Chemia, 2 rok		Kielce
Nr. Cwiczenia 25	Właściwości chemiczne żelaza, miedzi , srebra i ich wybranych soli.	Ocena:

Wstęp teoretyczny:

Metaliczna miedź charakteryzuje się: gęstością wynoszącą 8,96 g/cm³, temperaturą topnienia 1083°C i czerwono-brązowym zabarwieniem. Zaliczamy ją do metali półszlachetnych więc jest dość odporna chemicznie. Nie ulega działaniu kwasów w warunkach nieutleniających. Na powietrzu ulega powolnej korozji powierzchniowej, pod wpływam wilgoci i dwutlenku węgla, pokrywając się charakterystyczną zieloną powłoką zwaną patyną. W naturze występuje w postaci rud oraz w postaci czystej jako minerał - miedź rodzima, który jest rzadko spotykany.

Żelazo jest metalem o kolorze srebrzystoszarym. Jego gęstość wynosi 7,87 g/cm³, temperatura topnienia: 1534,85°C. Jest ono kowalne i ciągliwe. Występuje w 3 odmianach alotropowych. W zetknięciu z elektrolitami i wilgotnym powietrzem ulega korozji i przemienia się w mieszaninę tlenków, węglanów i innych soli tworząc rdzę. W przyrodzie rzadko spotyka się żelazo rodzime, większość żelaza w skorupie ziemskiej występuje w połączeniu z tlenem, jak minerały tlenku żelaza, takie jak hematyt i magnetyt. Wraz z niklem jest ono głównym składnikiem metalicznego jądra ziemi.

Srebro jest srebrzystobiałym metalem, którego gęstość wynosi 10,49 g/cm³, temperatura wrzenia 961,78°C. Jest bardzo ciągliwym i kowalnym metalem. Ma najwyższą ze wszystkich metali przewodność elektryczną i cieplną. Srebro nie ulega działaniu tlenu atmosferycznego, utlenia je ozon. Jest metalem szlachetnym. Nie działają na nie kwasy nieutleniające.

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z właściwościami chemicznymi związków żelaza, miedzi oraz srebra.

Wykonanie ćwiczeń:

Doświadczenie 1

Działanie kwasów na żelazo

Opis doświadczenia:

Do trzech probówek wrzucić trochę opiłków żelaza. Następnie dodać po kilka cm³ stężonego kwasu siarkowego(VI), azotowego(V) i solnego. Do kolejnych trzech probówek z opiłkami dodajemy rozcieńczone kwasy siarkowy(VI), azotowy(V) i solny.

Obserwacje:

• Kwasy stężone:

H₂SO₄ - Na zimno reakcja nie zachodzi, dopiero po ogrzaniu roztworu w probówce wydziela się gaz i roztwór zmienia barwę na żółtą. Reakcja po ogrzaniu:

2Fe + 6H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O

HNO₃ -Następuje pasywacja Fe, po czym reakcja dalej nie zachodzi:

HCl - Roztwór powoli zmienia barwę na żółtą oraz wydziela się gaz:

Fe + 2 HCI → FeCI₂ + H₂↑

• Kwasy rozcieńczone:

H₂SO₄ - W czasie reakcji wydziela się gaz, ale roztwór nie zmienia barwy:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑

HNO₃ - Następuje delikatna zmiana barwy oraz wydziela się gaz:

Fe + 4 HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2 H₂O

HCl - Gaz wydziela się mało intensywnie:

Fe + 2 HCI → FeCI₂ + H₂↑

Wnioski:

Potencjał normalny półogniwa Fe/Fe²⁺ wynosi - 0,44 V. Dlatego żelazo reaguje z kwasami nie utleniającymi wypierając wodór (stężony i rozcieńczony HCI, rozcieńczony kwas siarkowy(VI))

Doświadczenie 2

Właściwości wodorotlenku żelaza(II)

Opis doświadczenia:

Do dwóch probówek wprowadzić parę kropli soli żelaza(II) a następnie wkroplić zasady sodowej. Jedną pozostawiany na powietrzu, do drugiej dodajemy nieco 3% roztworu H₂O₂

Obserwacje:

W pierwszej i drugiej probówce wytrąca się biały osad.

FeSO₄ + 2 NaOH → Fe(OH)₂ + Na₂SO₄

Osad z pierwszej probówki pozostawiony na powietrzu zielenieje po czym staje się brunatny.

4 Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → 4 Fe(OH)₃

W drugiej probówce po dodaniu roztworu H₂O₂ osad również brunatnieje.

2 Fe(OH)₂ + H₂O₂ → 2 Fe(OH)₃

Doświadczenie 3

Właściwości redukujące soli żelaza(II)

Opis doświadczenia:

Do probówki wymytej mieszaniną chromową wlewamy roztworu soli żelaza(II) zakwaszonej H₂SO₄ i dodajemy do niej trochę roztworu AgNO₃

Drugą probówkę z zakwaszonym roztworem FeSO₄ ogrzewamy w płomieniu palnika i do gorącego roztworu dodajemy wodę bromową

Obserwacje:

W probówce pierwszej wydzielił się osad zredukowanego srebra. W drugiej probówce nastąpiło odbarwcie wody bromowej.

Wnioski:

Kationy Fe(II) wykazują wyraźne właściwości redukujące. Redukują w środowisku kwaśnym nie tylko dichromiany i manganiany(VII), lecz także sole srebra i bromu.

Doświadczenie 4

Reakcja miedzi z chlorkiem żelaza(III)

Opis doświadczenia:

Do probówki wprowadzić parę kropli FeCI₃, zakwasić stęż. HCI w celu zahamowania hydrolizy. Do tego roztworu wrzucić pasek miedzi oczyszczonej uprzednio papierem ściernym.

Obserwacje:

Pasek miedzi całkowicie się rozpuszcza.

W roztworze zaszła reakcja utlenienia i redukcji:

2 FeCI₃ + Cu → 2 FeCI₂ + CuCI₂

Wnioski:

Potencjał normalny półogniwa Fe²⁺/Fe³⁺ wynosi + 0,77 V, natomiast dla Cu/Cu²⁺ tylko + 0,34 V. Stąd jony żelaza(III) pełnią rolę utleniacza, a miedź jest reduktorem, ponieważ ma niższy potencjał normalny.

Doświadczenie 5

Redukcja soli żelaza(III)

Opis doświadczenia:

Przygotować trzy probówki. Do każdej wkroplić roztworu soli żelaza (III) i zakwasić kwasem siarkowym(VI). Następnie dodać: - do pierwszej - KI, - do drugiej - pył Zn - do trzeciej - roztworu SnCI₂, którą należy podgrzać.

Obserwacje:

1. Powstaje brunatne zabarwienie i wydziela się wolny jod.

Fe₂(SO₄)₃ + 2 KI → FeSO₄ + I₂ + K₂SO₄

2. Powstaje szary roztwór i pył ZnO przechodzi do roztworu.

2 FeCI₃ + Zn → 2 FeCI₂ + ZnCI₂

3. Roztwór zmienia barwę z żółtej na pomarańczową.

2 FeCI₃ + SnCI₂ → 2 FeCI₂ + SnCI₄

Doświadczenie 6

Rozkład zasadowego węglanu miedzi(II)

Opis doświadczenia:

Dużą suchą probówkę z zasadowym węglanem miedzi(II), umieścić poziomo w łapie statywu i zamknąć korkiem zaopatrzonym w rurkę odprowadzającą zgiętą pod kątem prostym. Wylot rurki zanurzamy do probówki z wodą wapienną.

Obserwacje:

Pod wpływem wydzielającego się CO₂ woda wapienna mętnieje, a w probówce pozostaje czarny CuO.

[Cu(OH)]₂CO₃ → 2 CuO + H₂O + CO₂↑

CO₂ ↑+ Ca(OH)₂ → H₂O + CaCO₃↓

Doświadczenie 7

Reakcja miedzi z tlenem i jonami węglanowymi

Opis doświadczenia:

Celem ćwiczenia jest otrzymanie patyny na przedmiotach miedzianych. W tym celu do kilku centymetrów wodnego roztworu NaHCO₃ dodajemy 0,5 cm3 H₂O₂ 30% i wrzucamy oczyszczone blaszki miedziane.

Obserwacje:

Przy blaskach miedzi roztwór zabarwia się na bardzo jasny kolor. Po upływie kilku minut powstaje zielona barwa na skutek przebiegających reakcji:

Doświadczenie 8

Działanie kwasu azotowego(V), siarkowego(VI), solnego i octowego na miedź.

Opis doświadczenia:

Do trzech probówek wrzucamy kawałek blaszki miedzianej, a następnie dodajemy niewielką ilość kwasu. Do pierwszej
, drugiej HCl i ostatniej
.

Do czterech kolejnych probówek wrzucić kawałki blaszki, dodać po kilka centymetrów wody destylowanej i niewielka ilość kwasu(
,
,
,HCl)

Obserwacje:

W pierwszej probówce w reakcji z HNO₃ roztwór barwi się na niebiesko i wydziela się brunatny tlenek azotu.. Z pozostałymi kwasami reakcja nie zaszła.

W drugiej probówce zawierająca rozcieńczony kwas
zmieniła swoje zabarwienie po podgrzaniu na niebieski kolor i dało się zauważyć wydzielający się bezbarwny gaz.

Wnioski:

Reakcje zaszyły w probówkach zawierających kwas azotowy:

Z innymi kwasami reakcje nie zaszły jest to związane z potencjałem normalnym półogniwa Cu/Cu²⁺, które wynosi +0,34V. Dlatego miedź nie wypiera wodoru z kwasów. Reaguje tylko z kwasami utleniającymi, albo z innymi kwasami, ale w obecności środków utleniających.

Doświadczenie 9

Działanie kwasu azotowego(V), siarkowego(VI), solnego i octowego na tlenek miedzi(II).

Opis doświadczenia:

Do czterech probówek wlewamy niewielką ilość wody destylowanej i dodajemy po 1cm³ kwasu. Do pierwszej
,do drugiej
,do trzeciej
i do ostatniej HCl. Po czym w każdej umieszczamy szczyptę tlenku miedzi II.

Obserwacje:

Roztwór w pierwszej probówce zabarwił się na kolor jasno niebieski, w drugiej na niebieski w trzeciej na jasno niebieski a w ostatniej na niebiesko-zielony.

Wnioski:

Doświadczenie 10

Barwienie płomienia przez związki miedzi.

Opis doświadczenia:

W tygielku umieszczamy niewielką ilość CuCl₂ w alkoholu etylowym. Tygielek umieszczamy nad palnikiem i zapalamy alkohol etylowy.

Obserwacje:

Płomień barwi się na zielono-niebieska barwę.

Wnioski:

Łatwo lotne sole miedzi II wykorzystuje się między innymi podczas wykrywania chlorowców w związkach organicznych ( na przykład do rozpoznania polichlorku winylu).

Doświadczenie 11

Działanie amoniaku na związki miedzi(II).

Opis doświadczenia:

W czterech probówkach umieszczamy kolejno w pierwszej CuO, w drugiej Cu(OH)₂, w trzeciej
i w ostatniej CuSO₄. Do każdej probówki dodajemy po 1
wody amoniakalnej.

Obserwacje:

W pierwszej probówce roztwór zabarwił się na niebiesko, w drugiej osad się rozpuścił a roztwór zabarwił się na niebieski kolor, w trzeciej przybrał barwę niebieską a w ostatniej ciemnoniebieską.

Wnioski:

Amoniak reaguje ze związkami miedzi tworząc niebieskie rozpuszczalne w wodzie połączenia koordynacyjne, zawierające od jednej do czterech cząsteczek amoniaku. Przy nadmiarze czynnika kompleksującego powstają praktycznie kompleksy teraaminamiedzi (II).

Tworzenie się tych kompleksów można zobrazować jednym równaniem:

Doświadczenie 12

Reakcją jonów miedzi(II) z jodkami.

Opis doświadczenia:

Do probówki zawierającej niewielką ilość
dodajemy KI, wstrząsamy. Po czym dodajemy chloroformu i również wstrząsamy.

Obserwacje:

Po dodaniu KI roztwór barwi się na brunatno, strąca się osad. Po dodaniu chloroformu do probówki w warstwie chloroformowej jod barwi się na różowo-fioletowy kolor i wytraca się biały osad CuI na dnie probówki.

Wnioski: Cu²⁺ +2I^- CuI₂

2CuI₂ 2CuI+I₂

Brunatne zabarwienie probówki spowodowane jest wydzielaniem wolnego jodu oraz wytrącaniem się osadu. Miedź II utlenia jony jodkowe do wolnego jodu i ustala się równowaga. Usuwanie jodu ze środowiska reakcji za pomocą chloroformu przesuwa równowagę w kierunku produktów.

Doświadczenie 13

Właściwości halogenków srebra.

Opis doświadczenia:

Do trzech probówek zawierających AgNO₃ dodajemy do pierwszej roztworu chlorków, do drugiej roztworu bromków i do trzeciej roztworu jodków.

Osad chlorku srebra dzielimy na dwie probówki, jedną z nich pozostawiamy na świetle a druga przykrywamy ciemnym papierem.

Do probówki zawierającej bromek srebra wsypujemy szczawianu żelaza. Zawartość mieszamy.

Do wytrąconych halogenków srebra dodać w nadmiarze roztworu tiosiarczanu sodowego.

Obserwacje:

W pierwszej probówce wytrącił się biały serowaty osad, w drugiej probówce żółty serowaty osad w trzeciej również wytrącił się żółty serowaty osad.

Probówka z osadem chlorku srebra pozostająca na świetle zmienia barwę na ciemnofioletową

W probówce z bromkiem srebra po dodaniu szczawianu żelaza pojawia się osad zawierający metaliczne srebro.

Po dodaniu do probówek halogenków srebra tiosiarczanu sodowego w nadmiarze osady rozpuszczają się.

Wnioski:

Chlorek który pozostał na świetle zmieniła swoja barwę na skutek rozkładu fotochemicznego:

2AgCl→2 Ag + Cl₂

Szczawian żelaza, redukuje bromek srebra do wolnego metalu:

3AgBr + 3 FeC₂O₄ → Fe₂(C₂O₄)₃ +FeBr₃ + 3Ag

Chlorki, bromki i jodek srebra rozpuszczają się w tiosiarczanie tworząc związki kompleksowe.

Doświadczenie 14

Redukcja tlenku srebra (I) nadtlenkiem wodoru.

Opis doświadczenia:

Do probówki dodać
i NaOH. Następnie dodać 3% roztworu nadtlenku wodoru.

Obserwacje:

Po dodaniu NaOH wytrąca się osad tlenku srebra I. Gdy do mieszaniny dodaliśmy H₂O₂ wydzielił się gaz, który zidentyfikowałyśmy za pomocą tlącego się łuczywka, a na dnie probówki powstał czarny osad.

Wnioski:

W wyniku reakcji wymiany wytrąca się tlenek srebra I:

Nadtlenek wodoru zachowuje się jak reduktor, natomiast jon srebra I jest utleniaczem:

1

---