Взаимодействие металлов с солями
Активные металлы вытесняют из солей менее активные (металлы расположены в порядке убывания активности в ряду напряжений).
Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au
Проведем опыт с раствором сульфата двухвалентной меди CuSO4. В одну колбу с раствором положим кусочки цинка Zn, в другую – стальные кнопки (сталь – сплав на основе железа Fe). Что произойдет через несколько часов? Растворы изменили цвет — значит, сульфата меди там больше не осталось. Активные металлы ‑ цинк и железо заместили медь в сульфате и образовали соли. Цинк и железо окислились, а медь восстановилась.
CuSO4 + Zn = Zn SO4 + Cu
CuSO4 + Fe = Fe SO4 + Cu
В одной колбе медь выделилась на кнопках, в другой – на кусочках цинка. В колбах были разные металлы, поэтому и осадок меди выглядит по-разному. На цинке медь выделилась в виде рыхлой бурой массы. На железных кнопках осадок меди ‑ более плотный, розового цвета.
Оборудование: колбы.
Техника безопасности. Необходимо осторожное обращение с солями меди. Соли меди в высоких концентрациях – ядовиты. Требуют соблюдения правил работы с ядовитыми веществами. Остерегаться попадания солей меди на кожу и слизистые оболочки.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Взаимодействие хлорида олова (II) с цинком («Оловянный ежик»)
Более активные металлы могут замещать менее активные металлы из растворов их солей. В стакан нальем раствор хлорида олова (II), в раствор поместим цинковую пластинку. Через некоторое время пластинка покрывается красивым «пушистым» налетом олова. Произошло восстановление олова из раствора его соли более активным металлом — цинком:
SnCl2 + Zn = Sn + ZnCl2
Оборудование: стакан химический, стеклянная палочка.
Техника безопасности. Опыт безопасен.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Демонстрация свойств сплава Вуда.
Сплав Вуда состоит из четырех компонентов. Он содержит 50 % висмута, 25 % свинца, 12,5 % олова и 12,5 % кадмия. Гранулы сплава опустим в горячую воду. Он переходит в жидкое состояние. Это легкоплавкий сплав. Температура плавления сплава около +70 °С. Между тем как температура плавления олова +232 °С, кадмия +321 °С, висмута +271 °С, свинца +327 °С. Температура плавления сплава отличается от температур плавления металлов, входящих в его состав.
Оборудование: стакан химический, штатив, горелка, пинцет.
Техника безопасности. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Платина – катализатор горения водорода
При обычной температуре водород очень редко вступает в химические реакции. Не реагирует водород и с кислородом. Но если направить струю водорода на мелко раздробленную платину, то водород загорается. Это свойство платины использовали в так называемом «водородном огниве Дёберейнера», служившем для получения огня. Получим водород в аппарате Кирюшкина, который по принципу действия схож с аппаратом Киппа. Проверим водород на чистоту. Для этого заполним пробирку выделяющимся водородом и поднесем пробирку к пламени горелки. Спокойный хлопок указывает на чистоту выделяющегося водорода. Пинцетом возьмем немного платинированного асбеста (асбеста с нанесенной мелко раздробленной платиной). Направим струю водорода на платинированный асбест. Асбест раскаляется, и водород загорается.
2Н2 + О2 = 2Н2О
Оборудование: аппарат Кирюшкина, пробирка, пинцет, горелка.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы с горючими газами. Использовать водород можно только после проверки на чистоту.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Самовоспламенение никеля на воздухе
Никель — это прочный, устойчивый к коррозии металл, который не изменяется под действием кислорода воздуха и влаги. Никелем покрывают детали приборов и машин для придания декоративного вида и защиты от коррозии. Но измельченные металлы, в том числе и никель, по своим свойствам отличаются от металлов, находящихся в монолитном виде. Выделим никель из сплава никель-алюминий, поместив порошок сплава в раствор щелочи.
Алюминий активно реагирует со щелочью, растворяясь в ней, реакция идет с выделением водорода. Для увеличения скорости растворения алюминия нагреваем раствор. Когда реакция закончится, и весь алюминий перейдет в раствор, промоем полученную крошку никеля сначала водой, а затем этиловым спиртом — для удаления остатков влаги. Извлечем немного никелевой крошки из спирта на фильтровальную бумагу. Когда спирт испаряется, никель начинает реагировать с кислородом воздуха, постепенно разогревается и сгорает с образованием оксида никеля.
2Ni + O2 = 2NiO
Подобными свойствами обладает и мелкораздробленное железо. Измельченные никель и железо — пирофоры. Пирофорами называют вещества или смеси веществ, самовоспламеняющиеся на воздухе.
Оборудование: стакан химический, фильтровальная бумага, штатив с сеткой, стеклянная палочка.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы со щелочами и правила пожарной безопасности. Все остатки пирофорного никеля уничтожить, растворив их в разбавленной азотной кислоте.
Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Электролиз раствора иодида калия
Электролиз – разложение вещества под действием электрического тока. Электролиз иодида калия проходит с выделением щелочи, водорода и иода:
2КI + 2H2O = 2KOH + H2 ↑+ I2
Приготовим электролизер, наполненный раствором иодида калия, и две пробирки с этим же раствором. Для обнаружения щелочи в одну из пробирок добавим раствор фенолфталеина (эта пробирка – для катода), для обнаружения иода в другую пробирку добавим крахмал (пробирка для анода). Поместим приготовленные таким образом пробирки на электроды и включим ток. В одной из пробирок на катоде наблюдаем выделение водорода, раствор в этой пробирке становится малиновым: в пробирке образовалась щелочь. Во второй пробирке появилась синее окрашивание. В этой пробирке в результате электролиза выделился иод. Иод окрасил крахмал в синий цвет. Мы увидели, как при электролизе раствора иодида калия образуется иод, выделяется газ водород и гидроксид калия.
Оборудование: пробирки, штатив для пробирок, химические стаканы, пипетка, держатель для пробирок, прибор для электролиза, мензурка.
Техника безопасности. Соблюдать правила работы с электроприборами.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Электрохимический ряд напряжений — вытеснение водорода металлами.
Металлы различаются химической активностью. Металлы расположены в порядке убывания активности в ряду напряжений:
Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au
Активные металлы (от лития до свинца) восстанавливают водород из кислот, неактивные (от меди до золота) – не восстанавливают.
Испытаем четыре металла: магний Mg, алюминий Al, железо Fe и медь Cu. Приготовим пробирки с раствором соляной кислоты (HCl) и погрузим в них металлы. Медь не реагирует с раствором соляной кислоты. Железо медленно восстанавливает водород из раствора кислоты. Алюминий более активно реагирует с раствором соляной кислоты, восстанавливая водород.
Наиболее энергично восстанавливает водород из соляной кислоты магний. Мы увидели, что металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода (железо, алюминий и магний), восстанавливают его из растворов кислот.
Металлы, стоящие в ряду после водорода (в нашем опыте – медь), не восстанавливают его из кислот. Наиболее активным металлом в нашем опыте оказался магний, наименее активным ‑ медь.
2 HCl + Mg = MgC12 + H2
2 HCl + Fe = FeC12 + H2
6 HCl + 2Al = 2 A1C13 + 3H2
Оборудование: пробирки, штатив для пробирок, воронка, пинцет.
Техника безопасности. Следует соблюдать правила работы с растворами кислот. Не допускать попадания кислот на кожу и слизистые оболочки.
В результате реакции образуется горючий газ — водород: рядом не должно быть открытого пламени.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
Электрохимический ряд напряжений металлов. Вытеснение металла из соли другими металлами
Металлы расположены в порядке убывания активности в ряду напряжений:
Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au
Активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей. В первой пробирке – медь (Cu) и раствор соли менее активного металла – серебра (AgNO3). Вторая пара – железо (Fe) и раствор соли меди (CuSO4). Железо активнее меди. В третьей пробирке – цинк (Zn) и раствор соли менее активного свинца ‑ Pb(NO3)2. В пробирках начинаются реакции. Через некоторое время посмотрим, что получилось в пробирках. Медь покрылась белыми кристаллами серебра:
2AgNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + 2 Ag
На железном гвозде появился розовый налет металлической меди:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu
Цинк покрылся рыхлым слоем металлического свинца:
Pb(NO3)2 + Zn = Pb + Zn (NO3)2
Мы убедились в том, что активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.
Оборудование: пробирки, штатив для пробирок, воронка, пинцет.
Техника безопасности. Соли свинца и соли серебра — ядовиты, остерегаться попадания на кожу и на слизистые оболочки. Раствор нитрата серебра оставляет черные пятна на одежде и на коже.
Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.
ОЧЕНЬ ЗАНИМАТЕЛЬНО