Азот, фосфор и их соединения



жүктеу 173.27 Kb.
Дата28.04.2016
өлшемі173.27 Kb.
түріЛабораторная работа
: RDKR
RDKR -> Адсорбцией, только объемом – абсорбцией. Вещество (газ, жидкость или растворенный компонент), частицы которого поглощаются, называется сорбатом
RDKR -> Лабораторная работа 1 Общая характеристика катионов I аналитической группы
RDKR -> Лабораторная работа 5 Тема. Синтез органических соединений. Реакция ацилирования. Синтез аспирина
RDKR -> Поликонденсация
Лабораторная работа № 3
Часть 1

Тема: Азот, фосфор и их соединения



Цель работы: Получить аммиак, Изучить его свойства. Научиться обнаруживать ион аммония в растворах. Изучить окислительные свойства азотной кислоты, свойства ее солей. Получить соли ортофосфорной кислоты. Наблюдать различную растворимость фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов, их гидролиз.
Теоретическое введение. группу Периодической системы химических элементов составляют пять р-элементов: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. Атомы этих элементов на внешнем энергетическом уровне содержат по 5 электронов s2p3. Поэтому высшая степень окисления их в соединениях равна +5, низшая -3, характерна также и +3. Наличие трех неспаренных электронов на внешнем энергетическом уровне говорит о том, что в невозбужденном состоянии атомы элементов имеют валентность равную трем. Азот в свободном состоянии химически инертен. Фосфор же активен, особенно его аллотропная модификация – белый фосфор


С водородом азот и фосфор образуют соединения NH3 – аммиак и PH3 – фосфин, которые проявляют восстановительные свойства. Аммиак взаимодействует с водой с образованием щелочи.
С кислородом азот образует ряд оксидов N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5. Все химически активны. Начиная с N2O3, они являются кислотными оксидами, образующими азотную или азотистую кислоты. N2O3+H2O=2HNO2 - Азотистая кислота - слабая кислота, обладает и окислительными и восстановительными свойствами. N2O3+H2O=2HNO2 -Азотная кислота - сильная кислота и сильный окислитель. Взаимодействует почти со всеми металлами, при этом водород никогда не выделяется, он окисляется, образуя воду. Кислота же, в зависимости от концентрации и активности металла, может восстанавливаться до NO2, NO, N2O, N2, NH3. Фосфор образует два оксида: P2O3, P2O5. Они тоже проявляют кислотные свойства. Соединяясь с водой, образуют кислоты: H3PO3 - фосфористая, HPO3 -метафосфорная, H3PO4ортофосфорная, H4P2O7пирофосфорная.
Обеспечение работы:


Посуда и принадлежности

Реактивы (часть 1)

  • Пробирки

  • Газовая горелка

  • Стеклянная палочка

  • Пробирка с газоотводной трубкой

  • Штатив с лапкой и муфтой

  • Пробирка – приемник

  • Стеклянный стакан емкостью 0,5л




  • Гидроксид кальция (гашеная известь), Ca(OH)2, порошок

  • Хлорид аммония, NH4Cl, кристаллический и раствор

  • Индикаторы: фенолфталеин, красный лакмус

  • Гидроксид калия , KOH , 2М раствор

  • Соляная кислота, HCl, концентрированная

  • Гидроксид аммония, NH4OH, 25%-ный раствор

  • Перманганат калия , KMnO4, раствор

  • Ортофосфат аммония, (NH4)3PO4, кристаллический и раствор

  • Реактив Несслера, K2[HgI4] щелочной раствор

  • Азотная кислота, HNO3, концентрированная и разбавленная

  • Медь, Cu, стружка

  • Нитрат калия, KNO3, кристаллический

  • Иодид калия, КJ, р-р.

  • Серная кислота, Н2SO4, 2М раствор

  • Йодная вода, J2+H2 О

  • Ортофосфат натрия, Na3PO4, кристаллический и раствор

  • Гидрофосфат натрия, Na2HPO4, кристаллический и раствор

  • Дигидрофосфат натрия, NaH2PO4, кристаллический и раствор

  • Уксусная кислота. CH3COOH, раствор

  • Хлорид железа (III), FeCl3, раствор

  • Сульфат алюминия, Al2(SO4)3, раствор

  • Ацетат натрия, Na(CH3COO), раствор

  • Хлорид кальция

Ход работы

Опыт 1. Получение аммиака и исследование его свойств


Для получения аммиака использовать пробирку с газоотводной трубкой, закрепленную в лапке штатива. В фарфоровой ступке приготовить небольшое количество смеси из хлорида аммония и гашеной извести (примерно по 0,5 г) и тщательно растереть ее пестиком.
В реакционную пробирку насыпать приготовленную смесь, закрыть пробкой с газоотводной трубкой, на конец которой надеть сухую пробирку. Отверстие пробирки закрыть ватой. Собранную установку закрепить в штативе. Приготовить широкий стеклянный стакан емкостью 0,5 л, наполовину заполненный водой. В стакан с водой добавить 3–4 капли фенолфталеина. Пробирку со смесью осторожно нагреть. Почувствовав резкий запах аммиака, снять пробирку - приемник с полученным газом, закрыв ее отверстие пальцем. Не переворачивая (пробирка в положении вверх дном), быстро опустить ее в стакан с водой (убрать палец под водой! ).

  • Наблюдать происходящее. Почему вода поднялась в пробирке? Снова закрыть отверстие пробирки под водой и вынуть ее и воды.

  • Почему аммиак собирают перевернутую вверх дном пробирку? Чем вызвано появление малиновой окраски?

Смочить стеклянную палочку концентрированной соляной кислотой, поднести ее к концу газоотводной трубки.

  • Как объяснить образование белого дыма или налета?

Написать уравнения реакций: получения аммиака при нагревании смеси хлорида аммония и гидроксида кальция; растворения аммиака в воде; диссоциации гидроксида аммония; взаимодействия аммиака с хлористым водородом.
Опыт 2. Восстановительные свойства аммиака

а) Восстановление аммиаком иода. Внести в пробирку 3-4 капли иодной воды и 2-3 капли 25%-ного раствора аммиака. Наблюдать изменение окраски иодной воды. Объяснить причину этого. Написать уравнение реакции, учитывая, что аммиак окисляется иодом до свободного азота.

б) Восстановление перманганата калия. Внести в пробирку 3-5 капель перманганата калия и 3-5 капель 25%-ного раствора аммиака. Смесь слегка подогреть на маленьком пламени горелки.

  • Что происходит с окраской раствора?

  • Написать соответствующее уравнение реакции, учитывая, что аммиак окисляется в основном до свободного азота, а осадок представляет собой диоксид марганца MnO2.


Опыт 3. Гидролиз солей аммония

В две пробирки с нейтральным раствором лакмуса (по 3-5 капель) внести: в одну – микрошпатель кристаллов хлорида аммония, в другую – сульфата аммония.



  • Как изменился цвет раствора?

  • На появление каких ионов указывает это изменение?

  • Написать уравнения реакций гидролиза хлорида и сульфата аммония. Сильным или слабым основанием является гидроксид аммония?


Опыт 4. Термическая непрочность солей аммония

Большинство солей аммония непрочны и сравнительно легко разлагаются при нагревании. Характер разложения зависит от аниона кислоты. Если соль образована летучей кислотой, то продуктом разложения является кислота и аммиак, которые при охлаждении могут снова соединяться, образуя исходную соль. Если кислота многоосновна, нелетуча и не является окислителем, то при разложении образуется аммиак и кислая соль аммония (при более полном разложении – кислота). Если же аммонийная соль образована кислотой, анион которой является сильным окислителем, то разложение соли сопровождается окислением аммиака до свободного азота и иногда до оксидов азота.



а) Термическая диссоциация хлорида аммония. Несколько кристаллов хлорида аммония поместить в пробирку и укрепить ее в штативе почти горизонтально. Очень маленьким пламенем горелки нагреть дно пробирки только в том месте, где лежит соль, стараясь сохранить холодной верхнюю часть пробирки. Наблюдать осаждение хлорида аммония на холодной поверхности пробирки и уменьшение количества соли на дне пробирки.

  • Написать уравнение обратимой реакции разложения соли и указать, экзо- или эндотермическим является процесс разложения хлорида аммония.


б)Разложение нитрата аммония

  • Написать уравнение реакции разложения нитрата аммония, не проводя опыт.


Опыт 5. Реакция обнаружения ионов аммония в растворе

а) Обнаружение NH4+ - иона действием щелочей на соли аммония. В пробирку внести равные объемы (по 3-4 капли) растворов какой-либо соли аммония и 2М раствора щелочи. Раствор в пробирке нагреть почти до кипения и в парах подержать красную лакмусовую бумажку. Обратить внимание на изменение цвета лакмусовой бумажки и запах аммиака, выделяющегося из пробирки.

  • Написать уравнение реакции, объясняющей появление аммиака в парах исследуемого раствора.


б) Открытие NH4+-иона реактивом Несслера. Реактив Несслера представляет собой щелочной раствор комплексного соединения ртути K2[HgI4] – тетраиодогидраргират калия.

В пробирку внести 4-5 капель реактива Несслера и одну каплю раствора соли аммония. Наблюдать образование красно-бурого осадка.



  • Уравнение реакции:



Опыт 6. Окислительные свойства азотной кислоты. Взаимодействие разбавленной и концентрированной азотной кислоты с медью

В одну пробирку внести 3-4 капли разбавленной, в другую – столько же концентрированной азотной кислоты. Опустить в каждую по маленькому кусочку меди.

Отметить, что без нагревания в первой пробирке реакция идет с образованием, главным образом, бесцветного газа NO и нитрата меди (II). Легкое побурение газа в начале реакции объясняется частичным окислением оксида азота кислородом воздуха, который находился в пробирке. Написать уравнение реакции. Посмотреть, что происходит во второй пробирке без нагревания. Осторожно подогреть пробирку.


  • Отметить свои наблюдения и написать соответствующие уравнения реакций, считая, что азотная кислота восстанавливается до NO2.


Опыт 7. Разложение солей азотной кислоты, разложение нитрата калия

2-3 микрошпателя сухого нитрата калия поместить в пробирку. Укрепить ее наклонно в штативе и нагревать маленьким пламенем горелки до расплавления соли. Внести тлеющую лучинку в отверстие пробирки и установить, какой газ выделяется. Нагревание продолжать до прекращения выделения пузырьков газа. Написать уравнение реакции разложения нитрата калия.

Пробирку охладить. В охлажденную пробирку добавить 5-7 капель воды и, помешивая стеклянной палочкой, растворить твердый остаток. Убедиться, что полученный раствор содержит нитрит калия. Для этого в одной пробирке приготовить подкисленный раствор иодида калия (4-6 капель KI и 2-3 капли 2М раствора серной кислоты), в другой – подкисленный раствор перманганата калия. В обе пробирки внести по 2-4 капли испытуемого раствора. Как изменилась окраска растворов? На что это указывает? Напишите уравнения соответствующих реакций.
Опыт 8. Соли фосфорной кислоты

а) Ортофосфаты натрия и их гидролиз. Найти константы диссоциации фосфорной ортокислоты и определить, подвергаются ли гидролизу ортофосфаты щелочных металлов. На какой ступени должен практически остановиться гидролиз ортофосфата натрия?

Проверить свои предположения таким опытом. В три пробирки внести по 5-6 капель раствора нейтрального лакмуса. В одну добавить несколько кристаллов ортофосфата натрия, в другую – столько же дигидрофосфата натрия, третью оставить в качестве контрольной. Размешать содержимое в первой и второй пробирках стеклянными палочками до полного растворения взятых солей. Отметить изменение окраски лакмуса в каждой из них и сравнить с контрольной. Написать уравнение гидролиза ортофосфата натрия по первой ступени.



  • Накопление каких ионов препятствует гидролизу этой соли по второй ступени?

  • Накопление каких ионов вызывает изменение окраски лакмуса в растворе дигидрофосфата?


б) Гидро- и дигидрофосфаты кальция. В две пробирки внести по 3-5 капель соли кальция и добавить столько же в первую пробирку гидрофосфата натрия, во вторую – дигидрофосфата натрия. В обеих ли пробирках выпал осадок? К полученному осадку прибавить по каплям раствор уксусной кислоты до растворения осадка. Гидрофосфат кальция растворяется и в других органических кислотах. Написать уравнения реакций получения гидрофосфата кальция и его растворения в уксусной кислоте.
в) Получение фосфатов железа и алюминия. В две пробирки внести по 3-4 капли растворов следующих солей: в первую – хлорида железа (III, во вторую – сульфата алюминия. Добавить в каждую пробирку по 2-3 капли растворов ацетата натрия или калия NaCH3COO и гидрофосфата натрия Na2HPO4. Отметить цвет выпавших осадков.

  • Написать уравнения реакций получения ортофосфатов железа и алюминия, учитывая, что ацетат-ионы связывают ионы Н+. В отсутствии NaCH3COO осадки не выпадают, так как в сильно кислой среде ортофосфаты железа и алюминия растворимы.

  • Проверить растворимость ортофосфата железа и алюминия в кислотах, для чего к полученным осадкам добавить по каплям соляную кислоту до их полного растворения.

Часть 2

Тема: Углерод и его соединения

Цель работы: Получить углерод, изучить его восстановительные и адсорбционные свойства. Получить средние, кислые и основные соли угольной кислоты. Изучить их свойства (растворимость, гидролиз)
Теоретическое введение. В состав IV А группы входят углерод, кремний, германий, олово и свинец. Атомы этих элементов на внешнем энергетическом уровне содержат по 4 электрона (s2p2), из них два неспаренных электрона. Имея на внешнем энергетическом уровне свободные р-орбитали, атомы этих элементов при возбуждении могут приобретать четыре неспаренных электрона за счет распаривания электронов s-подуровня. В соединениях эти элементы проявляют степень окисления, равную −4 и +4, а также степень окисления +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной. С ростом порядкового номера увеличивается атомный радиус и уменьшается энергия ионизации атома, т.е. неметаллические свойства ослабевают, металлические усиливаются, поэтому углерод и кремний – неметаллы, германий причисляют и к металлам и к неметаллам, олово и свинец – металлы.


В обычных условиях углерод и кремний весьма инертны, но при высоких температурах они становятся химически активными по отношению ко многим металлам и неметаллам.


С водородом углерод образует очень большое число соединений – углеводородов, простейшим из которых является метан СН4. Кремний же непосредственно с водородом не соединяется. Кремневодороды, в отличие от углеводородов, неустойчивы.
С кислородом углерод и кремний образуют оксиды типа ЭО и ЭО2 . Гидраты высших оксидов обладают кислотными свойствами. Им соответствуют кислоты угольная Н2СО3 и кремниевая Н2SiO3 . Кислотные свойства кремниевой кислоты выражены слабее, чем угольной.
Углерод и кремний в свободном состоянии, и их соединения со степенью окисления +2 проявляют восстановительные свойства. Диоксид углерода при высоких температурах проявляет окислительные свойства. Вода и разбавленные кислоты не действуют на углерод и кремний. Кремний взаимодействует со щелочами, вытесняя из них водород и образуя соли кремниевой кислоты.
Угольная кислота образует два ряда солей: средние – карбонаты и кислые – гидрокарбонаты. Гидрокарбонаты кальция и магния, присутствующие в воде обусловливают ее карбонатную жесткость. Некарбонатная жесткость вызывается сульфатами, хлоридами и др. солями кальция и магния

Обеспечение работы:


Посуда и принадлежности

Реактивы (часть 2)

  • Пробирки

  • Газовая горелка

  • Стеклянная палочка

  • Газоотводные трубки

  • Штатив с лапкой и муфтой

  • Фарфоровый треугольник

  • Тигель

  • Эксикатор

  • Колонка с активированным углем

  • Лучинка

  • Cтупка с пестиком




  • Сахар

  • Оксид меди, CuO (II), порошок

  • Активированный уголь, C

  • Индикаторы (лакмус, фенолфталеин)

  • Карбонат натрия, Na2CO3 или карбонат калия, K2CO3 раствор

  • Хлорид или нитрат бария, BaCl2, Ba(NO3)2, раствор

  • Хлорид или нитрат стронция, SrCl2, Sr(NO3)2 , раствор

  • Нитрат серебра, AgNO3, раствор

  • Хлорид или нитрат меди, CuCl2, Cu(NO3)2, раствор

  • Хлорид или нитрат никеля, NiCl2, Ni(NO3)2, раствор

  • Хлорид или нитрат магния, MgCl2, Mg(NO3)2 , раствор

  • Карбонат аммония, (NH4)2CO3 , кристаллический

  • Гидрокарбонат натрия, NaHCO3, кристаллический

  • Известковая вода, Ca(OH)2

  • Основной карбонат меди, CuCO3*Cu(OH)2, кристаллический

  • Хлорид или нитрат алюминия, AlCl3, Al(NO3)3, раствор

  • Хлорид хрома, CrCl3, раствор

  • Уксусная кислота, CH3COOH, 2М раствор

Ход работы:

Опыт 1. Получение чистого угля из сахара

В фарфоровый треугольник поставить тигель и сильно нагреть его на пламени горелки. В нагретый тигель небольшими порциями постепенно бросить около 2г измельченного сахара. Сахар плавится, масса при этом сильно вспенивается вследствие образования летучих продуктов, которые обычно загораются. В остатке получается уголь в виде объемистой массы, которую перед добавлением следующей порции сахара нужно разбить стеклянной палочкой. После использования всего сахара полученный уголь прокалить 10 мин, затем тигель охладить в эксикаторе.

Поскольку в сахаре не содержится других элементов, кроме углерода, водорода и кислорода, данный метод используют для получения угля высокой чистоты. Полученный уголь сохранить для следующего опыта.
Опыт 2. Восстановительные свойства угля

Тщательно перемешать и растереть в ступке 1г окиси меди и небольшое количество полученного в предыдущем опыте угля. При помощи листа бумаги смесь пересыпать в сухую пробирку из тугоплавкого стекла. Пробирку закрепить в штативе и сильно нагреть в пламени горелки. Следует иметь в виду, что наиболее горячей частью пламени является его верхняя зона. Через некоторое время черный цвет смеси исчезнет и появится красный цвет металлической меди.


Опыт 3. Адсорбция на активированном угле ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ОПЫТ!

Добавить к воде несколько капель чернил или какого либо индикатора. Полученный раствор пропустить 1-2 раза через колонку, наполненную активированным углем.



  • Что наблюдаете?

Тот же опыт повторить с растворами других окрашенных веществ. Сделать вывод о процессе абсорбции.
Опыт 4. Соли угольной кислоты

Угольная кислота образует соли: средние – карбонаты и кислые – гидрокарбонаты. Карбонаты всех щелочных металлов, кроме лития, растворимы в воде, гидрокарбонаты – так же; карбонаты щелочноземельных металлов практически нерастворимы в воде, гидрокарбонаты – растворимы.


а) Получение малорастворимых карбонатов бария, стронция, серебра. В три пробирки внести по 4-6 капель раствора карбоната калия и добавить по 4-6 капель растворов: в одну – соли бария, в другую – соли стронция, в третью – соли серебра. Отметить выпадение осадков и их цвет.

  • Написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

Пробирку с осадком карбоната серебра слегка нагреть. Наблюдать потемнение осадка вследствие разложения карбоната серебра с образованием оксида серебра. К осадкам карбоната бария и стронция добавить по несколько капель 2М уксусной кислоты. Наблюдать растворение осадков (отличие от сульфатов).

Какой газ выделяется?



  • Написать уравнения соответствующих реакций

б) Получение основных карбонатов. К растворам солей Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+ добавить раствор Na2CO3. Наблюдать образование основных карбонатов указанных металлов.



  • Написать уравнения реакций их образования


Опыт 5. Гидролиз солей угольной кислоты

а) Гидролиз карбоната и гидрокарбоната натрия или калия. В две пробирки внести по 5-8 капель нейтрального раствора лакмуса. В одну пробирку добавить 1-2 микрошпателя карбоната натрия или калия, в другую – столько же соответствующего гидрокарбоната.



  • Отметить различие в окраске лакмуса. Как изменилась концентрация водородного иона в растворе лакмуса в обоих случаях?

  • Написать уравнения реакций гидролиза карбоната и гидрокарбоната натрия. В каком случае гидролиз протекает слабее? Почему?

б) Совместный гидролиз солей алюминия Al3+ и Cr3+ и Na2CO3. К растворам солей алюминия Al3+ и Cr3+ добавить раствор Na2CO3. Происходит взаимное усиление гидролиза, в осадок выпадают гидроксиды и выделяется двуокись углерода.



  • Написать уравнения реакций совместного гидролиза двух солей.


Опыт 6. Термическое разложение карбонатов, гидрокарбонатов и основных карбонатов

В пробирке с газоотводной трубкой нагреть поочередно (NH4)2CO3, NaHCO3, Cu2(OH)2CO3. Выделяющийся газ пропустить через известковую воду.



  • Написать уравнения соответствующих реакций.


Самостоятельно.


  1. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.



  1. Составьте уравнения реакций гидролиза нитрата и нитрита аммония. В растворе какой соли, при их одинаковой концентрации, рН ниже?




  1. Напишите уравнения реакций гидролиза фосфата натрия и нитрата меди. Какую реакцию среды имеют водные растворы этих солей? Изменением каких условий можно подавить гидролиз каждой соли?




  1. При пропускании избытка аммиака через раствор массой 600 г с массовой долей азотной кислоты 42 % получили нитрат аммония массой 300 г. Определите выход нитрата аммония (в %).




  1. Какая масса оксида фосфора (V) образуется при полном сгорании фосфина, полученного из фосфида кальция массой 18,2 г?




  1. Массовая доля фосфора в одном из его оксидов равна 56,36 %. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 7,58. Установите молекулярную формулу этого оксида.




  1. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной форма



  1. При пропускании 2 м3 воздуха через раствор гидроксида кальция образовалось 3 г карбоната кальция. Каково содержание углекислого газа в воздухе?




  1. Какой объем ацетилена (н.у.) можно получить из карбида кальция, на образование которого пошло 5,6 г оксида кальция?




  1. Сколько килограммов кремния и какой объем 32 %-ного раствора NaOH (ρ=1,35) потребуется для получения 15 м3 водорода?




  1. При действии на 1,5 г мрамора соляной кислотой, выделилось 210 мл углекислого газа при н.у. Вычислите процентное содержание карбоната кальция в мраморе.




  1. Сколько тонн аммиачной селитры, содержащей 98% NH4NO3, понадобится для внесения на 15 га под пшеницу и на 10 га под картофель при следующих нормах: для пшеницы 50 кг азота на 1 га, для картофеля 60 кг азота на 1 га?




  1. Сколько килограмм фосфора заключается в 50 кг костей, содержащих 58% ортофосфата кальция?




  1. Газ, полученный при нагревании 26,4 г сульфата аммония с избытком гидроксида натрия, был поглощен раствором, содержащим 39,2 г фосфорной кислоты. Какая соль образовалась при этом.




  1. Мочевина, или карбамид (NH2)2CO, применяется и как азотное удобрение, и как кормовая добавка. Вычислите содержание азота в % в этом соединении и сравните с содержанием азота в удобрениях состава: KNO3, NaNO3, NH4NO3, (NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2CO3




  1. При обжиге 100 г известняка получилось 40 г углекислого газа. Считая, что разложился весь карбонат кальция, найдите содержание его (в процентах) в этом образце известняка




  1. Сколько кг углекислого газа должно выделиться при обжиге 500 кг известняка, содержащего 92% карбоната кальция.




  1. При анализе меал одного из месторождений было найдено CaO 55,6% и СО2 43,9 %. Содержит ли мел этого месторождения примеси других карбонатов?

Студент


Работа выполнена: Преподаватель: .................................

Дата

Работа защищена:



Подпись преподавателя, дата: .............................................







©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет