Тема: Реакции, идущие с образованием осадков разной структуры.
Цель: Овладение умениями проведения различных типов химических реакций, определять тип осадка разной консистенции и условий их образования.
Задача: закрепление знаний по теме «Химические реакции».
Обучающие:
повторить понятия:
- качественные реакции на распознавание веществ;
ввести понятия:
- осадки аморфной и кристаллической структуры
- формировать практические умения безопасного обращения с реактивами и приборами, умения обращаться с химической посудой и лабораторным оборудованием, использовать приобретённые знания и умения в исследовательской деятельности и повседневной жизни для безопасного обращения с веществами и материалами
Развивающие:
-развивать логическое мышление в процессе проведения качественных реакций;
Воспитывающие:
- продолжить воспитание уважительного отношения к процессу познания, формирование устойчивых учебных навыков
- химический анализ –совокупность действий, позволяющих идентифицировать качественный и количественный состав анализируемого объекта
Продолжительность: 40 мин.
Реактивы и оборудование:
Оборудование: штатив с пробирками, держатель, микроскоп, веб камера, ноутбук, планшеты.
Реактивы: раствора хлороводородной кислоты, гидроксид, карбонат, фосфат, фторид магния, аммиака и хлорида аммония, вода, гидрофосфата аммония, фенолфталеин, пероксид водорода, персульфат аммония, гексацианоферрат (III) калия, сероводород, сульфид натрия, азотная кислота.
Теоретические основы
Образование осадка является сложным процессом, зачастую «растянутым» во времени и включающим в себя несколько стадий. Представления о механизме этого процесса понадобятся нам для того, чтобы подобрать оптимальные условия гравиметрического определения, т.е. уяснить, почему, например, осаждение необходимо проводить из горячего раствора или почему одни осадки следует оставлять на некоторое время в контакте с раствором, а другие — сразу отделять от него и т.д.
Химическое осаждение
Осадки -это процесс преобразования химическая субстанция в твердый ипутем преобразования вещества в нерастворимую форму или сверхнасыщенный раствор. Когда реакция происходит в жидком растворе, образующееся твердое вещество называется осадок. Химический агент, вызывающий образование твердого вещества, называется осадитель.
Без достаточной силы тяжести (поселение) для сближения твердых частиц осадок остается в приостановка. После осаждение, особенно при использовании центрифуга чтобы спрессовать его в компактную массу, осадок можно назвать «гранулой». Осадки можно использовать как среду. Жидкость без осадка, остающаяся над твердым веществом, называется «супернатант» или «супернатант». Порошки, полученные из осадков, также имеют исторически были известны как «цветы». Когда твердое тело появляется в виде целлюлоза волокна, прошедшие химическую обработку, этот процесс часто называют регенерация.
Иногда образование осадка свидетельствует о протекании химической реакции. Когда хлорид бария раствор реагирует с серная кислота, белый осадок сульфат бария сформирован. Когда йодистый калий раствор реагирует с нитрат свинца (II) раствор, желтый осадок иодид свинца (II) сформирован.
Осаждение может произойти, если концентрация соединения превышает его растворимость (например, при смешивании растворителей или изменении их температуры). Осадки также могут происходить быстро из перенасыщенный решение.
Важным этапом процесса выпадения осадков является наступление зарождение. Создание гипотетического твердого тела частица включает формирование интерфейс, что требует некоторых энергия на основе относительного поверхностная энергия твердого вещества и раствора. Если эта энергия недоступна, и нет подходящей поверхности для зародышеобразования, происходит перенасыщение.
Осаждение гидроксида является наиболее широко используемым в промышленности осаждением, при котором гидроксиды металлов формируются с использованием гидроксид кальция (гашеная известь) или же едкий натр (едкий газировка) как осадитель.
Момент смешивания реагентов и визуально заметное появление осадка разделяет некоторый промежуток времени, называемый индукционным периодом. Величина этого периода зависит от химической природы образующегося осадка (например, для BaS04 она больше, чем для AgCl), концентрации реагентов, методики проведения эксперимента, чистоты реагентов и т.д. Образованию осадка предшествует образование пересыщенного раствора. Понятие о механизме образования осадка
Осадки бывают разных цветов и разной консистенции. Все это является частью описания признака реакции.
Осадки белого цвета образуют практически все нерастворимые соединения Ca, Ba,Mg, Al, Zn, Be, Pb. Ag.
Осадки белые, мелкокристаллические - CaCO3 , ВaCO3, MgCO3, PbCO3
Са3(РО4)2, Ва3(РО4)2, Mg 3(РО4)2., ВaSO4, Li3РО4, Li2SiO3, Pb SO4, ZnS
Осадок белый, творожистый – AgCl (PbCl2)
Осадки белые, объемные - Mg(OH)2, Zn(OH)2, Be(OH)2, Al(OH)3
Осадок светло - желтый, творожистый – AgBr (PbBr2 )
Осадок светло – желтый, мелкокристаллический - Ag2CO3
Осадок желтый, творожистый – AgI (PbI2)
Осадок желтый, мелкокристаллический – Ag3РО4
Осадок голубого цвета – Cu(OH)2
Осадки черного цвета – CuS, Ag2S, PbS
Осадок зеленого цвета, постепенно буреющий – Fe(OH)2
Осадки бурого цвета – Ag2О, Fe(OH) 3
Осадок студенистый, бесцветный - H2SiO3
Осадки, растворимые в кислотах с образованием прозрачных растворов -Mg(OH)2 ,,,Cu(OH)2, Fe(OH)2, Fe(OH)3 , Ag3РО4 , Li3РО4
Осадки, растворимые в кислотах с выделением газа - CaCO3 , ВaCO3, MgCO3,. PbCO3, Ag2CO3, CuS, Ag2S, PbS.
Осадки, растворимые в кислотах и щелочах с образованием прозрачных растворов - Zn(OH)2, Be(OH)2 , Al(OH)3.
По внешнему виду осадки могут быть очень разнообразными: творожистые (AgCl), кристаллические (BaS04), зернистые (PbSО4), студенистые [А1(ОН)3], хлопьевидные (As2S3), желатинообразные (H2Si03) и т. п. Однако классификация осадков по их внешнему виду ненаучна и носит случайный характер, так как одно и то же вещество в зависимости от условий осаждения может образовывать осадки различного вида.
Все осадки разделяют по их структуре на два типа: кристаллические и аморфные.
Кристаллическая структура осадков внешне отличается от аморфной тем, что каждое кристаллическое соединение выпадает в определенной присущей ему кристаллической форме, как правило, хорошо различимой под микроскопом. Форма крупных кристаллов хорошо видна даже невооруженным глазом. При дроблении кристаллов осколки сохраняют ту же структуру.
Внутренняя структура кристаллов характеризуется тем, что молекулы или атомы данного соединения расположены в определенном порядке и образуют так называемую кристаллическую решетку. Строение кристаллической решетки исследуют при помощи рентгеноструктурного анализа.
Кристаллические осадки в процессе их образования сравнительно быстро оседают и легко отделяются при фильтровании.
Осадки аморфной структуры не обнаруживают под микроскопом частиц определенной формы, так как при аморфном строении вещества молекулы его расположены беспорядочно и не образуют кристаллической решетки.
Аморфные осадки представляют собой рыхлые, хлопьевидные, студенистые, медленно осаждающиеся массы, трудно поддающиеся отделению и промыванию.
Удельная поверхность кристаллических осадков (площадь осадка, отнесенная к единице массы, см2/г) обычно мала, поэтому соосаждение за счет адсорбции незначительно. Однако другие виды соосаждения, связанные с загрязнением внутри кристалла, могут привести к ошибкам.
Для получения крупнокристаллического осадка, который легко фильтровать и промывать, необходимо проводить осаждение из разбавленных растворов медленным прибавлением осадителя и при нагревании.
Аморфные осадки склонны к коллоидообразованию. Поэтому при осаждении нужно создать условия, способствующие коагуляции коллоидных растворов. Для этого осаждение аморфных осадков проводят из концентрированных растворов концентрированным раствором осадителя при нагревании до 70-80° С и непрерывном помешивании.
Процесс коагуляциии коллоидных растворов может быть вызван прибавлением какого-либо электролита-коагулятора (например, кислоты или различных солей аммония). Фильтрование аморфных осадков следует проводить сразу после осаждения.
Практическая часть
Выполнить лабораторные работы согласно инструкции. Приложение №1
Лабораторная работа №1
Качественные реакции на катион Mg2+, идущие с образованием осадка.
В пробирку вносят 2–3 капли исследуемого раствора, прибавляют по 2–3 капли раствора хлорида аммония и раствора хлороводородной кислоты и 3–4 капли раствора гидрофосфата аммония. При этом осадок не должен выпадать. Если осадок образуется, то продолжают добавлять по каплям раствор хлороводородной кислоты до растворения осадка. К прозрачному раствору прибавляют каплю фенолфталеина и по каплям – раствор аммиака, тщательно перемешивая содержимое пробирки после добавления каждой капли. Аммиак добавляют до тех пор, пока раствор не приобретет неисчезающую розовую окраску. В присутствии ионов магния выпадает белый кристаллический осадок. Осаждение можно ускорить охлаждением раствора или потиранием стенок пробирки стеклянной палочкой.
Mg2+ + NH3 + HPO42+ → MgNH4PO4 Приложение №2
Лабораторная работа №2.
Качественные реакции на катион Fe2+, идущие с образованием осадка.
Растворимость солей железа (II) аналогична растворимости солей марганца (II). Не растворимы в воде фосфат, сульфид, феррои феррицианид, а также некоторые основные соли. Растворы солей железа (II) окрашены в бледно-зеленый цвет, разбавленные растворы бесцветны.
Реакция с гексацианоферратом (III) калия (красная кровяная соль).
Ионы железа (II) реагируют с гексацианоферратом (III) калия K3+[Fe(CN)6] в кислой среде с образованием темно-синего осадка «турнбулевой сини». Ранее полагали, что состав осадка соответствует формуле Fe3+[Fe(CN)6]2 с переменным числом молекул воды.
По современным представлениям состав этого осадка совпадает с составом «берлинской лазури», поскольку при его образовании осуществляется окислительно-восстановительная реакция с переносом электрона от «внешнесферного» железа (II) к «внутрисферному» железу (III):
Fe2+ + [Fe(CN)6]3 → Fe3+ + [Fe(CN)6]4–.
Образующиеся ионы Fe3+ взаимодействуют с [Fe(CN)6]4–-ионами, образуя осадок: 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– → Fe4[Fe(CN)6]3.
Суммарное уравнение реакции
4Fe2+ + 4[Fe(CN)6]3– → Fe4[Fe(CN)6]3-+ [Fe(CN)6]4– .
Различие в окраске «турнбулевой сини» и «берлинской лазури» объясняется тем, что в состав осадка входят ионы калия и этот состав меняется в зависимости от условий осаждения. Осадок «турнбулевой сини» не растворяется в кислотах, но разлагается в щелочной среде. Приложение №2
Лабораторная работа №3.
Качественные реакции на катион Fe3+, идущие с образованием осадка.
Растворимость солей железа (III) аналогична растворимости
солей алюминия. Нерастворимы в воде фосфат, сульфид, феррои феррицианид, а также некоторые основные соли. Растворы солей железа (III) имеют желтую окраску. Реакция с гексацианоферратом (II) калия (желтая кровяная соль).
Ионы железа (III) в кислой среде (рН = 2–3) взаимодействуют
с гексацианоферратом (II) калия K4[Fe(CN)6] с образованием темносинего осадка «берлинской лазури»:
4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4– → Fe4[Fe(CN)6]3,
не растворимого в минеральных кислотах, но растворяющегося в щавелевой кислоте и щелочах.
Выполнение реакции. В пробирку вносят 2–3 капли исследуемого раствора, прибавляют 1–2 капли раствора хлороводородной кислоты и 2 капли гексацианоферрата (II) калия. В присутствии ионов железа (III) раствор окрашивается в синий цвет и выпадает темно-синий осадок. Приложение №2
Лабораторная работа №4.
Качественные реакции на катион Mn2+, идущие с образованием осадка.
Ионы марганца (II) образуют малорастворимые сульфид, карбонат, фторид и фосфат. Водные растворы солей марганца (II) при достаточно больших концентрациях имеют бледно-розовую окраску.
Сильно разбавленные водные растворы практически бесцветны.
Реакция с пероксидом водорода.
Пероксид водорода в щелочной среде окисляет ионы Mn2+ до оксогидроксида марганца (IV) MnO(OH)2 – белого осадка:
Mn+2+ H2O2 + 2OH– → MnO(OH)2 + H2O,
который становится коричневым:
MnO(OH)2 → MnO2 + H2 O Приложение №2
Источники:
1. Методическое пособие. Реализация образовательных программ по химии с использованием оборудования детского технопарка «Школьный кванториум» 10-11 класс. М.В. Дорофеев. Москва, 2021
2. Н. В. Лакиза, С. А. Штин АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. Учебно-методическое пособие. Екатеринбург Издательство Уральского университета 2019
Приложение №1
Инструкция для проведения лабораторных работ.
1. Проведите химические реакции согласно инструкции.
2. Запишите химические уравнения необратимых реакций, которые протекают с выделением осадка.
3. Рассмотрите полученные осадки под микроскопом, сфотографируйте.
4. Дайте характеристику осадка по консистенции и структуре.
5. Оформите отчет в произвольной форме.
Приложение №2
Рис. №1 белый кристаллический осадок. Лабораторная работа №1.
Рис. №2 «берлинская лазурь» и «турнбуленова синь». Лабораторная работа №2,3
Рис. № 3 бледно-розовая окраска. Лабораторная работа №4. |
