Вятський державний гуманітарний університет
Кафедра хімії
Контрольний синтез
Mg (NO 3) 2 - MgO - MgCl 2 Кіров 2007
Мета
роботи: Вивчити ланцюжок синтезу Mg (NO
3) 2 - MgO - MgCl
2, і здійснити її на практиці. Розглянути фізико-хімічні характеристики речовин, що беруть участь у хімічних реакціях при синтезі MgCl
2 з Mg (NO
3) 2, їх хімічні властивості, і методи якісного та кількісного аналізу сполук магнію.
1). Хімічний синтез оксиду магнію (MgO) з нітрату магнію Mg (NO 3) 2 Mg (NO 3) 2 → MgO Фізико - хімічна характеристика Mg (NO 3) 2: 1. Зустрічається в природі у невеликих кількостях у вигляді нітромагнезіта (гідрат), або магнезіевой селітри.
2. Нітрат магнію при звичайних умовах кристалогідрат складу Mg (NO
3) 2 · nH
2 O, де n-2, 6, 9, n залежить від способу виділення нітрату магнію і температурного режиму.
3. З'єднання Mg (NO
3) 2 · 2H
2 O являє собою безбарвні
кристали з щільністю 2,025
г / см 3, плавиться при 129,5 ° С, розчиняються у воді, спирті і концентрованої азотної кислоти.
4. Mg (NO
3) 2 · 6H
2 O - безбарвні призматичні кристали моноклінної форми з щільністю 1,464
г / см 3; вони плавляться при температурі 95 ° С, киплять при 143 ° С, також розчиняються у воді, спирті і концентрованої азотної кислоти .
5. Mg (NO
3) 2 · 9H
2 O безбарвні кристали з щільністю 1,356
г / см 3 плавляться при 74 ° С,
щільність 1,302
г / см 3 6. Розчинність безводної
солі у воді (на
100 г ) При 20 ° С
73,3 г (42,3%), при підвищенні температури розчинність підвищується і при 80 ° С вона складає
110,1 г (52,4%).
7. Виділено також нестійкий кристалогідрат складу Mg (NO
3) 2 · 4H
2 O плавящийся при температурі 52 ° С.
8. Легко втрачає кристалізаційну воду за наступною схемою:
При температурі вище 380 ° розкладається.
9. При неповному розкладанні кристалогідратів виходять продукти різного складу 2Mg (NO
3) 2 · MgO,
Mg (NO
3) 2 · Mg (OН)
2, Mg (NO
3) 2 · 3Mg (OН)
2 · 8H
2 O, Mg (NO
3) 2 · 2Mg (OН)
2 · 4H
2 O і т. д .
10. Розчиняється у безводному рідкому аміаку і абсолютизований спирті, утворюючи аддукти різного складу:
Mg (NO
3) 2 + nNH
3 = Mg (NO
3) 2 · nNH
3 (n = 1, 2, 4, 6)
Mg (NO
3) 2 + 6CH
3 OH = Mg (NO
3) 2 · 6CH
3 OH
Mg (NO
3) 2 + 6C
2 H
5 OH = Mg (NO
3) 2 · 6C
2 H
5 OH.
11. Водний розчин Mg (NO
3) 2 має кисле середовище розчину внаслідок гідролізу по катіону: Mg (NO
3) 2 + H
2 O ↔ MgOHNO
3 + 2HNO
3 Mg
2 + + H
2 O ↔ MgOH
+ + H
+ (гідроліз по першій ступені)
MgOHNO
3 + H
2 O ↔ Mg (OH)
2 ↓ + HNO
3 MgOH
+ + H
2 O ↔ Mg (OH)
2 ↓ + H
+ (гідроліз по другому щаблі)
12. При взаємодії з розчинами лугів випадає білий осад гідроксиду магнію Mg (OH)
2. Mg (NO
3) 2 +2 NaOH = Mg (OH)
2 ↓ + 2Na NO
3. 13. Не розчиняється в розчинах плавикової, фосфорної, вугільної, кремнієвої кислот, хімічно взаємодіє з ними з утворенням нерозчинних у воді солей:
Mg (NO
3) 2 + 2HF = MgF
2 ↓ + 2HNO
3; 3Mg (NO
3) 2 + 2H
3 PO
4 = Mg
3 (PO
4) 2 ↓ + 6HNO
3; Mg (NO
3) 2 + CO
2 + H
2 O = MgCO
3 ↓ +2 HNO
3; Mg (NO
3) 2 + H
2 SiO
3 = MgSiO
3 ↓ +2 HNO
3 Сильно (всі випали опади білого кольору). розбавлена
Фізико - хімічна характеристика MgO 1. Біла або палена магнезія -
MgO білий пухкий порошок (кристали октаедричні форми) плавиться при температурі 2800 ° С, кипить при t = 3600 ° С;
2. В електричній печі сублімується при температурі 1600 - 1800 ° С, а потім знову осідає у вигляді
кристалів вже кубічної форми з кристалічною гратами подібної NaCl з міжіонних відстанню 2,11 А, щільністю 3,58
г / см 3 та твердістю 4 за шкалою Мооса.
;
3.
Щільність 3,67
г / см 3, твердість за шкалою Мооса дорівнює 6.
4. MgO погано проводить тепло і
електрика, важко розчинний у воді, але легко в метиловий
спирт, розбавлених кислотах, розплавленому кріоліті Na
3 [AlF
6]; 5. MgO дуже повільно взаємодіє з водою при нагріванні:
MgO + H
2 O
Mg (OH)
2 ↓,
(Білий порошок)
6. Добре розчиняється в кислотах і метиловий спирт:
MgO + 2HCl = MgCl
2 + H
2 O,
MgO + 2CH
3 OH = (CH
3 O)
2 Mg + H
2 O.
Метилат магнію
7. На повітрі при дії вуглекислого газу і вологи легко переходить в основний карбонат магнію:
2MgO + CO
2 + H
2 O = (MgOH)
2 CO
3. 8. При високих температурах відновлюється калієм,
кальцієм,
кремнієм, карбідом калію та ін:
MgO + 2K = K
2 O + Mg,
MgO + Сa = CaO + Mg,
2MgO + K
4 C = 2K
2 O + Mg + C.
Фізико - хімічна характеристика MgCl 2 1. Безводна сіль MgCl
2 кристалізується у вигляді безбарвних дуже гігроскопічних гексагональних кристалів з шаруватою структурою і гірким смаком;
2.
Щільність кристалів безводного MgCl
два 2,32
г / см 3, плавиться при температурі 715 ° С, кипить при 1412 ° С;
3. MgCl
2 добре розчинна у воді (
54,5 г на
100 г води) і ацетоні;
4. При виділення з розчину в залежності від температури кристалізується стабільний при звичайних умовах гексагідрат MgCl
2 · 6H
2 O або при швидкому випаровуванні - продукт, що містить меншу кількість молекул води (1, 2, 4); відомі також кристалогідрати хлориду магнію з 8 і 12 молекулами води;
5. MgCl
2 · 6H
2 O існує в інтервалі температур від -3,4 до 116,7 °.
Він утворює розпливаються на повітрі моноклінні кристали з щільністю 1,56
г / см 3; 6. Воду з хлориду магнію не можна повністю видалити без розкладання солі, так як при нагріванні відщеплюється хлористий водень і утворюється
основний хлорид (оксохлорід) змінного складу
2MgCl
2 + Н
2 О = Mg
2 OCI
2 + 2HC1.
7. Водний розчин MgCl
2 має слабокислу реакцію:
MgСl
2 + H
2 O ↔ MgOHCl
+ 2HCl
Mg
2 + + H
2 O ↔ MgOH
+ + H
+ (гідроліз по першій ступені)
MgOHCl
+ H
2 O ↔ Mg (OH)
2 ↓ + HCl
MgOH
+ + H
2 O ↔ Mg (OH)
2 ↓ + H
+ (гідроліз по другому щаблі)
8. Якщо на концентрований розчин MgCl
2 внести дуже прожарений оксид магнію, то вийшло тісто через кілька годин застигає в тверду масу, утворюючи так званий
магнезіальний цемент (цемент Сореля), причому відбувається з'єднання оксиду з хлоридом з утворенням основних хлоридів MgCl
2 · 5Mg (OH)
2 · 8H
2 O, MgCl
2 · 3Mg (OH)
2 · 8H
2 O, MgCl
2 · 2Mg (OH)
2 · 4H
2 O і т.д.
9. При дії парів води на нагрітий безводний хлорид магнію може утворитися основний хлорид магнію чи оксид магнію:
MgCl
2 + H
2 O
Mg (OH) Cl + 2HCl,
MgCl
2 + H
2 O
MgO + 2HCl.
10. Розчиняється у спиртах з утворенням адуктів:
MgCl
2 + 6C
2 H
5 OH = MgCl
2 · 6C
2 H
5 OH,
11. При нагріванні кристалогідрати втрачають воду за наступною схемою:
MgCl
2 · 12 H
2 O
MgCl
2 · 8H
2 O
MgCl
2 · 6H
2 O
MgCl
2 · 4H
2 O
MgCl
2 · 2H
2 O
MgCl
2 · H
2 O
MgO + 2HCl.
Фізико - хімічна характеристика HCl 1. Хлористий водень - безбарвний газ з різким запахом і смаком.
2. Щільність газу щодо кисню дорівнює 1,1471, що
відповідає молекулярній вазі 36,71, у той час як розрахований за формулою НС1 молекулярна вага виявляється рівним 36,47. Отже, хлористий водень при звичайній температурі складається з простих молекул HС1. Його можна досить легко перевести в рідкий стан. Навіть поблизу температури скраплення щільність газу все ще близька до нормальної.
3. Хлористий водень жадібно поглинається водою у великих кількостях і з сильним виділенням тепла. При
атмосферному тиску 1 об. води при кімнатній температурі може розчинити близько 450 об. хлористого водню.
4. При сильному охолодженні в залежності від складу розчину з розчинів кристалізуються різні гідрати: НС1 · ДТ
2 О (т. пл. -24,9 °), НС1 · 2Н
2 О (т. пл. -17,6 °) і НС1 · Н
2 О (т. пл. -15,3 °). Правда, з розчину, насиченого при 0 ° хлористим воднем під тиском 1
атм, може виділитися лише тригідрат (з вмістом 40,3% НС1). Решта гідрати виділяються з розчинів, насичених хлористим воднем під тиском вище атмосферного. Розчин, насичений хлористим воднем при атмосферному тиску, при 0 ° містить 45,4 вагу.% НС1, а при 15 ° - 42,7 вагу.%. Якщо
такий розчин нагріти, то спочатку виділяється хлористий водень, а потім при температурі близько 110 ° переганяється суміш постійного складу з вмістом хлористого водню 20,24%. Суміш
того ж складу можна отримати, якщо виходити з більш розбавлених розчинів. Однак
склад суміші, що кипить при постійній температурі, залежить від тиску, при якому виробляється перегонка.
5. Водні розчини хлористого водню зазвичай називають
соляною кислотою. Вміст у ній хлористого водню встановлюють частіше за все за допомогою ареометра.
Соляна кислота щільністю 1,060 1,124 1,16 1,19
при 15 ° містить, 12,2 24,8 31,5 37,2% НС1
6. Крім води, хлористий водень сильно розчинний також у спирті, в ефірі і ще в багатьох інших рідинах. Навпаки, рідкий хлористий водень може служити розчинником для спирту, ефіру і багатьох інших речовин.
7. На більшість металів рідкий хлористий водень не діє, він не реагує в загальному також з оксидами, сульфідами і карбонатами. Газоподібний хлористий водень при температурі розжарювання реагує з виділенням водню з металами, причому навіть з такими металами, на які водна
соляна кислота без доступу повітря не діє, наприклад з міддю і сріблом. (Водний розчин HCl взаємодіє тільки з металами, що стоять у ряду СЕП до водню)
Сu + 2HCl = CuCl
2 + H
2 ↑
CuCl
2 + 2HCl = H
2 [CuCl
4], 2Ag + 4HCl = 2H [AgCl
2] + H
2 ↑
8. C фтором хлористий водень взаємодіє вже при звичайній температурі з утворенням полум'я, з киснем повітря він реагує тільки в присутності каталізаторів:
2HCl + F
2 = Cl
2 ↑ + 2HF,
4HCl + O
2 2H
2 O + 2Cl
2 ↑.
9. У водному розчині HCl повністю дисоційований на іони, тому соляну кислоту відносять до сильних кислот.
HCl ↔ H
+ + Cl
- 10.
Соляна кислота взаємодіє з основними оксидами:
2HCl + MgO = MgCl
2 + H
2 O
Так само вона здатна при взаємодії із сильними окислювачами проявляти відновні властивості:
4HCl + MnO
2 = MnCl
2 + Cl
2 ↑ +2 H
2 O
Фізико - хімічна характеристика NO 2 1. Бурий газ. Вище 135 ° С - мономер, при кімнатній температурі - червоно-бура суміш NO
2 і його димеру (тетраоксіда діазота) N
2 O
4. У рідкому стані димер безбарвний, у твердому стані білий. Добре розчиняється у холодній воді (насичений розчин - яскраво-зелений), повністю реагує з нею. Реагує з лугами:
2NaOH + 2NO
2 = NaNO
2 + NaNO
3 + H
2 O.
3NO
2 + H
2 O
(гарячий) = 2HNO
3 + NO ↑,
2NO
2 + H
2 O
(холод) = HNO
3 + HNO
2. 2. Дуже сильний окислювач. Викликає корозію металів.
3. Щільність 2,0527 г / л.
4. Температура плавлення тетраоксіда азоту -11,2 ° С, розчинність у воді при 0 ° С - 1,491 р.
5. При температурі від -11,2 ° С до +20,7 ° С знаходиться в рівновазі:
6. В інтервалі температур вище 135 ° С і до температури рівної 620 ° С оксид азоту (IV) розпадається з утворенням кисню та оксиду азоту (II):
7. При розчиненні у воді в присутності кисню повітря окислюється до азотної кислоти:
Фізико - хімічна характеристика води: 1.
Чиста
вода не має ні запаху, ні смаку і безбарвна, однак у товстому шарі вона має блакитний колір. При досить сильному охолодженні вона замерзає, перетворюючись на лід. Температура, при якій лід і вода утворюють при нормальному тиску (760
мм рт. Ст.) Стійку систему, прийнята за нульову точку шкали термометра Цельсія. Температура 100 ° визначається точкою
кипіння води при нормальному тиску.
2. Температура кипіння води залежить від тиску, так при 760
мм рт. ст вона дорівнює 100 °, при збільшенні тиску температура кипіння води зростає. При зростанні тиску на 1
мм. рт. ст. температура кипіння зростає на 0,3-0,4 °.
3. Фізичні константи води:
- Температура замерзання води (точка потрійного рівноваги) -0 ° (н.у.);
- Температура кипіння -100 ° (н.у.);
- Щільність льоду при 0 ° дорівнює 0,9168
г / см 3; - Щільність води при 4 ° дорівнює 1
г / см 3, при підвищенні або зниженні температури, щільність води зменшується.
4. При температурі близько 1000 ° вода термічно розпадається на прості речовини:
2H
2 O 2H
2 ↑ + O
2 ↑,
а при дії радіоактивного
випромінювання при високих температурах спостерігається розпад води за схемою:
H
2 O ® H
0, H
2, O
0, O
2, OH
0, H
2 O
2, HO
2 0. Фізико - хімічна характеристика О 2 1. Кисень - при звичайних умовах газ без кольору і запаху, в товстих шарах - блакитний.
2. Щільність рідкого кисню 1,429
г / см 3. 3. Температура плавлення -218,8 ° С.
4. Температура кипіння -183,0 ° С.
5. Сильний окислювач, особливо атомарний кисень (в момент виділення).
Отримання MgO: На аналітичних вагах взяти наважку шестіводного кристалогідрату нітрату магнію (Mg (NO
3) 2 · 6H
2 O) масою
13,5 г і помістити в фарфоровий тигель. Тигель поставити в муфельну піч, нагріту до 400 - 450 ° С. прожарюють до тих пір, поки не припиниться виділення оксиду азоту (IV) бурого кольору.
2Mg (NO
3) 2 2MgO + 4NO
2 ↑ + O
2 ↑
Зважити отриманий оксид і розрахувати
вихід продукту за такою формулою:
,
Маса теоретична дорівнює 2,11 м.
Отримання MgCl 2. До отриманого оксиду магнію долити 9,37 мл соляної кислоти (r = 1,174 г / мл) до повного його розчинення. Отриманий розчин упарюють до появи кірки кристалів на поверхні. Подальше нагрівання ведуть обережно, не допускаючи перегріву суміші вище 200 ° С. При перегріві хлориду магнію вище цієї температури можливе його часткове розкладання з утворенням оксохлоріда магнію (Mg
2 OCI
2). MgO + 2HCl = MgCl
2 + H
2 O
2MgCl
2 + H
2 O = Mg
2 OCI
2 + 2HCl
(Повністю воду хлорид магнію втрачає при температурі 505 ° С з розкладанням, при 200 ° С. існує його кристалогідрат MgCl
2 × H
2 O)
Якісний аналіз іонів магнію (Mg 2 +). 1.
Гідроксиди КОН і NaOH утворюють з катіоном Mg
2 + білий аморфний осад гідроксиду магнію Mg (OH)
2, що розчиняються у кислотах і солях амонію.
Досвід. У першу пробірку візьміть 4 краплі розчину солі магнію, додайте 4 краплі насиченого розчину хлориду амонію NH
4 C1.
У другу пробірку візьміть 4 краплі розчину солі магнію і додайте 4 краплі води (щоб концентрація розчинів була однакова).
Потім в обидві пробірки додайте осадітель - гідроксид амонію NH
4 OH. У першій пробірці осад не вападает так як утворюється комплексна сполука.
2.
Гідрофосфат натрію Na 2 HPO 4 дає з катіоном Mg 2 + у присутності гідроксиду і хлориду амонію NH
4 OH і NH
4 C1 білий кристалічний осад фосфату магнію-амонію MgNH
4 PO
4: MgSO
4 + Na
2 HPO
4 + NH
4 OH ® MgNH
4 PO
4 ¯ + Na
2 SO
4 + H
2 O
Mg
2 + + НРО
2 - + NH
4 OH ® MgNH
4 PO
4 ¯ + H
a O
Хлорид амонію додають, щоб не випав аморфний осад гідроксиду магнію Mg (OH)
2. Досвід. Візьміть 3-4 краплі розчину солі магнію і змішайте з 4-6 краплями 2 н. розчину соляної кислоти і 3-5 краплями розчину гідрофосфату натрію Na
2 HPO
4. Після цього додайте до розчину по одній краплі 2 н. розчину аміаку, перемішуючи розчин після кожної краплі. Спочатку
аміак нейтралізує додану кислоту, причому утворюється хлорид амонію NH
4 C1, що перешкоджає утворенню гідроксиду магнію Mg (OH)
2. Після закінчення реакції випадає
характерний кристалічний осад-фосфат магнію-амонію MgNH
4 PO
4. 1.
Реакція проводиться в аміачної середовищі при рН 8.
2. Надлишок катіонів NH
4 + заважає випадання осаду MgNH
4 PO
4. 3.Не слід
брати надлишок соляної кислоти.
3.
Магнезон I (Napa-нітробензолазорезорцін) або
магнезон II (Пара-нітробензолазо-a-нафтол) у лужному середовищі дає червону або червоно-фіолетове забарвлення. Ця реакція заснована на властивості гідроксиду магнію адсорбувати деякі барвники.
Досвід. На фарфорову пластинку (предметне
скло) помістіть 1-2 краплі аналізованого на катіон Mg
2 + розчину і додайте 1-2 краплі лужного розчину реактиву. З'являється синє забарвлення або синій осад. Якщо розчин має сільнокіслой реакцію, то з'являється жовте забарвлення. У даному випадку до розчину потрібно додати кілька крапель лугу.
Умови проведення досвіду. 1. Реакцію необхідно проводити в лужному середовищі при рН> 10.
2.Реакціі заважає наявність солей амонію.
Кількісний аналіз іонів магнію (Mg 2 +). З отриманого хлориду магнію приготувати 100 мл 0,1 н. розчину (розчинити 0,0476 г MgCl
2 в 100 мл води). Окремо готують 250 мл 0,1 н. розчину етилендіамінтетраацетат натрію (трилону Б) (4,65 г на 250 мл води), і 0,1 н. розчин сульфату магнію (1,23 г MgSO
4 × 7H
2 O в 100 мл води). Встановлюють титр трилону Б за сульфату магнію. Для цього відбирають аліквотах сульфату магнію (25 мл), додають 50 мл води, 25 мл аміачної буферної суміші (100 мл 20-процентного розчину хлориду амонію і 100 мл 20-процентного розчину аміаку доводять водою до одного літра), 20-30 мг сухої суміші індикатора хромогену чорного з хлоридом натрію і титрують із бюретки приготованим розчином трилону Б до переходу червоного забарвлення в синю. Так роблять 3 рази, за середнім значенням вираховують нормальну концентрацію трилону Б за формулою з
Н1 * V
1 = C
н2 * V
2. Встановивши титр трилону Б за сульфату магнію, приступають до визначення концентрації приготовленого розчину хлориду магнію. По вище наведеній формулі розраховують нормальну концентрацію хлориду магнію. І за формулою m
x = С
н * V
(р) * M
е (в 100 мл води)
розраховують справжню масу хлориду магнію в отриманому в ході синтезу з'єднанні. Процентний вміст MgCl
2 знаходять за формулою h = m
x / 0,0476.
Якісний аналіз іонів хлору З l -. 1. Нітрат срібла AgNO
3 утворює з аніоном С1
- білий сирнистий осад хлориду срібла, нерозчинний у воді і кислотах. Осад розчиняється в аміаку, при цьому утворюється комплексна сіль срібла [Ag (NH
3) 2] C1. При дії азотної кислоти комплексний іон руйнується і хлорид срібла знову випадає в осад. Реакції протікають в такій послідовності:
Cl
- + Ag
+ ® AgCl ¯
AgCl + 2NH
4 OH ® [Ag (NH
3) 2] Cl + 2H
2 O
[Ag (NH
3) 2] Cl + .2 H
+ ® AgCl ¯ + 2NH
4 + Досвід. У конічну пробірку до 2-3 крапель розчину хлориду магнію додайте 1-2 краплі розчину нітрату срібла. Випав осад відокремте центрифугуванням. До осадку додайте розчин аміаку до повного розчинення. В отриманому розчині відкрийте хлорид-іон С1
- дією 3-5 крапель 2 н. розчину азотної кислоти.
2. Оксид марганцю МnО
2, оксид свинцю РЬО
2 та інші окислювачі при взаємодії з аніоном С1
- окислюють його до вільного хлору, який легко виявити за запахом і. посиніння папери, змоченою розчином йодиду калію і крохмального клейстеру:
2Сl
- +
МnО
2 + 4Н
+ ® Cl
2 ↑ + Мn
2 + + 2Н
2 О,
Сl
2 + 2I
- ® I
2 + 2Сl
-.