Опыт 7.6. Восстановительные свойства аква- и гидроксокомплексов Sn (II)

Опыт 7.4. Характеристические реакции германия в сравнении с кремнием и металлическим оловом

Оборудование и реактивы. Образцы полупроводникового кремний и германия, пероксид водорода, раствор NaOH или KOH (конц.), соляная кислота, азотная кислота, фтористоводородная (плавиковая кислота). Ступка с пестиком, Горелка газовая.

Исследование взаимодействия с наиболее ходовыми кислотами и щелочами. Растереть в ступке выданные образцы (~1 – 2 г) кремния и германия до состояния порошка. Испытать действие этих порошков к концентрированным растворам азотной и соляной кислот, а также к растворам едких щелочей. Сравнить результаты с уже проведенными аналогичными опытами с металлическим оловом.

Реакции со щелочно-пероксидной смесью. 10 мл 30% (масс.) пероксида водорода добавить к 40 мл охлажденному (в емкости со снегом или измельченным льдом) концентрированному раствору NaOH или KOH

▲ При работе с растворами пероксида водорода соблюдать осторожность: при каталитическом распаде H₂O₂ возможно резкое вскипание жидкости с выбросом горячего пара, который в данном случае будет содержать аэрозоль едкой щелочи. Отметим, что скорость каталитического распада пероксида водорода резко увеличивается именно в щелочных средах. При выполнении этой части работы не наклоняться над емкостями с растворами; беречь от ожогов лицо и руки. ▲

Внести полный шпатель порошка кремния в небольшую плоскодонную колбу. Во вторую колбу внести такое же количество (точнее – меру объема) порошка германия. В каждую колбу порциями добавлять приготовленную щелочно-пероксидную смесь. Если полного растворения не произошло, можно продолжать добавлять по каплям (именно, по каплям!) концентрированную перекись водорода.

Полученный раствор прокипятить для разрушения избытка пероксида водорода и охладить. К этой жидкости добавлять небольшими порциями уксусную кислоту до появления осадка или перехода раствора в гелеобразное состояние за счет выделения гидратированных оксидов кремния и германия (первый из них также называется “кремневой кислотой”).

Реакции с царской водкой. В две небольшие плоскодонные колбы влить по 15 мл царской водки. Последнюю можно получить, смешивая 8 мл азотной кислоты (конц.) с 24 мл соляной кислоты (конц.). В одну колбу всыпать полный шпатель порошка кремния, другую – такое же объем порошка германия. Добиться полного растворения порошка германия. Для этого при необходимости использовать нагревание на газовой горелке (через асбестовую сетку).

Что наблюдается в колбе, где в контакт с царской водкой введен порошок кремния?

Кислотные и комплексообразующие свойства гидратированных оксидов кремния и германия (IV). Разделить по 3 пробиркам взвесь или гель гидратированного оксида германия, оставшегося от предпоследнего опыта с щелочно-пероксидным растворением Si и Ge. В первую пробирку ввести избыток азотной кислоты, во вторую – плавиковой кислоты HF (водн.), в третью – раствор NaOH или KOH (конц.). Если в первой пробирке не происходит растворения, дополнительно ввести туда несколько капель соляной кислоты (конц.).

▲ При работе с плавиковой кислотой соблюдать особую осторожность. Опыт проводить строго под тягой и только под контролем преподавателя или лаборанта ▲

При взаимодействии с растворами HF принять, что взаимодействие этой кислоты со стенками стеклянных пробирок происходит достаточно медленно.

Что происходит в каждой из пробирок?

Аналогичный опыт провести со взвесью или гелем гидратированного оксида кремния. Сравнить результаты. При описании результаты проводить также сравнение с поведением металлического олова и его соединений (см. опыт 7.3). Если соответствующие опыты с производными олова отсутствуют, постараться предвидеть их результаты без эксперимента.

Вопросы и задания.

1. Вы наблюдали растирание кремния и германия в ступке. Какие выводы можно сделать из этого простого наблюдения?

2. Из результатов проведенных реакций сделать вывод о том, какой из двух лигандов – Cl^‑ или F^‑ ‑ дают более прочные комплексные анионы с германием (IV).

3. Известно, что гидратированный оксид германия и даже безводный GeO₂ растворимы в концентрированной соляной кислоте. Степень окисления германия при этом не меняется. Можно ли из этих фактов сделать вывод о том, что они доказывают наличие основных свойств у оксида германия (IV)? При ответе учесть разные существующие теории кислот и оснований.

4*. Из оксидов SiO₂, GeO₂ и SnO₂ при обычных условиях в соляной кислоте сколько-нибудь заметно растворяется только оксид германия (IV). Предложить объяснение тому факту, что такого растворения не наблюдается для оксидов кремния и олова (IV).

Опыт 7.5. Амфотерные свойства гидратов оксидов Sn (II) и Sn (IV). Различная реакционная способность гидратированного диоксида олова, полученного различными способами.

Оборудование и реактивы. Металлические олово в гранулах. Кислота соляная (конц.), пероксид водорода. Щелочь ‑ KOH или NaOH (конц.), иод кристаллический, горелка газовая воронка, фильтровальная бумага.

Растворять в течение 10 минут гранулы олова (избыток) в 50 мл концентрированной соляной кислоты. По истечении этого времени примерно половину получившегося раствора хлорида олова (II) распределить поровну между двумя небольшими плоскодонными колбами. Оставшуюся половину раствора оставить в контакте с гранулами олова для следующего опыта.

В раствор, находящийся в первой колбе добавить аммиачную воду до выпадения белого студенистого осадка, в раствор во второй колбе – тоже аммиачную воду, но с добавлением пероксида водорода (10 частей воды на 1 часть 30% масс. H₂O₂). Добавление аммиачно-пероксидного раствора во вторую колбу также производить до образования белого студенистого осадка. Суспензию с осадком, выделившимся в каждой из колбочек распределить между двумя пробирками. Всего должно получиться 4 пробирки со студенистыми осадками (в двух из них – осадок Sn(OH)₂, в оставшихся двух – осадок SnO₂·xH₂O). В пробирку со Sn(OH)₂ по каплям добавить концентрированную соляную кислоту до полного растворения этого осадка. При этом интенсивно перемешивать содержимое пробирки. Аналогичную процедуру произвести с осадком SnO₂·xH₂O. В каждом случае подсчитать количество капель HCl (водн.), потребовавшихся для растворения осадка. Оставшиеся в двух других пробирках осадки Sn(OH)₂ и SnO₂·xH₂O растворить в концентрированной водной щелочи. Что наблюдается?

Провести еще раз взаимодействие между концентрированной азотной кислотой и металлическим оловом. Собрать выделившийся белый осадок, промыть его дистиллированной водой путем декантирования и попытаться растворить в концентрированной соляной кислоте и в растворе NaOH или KOH (конц.). Удается ли это?

Примечание. Свежеосажденный SnO₂·xH₂O до недавнего времени называли a‑оловянной кислотой. Это рентгеноаморфное твердое вещество обладает достаточно высокой реакционной способностью и растворяется в концентрированных водных щелочах и кислотах. По мере старения этого осадка он постепенно теряет часть воды, приближаясь к составу SnO(OH). При этом на дифрактограммах порошка постепенно начинает проявляться кристаллическая структура. Скорости же растворения этого осадка в кислотах и щелочах уменьшаются по мере старения вплоть до нулевых значений. Такой осадок SnO(OH) в недавнем прошлом называли β‑оловянной кислотой. Помимо старения, химически инертный гидратированный оксид олова (IV) может быть получен действием концентрированной азотной кислоты на металлическое олово.

Вопросы и задания.

1. Предложить способы растворения осадка инертного гидратированного оксида олова (IV).

2. Перед вами два раствора с одинаковой молярной концентрацией: SnCl₂ и SnCl₄. Как можно различить эти растворы, не прибегая к окислительно-восстановительным реакциям?

Опыт 7.6. Восстановительные свойства аква- и гидроксокомплексов Sn (II)

Оборудование и реактивы. Раствор SnCl₂ от предыдущего опыта. Раствор бихромата калия, оксид ванадия (V), висмут азотнокислый (раствор). Кислота соляная (конц.). Щелочь ‑ KOH или NaOH (конц.), водные растворы Pb(NO₃)₂, Na₂SeO₃, растворы иода и брома в четыреххлористом углероде. Водные растворы хромата или бихромата калия, перманганата калия и нитрата меди. Пробирки стеклянные. Небольшое количество раствора золота в царской водке – кислоты H[AuCl₄].

Восстановительная способность ионов Sn²⁺ и Pb²⁺ в кислой среде.

Сравнение восстановительных способностей ионов Pb²⁺ и Sn²⁺ в реакциях с растворами брома и иода.В две пробирки внести по 3 – 4 мл раствора SnCl₂. В первую пробирку добавить несколько капель раствора иода в четыреххлористом углероде. Во вторую пробирку добавить такое же количество раствора брома в CCl₄. Каждую пробирку энергично встряхивать в течение 1 минуты.

Исчезает ли окраска галогенов в неводном слое?

Провести аналогичный опыт, заменив SnCl₂ на раствор Pb(NO₃)₂. Из результата наблюдения сделать вывод о восстановительных способностях ионов Pb²⁺ и Sn²⁺.

Реакция “Кассиева пурпура” в водных средах. Имеющийся раствор хлорида олова (II) растворить в воде в соотношении 1:10. К 50 мл такого раствора добавить при интенсивном перемешивании 3 капли раствора золотохлороводородной кислоты H[AuCl₄], полученном при растворении кусочка золота в царской водке. Наблюдать последовательность изменения окраски получаемого очень разбавленного водного коллоидного раствора золота, стабилизированного продуктом окисления и последующего гидролиза – гидратированным оксидом олова (IV).

Примечание. “Кассиевым пурпуром” называются коллоидные растворы металлического золота в различных средах, например в воде или в силикатном стекле. За счет очень малых размеров частиц такой раствор имеет окраску, совершенно отличающуюся от цвета компактного образца золота. Обычно эта окраска близка к розовой или малиновой, откуда и происходит название такого раствора. При этом интенсивность окраски может быть очень высокой даже при малой концентрации коллоидного металла, что используется для обнаружения малых количеств золота или же восстановителей производных золота (III). При использовании в качестве восстановителей растворов солей олова (II) происходит, как уже отмечалось выше, дополнительная стабилизация коллоидного раствора, что послужило причиной выделять данную реакцию на ионы Sn²⁺ под названием реакции “Кассиева пурпура”.

Восстановление солями олова соединений хрома (VI) и ванадия (V)*. Взять 1 мл раствора бихромата калия и добавлять к нему по каплям раствор SnCl₂ до прекращения изменения цвета раствора.

Поместить в пробирку взятый на кончике штапеля порошок V₂O₅ и полностью растворить его добавлением в пробирку холодной концентрированной соляной кислоты. Образующийся раствор должен иметь бурый цвет, обусловленный ионами VO₂⁺ (реакция между соляной кислотой и ионами VO₂⁺ с выделением хлора и образованием VO²⁺ на холоду идет достаточно медленно). К полученной жидкости по каплям добавлять хлорид олова (II). Наблюдать и записывать порядок изменения цвета раствора.

Какие степени окисления (с.о.) хрома и ванадия реализуются при восстановлении взятых исходно соединений этих элементов в условиях избытка Sn(II)? Для ответа использовать таблицу 1.

Таблица 1. Степени окисления d- элемента, ионная форма и цвет растворов солей хрома и ванадия

Восстановление кислородных соединений селена*. Взять 1 мл раствора селенита натрия (Na₂SeO₃) и добавлять к этому раствору по каплям раствор хлорида олова (II).

Что наблюдается?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: