Cel i zakres ćwiczeń

Celem ćwiczenia jest poznanie różnych typów reakcji chemicznych i umiejętności ich zapisania. Na tym ćwiczeniu badałem amfoteryczne właściwości wodorotlenków, sprawdzałem wpływ iloczynu rozpuszczalności na kolejność strącania się osadów i wpływ środowiska na przebieg reakcji redoks, także badałem właściwości związków redoks na pośrednich stopniach utleniania. Przeprowadzając wyżej wymienione doświadczenia obserwowałem zachodzące zmiany i wyciągałem odpowiednie wnioski.

Opis stanowiska badawczego: szkło i odczynniki

Stanowisko badawcze składało się z probówek i z tryskawki zawierającej wodę destylowaną i roztwory potrzebne do przeprowadzenia odpowiednich doświadczeń, takie jak: Pb(NO₃)₂ , Al₂(SO₄)₃ , Zn SO₄ , Cr₂(SO₄)₃ , NaOH , HCl, HNO₃ , ZnCl₂ , MnCl₂ , (NH₄)₂S , Na₂SO₃ , H₂SO₄ , KMnO₄ , NaNO₂ , KI.

Doświadczenie 1.1 Badanie amfoterycznych właściwości wodorotlenków

Przebieg realizacji eksperymentu

Do każdej probówki dodałem tyle roztworu NaOH, aby wytrącić osady wodorotlenków metali.

Otrzymane osady podzieliłem na dwie części i do jednej części dodałem kwas solny (HCl), a do drugiej zasadę sodowa (NaOH).

1. Pb(NO₃)₂ - azotan V ołowiu II

Pb(NO₃)₂ + 2NaOH 2 Na NO₃ + Pb(OH)₂

Pb(OH)₂ + 2HCl PbCl₂ + 2H₂O

Pb(OH)₂ + 2NaOH Na₂PbO₂ + 2H₂O

H₂PbO₂ - kwas ołowiowy II Na₂PbO₂ - ołowian II sodu

b) Al₂(SO₄)₃ - siarczan VI glinu III

Al₂(SO₄)₃ + 6 NaOH 3 Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃

Al(OH)₃ + 3HCl AlCl₃ + 3H₂O

Al(OH)₃ + 3NaOH Na₃AlO₃ + 3H₂O

H₃AlO₃ - kwas glinowy III Na₃AlO₃ - glinian III sodu

c) Zn SO₄ - siarczan VI cynku II

Zn SO₄ + 2 NaOH Na ₂SO₄ + Zn(OH)₂

Zn(OH)₂ + 2HCl ZnCl₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + 2NaOH Na₂ZnO₂ + 2H₂O

H₂ZnO₂ - kwas cynkowy II Na₂ZnO₂ - cynkan II sodu

4. Cr₂(SO₄)₃ - siarczan VI chromu III

Cr₂(SO₄)₃ + 6 NaOH 3 Na₂SO₄ + 2Cr(OH)₃

Cr(OH) ₃ + 3HCl CrCl₃ + 3H₂O

Cr(OH)₃ + 3NaOH Na₃CrO₃ + 3H₂O

H₃CrO₃ - kwas chromowy III Na₃CrO₃ - chromian III sodu

Powstałe wcześniej osady to wodorotlenki amfoteryczne. Wodorotlenki te reagują z kwasami i zasadami.

W reakcjach z kwasami zachowują się jak zasady, a z zasadami jak kwasy.

Zestawienie i analiza wyników

Do roztworów: Pb(NO₃)₂ , Al₂(SO₄)₃ , Zn SO₄ , Cr₂(SO₄)₃ dodałem roztwór NaOH, który wytrącił następujące osady:

1. Pb(OH)₂ - wodorotlenek ołowiu (biały osad),

2. Al(OH)₃ - wodorotlenek glinu (biały osad),

3. Zn(OH)₂ - wodorotlenek cynku (biały osad),

4. Cr(OH) ₃ - wodorotlenek chromu (zielony osad).

Następnie sprawdziłem rozpuszczalność otrzymanych wodorotlenków. Do każdej probówki z otrzymanym osadem dodałem kwas solny HCl oraz zasadę sodową NaOH. Osad rozpuścił się w każdej z probówce.

Wnioski

Po przeprowadzeniu powyższych reakcji chemicznych mogę stwierdzić, że otrzymane wodorotlenki Pb(OH)₂ , Al(OH)₃ , Zn(OH)₂ , Cr(OH) ₃ mają właściwości amfoteryczne. Wodorotlenki te w stosunku do mocnych kwasów np. HCl zachowują się jak słabe zasady tworząc prostą sól i wodę (charakter zasadowy). A z kolei w stosunku do mocnych zasad

np. NaOH zachowują się jak słabe kwasy tworząc złożoną sól i wodę (charakter kwasowy).

Doświadczenie 1.3 Wpływ iloczynu rozpuszczalności na kolejność strącania osadów

Do Trzech probówek wlałem

a) ZnCl₂,

b) MnCl₂,

c) mieszaninę obu tych związków.

Następnie do każdej z nich dodałem (NH₄)₂S.

a)ZnCl₂ - chlorek cynku II

ZnCl₂ + (NH₄)₂S
ZnS
+ 2NH₄Cl

b)MnCl₂ - chlorek manganu II

MnCl₂ + (NH₄)₂S
MnS
+ 2NH₄Cl

c)mieszanina obu związków ZnCl₂ i MnCl₂

ZnCl₂ + MnCl₂ + 2(NH₄)₂S
ZnS
+ MnS
+ 4 NH₄Cl

Zestawienie i analiza wyników badań

Do każdego roztworu dodałem siarczku amonu (NH₄)₂S, w wyniku czego:

1. w przypadku ZnCl₂ - wytrącił się biały osad siarczku cynku ZnS,

2. w przypadku MnCl₂ - wytrącił się cielisty osad siarczku manganu MnS,

3. w przypadku mieszaniny obu związków ZnCl₂ i MnCl₂ - najpierw wytrącił się biały osad siarczku cynku, a potem cielisty osad siarczku manganu.

Wnioski

Kolejność wytrącania się osadów związana jest z iloczynem rozpuszczalności. Związek mający mniejszy iloczyn rozpuszczalności jako pierwszy wytrąca osad aniżeli związek o większym iloczynie rozpuszczalności. Tak więc iloczyn rozpuszczalności siarczku cynku I_r ZnS = 1,2 * 10 ^-23 jest mniejszy od iloczynu rozpuszczalności siarczku manganu I_r MnS = 2,4 * 10 ^-15.

Doświadczenie 1.4 Wpływ środowiska na przebieg reakcji redoks

Przebieg realizacji eksperymentu

Do każdej z trzech probówek dodałem po 1 cm³ Na₂SO₃ a następnie do każdej z nich

a) roztworu H₂SO₄

b) roztworu NaOH

c) wody destylowanej

Na tak przygotowane roztwory podziałałem KMnO₄

a) roztworu H₂SO₄

5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ + 2KMnO₄
2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

5 SO₃ ^2- + 2 MnO₄ ^- + 6 H ⁺ 2 Mn ²⁺ + 5 SO₄^2- + 3 H₂O

Reduktor S ⁺⁴ - 2e
S⁺⁶ / * 5 reakcja utleniania

Utleniacz Mn ⁺⁷ + 5e
Mn ²⁺ / * 2 reakcja redukcji

b) roztworu NaOH

Na₂SO₃ + 2NaOH + 2KMnO₄
K₂SO₄ +2NaMnO₄ + H₂O

SO₃ ^2- + 2 MnO₄ ^- + 2 OH ^-
2 MnO₄^2- + SO₄^2- + H₂O

Reduktor S ⁺⁴ - 2e
S⁺⁶ / * 1 reakcja utleniania

Utleniacz Mn ⁺⁷ + 1e
Mn ⁺⁶ / * 2 reakcja redukcji

c) wody destylowanej

3Na₂SO₃ + H₂O + 2KMnO₄
2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

3 SO₃ ^2- + 2 MnO₄ ^- + H₂O
2 MnO₂ + 3 SO₄^2- + 2 OH ^-

Reduktor S ⁺⁴ - 2e
S⁺⁶ / * 3 reakcja utleniania

Utleniacz Mn ⁺⁷ + 3e
Mn ⁺⁴ / * 2 reakcja redukcji

Zestawienie i analiza wyników badań

Do trzech probówek wlałem roztwór siarczanu IV sodu. Następnie, do każdej probówki dodawałem roztwór H₂SO₄ , roztwór NaOH oraz wodę destylowaną H₂O. Do otrzymanych roztworów dodałem fioletowy roztwór nadmanganianu potasu KMnO₄, w wyniku czego:

1. w pierwszej probówce KMnO₄ odbarwił się,

2. w drugiej - zabarwił się na zielono, a po upływie czasu przyjął zabarwienie żółte,

3. w trzeciej - zabarwił się na brunatno (brązowo).

Wnioski

Przyczyną powstania innych produktów reakcji pomimo użycia jednakowych odczynników jest środowisko, w jakim te reakcje zachodzą:

1. w środowisku kwaśnym - KMnO₄ odbarwił się, obniżył swój stopień utlenienia z +7 na +2 ,

2. w środowisku zasadowym - KMnO₄ przyjmuje zabarwienie zielone, potem żółte, obniża swój stopień utlenienia z +7 na +6 ,

3. w środowisku obojętnym - KMnO₄ przyjmuje zabarwienie brunatne, obniża swój stopień utlenienia z +7 na +4 .

Doświadczenie 1.6 Właściwości związków redoks na pośrednich stopniach utlenienia

Przebieg realizacji eksperymentu

Do dwóch probówek wlałem NaNO₂ i roztwór H₂SO₄ w celu zakwaszenia środowiska. Następnie do pierwszej dodałem KMnO₄, a do drugiej probówki wlałem KI.

a) 5NaNO₂ + 3H₂SO₄ + 2KMnO₄
2MnSO₄ + 5NaNO₃ +K₂SO₄ + 3H₂O

5 NO₂ ^- + 2 MnO₄ ^- + 6 H ⁺
2 Mn ²⁺ + 5 NO₃^- + 3 H₂O

Reduktor N ⁺³ - 2e
N⁺⁵ / * 5 reakcja utleniania

Utleniacz Mn ⁺⁷ + 5e
Mn ²⁺ / * 2 reakcja redukcji

b) 2MnNO₂ + 2H₂SO₄ + 2KI
I₂ + Na₂SO₄ +2NO +2H₂O + K₂SO₄

2 NO₂ ^- + 2 I ^- + 4 H ⁺
I ₂ + 2 NO + 2 H₂O

Utleniacz N ⁺³ + 1e
N⁺² / * 2 reakcja redukcji

Reduktor 2 I ^- - 2e
I ₂ / * 2 reakcja utleniania

Zestawienie i analiza wyników badań

Do roztworu azotanu III sodu dodałem kwas siarkowy VI w celu zakwaszenia. Powstał gaz. Następnie do jednej probówki dodałem fioletowy roztwór nadmanganianu potasu KMnO₄, który z kolei odbarwił się. Do drugiej probówki dodałem przezroczysty roztwór jodku potasu KI, w wyniku czego wytrącił się brunatny osad.

Wnioski

W reakcji NaNO₂ z KMnO₄ pierwiastek N spełnia rolę utleniacza, zaś w reakcji NaNO₂ i KI - spełnia rolę reduktor.

4

---