О.С.ЗАЙЦЕВ

УЧЕБНАЯ КНИГА ПО ХИМИИ

ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ СРЕДНИХ ШКОЛ,
СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКОВ 9–10 КЛАССОВ,
РЕШИВШИХ ПОСВЯТИТЬ СЕБЯ ХИМИИ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4>, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24, 29, 30, 31, 34, 35, 39, 41, 42, 45/2004;
2, 3, 5/2005

§ 8.2. Реакции на границе металл–раствор

(окончание)

Лабораторные исследования

4. Изучение скорости коррозии по скорости образования водорода.

В три пробирки налейте по 2–3 мл 1М растворов соляной, серной и уксусной кислот. В каждую пробирку поместите по кусочку цинка примерно одинаковой величины. Сравните качественно скорости выделения водорода и приведите объяснения. Кусочки цинка сдайте учителю.

5. «Растворение» цинка в кислоте при контакте с медью.

В пробирку с разбавленной кислотой опустите кусочек цинка. Отметьте скорость «растворения» цинка. Возьмите очищенную от изоляции медную проволоку длиной 10–15 см и, опустив ее в кислоту, прикоснитесь к цинку. Произойдет удивительное – водород начнет выделяться на медной проволоке, а не на цинке (рис. 8.18). Объясните причину. Такое же действие оказывает платиновая проволока. Испытайте железную и алюминиевую проволоки.

Рис. 8.18. Цинк «растворяется» в кислоте, а водород выделяется на медной проволоке

6. Защита железа от коррозии.

Приготовьте кусочки (фольга, проволока и т.п.) цинка, олова, алюминия, меди, свинца и других металлов. Обрезками железной проволоки по 5–6 см длиной (тщательно очищенной наждачной бумагой) обмотайте имеющиеся кусочки металлов. Вместо проволоки можно воспользоваться обычными тонкими железными канцелярскими скрепками. В несколько пробирок (по числу кусочков металла) налейте по 5 мл дистиллированной воды, по 1 мл 1М раствора серной кислоты и по 1 мл 1М раствора «красной кровяной соли» K₃[Fe(CN)₆]. Это вещество является реактивом на ионы Fe²⁺, в присутствии которых выпадает синий осадок так называемой турнбулевой сини.

В одну из пробирок с раствором поместите кусочек железа (проволока, гвоздь) без контакта с другим металлом. Реагирует ли железо с кислотой?

В другие пробирки поместите кусочки металлов, обмотанные железной проволокой. Отметьте те металлы, в контакте с которыми железо не «растворяется» в серной кислоте, т.е. не обнаруживается посинения раствора. Какой из металлов защищает железо от коррозии? Почему не все они используются для защиты железа от коррозии?

7. Защитные пленки на поверхности железа.

Железную проволоку (скрепку) опустите на 1–2 мин в концентрированную азотную кислоту. (Осторожно! Опыт выполняет учитель!) Взаимодействует ли железо с концентрированной азотной кислотой? Затем извлеките проволоку из кислоты, промойте ее дистиллированной водой и внесите в раствор серной кислоты. Сравните поведение в серной кислоте обработанной в азотной кислоте проволоки и необработанной. Извлеките из кислоты проволоку, промойте ее водой, часть ее протрите наждачной бумагой или напильником и снова погрузите в раствор серной кислоты. Дайте объяснения вашим наблюдениям.

Повторите этот опыт, обрабатывая железную проволоку концентрированными серной, соляной, фосфорной и уксусной кислотами. Какие кислоты создают на железе защитные пленки? Каков может быть состав этих пленок?

8. Влияние различных веществ на скорость «растворения» железа в соляной кислоте.

Налейте в несколько пробирок по 3 мл 1М раствора соляной кислоты. В одну прилейте 1 мл воды, а в другие добавьте по одному из следующих реактивов (в зависимости от имеющихся в лаборатории): по 1 мл 40%-х растворов формалина и глицерина, приблизительно по 0,5 г измельченных уротропина («сухой спирт»), карбамида (мочевина), сахара, крахмала, желатина, дихромата калия, фосфата натрия, сульфата меди, соды или какого-либо другого вещества, которое, по вашему мнению, может замедлить скорость «растворения» железа в кислоте. В каждую пробирку положите по кусочку железа (стружка, проволока, гвоздик, скрепка) желательно с одинаковой площадью поверхности. Какие вещества могут считаться ингибиторами кислотной коррозии железа?

Точно так же изучите влияние различных веществ на кислотную коррозию цинка. Какие вещества могут считаться ингибиторами кислотной коррозии цинка?

9. Электролиз растворов солей.

В лаборатории опыты по электролизу удобнее всего проводить в U-образном сосуде (рис. 8.19). Этот сосуд следует укрепить за одно колено в лапке штатива (резиновая прокладка!). Источником постоянного электрического тока могут служить автомобильный аккумулятор (напряжение 12 В; очень опасно короткое замыкание!), плоская батарейка (напряжение 6 В) или соединенные последовательно 3–4 круглые (цилиндрические) батарейки (напряжение 1,5 В). В трубку залейте примерно до 3/4 ее вместимости исследуемый раствор. В каждое колено вставьте электрод, к которому следует присоединить или припаять проволоку от источника тока. Очень удобно вставить в цепь обычный электрический выключатель.

Рис. 8.19 Лабораторный стеклянный электролизер

Желательно, чтобы электроды проходили через резиновые пробки. Если U-образная трубка не имеет боковых отводных трубок, в пробках следует сделать продольные прорези для выхода образующихся при электролизе газов. Если же вы будете собирать выделяющиеся на электродах газы, то в резиновых пробках следует просверлить отверстия и вставить в них стеклянные трубки.

Если U-образной трубки нет, можно взять маленький химический стакан, опустить в него электроды и следить, чтобы они случайно не соприкоснулись.

В качестве электродов можно использовать самые различные токопроводящие материалы. Наилучшим материалом при получении водорода и кислорода является платина, но в школьной лаборатории ее нет. Вместо нее можно использовать никель или нержавеющую сталь. В учебных целях чаще всего берут графитовые электроды от батареек для карманных фонариков, однако образующийся кислород, реагируя с графитом, загрязняется оксидами углерода СО и СО₂. Электроды из железа и никеля сильно окисляются кислородом, и пленки оксидов или гидроксидов затрудняют электролиз.

По указанию учителя проведите электролиз раствора одного из следующих веществ:

1) HCl;

2) H₂SO₄;

3) NaOH (или KOH);

4) NaCl (или KCl);

5) MgCl₂ (или MgSO₄);

6) AlCl₃ (или Al₂(SO₄)₃);

7) CaCl₂;

8) ZnCl₂ (или ZnSO₄);

9) Na₂SO₄ (или K₂SO₄);

10) MnCl₂ (или MnSO₄);

11) CrCl₃ (или Cr₂(SO₄)₃);

12) FeCl₃ (или Fe₂(SO₄)₃);

13) CoCl₂ (или CoSO₄);

14) NiCl₂ (или NiSO₄);

15) CuSO₄ (или CuCl₂);

16) NaNO₃ (или KNO₃);

17) Na₃PO₄ (или K₃PO₄);

18) K₂Cr₂O₇;

19) Na₂CO₃ (или K₂CO₃);

20) другая соль по совету учителя.

Концентрации растворов солей – примерно 0,5–1М. Концентрации других растворов могут быть иными: NaOH 1–5М (10–20%-й), HCl до 5М (20%-й), NaCl до 5М (30%-й).

Желательно прибор для электролиза снабдить реостатом, амперметром и вольтметром.

При проведении электролиза обращайте внимание на продукты реакции. Докажите, что образуются именно те вещества, которые вы предполагаете. При описании и объяснении процесса электролиза следует указать, какие ионы перемещаются к катоду или аноду, какие из них разряжаются, какова роль воды в электролизе. Далее следует написать уравнения реакций на катоде и аноде и суммарное уравнение электролиза.

В раствор для электролиза можно добавить несколько капель раствора фенолфталеина, чтобы судить о среде приэлектродного раствора.

10. Электролиз с перегородкой раствора хлорида натрия.

В нижнюю часть электролизера вставьте перегородку (диафрагму) из плотного комка ваты, ткани, фильтровальной бумаги или другого подобного материала и налейте в сосуд раствор хлорида натрия (с несколькими каплями фенолфталеина). Изучая электролиз раствора хлорида натрия, докажите образование на катоде водорода и щелочи, а на аноде – кислорода и кислоты. Постарайтесь также выяснить, образуется чистый кислород или же в смеси с хлором.

Для электролиза раствора хлорида натрия рекомендуют приготовить раствор, содержащий 100 г/л хлорида натрия, и пользоваться батарейкой с напряжением 6 В. Электроды – графитовые. Лакмусовой бумажкой или индикатором фенолфталеином вы определите, у какого электрода образуется щелочной раствор, а раствором йодида калия с крахмалом установите, где образуется хлор.

11. Гальваническое покрытие слоем металла.

С помощью электрического тока можно покрывать металлы слоем другого металла и снимать копии предметов. Приготовьте насыщенный раствор сульфата меди. Медную полоску опустите в раствор и соедините с полюсом батарейки (рис. 8.20). Другой полюс батарейки проволокой соедините с железным предметом, который вы хотите покрыть слоем меди. Предмет должен быть очень хорошо очищен. Опустите предмет в раствор и посмотрите, образуется ли на нем медь красного цвета. Если осадок меди не появится в течение минуты, поменяйте полюса батарейки. Примерно через час предмет покроется слоем меди. Предмет нужно поворачивать разными сторонами по отношению к медному электроду, чтобы слой меди был равномерным.

Рис. 8.20. Гальваническое покрытие слоем меди

Можно медь осадить на гипсовый слепок, листья, цветы и т. п. Для этого их покрывают очень мелким порошком графита.

Помните: чем выше напряжение и чем быстрее проходит электролиз, тем менее прочен слой меди. Какое минимальное напряжение допустимо для осаждения меди?