Фильтровальную бумагу с очистками и кусочками металлического кальция после работы поместить в кристаллизатор

2. Фильтровальную бумагу с очистками и кусочками металлического кальция после работы поместить в кристаллизатор.

Утилизация: Раствор гидроксида кальция слить в емкость-нейтрализатор.

Опыт 8. Взаимодействие углекислого газа с твердым едким натром

Оборудование и реактивы: Круглодонная колба, стеклянная трубка, зажим, твердый гидроксид натрия, вода, фенолфталеин, аппарат Киппа, заряженный для получения углекислого газа, фарфоровая ступка с пестиком, весы с разновесом, шпатель.

Ход работы: Колбу заполняют углекислым газом, закрывают пробкой со стеклянной и резиновой трубкой с зажимом. В колбу высыпают 2–3 г. измельченного в ступке под вытяжкой едкого натра. Закрывают колбу пробкой и несколько раз энергично встряхивают. Колба начинает разогреваться, стенки отпотевают – углекислый газ прореагировал с едким натром. Для доказательства этого конец газоотводной трубки опускают в сосуд с водой и фенолфталеином, открывают под водой зажим, вода энергично входит в колбу (эффект фонтана). Объяснить наблюдаемые явления, записать уравнение реакции, определить тип реакции.

Техника безопасности: Колбу с твердым гидроксидом натрия и углекислым газом лучше завернуть в плотную ткань, т. к. при встряхивании колба может разбиться. Размельчать твердый едкий натр в ступке под вытяжкой.

Утилизация: 1. Щелочной раствор едкого натра и карбоната натрия в колбе слить в емкость – нейтрализатор. 2. Отработанную соляную кислоту из аппарата Киппа или лабораторного прибора для получения газов, где содержится HCI и продукт взаимодействия СаСl₂, можно утилизировать, добавив кусочки мрамора до прекращения выделения углекислого газа. Далее раствор фильтруют, выпаривают, кристаллы кристаллогидрата хлорида кальция используют в лаборатории. Смесь соляной кислоты с хлоридом кальция можно использовать и как кислоту в реакциях (добавлять небольшой избыток реактивов):

2 HCl(CaCl₂) + Сa(OH)₂ =СаСl₂ + 2H₂О

2HCl(CaCl₂) + CaO =CaCl₂ + H₂О

2HCl(CaCl₂) + СaCO₃ = СаСl₂ + CО₂ + H₂О

Осадки Са(OH)₂, СаО, CaCO₃ после фильтрования использовать для нейтрализации кислых смесей. Для этого поместить осадки в двух – или трехлитровую банку с надписью: «Нейтрализатор кислых смесей». Сюда в дальнейшем сливать все щелочные смеси, образующиеся в ходе экспериментов, а также трудно перерабатываемые смеси солей тяжелых металлов, например, смесь Рb(NO₃)₂, СuSO₄. В щелочной среде катионы солей образуют нерастворимые осадки:

Pb(NO₃)₂ + Ca(OH)₂ =Pb(OH)₂ + Сa(NO₃)₂

CuSO₄+ Ca(OH)₂=Сu(OH)₂+CaSO₄

В названной емкости необходимо постоянно поддерживать щелочную среду (добавлять CaO, Ca(OH)₂, другие щелочные смеси), контролируя состав фенолфталеином.

 

Лабораторная работа №2

Химический эксперимент по теме: "Галогены"

Опыт 1. Получение хлорной воды. Обесцвечивание хлором красящих веществ

Оборудование и реактивы: Штатив с двумя лапками, пробирка Вюрца с пробкой и газоотводной трубкой, хлоркальциевая трубка, зажим, U-образная трубка, резиновые трубки, кристаллы перманганата калия, соляная кислота (конц.), синий лакмус, вата, активированный уголь, шпатель, ложечка для сжигания.

Ход работы: В U-образную трубку наливают дистиллированной воды (1/5 объема) и опускают полоску синей лакмусовой бумаги. Правое колено U-образной трубки закрывают пробкой с хлоркальциевой трубкой, в которой находится активированный уголь (снизу и сверху комочек ваты). U-образную трубку закрепляют в лапке штатива. Пробирку Вюрца с перманганатом калия закрепляют во второй лапке штатива, и соединяют с U-образной трубкой. К перманганату калия (1–2 ложечки для сжигания) добавляют концентрированной соляной кислоты (2–2,5 мл), быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор (зеленоватая окраска на белом фоне) проходит в U-образную трубку, вытесняет воздух, пробулькивает через воду, уровень воды в правом колене повышается. Хлор частично растворяется в воде, образуя хлорную воду (смесь хлорноватистой и хлороводородной кислот). Лакмус вначале краснеет, а затем обесцвечивается. Остатки хлора проходят в хлоркальциевую трубку, где адсорбируются на поверхности активированного угля. Объяснить наблюдаемые явления, выразить все процессы уравнениями реакций.

Техника безопасности: Установку после опыта переносят под вытяжку, разбирают, заливают известковой водой, затем моют. При отсутствии вытяжного шкафа указанные действия выполняют на улице.

Утилизация: В пробирке – реакторе идет процесс:

2KMnO₄+16HCl = 5Cl₂+2KCl+8H₂O+2МnCI₂ Аналогичные процессы идут также в опытах: вытеснение хлора, брома и йода из растворов их солей, взаимодействие хлора с железом и сурьмой.

В описываемом опыте в U-образной трубке получилась хлорная вода, которую следует слить в темную склянку и использовать для опытов в качестве растворенного в воде хлора:

а) 2KI+Cl₂ = I₂ +2KCl б) 2KBr + Cl₂ = Br₂ +2KCl в) Cl₂+Na₂S = S +2NaCl

В пробирке (а) образуется йодная вода – использовать в органической химии для обнаружения непредельных углеводородов. В пробирке (б) образуется бромная вода – также использовать для обнаружения непредельных углеводородов. Содержимое пробирки (в) слить в нейтрализатор.

Оставшаяся после реакции с избытком кислоты в пробирке-реакторе жидкая смесь MnCI₂, KCl, HCl разбавляется небольшим количеством воды, затем нейтрализуется до образования осадка вначале известковым молоком, а затем известковой водой с фенолфталеином до слабого малинового окрашивания: 2HCl+Ca(OH)₂ = CaCl₂+2H₂O и MnCl₂+Ca(OH)₂ = Mn(OH)₂¯+CaCl₂. Хлор также поглощается гидроксидом кальция:

2CI₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCI₂ + Ca(CIO)₂ + 2H₂O.

Дать осадку отстояться, надосадочную жидкость слить в нейтрализатор, осадок 2–3 раза промыть декантацией, промывные воды слить в раковину. Затем осадок отделить фильтрованием. Оставить влажный Mn(OH)₂ на воздухе, он постепенно буреет вследствие окисления, протекающего по схеме: 2Mn(OH)₂ + O₂ +2H₂O =2Mn(OH)₄.

Гидроксид марганца (IV) вновь можно использовать для получения хлора при нагревании с концентрированной соляной кислотой:

Mn(OH)₄ +4HCl = MnCl₂ +Cl₂+4H₂O.

Опыт 2. Получение хлора. Демонстрация окраски

Оборудование и реактивы: Пробирка демонстрационная, хлоркальциевая трубка с активированным углем, шпатель, перманганат калия кристаллический, концентрированная соляная кислота.

Ход работы. Хлор получают взаимодействием перманганата калия с соляной кислотой в демонстрационной пробирке. Помещают 0,5 ложечки для сжигания KMnO₄ в пробирку и заливают соль соляной концентрированной кислотой. Быстро закрывают пробирку пробкой с трубкой и активированным углем. Наблюдают на белом фоне зеленоватую окраску хлора.

Техника безопасности: Установку мыть под вытяжкой или на улице, вылив содержимое в кристаллизатор с известковой водой.

Утилизация: см. опыт №1

Примечание. В подобной установке можно демонстрировать окрашенные токсичные продукты реакции, например, окраску оксида азота (IV), а также проводить любые эксперименты с выделением токсичных газов и паров. Следует использовать эту установку и для выполнения лабораторных опытов учащимися с токсичными веществами.

Опыт 3. Получение хлороводорода реакцией обмена и растворение его в воде

Оборудование и реактивы: Пробирки, пробка с газоотводной трубкой, U-образная трубка, пробка со стеклянной трубкой и активированным углем, спиртовка, спички, кристаллический хлорид натрия, вода дистиллированная, раствор серной кислоты (3:2), синяя лакмусовая бумага, штатив с лапками, резиновые прокладки, шпатель, ложечка для сжигания.

Ход работы: Помещают в пробирку-реактор хлорид натрия (2–3 ложечки для сжигания) и смачивают раствором серной кислоты с небольшим количеством ее над солью. Хлороводород при этом не выделяется. Спокойно закрывают пробирку пробкой с газоотводной трубкой, которую соединяют с U-образной трубкой, где налита вода (1/5 ее объема) и находится лакмусовая бумага. Другое колено U-образной трубки закрывают пробкой со стеклянной трубкой и активированным углем. Пробирку-реактор прогревают и сильно нагревают верхнюю часть реакционной смеси. Уровень воды в правом колене вначале несколько повышается, наблюдается пробулькивание пузырьков воздуха. По мере увеличения содержания хлороводорода в газовой смеси пробулькивание газов замедляется, затем может прекратиться совсем даже при нагревании пробирки-реактора. При несильном нагревании можно наблюдать втягивание жидкости из левого колена в правое колено U-образной трубки. Эти явления можно объяснить интенсивным растворением хлороводорода в воде. Лакмусовая бумага краснеет. Реакционную массу нагревают до слабого кипения в течение 1–1,5 мин. За это время в U-образной трубке образуется соляная кислота достаточной концентрации для проведения опытов с цинком, оксидом магния, карбонатом натрия и т.д. Избыток хлороводорода полностью поглощается адсорбентом, воздух в кабинете химии остается чистым. Написать уравнение реакции, объяснить условия течения реакции.

Техника безопасности: 1. При нагревании смеси не держать спиртовку руками под пробиркой-реактором. 2. По окончании получения хлороводорода нагревание прекращают. Пробку с адсорбентом снимают с U-образной трубки и закрывают ею пробирку-реактор для поглощения остаточного хлороводорода. 3. Установку мыть под вытяжкой после полного остывания системы, залив детали прибора известковой водой.

Утилизация: Соляную кислоту слить в склянку и использовать в лаборатории. В реакционной пробирке остается смесь сульфата и хлорида натрия, а также серная кислота. Эту смесь после растворения в воде можно использовать для обнаружения сульфат-ионов, демонстрации кислой среды с разными индикаторами. Смесь можно также использовать для демонстрации свойств серной кислоты: H₂SO₄ + Zn = ZnSO₄ + H_2; H₂SO₄ + MgO = MgSO₄ + H₂O; H₂SO₄ + Cu(OH)₂ = CuSO₄ + 2H₂O

После проведения названных демонстраций, содержимое переносят в емкость-нейтрализатор. Аналогично поступают после проведения качественной реакции на сульфат-ион: H₂SO₄ + BaCI₂ = 2HCI + BaSO₄. Содержащиеся в реакционной смеси другие ионы не мешают проведению указанных процессов.

В случае накопления больших количеств отработанной смеси, ее нейтрализуют известковым молоком и затем известковой водой до нейтральной среды с фенолфталеином. Все сливают в раковину, так как в смеси отсутствуют токсичные вещества.

 

Опыт 4. Взаимодействие хлора с железом и сурьмой

Оборудование и реактивы: Штатив с двумя лапками, резиновые прокладки, две пробирки Вюрца, три пробки, одна из которых с двумя отверстиями, резиновые трубки, хлоркальциевая трубка, стеклянные трубки, спиртовка, спички, перманганат калия, соляная кислота концентрированная, железо восстановленное, порошок сурьмы, сухой речной песок, уголь активированный, шпатель.

Ход работы: Собирают установку согласно рис. 25. В хлоркальциевую трубку помещают активированный уголь. В пробирку (1) насыпают порошок сурьмы, смешанный с сухим чистым песком. Пробирку закрывают пробкой со стеклянной трубкой и соединяют ее с пробиркой Вюрца (2), где будет накапливаться хлор и происходить взаимодействие сурьмы с хлором. Эта пробирка Вюрца закрывается пробкой с двумя отверстиями: одна для отростка хлоркальциевой трубки с активированным углем, другая для соединительной стеклянной трубки. В другой пробирке Вюрца (3) получают хлор из перманганата калия (1–2 ложечки для сжигания) и концентрированной соляной кислоты (1,5–2 мл). Обе пробирки Вюрца соединены резиновыми трубками и стеклянной трубкой, куда помещают порошок железа.

После добавления соляной кислоты к перманганату калия, быстро закрывают пробку. Хлор «омывает железо», реакции с железом без нагревания не происходит, далее хлор поступает в пробирку Вюрца (2) и накапливается там некоторое время. Приподнимают пробирку (1) и ссыпают сурьму в приемник хлора. Наблюдают интенсивное взаимодействие хлора с сурьмой (искры, белый дым). Нагревают железный порошок в стеклянной трубке с хлором, наблюдают образование бурого цвета хлорида железа (III). Написать уравнения реакций взаимодействия сурьмы и железа с хлором.

Техника безопасности: 1. Прибор должен быть герметичным. 2. Стеклянную трубку с железом нагревают осторожно, вначале прогревают ее по всей длине.

Утилизация: Установку разбирают под вытяжкой. Содержимое пробирки со смесью перманганата калия, соляной кислоты и продуктов их взаимодействия переносят в кристаллизатор с известковым молоком. Все другие емкости заполняют также известковым молоком и выливают в емкость-нейтрализатор. Утилизация этой смеси описана в опыте №1.

 

Опыт 5. Вытеснение хлором иода и брома из растворов их солей

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%.

Ход работы: Собирают прибор согласно рис. 26. Установка должна быть герметичной. В пробирку Вюрца (4) помещают одну – две ложечки для сжигания кристаллического KMnO₄и соляную кислоту (конц.), немного превышающую уровень соли. Пробирку быстро закрывают пробкой. Выделяющийся хлор проходит сквозь толщу раствора KI в первой U-образной трубке. Наблюдают появление коричневой окраски и образование темно – фиолетовых кристаллов иода. Далее хлор проходит через раствор KBr во второй U-образной трубке, вытесняет бром из соли. Раствор приобретает красновато-бурый цвет. Излишки хлора поглощаются активированным углем в хлоркальциевой трубке (3). Закончив опыт, установку переносят в вытяжной шкаф или на улицу, заливают слабым щелочным раствором для нейтрализации хлора и кислоты. Затем разбирают и моют детали установки.

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

Утилизация: В первой по ходу хлора U-образной трубке получают иод:

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. Получим 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..Утилизация смеси КMnO₄ и HCI: см. опыт №1.

Опыт 6. Взаимодействие иода с алюминием и цинком.

Оборудование и реактивы: Фарфоровая ступка с пестиком, пипетка медицинская, шпатель, пробирка демонстрационная, порошок цинка и алюминия, пробка с двумя отверстиями, кристаллический иод, вода дистиллированная, стеклянная трубка с активированным углем, штатив с лапкой, резиновые прокладки.

Ход работы: Готовят смесь цинка (1 м.ч.) с иодом (4 м.ч.). В фарфоровой чашке смесь перетирается до порошкообразного состояния и переносится в пробирку-реактор. Пробирка-реактор закрывается пробкой со вставленной в нее пипеткой, в которую набрана вода. В другое отверстие вставлена трубка с адсорбентом. Пипеткой капают несколько капель воды на смесь в пробирке. Идет бурная реакция с выделением теплоты и возгонкой части иода в виде фиолетовых паров. Аналогично проводится опыт взаимодействия иода с алюминиевым порошком. Подсчитайте, согласно уравнения, массы иода и алюминия для проведения реакции. Напишите уравнения взаимодействия иода с цинком и алюминием.

Техника безопасности: Избегайте контакта кожи рук с иодом. Иод брать шпателем. Перемешивание смеси производить в вытяжном шкафу.

Утилизация: Пробирки после опыта залить известковой водой и перенести в емкость-нейтрализатор.