Получение и свойства соединений углерода и кремния

Фосфор

Цель работы: изучить свойства фосфора и его соединений.

Необходимые реактивы: фосфор красный, фосфат натрия или кальция, гипофосфит бария, оксид фосфора (V), серная кислота (25%), ортофосфорная кислота (95% и 1М раствор), азотная кислота (65% и 1М раствор), 2М растворы уксусной кислоты и гидроксида аммония, 0,1М растворы нитрата серебра и перманганата калия, 2% раствор молибдата аммония, 1М растворы гидрофосфата и дигидрофосфата натрия, хлорида железа (III), сульфата алюминия, ацетата натрия, карбоната натрия, раствор белка, хлорид фосфора (III), раствор яичного альбумина.

Необходимое оборудвание: пробирки, фарфоровые чашки, конические стеклянные воронки, стеклянные палочки, бюкс, термометр до 360-400⁰, пипетка на 2 мл, колба коническая на 100 мл с притертой пробкой, колба Бунзена, воронка Бюхнера, универсальная индикаторная бумага, фильтровальная бумага, центрифуга, водяная баня, песчаная баня, вакуумный насос.

4.1. Получение оксида фосфора (V).

Все операции проводить в вытяжном шкафу. В фарфоровую чашку, поставленную на асбестовую сетку, положить 0,4-0,5 г красного фосфора. Над чашкой на небольшом расстоянии (около 0,5 см) укрепить сухую стеклянную воронку (носиком вверх). Зажечь фосфор накаленной стеклянной палочкой. Какое соединение осаждается на стенках воронки? Написать уравнение реакции в молекулярной и электронной формах. Когда весь фосфор сгорит, вложить воронку в кольцо штатива и оставить для опыта 4.2.

4.2. Получение и свойства метафосфорной кислоты.

4.2.1. Получение метафосфорной кислоты из оксида фосфора (V).

Оксид фосфора (V), полученный в опыте 4.1., смыть дистиллированной водой со стенок воронки в пробирку. Когда раствор станет прозрачным добавить в пробирку дистиллированной воды до общего объема 15 мл. На кусочек универсальной индикаторной бумаги, помещенный на предметное стекло, нанести каплю полученного раствора. Объяснить изменение окраски индикатора. Определить рН раствора метафосфорной кислоты. Написать уравнения реакции оксида фосфора (V) c водой в молекулярной и ионной формах. Полученный раствор сохранить для проведения дальнейших опытов.

4.2.2. Взаимодействие метафосфорной кислоты и ее солей с нитратом серебра и раствором яичного альбумина

В три пробирки налить по 5 капель раствора метафосфорной кислоты, полученного в опыте 4.2.1.. В первую пробирку добавить 1-2 капли раствора азотнокислого серебра, а во вторую – несколько капель карбоната натрия (до слабокислой реакции по универсальному индикатору). В первую пробирку добавить 5 капель азотной кислоты, а во вторую пробирку – 1-2 капли раствора нитрата серебра, в третью раствор яичного альбумина. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. В какой среде может быть осажден метафосфат серебра? Сделать вывод о свертывании белка метафосфорной кислотой.

4.3. Получение и свойства ортофосфорной кислоты.

4.3.1. Получение ортофосфорной кислоты окислением красного фосфора. (Все операции проводить в вытяжном шкафу).

Красный фосфор (0,1 г) поместить в фарфоровую чашку и добавить 5 мл 65% азотной кислоты. Чашку установить на асбестовую сетку и нагревать до прекращения выделения оксида азота (IV), который образуется при окислении оксида азота (II) кислородом воздуха. Ортофосфорная кислота получается в виде сиропообразной почти бесцветной массы. Написать уравнение реакции окисления фосфора азотной кислотой, учитывая, что в ней принимает участие и вода. Полученный продукт сохранить для проведения дальнейших опытов.

4.3.2. Получение ортофосфорной кислоты из фосфатов натрия или кальция.

Поместить в пробирку 0,2 г фосфата натрия или 0,2 г фосфата кальция и добавить 1 мл раствора серной кислоты. Смесь прокипятить. При необходимости отфильтровать жидкость от осадка. Доказать присутствие в фильтрате ортофосфорной кислоты, используя раствор молибдата аммония подкисленный азотной кислотой. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

4.3.3. Обнаружение ортофосфорной кислоты и ее солей.

В две пробирки налить по 5 капель раствора гидрофосфата натрия. В первую пробирку добавить 2 капли раствора нитрата серебра, во вторую – сначала 3-4 капли 65% азотной кислоты, а затем 5 капель раствора молибдата аммония. Смесь нагреть. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Указать вид и цвет осадков.

4.4. Получение и свойства солей ортофосфорной кислоты.

4.4.1. Получение фосфатов железа (III) и алюминия.

В одну пробирку налить 5 капель раствора хлорида железа (Ш), в другую – 5 капель раствора сульфата алюминия. В каждую из пробирок добавить по 5 капель раствора ацетата натрия и раствора гидрофосфата натрия. Объяснить наблюдаемые явления. Каков цвет выпавших осадков? Что они собой представляют? Какую роль играют ацетат-ионы? Написать уравнения реакций получения фосфатов железа и алюминия. Испытать отношение осадков к раствору хлористоводородной кислоты.

4.4.2. Гидролиз фосфатов натрия.

C помощью рН-метра определить рН 1М растворов фосфата натрия, гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия. На какой ступени практически остановился гидролиз фосфата натрия? Написать уравнение гидролиза фосфата натрия по первой ступени. Накопление каких ионов препятствует дальнейшему гидролизу этой соли?

4.5. Получение и свойства фосфористой кислоты.

4.5.1. Получение фосфористой кислоты гидролизом трихлорида фосфора(Все операции проводить в вытяжном шкафу).

Налить в пробирку 3-4 мл дистиллированной воды и добавить осторожно по каплям 1 мл хлорида фосфора (Ш), охлаждая пробирку ледяной водой. Полученный раствор перелить в фарфоровую чашку и выпарить на водяной бане или маленьком пламени горелки досуха. Во время выпаривания раствора поднести к фарфоровой чашке стеклянную палочку, смоченную 25% раствором аммиака. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнения реакции. Исследовать свойства полученной фосфористой кислоты по п. 4.7.3.

4.5.2. Обнаружение фосфористой кислоты и ее солей.

Третью часть фосфористой кислоты, полученной по п. 4.7.1., поместить в пробирку и растворить в 4 мл дистиллированной воды. Половину полученного раствора отлить в другую пробирку. В первую пробирку добавить 1-2 капли раствора серной кислоты и 1 мл разбавленного раствора перманганата калия. Во второй пробирке раствор фосфористой кислоты нейтрализовать раствором карбоната натрия до слабокислой реакции по универсальному индикатору. К полученному раствору добавить 2-3 капли раствора нитрата серебра. Полученный раствор с осадком нагреть. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнения реакций в молекулярной, ионной и электронно-ионной формах.

Лабораторная работа №5

Цель работы: ознакомиться с методами получения и свойствами соединений углерода и кремния.

Необходимые реактивы: уголь древесный, оксид меди (II), карбонат кальция (мрамор), карбонат магния, карбонат натрия, гидрокарбонат натрия, карбонат гидроксомеди (II), карбид кальция, оксид кремния (кварцевый песок), магний (порошок), силикат калия, хлорид кальция, хлорид кобальта (II), сульфат железа (II), сульфат алюминия, нитрат никеля (II); растворы: азотная кислота (65%), хлористоводородная кислота (концентрированная, 18%, 1М), серная кислота (96%), гидроксид кальция (0,15%), гидроксид натрия (1М и 20%), силикат натрия (10%), 1М растворы сульфата алюминия, карбоната натрия, хлорида кальция, хлорида бария, сульфата меди (II), сульфата магния, гидрокарбоната натрия, хлорида кальция.

Необходимое оборудование: пробирки химические, химические стаканы на 25-150 мл, железный тигель, асбестовая сетка, эксикатор, аппарат Киппа, коническая и капельная воронки, ложечка для сжигания, пипетки на 2 мл, предметное стекло, центрифуга, пробка с газоотводной трубкой, рH-метр, колба Вюрца на 100 мл, промывные склянки, кристаллизатор, водяная баня, песчаная баня, фарфоровые чашка, ступка и пестик, шпатели, стеклянные палочки, универсальная индикаторная бумага, фильтровальная бумага, вата.

5.1. Углерод.

5.1.1. Окисление угля азотной кислотой.

Все операции проводить в вытяжном шкафу! Крупинку древесного угля поместить в пробирку и прилить 2 мл 65% азотной кислоты. Нагреть. Объяснить наблюдаемые явления. Какие газы выделяются? Написать уравнения реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.

5.1.2. Восстановительные свойства угля.

В пробирку поместить около 0,5 г порошка оксида меди (II) и 0,1 г измельченного в порошок древесного угля и тщательно перемешать стеклянной палочкой. Пробирку закрепить горизонтально в лапке штатива. Затем всю поверхность пробирки прогреть пламенем горелки. Сильно прокалить смесь. Наблюдать за изменением цвета смеси. Прокаливание прекратить, когда содержимое пробирки полностью изменит черный цвет на красный – цвет металлической меди. Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах.

5.2. Получение и свойства диоксида углерода.

В аппарат Киппа (рис.1) через отверстие 4 насыпать куски карбоната кальция. Отверстие плотно закрыть пробкой с трубкой и краном 7. Сосуд 3 заполнить 18% хлористоводородной кислотой. Когда кран 7 закрыт и воздух из сосудов 2 и 5 выйти не может, то кислотой можно заполнить только сосуд 5 до отверстия трубки 6, трубку и сосуд 3. Открыть кран 7 и пронаблюдать, как кислота заполнит сосуд 5, через узкое отверстие пройдет в сосуд 2 и начнется выделение газа. Закрыть кран 7. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

5.2.1. Свойства диоксида углерода.

5.2.1.1. Из аппарата Киппа (рис.1) заполнить стакан диоксидом углерода. Убедиться с помощью горящей лучинки, что стакан заполнен. В стакан внести ложечку с зажженым на воздухе красным фосфором (в вытяжном шкафу!). Объяснить наблюдаемые явления.

5.2.1.2. В пробирку налить 5 мл дистиллированной воды. Пропустить ток диоксида углерода через дистиллированную воду в течение 3-5 минут. На кусочек универсальной индикаторной бумаги, помещенный на предметное стекло, нанести каплю полученного раствора. Определить значение рН раствора. Какие процессы происходят при взаимодействии диоксида углерода с водой? Какие ионы присутствуют в полученном растворе? Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Ознакомиться с константами диссоциации угольной кислоты.

5.2.1.3. В пробирку налить 1 мл раствора сульфата алюминия и по каплям добавить раствор гидроксида натрия до полного растворения, образующегося осадка. Через полученный раствор пропустите ток диоксида углерода. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.

5.3. Получение и свойства солей угольной кислоты.

5.3.1. Налить в пробирку 3 мл раствора гидроксида кальция и пропускать через него слабый ток диоксида углерода из аппарата Киппа (рис.1), до тех пор, пока образовавшийся осадок не растворится. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Почему осадок растворяется в избытке диоксида углерода?

Полученный раствор разлить в две пробирки. Раствор в первой пробирке прокипятить, а к содержимому второй пробирки добавить по каплям раствор гидроксида кальция до появления мути. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Объясните наблюдаемые явления.

5.3.2. Налить в конические пробирки по 5 капель растворов солей хлорида кальция, хлорида бария, сульфата меди (П), сульфата магния. В каждую пробирку добавить по 5 капель раствора карбоната натрия. Отцентрифугировать осадки. Добавить к ним по 5-7 капель 1М раствора хлористоводородной кислоты. Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Объяснить наблюдаемые явления.

5.3.3. Изучение термической устойчивости карбонатов различных металлов.

Поместить в пробирку около 0,2 г карбоната кальция. Закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой и закрепить в лапке штатива. Налить в другую пробирку 1 мл раствора гидроксида кальция. В эту пробирку опустить до дна газоотводную трубку. Пробирку с карбонатом кальция нагреть пламенем газовой горелки. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнения реакций.

Аналогично испытать термическую устойчивость гидрокарбоната натрия и карбонатов магния и натрия. Написать уравнения реакций. Объяснить причины различия термической устойчивости изученных карбонатов.

5.3.4. Гидролиз солей угольной кислоты.

С помощью рН-метра определить рН растворов карбоната и гидрокарбоната натрия. Почему различаются рН растворов этих солей? Написать уравнения реакций гидролиза этих солей в молекулярной и ионной формах.

5.4. Свойства карбида кальция.

Рис. 2. Прибор для изучения свойств карбида кальция.

Все операции проводить в вытяжном шкафу! Собрать прибор (рис. 2) и проверить его герметичность. В сухую пробирку Вюрца положить 2-3 кусочка (около 5 г) карбида кальция, в капельную воронку налить воды. Приливая к карбиду кальция по каплям воду, пропустить через прибор ток газа (для чего?), а затем собрать газ в пробирку над водой и испытать его горящей лучинкой. Что происходит? Написать уравнение реакции.

По окончании реакции профильтровать раствор через бумажный фильтр и определить рН раствора с помощью универсального индикатора. Объяснить наблюдаемые явления. Как различаются карбиды металлов по действию на них воды? Почему карбид кальция можно назвать ацетиленидом, а карбиды бериллия и алюминия нельзя? Написать уравнения реакций карбидов этих металлов с водой.

5.5. Кремний.

5.5.1. Получение аморфного кремния.

Все операции проводить в вытяжном шкафу. В фарфоровой ступке тонко измельчить 0,5 г сухого кварцевого песка и смешать с 0,75 г порошкообразного магния. Смесь высыпать в пробирку, закрепленную в лапке штатива над листом железа или асбеста. Прогреть пробирку по всей длине, а затем сильно накалить ее дно. Когда смесь сильно раскалится от происходящей реакции, накаливание прекратить, а пробирке дать остыть.

Разбив пробирку, перенести продукт прокаливания небольшими порциями в стакан с 10 мл 18% раствора хлористоводородной кислоты. Какой газ выделяется? Чем объяснить наблюдаемые вспышки? Объяснить образование белого дыма. Написать уравнения реакций в молекулярной, ионной и электронно-ионной формах. Отфильтровать осадок кремния и промыть его на фильтре дистиллированной водой.

5.5.2. Свойства кремния.

Небольшое количество полученного аморфного кремния поместить в пробирку и добавить туда 8-10 капель 20% раствора гидроксида натрия. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнение реакции в молекулярной и электронно-ионной формах. Как взаимодействует кремний с кислотами? Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и электронно-ионной формах.

5.6. Получение и свойства оксида кремния (IV).

5.6.1. Получение оксида кремния (IV).

В пробирку поместить 0,5 г силиката калия и растворить его в возможно меньшем количестве дистиллированной воды. Добавить по каплям концентрированную хлористоводородную кислоту до сильнокислой реакции. Перелить раствор в фарфоровую чашку. Фарфоровую чашку нагреть пламенем газовой горелки и упарить досуха. Сухой остаток промыть 3 раза водой для удаления хлорид-ионов и прокалить. После охлаждения фарфоровой чашки полученный оксид кремния (IV) взвесить. Определить выход полученного вещества от теоретического.

5.6.2. Свойства оксида кремния (IV).

В пробирку поместить около 0,05 г полученного гидроксида кремния (IV). Добавить 1 мл 20% раствора гидроксида натрия. Нагреть. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной формах. Как взаимодействует оксид кремния (IV) с кислотами? Написать уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

5.7. Получение и свойства кремниевой кислоты.

5.7.1. Получение гидрогеля кремниевой кислоты.

Налить в пробирку 3 мл раствора силиката натрия, быстро прилить к нему 2 мл раствора хлористоводородной кислоты и перемешать стеклянной палочкой. Объяснить наблюдаемые явления. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

5.7.2. Взаимодействие гидрогеля кремниевой кислоты с растворами щелочей.

В пробирку с гидрогелем кремниевой кислоты, полученным в п. 5.7.1. добавить 5 мл 20% раствора гидроксида натрия и перемешать стеклянной палочкой. Обьяснить наблюдаемые явления. Написать уравнение реакции в молекулярной и ионной формах.

Лабораторная работа №6

Дата добавления: 2015-06-25