Лабораторная работа №10, страница 169, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

"Химические свойства свинца, олова и их соединений"

Реактивы: растворы хлоридов (II) и (IV) олова, ацетата или нитрата свинца (II), гидроксид аммония, растворы сульфида, хлорида, фосфата, хромата натрия, гидроксида натрия, таблетки или пластинки Al, Zn, Fe (при выполнении работы можно использовать видео- ресурсы).

Химическая посуда и лабораторное оборудование. Пробирки, штатив для пробирок, стакан, стеклянная палочка.

Правила техники безопасности. Соблюдать правила ТБ при работе с токсичными веществами.

Ход работы

Олово

Опыт № 1. Получение металлического олова

В раствор хлорида олова (II) опустите маленький кусочек металлического цинка. Что наблюдаете? Уравнение реакции напишите в молекулярном и ионном виде. Возможна ли аналогичная реакция, если заменить цинк железом? Ответ обоснуйте.

Опыт № 2. Гидроксиды олова (II) и (IV)

В отдельных пробирках получите гидроксиды олова (II) и (IV) действием гидроксида аммония на растворы хлоридов олова. Убедитесь, проявляют ли гидроксиды олова амфотерные свойства.

Испытайте отношение полученных осадков оловянных кислот к воде, кислотам и щелочам (полученные осадки кислот предварительно нужно промыть водой путем декантации). Проведите соответствующие опыты. Что наблюдаете? Уравнение реакции напишите в молекулярном и ионном виде.

Опыт № 3. Восстановительные свойства иона $Sn^{2+}$

В пробирку внесите раствор хлорида олова (II) и по каплям приливайте к нему хлорную воду. Что наблюдаете? Уравнение реакции напишите в молекулярном и ионном виде.

Свинец

Внимание! Соединения свинца ядовиты, поэтому после проведения опытов с соединениями свинца необходимо тщательно вымыть руки.

Опыт № 1. Получение металлического свинца

В раствор ацетата свинца (ІІ) опустите пластину из Zn или Al. На поверхности пластин появляются кристаллы свинца. Сравните стандартные потенциалы Al, Zn, Pb и объясните результаты опыта. Напишите уравнение реакции. Можно ли получить металлический свинец, действуя на раствор его соли медью?

Опыт № 2. Малорастворимые соли свинца

В отдельных пробирках получите хлорид, фосфат, хромат, сульфид и основной карбонат свинца обменной реакцией между нитратом свинца (II) и другой соответствующей растворимой солью. Что наблюдаете? Отметьте цвета всех осадков.

Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

Опыт № 3. Получение гидроксида $Pb^{2+}$ и изучение его свойств

В двух пробирках получите дигидроксид свинца, добавляя по каплям щелочь к раствору нитрата или ацетата свинца (II). Отметьте цвет и аморфное состояние осадка. Растворите осадок, добавляя в одну пробирку кислоту (используйте таблицу растворимости солей), а в другую — щелочь. Что наблюдаете? Напишите молекулярные и ионные уравнения всех реакций.

Опыт № 1. Получение металлического олова

При опускании металлического цинка в раствор хлорида олова(II) наблюдается покрытие поверхности цинка серым блестящим налетом металлического олова. Цинк, как более активный металл, вытесняет олово из его соли и сам растворяется.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $Zn + SnCl_2 \rightarrow ZnCl_2 + Sn \downarrow$

Полное ионное: $Zn^0 + Sn^{2+} + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + Sn^0 \downarrow$

Сокращенное ионное: $Zn^0 + Sn^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Sn^0 \downarrow$

Замена цинка железом приведет к аналогичной реакции, так как железо также является более активным металлом, чем олово. Это можно подтвердить, сравнив их стандартные электродные потенциалы: $E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0.44 \text{ В}$, а $E^0(Sn^{2+}/Sn) = -0.14 \text{ В}$. Так как потенциал железа более отрицательный, оно способно восстанавливать ионы $Sn^{2+}$ до металлического олова.

Уравнение реакции с железом:

Молекулярное: $Fe + SnCl_2 \rightarrow FeCl_2 + Sn \downarrow$

Сокращенное ионное: $Fe^0 + Sn^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Sn^0 \downarrow$

Ответ: Наблюдается образование металлического олова на поверхности цинка. Замена цинка на железо возможна, так как железо активнее олова.

Опыт № 2. Гидроксиды олова (II) и (IV)

При добавлении гидроксида аммония к растворам хлоридов олова (II) и (IV) образуются белые студенистые осадки соответствующих гидроксидов.

Получение гидроксида олова(II):

Молекулярное: $SnCl_2 + 2NH_3 \cdot H_2o \rightarrow Sn(OH)_2 \downarrow + 2NH_4Cl$

Сокращенное ионное: $Sn^{2+} + 2OH^- \rightarrow Sn(OH)_2 \downarrow$

Получение гидроксида олова(IV) (оловянной кислоты):

Молекулярное: $SnCl_4 + 4NH_3 \cdot H_2o \rightarrow Sn(OH)_4 \downarrow + 4NH_4Cl$

Сокращенное ионное: $Sn^{4+} + 4OH^- \rightarrow Sn(OH)_4 \downarrow$

Полученные осадки нерастворимы в воде. Они растворяются как в кислотах, так и в щелочах, что доказывает их амфотерный характер.

Реакция с кислотой (на примере HCl):

$Sn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow SnCl_2 + 2H_2O$

$Sn(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Sn^{2+} + 2H_2O$

$Sn(OH)_4 + 4HCl \rightarrow SnCl_4 + 4H_2O$

$Sn(OH)_4 + 4H^+ \rightarrow Sn^{4+} + 4H_2O$

Реакция с щелочью (на примере NaOH):

$Sn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Sn(OH)_4]$ (тетрагидроксостаннат(II) натрия)

$Sn(OH)_2 + 2OH^- \rightarrow [Sn(OH)_4]^{2-}$

$Sn(OH)_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Sn(OH)_6]$ (гексагидроксостаннат(IV) натрия)

$Sn(OH)_4 + 2OH^- \rightarrow [Sn(OH)_6]^{2-}$

Ответ: Образуются белые осадки гидроксидов $Sn(OH)_2$ и $Sn(OH)_4$, которые растворяются и в кислотах, и в щелочах, проявляя амфотерные свойства.

Опыт № 3. Восстановительные свойства иона Sn²⁺

При добавлении хлорной воды (раствор $Cl_2$ в воде) к раствору хлорида олова(II) наблюдается обесцвечивание желтовато-зеленой хлорной воды. Это происходит потому, что ион $Sn^{2+}$ окисляется до иона $Sn^{4+}$, проявляя восстановительные свойства, а хлор восстанавливается до хлорид-ионов.

Уравнения реакции:

Молекулярное: $SnCl_2 + Cl_2 \rightarrow SnCl_4$

Полное ионное: $Sn^{2+} + 2Cl^- + Cl_2^0 \rightarrow Sn^{4+} + 4Cl^-$

Сокращенное ионное: $Sn^{2+} + Cl_2 \rightarrow Sn^{4+} + 2Cl^-$

Ответ: Наблюдается обесцвечивание хлорной воды вследствие окисления $Sn^{2+}$ до $Sn^{4+}$.

Опыт № 1. Получение металлического свинца

При опускании пластинки цинка или алюминия в раствор ацетата свинца(II) на ее поверхности образуются сероватые рыхлые кристаллы металлического свинца ("свинцовое дерево").

Объяснение основано на сравнении стандартных электродных потенциалов: $E^0(Al^{3+}/Al) = -1.66 \text{ В}$, $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0.76 \text{ В}$, $E^0(Pb^{2+}/Pb) = -0.13 \text{ В}$. Потенциалы алюминия и цинка значительно более отрицательны, чем у свинца, следовательно, они являются более сильными восстановителями и вытесняют свинец из растворов его солей.

Уравнение реакции с цинком:

$Zn + Pb(CH_3COO)_2 \rightarrow Zn(CH_3COO)_2 + Pb \downarrow$

Уравнение реакции с алюминием:

$2Al + 3Pb(CH_3COO)_2 \rightarrow 2Al(CH_3COO)_3 + 3Pb \downarrow$

Получить металлический свинец, действуя на раствор его соли медью, нельзя. Стандартный электродный потенциал меди $E^0(Cu^{2+}/Cu) = +0.34 \text{ В}$ более положительный, чем у свинца. Это означает, что медь — менее активный металл и не может вытеснить свинец из раствора его соли.

Ответ: Наблюдается образование кристаллов свинца. Реакция идет, так как Al и Zn активнее Pb. Получить свинец с помощью меди нельзя, так как медь менее активна, чем свинец.

Опыт № 2. Малорастворимые соли свинца

При смешивании раствора нитрата свинца(II) с растворами соответствующих солей образуются осадки:

• Хлорид свинца ($PbCl_2$): белый кристаллический осадок.

  Молекулярное: $Pb(NO_3)_2 + 2NaCl \rightarrow PbCl_2 \downarrow + 2NaNO_3$

  Ионное: $Pb^{2+} + 2Cl^- \rightarrow PbCl_2 \downarrow$

• Фосфат свинца ($Pb_3(PO_4)_2$): белый аморфный осадок.

  Молекулярное: $3Pb(NO_3)_2 + 2Na_3PO_4 \rightarrow Pb_3(PO_4)_2 \downarrow + 6NaNO_3$

  Ионное: $3Pb^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Pb_3(PO_4)_2 \downarrow$

• Хромат свинца ($PbCrO_4$): ярко-желтый осадок.

  Молекулярное: $Pb(NO_3)_2 + K_2CrO_4 \rightarrow PbCrO_4 \downarrow + 2KNO_3$

  Ионное: $Pb^{2+} + CrO_4^{2-} \rightarrow PbCrO_4 \downarrow$

• Сульфид свинца ($PbS$): черный осадок.

  Молекулярное: $Pb(NO_3)_2 + Na_2S \rightarrow PbS \downarrow + 2NaNO_3$

  Ионное: $Pb^{2+} + S^{2-} \rightarrow PbS \downarrow$

• Основной карбонат свинца ($(Pb(OH))_2CO_3$): белый осадок.

  Молекулярное (упрощенно для $PbCO_3$): $Pb(NO_3)_2 + Na_2CO_3 \rightarrow PbCO_3 \downarrow + 2NaNO_3$

  Ионное (упрощенно): $Pb^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow PbCO_3 \downarrow$

Ответ: Наблюдается образование осадков разного цвета: $PbCl_2$ - белый, $Pb_3(PO_4)_2$ - белый, $PbCrO_4$ - желтый, $PbS$ - черный, $(Pb(OH))_2CO_3$ - белый.

Опыт № 3. Получение гидроксида Pb²⁺ и изучение его свойств

При добавлении по каплям щелочи (например, $NaOH$) к раствору соли свинца(II) (например, $Pb(NO_3)_2$) образуется белый аморфный осадок гидроксида свинца(II) - $Pb(OH)_2$.

Уравнение получения:

Молекулярное: $Pb(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Pb(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$

Ионное: $Pb^{2+} + 2OH^- \rightarrow Pb(OH)_2 \downarrow$

При добавлении кислоты (например, $HNO_3$) к осадку он растворяется, что свидетельствует об основных свойствах гидроксида.

Реакция с кислотой:

Молекулярное: $Pb(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Pb(NO_3)_2 + 2H_2O$

Ионное: $Pb(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Pb^{2+} + 2H_2O$

При добавлении избытка щелочи к осадку он также растворяется с образованием комплексной соли (тетрагидроксоплюмбата(II) натрия), что свидетельствует о кислотных свойствах гидроксида. Таким образом, $Pb(OH)_2$ является амфотерным гидроксидом.

Реакция с избытком щелочи:

Молекулярное: $Pb(OH)_2 + 2NaOH_{ (изб.)} \rightarrow Na_2[Pb(OH)_4]$

Ионное: $Pb(OH)_2 + 2OH^- \rightarrow [Pb(OH)_4]^{2-}$

Ответ: Образуется белый осадок $Pb(OH)_2$, который растворяется как в кислоте, так и в избытке щелочи, проявляя амфотерные свойства.