Лабораторна робота
Тема: «З'єднання азоту»Аналіз змісту експериментальної частини програми з даної теми свідчить, що більшість продуктів реакцій є мінеральними добривами. Утилізувати відходи можна за наступною схемою: продукти реакції сильно розбавити водою, кислі суміші нейтралізувати вапняної водою до слабкого фарбування з фенолфталеїном, потім розчини використовувати в якості підгодівлі кімнатних рослин або підживлення рослин на пришкільній ділянці. Роботи, в яких використовують сірчану кислоту, сполуки міді, забезпечені вказівками з утилізації продуктів реакції.
Досвід № 1. Отримання азоту взаємодією хлориду амонію з нітритом натрію
Обладнання і реактиви: Хлорид амонію, нітрит натрію, водяна баня, плитка, колба Вюрца, краплинна воронка, пробірки, кристалізатор з водою, скляні та гумові газовідвідні трубки, шпатель.
Рівняння реакцій: NH 4 Cl + NaNO 2 ® NH 4 NO 2 + NaCl,
NH 4 NO 2 ® 2 H 2 O + N 2 - при нагріванні
Хід роботи: На холоді готують насичений розчин хлориду амонію (на 100 мл води - 35 р. солі) і нітриту натрію (на 80 мл води беруть 50 р. солі). Колбу з газовідвідної трубкою заповнюють на 1 / 3 об'єму розчином хлориду амонію і закривають пробкою з краплинної воронкою, в яку наливають розчин нітриту натрію. Колбу нагрівають на водяній бані і по краплях наливають розчин нітриту натрію до розчину хлориду амонію. Коли повітря з колби буде витіснений, азот збирають над водою в газометр, циліндр або пробірку. Для рівномірного виділення газу не варто перегрівати колбу і додавати занадто багато нітриту натрію, інакше реакція йде дуже бурхливо, відбувається енергійне спінювання. Якщо реакція буде йти бурхливо, то колбу опускають у холодну воду. Перевірити якісною реакцією, що в пробірку зібраний азот. Для цього опускають у посудину з азотом палаючу лучинку. Вона гасне. Поясніть, як відрізнити якісною реакцією азот від вуглекислого газу?
Техніка безпеки: Перевірити справність, цілісність шнура, вилки, електроплитки
Примітка: Суміш для отримання азоту можна використовувати повторно.
Досвід № 2. Розчинення аміаку у воді
Обладнання і реактиви: U-подібна трубка, трубка заповнена активованим вугіллям, розчин фенолфталеїну, вода, штатив з лапкою, спиртівка, сірники, пробка, пробірка, хлорид амонію, гідроксид кальцію, газовідвідна трубка, ступка з товкачиком, шпатель.
Хід роботи: Зібрати прилад згідно з рис. 12.
Рівняння реакцій: 2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 ® CaCl 2 +2 NH 3 +2 H 2 O (нагрівання).
NH 3 + H 2 O ® NH 4 OH
Пробірку-реактор на 1 / 3 об'єму заповнюють сумішшю рівних порцій сухих хлориду амонію та гідроксиду кальцію (попередньо тонко подрібнених і перемішаних). В U-образну трубку наливають воду з додаванням кількох крапель фенолфталеїну (води, приблизно, 1 / 5 висоти коліна). U-образну трубку і пробірку з'єднують гумовою трубкою, пробірку-реактор нагрівають. Про хід реакції і виділення аміаку судять по зміні забарвлення води в U-подібній трубці, вона стає темно-червоної. Надлишок токсичного аміаку поглинається активованим вугіллям у скляній трубці.
Техніка безпеки. 1. Використовувати трубку з активованим вугіллям з метою уникнення попадання аміаку в приміщення. 2. Дно пробірки - реактора в лапці штатива кілька піднесено щоб уникнути стікання крапель води, що утворюються в результаті реакції, і розтріскування пробірки.
Досвід № 3. Синтез аміаку
Обладнання і реактиви: Штатив з лапкою, пробірка-реактор, пробка, газовідвідна трубка, пробірка з водою, насичені розчини нітриту натрію і хлориду амонію, цинк гранульований, сірчана кислота (1:5), залізний порошок, вата, спиртівка, сірники, фенолфталеїн , скляна трубка, піпетка, вода, порцелянова чашка, шпатель.
Хід роботи: У суху пробірку вставляють гумовий диск, вирізаний із пробки товщиною 0,3 см. Диск зрізують на 1 / 3 його діаметра. На дно пробірки наливають піпеткою сірчану кислоту (1:5) і кладуть кілька гранул цинку. На диск всередині пробірки поміщають ватний тампон, змочений сумішшю насичених розчинів нітриту натрію і хлориду амонію. Пробірку закривають пробкою з газовідвідної трубкою. У горизонтальну частину трубки поміщають каталізатор - порошок відновленого заліза. Кінець газовідвідної трубки опускають в пробірку з невеликою кількістю води і 3-4 краплями фенолфталеїну. Для початку реакції сильно нагрівають залізний порошок у газовідвідної трубки. За цей час виділяється з реакції цинку із сірчаною кислотою водень витіснить повітря з системи. Потім помірно прогрівають вату з розчинами нітриту натрію і хлориду амонію і знову прогрівають залізо. Це повторюється періодично до тих пір, поки вода в приймачі не забарвиться в малиновий колір. Висловити процеси рівняннями реакцій.
Техніка безпеки: При появі інтенсивної малинового забарвлення газовідвідну трубку виймають з води.
Утилізація: У пробірці-реакторі залишилася суміш ZnSO 4 і H 2 SO 4. Переробка суміші описана в темі: «Теорія електролітичної дисоціації», дослід № 1.
Досвід № 4. Отримання хлориду амонію
Варіант (а).
Обладнання і реактиви: U-подібна трубка, пробка зі скляною трубкою і вологим активованим вугіллям, газовідвідна трубка, пробка, вода, хлорид амонію (кріст.), гідроксид кальцію (кріст.), соляна кислота (конц.), спиртівка, сірники, ступка з товкачиком, шпатель.
Хід роботи: Змочити U-образну трубку концентрованою соляною кислотою. У пробірку помістити подрібнену і перемішану суміш рівних частин кристалічних хлориду амонію та гідроксиду кальцію на 2 / 3 її висоти. Герметично з'єднати всі елементи приладу. Нагріти суміш речовин у пробірці. Йдуть наступні хімічні процеси:
2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 ® 2NH 4 OH + CaCl 2; NH 4 OH ® NH 3 + 2H 2 O
Аміак, що потрапив в U-образну трубку, взаємодіє з соляною кислотою. З'являється білий дим хлориду амонію. Нагрівання припиняють.
HCl + NH 3 ® NH 4 Cl
Техніка безпеки: 1. Мити посуд установки після охолодження під тягою або на вулиці. 2. Пробірку-реактор закріплюють у лапці штатива так, щоб дно розташовувалося вище отвору.
Варіант (б).
Обладнання і реактиви: Два однакових циліндра або склянки, дві скляні пластинки, розчин аміаку (конц.), соляна кислота (конц.).
Хід роботи: Один циліндр або склянку обполіскують концентрованим розчином аміаку, інший циліндр - концентрованим розчином соляної кислоти. Обидві ємкості закривають скляними пластинами, потім підносять отворами один до одного, після чого прибирають скляні пластини. Циліндр заповнюється білим димом.
Техніка безпеки: Циліндри змочувати концентрованими розчинами соляної кислоти і аміаку під тягою.
Досвід № 5. Горіння аміаку в кисні
Варіант (а).
Обладнання і реактиви: Штатив з лапкою і кільцем, прокладки гумові, круглодонні колба, пробка, патрубок з пробкою і двома отворами в ній, спиртівка, сірники, кисень, розчин аміаку (25%), скіпка.
Хід роботи: Колбу, заповнюють на 1 / 5 обсягу концентрованим аміаком, ставлять на азбестову сітку, закривають пробкою з прямою газовідвідної трубкою, звужений кінець якої проходить через пробку з патрубком (довжина трубки 10-15 см). Колбу з концентрованим аміаком слабо нагрівають. Коли з'являється запах аміаку, включають струм кисню. Заповнення патрубка киснем визначають тліючої лучинкой, полум'ям якої і підпалюють аміак. Він горить зеленуватим полум'ям. Якщо припинити подачу кисню, то полум'я аміаку гасне. Полум'я палаючого аміаку може збиватися занадто сильним струмом аміаку.
Техніка безпеки: Суміш аміаку з киснем - вибухонебезпечна. Не допускати сильного нагрівання розчину аміаку в колбі і, таким чином, не допускати сильного струму аміаку.
Варіант (б).
Обладнання і реактиви: Хімічний стакан на 500 мл, пробірка круглодонні, штатив з лапкою, прокладки гумові, пробки з вигнутою газовідвідної трубкою, кисень, лучинки, хлорид амонію (крістал.), гідроксид кальцію (крістал.), ступка з товкачиком, шпатель.
Хід роботи: Отримують аміак реакцією обміну (див. досвід 2). У хімічний стакан або скляну банку опустити на дно газовідвідну трубку, по якій іде кисень та іншу вигнуту трубку, що подає аміак з пробірки-реактора. Підпалюють аміак палаючої скалкою.
Техніка безпеки: Пробірку-реактор розташувати в штативі так, щоб дно було вище отвору.
Досвід № 6. Отримання азотної кислоти з нітратів
Обладнання і реактиви: спиртівка, сірники, пробірка Вюрца, хімічний стакан, лід, трубка з активованим вугіллям, кристалічний нітрат натрію, концентрована сірчана кислота, сполучна газовідвідна трубка, пробірка-реактор, шпатель.
Хід роботи: У пробірку-реактор з газовідвідної трубкою поміщають кристалічний нітрат натрію (приблизно дві ложечки для спалювання) і змочують концентрованої сірчаної кислотою. Пробірку з'єднують короткою гумовою трубкою з посудиною Вюрца, яку поміщають у склянку з льодом. У відросток пробірки Вюрца через гумовий шланг вставлена скляна трубка, заповнена активованим вугіллям. При нагріванні суміші концентрованої сірчаної кислоти і кристалічного нітрату натрію в пробірці-реакторі виходять пари азотної кислоти, які переходять в пробірку Вюрца. Там пари конденсуються і на дні накопичується безводна азотна кислота. Вона має помаранчевий колір через розчинений в ній оксиду азоту (IV).
Техніка безпеки: 1. Гумові шланги використовувати кожен раз нові, тому що вони руйнуються гарячої азотною кислотою. 2. Не тримати руками спиртівку під нагрівається пробіркою-реактором. 3. Пробірка-реактор повинна бути без дефектів. 4. Рекомендується проводити досвід в реторті.
Утилізація: Пробірку-реактор з сумішшю NaNO 3 і H 2 SO 4 помістити в кристалізатор з вапняним молоком. Довести розчин до нейтрального середовища за фенолфталеїном. Сильно розбавити водою і використовувати для підгодівлі кімнатних рослин.
Досвід № 7. Взаємодія концентрованої азотної кислоти з міддю
Обладнання і реактиви: Пробірка демонстраційна, хлоркальциевого трубка, заповнена прожареним активованим вугіллям, порошок або стружки міді, концентрована азотна кислота, штатив з лапкою, гумові прокладки, шпатель.
Хід роботи: Зібрати установку згідно з рис. 17. У пробірку помістити мідний порошок (з сірникову головку) і залити концентрованою азотною кислотою. Пробірку швидко закрити пробкою з хлоркальциевого трубкою і активованим вугіллям. Спостерігати, що відбуваються. Записати рівняння реакції. Процес вести до повного розчинення міді.
Техніка безпеки: Азотну кислоту наливати під тягою.
Утилізація: У пробірці-реакторі залишилася суміш HNO 3 та Cu (NO 3) 2. Перенести вміст в склянку з водою і додавати малими порціями малахіт до припинення розчинення малахіту:
(CuOH) 2 CO 3 + 4HNO 3 ® 2Cu (NO 3) 2 + CO 2 + 3H 2 O.
Розчин нітрату міді відокремити фільтруванням від залишку малахіту, промити малахіт на фільтрі, висушити. Фільтрат упарити до концентрованого розчину (можна шляхом тривалого, природного випаровування води з розчину в хімічному стакані). Розчин Cu (NO 3) 2 використовувати як лабораторний реактиву.
Досвід № 8. Перетворення оксиду азоту (II) на оксид азоту (IV)
Обладнання і реактиви: круглодонні колба, краплинна воронка, пробка з двома отворами, газовідвідна трубка, кристалізатор з водою, циліндр, спиртівка, сірники, мідь (стружки), азотна кислота (1:1), скляна пластина, шпатель.
Хід роботи: У колбу поміщають стружки міді і доливають з краплинної воронки розчин азотної кислоти (1:1). Для початку досліду розчин у колбі можна слабо підігріти спиртівкою. Колба містить кисень повітря, тому що виділяється безбарвний оксид азоту (II) частково окислюється до бурого оксиду азоту (IV). Суміш газів з оксиду азоту (II) та оксиду азоту (IV) збирають через деякий час в циліндрі над водою. Оксид азоту (IV) розчиняється у воді, а безбарвний газ заповнює циліндр. Після повного або часткового заповнення, циліндр перевертають, закривають отвір скляною пластинкою. Потім прибирають пластину, безбарвний оксид азоту (II) при контакті з киснем повітря окислюється, перетворюючись на оксид азоту (IV) бурого кольору. Напишіть рівняння хімічних реакцій, поясніть відбуваються явища.
Техніка безпеки: Роботу виконувати під тягою, оксиди азоту токсичні.
Утилізація: Див дослід № 7. Попередніми видаляють мідь з розчину.
Досвід № 9. Каталітичне окислення аміаку
Обладнання і реактиви: плоскодонна колба, пробка зі вставленою мідним дротом, на кінці якої намотаний клубок з мідного дроту, спиртівка, сірники, гумова пробка для колби, концентрований розчин аміаку.
Хід роботи: Внутрішні стінки колби змочують розчином аміаку і закривають пробкою. Прожарюють дріт на спиртівці до червоного розжарювання (світіння) і швидко, відкривши колбу, вносять мідний клубок в колбу. Колбу закривають щільно пробкою з мідним дротом. Деякий час мідний клубок залишається розпеченим, що вказує на екзотермічну каталітичної реакції окислення аміаку:
4NH 3 + 5O 2 ® 4NO + 6H 2 O + Q
Через деякий час над розчином аміаку на дні колби з'являється білий дим. Поясніть явище, висловіть рівняннями реакцій.
Техніка безпеки: Колбу відкривати під тягою, розвести вміст водою, використовувати дуже розбавлений розчин продуктів реакції для поливу кімнатних рослин.