ОПЫТЫ
1. Устройство и порядок работы с аппаратом Киппа, правила работы с водородом (инструктаж на занятии). Получение водорода: Zn + H2SO4 (разб) (в аппарате Киппа); Al + NaOH(р–р), Са + Н2О (пробирочные реакции).
2. Свойства водорода молекулярного и атомарного.
a) Н2 + О2: варианты реакций (сравнить термодинамические характеристики, в том числе, желательные температурные условия). Для термодинамически выгодной реакции продумать кинетические особенности (в том числе, механизм), возможность поддержания необходимых температур за счет теплового эффекта. Подготовить газовую смесь, наполнив пластиковую банку водородом (из аппарата Киппа) и кислородом (методом вытеснения кислорода водой из газометра). Какие физико-химические свойства водорода (и кислорода) проявляются на этом этапе (на этапе подготовки опыта)? Как можно активировать смесь (три варианта)? Воспользоваться придется самым простым.
b) Н2 + CuO (Al2O3). Для разных вариантов реакций сравнить термодинамические характеристики, в том числе, желательные температурные условия. Для термодинамически выгодной реакции: продумать кинетические особенности, возможность поддержания необходимых температур за счет теплового эффекта. Собрать установку.
Элементы установки: аппарат Киппа, отсекатель пламени (стеклянная трубка с медной сеткой), склянка Дрекселя с щелочным раствором KMnO4, склянка Дрекселя с конц. серной кислотой, трубка со спрессованными порошком CuO (Al2O3), трубка с капилляром. Соединить элементы с помощью коротких резиновых трубок. Проверитьустановку на герметичность (закрыть отверстие на выходе из установки и следить за уровнем жидкости (раствора кислоты) в аппарате Киппа). Проверить выделяющийся водород на чистоту (наполнить небольшую пробирку вытеснением …. из неё). Поджечь водород от пламени лучинки. В случае спокойного (практически бесшумного) сгорания поджечь водород на выходе из установки и начать прогрев порошка в токе водорода. После начала реакции нагрев прекратить, если реакция не развивается самостоятельно,– продолжить восстановление с нагреванием. Остудить продукты реакций в токе водорода.
c) К раствору бихромата калия добавить гранулу цинка (наблюдается ли изменение окраски раствора?), подкислить раствор с помощью H2SO4 (разб) (наблюдать признаки двух реакций).
Рассчитать ∆G°, ∆Н° и ∆S° реакций, продумать температурные условия, в которых соответствующие реакции могут оказаться термодинамически выгодными, при необходимости рассчитать Ткрит
| CuO + H2 = Cu + H2O | Адамова, Анапалян, Ашырова, Джумагылыджова Бабаниязов, Бабко, Бориева, Будник |
| Al2O3 + 3H2 = 2Al + 3H2O | Епифанова, Каграманян, Мишукова, Попова Губаева, Корпаева, Мигунов, Митейко |
| H2 + 1/2 O2 = H2O | Ростопша, Синельникова, Слепухина Мороз, Москалева, Назаров |
| H2 + O2 = H2O2 | Ткачева, Чадина, Шагелдиева Рахмангулыев, Худайназарова, Шалимова |
КИСЛОРОД. ОЗОН. ПЕРОКСИД ВОДОРОДА.
ОПЫТЫ
1.Свойства молекулярного кислорода в газовой фазе.
Наполнить кислородом из газометра три склянки и выполнить опыты с:
a) серой; b) активированным углем; c) железом
Рассчитать ΔG˚ соответствующих реакций, сделать вывод о возможности их самопроизвольного протекания (для опытов с серой и углем рассмотреть варианты окисления до низших и высших оксидов, какие из них более выгодны при комнатных температурах, рассчитать Ткрит – температуру смены преобладающего варианта окисления). Найти Тпл реагентов (в случае акт. угля – см. Тпл (Твозг.) графита) и объяснить необходимость нагревания, различие в продолжительности, способах активации реакций (см. практикум). Какие их них могут начаться на воздухе? Составить кинетические уравнения выполненных реакций и объяснить изменение скоростей реакций при внесении реагента в атмосферу чистого кислорода. Реакцию с железом прокомментирую сам.
― d) Налить воду в небольшую полиэтиленовую баночку. Затем одну треть ее объема заполнить кислородом из газометра, а две трети - водородом из аппарата Киппа. Осторожно вынуть баночку из кристаллизатора с водой, держа горлышком вниз, и поднести к отверстию горящую лучину. Что происходит? Как объяснить столь высокую скорость данной реакции?.....Этот опыт для тех, кому даже двух раз мало….
3.Свойства молекулярного кислорода в растворе.
Налить в пробирку 2-3 мл дистиллированной воды и растворить в ней одну стеклянную ложечку иодида калия. Заметны ли признаки его взаимодействия с растворенным в воде кислородом? Как повысить окислительные свойства кислорода, понизить энергию связей О=О? Для этого часть раствора KJ перелить в другую пробирку и добавить несколько капель одного из перечисленных реагентов (KMnO4 (aq), KOH (aq), H2SO4 (конц.), H2O2 (aq), HCl (aq). По каким причинам не следует пользоваться другими растворами? Можно ли назвать использованный в данном опыте реагент катализатором реакции кислорода с иодид‑ионами?
Получение и свойства озона
Подсоединить газометр к озонатору. Включить индукционную катушку и, открыв краны газометра, пустить через озонатор небольшой ток кислорода. Газоотводную трубку озонатора опустить в пробирку с дистиллированной водой. Полученный водный раствор озона добавить к ранее приготовленному и оставленному на воздухе раствору иодида калия (оп.3)). Что наблюдается? Пропустить ток озона в пробирку с раствором индиго. Что наблюдается (уравнение реакции не требуется)? Прокомментируйте термодинамику (рассчитайте ∆Н° и ∆S° реакций, продумайте роль температуры) и кинетику реакции синтеза озона. Сравните строение молекул кислорода и озона и с учетом этого объясните различия в температурах плавления и кипения, растворимости в воде и химической активности данных веществ.