Вятский 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:
Зустрічається в природі в невеликих кількостях у вигляді нітромагнезіта (гідрат), або магнезіевой селітри.
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.
З'єднання Mg (NO 3) 2 · 2 H 2 O являє собою безбарвні кристали з щільністю 2,025 г / см 3, плавляться при 129,5 ° С, розчиняються у воді, спирті і концентрованої азотної кислоти.
Mg (NO 3) 2 · 6 H 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.
Mg (NO 3) 2 · 9 H 2 O безбарвні кристали з щільністю 1,356 г / см 3 плавляться при 74 ° С, щільність 1,302 г / см 3
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%).
Виділено також нестійкий кристалогідрат складу Mg (NO 3) 2 · 4 H 2 O плавиться при температурі 52 ° С.
Легко втрачає кристалізаційну воду за такою схемою:
При температурі вище 380 ° розкладається.
При неповному розкладанні кристалогідратів виходять продукти різного складу 2 Mg (NO 3) 2 · MgO, Mg (NO 3) 2 · Mg (O Н) 2, Mg (NO 3) 2 · 3 Mg (O Н) 2 · 8 H 2 O, Mg (NO 3) 2 · 2 Mg (O Н) 2 · 4 H 2 O і т. д.
Розчиняється в безводному рідкому аміаку і абсолютизованим спирті, утворюючи аддукт 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.
Водний розчин Mg (NO 3) 2 має кисле середовище розчину внаслідок гідролізу по катіону: Mg (NO 3) 2 + H 2 O ↔ MgOHNO 3 + 2 HNO 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)
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.
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
Біла або палена магнезія - MgO білий пухкий порошок (кристали октаедричні форми) плавиться при температурі 2800 ° С, кипить при t = 3600 ° С;
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 межіонним відстанню 2,11 А, щільністю 3,58 г / см 3 та твердістю 4 по шкалі Мооса. ;
Щільність 3,67 г / см 3, твердість за шкалою Мооса дорівнює 6.
MgO погано проводить тепло і електрика, важко розчинний у воді, але легко в метиловий спирт, розбавлених кислотах, розплавленому кріоліті Na 3 [AlF 6];
MgO дуже повільно взаємодіє з водою при нагріванні:
MgO + H 2 O Mg (OH) 2 ↓,
(Білий порошок)
Добре розчиняється в кислотах і метиловий спирт:
MgO + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 O,
MgO + 2CH 3 OH = (CH 3 O) 2 Mg + H 2 O.
Метилат магнію
На повітрі при дії вуглекислого газу і вологи легко переходить в основний карбонат магнію:
2MgO + CO 2 + H 2 O = (MgOH) 2 CO 3.
При високих температурах відновлюється калієм, кальцієм, кремнієм, карбідом калію та ін:
MgO + 2 K = K 2 O + Mg,
MgO + С a = CaO + Mg,
2MgO + K 4 C = 2K 2 O + Mg + C.
Фізико - хімічна характеристика MgCl 2
Безводна сіль MgCl 2 кристалізується у вигляді безбарвних дуже гігроскопічних гексагональних кристалів з шаруватою структурою і гірким смаком;
Щільність кристалів безводного MgCl 2 2,32 г / см 3, плавиться при температурі 715 ° С, кипить при 1412 ° С;
MgCl 2 добре розчинна у воді (54,5 г на 100 г води) і ацетоні;
При виділення з розчину в залежності від температури кристалізується стабільний при звичайних умовах гексагідрат MgCl 2 · 6 H 2 O або при швидкому випаровуванні - продукт, який містить меншу кількість молекул води (1, 2, 4); відомі також кристалогідрати хлориду магнію з 8 і 12 молекулами води;
MgCl 2 · 6 H 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;
Воду з хлориду магнію можна повністю видалити без розкладання солі, так як при нагріванні відщеплюється хлористий водень і утворюється основний хлорид (оксохлорід) змінного складу
2 MgCl 2 + Н 2 О = Mg 2 OCI 2 + 2 HC 1.
Водний розчин MgCl 2 має слабокислую реакцію:
Mg З l 2 + H 2 O ↔ MgOHCl + 2 HCl
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)
Якщо в концентрований розчин MgCl 2 внести сильно 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 · 5 Mg (OH ) 2 · 8 H 2 O, MgCl 2 · 3 Mg (OH) 2 · 8 H 2 O, MgCl 2 · 2 Mg (OH) 2 · 4 H 2 O і т.д.
При дії парів води на нагріте 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 + 2 HCl.
Розчиняється в спиртах з утворенням адуктів:
MgCl 2 + 6 C 2 H 5 OH = MgCl 2 · 6 C 2 H 5 OH,
При нагріванні кристалогідрати втрачають воду за такою схемою:
MgCl 2 · 12 H 2 O MgCl 2 · 8 H 2 O
MgCl 2 · 6 H 2 O
MgCl 2 · 4 H 2 O
MgCl 2 · 2 H 2 O
MgCl 2 · H 2 O
MgO + 2 HCl.
Фізико - хімічна характеристика HCl
Хлористий водень - безбарвний газ з різким запахом і смаком.
Щільність газу щодо кисню дорівнює 1,1471, що відповідає молекулярній вазі 36,71, тоді як розрахований за формулою НС1 молекулярна вага виявляється рівним 36,47. Отже, хлористий водень при звичайній температурі складається з простих молекул H С1. Його можна досить легко перевести в рідкий стан. Навіть поблизу температури зрідження щільність газу все ще близька до нормальної.
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.
При сильному охолодженні в залежності від складу розчину з розчинів кристалізуються різні гідрати: НС1 · ЗН 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 тільки 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 проводиться перегонка.
Водні розчини хлористого водню зазвичай називають соляною кислотою. Вміст у ній хлористого водню встановлюють найчастіше 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
Крім води, хлористий водень сильно розчинний також в спирті, в ефірі і ще в багатьох інших рідинах. Навпаки, рідкий хлористий водень може служити розчинником для спирту, ефіру і багатьох інших речовин.
На більшість металів рідкий хлористий водень не діє, він не реагує в загальному також з оксидами, сульфідами і карбонатами. Газоподібний хлористий водень при температурі каління 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 в ряду СЕП до водню)
З u + 2 HCl = CuCl 2 + H 2 ↑
CuCl 2 + 2 HCl = H 2 [CuCl 4],
2Ag + 4HCl = 2H [AgCl 2] + H 2 ↑
C фтором хлористий водень взаємодіє вже при звичайній температурі з утворенням полум'я, з киснем повітря він реагує тільки в присутності каталізаторів:
2 HCl + F 2 = Cl 2 ↑ + 2 HF,
4 HCl + O 2 2 H 2 O + 2 Cl 2 ↑.
У водному розчині HCl повністю дисоційований на іони, тому соляну кислоту відносять до сильних кислот.
HCl ↔ H + + Cl -
Соляна кислота взаємодіє з основними оксидами:
2 HCl + MgO = MgCl 2 + H 2 O
Так само вона здатна при взаємодії з сильними окислювачами проявляти відновні властивості:
4 HCl + MnO 2 = MnCl 2 + Cl 2 ↑ +2 H 2 O
Фізико - хімічна характеристика NO 2
Бурий газ. Вище 135 ° С - мономер, при кімнатній температурі - червоно-бура суміш NO 2 і його димеру (тетраоксіда діазоту) 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.
Дуже сильний окислювач. Викликає корозію металів.
Щільність 2,0527 г / л.
Температура плавлення тетраоксіда азоту -11,2 ° С, розчинність у воді при 0 ° С - 1,491 м.
При температурі від -11,2 ° С до +20,7 ° С знаходиться в рівновазі:
В інтервалі температур вище 135 ° С і до температури рівної 620 ° С оксид азоту (IV) розпадається з утворенням кисню та оксиду азоту (II):
При розчиненні у воді в присутності кисню повітря окислюється до азотної кислоти:
Фізико - хімічна характеристика води:
Чиста вода не має ні запаху, ні смаку і безбарвна, проте в 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.
Температура кипіння води сильно 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 °.
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:
2 H 2 O 2 H 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
Кисень - при звичайних умовах газ без кольору і запаху, в товстих шарах - блакитний.
Щільність рідкого кисню 1,429 г / см 3.
Температура плавлення -218,8 ° С.
Температура кипіння -183,0 ° С.
Сильний окислювач, особливо атомарний кисень (в момент виділення).
Отримання MgO:
На аналітичних вагах взяти наважку шестіводного кристаллогидрата нітрату магнію (Mg (NO 3) 2 · 6 H 2 O) масою 13,5 г і помістити в фарфоровий тигель. Тигель поставити в муфельну піч, нагріту до 400 - 450 ° С. прожарювати 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 підлити 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 + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 O
2 MgCl 2 + H 2 O = Mg 2 OCI 2 + 2 HCl
(Повністю воду хлорид магнію втрачає при температурі 505 ° С з розкладом, 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, розчинного в кислотах і солях амонію.
Досвід. У першу пробірку візьміть 4 краплі розчину солі магнію, додайте 4 краплі насиченого розчину хлориду амонію NH 4 C 1.
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. Гідрофосфату натрію Na 2 HPO 4 дає з катіоном Mg 2 + у присутності гідроксиду і хлориду амонію NH 4 OH і NH 4 C 1 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 C 1, 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 випаданню 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. В даному випадку до розчину треба додати кілька крапель лугу.
Умови проведення досвіду.
Реакцію необхідно проводити в лужному середовищі при рН> 10.
Реакції 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 в 250 мл води), і 0,1 н. розчин сульфату магнію (1,23 г MgSO 4 × 7 H 2 O в 100 мл води). Встановлюють титр трилону Б по сульфату магнію. Для цього відбирають аліквоти 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 з 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 С н1 * V 1 = C н2 * V 2.
Встановивши титр трилону Б по сульфату магнію, приступають до визначення концентрації приготованого розчину хлориду магнію. По вище наведеною формулою 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 -.
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] C 1. 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 М n О 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:
2С l - + М n О 2 + 4Н + ® Cl 2 ↑ + М n 2 + + 2Н 2 О,
З l 2 + 2 I - ® I 2 + 2С l -.