Качественные реакции на катионы и анионы. Методика изучения азота

Анализ содержания экспериментальной части программы по данной теме свидетельствует, что большинство продуктов реакций являются минеральными удобрениями. Утилизировать отходы можно по следующей схеме: продукты реакции сильно разбавить водой, кислые смеси нейтрализовать известковой водой до слабого окрашивания с фенолфталеином, затем растворы использовать в качестве подкормки комнатных растений или подкормки растений на пришкольном участке. Работы, в которых используют серную кислоту, соединения меди, снабжены указаниями по утилизации продуктов реакции.

Опыт №1 . Получение азота взаимодействием хлорида аммония с нитритом натрия

Оборудование и реактивы: Хлорид аммония, нитрит натрия, водяная баня, плитка, колба Вюрца, капельная воронка, пробирки, кристаллизатор с водой, стеклянные и резиновые газоотводные трубки, шпатель.

Уравнения реакций: NH4Cl + NaNO2 ® NH4NO2 + NaCl,

NH4NO2 ® 2 H2O + N2 – при нагревании

Ход работы: На холоде готовят насыщенный раствор хлорида аммония (на 100 мл воды – 35 г. соли) и нитрита натрия (на 80 мл воды берут 50 г. соли). Колбу с газоотводной трубкой заполняют на 1/3 объема раствором хлорида аммония и закрывают пробкой с капельной воронкой, в которую наливают раствор нитрита натрия. Колбу нагревают на водяной бане и по каплям наливают раствор нитрита натрия к раствору хлорида аммония. Когда воздух из колбы будет вытеснен, азот собирают над водой в газометр, цилиндр или пробирку. Для равномерного выделения газа не стоит перегревать колбу и прибавлять слишком много нитрита натрия, иначе реакция идет очень бурно, происходит энергичное вспенивание. Если реакция будет идти бурно, то колбу опускают в холодную воду. Проверить качественной реакцией, что в пробирку собран азот. Для этого опускают в сосуд с азотом горящую лучинку. Она гаснет. Объясните, как отличить качественной реакцией азот от углекислого газа?

Техника безопасности: Проверить исправность, целостность шнура, вилки, электроплитки

Примечание: Смесь для получения азота можно использовать повторно.

Опыт №2 . Синтез аммиака

Оборудование и реактивы: Штатив с лапкой, пробирка-реактор, пробка, газоотводная трубка, пробирка с водой, насыщенные растворы нитрита натрия и хлорида аммония, цинк гранулированный, серная кислота (1:5), железный порошок, вата, спиртовка, спички, фенолфталеин, стеклянная трубка, пипетка, вода, фарфоровая чашка, шпатель.

Ход работы: В сухую пробирку вставляют резиновый диск, вырезанный из пробки толщиной 0,3 см. Диск срезают на 1/3 его диаметра. На дно пробирки наливают пипеткой серную кислоту (1:5) и кладут несколько гранул цинка. На диск внутри пробирки помещают ватный тампон, смоченный смесью насыщенных растворов нитрита натрия и хлорида аммония. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой. В горизонтальную часть трубки помещают катализатор – порошок восстановленного железа. Конец газоотводной трубки опускают в пробирку с небольшим количеством воды и 3–4 каплями фенолфталеина. Для начала реакции сильно нагревают железный порошок в газоотводной трубке. За это время выделяющийся по реакции цинка с серной кислотой водород вытеснит воздух из системы. Затем умеренно прогревают вату с растворами нитрита натрия и хлорида аммония и вновь прогревают железо. Это повторяется периодически до тех пор, пока вода в приемнике не окрасится в малиновый цвет. Выразить процессы уравнениями реакций.

Техника безопасности: При появлении интенсивной малиновой окраски газоотводную трубку вынимают из воды.

Качественное определение углерода и водорода в органических веществах

Оборудование. Штатив с пробирками, пробки с газоотводными трубками, лабораторный штатив, стеклянная палочка, химические стаканы (2 шт.) емкостью не менее 150 мл, горелка (спиртовка), спички.

Вещества. Парафин, вазелин, хлороформ (или дихлорэтан), сульфат меди (II) безводный, раствор гидроксида кальция, оксид меди (II), спирт и галогенопроизводные органические вещества - склянки № 1 и № 2.

Выполнение работы

1. Зажгите газовую горелку (спиртовку). Подержите 2-3 сек. над пламенем сухой стакан в перевернутом состоянии. Почему запотел стакан?

Смочите (сполосните) стакан раствором гидроксида кальция и снова в таком же состоянии подержите над пламенем. Объясните причину появления белых пятен на стенках стакана.

На основании обнаруженных воды и оксида углерода (IV) сделайте вывод о качественном составе Crоревшего вещества.

2. Зажгите парафиновую свечу и аналогичным путем установите качественный состав парафина. Проведите опыт по обнаружению свободного углерода в пламени свечи.

Составьте уравнение реакции горения парафина свечи, приняв, что в его молекуле содержится 16 атомов углерода.

3. Соберите прибор, как показано на рисунке, и испытайте его на герметичность.

В сухую пробирку поместите 2- 2,5 г оксида меди и немного вазелина, чтобы его хватило только для пропитки подогретого оксида меди (II). Закрепите пробирку в штативе горизонтально и внесите в нее не более 0,5 г сульфата меди (II), разместив около отверстия пробирки. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в пробирку с известковой водой. Нагревайте пламенем горелки (спиртовки) смесь оксида меди (II) с вазелином.

Наблюдайте, какие изменения происходят с известковой водой. По окончании опыта, прежде чем погасить пламя горелки, поднимите вверх лапку штатива с прибором и выньте газоотводную трубку из пробирки. (Почему это надо проделать?)

На основании результатов опыта сделайте вывод о качественном составе вазелина. Составьте уравнение реакции полного окисления оксидом меди предельного углеводорода, в состав которого входит 16 атомов углерода.

Из опыта следует, что в сгоревшем веществе есть углерод и водород.

Приборы и реактивы:

Весы техно-химические и разновес. Мерный цилиндр на 500 мл. Баллон с диоксидом углерода или аппарат Киппа с двумя промывными склянками. Колба вместимостью 250 – 500 мл с пробкой. Термометр. Барометр. Карандаш восковой. Мрамор. Растворы: хлороводородной кислоты (плотность 1,19 г/см 3), серной кислоты (плотность 1,84 г/см 3).

Сухую колбу плотно закрыть пробкой и отметить восковым карандашом уровень, до которого пробка вошла в горло колбы. Взвесить колбу с пробкой на техно-химических весах с точностью до 0,02г (m 1).

Наполнить колбу 10 диоксидом углерода из баллона через редуктор или аппарат Киппа, которым пользуются для получения непрерывного тока газа в химических лабораториях (рис.1). Он состоит из двух частей: нижней, представляющей собой два соединенных между собой резервуара 2 и 3, и верхней – шарообразной воронки 1, удлиненный конец которой доходит почти до дна резервуара 3. В верхней части резервуара 2 имеется тубус 5, который закрыт пробкой с газоотводной трубкой, имеющей кран 6. В нижнем резервуаре 3 также имеется тубус 4, служащий для выливания жидкости из прибора. Чтобы зарядить аппарат, в резервуар 2 насыпают через тубус 5 твердое вещество. Размер кусочков твердого вещества должен быть таким, чтобы вещество не попадало в резервуар 3 через щель. Для надежности в месте перетяжки 7 помещают круглую резиновую прокладку с отверстием по середине для воронки 1 и несколькими небольшими отверстиями для свободного движения жидкости. Затем тубус 5 закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Кран 6 открывают и в прибор через воронку 1 сверху наливают кислоту в том количестве, чтобы твердое вещество в резервуаре 2 было ей покрыто (слишком много жидкости наливать не следует). Начинается реакция между кислотой и твердым веществом, сопровождающаяся выделением газа.

Кран 6 закрывают, и, если прибор герметичен, кислота вытесняется из среднего шара 2 под давлением выделяющегося в процессе реакции газа. Как только вся жидкость будет вытеснена из шара 2 в резервуары 3 и 1, реакция прекращена, и газ перестает выделяться.

Для возобновления выделения газа вновь открывают кран 6, жидкость при этом поднимается в средний резервуар 2, приходит в соприкосновение с твердым вещество, и аппарат начинает работать. По окончании работы кран 6 снова закрывает. Для получения диоксида углерода в резервуар 2 помещают мрамор, а через воронку 1 наливают хлороводородную кислоту. Почему в данном случае нельзя пользоваться серной кислотой? В данной работе необходимо пропустить газ через две промывные склянки (см. рис.1), одна из которых 8 наполнена водой, чтобы очистить газ от примесей хлороводорода, а другая 9 – концентрированной серной кислотой для осушки газа. В качестве промывных склянок удобно также пользоваться склянками Тищенко.

Газ следует пропускать в колбу медленно, чтобы можно было считать пузырьки в промывных склянках. Через 5 – 10 мин, не закрывая кран у аппарата Киппа, медленно вынуть газоотводную трубку из колбы и тотчас закрыть колбу пробкой. Не нагревать колбу руками, для чего при закрывании пробкой держать колбу пальцами за горлышко на весу в вертикальном положении. Зачем необходима эта предосторожность?

Взвесить колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m 2 ).

Произвести контрольный опыт. В ту же колбу дополнительно пропускать газ в течение 5 мин и снова взвесить колбу. Если воздух из колбы был полностью вытеснен диоксидом углерода, то результаты первого и второго взвешивания не должны расходиться более чем на 0,02г.

Измерить рабочий объем колбы V 1 , для чего наполнить колбу дистиллированной водой до черты на шейке колбы и замерить объем воды, вылив ее в мерный цилиндр.

Записать атмосферное давление и температуру, при которых производится опыт.

Данные опыта записать в следующем виде:

Масса колбы с пробиркой и воздухом, m 1 , г.

Масса колбы с пробкой диоксидом углерода, m 2 , г.

Объем газа в колбе, V 1 , мл.

Температура, t , 0 С; абсолютная температура, Т , К.

Атмосферное давление, р.

вариант 1
1. получите, соберите, распознайте водород и проделайте опыты, характеризующие его свойства. составьте уравнения соответствующих реакций.
2. аналогичное задание выполните для ацетилена.
1. в пробирку налили немного соляной кислоты и опустили гранулу цинка. пробирку закрыли пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустили в другую пробирку, перевернутую вверх дном. наблюдаем выделение пузырьков газа водорода. спустя некоторое время вторую пробирку перевернули и поднесли осторожно горящую лучину. водород сгорает, на стенках пробирки конденсируется вода.


2. в пробирку поместили кусочек карбида кальция и добавили воды. пробирку закрыли пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустили в пробирку с бромной водой, и пробирку с перманганатом калия, они обесцветились.
подожгли газ, выделяющийся из трубки, он сгорает слепящим пламенем.


вариант 2
1. получите, соберите, распознайте кислород и проделайте опыты, подтверждающие его химические свойства. запишите уравнения соответствующих реакций.
2. выполните аналогичное задание для этилена.
1. в пробирку насыпали немного перманганата калия, внутрь положили комочек ваты и закрыли ее пробкой с газоотводной трубкой. затем укрепили пробирку на штативе так, чтобы конец трубки доходил до дна стакана, в котором будет собираться кислород. нагрели пробирку, собрали полный стакан кислорода (полноту стакана проверяем по тлеющей лучине, она вспыхивает) и закрыли стакан картоном.


2. в пробирку поместили немного концентрированной серной кислоты


вариант 3
1. получите, соберите, распознайте углекислый газ и проделайте опыты, подтверждающие его химические свойства. запишите уравнения соответствующих реакций.
2. выполните аналогичное задание для метана.
1. взяли кусок угля, раскалили его в пламени горелки и опустили его в сосуд с кислородом, он загорелся желто-синим пламенем.


2. в пробирку, снабженную газоотводной трубкой, поместили смесь, состоящую из одной части безводного ацетата натрия и двух частей гидроксида натрия (безводного). пробирку закрепили на штативе горизонтально и нагрели. выделяющийся газ пропустили в отдельные пробирки с бромом и раствором перманганата калия. растворы не изменяют своей окраски. подожгли газ, выделяющийся из трубки, он горит синим несветящимся пламенем.

Определение молекулярной массы по уравнению Клапейрона-Менделеева.

Для n молей любого газа: pV = nRT или pV= m/M RT,

где R=0,082 л. атм / К. моль =8,31 Дж/моль. К =1,99 кал/моль. К.

Если известны масса, объём, давление и температура газа, то из последнего уравнения может быть определена молярная масса газа по формуле: M = mRT/pV.

Следует учесть, что для получения правильных численных результатов, необходимо пользоваться единицами измерения одной системы единиц, например, СИ.

Работа № 10. Определение относительной молекулярной массы

диоксида углерода .

Выполнение работы. Диоксид углерода может быть получен в аппарате Киппа или взят из баллона, в котором он находится под давлением. В случае использования аппарата Киппа собирают прибор, изображенный на рис. 21.

через редуктор или из аппарата Киппа, которым пользуются для получения непрерывного тока газа в химических лабораториях (рис.12). Наполнение считать законченным, если горящая лучинка, поднесённая к горлышку колбы, снаружи (не внутри!), гаснет. Чтобы зарядить аппарат для получения диоксида углерода, в верхний резервуар насыпают через тубус куски мрамора. Размер кусочков должен быть таким, чтобы они не попадали в нижний резервуар через щель между воронкой и перетяжкой. Для надежности в месте перетяжки помещают круглую резиновую прокладку с отверстием для воронки и несколькими небольшими отверстиями для свободного движения жидкости. Затем тубус закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Кран открывают и в прибор через воронку сверху наливают соляную кислоту (d=1,19г/см 3) в таком количестве, чтобы куски мрамора в резервуаре были ею покрыто. При этом начинается реакция: CaCO 3 +2HCl = CaCl 2 +H 2 O+CO 2 ­. Кран газоотводной трубки закрывают, и если прибор герметичен, кислота вытесняется из среднего шара под давлением выделяющегося в процессе реакции газа. Как только вся жидкость будет вытеснена из среднего шара, реакция прекращается, и газ перестаёт выделяться (почему?).

Для возобновления выделения газа вновь открывают кран газоотводной трубки, раствор при этом поднимается в среднем резервуаре и приходит в соприкосновение с мрамором, и аппарат начинает снова работать. После окончания работы кран газоотводной трубки снова закрывают. В данной работе необходимо пропустить газ через две промывные склянки. В качестве промывных склянок удобно пользоваться склянками Тищенко (см рис.21). В склянке (2) с водой углекислый газ освобождается от примесей хлороводорода, в склянке (3) с концентрированной серной кислотой он высушивается. Для повышения точности определения необходим очищенный и сухой газ. Скорость пропускания газа должна быть такой, чтобы можно было считать пузырьки в склянках. Следует иметь в виду, что при большой скорости газ не успевает очищаться от примесей. Через 15 - 20 минут, не закрывая крана у аппарата Киппа, медленно вынуть газоотводную трубку из колбы и тот час закрыть колбу пробкой. Взвесить колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m 2).

Следует иметь в ввиду, что в сосуде мог остаться воздух и полученный результат взвешивания может не соответствовать заполнению сосуда с чистым диоксидом углерода. Поэтому следует произвести контрольный опыт, для чего в ту же колбу снова пропустить газ в течении 5 минут и снова взвесить колбу. Если результаты первого и второго взвешивания совпадают, то опыт заканчивают, если не совпадают, сосуд снова наполняют газом и взвешивают. Эти операции повторяют до тех пор, пока результаты повторного взвешивания не будут такими же, как предыдущий или расходится не более чем на 0,02 г.

Измерить рабочий объём колбы V 1 , для чего наполнить колбу дистиллированной водой до метки на шейке колбы и замерить объём воды, вылить её в мерный цилиндр.

Записать атмосферное давление по барометру (брать у лаборанта) и температуру в лаборатории, при которых производились опыты (t о С и P).

Расчёты : Вычислить объём газа V 0 при нормальных условиях по уравнению: V o P o /T o = VP/T

Вычислить массу воздуха m 3 или массу водорода m 4 в объёме колбы, учитывая, что при 0 o С и при 101,3 кПа масса 1л воздуха равна 1,293г, а 1л водорода - 0,089г.

Найти массу пустой (без воздуха) колбы с пробкой: m 5 =m 1 -m 3

Найти массу диоксида углерода в объёме колбы: m 6 =m 2 -m 5.

Определить относительную плотность диоксида углерода по воздуху Dвоздух (CO 2) или по водороду D(H 2) (CO 2). Вычислить относительную молекулярную массу диоксида углерода по уравнениям:

M(CO 2)=29 Dвоздух (CO 2). M(CO 2) =2 D(H 2) (CO 2)

M(CO 2)= m 6 . 22,4/V 0 . M(CO 2)= m 6 . T/pV.

Записи удобно располагать в следующем порядке:

1. Масса колбы с пробкой и воздухом. 2. Масса колбы с пробкой и СО 2 . 3. Объем колбы (до метки). 4. Абсолютная температура во время опыта (273+t). 5. Атмосферное давление (барометр - у лаборанта). 6. Объем воздуха, приведенный к нормальным условиям. 7. Масса воздуха в объеме колбы. 8. Масса СО 2 в объеме колбы. 9. Плотность СО 2 по воздуху. 10. Молярная масса (относительная молекулярная масса) СО 2 . Определить абсолютную и относительную погрешности опыта.

Cтраница 1

Газоотводная стеклянная трубка с помощью резиновой трубки с винтовым зажимом соединяется со стеклянным тройником, наиболее длинный конец которого согнут под прямым углом и вставлен в пробку, закрывающую верхнее отверстие-горло газометра, представляющего собой склянку на 3 - 4 л с тубусом. Третий конец тройника соединен с одним концом U-образной трубки, наполовину заполненной подкрашенной водой и служащей в качестве манометра. Сзади трубки укрепляется миллиметровая бумага для наблюдения и отсчета разности положения мениска воды в обоих коленах трубки.  

Через некоторое время после начала нагревания реторты периодически подносят пламя к выходному отверстию газоотводной стеклянной трубки и пробуют зажечь газ. Как только он загорится, нагревание реторты регулируют таким образом, чтобы высота пламени горящего газа была не менее 1 и не более 1 5 см. К концу опыта пламя становится все меньше и меньше, несмотря на усиление нагревания, и, наконец, гаснет. После этого нагрев реторты продолжают еще в течение получаса, после чего опыт считается за-кон четным; общая его продолжительность - от 4 до 6 час. Во избежание растрескивания реторты нагрев ее уменьшают постепенно, вновь переводя пламя на коптящее и понемногу уменьшая его. Затем отнимают приемную колбу, снимают пробку с горла реторты, и осторожно нагревая последнее, дают стечь в приемную колбу остаткам застывшей в горле смолы.  

Бунзена для закрепления ее; 3 - пробка резиновая с отвер стием; 4 - Г - образная газоотводная стеклянная трубка; 5 - пробирка с известковой водой для обнаружения выходящего углекислого газа; 6 - горелка.  

Хлорная вода получается пропусканием хлора через воду. Газоотводную стеклянную трубку опускают до дна пробирки или стакана с водой и пробулькивают некоторое время хлор через воду.  

Определение выходов продуктов полукоксования в алюминиевой реторте иногда производят и без сбора газа. В этом случае газоотводная стеклянная трубка, выводящая газ из приемной колбы, не соединяется с тройником и через него с газометром, а служит для выпуска газа, для чего конец ее оттягивается. Выходящий газ зажигается, как это описано выше, в первом методе.  

Пробирка с пробкой, снабженной газоотводной стеклянной трубкой (рис. 41), прибор для получения сернистого газа (рис. 42), стакан емкостью 100 мл, колбочка емкостью 50 мл, фарфоровая - крышка, ложечка или шпатель.  

В колбу, укрепленную на штативе, налить до половины 3 % - ный раствор пероксида водорода. К боковой трубке колбы присоединить газоотводную стеклянную трубку, опущенную в кристаллизатор с водой, куда помещен наполненный водой и опрокинутый небольшой цилиндр.  

Верхний открытый конец левой бюретки с помощью газоотводной стеклянной трубки и двух пробок соединяют с пробиркой. Чтобы испытать прибор на герметичность, соединяют верхний конец левой бюретки с пробиркой, опускают правую бюретку на 15 - 20 см, закрепляют ее в держателе штатива и наблюдают 3 - 5 мин за положением в ней уровня воды. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке за это время не изменяется.  

Трубку, горизонтально положенную в печь, с обоих концов плотно закрывают корковыми пробками, через которые проходят стеклянные трубки. Одну из них соединяют резиновой трубкой с колбой-парообразователем, к другой присоединяют газоотводную стеклянную трубку, опущенную в кристаллизатор с водой. В последний помещают также стеклянный цилиндр, наполненный водой, опрокинутый вверх дном и укрепленный в лапке штатива.  

Последнее весьма важно, так как пробка, закрывающая колбу, должна быть достаточно широкой, чтобы в ней можно было просверлить два отверстия: одно для отводной трубки реторты, другое для стеклянной трубки, отводящей неконденсирующиеся в колбе газы. Отводная трубка реторты должна входить в приемную колбу возможно глубже (не касаясь, однако, конденсата), чтобы пары не уходили в газоотводную стеклянную трубку, не успев охладиться и сконденсироваться в колбе.  

Страницы:      1