Семинар по теме: «Химия элементов I,IIА-групп»

Семинар по теме: «Химия элементов I,IIА-групп»

Вопросы и задачи

Вопросы

1. Малорастворимые соли лития: фторид, карбонат, ортофосфат. Способы получения в лаборатории. Как объяснить, что соли лития, в отличие от солей других щелочных металлов хорошо растворяются в органических растворителях? (лаб. журнал)

2. Опишите процесс разделения катионов Ba²⁺и Sr²⁺ при их совместном присутствии в растворе. (лаб. журнал)

Задачи

1. Осуществите следующие превращения (укажите условия проведения реакций; число стадий должно быть минимальное):

KCl → K → KO₃ → KAl(SO₄)₂∙12H₂O → K₂S

Na → Na₂SO₄ → Na₂S → Na₂CO₃ → NaOH → Na

LiOH → LiCl → Li₂CO₃ → Li₂O → X → Li → LiNH₂

Na₂SO₄ → Na₂CO₃ → NaOH → NaClO₃ → NaCl → NaHCO₃ → Na₂CO₃

2. Осуществите следующие превращения (укажите условия проведения реакций; число стадий должно быть минимальное):

Be(NO₃)₂ X₁ X₂ BeCl₂

MgCl₂ MgCO₃ MgO Mg MgCl₂(безв.)

BaCl₂ BaSO₃ BaSO₄ X BaCl₂ BaCO₃

3. С позиции протолитической теории Бренстеда – Лоури напишите уравнения реакций гидролиза следующих солей: Na₂CO₃, NaHCO₃. Укажите значение pH в растворах данных солей. Используя полное математическое выражение закона разбавления Оствальда, рассчитайте значение степени протолиза в водном растворе карбоната натрия с концентрацией 0,001м моль/л.

4. Нитрид лития массой 5,5 г обработали водой и довели объем раствора до 2 л. Рассчитайте pH в конечном растворе.

5. Рассчитайте значение pH, при котором осаждается гидроксид магния из 0,1М раствора хлорида магния.

Вопрос 1. Малорастворимые соли лития: фторид, карбонат, ортофосфат. Способы получения в лаборатории.

К малорастворимым солям лития относится фторид, карбонат и ортофосфат лития.

Фторид лития получают путем осаждения из водных растворов действием на хорошо растворимые соли лития концентрированным раствором фторида натрия или аммония. Со временем в насыщенном растворе фторида лития устанавливается гетерогенное равновесие между твердой фазой и ионами, перешедшими в раствор:

Li⁺ + F^- = LiF↓

LiF_(тв.) ↔ Li⁺ + F^-; ПР = 1,5·10^-3

Условие осаждение имеет вид: c(Li⁺) c(F^-) ПР

Карбонат лития получают путем осаждения из водных растворов действием на хорошо растворимые соли лития концентрированным раствором карбоната натрия. Наиболее полное осаждение карбоната лития достигается путем кипячения раствора, поскольку растворимость его с повышением температуры уменьшается:

Li⁺ + CO₃^2- = Li₂CO₃↓

Li₂CO₃₍_тв_.) 2Li⁺ + CO₃^2-; ПР = 1,9·10^-3

Условие осаждения имеет вид: c(Li⁺)² c(CO₃^2-) ПР

Ортофосфат лития можно получить:

действием на хорошо растворимые соли лития ортофосфатом калия или натрия:

3Li⁺ + PO₄^3-= Li₃PO₄↓

действием на хорошо растворимые соли лития гидроортофосфатом калия или натрия:

3Li⁺ + 2HPO₄^2- = Li₃PO₄↓ + H₂PO₄^-

Li₃PO_4(тв.) ↔ 3Li⁺ + PO₄^3-; ПР = 3,2·10^-9

В первом случае будет наблюдаться обильное выпадение осадка, тогда как во втором случае будет наблюдаться лишь легкое помутнение раствора.

Причину данного явления легко объяснить, если рассмотреть протолитические свойства гидроортофосфат – иона. Гидроортофосфат – ион в водном растворе проявляет свойства амфолита с преобладанием основных свойств. Таким образом, концентрация ортофосфат иона понижена по сравнению с концентрацией гидроортофосфат – иона. Поэтому условие осаждение в данном случае лишь незначительно превышает величину ПР, поэтому наблюдается лишь легкое помутнение раствора. Добиться наиболее полного осаждения можно путем добавления в данную систему гидроксида натрия или калия. При введении в систему электролита, содержащего одноименные ионы, сместит протолитическое равновесие в сторону исходных веществ, что приведет к увеличению концентрации гидроортофосфат-иона, а это, в свою очередь, повлечет за собой смещение протолитического равновесия по кислотному типу в сторону продуктов реакции, т.е. в сторону увеличения концентрации ортофосфат-ионов. При достаточном добавлении щелочи возможно наиболее полное осаждение ортофосфата лития.

а) HPO₄^2- + H₂O ↔ H₂PO₄^- + OH^-

K_b(H₂PO₄^-/HPO₄^2-) = 1,62·10^-7

б) HPO₄^2- + H₂O ↔ PO₄^3- + H₃O⁺

K_a(HPO₄^2-/PO₄^3-) = 4,57·10^-13

K_b(H₂PO₄^-/HPO₄^2-) K_a(HPO₄^2-/PO₄^3-), следовательно,

[PO₄^3-] [H₂PO₄^-] [HPO₄^2-]

Вводим в систему гидроксид щелочного металла:

NaOH = Na⁺ + OH^-

3Li⁺ + HPO₄^2- + OH^-= Li₃PO₄↓ + H₂O

Вопрос 2. Опишите процесс разделения катионов Ba²⁺и Sr²⁺ при их совместном присутствии в растворе.

Разделение катионов Sr²⁺и Ba²⁺ при их совместном присутствии в растворе основано на различном отношении их малорастворимых хроматов к уксусной кислоте. Таким образом, вначале проводят осаждение катионов Ba²⁺и Sr²⁺ хроматом калия. В результате протекания химической реакции в осадок выпадают малорастворимые хроматы стронция и бария, окрашенные в желтый цвет:

а) Ba²⁺ + CrO₄^2- = BaCrO₄↓

BaCrO₄₍_тв_.) ↔ Ba²⁺ + CrO₄^2-; ПР = 1,1·10^-10

б) Sr²⁺ + CrO₄^2- = SrCrO₄↓

SrCrO₄₍_тв_.) ↔ Sr²⁺ + CrO₄^2-; ПР = 2,7· 10^-5

Затем полученную смесь осадков обрабатывают уксусной кислотой. Поскольку ПР хромата стронция почти в два раза больше хромата бария, следовательно, возможно его растворение в слабой уксусной кислоте. Другой причиной его растворения является превращение хромат – ионов в дихромат – ионы в кислотной среде:

2CrO₄^2- + 2H₃O⁺ ↔ Cr₂O₇^2- + 3H₂O

При добавлении уксусной кислоты фазовое равновесие

SrCrO_4(тв.) ↔ Sr²⁺ + CrO₄^2- смещается в сторону продуктов реакции, поскольку концентрация хромат - ионов понижается; c(Sr²⁺)² c(CrO₄^2-) ПР. В результате протекания химической реакции масса осадка уменьшается, в растворе повышается концентрация Sr²⁺ и Cr₂O₇^2-; при достаточном количестве уксусной кислоты весь осадок растворится:

2SrCrO₄ + 2CH₃COOH = 2Sr²⁺ + 2CH₃COO^- + Cr₂O₇^2- + H₂O

Достигнуть при помощи уксусной кислоты столь сильного смещения равновесия в случае хромата бария не удается. В то же время добавление сильной кислоты приводит к полному растворению хромата бария:

2BaCrO₄ + 2HCl = BaCl₂ + BaCr₂O₇ + H₂O

12 3 Следующая ⇒