ЗАНЯТТЯ №23 (6 год

ЗАНЯТТЯ №23 (6 год.)

Тема 37. Загальна характеристика d-елементів. Типи хімічних реакцій за їх участю

Тема 38. d-Елементи IВ групи. Купрум, Арґентум, Аурум

Тема 39. d-Елементи IІВ групи. Цинк, Кадмій, Меркурій

МЕТА:

§         Трактувати на основі електронної будови атомів d-елементів їх змінну ступінь окиснення, здатність до комплексоутворення, зменшення хімічної активності порівняно з s– та p-елементами.

§         Пояснювати хімічні властивості простих речовин та сполук d-елементів за допомогою рівнянь відповідних хімічних реакцій.

§         Пояснювати залежність кислотно-основних і окисно-відновних властивостей оксидів, гідроксидів і солей d-елементів від ступеня окиснення елементу.

§         Пояснювати за допомогою рівнянь хімічних реакцій утворення d-елементами катіонних, аніонних і нейтральних комплексів.

§         Аналізувати здатність до гідролізу солей d-елементів.

§         Запропоновувати реакції якісного виявлення катіонів і аніонів, що містять d-елементи.

§         Трактувати біологічну роль d-елементів у організмі та запропонувати прості речовини і сполуки d-елементів, які застосовують у медичній та фармацевтичній практиці.

§         Аналізувати хімічну активність певного металу залежно від положення у періодичній системі, а також у електрохімічному ряді напруг металів.

Професійна орієнтація студентів

Купрум належить до життєво необхідних елементів та відіграє важливу біологічну роль в багатьох процесах, що відбуваються в організмі. Купрум утворює комплексні сполуки з амінокислотами та білками, сприяючи процесам кровотворення, розумовому та фізичному розвитку. Купрум є каталізатором ряду клітинних процесів, посилює водний, газовий і мінеральний обмін. Іони купруму мають інсуліноподібну дію. Препарати міді використовують як антисептичні засоби, входять до полівітамінних комплексів.

Препарати аргентуму проявляють бактерицидну дію, аргентум нітрат використовують у фарманалізі. Із сполук аргентуму в медицині використовують кризоніл (Au-S-CH₂-CHOH-CH₂SO₃)₂Ca при лікуванні кісткового туберкульозу.

Цинк належить до мікроелементів і входить до складу близько 40 ферментів, які каталізують різні біохімічні процеси. Біологічна роль цинку пов’язана з діяльністю залоз внутрішньої секреції, де він в основному концентрується.

Іони цинку приймають участь у вуглеводному обміні, є складовою частиною інсуліну. У медичній практиці використовують цинк сульфат – в очній практиці, оксид цинку – в дерматології у вигляді мазей і присипок.

Сполуки кадмію токсичні.

Препарати меркурію виявляють антисептичну протипаразитарну, сечогінну та послаблюючу дію. Використовують меркурій (ІІ) хлорид HgCl₂ (сулема) для дезинфекції, меркурій (І) хлорид Hg₂Cl₂,  HgO.

Ртуть і її сполуки дуже токсичні.

Методика виконання практичної роботи.

Тема 38. d-Елементи IВ групи. Купрум, Арґентум, Аурум

Прилади і реактиви: штатив з пробірками, піпетки; мідь, CuO (крист.),  розчини: HCl (2н), H₂SO₄ (2н), HNO₃ (2н), CuCl₂ (0,5н), (NH₄)₂S (0,5н), CuSO₄ (0,5н), Na₂CO₃ (2н), KI (0,5н), Na₂S₂O₃ (0,5н), Na₂SO₃ (0,5н), AgNO₃ (0,5н), розчин крохмалю.

Робота 1. Розчинення міді в кислотах.

В три пробірки помістити по шматочку міді і додати по 5-6 крапель 2н розчинів кислот: в першу – хлоридної, в другу – сульфатної, в третю – нітратної. Провести аналогічний дослід з концентрованими хлоридною, сульфатною і нітратною кислотами.

Написати рівняння всіх реакцій. Як змінюється забарвлення розчину?  Який іон зумовлює це забарвлення? Чому мідь не взаємодіє з хлоридною кислотою і з розведеною сульфатною кислотою?

Робота 2. Взаємодія купрум (ІІ) оксиду з кислотами.   

У дві пробірки внести по 2-3 мікрошпателі купрум (ІІ) оксиду і додати по 5-6 крапель 2н розчинів кислот, в одну пробірку – хлоридної, в другу – сульфатної. Спостерігати в обох випадках появу забарвлення розчину. Написати рівняння реакцій взаємодії купрум (ІІ) оксиду з HCl і H₂SO₄.

Робота 3. Отримання малорозчинних солей купруму (ІІ).

а) В пробірку з розчином купрум (ІІ) сульфату або хлориду (2-3 краплі) додати стільки ж насиченого розчину амоній сульфіду. Відзначте колір осаду купрум (ІІ) сульфіду. Написати в молекулярному й іонному вигляді рівняння реакції його утвореня.

б) В пробірку з 0,5н розчином купрум (ІІ) сульфату (2-3 краплі) додати таку ж кількість 2н розчину соди. Спостерігається випадання зеленого осаду купрум (ІІ) гідрокарбонату. Чому при взаємодії солей купруму з розчином соди не випадає середній купурум карбонат?

Написати рівняння реакції взаємодії купурум (ІІ) сульфату з содою за участю води.

Робота 4. Отримання купурум (І) йодиду.

Внести в пробірку по 2 краплі 0,5н розчинів купрум (ІІ) сульфату і калій йодиду. Відзначте утворення осаду і забарвлення вмістимого пробірки в жовтий колір. Довести за допомогою розчину крохмалю, що жовте забарвлення зумовлене виділенням вільного йоду.

Для визначення кольору осаду купрум (І) йодиду необхідно вільний йод, який маскує своїм забарвленням колір осаду, перевести у безбарвний іон. Для цього додати в пробірку декілька крапель розчину 0,5н натрій сульфіту до зникнення жовтого забарвлення. Осад купурум (І) йодиду  зберегти для наступного досліду.

Який колір осаду купурум (І) йодиду. Написати рівняння реакцій:

а) взаємодії купурум (І) сульфату з калій йодидом;

б) взаємодії йоду з натрій сульфітом в присутності води.

Чим пояснюється стійкість купурум (І) йодиду ?

Робота 5. Добування комплексних сполук аргентуму.

У пробірку з розчином аргентум нітрату додавати краплями розчин натрій тіосульфату Na₂S₂O₃ і спостерігати розчинення осаду аргентум тіосульфату, що випав спочатку. Аналогічно провести дослід із натрій сульфітом Na₂SO₃.

Написати рівняння всіх реакцій, вважаючиіони SO₃^2- i S₂O₃^2- монодентантними. Координаційне число Ag⁺ -2.

Тема 39. d-Елементи IІВ групи. Цинк, Кадмій, Меркурій

Прилади і реактиви: штатив з пробірками; Zn (), CdCl₂ (), розчини: H₂SO₄ (2), HCl (2), HCl (1), NaOH (2), ZnCl₂ (2), CdCl₂ (2), (NH₄)₂ (), NH₃  H₂O (2), Hg(NO₃)₂ (2), NaCl (0,5), KI (0,5), KSCN (0,5), CoCl₃ (0,5), SnCl₂ (0,5).

Робота 6. Розчинення цинку в кислотах і лугах.

Налити в пробірку 4-5 крапель 2 н розчину сульфатної кислоти, додати 1 мікрошпатель цинкового пилку і підігріти. Це ж проробити з концентрованою сульфатною кислотою (r = 1,84 г/лм) і по запаху виявити виділення сірчистого газу.

Таким самим способом перевірити розчинність цинку в 2 н розчині хлоридної кислоти і в 2 н розчині їдкого натру.

Описати спостережувані явища. Чому розведена і концентрована H₂SO₄ по-різному реагують з цинком? Який атом і в якому ступені окиснення є окисником в одному і другому випадках?

Робота 7. Гідроксиди цинку і кадмію і його властивості.

Налити в дві пробірки по 3-4 краплі 2 н розчину солі цинку, а в дві інші – стільки ж 2 н розчину солі кадмію. В кожну пробірку додавати по краплях 2 н розчин натрій гідроксиду до появи білих осадів гідроксидів. Випробувати відношення отриманих гідроксидів до кислот і лугів. Зробити висновок щодо властивостей гідроксидів цинку і кадмію. Написати рівняння реакцій в іонній і молекулярній формі. Пояснити відмінності у властивостях гідроксидів. Написати схему рівноваги дисоціації цинк гідроксиду і її зміщення під дією Н⁺ і ОН^– – іонів.

Робота 8. Сульфіди цинку і кадмію.

В дві пробірки, в одній з яких міститься 3-4 краплі 2 н розчину солі цинку, а в другій – стільки ж розчину солі кадмію, додати по 2-3 краплі насиченого розчину амоній сульфіду. Відзначте колір осадів, які утворилися. В кожну пробірку додайте по 1 краплі 2 н розчину хлоридної кислоти. Який із сульфідів більш розчинний в кислоті?

Користуючись правилом розчинності, пояснити причину різної розчинності сульфідів цинку і кадмію в кислоті. Написати рівняння реакцій.

Робота 9. Гідроліз солей цинку і кадмію.

Помістити в одну пробірку декілька кристаликів солі цинку, в другу – стільки ж солі кадмію і розчинити їх в 1-2 краплях води. Додати в кожну пробірку по 2-3 краплі розчину лакмусу і злегка нагріти. В третю пробірку налити 2-3 краплі розчину лакмусу і 1-2 краплі води і порівняти колір водного розчину лакмусу із забарвленням отриманих розчинів. На яку реакцію середовища вказує забарвлення лакмусу в розчинах солей? Написати в молекулярній та іонній формі рівняння процесів, які викликають зміну забарвлення лакмусу.

Робота 10. Комплексні сполуки цинку і кадмію.

Помістити в пробірку 1 краплю 2 н розчину солі цинку і додати 2 краплі 2 н розчину аміаку. Осад якої речовини утворився? До отриманого осаду додати по краплях розчин аміаку до розчинення осаду. Такий самий дослід провести із 2 н розчином солі кадмію. Написати рівняння реакцій, вважаючи, що характерним координаційним числом для обох іонів – комплексоутворювачів є 4. Написати  рівняння дисоціації отриманих комплексних сполук і комплексних іонів, а також вирази їх констант нестійкості.

Робота 11. Отримання малорозчинних солей меркурію (ІІ).

Металічна ртуть і всі її сполуки отруйні. Пробірки, в яких проводилися досліди слід після роботи здати лаборантам, а руки добре вимити.

A. Отримання меркурій (ІІ) хлориду.

До 2-3 крапель 2 н розчину меркурій (ІІ) нітрату додати 4-6 крапель 0,5 н розчину натрій хлориду. Спостерігати і описати явища. Написати рівняння реакції.

Б. Отримання меркурій (ІІ) йодиду.

До 2-3 крапель 2 н розчину меркурій (ІІ) нітрату додати по краплях 0,5 н розчин калій йодиду до випадання осаду меркурій (ІІ) йодиду.

Написати рівняння реакції.

Робота 12. Комплексні сполуки меркурію (ІІ).

 А.  Взаємодія меркурій (ІІ) нітрату з надлишком калій йодиду.

В пробірку помістити 1-2 краплі 2 н розчину меркурій (ІІ) нітрату і осадити меркурій (ІІ) йодид, дією 0,5 н розчину калій йодиду. Додати надлишок калій йодиду (10-12 крапель). Що відбулося з осадом? Написати рівняння реакцій (в іонній і молекулярній формі):

–  утворення меркурій (ІІ) йодиду;

– комплексоутворення меркурій йодиду з калій йодидом,   враховуючи, що КЧ  меркурій (ІІ) рівне 4.

Б. Взаємодія меркурій (ІІ) нітрату з надлишком калій роданіду.

До 2-3 крапель 0,5 н розчину меркурій (ІІ) нітрату додати 4-5 крапель насиченого розчину калій роданіду. Написати відповідне рівняння реакції, враховуючи, що утворилася комплексна сполука  меркурію (ІІ) з КЧ для ртуті рівним 4.

До отриманого розчину додати 2-3 краплі насиченого розчину кобальт хлориду. Який осад випадає? Звернути увагу на характерний колір отриманої сполуки. Написати рівняння реакції.

Робота 13. Окиснювальні властивості солей меркурій (ІІ).

 Налити в пробірку 2 краплі 2н розчину меркурій нітрату і додати 3 краплі 0,5 н розчину станум (ІІ) хлориду. Спостерігати випадання білого осаду каломелі Hg₂Cl₂ після додавання першої краплі станум (ІІ) хлориду.

Через 3-4 хвилини осад темніє. Чому? Написати рівняння реакцій утворення каломелі та її диспропорціонування.

Програма самопідготовки

Тема 37. Загальна характеристика d-елементів. Типи хімічних реакцій за їх участю

Загальна характеристика d-елементів, порівняльна характеристика елементів головних і побічних підгруп. Характерні особливості d-елементів: ступені окиснення, утворення комплексів, забарвлення катіонних та аніонних комплексів, участь в ОВР. Зміна кислотно-основних та окисно-відновних властивостей сполук зі зміною ступеня окиснення.

Вторинна періодичність у родинах d-елементів, лантаноїдне стиснення.

Лантаноїди та актиноїди як аналоги d-елементів IIIB групи. Причини подібності f-елементів, валентні електрони.

Поняття біогенні мікроелементи, їх вміст в організмі.

Тема 38. d-Елементи IВ групи. Купрум, Арґентум, Аурум

Загальна характеристика елементів IВ групи. Фізичні і хімічні властивості простих речовин. Реакції з кислотами, киснем, галогенами.

Сполуки Купруму(І) і Купруму(ІІ), їхні кислотно-основні та окисно-відновні властивості, здатність до комплексоутворення. Комплексні сполуки Купруму(ІІ) з амоніаком, амінокислотами, багатоатомними спиртами.

Оксид і галогеніди Купруму(І). Комплексні сполуки Купруму(І) з хлоридами й амоніаком, природа забарвлення. Комплексний характер купрумвмісних ферментів, їх біологічна роль. Хімічні основи застосування сполук Купруму в медицині та фармації.

Сполуки Арґентуму, їхні кислотно-основні та окисно-відновні властивості.  Здатність до комплексоутворення, комплексні сполуки з галогенід-йонами, амоніаком, тіосульфат-іонами. Бактерицидні властивості йонів Ag⁺. Хімічні основи застосування сполук Арґентуму як лікарських засобів і в фармацевтичному аналізі.

Аурум. Окиснення золота киснем за наявності ціанід-іонів. Відношення золота до «царської води» та селенатної кислоти. Сполуки Ауруму(І) і Ауруму(ІІІ), їх кислотно-основні та окисно-відновні характеристики, здатність до комплексоутворення. Застосування золота та сполук Ауруму у медицині й фармації.

Тема 39. d-Елементи IІВ групи. Цинк, Кадмій, Меркурій

Загальна характеристика елементів ІІВ групи. Фізичні і хімічні властивості простих речовин.

Цинк. Загальна характеристика. Хімічна активність простої речовини. Кислотно-основна та окисно-відновна характеристика сполук Цинку. Солі Цинку, їх розчинність і гідроліз. Комплексні сполуки Цинку з аміаком, водою та гідроксид-іонами. Цинковмісні ферменти. Хімічні основи застосування сполук Цинку в медицині та фармації.

Кадмій та його сполуки в порівнянні з аналогічними сполуками Цинку.

Меркурій. Загальна характеристика; властивості, відмінні від Цинку та Кадмію: хімічна активність простої речовини, ковалентність зв’язків з м’якими лігандами, утворення зв’язків між атомами Меркурію. Окиснення ртуті сіркою та нітратною кислотою, взаємодія з ферум(ІІІ) хлоридом. Нітрати меркурію. Гідроліз. Основні солі. Сполуки Меркурію(І) і Меркурію(ІІ), їхня кислотно-основна та окисно-відновна характеристика, здатність до комплексоутворення. Каломель і сулема, їх взаємодія з амоніаком, утворення амідохлориду меркурію. Хімізм токсичної дії сполук Кадмію та Меркурію. Хімічні основи застосування сполук Меркурію в медицині та фармації.

Зразки тестових завдань та ситуаційних задач.

1. Які с.о. є характерними для Купруму:

A. +3 і +1

B. +2 і +3

*C. +1 і +2

D. +3 і +4

2. Яка формула відповідає електронній конфігуруції атома ₂₉^Сu?

А. [Ar] 3d⁸4s²

В. [Ar] 3d⁶4s²

С. [Ar] 3d⁷4s²

*D. [Ar] 3d⁹4s²

3. Меркурій здатний утворювати сполуки, у яких проявляє ступінь окислення +1 або +2. У якій формулі сполук, що рекомендовані Державною Фармакопеєю України для використання при дослідженні фармпрепаратів, меркурій проявляє ступінь окислення +2?

А. Hg₂Cl₂

В. Hg₂SO₄

С. Hg₂(NO₃)₂ * 2H₂O

*D. K₂[HgI₄]

1.      Напишіть електронно-графічні формули та електронні формули для атомів та іонів: Cu, Cu²⁺, Cu⁺, Ag, Ag⁺, Au, Au³⁺. За рахунок чого у сполуках проявляють такі ступені окиснення. Фізичні властивості срібла, міді, золота.

2.      Написати рівняння реакцій, які лежать в основі добування міді, срібла та золота.

3.      Допишіть рівняння та назвіть продукти: а) Cu+Cl₂=; б)Au+Cl₂=; в)Cu+O=; г)Cu+S=; д)Ag+H₂S=; е)Ag+P=; є)Ag+NaCN (O₂)=; ж)Au+P=; з)Au+Cl₂=; и)Au+NaCN (O₂)=; і)Ag+S=.

4.      Як відносяться мідь, срібло та золото до концентрованої і розведеної сульфатної і нітратної кислот? Яким чином можна перевести в розчин золото? Записати рівняння відповідних реакцій.

5.                  Допишіть рівняння та назвіть продукти: а) CuCl+NH₃=; б)Ag₂O+NH₃+H₂O=; в)AgNO₃+NaOH=; г)Cu₂O+NaOH+H₂O=; д)CuCl+HCl=; е)AgI+KI=; є)AgBr+Na₂S₂O₃=; ж)CuCl+O₂=; з)CuCl=; и)AuCl+KCl=.

6.      Охарактеризуйте фізичні властивості оксиду та гідроксиду Купруму(ІІ). Які властивості вони проявляють? Допишіть рівняння та назвіть продукти: а) Сu(OH)₂+H₂SO₄=; б)Cu(OH)₂+NaOH=; в)Cu(OH)₂+NH₃+H₂O=; г)Cu(OH)₂+NaCl+H₂O=.

7.      Здійснити перетворення:

Cu ® Cu(NO₃)₂ ® Cu(OH)₂ ® [Cu(NH₃)₄(OH₂)₂](OH)₂;

Au ® K[Au(CN)₂] ® Au;

Ag ® AgNO₃ ® Ag₂O ® [Ag(NH₃)₂]OH.

8.      Визначити рН 0,1 М розчину купрум сульфату, враховуючи гідроліз по першому ступеню. (К_2д Cu(OH)₂ =3,4 ×10^-7).

9.      Скільки грам аргентум нітрату треба взяти, щоб приготувати 10 г 2 %-ного розчину очних крапель. Чи буде цей розчин ізотонічний? (0,2 г)

10.  Якісні реакції на Cu²⁺ та Ag⁺.

11.  Напишіть електронно-графічні формули та електронні формули для атомів та іонів: Zn, Zn²⁺, Cd, Cd²⁺, Hg. За рахунок чого у сполуках проявляють такі ступені окиснення.

12.  Допишіть рівняння та назвіть продукти: а) Zn+HCl=; б)Zn+NaOH=; в)Zn+NH₃=; г)Zn+HF=; д)Zn+S=; е)Zn+Cl₂=; є)Zn+O₂=; ж)Cd+NH₃=; з)Cd+HF=.

13.  Написати рівняння реакцій взаємодії Zn, Hg з розведеними та концентрованими розчинами сульфатної та нітратної кислот.

14.  Як виконати наступні перетворення:

ZnS ® ZnO ® Zn ® ZnCl₂ ® Zn(OH)₂ ® K₂[Zn(OH)₄] ® ZnSO₄ ® ZnS.

15.  Напишіть формули аква,  гідроксо – та аміачного комплексів цинку. Назвіть їх.

16.  На розчинення суміші цинку та оксиду цинку витратили132,8 мл хлоридної кислоти з масовою часткою хлороводню 20% і густиною 1,1 г/см³. Газ, що виділився спалили і одержали 3,6 г води. Обчисліть масу оксиду металу в суміші.

17.   Гідроліз солей цинку, зміщення рівноваги у гідролізованих системах. 

18.  Оксиди та гідроксиди Меркурію(І) та (ІІ). Одержання та стійкість.

19.  Закінчити рівняння реакцій:

а) Hg (NO₃)₂ + Hg ®

б) HgCl₂ + SO₂ + H₂O ®

в) Hg₂Cl₂ + SnCl₂ ®

                   г) Hg₂Cl₂ ® Hg +…

20.  Розчин сулеми, який використовують в медицині, готують розчиненням 1 г солі в 2 кг води. Яка молярна та процентна концентрація одержаного розчину? (r = 1,0 г/мл). (0,0018 М; 0,05 %).

21.  Якісні реакції на іони Zn²⁺, Cd²⁺, Hg₂²⁺, Hg²⁺.

22.  Біологічна роль та використання у медицині сполук Арґентуму, Ауруму, Цинку, Кадмію та Меркурію.

Студент повинен знати:

1. Хімічні властивості d-елементів І–IIВ груп, та властивості їх сполук.

Студент повинен вміти:

1.      Проводити аналіз солей d-елементів I–ІIВ групи.

Джерела інформації

а) Основні:

1. Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2003. – 464 с.

2. Романова Н.В. Загальна та неорганічна хімія: Підруч. Для студ. вищ. навч. закл. –ВТФ «Перун», 2004. – 480 с. 

3.      Рейтер Л.Г. Степаненко О.М., Басов В.П. Теоретичні розділи загальної хімії: Навчальний посібник. – К.: Каравела, 2003. – 344 с.

4.      Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая шк., 2003. – 743 с.

5. Загальна та неорганічна хімія: У 2-х ч./О.М.Степаненко, Л.Г.Рейтер, В.М.Ледовских, С.В.Іванов. – К.: Пед. Преса, 2002.– Ч. І.– 520 с.

6. Каличак Я.М., Кінжибало В.В., Котур Б.Я. та ін. Хімія. Задачі, вправи, тести: Навчальний посібник. – Львів: Світ, 2001. – 176 с.

7. Державна Фармакопея України / Державне підприємство «Науковий-експертний фармакопейний центр». – 1-е вид. – Харків: РІРЕГ, 2001.– 556 с.

8. www.tdmu.edu.te.ua/education.php.

б) Додаткові:

1.      В. Гомонай, С. Мільович Біонеорганічна хімія. – Ужгород: ВАТ «Патент», 2006. – 200 с.

2.      Телегус В.С., Бодак О.І., Заречнюк О.С., Кінжибало В.В. Основи загальної хімії – За ред. В.С. Телегуса: Підручник – Львів: Світ, 2000 – 424 с.

3.      Ершов Ю.А. Попков А.С. Берлянд А.З. Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. – М.: Высш. шк., 2000. – 560 с.

 

Автор: к.х.н., асист. Демид А.Є.

 

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

_____     ________2013 р. протокол № ___

 

Переглянуто на засіданні кафедри

_____     ________20__ р. протокол № ___