Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Ноября 2013 в 16:59, лабораторная работа
1. Лабораторна робота
КЛАСИ НЕОРГАНІЧНИХ СПОЛУК
Мета лабораторної роботи – поновлення та закріплення знань у студентів перших курсів на тему „Класи неорганічних сполук”, отриманих у школі, і набуття практичних навичок у проведенні та написанні хімічних реакцій з урахуванням властивостей вихідних хімічних сполук.
Мета лабораторної роботи – поновлення та закріплення знань у студентів перших курсів на тему „Класи неорганічних сполук”, отриманих у школі, і набуття практичних навичок у проведенні та написанні хімічних реакцій з урахуванням властивостей вихідних хімічних сполук.
Завдання лабораторної роботи – вивчення властивостей кислотних, основних і амфотерних оксидів та гідроксидів, а також взаємних перетворень середніх і кислих солей.
Виконавши лабораторну роботу, студент знатиме:
– класифікацію неорганічних сполук;
– суть і визначення таких понять, як оксид, гідроксид, кислота, основа, амфотерний гідроксид, середня, кисла та основна солі;
– найважливіші хімічні властивості кожного класу систематики;
– способи отримання оксидів, гідроксидів, солей;
– номенклатуру неорганічних сполук;
умітиме:
– за формулою хімічної сполуки визначати клас, до якого належить та чи інша сполука;
– складати найпростіші рівняння хімічних реакцій;
– писати графічні формули сполук кожного класу.
кислотний оксид + H2O → оксигеновмісна кислота (кислотний гідроксид);
амфотерний оксид + H2O → амфотерний гідроксид.
При цьому треба пам’ятати, що не всі оксиди безпосередньо взаємодіють з водою.
2.2.1. Основи
Основи – це хімічні сполуки, до складу молекул яких входять метал і гідроксидні групи ОН¯ (NaOH, Ba(OH)2, Ni(OH)3), здатні заміщуватися на кислотні залишки. Схематично зазначене виглядає так:
Na OH + H Cl = NaCl + H2O.
Коли заміщують гідроксидну групу основи на кислотний залишок, утворюється сіль. Основи – це гідроксиди основних оксидів. Кількість гідроксидних груп, що у складі молекули основи, визначається ступенем окиснення металу і характеризує кислотність основи. Наприклад, однокислотна основа – NaOH, двокислотна – Ca(OH)2.
Усі основи розподіляються на дві групи: розчинні у воді та нерозчинні. Розчинні – це луги, яких порівняно небагато. До них належать гідроксиди лужних та лужноземельних металів, наприклад: NaOH, KOH, Ca(OH)2 , Ba(OH)2 та ін.
Переважна більшість основ у воді – важкорозчинна: Cu(OH)2, Fe(OH)2, Cd(OH)2, Mn(OH)2 та ін.
Основою є також NH4OH – амоній гідроксид, який утворюється взаємодією амоніаку з водою: NH3 + H2O = NH4OH.
Згідно з правилами IUPAC назва основ утворюється від слова гідроксид з префіксом та назви даного елемента: Ва(ОН)2 – барій дигідроксид, КОН – калій гідроксид.
Якщо метал виявляє змінний ступінь окиснення, то до назви гідроксиду додають ступінь окиснення металу у круглих дужках римською цифрою. Так, Fe(OH)3 – ферум (III) гідроксид, Fe(OH)2 – ферум (II) гідроксид.
Розчинні у воді основи (луги) отримують при взаємодії
– лужних і лужноземельних металів з водою:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2 ↑;
– оксидів лужних і лужноземельних металів з водою:
Na2O + H2O = 2NaOH;
BaO + H2O = Ba(OH)2.
Нерозчинні у воді основи одержують реакцією обміну між сіллю цього металу і лугом, наприклад:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 ↓ + Na2SO4.
Основи з утворенням солей взаємодіють
– з кислотами (реакція нейтралізації):
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O;
– з кислотними оксидами:
2KOH + N2O5 = 2KNO3 + H2O.
Луги взаємодіють з солями, утворюючи нову основу і нову сіль:
6KOH + Fe2(SO4)3 = 2Fe(OH)3 ↓ + 3K2SO4 .
Завдання
1. Закінчити рівняння таких реакцій:
Na + H2O =
P2O5 + Ca(OH)2 =
KOH + NiSO4 =
SrO + H2O =
2. Ураховуючи, що СuО не взаємодіє з водою, яким чином можна одержати купрум (П) гідроксид?
2.2.2. Кислоти
Кислоти – це сполуки, що містять у собі атоми Гідрогену, які за певних умов здатні відщеплюватися і заміщуватися металом. Більшість кислот – оксигеновмісні: H2SO4, H2SO3, H2CO3, H2SiO3, HNO3, HNO2, H3PO4, H2CrO4, HMnO4, HClO4 та багато інших, які відповідають гідроксидам кислотних оксидів. Кожній оксигеновмісній кислоті відповідає певний ангідрид (кислотний оксид).
У кислоті та в її ангідриді ступінь окиснення елемента однаковий. Наприклад, ангідридом карбонатної кислоти є CO2, а нітратної – N2O5:
+4 +4 +5 +5
CO2 + H2O = H2CO3; N2O5 + H2O = 2HNO3.
Як і оксигеновмісні кислоти, кислотні властивості мають також водні розчини водневих сполук деяких неметалів. Наприклад, хлоридна (соляна) кислота HCl – розчин хлороводню у воді, йодидна кислота НI – розчин йодоводню у воді. Вони належать до безоксигенних кислот.
Залежно від кількості атомів Гідрогену в молекулі кислоти, здатних заміщуватися металом, кислоти бувають одно-, двох-і трьохосновні. Хлоридна кислота HCl, нітратна HNO3, оцтова СН3COОН – одноосновні, сульфатна H2SО4, карбонатна H2CO3, силікатна H2SiO3 – двохосновні, ортофосфатна H3PO4 – трьохосновна.
Для чіткого розуміння процесу утворення формул солей і рівнянь хімічних реакцій слід пам’ятати, що у більшості неорганічних сполук основність дорівнює загальній кількості атомів Гідрогену в молекулі кислоти.
В органічних кислотах заміщуються на метал тільки атоми Гідрогену карбоксильних – СООН груп. Тому основність органічної кислоти дорівнює кількості карбоксильних груп у молекулі кислоти.
Група атомів, що залишається після відщеплення від молекули кислоти атомів Гідрогену, здатних заміщуватися металом, – кислотний залишок. Наприклад, нітратній кислоті HNO3 відповідає кислотний залишок , сульфатній кислоті H2SО4 – кислотні залишки , . Кислотний залишок має негативний заряд, що кількісно дорівнює числу атомів Гідрогену, заміщених металом.
При зображенні графічних
формул оксигеновмісних кислот треба визначити ступінь окиснення
елементів у кислоті. Наприклад,
+1+5 -2 +1 +5 -2
HNO3 , H3PO4 .
Як правило, у графічних формулах неорганічних сполук не можуть стояти поряд два елементи, які мають ступені окиснення того ж знака. Винятків досить мало. Наприклад, сполуки пероксиду водню
+1 –1 –1 +1
Н – О – О – Н, солі меркурію (I) Cl – Hg – Hg – Cl.
У графічних формулах кислот атоми Гідрогену пов’язані з атомом елемента, який утворює оксигеновмісну кислоту за допомогою атомів Оксигену. Наприклад:
Н – О О Н – О
H2SO4 S H3PO4 Н – О Р = О
Н – О О Н – О
Н – О O
H2SiO3 Si = O HNO3 Н – О – N
Н – О O
Кількість груп Н – О у кислоті дорівнює основності кислоти. Кількість зв’язків, утворених кожним елементом у кислоті, має дорівнювати ступеню його окиснення.
Назви кислот витікають із українських назв елементів, від яких вони походять. Наприклад, H2SO4 – сульфатна кислота, H3AsO4 – арсенатна.
Коли елемент утворює одну оксигеновмісну кислоту, то назва кислоти має закінчення -на (H2СO3 – карбонатна кислота, H3ВO3 – борна кислота). Якщо ж елемент утворює дві кислоти, то в назві однієї з них, де елемент з нижчим ступенем окислення, закінчення -иста або -ітна. Назва кислоти, в якої елемент з вищим ступенем окиснення, має закінчення -на:
H2SO3 – сульфітна кислота;
H2SiO4 – сульфатна кислота;
H3AsO3 – ортоарсенітна кислота;
H3AsO4 – арсенатна кислота.
Часто одному ангідридові відповідає декілька кислот. Кислоти, утворені ангідридом і молекулою води, мають префікс мета-, а метакислотою і ще однією молекулою води, – префікс орто-.
P2O5 + H2O = 2HPO3 – метафосфатна кислота;
HPO3 + H2O = H3PO4 – ортофосфатна кислота.
Назви безоксигенних кислот звичайно мають закінчення –идна:
HCl – хлоридна (соляна) кислота;
HI – йодидна кислота.
Найбільш загальні способи отримання кислот:
– безпосередня взаємодія ангідриду з водою
SO3 + H2O = H2SO4;
– реакція обміну солі з кислотою
K2S + H2SO4 = K2SO4 + H2S ↑
Із утворенням солей кислоти взаємодіють:
♦ з основами HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
♦ з основними оксидами H2SO4 + CuO = CuSO4 + H2O
♦ з металами 2HCl + Zn = ZnCl2 + H2
♦ з солями 2HCl + Na2S = 2NaCl + H2S ↑
Завдання
1. Назвати і написати графічні формули кислот
HNO2, H3BO3, H2SO3, HMnO4, H2CrO4 .
2. Віднайти ангідриди кислот
HNO3, H3PO4, H2SO4, HClO4, H2SiO3, HNO2.
3. Визначити заряд кислотного залишку та основність кислот
H2CrO4, HNO2, H3PO4, HI, CH3COOH.
4. Силіцій (IV) оксид не взаємодіє з водою. Як можна, виходячи з SiO2, отримати силікатну кислоту?
2.2.3. Амфотерні гідроксиди
Амфотерні гідроксиди мають властивості як кислот, так і основ.
Краще можна засвоїти це визначення, коли порівняти його з поняттям амфотерний оксид. Пропонуємо також повторити, які оксиди належать до амфотерних. Амфотерні гідроксиди такі:
Zn(OH)2, Al(OH)3, Sn(OH)2, Pb(OH)2, Cr(OH)3, Be(OH)2 та ін.
Отримують амфотерні гідроксиди у процесі реакції обміну між сіллю цього металу та розчинною основою:
ZnSO4 + 2NH4OH = Zn(OH)2 ↓ + (NH4)2SO4.
Відмінна особливість амфотерних гідроксидів – в їх взаємодії як з кислотами, так і з лугами із утворенням солей. Наприклад:
Zn(OH)2 + H2SO3 = ZnSO4 + 2H2O;
Н2ZnO2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2H2O.
У першій реакції цинк гідроксид поводить себе як основа, а в другій – як кислота.
Завдання. Закінчити рівняння реакцій:
Al(OH)3 + NaOH =
Al(OH)3 + H2SO4 =
Sn(OH)2 + HCl =
Sn(OH)2 + KOH =
2.3. Солі
Cолі – це речовини, які можна розглядати як продукти повного або часткового заміщення атомів Гідрогену кислоти на метал чи гідроксидних груп основи на кислотні залишки.
Для чіткішого розуміння цього визначення необхідно його розкрити схематично:
1. Повне заміщення атомів Гідрогену в кислоті на метал:
Н – О Na – О
Н – О Р = О Na – О Р = О
Н – О Na – О
Утворюється середня сіль Na3PO4.
2. Часткове заміщення атомів водню в кислоті на метал:
Н – О Na – О
Н – О Р = О Na – О Р = О
Н – О Н – О
Отже, маємо кислу сіль Na2HPO4.
3. Повне заміщення гідроксидних груп в основі на кислотні залишки:
O
O – H O – N
O
O
Al O – H Al O – N
O
O
O – H O – N
O,
унаслідок чого отримали середню сіль Al(NO3)3.
4. Часткове заміщення гідроксидних груп в основі на кислотні залишки:
O
O – H O – N
O
Al O – H Al O – H
O
O – H O – N
O
У результаті утворюється основна сіль AlОН(NO3)2.
2.3.1. Середні солі
Середні (нормальні) солі можна розглядати як продукти повного заміщення Гідрогену кислоти металом чи гідроксидних груп основи кислотними залишками. Наприклад, Na2SO4, Ca(NO3)2.
Для складання графічної формули солі слід написати перш за все графічну формулу відповідної кислоти. Наприклад, треба скласти графічну формулу натрій сульфату Na2SO4.
Зобразимо графічну формулу сульфатної кислоти H2SO4:
Н – О O
S
Н – О O
Шляхом заміщення атомів Гідрогену кислоти на атоми металу (Na) маємо графічну формулу середньої солі:
Na – О O
S
Na – О O
Коли молекула солі вміщує в себе не один, а кілька
кислотних залишків, то поряд спочатку
пишеться відповідне число графічних
формул кислоти, а
потім – заміщені атоми Гідрогену на атоми
металу. Кожен атом металу заміщує в кислоті
кількість атомів Гідрогену відповідно
до ступеня окиснення металу.
Графічна формула середньої солі Ca(NO3)2:
O
О – N
O
Ca
O
O – N
О
Тоді графічна формула нітратної кислоти:
O
Н – О – N
О