Контрольная работа по "Химии"

      Вопрос 1. Сформулируйте сущность теории электролитической  диссоциации амфотерных гидроксидов  и покажите значение амфотерности в  практике качественного анализа.

     Под электролитической диссоциацией понимается распад молекул электролита в  растворе с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов — катионов и анионов. 

     Амфотерными называются такие гидроксиды, которые  при диссоциации образуют одновременно и катионы водорода Н⁺, и гидроксид-ионы ОН^-. Такими являются Аl(ОН)₃, Zn(ОН)₂, Сr(ОН)₃, Ве(ОН)₂, Gе(ОН)₂, Sn(ОН)₄, Рb(ОН)₂ и др.

     Амфотерные  гидроксиды взаимодействуют как  с растворами кислот, так и с  растворами щелочей:

     

     В настоящее время растворение  амфотерных гидроксидов в щелочных растворах обычно рассматривается  как процесс образования гидроксосолей (гидроксокомплексов). Экспериментально доказано существование гидроксокомплексов многих металлов: [Zn(OH)₄]^2-, [Al(OH)₄(H₂O)₂]^-, [Al(OH)₆]^3- и т.д. Наиболее прочны гидроксокомплексы алюминия, а из них —[Al(OH)₄(H₂O)₂]^-.

     Такой подход не меняет сделанных выводов: у амфотерного гидроксида, например у А1(ОН)₃ и ему подобных, в кислой среде равновесие смещается в сторону образования солей алюминия, в щелочной — в сторону образования гидроксокомплексов. Очевидно, в водном растворе существует равновесие, которое более точно описывается уравнением:

     

     В практике качественного анализа  амфотерность положена в основу кислотно-основной классификации катионов и используется для отделения катионов четвертой  аналитической группы от катионов пятой и шестой аналитических групп катионов.

      При анализе катионов очень большую  роль играет явление амфотерности. Типичными амфотерными гидоксидами  являются Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Sn(OH)₂. Они диссоциируют по типу кислот и по типу оснований. Их диссоциацию можно представить следующими уравнениями:

     2H⁺ + ZnO₂^2- Û Zn(OH)₂ Û Zn²⁺  + 2 OH^-

                                                  цинкат-ион

     H⁺ + CrO₂^-   Û Cr(OH)₃ Û Cr³⁺ + 3 OH^-

                                                 хромит-ион

     H⁺ + AlO₂^-    Û Al(OH)₃ Û Al³⁺ + 3 OH^-

                                             алюминат-ион

      Кислотные и основные свойства амфотерных гидроксидов  определяются константой диссоциации  гидроксидов. Например, константа диссоциации  гидроксида алюминия по типу кислоты К_а= 4×10^-13,  а по типу основания К_в= 8×10^-25. Следовательно, кислотные свойства гидроксида алюминия преобладают над основными. При действии кислот указанные гидроксиды реагируют как основания:

     Zn(OH)₂ +2 H⁺ ÛZn²⁺  +2 H₂O

     Al(OH)₃  +3 H⁺ ÛAl³⁺  + 3 H₂O

      При действии щелочей они реагируют  как кислоты:

     H₂ZnO₂ + 2 OH^- Û  ZnO₂^2-  +  2 H₂O

     HAlO₂   +  OH^-   Û   AlO₂^-  +   H₂O

      При проведении аналитических реакций  необходимо учитывать, что в кислых растворах ионы третьей группы присутствуют в виде катионов Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺, в щелочных растворах – в виде анионов ZnO₂^2-, AlO₂^-, CrO₂^-. Этим пользуются при отделении ионов Zn²⁺, Al³⁺, Cr³⁺ от всех остальных катионов по кислотно-основному методу. При этом на раствор действуют избытком щелочи, которая осаждает все остальные катионы в виде гидроксидов. В растворе остаются только цинкат-, хромат- и алюминат-ионы.

      При проведении анализа всегда необходимо учитывать, что область значений рН при осаждении амфотерных гидроксидов  очень ограничена. Например, практически полное осаждение А1(ОН)₃ достигается при рН=5, а при рН=10 осадок начинает растворяться с образованием AlO₂¯ ионов. Поэтому осаждение гидроксида алюминия необходимо вести при рН от 5 до 10. Для этого применяют реагент, действующий при указанных величинах рН. Таким реактивом является групповой реагент третьей аналитической группы сульфид аммония. В этом случае сульфид-ионы  связывают ионы  Н⁺ и создается нужное значение рН раствора, равное 9,2. Если же имеется раствор, в котором значение рН больше 10, то необходимо понизить концентрацию ОН^—ионов. Для этого в раствор вводят избыток ионов аммония или других слабых оснований. Прибавленный избыток NH₄Cl   образует со щелочью аммонийную буферную смесь (с рН»9) и происходит осаждение   А1(ОН)₃ по реакции:

      AlO₂^- +   2H₂O  Û А1(ОН)₃ +ОН^-

      ОН^-     + NH₄⁺     Û NH₄ОН

      AlO₂^-  + NH₄⁺  +   2H₂O  Û А1(ОН)₃  + NH₄ОН

      В результате реакции связываются  ОН¯ и NH₄⁺ - ионы, в системе нарушается равновесие гидролиза и выпадает осадок А1(ОН)₃.

 
 

      Вопрос 2. Вычислите ионную силу раствора, содержащего в 1 л воды 0,01 М CaCl2 и 0,03 M K2SO4.

      Ионная  сила раствора равна равна полусумме произведений концентрации С каждого иона на квадрат его заряда z:    

      

      Ответ. 0,12

 
 

      Вопрос 3. Вычислите рН буферной смеси, содержащей 0,01М СН3СООН и 0,5М СН3СООNa.

      

      Ответ. 6,43

 
 

      Вопрос 4. Подберите коэффициенты уравнений  реакций, пользуясь методом подсчета электронов:

      а) Сr(NO3)3+NaBiO3+HNO3

      б) As2S5+HNO3 конц

      в) Na2SnO2+Bi(NO3)3+NaOH

      а)

      б)

      в)

 
 

      Вопрос 5. Вычислите концентрацию ионов  , в 1М растворе , если .

      Степень диссоциации 

 

      Ответ.

 
 

      Вопрос 6. В растворе находятся  . Как разделить эти ионы? Составьте схему анализа и напишите последовательно уравнения реакций.

        Качественные реакции на железо (II)

     1. Качественная реакция на ион железа (II) – реакция с красной кровяной солью.

     Добавим красную кровяную соль - гексацианоферрат калия K3[Fe(CN)6]. (Для определения железа (III) используют желтую кровяную соль K4[Fe(CN)6]). В присутствии ионов железа (II) образуется темно-синий осадок. Это - турнбуллева синь - комплексная соль железа KFe[Fe(CN)6]).

     Появление турнбуллевой сини доказывает присутствие  в растворе ионов железа (II).

     2 К3[Fe(CN)6 ] +3 Fe SO4 = KFe[Fe(CN)6])↓ + 3K2SO4

     Турнбуллева синь очень похожа по свойствам на берлинскую лазурь и тоже служила  красителем. Названа по имени одного из основателей шотландской фирмы  по производству красителей «Артур и  Турнбуль».

     2. Качественная реакция на ион железа (II) – реакция со щелочью.

     Реакция со щелочью – еще один способ обнаружения ионов железа (II). Гидроксид  железа (II) Fe(OH)2 - серо-зеленого цвета, гидроксид  железа (III) Fe(OH)3 - бурый. Добавим щелочь (NaOH) в колбу с солью железа - образуется серо-зеленый осадок. Значит, в растворе присутствуют ионы железа (II). Образовавшийся осадок – гидроксид железа (II) Fe(OH)2.

     Fe SO4 +2 NaOH = Fe(OH)2 ↓ + Na2 SO4

 

        Качественные реакции на железо (III)

     Ионы  трехвалентного железа  в растворе можно определить с помощью качественных реакций. Проведем некоторые из них. Возьмем для опыта раствор хлорида трехвалентного железа.

     1. Качественная реакция на ион трехвалентного железа – реакция со щелочью.

     Если  в растворе есть ионы трехвалентного железа, образуется гидроксид трехвалентного железа Fe(OH)₃. Основание нерастворимо в воде и бурого цвета. (Гидроксид двухвалентного железа Fe(OH)₂. – также нерастворим, но серо-зеленого цвета). Бурый осадок указывает на присутствие в исходном растворе ионов трехвалентного железа.

     FeCl₃ + 3 NaOH = Fe(OH)₃ ↓+ 3 NaCl

     2. Качественная реакция на ион трехвалентного железа – реакция с желтой кровяной солью.

     Желтая  кровяная соль – это гексацианоферрат  калия K₄[Fe(CN)₆]. (Для определения двухвалентного железа используют красную кровяную соль K₃[Fe(CN)₆]). К порции раствора хлорида железа  прильем  раствор желтой кровяной соли. Синий осадок берлинской лазури* показывает на присутствие в исходном растворе ионов трехвалентного железа.

     3 К₄[Fe(CN)₆ ]  +4 FeCl₃ = Fe₄ [Fe (CN)₆]₃ ↓ + 12 KCl

     3. Качественная реакция на ион трехвалентного железа – реакция с роданидом калия.

     Вначале разбавляем испытуемый раствор –  иначе не увидим ожидаемой окраски. В присутствии иона трехвалентного железа при добавлении роданида калия образуется вещество красного цвета. Это - роданид железа (Ш). Роданид от греческого "родеос" - красный.

     FeCl₃ + 3 КCNS  = Fe(CNS)₃  + 3 KCl

 

       Качественные реакции на алюминий (III)

     Характерной реакцией на ион алюминия является реакция образования окрашенного соединения с ализарином. Реакцию проводят обычно капельным методом на фильтровальной бумаге.

     На  полоску фильтровальной бумаги нанести  каплю раствора Al₂(SO₄)₃ и обработать парами аммиака над фарфоровой чашкой. Периферию образовавшегося пятна обработать спиртовым раствором ализарина. Наблюдать образование красного пятна «алюминиевого лака».

     1.     Гидроксиды щелочных металлов образуют белый студенистый осадок Al(OH)₃, растворимый в кислотах с образованием соли соответствующей кислоты; он также растворим в растворах щелочей с образованием комплексных ионов [Al(OH)₄]^-:

     Al³⁺ + 3OH^- = Al(OH)₃         Al(OH)₃ + OH^- = [Al(OH)₄]^-

     (Гидроксид  алюминия проявляет амфотерные  свойства)

     В отличие от гидроксида цинка, Al(OH)₃ не растворяется вNH₄OH.

     2.     Прокаливание гидроксида алюминия с солью кобальта дает синее  окрашивание  ("тенарову синь” - Со(AlO₂)₂).

     3.     Оксихинолин дает желтый осадок; Ализарин красный S, Хинализарин или Алюминон - красные осадки.