки предназначаются для измерения объема выливаемой из них жидкости. Бюретки бывают на 1, 2, 5 мл (называемые микробюретки) и на 10, 25, 50 мл.
Измерительная посуда и приборы, применяемые в лекционных опытах, должны быть тщательно вымыты, прокалиброваны и храниться в чистом виде на определенных местах.
С воздухом светильный газ образует взрывчатые смеси. Запрещается1 оставлять горящие горелки без присмотра. В случае прекращения поступления газа тотчас же закрыть все газовые краны. Пользуясь светильным газом, помнить, что он ядовит. Утечка газа или неполное его сгорание может привести к отравлению. Горелка не должна стоять близко к деревянной полке, а резиновый шланг от крана должен лежать на столе и не касаться горелки.
При нагревании жидкости в пробирке держать ее по возможности вертикально, одновременно делая плавные винтообразные движения рукой. Особенно важно следить за тем, чтобы отверстие пробирки было направлено вверх, а не в сторону соседа; в случае перегрева и выброса жидкости брызги полетят в потолок, а не в человека. При нагревании жидкости с осадком чаще выносить пробирку из пламени и встряхивать ее.
Для получения, сушки, очистки и хранения газов пользуются специальными приборами. В лабораторной практике наиболее часто имеют дело с аппаратом Киппа. В нем получают газы взаимодействием твердых веществ с жидкостями (например, получают водород действием кислоты на цинк, диоксид углерода действием кислоты на мрамор, сероводород действием кислоты на сульфиды металлов и т. п.). Опишем приемы работы с аппаратом Киппа при получении водорода (рис. 152). При этом кроме аппарата Киппа применяются следующие оборудование и материалы: предохранительная воронка; резиновая прокладка; стеклянная воронка диаметром 10—12 см\ фарфоровый стакан на 2—3 л; защитные очки; резиновые перчатки; резиновая пробка к верхней горловине
аппарата; газовая горелка; соляная кислота (1:4) гранулированный цинк, мыльный раствор; дистиллированная вода. Г
Собрать аппарат Киппа. Через верхнее отверстие среднего резервуара зало-1 жить резиновую подложку, вставить газовый кран, закрыть верхние и нижние горловины аппарата пробками. Испытать аппарат Киппа на герметичность;/ по-
Рис. 152. Аппарат Киппа с закрытым и открытым краном:
1 — предохранительная воронка с водой; 2 — соляная кислота; 3 — гранулы цинка; 4 — резиновая прокладка; 5 — пробка сливного отверстия;
6 — газовый кран
дать слабый ток сжатого воздуха через газовый кран в аппарат; места соединений смазать мыльным раствором. Образование мыльных пузырей покажет места неплотного соединения.
Работать с негерметичным аппаратом Киппа строго воспрещается.
Чтобы зарядить аппарат Киппа, надо вынуть газоотводную трубку с краном и через образовавшееся отверстие загрузить 100—150 г гранулированного цинка, равномерно разместить его на подложке. Проверить, чтобы ни одна гранула цинка не провалилась в нижний резервуар.
Заменить верхнюю резиновую пробку на стеклянную воронку. Открыв кран для выпуска газа, налить соляную кислоту в верхний резервуар — столько, чтобы она заполнила весь нижний резервуар и чтобы ее уровень достиг гранулированного цинка. При соприкосновении кислоты с цинком в среднем резервуаре образуется водород, который, смешиваясь с воздухом, выходит из аппарата. Через некоторое время кран закрыть. При закрытом кране реакция еще некоторое время продолжается; под давлением образовавшегося водорода кислота вытесняется от цинка сначала в нижний, а затем в верхний резервуар, и реакция прекращается. В это время вынуть обычную воронку и вставить предохранительную воронку, наполненную водой.
Испытать водород на чистоту, т. е. на отсутствие гремучей смеси. Для этого к газовому крану аппарата Киппа присоединить резиновый шланг со стеклянной трубкой. Через него наполнить сухую, опрокинутую вверх дном пробирку с водородом. Вынув газоотводную трубку из пробирки, зажать пальцем отверстие пробирки и поднести ее к зажженной горелке, отстоящей от аппарата Киппа на 1—2 м. Поджечь водород. Тут же горящим водородом поджечь выделяющийся из аппарата Киппа водород. Если в пробирке была гремучая смесь, то при поджигании слышен небольшой хлопок. В этом случае надо из аппарата Киппа выпустить гремучую смесь и снова испытать водород на чистоту. Нужно взять себе за правило: водород поджигать горящим водородом, а не спичкои или горелкой. В аппарате Киппа должен быть всегда чистый водород.
резервуар, положить в раковину и, налив
Рис. 153. Газометр с ванной склянками Вульфа, Тищенко и Дрекселя.
Разряжая аппарат Киппа, надеть резиновые перчатки и предохранительные очки. В раковину поставить фарфоровый стакан емкостью 2—3 л. Вынуть предохранительную воронку и газоотводную трубку, поднести аппарат к раковине и Цынуть пробку из сливного отверстия. Слить отработанную кислоту в фарфоровый стакан, вынуть верхний вод}\в средний резервуар, промыть цинк\водой. Цинк высыпать в фарфоровую чашку и вынуть резиновую подложку.
Вымыть каждую часть аппарата мыльным раствором, сполоснуть водой и вытереть насухо с наружной стороны. Собрать аппарат. Если нужно, заново зарядить его или поставить на место.
Исходным веществом для получения диоксида углерода в аппарате Киппа служат мелкие кусочки мрамора и соляная кислота (1 : 1). Не рекомендуется заменять соляную кислоту серной, так как последняя образует с карбонатом кальция труднорастворимый сульфат кальция. Он покрывает мрамор и замедляет выделение газа. Для очистки диоксида углерода от хлороводорода и осушки газа на пути ставят промывные склянки с водой и концентрированной серной кислотой. Для сушки и очистки газов пользуются двугорлыми
Иногда необходимо иметь запас газа. Хранят его в газометрах. Наиболее часто применяют стеклянный газометр (рис. 153). Он состоит из двух частей: нижняя часть — сосуд с двумя тубусами, верхняя часть — вытянутая воронка с притертым краном. Наполнять газометр газом следует так. Установить газометр над раковиной отлива, открыть оба крана и через воронку наполнить его водой. Затем закрыть оба крана, открыть пробку нижнего тубуса и вставить в него газоотводную трубку, по которой в газометр вводится предназначенный для хранения газ. Вытесняемая газом вода выливается через то же отверстие тубуса. Когда вода вытеснится до уровня чуть выше тубуса, закрыть нижний тубус пробкой. Чтобы взять газ из газометра, надо воронку наполнить водой и открыть оба крана; вода переливается в сосуд газометра, вытесняя из него газ (см. рис. 153).
Мытье посуды требует особых навыков, так как чистота посуды — одно из условий правильного выполнения химического опыта. Удалять загрязнения со стенок посуды можно различными методами: механическими, физическими, химическими или комбинируя эти методы. Для мытья могут быть использованы все вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами (мыло, синтетические моющие вещества и пр.). Нужно взять себе за правило: мыть посуду сразу после ее использования, а не оставлять грязной на другой день, так как присохшие загрязнения удаляются труднее.
Посуду надо сначала мыть водопроводной водой. Не смывающиеся водой пятна пробовать стереть специальными щетками (ершики) различного диаметра. Ершиками пользоваться осторожно, так как на конце их от продолжительного употребления могут обнажиться железные стержни, которыми легко пробить носуду. Если грязь не удаляется ершиками, промыть посуду водой с мылом или щелочью (бросив в воду обрезки бумаги) или каким-нибудь растворителем, например технической соляной кислотой. Если и это не помогает, то налить в посуду хромовую смесь так, чтобы она покрыла загрязненное место. Посуду оставить на некоторое время, в крайнем случае слегка нагреть.
Одну и ту же порцию соляной кислоты, щелочи или хромовой смеси можно использовать для мытья нескольких сосудов, поэтому их не надо выливать,
а сохранять в отдельных склянках. Чем бы ни отмывалась грязь (кислото/i, I щелочью, хромовой солью), посуду после этого тщательно обмыть водопровод- ; ной водой, а затем сполоснуть небольшим количеством дистиллированной воды так, чтобы она омыла все внутренние стенки. Посуду можно считать чистой тогда, когда после окончательного ополаскивания вода равномерно смачивает всю внутреннюю поверхность посуды, не задерживаясь отдельными каплями.
Никогда не вытирать химическую посуду полотенцем внутри; в случае надобности высушить ее в сушильном шкафу. Совершенно недопустимо' применять для очистки посуды песок, так как он царапает стекло. Посуда с царапинами при нагревании обычно лопается.
Готовя хромовую смесь, добавлять в концентрированную серную ^ислоту (1:1) 5% растертого в порошок кристаллического дихромата калия; смесь осторожно нагреть в фарфоровой чашке на водяной бане до растворения кристаллов.
Для мытья с перманганатом калия применяют 5%-ный раствор его с небольшим количеством серной кислоты.
Загрязнения органическими веществами удаляют органическими же растворителями. Это диэтиловый эфир, ацетон, этиловый спирт, бензин и др. Большинство их огнеопасны, поэтому приходится строго следить за тем, чтобы мытье не производилось вблизи огня.
При перекристаллизации веществ очень часто приходится фильтровать горючие насыщенные растворы. В этих случаях раствор, охлаждаясь, начинает кристаллизоваться на фильтре или в шейке воронки, чем затрудняется дальнейшее фильтрование. В подобных случаях надо применять воронки для горючего фильтрования. Для фильтрования при пониженном давлении, которое ускоряет процесс в случае наиболее трудно фильтрующихся жидкостей, применяют воронки Бюхнера с фарфоровой фильтрующей пластинкой или воронки с фильтрующей пластинкой из пористого стекла. В воронку Бюхнера на ситовидную фильтрующую пластинку кладут кружок фильтровальной бумаги. В воронке с фильтрующей пластинкой из пористого стекла фильтрование происходит непосредственно через стеклянную пластинку с порами определенного диаметра. Диаметры пор в пластинках различны и соответствуют номерам, под которыми эти пластинки продаются: № 1, № 2, № 3, № 4; поры уменьшаются с увеличением номера. Воронки вставляются в горлышко колбы Бунзена с помощью плотно пригнанной резиновой пробки. Боковой отросток колбы Бунзена служит для высасывания воздуха каким-либо насосом. Воронками с пористым стеклянным дном обычно пользуются также и для фильтрования разрушающих бумажные фильтры жидкостей, например концентрированных кислот.
В лабораторной практике для собирания приборов приходится иметь дело со следующими операциями: резка стеклянных трубок, оплавление и сгибание их, оттягивание концов, сверление отверстий в пробках и пр.
В лаборатории употребляют корковые, резиновые, стеклянные или пластиковые пробки. Выбирать корковую пробку следует такого размера, чтобы диаметр ее был больше внутреннего диаметра горла сосуда. Затем пробку надо вложить в пробочный пресс, и, поворачивая, обжимать до тех пор, пока она не станет эластичной и будет плотно входить в горло сосуда. Держа левой рукой горло сосуда у отверстия, правой осторожно вставить пробку в горло, вращая и как бы ввинчивая ее. Пробка должна плотно входить в отверстие. Необходимо иметь набор всех номеров пробок.
Чтобы просверлить в пробке отверстие, надо сделать на суженной части обжатой пробки отметку той стеклянной трубкой, для которой делается отверстие. Затем подобрать пробочное сверло несколько меньшего диаметра, чем наружный диаметр отметки. Сверлить пробку в горизонтальном положении, держа ее в левой руке, а сверло — в правой. Сверлить лучше всего следующим образом. Слегка надавливая правой рукой на сверло, делать им полуобороты вправо и влево. Когда сверло войдет в пробку почти до самого края, положить ее на дощечку или на другую пробку и осторожно сделать окончательный прорез. Если его делать на весу, то, как правило, края прореза будут рваные. По окончании сверления вытолкнуть шомполом пробковый цилиндрик из сверла. Необходимо иметь, кроме латунного набора сверл, машинку для сверления пробок.
Диаметр сверла при сверлении каучуковых пробок подбирать равным или немного большим вставляемой трубки. В качестве смазывающих веществ, облегчающих сверление резиновых пробок, употреблять вазелиновое масло, глицерин или раствор мыла. Для подгонки трубок к отверстию корковой пробки иногда приходится делать расточку отверстия круглым напильником. Когда отверстие в пробке готово, смочить кончик отрезанной стеклянной трубки водой и вставить ее в пробку, все время держа трубку правой рукой на расстоянии 2—3 см от пробки и как бы ввинчивая ее. Держать пробку и стеклянную трубку так, чтобы руки были близко одна к другой.
От частого употребления сверла тупятся. Тупое сверло рвет пробку, а не режет ее. Чтобы наточить сверло, применяют специальные ножи для точки сверл. Сверло надо надеть на коническую часть точила, нож прижать к сверлу. При поворачивании ножа сверло, неподвижно зажатое в левой руке, точится довольно хорошо и быстро.
Более подробные сведения о технике лабораторной работы лаборант найдет в прилагаемой ниже литературе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Беженцев М. Б. Техника и методика лекционного эксперимента по курсу химии. ОНТИ, КТП СССР, 1938.
2. Борнеман Г. Неорганические препараты. Госхимиздат, 1953.
3. Б р а у е р Г. Руководство препаративной неорганической химии. ИЛ, 1956.
4. В е р х о в с к и й Б. Н. Техника и методика химического эксперимента в школе. Т. 1. Учпедгиз, 1959.
5. Верховский Б. Н. Техника и методика химического эксперимента в школе. Т. 2. Учпедгиз, 1960.
6. Воскресенский П. И. Техника лабораторных работ. «Химия», 1970.
7. Гаменкер В. С., Хацановский О. И. Лекционные опыты и демонстрационные материалы по физической и коллоидной химии. Изд. Киевского ун-та, 1965.
8. Голь М. М. Руководство по основам стеклодувного дела. «Химия», 1967.
9. Е г л и К-, Р ю с т Е. Несчастные случаи при химических работах. НХТО, 1926.
10. Зон ис С. А., Мазуров С. М. Лабораторно-лекционные и демонстрационные материалы по органической химии. «Высшая школа», 1961.
11. Иванова М. А., Конова М. А. Химический демонстрационный эксперимент. «Высшая школа», 1969.
12. Каблуков И. А. Курс лекций по неорганической химии, 1940.
13. К и р ю ш к и н Д. М. Методика преподавания химии. Учпедгиз, 1958.
14. Ключников Н. Г. Неорганический синтез. «Просвещение», 1971.
15. Ключников Н. Г. Руководство по неорганическому синтезу. «Химия», 1965.
16. К о р о с т е л е в П. П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. Изд. АН СССР, 1962.
17. Корякин Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические реактивы. Госхимиздат, 1955.
18. Костин Н. В. Техника безопасности работы в химических лабораториях. Изд. МГУ, 1965.
19. Крапивин С. Т. Записки по методике химии. Госиздат, 1930.
20. Лазарев Н. В. Химически вредные вещества в промышленности. Ч. 1 и .2. Госхимиздат, 1951.
21. Ле пень Л. К. Неорганический синтез. Госхимиздат, 1932.
22. Л у к с Г. Экспериментальные методы в неорганической химии. «Мир», 1965.
23. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. «Химия», 1971.
24. Основные правила работы в химической лаборатории. «Химия», 1964.
25. П а л а у з о в В. А. Химические реактивы. ОНТИ, Харьков, 1935.
26. Парменов К. Я. Химический эксперимент в средней школе. Изд. АПН, 1959.
27. П а р м е н о в К. Я- Опыты по химии с электрическим током. Учпедгиз, 1962.
28. П л а т о н о в Ф. П., X о м ч е н к о Г. П. Научно-методический кабинет-музей лекционных демонстраций по химии имени почетного академика И. А. Каблукова. Сб. научно-методических статей по химии. «Высшая школа», 1971.
29. П л е т н е в Ю. В., Полосин В. С. Практикум по методике обучения химии. Учпедгиз, 1962.
30. Полосин В. А. Лекционные опыты по общей химии. Госхимиздат, 1950.
31. Полосин В. С. Школьный эксперимент по неорганической химии. «Просвещение», 1970.
32. Р е й н б о л т Г. Техника химического демонстрационного эксперимента. ОНТИ, 1955.
33. Р и п а н Р., Ч е т я н ц М. Руководство к практическим работам по неорганической химии. «Мир», 1965.
34. Рупе Г. Лекционные опыты по органической химии. ОНТИ, 1936,
35. С а по жнико в А. В. Безопасность труда в химических лабораториях. Госхимиздат, 1934.
36. Неорганические синтезы. Сб. Вып. 1, 2 и 3. Перевод е англ, под ред. Рябчикова Д. И. ИЛ, 1951.
37. С и т к е в и ч Л. И. Химический эксперимент в школе. «Народное просвещение», Минск, 1969.
38. С о л о в ь е в Н. В. и др. Основы техники безопасности и противопожарной техники в химической промышленности. «Химия», 1966.
39. Справочник. Химические реактивы и препараты. Госхимиздат, 1953.
40. Справочник химика. Т. 1—6. «Химия», 1962—1971.
41. Та в бин М. В., Рустянова Е. В. Лекционные демонстрации по курсу коллоидной химии. Изд. Киевского ун-та, 1967.
42. Ф е л ь д В. В. Техника и методика химического эксперимента в средней школе. Учпедгиз, 1949.
43. Фоулз Г. Лекционные опыты по химии. Учпедгиз, 1962.
44. X о м ч е н к о Г. П., Платонов Ф. П. Уникальный музей. Ж. «Наука и жизнь», № 10, 1969.
45. Ч е р т к о в И. Н., Черняк И. А. Самодеятельные демонстрационные приборы по химии. «Просвещение», 1968. ♦
46. Юдин К- А. Техника безопасности при работе с химическими веществами. Профиз дат, 1964.
47. Правила по технике безопасности в кабинетах химии. Ж- «Химия в школе», № 2—3, 1973.
48. А л и м а р и н И. П. и др. Демонстрационный эксперимент по общему курсу аналитической химии. «Химия», 1974.
49. Г о л ь М. М. Руководство по основам стеклодувного дела. «Химия», 1974.

ПРЕДМЕТНЫЙ
Адсорбция 51, 52
Азот 70
— определение содержания в воздухе 76
— получение 70—75
— степени окисления 104
Азота
— диоксид
-----поглощение водой 92
----- получение 93
----- свойства 94
-----смещение равновесия с его димером 94
— изотопы 104
— иодид
-----взрыв 102
-----получение 102
— моноксид
-----взаимодействие с кислородом воздуха 90
— — окисление до диоксида 92
— — получение 90
синтез 91
Азота (I) оксид
— горение
-----водорода в нем 88
— — лучины в нем 88
— получение 88, 89
Азотная кислота
— горение
-----раскаленного угля в ней 98
----- скипидара в ней 99
— нитрование целлюлозы ею 100
Алюминат аммония, гидролиз 45
Алюминий 38
— взаимодействие
с бромом 46
с водой 42
с иодом 46
— пассивирование 48
— плавление и горение 42
— растворение в кислоте и щелочи 43
— химическая грелка из порошка 48 Алюминия
— гидроксид
----- адсорбция ализарина 44
-----амфотерные свойства 43
— сульфид, получение и взаимодействие с водой 45
УКАЗАТЕЛЬ
Алюмокалиевые квасцы, образование 44
Алюмотермия 47 (рис.)
Альбит 66
Аммиак
— взаимодействие с хлороводородом 82—83
— горение в кислоте 86, 88 (рис.)
— получение 77—81
— растворение в воде 81
Аммония
— амальгама, получение 84
— гидроксид, взаимодействие с кислотами 83
— дихромат, термическое разложение 85
— карбонат, возгонка 84
— хлорид
----- возгонка 84
-----термическое разложение 85
Аммофос 114
Ан ар тит 66
Ангидрит 38, 157
Англезит 157
Антимонит 157
Апатит 38, 114
Арагонит 62
Аргон 187
Арсенит 120
Арсенопирит 120
Арсин
— получение 115
— свойства 115
Асбест 38, 66
Астраханит 38
Аурипигмент 120, 157
Ацетилен
— взаимодействие
• с бромом 61
— — с хлором 60
— получение 59, 60 (рис.)
— j синтез по Бертло 60, 61 (рис.)
Баббит 120
Барит 38, 157
Белильная известь см. Хлорная из*
весть
Белый мышьяк 120
Берилл 38
Бериллий 31
Бериллия гидроксид, испытание амфотерных свойств 31
Бисмит 120
Бисмутитит 120
Бор 38
Бора оксид, получение 39
Бордоская жидкость 196
Борная кислота, получение 39
Борнометиловый эфир, получение и окраска пламени 40
Браунит 213
Бром 158
— взаимодействие с алюминием 180
— получение 178, 179
Бромоводород, получение 178, 179
Бромаргирит 196
Бронза 197
Бура, образование перлов 41
Бурый железняк 220
Буферная емкость 285
Вавеллит 114
Валентинид 120
Вивианит 114
Висмут 70
Висмута трихлорид, гидролиз 119
Висмута (III) сульфид 120
Висмутовая охра см. Бисмит
Висмутат натрия, окислительная способность 119
Витерит 38, 62
Вода 237
— аномальное расширение ниже 4° С 239
— ассоциация молекул 246
— дистиллированная, получение 237 — ионное произведение 285
— кипение при уменьшении давления 238
— морская, состав 246
-— перегонка 237
— разновидности молекул 246
— растворимость воздуха в ней 256
— синтез 243
— сублимация льда 241
<— тепловой эффект растворения в ней 260, 261
— термическая диссоциация 242
— тяжелая, физические свойства 245
Водород 11
— атомный 19
— восстановление оксидов металлов 17, 18 (рис.)
— горение 17
-----в хлоре 164
-----хлора в нем 165
— испытание плотности 15
— наполнение мыльных пузырей 16 «—• окклюзия платиной 24
— переливание 16, 17 (рис.)
— получение 11—13
Водорода пероксид
— взаимодействие
-----с двуокисью марганца 207
-----с дихроматом калия 134
—- — с перманганатом калия 134
-----с сульфатом железа (II) 133
-----с сульфатом марганца 207
— окисление
-----иодида калия 133
-----сульфида свинца 133
— получение 131
— разложение 132
Водородное пламя, карбюрирование 24, 25 (рис.)
Водородный показатель 284
Водяной газ, получение 56
Вольтаметр Гофмана 13, 14 (рис.)
Вольфрам 200
Вольфрамит 205
Вульфенит 205
Галлий 38
Галлия гидроксид, амфотерные свойства 49
Г алогеноводороды, сравнительная
термическая устойчивость 186
Галогены 158
— сравнительная устойчивость их кислородных соединений 186
Гаусманит 213
Гауэрит 213
Гелий 187
Гематит см. Красный железняк
Германий 50
Германия
— гидроксид, амфотерные свойства 67
— тетрахлорид, гидролиз 67
Гетерогенное равновесие в системе магний — вода 279
Гетит, см. Бурый железняк
Гидролиз 287—289
Гипохлориты, окисляющее действие 175
Гипс 38, 157
Глауберова соль 157
Гремучая смесь 167
Гремучий газ
— пламя 22, 23 (рис.)
— получение и взрыв 20, 21
Дискрозит 120
Диффузия газов и жидкостей 250—256
Дихромат калия, окисление иодид-иона 204
Доломит 38, 61
Допустимая концентрация вредных газов в воздухе 9
Железо 213
— ингибиторы коррозии 220
— коррозия 218, 219
— обжиг на весах 221
Железа
— дигидроксид, получение 214
— тригидроксид, получение 215
Железа (II) июны, восстановительные свойства 216
Железа (III) ионы, окислительные свойства 216
Железный
— термит, сгорание 47
— шпат 62
Жесткость воды 36
— умягчение 36
Закон
— Рауля 268
— Вант-Гоффа 268
Зелень Шееле 196
Золото 188
— комплексообразование 196
— растворение 196
Известняк 38, 61
Известь натронная 59
Изоморфизм 266
Индий 38
Индия гидроксид, амфотерные свойства 49
Иод 158
— взаимодействие с цинком 184
— возгонка 182, 183
— действие на крахмал 184
— очистка 182
— получение 182, 183
— растворение 183
— сушка 182
Иодоводород
— окисление хлором 185
— получение 184, 185
— растворение в воде 186
Ионизация полярного электролита
277
Искусственный шелк, получение 192
Испанский шпат 61
Кадмий 197
— отношение к кислотам 200
Кадмия ионы, взаимодействие с гидроксидом аммония 198
Каинит 31
Калаверит 196
Калий 25
Калия — гипохлорит, получение 173, 174 (рис.)
— нитрит, окислительные и восстановительные свойства 101
— перманганат ----- влияние -----среды 210
-----температуры 210 ----- окисление этилового спирта
211
— хлорат ---взаимодействие с сахаром 177 ---— вспышка смеси с магнием 178 ---горение угля и серы в нем 177 ---получение 173, 174 (рис.) — феррат, получение 215
Кальций, разложение воды 34
Кальцит 61
Кальция
— оксид, получение и гашение 35, 36
— фосфид
-----взаимодействие
------- с водой 111
------- с соляной кислотой 111
-----получение НО
— цианамид 103
Каолинит 66
Карбамид, см. Мочевина
Карборунд 66
Карналлит 30
Катализ 235
Кварц 66
Кизерит 38, 157
Киноварь 157
Кислород 121 — горение -----в аммиаке 86, 87 (рис.), 88 (рис.)
-----в водороде 127, 128 (рис.) ----- водорода в нем 127
-----лучины, угля серы, фосфора, железа в нем 124, 125 (рис.) — изотопы 136 — определение содержания в воздухе 76
— получение 121—124
— физические свойства 136
Кобальт 213
Кобальта дигидроксид, получение 214
Кобальта (II) хлорид, дегидратация шестиводной соли 304
Кобальтит 120, 157
Кобальтовый блеск 221
Комплексные соединения 298
Комплексный ион — ‘сравнение констант нестойкости 303 — стойкость 302
Копель 197
Коралл 38
Константан 197
Концентрированные пределы взрывоопасных газов в воздухе 7
Кремниевая кислота, получение геля 63
Кремний 50
— взаимодействие с гидроксидом натрия 62
— получение 62
Кремния
— диоксид, взаимодействие с гидроксидом натрия 63
— тетрафторид
----- получение 65, 159
-----разложение водой 66, 159
Криптон 187
Кристаллизация 262, 265
Кристаллогидрат, давление водяного пара над ним 27
Крокоит 205
Ксенон 187
Ксенона тетрафторид, взаимодействие с сульфатом марганца 187
Куприт 196
Лабораторная аптечка первой помощи 10
Латунь 197
Литий 25
Магнезит 38, 61, 62
Магний
— горение
----- в диоксиде углерода 33
-----в парах воды 32
— специфическая реакция 34 Магния
— гидрокарбонат, образование 34
— гидроксид, получение и испытание свойств 32
— оксид, образование 32
— стибид 117
Малахит 62, 196
Мантанат калия
— получение 207, 208
— растворение в различных средах 209
Манганин 197
Манганит 213
Марганец 205
— получение 205
Марганца
— диоксид, получение 206
— моноксид, получение 205
Марганца (III) оксид, получение 206
Марганца (IV) гидроксид, получение 206
Марганца (VII) оксид 211, 212
Марганцовая кислота, получение 209, 210
Марганцовый — блеск 213 — шпат 62 Меди (II) — гидроксид — ионы, взаимодействие с иодидом калия 193
— оксид, восстановление метиловым спиртом 190
— соли, восстановление белым фосфором 108
— тетраммин, получение 192
Медь 188
— вытеснение ртути 190
— окисление на воздухе 190
— окислительно - восстановительные свойства соединений 191
— получение 188, 189
Медный
— блеск 157, 196
— колчедан 196
/Мел 38, 61
Мельница Крукса 308 (рис.)
Мельхиор 197
Метан, получение и горение 58 (рис.), 59
Миллерит 157, 221
Молибден, 200
Молибденит 157, 205
Молибденовый блеск, см. Молибденит
Монацит 114
Мочевина 103
Мрамор 38, 61
Мышьяк 70
— горение в кислороде 116
— изотопы 120
— получение 114
— степени окисления 120
Мышьяка (III) сульфид 120 Мышьяковистый колчедан 157 Натрий 25 — получение блестящей поверхности 26
Натрия — амальгама, получение 30 — ацетат безводный, приготовление 59
— метаборат 41
— пероксид
-----взаимодействие
—-------с алюминием 28
------- с ватой 28 ---------- с водой 27
—-------с древесными опилками 28
-------- с уксусной кислотой 28 —-----------------------------с фильтровальной бумагой
28
----- получение 27 — силикат
----- гидролиз 63
----- пропитка тканей 64
— хлорид
----- очистка 29
----- получение 173
Натрон 62
Неон 187
Нейзильбер 197
Никелевый
— блеск 120, 221
— колчедан 221
Никелин 120, 197
Никель 213
Никеля дигидроксид, получение 214
Никеля (II) хлорид, внутрикомплекс-ное соединение с диметил-глиоксимом 304
Озон
— образование окислением фосфора на воздухе 129
— получение 128, 130
— физические свойства 136
Озонатор Бертло 129 (рис.)
Окислительно-восстановительные реакции 290—298
Окраска баллонов с газами 7
Олова
— гидроксид, амфотерные свойства 67
— тетрахлорид, гидролиз 67
Олово 50
— горение в хлоре 68
Ортоклаз 66
Осмотическое давление 270
Парижская зелень 120, 196
Первая помощь
— при ожогах 8
— при отравлениях 8
— при ранениях 8
Перечень посуды и приборов в приготовительной комнате 313
Перламутр 38
Пираргирит 120, 196
Пирит 157, 220
Пиролюзит 213
Пироморфит
Плавиковая кислота, см. Фтороводородная кислота
Плавиковый шпат, см. Флюорит
Плазмолиз, см. Экзоосмос
Повеллит 205
Полигалит 31, 38
Преципитат 114
Приемы работы 313
Прустит 196
Радон 187
Распространенность элементов в земной коре 135
Растворимость — взаимная -----фенола и воды 259 -----эфира и воды 258 — солей свинца 71 Растворы 246 — коллоидные 247—250 — неэлектролитов 274 — пересыщенные 263, 279 — приготовление 263 — твердые, см. Изоморфизм Реальгар, 120, 157 Рений 205
Рентгеновская трубка 308 (рис.) Родохрозит 213 Рубидий 25
Ртути роданид, получение 199
Ртути (I) ионы, взаимодействие с гидроксидом аммония 198
Ртути (II) ионы, взаимодействие с гидроксидом аммония 198
Ртуть 197 — образование комплексного иона 199 — отношение к кислотам 200
Сажа, получение 50 Сатурново дерево 68 Свинец 50 — вытеснение цинком 68 Свинца — гидроксид, амфотерные свойства 67 — диоксид, окислительные свойства 69 — оксид, восстановление углем 52 — соли малорастворимые 70 — тетрахлорид, гидролиз 67 Свинцовый блеск 157 Селитра — аммиачная 103 — калийная 31, 103 — кальциевая 103 — натронная 103 ----- горение -----серы в ней 100 -----угля в ней 100 Сера 137 — аллотропные превращения 138 — взаимодействие с металлами 140 — восстановительные свойства 141 Сера — окислительные свойства 140 — плавление 138 — получение 137—138 — степени окисления 157 Серебро 188 Серебра — галиды ----- получение 193 ----- растворение в растворе тиосульфата натрия 193
— коллоидный раствор, получение 194
— ионы, окислительные свойства 195
— нитрат, взаимодействие с фильтровальной бумагой 100
— оксид, аммиачный раствор 58
— соли, восстановление белым фосфором 108
— хлорид, получение 194
Серебрение стекла 195
Серебряно-аммиачный комплекс 194
Серебряное зеркало 194
Серебряный блеск 157, 196
Серная кислота
— взаимодействие с органическими веществами 156
— гигроскопические свойства 155
— получение 154
— растворение в воде
Сернистая кислота, получение 148
Серное молоко 138
Сероводород
— взаимодействие
-----с диоксидом свинца 145
—• — с диоксидом серы 150, 151
— — с концентрированной азотной кислотой 145
— горение 143
— кислотные свойства 142
— синтез 141
Серы
— диоксид
-----взаимодействие с окислителями 149
—- — обесцвечивание живых цветов 152
----- получение 146—148
— триоксид
-----взаимодействие с водой 153
----- получение 152, 153
Сидерит 62
Силан 62
Силид магния 62
Сильваний 196
Сильвин 30
Сильвинит 30
Скорость реакции 229—234
Слюда 66
Смальтин 120
Смесь водорода с воздухом, взрыв 21, 22
Смольтит 220
Сода
— кальцинированная 30
— каустическая 30
— кристаллическая 30
— получение 29
Соотношение между pH и рОН 285
Сплав
— Арнда 197
— Деварда 197
Станнит, восстановительные свойства 68
Стекло
— свинцовое, получение 64
— свойства 64
Степень диссоциации 275, 276
Стехиометрические законы 221—227
Стибин 117
Строение атомов и молекул 30
Сурьма 70
— амфотерные свойства
— горение в хлоре 118
Сурьмы (III)
— оксид 117
— сульфид 120
Таллий 38
— окрашивание пламени 49
Тальк 38, 66
Термостат 114
Технеций 205
Техника безопасности при подготовке и проведении опытов 5
Томасшлак 114
Томпак 197
Трилонометрия 304
Трубка
— Крукса 306, 307 (рис.)
— Пелиго 81
Тургор, см. Эндоосмос
Тяжелый шпат 38
Углерод 50
Углерода диоксид
— гашение горящего бензина 56
— кислотность раствора 55
— переливание 55
— поглощение щелочью 55
— получение 53, 54
— тушение свечей 55
Углерода моноксид
— взрыв смеси с кислородом 58
— восстановительные свойства 58
— получение 57
Уголь активированный
— адсорбция 51, 52
— получение 51
Указания лекционным лаборантам 309
Фелингова жидкость 58
Флюорит 38
Фермиат натрия 57
Фосфатшлак, см. Томасшлак
Фосфор 70, 104
— взрыв смеси с бертолетовой солью 111
— горение под водой 107, 176
— изотопы 114
— превращение
-----белого в красный 105
-----красного в белый 104
— свечение белэго 107
— смеси соединений с водородом 109
— Сравнительная воспламеняемость белого и красного 106
— степени окисления 114
— температура воспламенения белого 105, 108
— холодное пламя 108, 109 (рис.)
Фосфора (V). оксид, получение 115
Фосфорит 38, 114
Фосфоритная мука 114
Фосфорная кислота, получение
112—114
Фоялит 220
Фтор 158
Фтороводород 65
Фтороводородная кислота
— получение 158
— травление стекла 158
Фторокремниевая кислота, получение 65
Фторосиликат
— бария 66
— калия 66
Халькопирит 157
Химический эквивалент, определение 224, 225
Химическое равновесие 227—229
Хлор 158, 160
— белящие свойства 169
— взаимодействие с оксидами металлов 166
Хлор
— горение фосфора, меди, олова, сурьмы, скипидара в нем 165
— получение 160—163
— соединение с водородом 167
Хлора диоксид, получение 176 Хлораргирит 196 Хлороводород — получение из хлорида аммония
171
— растворение в воде 171—173 — синтез 170
Хлорная — вода ----- приготовление 164 -----разложение на свету 168 — известь, получение 175
Хлорноватистая кислота, окисляющее действие 175
Хром 200
— получение 201
Хром (VI), восстановление до хрома (III) 204
Хрома
— диоксодихлорид 203
— тригидроксид, амфотерные свойства 202
— триоксид, получение 201
Хрома (III) хлорид, гидратная изомерия
Хромистый железняк 205
Хромит 205
Хромовая кислота, получение малорастворимых солей 202
Цезий 25
Целестин 38, 157
Церуссит 62
Цинк 197
— свойства 197
Цинка
—гидроксид, свойства 197
— ионы, взаимодействие с гидроксидом аммония 198
Цинковая обманка 157
Цинковый шпат 62
Черный порох, вспышка 101
Шеелит 205
Шенит 31
Штольпит 205
Щелочноземельные металлы, окраска пламени 37
Щелочные металлы
— окрашивание пламени 27
— сравнительная химическая активность 26
Экзоосмос 269
Электролиз 281
Электролитическая диссоциация 272, 276—278, 280
Электронные семейства элементов 11
Электропроводность растворов электролитов 275, 280, 281
Эмульсия, получение 247
Эндоосмос 269
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Предисловие редактора . . ........................ 3
Техника безопасности при подготовке и проведении лекционных опытов . 5
s-Элементы и их соединения..............................................11
Водород (IA группа).....................................................11
Литий, натрий, калий, рубидий, цезий (IA группа)................25
Бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий (ПА группа) . . 31
р-Элементы и их соединения........................................... 38
Бор, алюминий, галлий, индий, таллий (ША группа)................38
Углерод, кремний, германий, олово, свинец (IVA группа) .... 50
Углерод.................................................................50
Кремний............................................................... 62
Германий, олово, свинец.................................................67
Азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут (VA группа)................70
Азот....................................................................70
Фосфор.................................................................104
Мышьяк, сурьма и висмут................................................114
Кислород, сера, селен, теллур (полоний) (VIA группа)...................121
Кислород...............................................................121
Сера...................................................................137
Галогены — фтор, хлор, бром, иод (VIIA группа)...............158
Фтор...................................................................158
Хлор...................................................................162
Бром и иод.............................................................178
Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон (VIПА группа) . . . . 187
d-Элементы и их соединения........................................... 188
Медь, серебро, золото (IB группа)......................................188
Цинк, кадмий, ртуть (ПВ группа)........................................197
Хром, молибден, вольфрам (VIB группа)..................................200
Марганец, технеций, рений (VIIB группа)................................205
Железо, кобальт, никель (VIIIB группа).................................213
Стехиометрические законы...............................................221
Химическое равновесие. Скорость химических реакций. Катализ . . . 227
Вода................................................................, 237
Растворы...............................................................246
Электролитическая диссоциация. Равновесие в растворах электролитов.
Электролиз.........................................................272
Водородный показатель. Буферные растворы. Гидролиз солей . . . 284
Окислительно-восстановительные реакции.................................290
Комплексные соединения.................................................298
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атомов и молекул...................................................306
Указания лекционным лаборантам.........................................309
Краткий перечень необходимой посуды и приборов в приготовительной
комнате. Некоторые приемы работы...................................313
Литература.............................................................318
Предметный указатель................................................. 320'
Федор Петрович Платонов
ЛЕКЦИОННЫЕ ОПЫТЫ И ДЕМОНСТРАЦИИ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Редактор Н. Д. Стуковнин Художник Ю. Д. Федичкин Художественный редактор Т. М. Скворцова Технический редактор 3. А. Муслимова Корректор С. К. Марченко
Сдано в набор 11/VII 1975 р. Подл, к печати 14/1 1976 г. Формат 60X901/te- Бум. тип. №#. Объем 20,5 печ. л.-|-0.25 печ. л. форзаца. Усл. п. л. 20,75. Уч.-изд л. 23,014-0,18 форзаца. Изд. Яв ХИМ-523. Тираж 13 ОООэкз.
Цена 78 коп. Зак. 448
План выпуска литературы издательства «Высшая школа» (вузы и техникумы) на 1976 г. Позиция № 72
Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа»
Типография издательства «Уральский рабочий», г, Свердловск, проспект Ленина, 49.