Получение коллоидных растворов

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

Опыт № 1. Получение коллоидных растворов

Оборудование и реактивы: Химический стакан, пипетка, дистиллированная вода, электрическая плитка, раствор хлорида железа (III) массовой долей 5 %.

Ход работы: В химическом стакане на электрической плитке нагревают воду до кипения. Затем в кипящую воду по каплям приливают немного раствора хлорида железа (III). В кипящем разбавленном растворе гидролиз FeCl₃ усиливается. Образуется гидроксид железа (III), который не осаждаетсяна дно стакана: Fe³⁺ + 3 H₂O ® Fe (OH)₃ + 3H⁺.

В результате получается прозрачный коллоидный раствор красно-коричневого цвета состава: {[Fe(OH)₃]_m , n Fe³⁺, 3(n-x)Cl^-} 3xCl^-.

Утилизация. К коллоидному раствору добавить несколько капель соляной кислоты массовой долей 5 %. Полученный раствор хлорида железа использовать в качестве реактива.

Опыт № 2. Прохождение луча света через истинные растворы и коллоидные системы

Оборудование и реактивы: Коллоидный раствор гидроксида железа (III), истинный раствор NaCl, фонарик, два химических стакана, ящик с двумя отверстиями.

Рис. 1. Прохождение луча света через истинные и коллоидные растворы.

Ход работы: В деревянный ящик ставят поочередно истинный раствор NaCl и коллоидный раствор Fe(OH)₃. В отверстие ящика направляют луч света от фонарика. В другое отверстие сбоку наблюдают прохождение луча света через растворы. Отмечают, что истинный раствор оптически пуст, а через коллоидный раствор луч света проходит, оставляя «светлую дорожку».

Утилизация. См. опыт № 1.

Опыт № 3. Окислительные свойства хлора по отношению к бромид и иодид ионам

Вариант № 1.

Оборудование и реактивы: Пробирка с резиновыми вставками, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, хлорная вода, растворы KI и KBr массовой долей 5 %, раствор крахмала.

Ход работы: В пробирку (рис. 2.) наливаем свежеприготовленной хлорной воды (1). Вставляем в пробирку приготовленные резиновые кружочки- держатели (2) с отверстиями. В первый помещаем слой ваты, смоченный раствором KI и крахмала (3), во второй – слой ваты, смоченный раствором KBr (4). Закрываем пробирку хлоркальциевой трубкой, заполненной углем (5). Подогреваем хлорную воду в пробирке. Выделяющийся хлор реагирует с растворами KI и KBr. Наблюдается изменение окраски: слой ваты с бромидом калия приобретает красновато–коричневый цвет, вата с иодидом калия – синеет: 2KBr + Cl₂ ® 2KCl + Br₂, 2KI + Cl₂ ® 2KCl + I₂.

Рис. 2. Окисление хлором бромид и иодид ионов.

Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой, залив ее предварительно щелочным раствором гидроксида кальция.

Утилизация. Промывные воды слить в емкость-нейтрализатор.

Вариант № 2.

Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца с пробкой, две U-образные трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, спички, соляная кислота (конц.), KMnO₄ (кристал.), ложечка для сжигания, растворы KI и KBr массовой долей 5%.

Рис. 3. Окисление хлором бромид и иодид ионов.

Ход работы: Собирают прибор согласно рис. 3. Установка должна быть герметичной. В пробирку Вюрца (1) помещают одну или две ложечки для сжигания кристаллического KMnO₄ и соляную кислоту (конц.), немного превышающую уровень соли. Пробирку быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор проходит сквозь толщу раствора KI в первой U-образной трубке (2). Наблюдают появление коричневой окраски и образование темно- фиолетовых кристаллов. Далее хлор проходит через раствор KBr во второй U–образной трубке (3), окисляя анион брома соли. Раствор приобретает красновато-бурый цвет. Излишки хлора поглощаются активированным углем в хлоркальциевой трубке (4). Закончив опыт, установку переносят в вытяжной шкаф, где проводят утилизацию растворов.

Техника безопасности: Концентрированную соляную кислоту необходимого объема наливают в емкость в вытяжном шкафу, закрывают пробкой и переносят на демонстрационный стол.

Утилизация. В первой по ходу хлора U–образной трубке получают: 2KI + Cl₂ ® I₂ + 2KCl.

Кристаллы йода оседают через некоторое время на дно трубки, а над осадком получается раствор йода в солевом растворе. Раствор йода слить в склянку и использовать для обнаружения непредельных углеводородов. Кристаллы йода промыть холодной водой, а затем растворить в спирте. Получают спиртовую настойку йода. Если необходим кристаллический йод, то йод высушивают на воздухе, затем переносят в склянку с плотно притертой пробкой. Во второй U–образной трубке получают бром: 2KBr + Cl₂ ® Br₂ + 2KCl.

Бром находится в растворе образовавшейся соли. Слить содержимое трубки в склянку. Использовать эту смесь для обнаружения непредельных углеводородов, предварительно разбавив ее водой. Полученную бромную воду можно использовать для демонстрации следующих окислительно-восстановительных реакций:

2NH₃ + 3Br₂ ® N₂­ + 6HBr;

H₂S + Br₂ ® S¯ + 2HBr;

Na₂S + Br₂ ® S¯ + 2NaBr.

После опытов слить растворы NaBr и HBr с осадка серы, использовать раствор вновь для получения брома: 2NaBr + Cl₂ ® 2NaCl + Br_2. Утилизацию смеси KMnO₄ и HCI cм. в теме: ”Галогены”. Все емкости споласкивают известковой водой для поглощения галогенов, затем моют.

Опыт № 4. Окислительные свойства хлора по отношению к сульфид и сульфит ионам

Оборудование и реактивы: Пробирка Вюрца, две U-образные трубки, хлоркальциевая трубка с активированным углем, штатив, спиртовка, спички, соляная кислота (конц.), KMnO₄ (кристал.), растворы: Na₂S, Na₂SO₃, HCl массовой долей 5 %, растворы NaOH и BaCl₂ массовой долей 3%.

Рис.4. Окислительные свойства хлора по отношению к S ^2- и SO₃^2- ионам.

Ход работы: Собирают установку согласно рис. 4. В первую U–образную трубку (1) наливают раствор Na₂S, во вторую – раствор Na₂SO₃ и 0,5 мл раствора NaOH (2). Правое колено второй трубки закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь (3). В пробирку Вюрца (4) насыпают кристаллический KMnO₄ (одну или две ложечки для сжигания), приливают концентрированный раствор соляной кислоты немного выше уровня кристаллов соли и быстро закрывают пробирку пробкой (5). Выделяющийся во время химической реакции хлор проходит сначала в первую U-образную трубку. В толще раствора появляется сера. Затем хлор поступает во вторую U-образную трубку. Чтобы доказать, что здесь образовался продукт окисления – сульфат натрия, нужно внести раствор хлорида бария, проткнув иглой шприца резиновую трубку, (образуется осадок белого цвета). Затем добавить из шприца раствор соляной кислоты для растворения возможно образовавшегося BaSO₃. Если осадок не растворяется, следовательно, в результате химической реакции хлор окисляет сульфит-ион до сульфат-иона.

Уравнения реакций:

2KMnO₄ + 16HCl ® 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O + 2KCl;

Na₂S + Cl₂ ® S¯ + 2NaCl;

Na₂SO₃ + Cl₂ + 2NaOH ® Na₂SO₄ + 2NaCl + H₂O;

Na₂SO₄ + BaCl₂ ® BaSO₄¯ + 2NaCl; Na₂ SO₃ + BaCI₂ = BaSO₃↓+ 2NaCI

BaSO₄¯ + HCl --/®

BaSO₃↓+ 2HCl ® BaCl₂ + H₂SO₃; H₂SO₃ ® SO₂ + H₂O.

Примечание: Чтобы взаимодействие KMnO₄ с HCl шло энергичнее, можно пробирку немного подогреть.

Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой, сполоснув предварительно емкости щелочным раствором.

Утилизация. В пробирке-реакторе получают хлор из перманганата калия. Переработка этой смеси показана выше (тема “Галогены”, VIII кл.). В первой на пути хлора U-образной трубке образуется сера. После эксперимента трубку залить слабым щелочным раствором, дать отстояться сере, затем слить надосадочную жидкость в кристаллизатор. Отделить серу фильтрованием, промыть и высушить. Все промывные воды слить в раковину. Во второй U-образной трубке идет процесс окисления сульфита натрия до сульфата.

Для обнаружения сульфат-анионов в трубку добавляется раствор хлорида бария и соляная кислота. Образовавшуюся токсичную смесь слить после опыта в емкость-нейтрализатор.

Опыт № 5. Окислительные свойства азотной кислоты по отношению к сульфид и сульфит ионам

Оборудование и реактивы: Раствор HNO₃ (1:1), растворы (5%) NaOH, Na₂SO₃, BaCl₂, HCl, пробирки демонстрационные, две пробки со стеклянными трубками и активированным углем.

Ход работы: 1) К раствору Na₂S (0,5-1 мл) добавить такой же объем раствора HNO₃ (1:1). Пробирку закрыть пробкой с активированным углем. Через некоторое время наблюдается постепенное образование серы в толще раствора. Процесс идет без образования токсичных газообразных продуктов восстановления азотной кислоты:

2HNO₃ + Na₂S ® S¯ + NaNO₂ + H₂O + NaNO₃.

2) К раствору Na₂SО₃ (0,5-1 мл) прилить такой же объем раствора HNO₃, затем добавить 0,1 мл раствора щелочи. Процесс идет без выделения токсичных газообразных продуктов восстановления азотной кислоты:

Na₂SO₃ + HNO₃ + NaOH ® Na₂SO₄ + NaNO₂ + H₂O.

Для обнаружения полученного сульфата натрия через 1-2 минуты в пробирку добавить раствор BaCl₂ и раствор HCl. Сохранение осадка в кислой среде свидетельствует об образовании сульфат-иона в ходе реакции.

Утилизация: Содержимое пробирки (1) нейтрализуют после опыта вначале суспензией, а затем раствором гидроксида кальция с фенолфталеином до слабой малиновой окраски. Отфильтровать серу, промыть и высушить на воздухе. Фильтрат сильно разбавляют и используют в качестве азотных удобрений на пришкольном участке. В содержимое пробирки (2) в ходе опыта добавляют хлорид бария с соляной кислотой. Получается смесь с токсичными соединениями бария, поэтому жидкость с осадком переносят в емкость- нейтрализатор.

Опыт № 6. Эндотермические реакции

Оборудование и реактивы: Прибор для электролиза, две пробирки, два кристаллизатора, раствор NaOH (массовой долей 5-8 %), изогнутые газоотводные трубки, железные электроды.

Ход работы: Примером эндотермической реакции может стать разложение воды электрическим током. Собирают установку согласно рис. 5. U-образную трубку заполнить на 2/3 объема раствором NaOH, закрыть отверстия трубки пробками с железными электродами.

Рис. 5. Демонстрация эндотермической реакции разложения воды.

Две пробирки наполняют дистиллированной водой и опрокидывают вверх дном в кристаллизаторы с водой. В пробирки подводят изогнутые газоотводные трубки от электролизера. Прибор подключают к источнику тока. Наблюдают образование и накопление газов в пробирках (следует обратить внимание на соотношение их объемов). Отключить внешний источник энергии, реакция разложения заканчивается без подвода внешней энергии. Написать уравнение электролиза раствора NaOH.

Утилизация. Раствор щелочи в U-образной трубке использовать повторно, добавив более концентрированный раствор NaOH (контроль по показаниям ареометра).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

Опыт № 1. Получение комплексных соединений

Оборудование и реактивы: Пробирки, разбавленные растворы: AlCl₃, NaOH, AgNO₃, NH₄OH, NaCl, CuSO₄, раствор NaCl насыщенный, NH₄OH (конц.).

Ход работы: Провести химические процессы согласно уравнениям реакций:

1). AlCl₃ + 3NaOH ® Al(OH)₃↓ + 3NaCl --- добавляют раствор щелочи в недостатке.

Al(OH)₃↓ + NaOH ® Na[Al(OH)₄] --- добавляют раствор щелочи в небольшом избытке.

2). AgNO₃ + NH₄OH ® NH₄NO₃ + AgOH↓ --- добавляют в недостатке разбавленный раствор гидроксида аммония.

2AgOH↓® Ag₂O + H₂O --- наблюдают частичное самопроизвольное разложение AgOH, смесь темнеет.

Ag₂O + 4NH₄OH ®2[Ag(NH₃)₂]OH + 3H₂O -- добавляют избыток концентрированного раствора гидроксида аммония. Получили «аммиачный раствор оксида серебра».

3). AgNO₃ + NaCI ® AgCl↓ + NaNO₃ -- используют предельно разбавленные растворы исходных веществ. Хлорид серебра должен получиться в виде суспензии, а не творожистого осадка. К небольшой части этой суспензии (0,5–1 мл) добавить избыток насыщенного раствора хлорида натрия. Наблюдают растворение осадка:

AgCl↓ + NaCl ® Na[AgCl₂ ]

Последняя реакция может проводиться на кафельной пластине.

4). CuSO₄ + 2NH₄OH ® Cu(OH)₂↓+ (NH₄)₂SO₄ --- добавляют недостаток разбавленного раствора гидроксида аммония.

Cu(OH)₂↓+ 4NH₃ ® [Cu(NH₃)₄](OH)₂ – гидроксид тетраамминмеди (II); (добавляют избыток концентрированного раствора аммиака).

Или: CuSO₄ + 4NH₃ ® [Cu(NH₃)₄]SO₄ --- сульфат тетраамминмеди (II) синего цвета.

Утилизация. Полученный аммиакат меди оставить для демонстрации опыта “Разложение перекиси водорода” в качестве катализатора. Избыток аммиаката меди, накопленный в лаборатории, слить в стакан, добавить малыми порциями раствор серной кислоты массовой долей 5-10% (Осторожно! Сильное разогревание!). Происходит разрушение аммиаката, раствор приобретает голубую окраску сульфата меди. Полученную смесь сульфата меди и сульфата аммония можно использовать вновь для демонстрации получения аммиаката меди. Для этого следует добавить в емкость раствор щелочи. После нейтрализации раствора кислоты, система приобретает вновь синее окрашивание.

В пробирку с тетрагидроксоалюминатом натрия пропустить углекислый газ, выпадает осадок Al(OH)₃: Na[Al(OH)₄] + CO₂ = Al(OH)₃↓+ NaHCO₃.

Осадок промыть и высушить. Аналогично утилизируют раствор Na₂[Zn(OH)₄] при получении комплексного соединения из гидроксида цинка: Na₂[Zn(OH)₄]+ 2CO₂ = Zn(OH)₂↓ + 2NaHCO₃.

Комплексное соединение серебра – аммиачный раствор оксида серебра в дальнейшем использовать в качестве реактива для обнаружения альдегидов. Дихлороаргентат натрия поместить в склянку для сбора серебросодержащих остатков.

Опыт № 2. Каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии ионов меди, аммиаката меди и каталазы

Оборудование и реактивы: Пробирки, раствор перекиси водорода (10%), раствор сульфата меди (5%), раствор аммиаката меди, раствор каталазы (мясная или картофельная вытяжка).

Ход работы: Для проведения опыта необходимо приготовить растворы каталазы и аммиаката меди. Для приготовления каталазы необходимо свежий мясной фарш залить водой, тщательно перемешать и отжать. Отжатую жидкость профильтровать, фильтрат использовать для опыта. Для приготовления аммиаката меди нужно к раствору сульфата меди (II) прилить избыток концентрированного раствора аммиака:

CuSO₄ + 4NH₃ ® [Cu(NH₃)₄]SO₄ --- сульфат тетраамминмеди (II).

В три пробирки с раствором перекиси водорода (по 1 мл) добавляют: в первую – 0,2 мл раствора CuSO₄, во вторую – несколько капель раствора [Cu(NH₃)₄]SO₄, в третью – 0,2 мл «раствора» каталазы. Наблюдают разную каталитическую активность веществ, используемых в качестве катализаторов.

Рис. 6. Каталитическое разложение H₂O₂.

Техника безопасности. Не допускать попадания раствора перекиси водорода на кожу и одежду. Осторожно добавлять аммиакат меди к перекиси водорода. Реакция идет бурно.

Утилизация. Все растворы в пробирках перенести в емкость–нейтрализатор.

Опыт № 3. Экзотермические реакции

Оборудование и реактивы: Пробирка или железная банка, сульфат меди (кристал.), железный порошок, вода, стеклянная палочка.

Ход работы: В пробирку или железную банку внести хорошо перемешенные сульфат меди и железный порошок в соотношении количества вещества 1:1. Смесь смочить водой до кашицеобразного состояния и перемешать стеклянной палочкой. Пробирка сильно нагревается за счет тепла экзотермической реакции: CuSO₄ + Fe ® FeSO₄ + Cu.

Утилизация. Растворить смесь в воде. Отфильтровать. Осадок металлического железа с медью высушить, поместить в сухую склянку и герметично закрыть пробкой. Смесью металлов можно воспользоваться для демонстрации коррозии контакта Fe–Cu в нейтральной или слабокислой среде.

Для этого: а) Немного смеси внести в пробирку с водой на 1 – 2 суток. Появляются бурые продукты коррозии:

А^- ô Fe⁰ – 2 ē® Fe²⁺;

К⁺ ôСuô 2H₂O + 4ē + O₂ ® 4 OH^-

Далее: Fe²⁺ + 2OH^- ® Fe(OH)↓₂; 4 Fe(OH)₂↓ + O₂ + 2H₂O ® 4Fe(OH)↓₃.

б) Немного смеси внести в очень слабый раствор соляной кислоты. Через некоторое время также образуется бурый осадок:

А^- ô Fe⁰ – 2 ē® Fe²⁺; К⁺ ôCuô 2H⁺ + 2ē ® H₂­;

Далее: Fe²⁺ + 2Cl^- ® FeCl₂; 4FeCl₂ + O₂ + 2H₂O ® 4FeOHCl₂;

FeOHCl₂ + 2H₂O ® Fe(OH)₃↓ + 2HCl.

После демонстрации опытов по коррозии слить все в раковину. В фильтрат, содержащий растворы CuSO₄ и FeSO₄, (см. выше) внести железный предмет, например, хорошо очищенный гвоздь. Далее утилизацию проводят по схеме, описанной в работе № 2, опыт № 5, VIII класс.

Опыт № 4. Смещение химического равновесия гидролиза NaHCO₃

Оборудование и реактивы: Гидрокарбонат натрия, химический стакан, вода, электрическая плитка, ложечка для сжигания.

Ход работы: В кипящую воду в химическом стакане прибавляют ложечку кристаллического гидрокарбоната натрия. Происходят следующие процессы:

NaHCO₃ ® Na⁺ + HCO^-₃ – диссоциация

HCO^-₃ + HOH ® H₂CO₃ + OH^- - гидролиз аниона HCO^-₃

NaHCO₃ + HOH ® NaOH + CO₂ + H₂O.

Повышение температуры оказывает влияние на смещение химического равновесия гидролиза в сторону образования продуктов реакции CO₂ и H₂O. Бурное выделение газа свидетельствует о полном смещении химического равновесия гидролиза NaHCO₃. Объясните, почему повышение температуры смещает равновесие гидролиза вправо?

Утилизация. Содержимое стакана со щелочным раствором перенести в емкость–нейтрализатор.