Работа 2.8. Окисление иода азотной кислотой и свойства иодной кислоты

(Опыт группы Б)

Потребуются: фарфоровая чашка. Газовая горелка с подставкой и асбестовой сеткой. Весы аналитические (электронные). Иод крист., HCl конц., HNO₃ конц.

В фарфоровую чашку насыпать 2 – 3 г порошка иода и прибавить около 15 мл концентрированной азотной кислоты. Смесь упаривать под тягой при медленном кипении на пламени газовой горелки через асбестовую сетку. Несмотря на весьма малый выход продуктов (бó льшая часть азотной кислоты и иода испаряются), при упаривании раствора через 10 – 20 мин кипячения можно наблюдать образование бесцветных кристаллов HIO₃.

Полученную кислоту растворить в малом количестве воды и добавить HCl (конц.). Отмечать изменение окраски раствора (какое?) и выделение едкого газа (какого?).

Работа 2.9. Степень окисления +7. Хлорная кислота и перхлораты. (Опыты группы А)

Потребуются: хлорная кислота (50-70 масс.%), пластинка или порошок никеля, порошок железа, пероксид водорода (30 масс.), аммиак водный, раствор хлорида железа (III) (конц.), раствор хлорида никеля (II) (конц.), набор пробирок, горелка газовая.

Эксперимент. В две пробирки ввести раздельно пластинку или порошок никеля и пластинку железа. Добавить 5 – 6 мл хлорной кислоты. Наблюдать выделение газа. Попытаться определить, что за газ выделяется. Если реакция идет слишком медленно, ускорить ее нагреванием на газовой горелке. Когда растворятся заметные количества каждого из металлов, растворы отделить от металлов, перелив их в отдельные пробирки. При необходимости профильтровать. Отметить цвет содержимого каждой пробирки. Сравнить между собой оттенки растворов NiCl₂ и жидкости после растворения никеля. Перед сравнением надо добиться ‑ разбавлением водой ‑ примерно одинаковой интенсивности окраски растворов хлорида и перхлората никеля.

· Какой цвет имеет содержимое каждой из пробирок? Какую информацию можно почерпнуть из небольшого различия этих цветов? ·

В раствор, полученный при растворении железа в HClO₄, добавлять по каплям пероксид водорода до прекращения изменения цвета раствора. Поскольку все цвета будут бледными, не опасаться ввести заведомый избыток H₂O₂. Сравнить цвет полученного раствора и цвет хлорида железа.

Пояснение. Хлорная кислота в растворах не проявляет окислительных свойств вплоть до очень высоких концентраций (~ до 90 масс. %). Окислителем в разбавленных и умеренно-концентрированных растворах почти всегда является ион оксония H₃O⁺, а очевидным продуктом его восстановления – водород. Перхлорат-ион даже в умеренно-концентрированных растворах не способен окислять многие типичные восстановители.

В отношении реакций комплексообразования, перхлорат-ион является лигандом слабого поля, более того, ‑ одним из “слабейших”. Отчасти из-за этого перхлораты почти никогда не входят во внутренние сферы комплексов, предоставляя возможность такого вхождения воде (в случае водных сред). По этой причине часто говорят, что с помощью перхлоратов можно получить окраску “чистых” ионов металла (точнее – окруженных только молекулами воды). Так, кристаллогидрат перхлората железа (III) [Fe(OH₂)₉](ClO₄)₃ выделяется из растворов в виде пурпурных, а не типично – для гидратированных солей железа (III) – оранжево-коричневых кристаллов; аква-комплекс перхлората никеля имеет зелено-голубую, а не яблочно-зеленую окраску и т.д. Из других неэкзотических солей похожим образом ведут себя только нитраты. Однако для последних вхождение иона NO₃^‑ во внутреннюю сферу комплексов встречается не столь редко, как для перхлоратов.

· В чем причина такого поведения перхлорат-ионов с точки зрения химической связи и геометрии этого иона? ·

Продолжение эксперимента. Растворы перхлората и хлорида никеля разбавить водой в 3 – 4 раза до почти полного исчезновения окраски. Далее добавить избыток водного аммиака. Что происходит в каждой из пробирок?

Пояснение. Сиреневый комплекс [Ni(NH₃)₆](ClO₄)₂ имеет очень низкую растворимость в воде. Выпадение характерного осадка сиреневого цвета из водно-аммиачных растворов никелевых солей до сих пор используют как индикаторную реакцию для обнаружения перхлорат-ионов в водных средах.

Факультативно. Доказательство образования перхлоратов при термическом разложении хлоратов щелочных металлов. Нагреть на газовой горелке пробирку с небольшим количеством (1 ‑ 2 г) хлората калия до температуры плавления. Продолжать нагревание, временно прекращая его в случае начала выделения газа (кислорода). Нагревание вести в течение 3 минут. Охладить пробирку и растворить ее содержимое горячей воде (если пробирка при охлаждении лопнет, то перед растворением очистить слиток от осколков стекла). В прозрачный раствор добавить 3 – 5 мл водного аммиака, а затем – несколько капель раствора хлорида никеля.

· Выпадает ли из раствора сиреневый осадок? Что можно сказать о термическом разложении хлората, если этот осадок не выделяется? ·