Солью какой кислоты является тетраборат натрия (бура)? Почему в реакции получается не тетраборная, ортоборная кислота?
Б. Кислотные свойства ортоборной кислоты H3BO3
В двух пробирках приготовьте раствор ортоборной кислоты H3BO3. В первую пробирку внесите кусочек магниевой ленты, наблюдайте выделение газообразного вещества. Напишите уравнение реакции магния с ортоборной кислотой H3BO3.
Во второй пробирке определите pH раствора ортоборной кислоты H3BO3 с помощью универсальной индикаторной бумаги.
В. Окрашивание пламени борной кислотой H3BO3
Отрегулируйте пламя горелки так, чтобы оно было большим и почти бесцветным. Предварительно прокаленной платиновой проволокой захватите несколько кристалликов борной кислоты H3BO3 и внесите в пламя. При этом пламя окрашивается в зеленый цвет.
Проволока + H3BO3 = зел. пламя
2. Гидролиз тетрабората натрия Na2B4O7
В пробирку налейте 1 – 2 мл 1 моль/л раствор декагидрататетрабората натрия (буры) Na2B4O7 . 10H2O и с помощью универсальной индикаторной бумаги определите pH этого раствора.
В отчете напишите уравнения ступенчатого гидролиза тетерабората натрия Na2B4O7, учитывая, что на первой ступени образуются ортоборная кислота и метаборат натрия NaBO2, а на второй – ортоборная кислота H3BO3 и гидроксид натрия:
3. Получение малорастворимых боратов
В две пробирки внесите по 3 – 4 мл насыщенного раствора тетрабората натрия Na2B4O7 . 10H2O и добавьте по несколько миллилитров1 моль/л растворов: в первую – раствор нитрата серебра AgNO3, во вторую – раствор сульфата меди (II) CuSO4. Наблюдайте выпадение осадков.
Напишите уравнения реакций, учитывая, что в первой пробирке образуется метаборат серебра AgBO2, а во второй – гидроксометаборат меди (II)
Посуда и приборы . Газовая горелка или спиртовка, стеклянная палочка с впаянной в нее платиновой или нихромовой проволочкой с витком на конце, бюкс для борной кислоты.
Описание опыта . Стеклянную палочку с проволочкой окунают в разбавленную соляную кислоту и прокаливают в пламени, а затем опускают в бюкс с измельченными кристаллами B(OH) 3 и захватывают петлей проволоки несколько крупинок этого вещества. Вносят проволоку в пламя и наблюдают зеленое окрашивание, характерное для соединений бора.
Реактивы. Кристаллический гидроксид бора B(OH) 3 , этанол C 2 H 5 OH , концентрированная серная кислота H 2 SO 4 .
Посуда и приборы . Круглодонная колба емкостью 250 — 350 мл с пробкой, в которую вставлена стеклянная трубка диаметром 8 — 10 мм и длиной 50 — 60 см со слегка оттянутым концом, штатив с лапкой, электрический колбонагреватель, электрическая плитка или песчаная баня.
Описание опыта . В колбу засыпают 5 — 10 г B(OH) 3 , заливают 50 — 100 мл этанола и 5 — 10 мл серной кислоты, вставляют пробку с трубкой и закрепляют в лапке штатива. Затем ставят ее в колбонагреватель или на электрическую плитку (в обоих случаях следует подложить под колбу асбестовый картон), либо ставят на песчаную баню.
Нагревают колбу до умеренного кипения содержимого и после того, как по трубке начнет стекать конденсат, поджигают пары эфира у конца трубки. Образуется большой язык пламени, окрашенный в красивый ярко-зеленый цвет.
В результате реакции B(OH) 3 с этанолом в присутствии концентрированной серной кислоты (в роли водоотнимающего средства) образуется борноэтиловый эфир:
B(OH) 3 + 3 C 2 H 5 OH = B(OC 2 H 5 ) 3 + 3 H 2 O
Борноэтиловый эфир отгоняется из смеси в виде азеотропной смеси с этанолом. Реакция горения борноэтилового эфира отвечает уравнению:
2 B(OC 2 H 5 ) 3 + 18O 2 = B 2 O 3 + 15 H 2 O + 12CO 2
Примечание. Можно проводить нагревание колбы открытым пламенем (газовой горелки или спиртовки). В этом случае следует следить за тем, чтобы пламя было небольшим и не достигало вставленной в пробку трубки.
Реактивы. Кристаллический декагидрат тетрабората натрия Na 2 B 4 O 7 . 10 H 2 O (бура), дистиллированная вода, спиртовой раствор индикатора фенолфталеина.
Посуда и приборы . Чашка Петри, капельница для раствора фенолфталеина, бюкс для тетрабората натрия, шпатель.
Описание опыта . В чашку с водой наливают воду слоем толщиной около 1 см и добавляют в нее несколько капель раствора фенолфталеина. Шпателем из бюкса извлекают немного декагидрата тетрабората натрия и высыпают в воду в середину чашки. При растворении кристаллов из центра чашки струйками распространяется розовое окрашивание раствора.
При растворении тетрабората натрия в воде происходит диссоциация соли с образованием гидратированного аниона:
Na 2 B 4 O 7 + 2 H 2 O = 2 Na + + [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2 —
Гидратированный тетраборат-ион имеет сложное строение. Два атома бора находятся в тетраэдрическом окружении ( sp 3 -гибридизация атомных орбиталей) и еще два – в плоско-треугольном ( sp 2 -гибридизация атомных орбиталей).
При дальнейшем взаимодействии с водой этот сложный анион превращается в четыре молекулы B(OH) 3 и выделяет два гидроксид-иона, которые и обеспечивают щелочную реакцию раствора. Реакция протолиза отвечает уравнению:
B 4 O 7 2 — + 11 H 2 O 4 [B(H 2 O)(OH) 3 ] + 2 OH —
Реактивы. Металлический алюминий Al в виде пудры.
Посуда и приборы . Сухое горючее (газовая горелка, спиртовка), бюкс для алюминиевой пудры, стальной шпатель, асбестовый лист размером 25 ´ 25 см.
Описание опыта . Поджигают сухое горючее на асбестовом листе. Взяв шпателем из бюкса немного алюминиевой пудры, небольшими порциями ссыпают ее сверху в пламя горелки. Металл вспыхивает ярким пламенем, разбрасывая искры и выделяя белый дым (аэрозоль оксида алюминия). При сгорании алюминия выделяется большое количество теплоты:
4 Al (т) + 3 O 2 (г) = 2 Al 2 O 3 (т) ; D H ° 298 = — 3350 кДж
Реактивы. Концентрированная (98%-ная) азотная кислота HNO 3 с плотностью 1,50 г/мл, разбавленная (1:2) соляная кислота HCl , алюминий Al (проволока или пластинка).
Посуда и приборы . Химические стаканы емкостью 600–1000 мл, промывалка с дистиллированной водой, фильтровальная бумага, мелкозернистая наждачная бумага.
Описание опыта . В первый стакан на 1/3 его объема наливают разбавленную соляную кислоту, а во второй – концентрированную азотную кислоту на 1/2 его объема.
Алюминиевую проволоку зачищают наждачной бумагой, ополаскивают водой, протирают фильтровальной бумагой и затем с помощью щипцов опускают в стакан с раствором соляной кислоты. Начинается энергичная реакция с выделением водорода:
2 Al + 6 HCl = 2 AlCl 3 + 3 H 2
Затем проволоку вынимают из стакана, тщательно обмывают водой из промывалки над пустым стаканом и промокают фильтровальной бумагой. После этого опускают ее на 2–3 минуты в стакан с концентрированной азотной кислотой. Следует обратить внимание аудитории на отсутствие выделения каких бы то ни было газов (если будут выделяться оксиды азота – значит, концентрация взятой азотной кислоты недостаточно высока).
Вынув алюминиевую проволоку из азотной кислоты, промывают ее водой и снова погружают в разбавленную соляную кислоту. Выделения водорода теперь не наблюдается. Это означает, что выдерживание в концентрированной азотной кислоте изменило свойства поверхности алюминия; на ней образовалась тончайшая защитная пленка оксида алюминия. Пассивированная поверхность алюминия химически инертна по отношению к разбавленной соляной кислоте.
Реактивы. Алюминий Al (проволока или пластинка), концентрированный водный раствор нитрата ртути( II) Hg(NO 3 ) 2 , водный (15 — 20%-ный) раствор гидроксида натрия NaOH , этанол C 2 H 5 OH или ацетон (CH 3 ) 2 CO .
Посуда и приборы . Химические стаканы емкостью 100 — 250 мл, мелкозернистая наждачная бумага, фильтровальная бумага, щипцы или пинцет, коническая колба емкостью 100 мл с пришлифованной пробкой для спирта или ацетона, штатив с лапкой, черная бумага, газовая горелка или сухое горючее.
Описание опыта . Алюминиевую проволоку погружают в пробирку с раствором гидроксида натрия и нагревают на огне. Начинается бурная реакция с выделением водорода и образованием гидроксокомплекса алюминия:
2 Al + 2NaOH + 6 H 2 O = 2 Na[Al(OH) 4 ] + 3 H 2
Взаимодействие алюминия в сильнощелочной среде с водой протекает в стандартных условиях самопроизвольно, поскольку значение разности стандартных электрохимических потенциалов для полуреакций
Al + 4 OH — — 3 e — = [Al(OH) 4 ] — ; j ° = — 2,336 B
2 H 2 O + 2 e — = H 2 + 2 OH — ; j ° = — 0,828 B
больше нуля: D j ° = — 0,828 – (–2,336) = 1,508 B.
Затем вынимают проволоку из раствора гидроксида натрия и опускают ее в стакан с водой для ополаскивания. После этого проволоку на некоторое время погружают в раствор нитрата ртути( II ) для амальгамирования (покрытия поверхности металла ртутью с образованием амальгамы алюминия).
После появления на поверхности алюминия тонкого слоя амальгамы проволоку вынимают щипцами из стакана с раствором нитрата ртути( II ) и опускают ее в стакан с водой. Наблюдается интенсивное выделение водорода:
2 Al(Hg) + 6 H 2 O = 2 Al(OH) 3 + 3 H 2 + 2 Hg Значение стандартного электрохимического потенциала j ° для пары равно –1,538 В.
Опыт 3.7. Взаимодействие пероксида натрия с алюминием
Реактивы. Пероксид натрия Na 2 O 2 , алюминиевая пудра Al , вода.
Посуда и приборы . Керамическая пластинка или асбестовый картон размером 10 ´ 10 см, шпатель, бюксы для пероксида натрия и для алюминиевой пудры, капельница с водой. Описание опыта. На керамическую пластинку при помощи шпателя насыпают из бюксов в равных объемах пероксид натрия и алюминиевую пудру и осторожно перемешивают их, делая горку высотой 1 — 2 см с углублением на вершине. В углубление вносят 2 — 3 капли воды и сразу же убирают руки подальше. Через 5 — 10 секунд смесь воспламеняется и сгорает со вспышкой:
Описание опыта . В химический стакан наливают на 1/3 его объема раствор хлорида алюминия или сульфата алюминия. Затем небольшими порциями добавляют раствор аммиака до образования студенистого осадка гидроксида алюминия:
[Al(H 2 O) 6 ] 3+ + 3 NH 3 . H 2 O = Al(OH) 3 ¯ + 3 NH 4 + + 6 H 2 O
Разливают суспензию гидроксида алюминия равными порциями в три стакана. Первый стакан оставляют для сравнения, а во второй и третий добавляют, соответственно, растворы соляной кислоты и гидроксида калия, добиваясь образования в обоих случаях прозрачного раствора:
Al(OH) 3 + 3 H 3 O + = [Al(H 2 O) 6 ] 3+
Al(OH) 3 + OH — = [Al(OH) 4 ] —
Растворение осадка гидроксида алюминия происходит за счет связывания гидроксид-ионов катионами оксония и образования аквакатиона алюминия [Al(H 2 O) 6 ] 3+ во втором стакане и за счет образования тетрагидроксоалюминат-иона – в третьем. Это указывает на амфотерный характер Al(OH) 3 .
Примечание. Образование тетраэдрического тетрагидроксоалюминат-иона происходит при высокой щелочности раствора (рН > 11) и большом избытке гидроксид-ионов. В интервале значений рН 7–11 координационная сфера алюминия ( III ) достраивается до координационного числа 6 за счет молекул воды. В результате в растворе присутствует тетрагидроксодиакваалюминат-ион [Al(H 2 O) 2 (OH) 4 ] — .
Опыт 3.9. Совместный гидролиз аквакатиона алюминия и карбонат-иона
Реактивы. Разбавленные (5–10%-ные) водные растворы хлорида алюминия AlCl 3 и карбоната натрия Na 2 CO 3 , дистиллированная вода.
+ 2NaNO3 + 2H2O
