Вятський державний гуманітарний університет
Кафедра хіміїКонтрольний 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
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
(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 (
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
MgCl 2 + H 2 O
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
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
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
2Mg (NO 3) 2
Зважити отриманий оксид і розрахувати вихід продукту за такою формулою:
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 -.