| РАБОЧИЕ ТЕТРАДИ |
Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3, 4, 5/2010
Лабораторная работа № 6.
Катионы, осаждаемые щелочами и аммиаком (Mn2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+)
Цель работы. Научиться выделять, распознавать и отделять друг от друга катионы Mn2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+.
Общая характеристика катионов. Образуют малорастворимые гидроксиды, которые не могут быть переведены в раствор действием раствора аммиака или избытка щелочи.
Групповой реагент. NH3 (водный раствор) или NaOH.
Реактивы. Диоксид свинца; растворы (0,1 М): хлоридов железа(III), магния, сульфата железа(II)*, нитрата марганца(II), карбоната натрия, гидроортофосфата натрия, гексацианоферрата(II) калия, гексацианоферрата(III) калия, ацетата натрия; растворы (1 М): гидроксида натрия, пероксида водорода, аммиака, тиоцианата калия, азотной кислоты.
Оборудование. Пробирки, держатель для пробирок, газовая горелка.
Опыт 1. Взаимодействие с NaOH
Описание опыта.
В четыре пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Mn2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+.
Прилейте по 5 капель раствора гидроксида натрия.
Оформление результатов. Заполните таблицу 1.
Таблица 1
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + NaOH = Mn2+ + OH– = |
|
| Mn(OH)2 + O2 = | |
| FeSO4 + NaOH = Fe2+ + OH– = |
|
| Fe(OH)2 + O2 + H2O = | |
| FeCl3 + NaOH = Fe3+ + OH– = |
|
| MgCl2 + NaOH = Mg2+ + OH– = |
Обсуждение результатов.
Почему с течением времени происходит изменение окраски первоначально образовавшихся гидроксидов марганца(II) и железа(II)?
………………………………………………………………………… .
Почему в конечных продуктах реакций степень окисления марганца выше, чем степень окисления железа?
………………………………………………………………………… .
Опыт 2. Взаимодействие солей марганца(II) и железа(II) с H2O2
Описание опыта.
В две пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Fe2+ и Mn2+. Прилейте несколько капель растворов щелочи и H2O2.
Оформление результатов. Заполните таблицу 2.
Таблица 2
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + NaOH + H2O2
= Mn2+ + OH– + H2O2 = |
|
| FeSO4 + NaOH + H2O2 = Fe2+ + OH– + H2O2 = |
Обсуждение результатов.
Почему те же продукты, которые получались в опыте 1 в течение длительного времени, при использовании пероксида водорода образуются сразу?
…………………………………………………………………………… .
Опыт 3. Взаимодействие с NH3 в водном растворе
Описание опыта.
В четыре пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Mn2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+. Прилейте по 5 капель раствора аммиака.
Оформление результатов. Заполните таблицу 3.
Таблица 3
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + NH3•H2O
= Mn2+ + NH3•H2O = |
|
| Mn(OH)2 + O2 = | |
| FeSO4 + NH3•H2O = Fe2+ + NH3•H2O = |
|
| Fe(OH)2 + O2 + H2O = | |
| FeCl3 + NH3•H2O = Fe3+ + NH3•H2O = |
|
| MgCl2 + NH3•H2O = Mg2+ + NH3•H2O = |
Обсуждение результатов.
Почему при действии раствора аммиака на растворы солей катионов данной аналитической группы образуются те же продукты, что и при действии раствора гидроксида натрия?
………………………………………………………………………… .
Опыт 4. Взаимодействие с Na2CO3
Описание опыта.
В четыре пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Mn2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+. Прилейте по 2–3 капли раствора Na2CO3.
Оформление результатов. Заполните таблицу 4.
Таблица 4
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + Na2CO3
= Mn2+ +  = |
|
| MnCO3 + O2 = | |
| FeSO4 + Na2CO3 = Fe2+ + = |
|
| FeCO3 + O2 + H2O = | |
| FeCl3 + Na2CO3 + H2O
= Fe3+ + + H2O
= |
|
| MgCl2 + Na2CO3 = Mg2+ + = |
Обсуждение результатов.
Почему, в отличие от остальных катионов данной группы, которые образуют средние соли, в случае железа(III) в осадок выпадает основная соль?
…………………………………………………………………………... .
Почему осадки карбонатов марганца(II) и железа(II) со временем приобретают такую же окраску, как соответствующие гидроксиды в опытах 1–3?
…………………………………………………………………………... .
Опыт 5. Взаимодействие с Na2HPO4
Описание опыта.
В четыре пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Mn2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+. Прилейте по 2–3 капли раствора Na2HPO4.
Оформление результатов. Заполните таблицу 5.
Таблица 5
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + Na2HPO4
= Mn2+ +  = |
|
| FeSO4 + Na2HPO4 = Fe2+ + = |
|
| FeCl3 + Na2HPO4 = Fe3+ + = |
|
| MgCl2 + Na2HPO4 = Mg2+ + = |
Обсуждение результатов.
Почему, в отличие от остальных катионов данной группы, которые образуют средние соли, в случае магния в осадок выпадает кислая соль?
………………………………………………………………………….. .
Опыт 6. Взаимодействие соли железа(III) c KSCN
Описание опыта.
В пробирку поместите 2–3 капли раствора хлорида Fe3+. Прилейте 2–3 капли раствора KSCN.
Оформление результатов. Заполните таблицу 6.
Таблица 6
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| FeCl3 + KSCN = Fe3+ + SCN– = |
Обсуждение результатов.
Упрощенно продукт реакции можно записать как Fe(SCN)3. В действительности образуются различные комплексы: от [Fe(H2O)5(SCN)]2+ до [Fe(SCN)6]3–. Напишите их формулы:
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………… .
Опыт 7. Взаимодействие с K3[Fe(CN)6] и K4[Fe(CN)6]
Описание опыта.
1) В три пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Mn2+, Fe2+, Fe3+. Прилейте по 2–3 капли раствора K3[Fe(CN)6].
2) В три пробирки поместите по 2–3 капли растворов солей Mn2+, Fe2+, Fe3+. Прилейте по 2–3 капли раствора K4[Fe(CN)6].
Оформление результатов. Заполните таблицу 7.
Таблица 7
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + K3[Fe(CN)6]
= Mn2+ + [Fe(CN)6]3– + K+ = |
|
| FeSO4 + K3[Fe(CN)6] = Fe2+ + [Fe(CN)6]3– + K+ = |
|
| FeCl3 + K3[Fe(CN)6] = Fe3+ + [Fe(CN)6]3– = |
|
| Mn(NO3)2 + K4[Fe(CN)6]
= Mn2+ + [Fe(CN)6]4– = |
|
| FeSO4 + K4[Fe(CN)6] = Fe2+ + [Fe(CN)6]4– = |
|
| FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = Fe3+ + [Fe(CN)6]4– + K+ = |
Обсуждение результатов.
Осадок, образующийся при взаимодействии ионов Fe3+ и [Fe(CN)6]4–, называют “берлинская лазурь”, а осадок, образующийся при взаимодействии ионов Fe2+ и [Fe(CN)6]3–, – “турнбулева синь”. В 30-е гг. XX в. было доказано, что эти вещества имеют одинаковое строение (рис. 1).
 |
Рис. 1. Кристаллическая решетка
соединения |
Их состав может быть описан формулой 
. Где находятся
катионы калия в данной структуре?
………………………………………………………………………… .
Объясните, почему соединение правильнее писать именно так,
без квадратных скобок?
………………………………………………………………………… .
Почему в некоторых случаях вместо осадков образуются коллоидные растворы?
………………………………………………………………………… .
Почему осадок 
,
получаемый в отсутствии кислорода, имеет белый
цвет, а в реальных условиях обычно окрашен?
………………………………………………………………………… .
Опыт 8. Взаимодействие солей железа(III) с Na(CH3COO)
Описание опыта.
В пробирку поместите 2–3 капли раствора соли Fe3+. Прилейте 2–3 капли раствора Na(CH3COO).
Оформление результатов. Заполните таблицу 8.
Таблица 8
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| FeCl3 + Na(CH3COO) + H2O = Fe3+ + CH3COO – + H2O = |
Обсуждение результатов.
В результате реакции образуется комплексное соединение [Fe3O(CH3COO)6(H2O)3]Cl, содержащее катион [Fe3O(CH3COO)6(H2O)3]+. Его строение можно описать следующим образом. Вокруг центрального атома кислорода в вершинах правильного треугольника расположены три атома железа. Каждая пара атомов железа связана между собой двумя мостиками из ацетат-ионов (через атомы кислорода). Кроме того, к каждому атому железа присоединена молекула воды. Таким образом, центральный атом кислорода образует три связи с атомами железа, а каждый атом железа – по шесть связей с атомами кислорода (одним центральным, одним из молекулы воды и четырьмя из ацетат-ионов). Изобразите пространственное строение катиона [Fe3O(CH3COO)6(H2O)3]+ (рис. 2).
 |
| Рис. 2. Пространственное строение катиона [Fe3O(СН3СОО)6(H2O)3]+ |
Опыт 9. Взаимодействие солей марганца(II) с PbO2
Описание опыта.
К 1–2 каплям раствора нитрата Mn2+ прилейте несколько капель азотной кислоты и добавьте немного порошка диоксида свинца. Нагрейте смесь до кипения.
Оформление результатов. Заполните таблицу 9.
Таблица 9
| Уравнения реакций | Наблюдения |
| Mn(NO3)2 + HNO3 + PbO2
= Mn2+ + H+ + PbO2 = |
Обсуждение результатов.
Какие свойства проявляют соединения марганца и свинца в данной реакции?
………………………………………………………………………… .
Если взять большое количество раствора нитрата марганца(II), то возможно наблюдать образование коричневого осадка. В кратком ионном виде эта реакция выглядит так:
Mn2+ + MnO-4 + H2O
= MnO2
+ H+.
расставьте коэффициенты.
Как отделить катионы марганца(II), железа(II), железа(III) и магния от катионов других металлов, образующих малорастворимые гидроксиды?
………………………………………………………………………… .
Как распознать катионы марганца(II), железа(II), железа(III) и магния при их совместном присутствии?
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………… .
Продолжение следует