Учимся правильно выполнять практические работы. «Определение катиона»

Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Учимся правильно выполнять практические работы. «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)*,   карбоната   натрия, гидроортофосфата калия, гексацианоферрата(III) калия,  ацетата натрия;  растворы (1  М): гидроксида натрия, пероксида водорода, аммиака, тиоцианата калия, азотной кислоты.   нитрата   марганца(II), натрия,     гексацианоферрата(II)   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 раствореОписание 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. Уравнения реакций Наблюдения Таблица 3 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. Уравнения реакций Наблюдения Таблица 5 = 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. Уравнения реакций FeCl3 + KSCN = Fe3+ + SCN– = Обсуждение результатов. Таблица 6 Наблюдения   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. Уравнения реакций Наблюдения Таблица 7 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 30­е гг. XX в. было доказано, что эти вещества имеют одинаковое строение (рис. 1).. Серыми Рис. 1. Кристаллическая решетка соединения  кружками обозначены ионы Fe2+, черными – ионы Fe3+, по осям, соединяющим центры кристаллической решетки, расположены ионы CN–. (Чтобы не загромождать рисунок, ионы CN– указаны не везде) Их состав может быть описан формулой  калия в данной структуре?  . Где находятся катионы ………………………………………………………………………… . Объясните, почему соединение  квадратных скобок?  правильнее писать именно так, без ………………………………………………………………………… . Почему   в   некоторых   случаях   вместо   осадков   образуются   коллоидные растворы? ………………………………………………………………………… . Почему осадок  цвет, а в реальных условиях обычно окрашен? , получаемый в отсутствии кислорода, имеет белый ………………………………………………………………………… . 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 ацетат­ионов (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 ацетат­ионов). 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 PbO2Описание 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  + H2O = MnO2 4  + 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? ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………… .