Глава IV. Металлы и их соединения. § 34. Железо и его соединения — с. 177
§ 34. Примените свои знания.
4. Составьте уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
а) FeO → Fe → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe₂(SO₄)₃ → FeCl₃
б) Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO → FeSO₄ → FeCl₂
Для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения. В двух уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.
а) FeO → Fe → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe₂(SO₄)₃ → FeCl₃
б) Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO → FeSO₄ → FeCl₂
Для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения. В двух уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.
а)
1) FeO + H₂ = Fe + H₂O (t)
Электронный баланс: Fe⁺² + 2ē → Fe⁰ | 1 — окислитель FeO (за счёт Fe⁺²); H₂⁰ − 2ē → 2H⁺ | 1 — восстановитель H₂.
2) 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ (t)
Электронный баланс: Fe⁰ − 3ē → Fe⁺³ | 2 — восстановитель Fe; Cl₂⁰ + 2ē → 2Cl⁻ | 3 — окислитель Cl₂.
3) FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
Fe³⁺ + 3Cl⁻ + 3Na⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl⁻
Сокращённое: Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓
4) 2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O (t)
5) Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O
Fe₂O₃ + 6H⁺ + 3SO₄²⁻ = 2Fe³⁺ + 3SO₄²⁻ + 3H₂O
Сокращённое: Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O
6) Fe₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ = 2FeCl₃ + 3BaSO₄↓
2Fe³⁺ + 3SO₄²⁻ + 3Ba²⁺ + 6Cl⁻ = 2Fe³⁺ + 6Cl⁻ + 3BaSO₄↓
Сокращённое: Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓
б)
1) Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
Fe + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Fe²⁺ + 2Cl⁻ + H₂↑; сокращённое: Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑
Электронный баланс (для наглядности): Fe⁰ − 2ē → Fe⁺² | 1 — восстановитель Fe; 2H⁺ + 2ē → H₂⁰ | 1 — окислитель HCl (за счёт H⁺).
2) FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl
Fe²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻; сокращённое: Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓
3) Fe(OH)₂ = FeO + H₂O (t, без доступа воздуха)
4) FeO + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂O
FeO + 2H⁺ + SO₄²⁻ = Fe²⁺ + SO₄²⁻ + H₂O; сокращённое: FeO + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂O
5) FeSO₄ + BaCl₂ = FeCl₂ + BaSO₄↓
Fe²⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ = Fe²⁺ + 2Cl⁻ + BaSO₄↓; сокращённое: Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓
Коэффициенты методом электронного баланса расставлены в уравнениях 1 и 2 схемы а).
1) FeO + H₂ = Fe + H₂O (t)
Электронный баланс: Fe⁺² + 2ē → Fe⁰ | 1 — окислитель FeO (за счёт Fe⁺²); H₂⁰ − 2ē → 2H⁺ | 1 — восстановитель H₂.
2) 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃ (t)
Электронный баланс: Fe⁰ − 3ē → Fe⁺³ | 2 — восстановитель Fe; Cl₂⁰ + 2ē → 2Cl⁻ | 3 — окислитель Cl₂.
3) FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
Fe³⁺ + 3Cl⁻ + 3Na⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓ + 3Na⁺ + 3Cl⁻
Сокращённое: Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓
4) 2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O (t)
5) Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O
Fe₂O₃ + 6H⁺ + 3SO₄²⁻ = 2Fe³⁺ + 3SO₄²⁻ + 3H₂O
Сокращённое: Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O
6) Fe₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ = 2FeCl₃ + 3BaSO₄↓
2Fe³⁺ + 3SO₄²⁻ + 3Ba²⁺ + 6Cl⁻ = 2Fe³⁺ + 6Cl⁻ + 3BaSO₄↓
Сокращённое: Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓
б)
1) Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
Fe + 2H⁺ + 2Cl⁻ = Fe²⁺ + 2Cl⁻ + H₂↑; сокращённое: Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑
Электронный баланс (для наглядности): Fe⁰ − 2ē → Fe⁺² | 1 — восстановитель Fe; 2H⁺ + 2ē → H₂⁰ | 1 — окислитель HCl (за счёт H⁺).
2) FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl
Fe²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻; сокращённое: Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓
3) Fe(OH)₂ = FeO + H₂O (t, без доступа воздуха)
4) FeO + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂O
FeO + 2H⁺ + SO₄²⁻ = Fe²⁺ + SO₄²⁻ + H₂O; сокращённое: FeO + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂O
5) FeSO₄ + BaCl₂ = FeCl₂ + BaSO₄↓
Fe²⁺ + SO₄²⁻ + Ba²⁺ + 2Cl⁻ = Fe²⁺ + 2Cl⁻ + BaSO₄↓; сокращённое: Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓
Коэффициенты методом электронного баланса расставлены в уравнениях 1 и 2 схемы а).
§ 34. Примените свои знания.
5. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, соответствующих схемам:
а) Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃
б) Fe + Br₂ → FeBr₃
в) FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O
Укажите окислитель и восстановитель.
а) Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃
б) Fe + Br₂ → FeBr₃
в) FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O
Укажите окислитель и восстановитель.
а) Fe⁺²(OH)₂ + O₂⁰ + H₂O → Fe⁺³(OH)₃
Fe⁺² − 1ē → Fe⁺³ | 4 (окисление)
O₂⁰ + 4ē → 2O⁻² | 1 (восстановление)
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃
Восстановитель — Fe(OH)₂ (Fe⁺²); окислитель — O₂.
б) Fe⁰ + Br₂⁰ → Fe⁺³Br₃⁻¹
Fe⁰ − 3ē → Fe⁺³ | 2 (окисление)
Br₂⁰ + 2ē → 2Br⁻ | 3 (восстановление)
2Fe + 3Br₂ = 2FeBr₃
Восстановитель — Fe; окислитель — Br₂.
в) Fe⁺²SO₄ + KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ → Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Mn⁺²SO₄ + H₂O
2Fe⁺² − 2ē → 2Fe⁺³ | 5 (окисление)
Mn⁺⁷ + 5ē → Mn⁺² | 2 (восстановление)
10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O
Проверка по сере: слева 10 + 8 = 18, справа 15 + 1 + 2 = 18; по кислороду: слева 40 + 8 + 32 = 80, справа 60 + 4 + 8 + 8 = 80.
Восстановитель — FeSO₄ (Fe⁺²); окислитель — KMnO₄ (Mn⁺⁷).
Fe⁺² − 1ē → Fe⁺³ | 4 (окисление)
O₂⁰ + 4ē → 2O⁻² | 1 (восстановление)
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃
Восстановитель — Fe(OH)₂ (Fe⁺²); окислитель — O₂.
б) Fe⁰ + Br₂⁰ → Fe⁺³Br₃⁻¹
Fe⁰ − 3ē → Fe⁺³ | 2 (окисление)
Br₂⁰ + 2ē → 2Br⁻ | 3 (восстановление)
2Fe + 3Br₂ = 2FeBr₃
Восстановитель — Fe; окислитель — Br₂.
в) Fe⁺²SO₄ + KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ → Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Mn⁺²SO₄ + H₂O
2Fe⁺² − 2ē → 2Fe⁺³ | 5 (окисление)
Mn⁺⁷ + 5ē → Mn⁺² | 2 (восстановление)
10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O
Проверка по сере: слева 10 + 8 = 18, справа 15 + 1 + 2 = 18; по кислороду: слева 40 + 8 + 32 = 80, справа 60 + 4 + 8 + 8 = 80.
Восстановитель — FeSO₄ (Fe⁺²); окислитель — KMnO₄ (Mn⁺⁷).
§ 34. Примените свои знания.
6. Напишите по два молекулярных уравнения, соответствующих каждому ионному уравнению:
а) Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓
б) Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 6H₂O
в) 2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂
а) Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓
б) Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 6H₂O
в) 2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂
а) Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓ — взаимодействие растворимой соли железа(II) со щёлочью:
FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl
FeSO₄ + 2KOH = Fe(OH)₂↓ + K₂SO₄
б) Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 6H₂O — оксид железа(III) и сильная кислота, дающая растворимую соль:
Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O
Fe₂O₃ + 6HNO₃ = 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O
в) 2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂ — окисление иодид-ионов катионами железа(III):
2FeCl₃ + 2KI = 2FeCl₂ + I₂ + 2KCl
Fe₂(SO₄)₃ + 2NaI = 2FeSO₄ + I₂ + Na₂SO₄
FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl
FeSO₄ + 2KOH = Fe(OH)₂↓ + K₂SO₄
б) Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 6H₂O — оксид железа(III) и сильная кислота, дающая растворимую соль:
Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O
Fe₂O₃ + 6HNO₃ = 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O
в) 2Fe³⁺ + 2I⁻ = 2Fe²⁺ + I₂ — окисление иодид-ионов катионами железа(III):
2FeCl₃ + 2KI = 2FeCl₂ + I₂ + 2KCl
Fe₂(SO₄)₃ + 2NaI = 2FeSO₄ + I₂ + Na₂SO₄
§ 34. Примените свои знания.
7. Железный купорос FeSO₄·7H₂O широко используют как фунгицид — средство для борьбы с грибковыми заболеваниями растений. Какую массу железного купороса можно получить из 2,8 кг железных опилок и необходимого количества разбавленной серной кислоты?
Дано: m(Fe) = 2,8 кг = 2800 г.
Найти: m(FeSO₄·7H₂O) — ?
Решение:
Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑; из сульфата железа(II) кристаллизуется FeSO₄·7H₂O.
M(Fe) = 56 г/моль; n(Fe) = 2800 г / 56 г/моль = 50 моль.
По уравнению n(FeSO₄·7H₂O) = n(Fe) = 50 моль (из 1 атома Fe получается 1 формульная единица купороса).
M(FeSO₄·7H₂O) = 56 + 32 + 4·16 + 7·18 = 152 + 126 = 278 г/моль.
m(FeSO₄·7H₂O) = 50 моль · 278 г/моль = 13 900 г = 13,9 кг.
Ответ: 13,9 кг железного купороса.
Найти: m(FeSO₄·7H₂O) — ?
Решение:
Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑; из сульфата железа(II) кристаллизуется FeSO₄·7H₂O.
M(Fe) = 56 г/моль; n(Fe) = 2800 г / 56 г/моль = 50 моль.
По уравнению n(FeSO₄·7H₂O) = n(Fe) = 50 моль (из 1 атома Fe получается 1 формульная единица купороса).
M(FeSO₄·7H₂O) = 56 + 32 + 4·16 + 7·18 = 152 + 126 = 278 г/моль.
m(FeSO₄·7H₂O) = 50 моль · 278 г/моль = 13 900 г = 13,9 кг.
Ответ: 13,9 кг железного купороса.
§ 34. Примените свои знания.
8. Один из учащихся написал формулу двойной соли железа и аммония как NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O, а другой — как (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O. Кто из них прав?
Докажите ваше утверждение.
Правы оба, потому что формулы относятся к разным солям: проверим по зарядам (сумма зарядов в формуле равна нулю).
1) NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O: заряд NH₄⁺ равен +1, SO₄²⁻ — два иона, всего −4; значит, заряд железа x: +1 + x − 4 = 0, x = +3. Это двойная соль железа(III) и аммония — железоаммонийные квасцы.
2) (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O: два иона NH₄⁺ дают +2, два SO₄²⁻ дают −4; значит, +2 + x − 4 = 0, x = +2. Это двойная соль железа(II) и аммония — соль Мора.
Вывод: обе формулы составлены верно, но первая — соль железа(III), вторая — соль железа(II); степень окисления железа в них разная. Какая именно соль имелась в виду, зависит от того, какой катион железа взят.
1) NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O: заряд NH₄⁺ равен +1, SO₄²⁻ — два иона, всего −4; значит, заряд железа x: +1 + x − 4 = 0, x = +3. Это двойная соль железа(III) и аммония — железоаммонийные квасцы.
2) (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O: два иона NH₄⁺ дают +2, два SO₄²⁻ дают −4; значит, +2 + x − 4 = 0, x = +2. Это двойная соль железа(II) и аммония — соль Мора.
Вывод: обе формулы составлены верно, но первая — соль железа(III), вторая — соль железа(II); степень окисления железа в них разная. Какая именно соль имелась в виду, зависит от того, какой катион железа взят.
§ 34. Примените свои знания.
9. На трёх карточках опишите свойства различных металлов, не называя эти металлы. Раздайте карточки своим одноклассникам, получите от них три аналогичные карточки с описанием. К следующему уроку постарайтесь определить, описания каких металлов вам достались. Можно ли по полученному вами тексту сделать однозначный вывод?
Образец карточек:
Карточка 1. Серебристо-белый блестящий металл, плавится при 1536 °C, хорошо куётся, намагничивается. Стоит в ряду напряжений левее водорода, вытесняет водород из разбавленных кислот и медь из раствора медного купороса. Образует соли двух типов — со степенями окисления +2 и +3. Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют его. На воздухе во влажной среде покрывается рыхлой бурой ржавчиной. (Железо.)
Карточка 2. Лёгкий серебристый металл, покрытый на воздухе тонкой прочной оксидной плёнкой. Оксид и гидроксид амфотерны: растворяются и в кислотах, и в щелочах. Хорошо проводит ток и тепло, используется для проводов и посуды. (Алюминий.)
Карточка 3. Мягкий красновато-розовый металл, стоит в ряду напряжений правее водорода, с разбавленными кислотами не реагирует. Отличный проводник электричества. Его соли в растворе окрашены в голубой цвет, гидроксид — голубой осадок. (Медь.)
Можно ли сделать однозначный вывод? Если в описании есть характерные, уникальные признаки (цвет, магнитные свойства, амфотерность гидроксида, окраска ионов в растворе, качественные реакции), то металл определить можно. Если в тексте только общие свойства (металлический блеск, электропроводность, пластичность, вытеснение водорода кислотами), однозначно определить металл нельзя — этим обладают многие металлы.
Оговорка: задание творческое, дан образец карточек; описания одноклассников определяются самостоятельно.
Карточка 1. Серебристо-белый блестящий металл, плавится при 1536 °C, хорошо куётся, намагничивается. Стоит в ряду напряжений левее водорода, вытесняет водород из разбавленных кислот и медь из раствора медного купороса. Образует соли двух типов — со степенями окисления +2 и +3. Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют его. На воздухе во влажной среде покрывается рыхлой бурой ржавчиной. (Железо.)
Карточка 2. Лёгкий серебристый металл, покрытый на воздухе тонкой прочной оксидной плёнкой. Оксид и гидроксид амфотерны: растворяются и в кислотах, и в щелочах. Хорошо проводит ток и тепло, используется для проводов и посуды. (Алюминий.)
Карточка 3. Мягкий красновато-розовый металл, стоит в ряду напряжений правее водорода, с разбавленными кислотами не реагирует. Отличный проводник электричества. Его соли в растворе окрашены в голубой цвет, гидроксид — голубой осадок. (Медь.)
Можно ли сделать однозначный вывод? Если в описании есть характерные, уникальные признаки (цвет, магнитные свойства, амфотерность гидроксида, окраска ионов в растворе, качественные реакции), то металл определить можно. Если в тексте только общие свойства (металлический блеск, электропроводность, пластичность, вытеснение водорода кислотами), однозначно определить металл нельзя — этим обладают многие металлы.
Оговорка: задание творческое, дан образец карточек; описания одноклассников определяются самостоятельно.
Практическая работа 7. РЕШЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «МЕТАЛЛЫ»
Опыт 1. Осуществление цепочки превращений. Проведите химические реакции, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: MgO → MgCl₂ → Mg(OH)₂ → MgSO₄ → MgCO₃. Все опыты проводите в одной пробирке, добавляя по каплям следующий реагент до прекращения признаков протекания реакции. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств. Используя предложенные вам реактивы, получите хлорид железа(II). Докажите наличие иона Fe²⁺ в полученном растворе. Используя в качестве окислителя пероксид водорода, получите из хлорида железа(II) хлорид железа(III). Докажите наличие иона Fe³⁺ в полученном растворе. Переведите ион Fe³⁺ в осадок в виде гидроксида железа(III). Напишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 3. Распознавание соединений металлов. В четырёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся кристаллические соли: сульфат магния, сульфат цинка, сульфат натрия, карбонат кальция. С помощью предложенных вам реактивов распознайте каждую соль. Напишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 1. Осуществление цепочки превращений. Проведите химические реакции, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: MgO → MgCl₂ → Mg(OH)₂ → MgSO₄ → MgCO₃. Все опыты проводите в одной пробирке, добавляя по каплям следующий реагент до прекращения признаков протекания реакции. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств. Используя предложенные вам реактивы, получите хлорид железа(II). Докажите наличие иона Fe²⁺ в полученном растворе. Используя в качестве окислителя пероксид водорода, получите из хлорида железа(II) хлорид железа(III). Докажите наличие иона Fe³⁺ в полученном растворе. Переведите ион Fe³⁺ в осадок в виде гидроксида железа(III). Напишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной формах.
Опыт 3. Распознавание соединений металлов. В четырёх пронумерованных пробирках без этикеток находятся кристаллические соли: сульфат магния, сульфат цинка, сульфат натрия, карбонат кальция. С помощью предложенных вам реактивов распознайте каждую соль. Напишите уравнения проведённых реакций в молекулярной и ионной формах.
Оборудование: штатив с пробирками, пипетки, спиртовка (по необходимости). Реактивы: оксид магния, растворы HCl, NaOH, H₂SO₄, Na₂CO₃, железные опилки (гвозди), растворы K₃[Fe(CN)₆], KNCS, H₂O₂, кристаллы солей.
Опыт 1. Осуществление цепочки превращений.
1) В пробирку с небольшим количеством белого порошка MgO по каплям добавляют раствор HCl: порошок растворяется, получается бесцветный раствор.
MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O
MgO + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O
2) К раствору MgCl₂ по каплям добавляют раствор NaOH: выпадает белый студенистый осадок.
MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2NaCl
Mg²⁺ + 2OH⁻ = Mg(OH)₂↓
3) К осадку добавляют раствор H₂SO₄ до растворения: осадок исчезает, образуется бесцветный раствор.
Mg(OH)₂ + H₂SO₄ = MgSO₄ + 2H₂O
Mg(OH)₂ + 2H⁺ = Mg²⁺ + 2H₂O
4) К раствору MgSO₄ добавляют раствор Na₂CO₃: выпадает белый осадок карбоната магния.
MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + Na₂SO₄
Mg²⁺ + CO₃²⁻ = MgCO₃↓
Вывод: превращения MgO → MgCl₂ → Mg(OH)₂ → MgSO₄ → MgCO₃ осуществлены: оксид магния — основный оксид (реагирует с кислотой), гидроксид магния нерастворим и реагирует с кислотой, карбонат магния нерастворим.
Опыт 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств.
1) Получение хлорида железа(II): в пробирку с железными опилками приливают раствор HCl и слегка нагревают; выделяются пузырьки газа, раствор приобретает бледно-зелёную окраску.
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑
2) Доказательство Fe²⁺: к части раствора добавляют красную кровяную соль K₃[Fe(CN)₆] — выпадает тёмно-синий осадок.
3FeCl₂ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓ + 6KCl
3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]³⁻ = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓
(в учебнике записан состав осадка в виде KFe[Fe(CN)₆]; суть реакции — тёмно-синий осадок — одна и та же).
3) Окисление до железа(III): к оставшемуся раствору FeCl₂ добавляют HCl и по каплям раствор H₂O₂; раствор окрашивается в жёлто-бурый цвет.
2FeCl₂ + H₂O₂ + 2HCl = 2FeCl₃ + 2H₂O
2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O
Fe²⁺ − 1ē → Fe³⁺ | 2 (восстановитель); H₂O₂ + 2ē + 2H⁺ → 2H₂O | 1 (окислитель).
4) Доказательство Fe³⁺: к части раствора добавляют раствор роданида калия KNCS — раствор окрашивается в кроваво-красный цвет.
FeCl₃ + 3KNCS = Fe(NCS)₃ + 3KCl
Fe³⁺ + 3NCS⁻ = Fe(NCS)₃
5) Осаждение гидроксида: к оставшемуся раствору FeCl₃ добавляют NaOH — выпадает бурый осадок.
FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓
Вывод: железо вытесняет водород из кислоты; Fe²⁺ — восстановитель и легко окисляется пероксидом водорода до Fe³⁺; катионы Fe²⁺ и Fe³⁺ обнаруживают качественными реакциями (синий осадок с кровяными солями, красное окрашивание с роданидом для Fe³⁺).
Опыт 3. Распознавание соединений металлов.
План:
1) В каждую пробирку (с номерами 1–4) добавляют воды и перемешивают. Три соли растворяются, одна — нет: нерастворимая соль — карбонат кальция. Для подтверждения к осадку приливают HCl — выделяются пузырьки газа:
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑
2) К растворам трёх остальных солей добавляют по каплям NaOH.
В пробирке с ZnSO₄ выпадает белый осадок, который растворяется в избытке щёлочи:
ZnSO₄ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Zn²⁺ + 2OH⁻ = Zn(OH)₂↓
Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄]; Zn(OH)₂ + 2OH⁻ = [Zn(OH)₄]²⁻
В пробирке с MgSO₄ выпадает белый осадок, не растворяющийся в избытке щёлочи:
MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Mg²⁺ + 2OH⁻ = Mg(OH)₂↓
В пробирке с Na₂SO₄ изменений нет — это сульфат натрия (можно подтвердить хлоридом бария: Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl; Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓).
Вывод: четыре соли распознаны по различной растворимости и по разному отношению гидроксидов к избытку щёлочи (амфотерный гидроксид цинка растворяется, основный гидроксид магния — нет).
Общий вывод: в работе осуществлена цепочка превращений магния, получены и обнаружены катионы железа(II) и (III), распознаны соли металлов с помощью качественных реакций.
Оговорка: перечень реактивов в тексте не указан, использован обычный набор школьного кабинета; схема прибора в тексте не приводится, рисунок дан как схема распознавания.
Опыт 1. Осуществление цепочки превращений.
1) В пробирку с небольшим количеством белого порошка MgO по каплям добавляют раствор HCl: порошок растворяется, получается бесцветный раствор.
MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O
MgO + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂O
2) К раствору MgCl₂ по каплям добавляют раствор NaOH: выпадает белый студенистый осадок.
MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2NaCl
Mg²⁺ + 2OH⁻ = Mg(OH)₂↓
3) К осадку добавляют раствор H₂SO₄ до растворения: осадок исчезает, образуется бесцветный раствор.
Mg(OH)₂ + H₂SO₄ = MgSO₄ + 2H₂O
Mg(OH)₂ + 2H⁺ = Mg²⁺ + 2H₂O
4) К раствору MgSO₄ добавляют раствор Na₂CO₃: выпадает белый осадок карбоната магния.
MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + Na₂SO₄
Mg²⁺ + CO₃²⁻ = MgCO₃↓
Вывод: превращения MgO → MgCl₂ → Mg(OH)₂ → MgSO₄ → MgCO₃ осуществлены: оксид магния — основный оксид (реагирует с кислотой), гидроксид магния нерастворим и реагирует с кислотой, карбонат магния нерастворим.
Опыт 2. Получение соединений металлов и изучение их свойств.
1) Получение хлорида железа(II): в пробирку с железными опилками приливают раствор HCl и слегка нагревают; выделяются пузырьки газа, раствор приобретает бледно-зелёную окраску.
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑
2) Доказательство Fe²⁺: к части раствора добавляют красную кровяную соль K₃[Fe(CN)₆] — выпадает тёмно-синий осадок.
3FeCl₂ + 2K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓ + 6KCl
3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]³⁻ = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓
(в учебнике записан состав осадка в виде KFe[Fe(CN)₆]; суть реакции — тёмно-синий осадок — одна и та же).
3) Окисление до железа(III): к оставшемуся раствору FeCl₂ добавляют HCl и по каплям раствор H₂O₂; раствор окрашивается в жёлто-бурый цвет.
2FeCl₂ + H₂O₂ + 2HCl = 2FeCl₃ + 2H₂O
2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O
Fe²⁺ − 1ē → Fe³⁺ | 2 (восстановитель); H₂O₂ + 2ē + 2H⁺ → 2H₂O | 1 (окислитель).
4) Доказательство Fe³⁺: к части раствора добавляют раствор роданида калия KNCS — раствор окрашивается в кроваво-красный цвет.
FeCl₃ + 3KNCS = Fe(NCS)₃ + 3KCl
Fe³⁺ + 3NCS⁻ = Fe(NCS)₃
5) Осаждение гидроксида: к оставшемуся раствору FeCl₃ добавляют NaOH — выпадает бурый осадок.
FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓
Вывод: железо вытесняет водород из кислоты; Fe²⁺ — восстановитель и легко окисляется пероксидом водорода до Fe³⁺; катионы Fe²⁺ и Fe³⁺ обнаруживают качественными реакциями (синий осадок с кровяными солями, красное окрашивание с роданидом для Fe³⁺).
Опыт 3. Распознавание соединений металлов.
План:
1) В каждую пробирку (с номерами 1–4) добавляют воды и перемешивают. Три соли растворяются, одна — нет: нерастворимая соль — карбонат кальция. Для подтверждения к осадку приливают HCl — выделяются пузырьки газа:
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑
2) К растворам трёх остальных солей добавляют по каплям NaOH.
В пробирке с ZnSO₄ выпадает белый осадок, который растворяется в избытке щёлочи:
ZnSO₄ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Zn²⁺ + 2OH⁻ = Zn(OH)₂↓
Zn(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄]; Zn(OH)₂ + 2OH⁻ = [Zn(OH)₄]²⁻
В пробирке с MgSO₄ выпадает белый осадок, не растворяющийся в избытке щёлочи:
MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + Na₂SO₄; Mg²⁺ + 2OH⁻ = Mg(OH)₂↓
В пробирке с Na₂SO₄ изменений нет — это сульфат натрия (можно подтвердить хлоридом бария: Na₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + 2NaCl; Ba²⁺ + SO₄²⁻ = BaSO₄↓).
Вывод: четыре соли распознаны по различной растворимости и по разному отношению гидроксидов к избытку щёлочи (амфотерный гидроксид цинка растворяется, основный гидроксид магния — нет).
Общий вывод: в работе осуществлена цепочка превращений магния, получены и обнаружены катионы железа(II) и (III), распознаны соли металлов с помощью качественных реакций.
Оговорка: перечень реактивов в тексте не указан, использован обычный набор школьного кабинета; схема прибора в тексте не приводится, рисунок дан как схема распознавания.