Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Учащиеся предполагают, что в осадке Al₂(CO₃)₃. Однако при добавлении кислоты к осадку, промытому от раствора Na₂CO₃, углекислый газ не выделяется. Надо догадаться, что осадок – Al(OH)₃. Гидроксид алюминия – амфотерный, он должен взаимодействовать и с кислотами, и со щелочами. При экспериментальной проверке, действительно, осадок растворяется и в соляной кислоте, и в растворе гидроксида калия:

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O,

Al(OH)₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O;

Al(OH)₃ + KOH = K[Al(OH)₄],

Al(OH)₃ + OH^– = [Al(OH)₄]^–.

Мы считаем, что не следует писать суммарное уравнение реакции алюминия с карбонатом натрия. Достаточно обсудить процессы, которые идут в исследуемой системе, описанные уравнениями реакций (1–5).

Опыт 2. Алюминий реагирует с раствором хлорида железа(III). Во-первых, алюминий более активный металл, чем железо, поэтому алюминий вытесняет железо из раствора его соли:

Al + FeCl₃ = AlCl₃ + Fe.

В осадке можно обнаружить частички железа, например, с помощью магнита.

Кроме того, было замечено выделение газа, и в осадке наряду с частицами железа обнаружены бурые частицы другого вещества. Анализ газа (характерный хлопок при поджигании) показал, что этот газ – водород.

Логично предположить, что хлорид железа(III) подвергается гидролизу по катиону:

Fe³⁺ + H₂O FeOH²⁺ + H⁺,

FeCl₃ + H₂O FeOHCl₂ + HCl. (1)

Получившаяся в результате реакции (1) кислота взаимодействует с алюминием и с образующимся железом с выделением водорода:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ , (2)

2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂ ;

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ , (3)

Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂ .

Алюминий и железо связывают ионы H⁺, равновесие гидролиза смещается в сторону его продуктов, гидролиз идет по 2-й и 3-й ступеням:

FeOH²⁺ + H₂O Fe(OH)₂⁺ +H⁺,

FeOHCl₂ + H₂O Fe(OH)₂Cl + HCl;

Fe(OH)₂⁺ + H₂O Fe(OH)₃↓ + H⁺,

Fe(OH)₂Cl + H₂O Fe(OH)₃↓ + HCl.

Следовательно, бурые частицы осадка – это гидроксид железа(III), не растворимый в воде и щелочах, но растворимый в кислотах. Это можно проверить экспериментально:

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O,

Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O.

В растворе щелочи осадок Fe(OH)₃ не растворяется.

Опыт 3. Учащиеся знают, что нерастворимые соли (СaCO₃) не должны взаимодействовать с другими солями. Однако в системе FeСl₃ + CaCO₃ они наблюдают бурное выделение газа и выпадение бурого осадка. Для выяснения, какой это газ, в реакционную пробирку вносят горящую лучину, она гаснет. Следовательно, выделяющийся газ – CO₂. Анализ осадка проводят аналогично опыту 2. Итак, при взаимодействии FeCl₃ c CaCO₃ образовались углекислый газ и гидроксид железа(III). Учащиеся объясняют, что образовавшаяся при гидролизе FeCl₃ соляная кислота реагирует с CaCO₃:

FeCl₃ + H₂O FeOHCl₂ + HCl,

Fe³⁺ + H₂O FeOH²⁺ + H⁺;

2HCl + CaCO₃ = CaCl₂ + H₂O + CO₂ ,

2H⁺ + CaCO₃ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂ .

Поскольку ионы H⁺ реагируют с CaCO₃, то гидролиз FeCl₃ идет по 2-й и 3-й ступеням:

FeOH²⁺ + H₂O Fe(OH)₂⁺ + H⁺,

Fe(OH)₂⁺ + H₂O Fe(OH)₃ + H⁺.

Опыт 4. Учащиеся замечают изменение окраски раствора. Бесцветный раствор становится голубым, что явно свидетельствует о появлении в растворе гидратированных ионов меди Cu²⁺. Как это объяснить, если известно, что средние соли не реагируют с основными оксидами?

Сульфат алюминия гидролизуется по катиону:

Al³⁺ + H₂O AlOH²⁺ + H⁺,

Al₂(SO₄)₃ + 2H₂O 2AlOHSO₄ + H₂SO₄;

AlOH²⁺ + H₂O Al(OH)₂⁺ + H⁺,

2AlOHSO₄ + 2H₂O (Al(OH)₂)₂SO₄ + H₂SO₄.

Образующаяся серная кислота при нагревании взаимодействует с оксидом меди(II). Ионы Cu²⁺ переходят в раствор и придают ему голубую окраску.

CuO + H₂SO₄ = СuSO₄ + H₂O,

CuO + 2H⁺ = Сu²⁺ + H₂O.

Учащиеся анализируют раствор на содержание ионов Cu²⁺. Для этого прибавляют к фильтрату раствор щелочи, наблюдается выпадение голубого осадка:

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄,

Cu²⁺ + 2OH^– = Cu(OH)₂↓.

Опыт 5. Учащиеся исходят из следующих представлений. При гидролизе соли может образоваться кислота. Кислоты взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, основными оксидами, нерастворимыми солями (если при этом образуется газ), нерастворимыми основаниями и амфотерными гидроксидами. Первые три случая рассмотрены выше (см. опыты 2–4), следовательно, можно предположить, что растворы солей, гидролизующихся по катиону, будут растворять основания и амфотерные гидроксиды. Продукт такого гидролиза – кислота – будет взаимодействовать с основаниями и амфотерными гидроксидами. Например, в растворе Al₂(SO₄)₃ растворится основание Cu(OH)₂, а в растворе FeCl₃ растворится амфотерный гидроксид Al(OH)₃:

Al₂(SO₄)₃ + 2H₂O 2AlOHSO₄ + H₂SO₄,

H₂SO₄ + Cu(OH)₂ = CuSO₄ + 2H₂O;

FeCl₃ + H₂O FeOHCl₂ + HCl,

3HCl + Al(OH)₃ = AlCl₃ + 3H₂O.

Учащиеся проводят эти реакции, доказывая, что их гипотеза верна: Cu(OH)₂ растворяется в растворе сульфата алюминия, а Al(OH)₃ растворяется в растворе хлорида железа(III).

Можно показать такой «фокус». Нерастворимое основание Fe(OH)₃ взаимодействует с раствором FeCl₃, осадок растворяется:

FeCl₃ + H₂O FeOHCl₂ + HCl,

Fe(OH)₃ + 2HCl = FeОНCl₂ + 2H₂O.

(Советуем учителю заранее подобрать нужные концентрации растворов, чтобы ожидаемые эффекты реакций, которые будут проводить учащиеся и сам учитель, наблюдались.)

Вывод. Если к раствору соли, подвергающейся гидролизу, добавить вещество, способное взаимодействовать с кислотами или щелочами, то это вещество взаимодействует с продуктами гидролиза – кислотами или щелочами.

Занятие № 8. Тема «Гидролиз солей»

Предлагаемая форма проведения проблемного эксперимента может быть осуществлена на уроке, в классе с углубленным изучением химии или на факультативном занятии.

Работу можно провести в парах учащихся, а обсуждение ведется в форме эвристической беседы. Возможно также выполнение эксперимента в группах, с последующей защитой каждого опыта.

Цель работы: изучение совместного гидролиза солей

Реактивы и оборудование: 20%-ые растворы: карбоната натрия, нитрата бария, сульфата алюминия, хлорида бария, хлорида алюминия, сульфата меди (II), хлорида железа(III); пробирки.

Ход работы: Учащиеся получают задание – выполнить 5 опытов.

Опыт 1. К раствору карбоната натрия добавить раствор нитрата бария. Описать наблюдаемые явления, объяснить их, написать уравнение происходящей реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Проанализировать полученные вещества.

Опыт 2. К раствору сульфата алюминия добавить раствор хлорида бария. Описать наблюдаемые явления, объяснить их, написать уравнение происходящей реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Проанализировать полученные вещества.

Опыт 3. К раствору карбоната натрия добавить раствор хлорида алюминия. Описать наблюдаемые явления, объяснить их, написать уравнение происходящей реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Проанализировать полученные вещества.

Опыт 4. К раствору сульфата меди (II) добавить раствор карбоната натрия. Описать наблюдаемые явления, объяснить их, написать уравнение происходящей реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Проанализировать полученные вещества.

Опыт 5. К раствору хлорида железа (III) добавить раствор карбоната натрия. Описать наблюдаемые явления, объяснить их, написать уравнение происходящей реакции в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах. Проанализировать полученные вещества.

Обсуждение результатов эксперимента

Опыты 1 и 2. Первые два опыта не вызывают у детей удивления, это обычные обменные реакции. Учащиеся фиксируют выпадение осадков, записывают уравнения реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионных формах.

Опыт 3. Смешав растворы хлорида алюминия и карбоната натрия, учащиеся наблюдают выделение газа и выпадение осадка. Если предположить, что идет реакция обмена, то газа быть не должно. Внесение в реакционный сосуд горящей лучины и ее угасание служит доказательством того, что образуется углекислый газ. Учащиеся полагают, что выпадающий осадок – карбонат алюминия. Чтобы определить состав осадка, они добавляют к промытому от исходного карбоната натрия осадку соляную кислоту. Газ при этом не образуется, осадок же растворяется. Если к осадку добавить раствор щелочи, то осадок тоже растворяется. Следовательно, осадок – гидроксид алюминия. В ходе дискуссии учащиеся приходят к объяснению этого процесса. Хлорид алюминия гидролизуется по катиону:

Al³⁺ + H₂O AlOH²⁺ + H⁺, (1)

AlOH²⁺ + H₂O Al(OH)₂⁺ + H⁺.

Карбонат натрия гидролизуется по аниону:

CO₃^2– + H₂O HCO₃^– + OH^–. (2)

Ионы H⁺ и OH^– связываются в молекулы воды, их концентрация понижается, равновесие реакций гидролиза (1) и (2) смещается в сторону продуктов реакций. Идут и последние ступени реакций гидролиза:

Al(OH)₂⁺ + H₂O Al(OH)₃↓ + H⁺,

HCO₃^– + H₂O OH^– + H₂CO₃ (H₂O + CO₂ ).

Суммарное уравнение реакции совместного гидролиза имеет вид:

2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂ + 6NaCl.

Опыт 4. Учащиеся приливают раствор карбоната натрия к раствору сульфата меди(II). После проведения опыта 3 их уже не удивляет выделение газа, не поддерживающего горение. Они предполагают, что осадок – CuCO₃ или Сu(OH)₂. В таблице растворимости кислот, солей и оснований в воде указано, что соединение CuCO₃ в водном растворе не существует. Учащиеся делают вывод, что осадок – это гидроксид меди(II). Смущает только цвет осадка – бирюзовый. Учитель просит получить гидроксид меди(II) взаимодействием сульфата меди(II) и гидроксида натрия. Выпавший осадок имеет голубой цвет. Учащиеся предполагают, что осадок, полученный при взаимодействии растворов CuSO₄ и Na₂CO₃, это основная соль (СuOH)₂CO₃. Однако учитель может показать образец гидроксокарбоната меди(II), который имеет зеленый цвет. Учащиеся делают вывод, что осадок, полученный при взаимодействии CuSO₄ и Na₂CO₃, – это смесь голубого Сu(OH)₂ и зеленого (СuOH)₂CO₃. Процесс можно описать следующими уравнениями реакций:

Характеристики

Список файлов ВКР