Углерод, кремний

Лабораторная работа №6

Цель работы: изучение химических свойств углерода и кремния, в том числе: свойства их производных, солей и полимерных соединений.

Опыт 1: Активированный уголь.

В стакан поместили несколько кусочков древесного угля и залили водой. Нагревали до тех пор, пока уголь не утонул. Затем его высушили на фильтровальной бумаге и поместили в фарфоровый тигель. Закрыли крышкой и прокаливали в течении нескольких минут при 500°С. Затем охладили в эксикаторе, поместили уголь в пробирку, залили слабым раствором фуксина и взболтали. Раствор обесцветился. Это обусловлено тем, что древесный уголь стал активированным и добавленный фуксин адсорбировался на развитой внутренней поверхности пор угля.

Вывод. Экспериментально получили активированный уголь и на опыт проверили что он является хорошим адсорбентом.

Опыт 2: Оксид углерода (II).

Оксид углерода (II) получили нагреванием в пробирке с газоотводной трубкой щавелевой кислоты с концентрированной серной кислотой. Пропустили через аммиачный раствор нитрата серебра, светло-розовый сернокислый раствор перманганата калия и светло-оранжевый сернокислый раствор дихромата калия. В первом случае выпал черный осадок, во втором – раствор обесцветился, в третьем – окраска раствора изменилась на зелёную.

+ 4

Вывод. Получили монооксид углерода и рассмотрели его восстановительные свойства.

Опыт 3: Углекислый газ, угольная кислота и ее соли.

а) Универсальным индикатором измерили рН дистиллированной воды. рН = 6.Это обусловлено тем, что в ней растворен углекислый газ.

б) Из аппарата Киппа очищенным и осушенным углекислым газом (очистить можно пропусканием углекислого газа через дистиллированную воду, а осушить – пропусканием через концентрированную серную кислоту) наполнили три большие банки (чтобы убедиться, что банки полностью наполнены углекислым газом, надо горящую лучинку внести в банку: если пламя гаснет в верхней части банки, значит она полная). На слабое пламя горелки вылили содержимое одной из них. Пламя горелки затухает. Во вторую банку щипцами внесли горящий магний. Он продолжал гореть, и при этом сильно коптил. В третью внесли ложечку с горящим красным фосфором. Горение прекратилось. Таким образом, углекислый газ поддерживает горение магния, а фосфора – нет.

2

1

4

5

в) В 0,1 н раствор щелочи добавили каплю раствора фенолфталеина и пропустили ток чистого углекислого газа из аппарата Киппа до исчезновения окраски. Затем раствор прокипятили. Окраска снова появилась.

г) Теоретически оценили рН раствора питьевой соды. Соответствующие константы диссоциации для угольной кислоты:

; K_a1=4,5*10^-7

; K_a2=5*10^-11

Для децинормального (0,1M)раствора питьевой соды в воде получаем:

д) Растворы хлоридов магния и алюминия обработали раствором соды. При взаимодействии с раствором хлорида магния выпадает белый осадок, при взаимодействии с хлоридом алюминия – студенистый белый осадок.

е) Для очистки карбоната от гидрокарбоната, сульфита и сульфата в водном растворе необходимо:

1. Прокипятить раствор. При этом:

2. Произвести окисление перекисью водорода:

3. Титрованием установить точную концентрацию сульфата в растворе, рассчитать количество , необходимое для его связывания, и прибавить к раствору, тщательно перемешивая.

4. Отфильтровать полученный раствор.

Вывод. Предложили рациональную схему очистки карбоната от примесей гидрокарбоната, сульфита и сульфата.

Опыт 4: Кремний.

Тщательно смешали равные навески порошков магния и кремнезёма и нагрели в пробирке до начала реакции. Реакционную массу охладили и обработали избытком соляной кислоты.

2

1

Так как магний находится в избытке, он реагирует с образовавшимся кремнием:

После добавления соляной кислоты:

реакция не идет

Осадок отфильтровали, промыли дистиллированной водой и высушили. Затем испытали на растворимость в щелочах и кислотах.

реакция не идет

Вывод. Получили кремний ОВР с магнием. Рассмотрели кислотно-основные свойства кремния. Выяснили, что он проявляет только кислотные свойства.

Опыт 5: Кремниевый ангидрид, кремниевая кислота и их соли.

а) Конторский клей десятикратно разбавили дистиллированной водой и оттитровали 0,1 н соляной кислотой в присутствии фенолфталеина.

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl f_экв(Na₂SiO₃) = 1/2

V₁ = 19,38 мл

V₂ = 19,42 мл V_ср = 19,41 мл

V₃ = 19,43 мл

V(Na₂SiO₃) * C(1/2 Na₂SiO₃) = V(HCl) * C(HCl)

C(1/2 Na₂SiO₃) = V(HCl) * C(HCl)/ V(Na₂SiO₃)

C(1/2 Na₂SiO₃) = 19,41 * 0,1 / 5 = 0,3882 моль/л

C(Na₂SiO₃) = 0,7764 моль/л

С учетом проведенного разбавления:

C(Na₂SiO₃) = 15,582 моль/л

б) В пробирку поместили несколько капель раствора конторского клея, прилили равный объем 2н соляной кислоты и взболтали. Образовался белый осадок, который растворяется в концентрированном растворе щелочи, но не растворяется в концентрированном растворе соляной кислоты. Образовавшийся осадок представляет собой кремниевую кислоту, поэтому она взаимодействует со щелочами, а с кислотами – нет.

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl

H₂SiO₃ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + 2H₂O

H₂SiO₃ +2OH^- = + 2H₂O

H₂SiO₃ + HCl реакция не идет

в) Смешали водные растворы конторского клея и хлорида аммония в объемном отношении 1:3. Раствор помутнел. Это обусловлено взаимным усилением гидролиза и протеканием его в этих условиях до конца.

г) В водный раствор конторского клея пропустили из аппарата Киппа ток очищенного углекислого газа. На поверхности раствора в пробирке образовалась плотная, прозрачная пленка геля.

д) В пробирку поместили 5 мл концентрированной соляной кислоты, добавили 1 мл водного раствора конторского клея и взболтали.

Образовался гелеобразный мутный раствор, содержащий мицеллы кремниевой кислоты:

е) Измерили рН равномолярных водных растворов карбоната и силиката натрия. рН(Na₂CO₃) = 9, pH(Na₂SiO₃) = 12. Отсюда можно сделать вывод о том, что угольная кислота сильнее кремниевой, а её соли менее подвержены гидролизу.

гидролиз по первой ступени:

Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH

CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^-

Na₂SiO₃ + H₂O ↔ NaHSiO₃ + NaOH

SiO₃^2- + H₂O ↔ HSiO₃^- + OH^-

гидролиз по второй ступени:

NaHCO₃ + H₂O ↔ NaOH + H₂O + CO₂↑

HCO₃^- + H₂O ↔ OH^- + H₂O + CO₂↑

NaHSiO₃ + H₂O ↔ NaOH + H₂SiO₃↓

HSiO₃^- + H₂O ↔ OH^- + H₂SiO₃↓

ж) Сильно нагрели конец стеклянной трубки и быстро опустили его в воду. Осколки тщательно растерли в ступке, смочили дистиллированной водой и добавили каплю фенолфталеина. Появилась малиновая окраска. Это обусловлено тем, что силикат натрия – это соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой, а значит гидролизуется по аниону. Поэтому в растворе имеет щелочную среду. (Уравнения гидролиза в опыте 5е)

з) Наполнили стаканчик разбавленным водным раствором конторского клея и опустили в него по одному крупному кристаллику солей железа, кобальта, никеля и меди. Кристаллики стали увеличиваться в размерах и распределились по объему раствора.

Na₂SiO₃ + CuSO₄ + 2H₂O ↔ Cu(OH)₂ + H₂SiO₃ + Na₂SO₄

SiO₃^2- + Cu²⁺ +2H₂O ↔ Cu(OH)₂ ↓ + H₂SiO₃ (кристаллы синего цвета)

SiO₃^2- + Ni²⁺ + ↔ Ni(OH)₂↓+ (кристаллы зеленого цвета)

Na₂SiO₃ + CoCl₂ + 2H₂O ↔ Co(OH)₂ + H₂SiO₃ + 2NaCl

SiO₃^2- + Co²⁺ + 2H₂O ↔ Co(OH)₂↓ + H₂SiO₃ (кристаллы фиолетового цвета)

Na₂SiO₃ + FeCl₂ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂↓ + H₂SiO₃ + 2NaCl

SiO₃^2- + Fe²⁺ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂↓ + H₂SiO₃ (кристаллы красно-коричн. цвета)

и) В водный раствор конторского клея пропустили из аппарата Киппа ток очищенного углекислого газа до прекращения гелеобразования. Полученный гидрогель отфильтровали, промыли дистиллированной водой и высушили в вакуумном сушильном шкафу при 150°С в течении часа. Высушенный препарат охладили в эксикаторе и растерли в ступке. Часть препарата обработали слабым (светло-синим) аммиачным раствором сульфата меди. Раствор обесцветился, что свидетельствует об адсорбции ионов меди на внутренней поверхности гидрогеля.

Методика проведения десорбции. Сорбент с сорбатом поместить в фарфоровый тигель, высушить до удаления влаги и прокаливать при 500 в течение 10 мин. После охлаждения остаток обработать 1 М Н₂SO₄ (по 3 мл на 1 г сорбента), отфильтровать твердую фазу и промыть ее на фильтре небольшими порциями дистиллированной воды (5 мл). Фильтрат нейтрализовать до рН 4–5 и определить содержание меди.

Вывод. Изучили свойства кремния и его соединений. Выяснили, что элементарный кремний проявляет восстановительную активность, а его соединения не имеют выраженных окислительно-восстановительных свойств. Помимо этого легко наблюдать кислотные свойства кремния и его соединений. Помимо этого, оксид кремния в разных своих формах является хорошим адсорбентом.

Поиск по сайту: