Получение оксида магния высокотемпературным окислением
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.
КЛАССЫ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Цель работы
Ознакомление с важнейшими классами неорганических соединений: оксидами, основаниями, кислотами и солями; способами их получения и свойствами.
Краткие теоретические сведения
Известно около 300 тысяч неорганических соединений; их можно разделить на четыре важнейших класса – оксиды, основания, кислоты и соли.
Оксиды – продукты соединения элементов с кислородом. Различают солеобразующие и несолеобразующие оксиды, а также пероксиды, которые по свойствам относятся к солям пероксида водорода H 2O 2. Пероксиды образуют щелочные металлы Li, Na, K, Rb, Cs и щелочноземельные металлы Ca,
Sr, Ba. В пероксидах атомы кислорода связаны между собой ковалентной связью (например, K 2O 2: K–O–O–K) и легко разлагаются с отщеплением атомарного кислорода, поэтому они являются сильными окислителями. Несолеобразующих оксидов немного (например, CO, NO, N2O), они не образуют солей ни с кислотами, ни с основаниями. Солеобразующие оксиды подразделяют на основные, кислотные и амфотерные.
Основные оксиды образуют металлы с низшими степенями окисления +1, +2, их гидратами являются основания. Основания щелочноземельных
металлов (Ca, Sr, Ba) также образуются при растворении в воде соответствующих оксидов, но их растворимость меньше, к щелочам приближается только гидроксид бария Ba(OH) 2. Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами и кислотами, образуя соли:
|
|
|
CaO + CO 2 = CaCO3 CuO + 2HCl = CuCl2 + H 2O
Неметаллы (B, C, N, P, S, Cl и др.), а также металлы, расположенные в побочных подгруппах больших периодов в высших степенях окисления +5,
+6, +7 (V, Cr, Mn и др.), образуют кислотные оксиды, взаимодействие которых с основными оксидами и основаниями приводит к солям:
SO2 + Na 2O = Na 2SO3
N 2O5 + 2NaOH = 2NaNO3 + H 2O
Металлы главных и побочных подгрупп средних степеней окисления +3, +4 (Cr, Mn, Sn и др.), иногда +2 (Sn, Pb) образуют амфотерные оксиды.
Их гидраты проявляют как основные, так и кислотные свойства, реагируя как с кислотами, так и с основаниями.
Оксиды можно получить реакцией соединения элемента с кислородом:
2Mg + O2 = 2MgO 4P + 5O2 = 2P 2O5
или реакцией разложения сложного вещества:
CaCO3 = CaO + CO2 2Zn(NO3)2 = 2ZnO + 4NO2 + O2
Продукты взаимодействия оксидов с водой называют гидроксидами или гидроокисями. Их состав выражают общей формулой Э(ОН)n, где Э – атом элемента, n – индекс соответсвующий степени окисления Э. В зависимости от природы атома элемента Э гидроксиды диссоциируют по связи Э– ОН и по связи ЭО–Н с образованием основных (основания), кислотных (кислоты) и амфотерных гидроксидов (амфолиты).
Основания при диссоциации в растворе в качестве анионов образуют только гидроксид ионы:
|
|
|
NaOH → Na+ + OH⎯
Кислотность основания определяется числом ионов OH⎯. Многокислотные основания диссоциируют ступенчато:
Ca(OH)2 = (CaOH)+ + OH⎯ (CaOH)+ = Ca2+ + OH⎯
Водные растворы хорошо растворимых оснований называют щелочами. Щелочи получают растворением оксидов в воде:
Na2O + H2O = 2NaOH
Индикаторы в щелочных растворах меняют окраску: так фиолетовый лакмус приобретает синий цвет, бесцветный фенолфталеин становится малиновым, метиловый оранжевый – желтым.
Основания реагируют с кислотами, образуя соль и воду:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
Если основание и кислота взаимодействуют в эквивалентных отношениях, то среда становится нейтральной. Такая реакция называется реакцией нейтрализации.
Многие нерастворимые в воде основания при нагревании разлагаются:
Cu(OH)2 ⎯⎯t→ CuO + H2O
Нерастворимые в воде основания обычно получают действием щелочей на растворимые соли металлов:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4
Кислоты, согласно теории электролитической диссоциации, в качестве катиона образуют только катионы водорода Н+
HCl = H+ + Cl−
Различают кислоты бескислородные (HCl, HI, H2S, HCN и др.) и кислородсодержащие (HNO3, H2SO4, H2SO3, H3PO4 и др.).
Основность кислоты определяется числом катионов водорода, образующихся при диссоциации. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:
|
|
|
H2SO4 = H+ + HSO4 −
HSO4- = H+ + SO 4 2−
В растворах кислот лакмус становится красным, метиловый оранжевый – розовым, фенолфталеин остается бесцветным.
Кислоты получают растворением кислотных оксидов в воде:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
или по реакции обмена соли с кислотой:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4
Амфолиты представляют собой гидроксиды, проявляющие в реакциях как основные, так и кислотные свойства. К ним относятся Be(OH)2, Al(OH)3,
Zn(OH)2, Cr(OH)3 и др.
Амфотерные гидроксиды реагируют с основаниями как кислоты, с кислотами – как основания:
Сr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O Сr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]
Соли при диссоциации образуют катионы металлов(или ион аммония NH4+ )
и анионы кислотных остатков:
Na2SO4 = 2Na+ + SO4-2
Различают средние, кислые и основные соли. Существуют также двойные соли, образованные разными металлами и одним кислотным остатком KAl(SO4)2, и смешанные, образованные одним металлом и разными кислотными остатками CaClOCl.
Средние соли можно рассматривать как продукты полного замещения атомов водорода в кислоте атомами металла или гидроксогрупп основания
кислотными остатками: NaCl, K2SO4, AlPO4. Средние соли диссоциируют на катионы металла и анионы кислотных остатков:
|
|
|
AlPO4 = Al3+ + PO43−
Кислые соли (гидросоли) являются продуктами неполного замещения атомов водорода многоосновных кислот атомами металла: NaHSO4,
Al(H2PO4)3, KHCO3.
Диссоциация кислой соли выражается уравнением
Al(H2PO4)3 = Al3+ + 3(H2PO4)−
Анион (H2PO4)− дальнейшей диссоциации подвергается в незначительной степени.
Основные соли (гидроксосоли) являются продуктами неполного замещения гидроксогрупп многокислотного основания на кислотные остатки:
Вопросы для подготовки к лабораторной работе
1. Какие бинарные соединения называются оксидами? Какими способами можно получить оксиды? Приведите примеры реакций.
2. Какие вещества называются кислотами? Приведите примеры реакций получения кислот.
3. Чем определяется основность кислот? Приведите примеры кислот различной основности.
4. Какие вещества называются основаниями? Приведите примеры реакций получения оснований.
5. Чем определяется кислотность оснований? Приведите примеры оснований различной кислотности.
6. Какие химические соединения относятся к классу солей? Приведите примеры солей различных типов и способов их получения.
Экспериментальная часть
О п ы т 1
Получение оксида магния высокотемпературным окислением
Стружку сплава магния возьмите тигельными щипцами и внесите в пламя спиртовки. Опыт проводите над асбестовой сеткой или фарфоровой чашкой. Магний горит ярким белым пламенем, покрываясь белым налетом оксида магния. Напишите уравнения реакции образования оксида магния.
Осторожно опустите стружку с образовавшимся оксидом в пробирку с дистиллированной водой, добавьте 2-3 капли фенолфталеина, который является индикатором на наличие ионов OH⎯, определяющих щелочную среду, отметьте окраску раствора. Напишите уравнение реакции образования гидроксида магния.
О п ы т 2
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1113; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!