Home » ЗАНЯТТЯ №9 (6 год

ЗАНЯТТЯ №9 (6 год

25 Червня, 2024

ЗАНЯТТЯ №9 (6 год.)

Тема 26. Загальна характеристика p-елементів. р-елементи ІІІА групи. Бор і Алюміній

Тема 27. p-елементи ІVА групи. Карбон та його неорганічні сполуки.

МЕТА:

§ Пояснювати закономірність зміни атомних радіусів, енергії іонізації, спорідненості до електрона, електронегативності р-елементів із зростанням їх атомного номеру в підгрупі та періоді.

§ Запропонувати можливі ступені окиснення та пояснити хімічну активність простих речовин р-елементів залежно від конфігурації валентних електронів.

§ Трактувати збуджений стан атомів та гібридизацію їх атомних орбіталей і форму молекул на прикладі утворення відповідних сполук.

§ Трактувати підсилення металічних властивостей простих речовин р-елементів у підгрупі та зменшення у періоді із зростанням заряду ядра їх атомів.

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

§ Порівняти умови одержання, стійкість та хімічну активність оксидів, гідрогенпохідних, галогенидів, гідроксидів і солей залежно від ступеню окиснення та положення р-елементів у періодичній системі.

§ Аналізувати здатність сполук р-елементів до участі в реакціях комплексоутворення .

§ Пояснювати окисно-відновні та кислотно-основні властивості сполук р-елементів залежно від ступеня окиснення елементу.

§ Пояснювати методи добування та хімічні властивості полімерних кислот та їх солей.

§ Запропонувати реакції якісного виявлення катіонів і аніонів р-елементів.

§ Запропонувати прості речовини і сполуки р-елементів, які застосовують у фармацевтичному аналізі та медицині.

Професійна орієнтація студентів

Бор і алюміній, як мікроелементи, знаходяться в кістках, зубній емалі, у тканинах внутрішніх органів. Бор приймає участь в обміні речовин. Із сполук елементів ІІІ А групи в медицині як фармпрепарати застосовуються боратна кислота і натрій тетраборат як дезинфікуючі засоби та сполуки алюмінію (гідроксид, алюмінієві галуни) як в’яжучі, адсорбуючі засоби в дерматології.

Серед елементів IV А групи карбон і силіцій є найбільш використовуваними в медицині та фармації. Карбон у формі активованого вугілля застосовується як ефективний сорбент. Загальна масова частка карбону в організмі людини складає 21,15 %. Карбон – основа всіх органічних сполук. Він входить до складу всіх клітин і тканин у вигляді біологічно важливих сполук: білків, жирів, вітамінів, гормонів, ферментів. Але окремі сполуки карбону є отруйними для людини, зокрема карбон (ІІ) оксид, диціан (CN)₂.

Методика виконання практичної роботи.

Тема 26. Загальна характеристика p-елементів. р-елементи ІІІА групи. Бор і Алюміній

Прилади і реактиви: штатив з пробірками, піпетки; H₃BO₃ (крист.), Mg (порошок), Na₂B₄O₇ (крист.), H₂SO₄ (конц.), HNO₃ (конц.), HCl (конц.), Al(фольга); універсальний індикаторний папірець; розчини: Na₂B₄O₇ (насич.), AgNO₃ (0,1н), CuSO₄ (0,5н), Al₂(SO₄)₃ (0,5н), HCl (2н), H₂SO₄ (2н), HNO₃ (2н), NaOH (2н).

Робота 1. Кислотні властивості ортоборної кислоти.

У двох пробірках з 5-8 краплями дистильованої води розчинити при нагріванні по декілька кристаликів борної кислоти. В одну пробірку внести декілька шматочків стружки магнію. Відзначити виділення газу. В другу пробірку занурити на декілька секунд смужку універсального індикаторного паперу і порівняти його забарвлення з забарвленням еталонної шкали.

Написати рівняння реакцій: а) дисоціації боратної кислоти; б) взаємодії боратної кислоти з магнієм. Знайти в довіднику значення константи кислотності боратної кислоти. Сильним чи слабким електролітом є боратна кислота.

Робота 2. Характерні реакції борної кислоти.

А. Забарвлення полум’я.

Розжарити в полум’ї пальника ніхромову дротинку або фарфорову паличку. Занурити розжарену паличку або дротинку в порошок боратної кислоти і знову внести в полум’я (у зовнішній конус полум’я). Якого забарвлення надає боратна кислота полум’ю?

Б. Отримання борнометилового ефіру.

В тигель внести 3-4 кристалики бури (натрій тетраборату), 2-3 краплі концентрованої сульфатної кислоти і 5-6 крапель метилового спирту. Розмішати суміш скляною паличкою, підпалити борнометиловий ефір, який виділяється (В(ОСН₃)₃). Відзначити забарвлення полум’я.

Написати рівняння реакцій: а) отримання боратної кислоти; б) отримання борнометилового ефіру взаємодією метилового спирту і боратної кислоти.

Робота 3. Гідроліз натрій тетраборату.

У пробірку з 5-6 краплями води внести декілька кристаликів бури Na₂B₄O₇ і розчинити при нагріванні. За допомогою універсального індикаторного папірця визначте реакцію середовища.

Написати рівняння реакції ступінчастого гідролізу натрій тетраборату, враховуючи, що в результаті першого ступеня гідролізу утворюється ортоборатна кислота і натрій метаборат NaBO₂, а по другому ступеню – ортоборатна кислота і їдкий натр.

Робота 4. Отримання малорозчинних боратів.

У три пробірки внести по 3-4 краплі насиченого розчину бури Na₂B₄O₇ і додати по декілька крапель розчинів: в першу – 0,1н AgNO₃, в другу – 0,5н CuSO₄, в третю – 0,5н Al₂(SO₄)₃. Відзначте колір осадів, які випали.

Написати рівняння всіх реакцій, враховуючи, що в усіх реакціях бере участь вода і утворюється ортоборатна кислота; осади, які випали є відповідно аргентум метаборат, купрум(ІІ) гідроксоборат і алюміній гідроксид. Чому в двох останніх випадках не утворилися купрум (ІІ) борат і алюміній борат? Відповідь пояснити, написати рівняння відповідних реакцій.

Робота 5. Взаємодія алюмінію з кислотами і лугом.

А. Взаємодія алюмінію з розведеними кислотами.

У три пробірки внести по 5-8 крапель 2 н розчинів кислот: хлоридної, сульфатної і нітратної. В кожну пробірку внести по шматочку алюмінієвої фольги. Чи в усіх випадках проходить реакція на холоді? Нагріти пробірки на водяній бані. Що спостерігається? Написати рівняння реакцій. Який газ виділяється при взаємодії алюмінію з розведеною нітратною кислотою?

Б. Взаємодія алюмінію з концентрованими кислотами.

Проробити дослід як у попередньому випадку, але з концентрованими хлоридною, сульфатною і нітратною кислотами. Як відбуваються реакції на холоді? З якою кислотою алюміній не взаємодіє? Чому? Нагріти пробірки на водяній бані. Як впливає нагрівання?

Відповісти на всі питання. Написати рівняння реакцій, враховуючи, що при нагріванні нітратна кислота відновлюється до диоксиду нітрогену, сульфатна до сірчистого газу на холоді і частково до сірки при нагріванні. Чи впливає зміна концентрації хлоридної кислоти на характер її взаємодії з алюмінієм?

В. Розчинення алюмінію у водному розчині лугу.

В пробірку з 3-4 краплями води помістити шматочок алюмінієвої фольги. Нагріти пробірку на водяній бані. Чи спостерігається виділення водню? Додати в пробірку 5-8 крапель 2 н розчину натрій гідроксиду. Відзначте інтенсивне виділення водню. Написати рівняння реакції розчинення, враховуючи, що утворюється натрій тетрагідроксоалюмінат, а при надлишку лугу гексагідроксоалюмінат.

Робота 6. Алюміній гідроксид, його отримання і властивості.

У дві пробірки внести по 3-4 краплі розчину солі алюмінію і по 4 краплі 2 н розчину натрій гідроксиду до утворення алюміній гідроксиду. В одну пробірку до отриманого осаду додати 3-5 крапель 2 н розчину хлоридної кислоти, в другу – стільки ж 2 н розчину натрій гідроксиду. Що відбувається в обох випадках?

Зробити висновок про властивості алюміній гідроксиду і написати всі рівняння реакцій.

Тема 27. p-елементи ІVА групи. Карбон та його неорганічні сполуки.

Прилади і реактиви: штатив з пробірками, піпетки, фільтрувальний папір, активоване вугілля (порошок), купрум (ІІ) оксид ( порошок); розчини: алізариновий червоний, Pb(NO₃)₂ (0,01н), KI (0,1н), CaCl₂ (0,1н), SrCl₂(0,1н), BaCl₂ (0,1н), Na₂СO₃ (0,2н), CH₃COOH (0,5н), вапняна вода, фільтрувальний папір, розчини: Na₂SiO₃(2н), HCl (конц.), CaCl₂ (0,5н), Co(NO₃)₃ (0,5н), Pb(NO₃)₂ (0,5н), CuSO₄ (0,5н), SnCl₂ (0,5н), KMnO₄ (0,5н), HCl (2н), K₂Cr₂O₇ (0,5н), FeCl₃ (0,5н), K₃[Fe(CN)₆] (0,5н), NaOH (2н), HNO₃ (2н).

Робота 7. Адсорбція барвників з розчину активованим вугіллям.

В пробірку до 1/2 її об’єму налити води і додати 3 краплі розчину алізаринового червоного. Внести в розчин шпателем активоване вугілля. Щільно закрити пробірку і енергійно струшувати протягом 2-3 хв. Розчин профільтрувати і відзначити його знебарвлення.

Робота 8. Адсорбція іонів з розчину активованим вугіллям.

У пробірку внести 2-3 краплі 0,01н розчину плюмбум (ІІ) нітрату. Додати до нього одну краплю 0,1н розчину калій йодиду. Відзначити випадання осаду плюмбум (ІІ) йодиду. В другу пробірку налити 1мл цього ж розчину плюмбум (ІІ) нітрату і внести невелику кількість (3-4 мікрошпателі) порошку активованого вугілля. Закривши отвір пробірки, енергійно струсити протягом 2-3 хвилин. Профільтрувати розчин через фільтрувальний папір в іншу пробірку. Додати в цей розчин краплю 0,1н розчину калій йодиду. Описати проведені досліди. Скласти рівняння реакції. Порівняти кількість осаду плюмбум (ІІ) йодиду, отриману в першому і другому випадках. Чим пояснити відмінності?

Робота 9. Відновлення вугіллям купрум (ІІ) оксиду.

На фільтрувальному папері змішати один об’єм порошку купрум (ІІ) оксиду з двома об’ємами порошку вугілля. Підготовлену суміш помістити в циліндричну пробірку, яку закріпити в штативі горизонтально. Нагріти суміш на сильному полум’ї пальника протягом 10-12 хв., спостерігаючи сильне розжарювання суміші. Після охолодження пробірки висипати її вміст на листок білого паперу. Відзначте колір отриманого продукту. Зверніть увагу на червонуватий відтінок, який утворився на стінках пробірки і поясніть причину його утворення. Напишіть рівняння реакції.

Робота 10. Отримання i властивостi карбонатiв лужноземельних металiв

У двох пробiрках добути кальцiй, стронцій i барiй карбонати взаємодiєю 3–4 крапель солi вiдповiдного металу з 3–4 краплями розчину натрій карбонату. Дати розчинам вiдстоятись i, зливши бiльшу частину рiдини, додати до осадiв по однiй краплi розчину ацетатної кислоти. Що спостерiгається?

Вiдмiтити випадання осадiв, їх забарвлення i розчинення в ацетатній кислотi, що супроводжується видiленням газу. Написати рiвняння всiх реакцiй.

Робота 11. Одержання кальцiй карбонату i гiдрокарбонату

Наповнити пробiрку на 1/2 її об’єму вапняною водою i пропускати крiзь неї карбон диоксид (із апарату Кіппа). Вiдмiтити появу осаду кальцiй карбонату. Продовжувати пропускати карбон диоксид до розчинення осаду.

Написати рiвняння реакцiй: утворення кальцiй карбонату i його подальшого розчинення пiд дiєю карбон диоксиду i води.

Програма самопідготовки

Тема 26. р-Елементи ІІІА групи. Бор і Алюміній

Загальна характеристика елементів ІІІА групи. Електронна дефіцитність, її вплив на властивості елементів та їх сполук. Зміна стійкості сполук зі зміною ступеня окиснення +3 і +1 в групі.

Загальна характеристика Бору. Проста речовина та її хімічна активність. Бориди. Сполуки з Гідрогеном (борани), особливості стереохімії і природа зв’язку. Гідридоборати. Галогеніди Бору, гідроліз і комплексоутворення. Бор(ІІІ) оксид і боратні кислоти, рівновага у водному розчині. Борати як похідні різних простих і полімерних кислот Бору. Тетраборат натрію. Естери боратної кислоти. Борорганічні сполуки. Біологічна роль Бору. Антисептичні властивості боратної кислоти та її солей.

Алюміній. Загальна характеристика. Проста речовина та її хімічна активність. Амфотерність алюмінію, його оксиду та гідроксиду. Алюмінати. Йон алюмінію як комплексоутворювач. Безводні солі Алюмінію і кристалогідрати. Особливості будови. Галогеніди. Гідрид алюмінію. Фізико-хімічні основи застосування Алюмінію та його сполук у медицині, фармації та косметології.

Тема 27. р-елементи IVА групи. Карбон та його неорганічні сполуки

Загальна характеристика елементів ІVА групи. Алотропія Карбону. Типи гібридизації атома Карбону і будова молекул, що містять Карбон. Карбон як основа всіх органічних молекул. Біологічна роль Карбону і хімічні основи застосування його неорганічних сполук. Фізичні та хімічні властивості простих речовин. Активоване вугілля як адсорбент.

Карбон з від’ємним значенням ступеня окиснення. Карбіди активних та перехідних металів, їх властивості та застосування.

Сполуки Карбону(ІІ). Оксид Карбону(ІІ), його кислотно-основні та окисно-відновні характеристики. Оксид Карбону(ІІ) як ліганд, хімічні основи його токсичності.

Ціанідна кислота, прості і комплексні ціаніди. Хімічні основи токсичності ціанідів.

Сполуки Карбону(IV). Оксид Карбону(IV), хімія і природа зв’язку, рівновага у водному розчині. Карбонатна кислота, карбонати і гідрогенкарбонати, їх гідроліз і термоліз.

Сполуки Карбону з галогенами і Сульфуром. Хлорид карбону(IV), карбоксидихлорид (фосген), фреони. Сірковуглець і тіокарбонати. Тіоціанати і ціанати. Фізичні та хімічні властивості, застосування.

Зразки тестових завдань та ситуаційних задач.

1. У розчинах лугів алюміній розчиняється з утворенням :

А. Солей

B. Гідроксидів

*С. Гідроксокомплексів

D. Оксидів

Е. Основних солей

2. Вкажіть електронну формулу атома алюмінію

A. 1s²2s²2p¹

*B. 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

C. 1s²2s²2p⁶3s¹3p²

D. 1s²2s²p⁵3s²3p¹

E. 1s²2s²p⁵3s²3p⁶

3.Для виявлення CO₂ можна використати:

*А. Ca(OH)₂_,водний розчин

B. NaOH, водний розчин

С. CaO, твердий

D. Ca(OH)₂, твердий

E. NaOH, твердий

4. Карбон (IV) оксид вступає в хімічну реакцію з речовиною формула якої:

A. P₂O₅.

B. HCl розчин.

C. Na₂SO₄.

*D. NaOH.

E. Cl₂

1. Напишіть електронно-графічні схеми та електронні схеми для наступних атомів та іонів: B, Al, Ga, In, Tl, C, B³⁺, Al³⁺, Ga³⁺, In⁺, In²⁺, In³⁺, Tl⁺, Tl³⁺, C²⁺, C⁴⁺.

2. Охарактеризуйте хімічні властивості елементів ІІІ групи головної підгрупи. Які модифікації є у бору?

3. Отримайте бор за реакціями: а) B₂O₃+Mg=; б) Na₂B₄O₇+Na=; в) BI₃(t)=.

4. Допишіть рівняння реакцій та вкажіть умови:

а)B+O₂=; б) B+N₂=; в)B+Cl₂=; г)B+CO₂=; д)B+P₂O₅=.

5. Написати рівняння реакції взаємодії бору з концентрованою нітратною кислотою, вважаючи, що утворюється ортоборатна кислота та сплавляння з лугом у присутності сильного окисника, вважаючи, що утворяться борати.

6. Що таке борани? Вкажіть їх загальну формулу. Добудьте борани, взаємодією бориду магнію з хлоридною кислотою. Допишіть рівняння: а)B₂H₆+H₂O=; б)B₂H₆+NH₃=.

7. Вкажіть формулу ортоборатної кислоти. Де вона застосовується у фармації? Напишіть три стадії дисоціації. За сучасними даними борна кислота одноосновна. ЇЇ формулою вважають В(ОН)₃. Допишіть реакцію приєднання гідроксид-іону з води: В(ОН)₃+Н₂О=.

8. Вкажіть формулу тетраборатної кислоти та напишіть рівняння її дисоціації. Порівняйте її силу з силою ортоборної кислоти.

9. Вкажіть формули: 1) натрію ортоборат; 2) натрію метаборат; 3) натрію тетраборат.

10. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти:

а)B+F₂=; б)B₂O₃+C+Cl₂=; в)BCl₃+H₂O=; г)BF₃+H₂O=.

11. Написати рівняння реакції взаємодії алюмінію з:

а) розв. H₂SO₄ і HNO₃; б) водним розчином їдкого натру.

12. Чому алюміній розчиняється у водному розчині натрій карбонату? Написати відповідне рівняння реакції.

13. Корунд не розчиняється в кислотах, а продукт сплавлення його з лугом легко розчиняється в кислоті. Написати рівняння реакцій: сплавлення корунду з лугом і взаємодії отриманого продукту з сульфатною кислотою.

14. Допишіть рівняння реакцій та назвіть продукти:

а)Al+H₂O=; б)Al+O₂=; в)Al+KOH+H₂O=; г)Al₂O₃+Na₂O=; д)Al₂O₃+NO₂=; е)Al₂O₃+Si=; є)Al(OH)₃+H₂SO₄=; ж)AlCl₃+LiH=; з) Al(OH)₃+KOH=.

15. Розчин, який містить алюміній сульфат і натрій ацетат, прокип’ятили. Яка речовина випала в осад? Написати рівняння реакції.

Який тип гібридизації атомних орбіталей карбону супроводжує утворення: а) простих речовин – алмазу, графіту, карбіну; б) вуглеводнів С₂Н₆, С₂Н₄, С₂Н₂?
Запишіть рівняння реакцій, які відбуваються під час розчинення СО₂ у воді. Запишіть вирази і значення констант рівноваги у кожному випадку. Як вплине збільшення тиску та підвищення температури на зміщення рівноваги?
Враховуючи лише першу стадію гідролізу, обчисліть рН 0,1 М розчину натрій карбонату.
Чи можна за допомогою реакцій, які відбуваються в розчині, отримати ферум (ІІІ) карбонат і алюміній карбонат? Дати пояснення.
Скласти молекулярні та іонні рівняння реакцій взаємодії: а) NaHCO₃ і HCl; б) NaHCO₃ і NaOH; в) Ca(HCO₃)₂ і NaOH; г) Ca(HCO₃)₂ і Ca(OH)₂.
Після пропускання над розжареним вугіллям без доступу повітря 44,8л суміші СО₂ і СО об’єм її збільшився на 11,2 л. Суміш газів, яку отримали після реакції з вугіллям, пропустили через розчин Са(ОН)₂. При цьому утворилося 40,5 г Са(НСО₃)₂. Розрахувати об’ємну частку чадного газу у вихідній газовій суміші.
В 1300 води розчинено 180 г кристалічної соди Na₂CO₃×10H₂O. Густина отриманого розчину 1,16 г/см³. Знайти масову частку (%) речовини в розчині в перерахунку на безводну сіль; розрахувати молярну і нормальну концентрації натрій карбонату.

23. Кальцiй карбiд одержують за реакцією CaO + C = CaC₂ + CO. Визначте масу СаО, необхiдну для одержання 10 т СаС₂. Який об’єм СО при цьому утвориться?

Який об’єм ацетилену (у.н.) можна добути з 100 г технiчного кальцiй карбiду, який мiстить 15% домiшок?

Студент повинен знати:

Хімічні властивості елементів IIІ –IV групи головної підгрупи, та властивості їх сполук.

Студент повинен вміти:

1. Проводити аналіз солей металів ІII –IV групи головної підгрупи.

Відповіді на тести і ситуаційні задачі:

Тест 1. Відповідь С, оскільки алюміній є амфотерним металом.

Тест 2. Відповідь В.

Тест 3. Відповідь А, оскільки у результаті реакції утворюється нерозчинний СаСО₃.

Тест 4. Відповідь D, СО₂ є кислотним оксидом.

Джерела інформації

а) Основні:

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

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.
Каличак Я.М., Кінжибало В.В., Котур Б.Я. та ін. Хімія. Задачі, вправи, тести: Навчальний посібник. – Львів: Світ, 2001. – 176 с.
Державна Фармакопея України / Державне підприємство «Науковий-експертний фармакопейний центр». – 1-е вид. – Харків: РІРЕГ, 2001.– 556 с.
www.tdmu.edu.te.ua/education.php.