Ю.И.ПАХОМОВ

Cборник
практических работ
по химии

9 КЛАСС

Продолжение. См. № 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42/2003

Практическая работа 22.
Ознакомление с образцами
важнейших солей и природных соединений
щелочных металлов и кальция

Цели. Закрепить знания о важнейших соединениях щелочных и щелочно-земельных металлов, их нахождении в природе и значимости в народном хозяйстве, о способах распознавания веществ в лабораторных условиях.
Оборудование и реактивы. Коллекции образцов солей щелочных и щелочно-земельных металлов, природных соединений кальция, спиртовка, спички, графитовый стержень (прокаленный), никелиновая (нихромовая) проволока, синее (кобальтовое) стекло, пробирки № 1 и 2, держатель для пробирок, штатив с пробирками, cиняя лакмусовая бумажка, санитарная склянка; кристаллические соли – NaCl, KCl, CaCl₂, CaCO₃ (мел), СaSO₄•2H₂O (гипс), Сa(OH)₂ (известковая вода), растворы BaCl₂ и HCl.

Задание. Рассмотреть выданные образцы природных соединений натрия, калия и кальция, обратить внимание на их внешний вид, закончить оформление таблицы.

Практическая работа 23.
Жесткость воды и способы
ее устранения

Цели. Закрепить понятия об общей жесткости воды и ее разновидностях, напомнить способы устранения жесткости воды в условиях лабораторного эксперимента.
Оборудование и реактивы. Штатив с пробирками, держатель для пробирок, спиртовка, спички, стеклянная трубка, санитарная склянка; прозрачный раствор мыла (Са₁₇H₃₅COONa), дистиллированная вода, растворы Са(НСО₃)₂, Na₂CO₃ (сода), СаSO₄•2H₂O (гипс), Са(ОН)₂ (известковая вода).

Жесткость воды выражают суммой ммоль эквивалентов ионов Са²⁺ и Mg²⁺ на литр воды. Так, 1 ммоль экв/л жесткости отвечает содержанию 20 мг/л катионов Са²⁺ или 12 мг/л катионов Mg²⁺.

Общая жесткость воды складывается из карбонатной и некарбонатной жесткости.
Карбонатная жесткость (временная, устранимая) обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния:

Устраняется кипячением, действием известкового «молока» или соды:

Образующийся карбонатный продукт реакции оседает на стенках сосуда (накипь):

Некарбонатная жесткость (постоянная) обусловлена присутствием в воде сульфатов и хлоридов кальция и магния.

Устраняют некарбонатную жесткость чаще всего добавлением соды:

В настоящее время широкое применение находят и ионнообменные смолы.

Применение жесткой воды нарушает нормальную работу паровых установок (образование накипи). Накипь имеет плохую теплопроводность, а это создает аварийную обстановку и увеличивает расход топлива (слой в 1 мм повышает расход на 5%).

Задание 1. Как объяснить, почему в жесткой воде мыло плохо мылится (образуются хлопья, мало пены), если учесть, что мыло – это натриевые или калиевые соли высших органических кислот, например стеарат натрия С₁₇H₃₅COONa?

Задание 2. Испытать на опыте наличие карбонатной жесткости в водопроводной воде лаборатории. Написать (как результаты опытного испытания) молекулярные и ионные уравнения всех происходящих процессов умягчения воды.

Задание 3. В четыре пробирки налить по 2 мл дистиллированной воды, затем во 2-ю прилить раствор сульфата кальция, в 3-ю и 4-ю – гидрокарбонат кальция. Раствор в 4-й пробирке прокипятить, потом взять пробы из всех четырех пробирок и в каждую добавить по несколько капель прозрачного раствора мыла, взболтать. В каких пробах происходит помутнение? Объяснить. В оставшиеся после отбора пробы порции растворов добавить: во 2-ю – раствор соды (Na₂CO₃), в 3-ю – известкового «молока», прокипятить эти смеси, а затем во все четыре снова добавить мыло и взболтать. Наблюдения обосновать молекулярными и ионными уравнениями реакций.

Задание 4. Какова жесткость 5 л воды, выраженная количеством ммоль экв/л катионов Са²⁺, если в ней растворено 16,2 г бикарбоната кальция? (Для удобства расчета 1 ммоль экв/л принять равным 20 мг/л катионов Са²⁺.)

Практическая работа 24.
Алюминий и его соединения

Цели. Закрепить знания о свойствах алюминия и его соединений, об амфотерных оксидах и гидроксидах.
Оборудование и реактивы. Спиртовка, спички, держатель для пробирок, промывалка с дистиллированной водой, центрифуга, водный раствор аммиака, универсальный индикатор со шкалой рН, штатив с химическими пробирками, санитарная склянка; Al (6 гранул), Al (пластинка), соляная кислота, Н₂SO₄ (разб.), HNO₃ (конц.), растворы AlCl₃, Al₂(SO₄)₃, NaOH, Al(NO₃)₃.

Металл серебристо-белого цвета, относится к легким ( = 2,7) и легкоплавким (t_пл = 659 °С). Исключительно пластичен (проволока, фольга). Хороший проводник тепла и электричества (0,6 от электропроводности Сu). Электрические провода из алюминия, однако, в 3 раза легче медных.
Алюминий – один из самых активных восстановителей (уступает только щелочным и щелочно-земельным металлам):

Cтандартная теплота образования оксида алюминия Al₂O₃ из простых веществ
H = –1645 кДж/моль. Из-за очень прочной химической связи в Al₂O₃ алюминий способен восстанавливать из оксидов более активные металлы. Оксид Al₂O₃ покрывает поверхность Аl пленкой, не отслаивающейся при нагревании (t_пл (Al₂O₃) = 2050 °С) и механическом воздействии (при плавлении алюминия оксидная пленка не растекается). Поэтому Al применяют (пассивирование) как добавку к сплавам для придания жаростойкости.
Al₂O₃ и Аl(ОН)₃ способны растворяться в кислотах и щелочах, являясь амфотерными соединениями.

Координационное число иона Al³⁺ равно шести. В водной щелочной среде (рН > 7) одновременно существуют комплексные анионы и катионы:

[Al(H₂O)₆]³⁺, [Al(OH)₅H₂O]^2–, [Al(OH)₄(H₂O)₂]^–, [Al(ОH)₆]^3–.

При этом внутренняя сфера комплекса формируется за счет сочетания ионной и координационной (донорно-акцепторной) химических связей, но устойчивость различная. Ион [Al(OH)₄(H₂O)₂]–наиболее устойчив. В нем три химические связи ионные и три – координационные (Al³⁺ – акцептор, атомы кислорода воды – доноры).

В реакции восстановления железа из оксида Fe₃O₄ алюминием выделяется много теплоты
(H = –3241 кДж/моль) и развивается высокая температура (порядка 3000 °С).

Впервые получил алюминий немецкий химик Ф.Велер (1827):

Важнейшие природные соединения:

Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O – каолинит (составная часть глины);
Al₂O₃ – корунд (прозрачные кристаллы), красного цвета – рубин, синего – сапфир;
К₂O•Al₂O₃•6SiO₂ – полевой шпат (ортоклаз);
Al₂O₃•nH₂O – боксит (алюминиевая руда);
Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂ – нефелин.