Решение экспериментальных задач по теме металлы: Практическая работа «Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»

Содержание

Практическая работа "Решение экспериментальных задач по теме "Металлы"

Разработка урока. Практическая работа «Решение экспериментальных задач по теме Металлы»

Цель: на основе знаний о металлах и их кислородных соединений научиться решать экспериментальные задачи; уметь проводить качественные реакции. соблюдать правила ТБ.

Задачи:

Обучающая:

- углубить и систематизировать знания учащихся о металлах и их кислородных соединений; закрепление практических навыков при решении экспериментальных задач, умение составлять уравнения реакций.

Развивающая:

- развитие навыков практической работы и развивать познавательный интерес, используя приемы самостоятельной работы, умение проводить лабораторные опыты.

Воспитательная:

- воспитание аккуратности при выполнении практических работ и соблюдении правил по технике безопасности; бережное отношение к реактивам.

Мысленно закройте глаза. Выполните

10 шагов вперед вверх

5 шагов вправо

5 шагов вниз

5 шагов влево

Какая фигура получилась.

( флажок).

1.На интер. доске предложения( используя названия металлов в переносном смысле образуем предложения)

1. Человек обладает…. здоровьем (железным)

2.Над городом нависли … тучи (свинцовые)

3.Певец обладает уникальным…. голосом (серебряным)

4.Каникулы – это….пора детства (золотая)

2.В эпиграфах найти слова, которые связаны с наукой химией, а затем самим определить цель урока. После формулирования цели легко перейти к теме урока.

«СУХА ТЕОРИЯ, МОЙ ДРУГ, А ДРЕВО ЖИЗНИ ПЫШНО ЗЕЛЕНЕЕТ»

(«ФАУСТ» ГЁТЕ)

«И ОПЫТ, СЫН ОШИБОК ТРУДНЫХ, И ГЕНИЙ, ПАРДОКСОВ ДРУГ…»

(А.С.ПУШКИН)

Металлы, теория, опыт.

Практическая работа

Решение экспериментальных задач по теме «Металлы».

Цель:

изучить свойства металлов и их соединений.

Оборудование и реактивы:

1 вариант: штатив для пробирок, пробирки, растворы азотной кислоты, соляной кислоты, гидроксида натрия, сульфата никеля (II), нитрата серебра. хлорида железа (III), роданида калия, фосфата натрия, сульфата цинка.

Ход работы:

Вспомните правила техники безопасности при выполнении химического эксперимента.

  • В химической лаборатории не пробуют на вкус даже известные вещества, они могут содержать примеси, ядовитые для человека.

  • Кислоты – едкие вещества. Разрушают и раздражают кожу, слизистые оболочки.

  • Щёлочи – едкие вещества. Разрушают и раздражают кожу, слизистые оболочки. От них возможна полная потеря зрения.

  • Если кислота или щёлочь попала на кожу, её надо немедленно промыть большим количеством проточной воды.

  • Соединения меди в виде пыли при попадании на кожу, особенно в местах микротравм, могут вызвать раздражения, привести к аллергии в лёгкой форме.

  • Все нитраты оказывают сжигающее действие на кожу и слизистые оболочки. Нитрат серебра (ляпис) разлагается под действием солнечного света. При попадании на кожу вызывает её потемнение.

  • Роданиды являются соединениями повышенной физиологической активности. При работе с ними следует применять индивидуальные средства защиты, соблюдать правила личной гигиены.Не допускать попадания препаратов внутрь организма!

  • Стекло – хрупкий материал, имеющий малое сопротивление при ударе и незначительную прочность при изгибе. Категорически запрещается использовать посуду, имеющую трещины и отбитые края.

  • Пробирку закрепляют в держателе так, чтобы от горлышка пробирки до держателя было расстояние 1 – 1, 5 см.

  • Опыты проводить с таким количеством веществ, которые указаны в методическом руководстве по проведению каждого опыта.

  • Без разрешения учителя, ничего на столах не трогать.

  • Во время проведения эксперимента или оформлении отчёта соблюдайте тишину.

  • После работы приведи порядок на рабочем месте.

Стр. 255

I вариант

Задание 1.

Используя необходимые реактивы и оборудование, выполните следующие превращения

FeCl3 → Fe(OH)3 → Fe(NO3)3 → Fe(CNS)3

Что делали

Наблюдения

Уравнения реакций

1. К раствору хлорида железа (III) добавим несколько капель щелочи.

Образуется осадок бурого цвета.

FeCl3 + 3NaOHFe(OH)3↓ + 3NaCl

Fe3+ + 3OH-Fe(OH)3

2. К полученному осадку добавим раствор азотной кислоты.

Осадок растворяется, образуется раствор желтого цвета.

Fe(OH)

3 + 3HNO3 → Fe(NO3)3 + 3H2O

Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3++ 3H2O

3. К раствору нитрата железа (III) добавим несколько капель роданида калия.

Появление кроваво-красного окрашивания.

Fe(NO3)3 + 3KCNS → Fe(CNS)3 + 3KNO3

Fe3++ 3CNS- ↔ Fe(CNS)3

Вывод: Экспериментально осуществили превращения химических реакций.

Задание 2. Приготовьте гидроксид никеля (II) и исследуйте его свойства.

Что делали

Наблюдения

Уравнения реакций

1. К раствору сульфата никеля (II) добавим несколько капель щелочи.

Образуется осадок светло-зеленого цвета.

NiSO4 + 2NaOH → Ni(OH)2↓ + Na2SO4

Ni2+ + 2OH- → Ni(OH)2

2. Полученный осадок раздел на 2 части. В одну пробирку к полученному осадку добавим раствор соляной кислоты.

Осадок растворяется.

Ni(OH)2 + 2HClNiCl2 + 2H2O

Ni(OH)2 + 2H+Ni2++ 2H2O

3. В другую пробирку к полученному осадку добавим конц. раствор щелочи.

Изменений нет.

Вывод: Гидроксид никеля (II) – осадок светло-зеленого цвета, проявляет основные свойства.

Задание 3. Предложите наиболее рациональный путь определения солей, растворы которых находятся в пронумерованных пробирках: Na

3PO4, FeCl3, ZnSO4, Уравнения реакция запишите в молекулярной и ионной форме.

вещество

реактив

Na3PO4

FeCl3

ZnSO4

NaOH

нет изменений

Fe(OH)3

бурый

Zn(OH)2

белый

AgNO3

Ag3PO4

желтый

пробирки:

FeCl3 + 3NaOHFe(OH)3↓ + 3NaCl

Fe

3+ + 3OH-Fe(OH)3

ZnSO4 + 2NaOH → Zn(OH)2↓ + Na2SO4

Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2

Na3PO4 + 3AgNO3 → 3NaNO3 + Ag3PO4

3Ag+ + PO43-→ Ag3PO4

NaBr + AgNO3 → NaNO3 + AgBr↓

Ag+ + Br-→ AgBr ↓

Вывод: Распознать вещества можно с помощью качественных реакций.

Шкала оценивания:

1 задание – 6 балла;
2 задание: – 6 баллов;
3 задание – 5 баллов;

Всего: 17 баллов
«5» – 15-17 баллов;
«4» – 9 – 14 баллов;
«3» – 3-8 баллов;
«2» – 0-2 балла;

Рефлексия.

Урок №56. Практическая работа №7. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и их соединения»

1.     Решите задачи №№1 – 2

3.     Оформите отчёт и сдайте учителю на проверку

Задача №1. Свойства железа и его соединений

Осуществите превращения по схеме:

FeFe2O3FeFeCl3 Fe(OH)3FeCl3

Ход работы:

Загрузите и внимательно посмотрите следующие видео – эксперименты:

1) Сгорание железа в кислороде;

2) Получение железа алюминотермическим способом;

3) Взаимодействие хлора с железом;

4) Получение гидроксида железа (III) и взаимодействие его с кислотами

Оформите отчёт в виде таблицы:

Название опыта

Что делали?

Что наблюдали?

Выводы

Уравнение химической реакции

1) Сгорание железа в кислороде

 

Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe + O2 t˚C

2) Получение железа алюминотермическим способом

 

Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe2O3 + Al t˚C

3) Взаимодействие хлора с железом

 

Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe + Cl2  t˚C

4) Получение гидроксида железа (III) и взаимодействие его с кислотами

 

Запишите УХР в молекулярном полном и кратком ионном виде:

FeCl3 +?  Fe(OH)+ ?

Fe(OH)3 +?  FeCl+ ?

Задача №2. Определение качественного состава соли. Распознавание солей

В двух неподписанных флаконах выданы растворы солей – сульфата алюминия и сульфита натрия. Как при помощи характерных реакций распознать каждое из веществ?

Ход работы:

Загрузите и внимательно посмотрите следующие видео – эксперименты:

1) Обнаружение ионов алюминия;

2) Качественная реакция на сульфит- и сульфат-ионы.

Заполните таблицу:

Определяемое вещество

Реактив, для качественного определения ионов

Раствор аммиака

NH3·H2O

(NH4OH)

Раствор хлорида бария BaCl2

Раствор азотной кислоты HNO3

1) Сульфат алюминия

Al2(SO4)3

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Что наблюдали?

2) Сульфит алюминия

Al2(SO3)3

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Запишите УХР в молекулярном полном и кратком ионном виде:

Al2(SO4)3 + NH4OH →

Al2(SO3)3 + NH4OH →

Al2(SO4)3 + BaCl2

Al2(SO3)3 + BaCl2

Al2(SO3)3 + HNO3

Дополнительно: 

"Решение экспериментальных задач по теме «Элементы I А — III А - групп периодической таблицы химических элементов»"

Практическая работа № 6. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и их соединения»

Цели урока: проверить ЗУН по пройденной теме «Металлы».

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Выполнение практической работы.

Задача № 1. Свойства железа и его соединений.

Осуществите превращения по схеме:

Fe → Fe3O4 → Fe → FeCl3 → Fe(OH)3 → FeCl3

Ход работы:

Оформите отчёт в виде таблицы:


Название опыта

Что делали?

Что наблюдали? Выводы

Уравнение химической реакции

1) Сгорание железа в кислороде



Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe + O2 t˚C→

2) Получение железа алюминотермическим способом



Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe3O4 + Al t˚C→

3) Взаимодействие хлора с железом



Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe + Cl2 t˚C→

4) Получение гидроксида железа (III) и взаимодействие его с кислотами




Запишите УХР в молекулярном полном и кратком ионном виде:

FeCl3 + ? → Fe(OH)3 + ?

Fe(OH)3 + ? → FeCl3 + ?

Задача № 2. Определение качественного состава соли. Распознавание солей.

В двух неподписанных флаконах выданы растворы солей – сульфата алюминия и сульфита алюминия. Как при помощи характерных реакций распознать каждое из веществ?

Ход работы:

Заполните таблицу:


Определяемое вещество

Реактив, для качественного определения ионов

Раствор аммиака

Nh4·h3O

(Nh5OH)

Раствор хлорида бария BaCl2

Раствор азотной кислоты HNO3

1) Сульфат алюминия Al2(SO4)3

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Что наблюдали?

2) Сульфит алюминия Al2(SO3)3

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Запишите УХР в молекулярном полном и кратком ионном виде:

Al2(SO4)3 + Nh5OH →

Al2(SO3)3 + Nh5OH →

Al2(SO4)3 + BaCl2 →

Al2(SO3)3 + BaCl2 →

Al2(SO3)3 + HNO3 →

3. Домашнее задание

Повторить тему «Металлы».

Ответы | Практ. 4. Решение экспериментальных задач по теме "Металлы" — Химия, 11 класс

1. В выданных вам пробирках находятся растворы гидроксида натрия, хлорида кальция, сульфата натрия. Определите опытным путем, какое вещество находится в каждой пробирке. Для распознавания выданных веществ проведите качественные реакции на содержащиеся в растворах катионы и анионы. Результаты наблюдений занесите в таблицу.

Составьте уравнения химических реакций в молекулярном и сокращенном ионном виде.

2. Дополните фразу, вставив пропущенные слова.

При нагревании меди, вещества красного цвета, на воздухе произошла химическая реакция с кислородом, в результате образовался Cu2O\mathrm{Cu_2O}Cu2​O, вещество черного цвета.

Составьте уравнение химической реакции, укажите окислитель и восстановитель.

Поместите прокаленную, еще теплую спираль в раствор серной кислоты. Укажите признаки химической реакции.3}2−3см3 по каплям добавляем гидроксид натрия - NaOH\mathrm{NaOH}NaOH до образования Al(OH)3\mathrm{Al(OH)_3}Al(OH)3​, представляющего собой амфотерное вещество (Al(OH)3\mathrm{Al(OH)_3}Al(OH)3​).

Составьте уравнения химической реакции в молекулярном и ионном виде.

2.а) К осадку гидроксида алюминия в пробирке 1 приливаем HCl\mathrm{HCl}HCl до исчезновения осадка.

В данной реакции гидроксид алюминия проявляет основные свойства.

Составьте уравнения химической реакции в молекулярном и ионном виде.

б) К осадку гидроксида алюминия в пробирке 2 приливаем NaOH\mathrm{NaOH}NaOH до исчезновения осадка.

В данной реакции гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.

Составьте уравнения химической реакции в молекулярном и ионном виде.

3.Сделайте вывод, ответив на вопросы:

1.Какие вещества используются для получения амфотерных гидроксидов в лаборатории?

Соли амфотерных металлов, щелочи.

2.Какие реакции являются доказательством амфотерности оксидов и гидроксидов элементов?

Доказательством амфотерности оксидов и гидроксидов элементов являются их реакции как с кислотами, так и со щелочами (образуя воду и соль).

Присоединяйтесь к Telegram-группе @superresheba_11, делитесь своими решениями и пользуйтесь материалами, которые присылают другие участники группы!

"Практическая работа №6 «Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и их соединения»»"

Дата_____________ Класс_______________

Тема: Практическая работа №6 «Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и их соединения»».

Цели урока: проверить ЗУН по пройденной теме «Металлы».

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Выполнение практической работы.

Задача №1. Свойства железа и его соединений.

Осуществите превращения по схеме:

Fe → Fe3O4 → Fe → FeCl→ Fe(OH)3 → FeCl3

Ход работы:

Оформите отчёт в виде таблицы:

Название опыта

Задача №2. Определение качественного состава соли. Распознавание солей.

В двух неподписанных флаконах выданы растворы солей – сульфата алюминия и сульфита алюминия. Как при помощи характерных реакций распознать каждое из веществ?

Ход работы:

Заполните таблицу:

Определяемое вещество

Запишите УХР в молекулярном полном и кратком ионном виде:

Al2(SO4)3 + NH4OH →

Al2(SO3)3 + NH4OH →

Al2(SO4)3 + BaCl

Al2(SO3)3 + BaCl2 →

Al2(SO3)3 + HNO3 →

3. Домашнее задание

Повторить тему «Металлы»

Что делали?

Что наблюдали?

Выводы.

Уравнение химической реакции.

1) Сгорание железа в кислороде

 

 

Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe + O2 t˚C

 

2) Получение железа алюминотермическим способом

 

 

Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe3O4 + Al t˚C

 

3) Взаимодействие хлора с железом

 

 

Запишите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель), процессы окисления (восстановления)

Fe + Cl2  t˚C

4) Получение гидроксида железа (III) и взаимодействие его с кислотами

 

 

 

Запишите УХР в молекулярном полном и кратком ионном виде:

FeCl3 + ?  Fe(OH)+ ?

Fe(OH)3 + ?  FeCl+ ?

 

Реактив, для качественного определения ионов

Раствор аммиака

NH3·H2O

(NH4OH)

Раствор хлорида барияBaCl2

Раствор азотной кислотыHNO3

1) Сульфат алюминия

Al2(SO4)3

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Что наблюдали?

2) Сульфит алюминия

Al2(SO3)3

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Что наблюдали?

Конспект урока по теме "Практическая работа.Неметаллы"

Класс: 11                                                                          Дата________

Тема: «Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»»

Цель: Изучить получение и свойства металлов и их соединений при помощи химического эксперимента.

Задачи:

Образовательные: совершенствовать практические умения и навыки выполнения химического эксперимента, соблюдая правила ОТ и ТБ. Получить прочные знания по теме, научиться применять их на практике.

Развивающие: развивать умения выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы по результатам проведенного эксперимента. Развитие интереса к изучению химии через практическо-исследовательскую работу обучающихся.

Воспитательные: продолжить формирование у обучающихся научного мировоззрения, умения самостоятельной работы, самоконтроля, умения сотрудничать со сверстниками, ответственное отношение к обучению.

Методы преподавания: исследовательские методы, беседа, поисковый, самостоятельная работа, практические задания

 Оборудование: Раздаточный материал: инструкции «Металлы», видеофрагменты

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив, спиртовка, газоотводная трубка, пробирки, сульфат натрия, хлорид натрия, сульфат меди (II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа (III), сульфат натрия, сульфит натрия, сульфид натрия, карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония, сульфат калия, сульфит натрия, карбонат кальция, оксид меди, хлорид бария.

ХОД УРОКА

1.Организационный этап урока. Организация начала урока, проверка отсутствующих и готовность учащихся к уроку.

2.Формулирование цели и задач. Продолжаем изучение темы « Неметаллы». На прошлом уроке рассмотрели строение, свойства и способы получения неметаллы. Сегодня на уроке мы научимся экспериментально распознавать неизвестные реактивы с помощью качественных реакций. Тема урока «Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы».

3 Инструктаж по технике безопасности.  

Работать вы будете по инструкциям и таблицам «Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы».. Главное на практической работе – это внимание, аккуратность и соблюдение правил по технике безопасности. Для зажигания пользуемся только спичками. Пробирку держим на уровне глаз, когда в неё наливаем раствор. Распишитесь в журнале по технике безопасности.

4 Выполнение практической работы. Приступаем к выполнению работы.

Практическая работа №3 «Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы».

 

Цель: Изучить получение и свойства металлов и их соединений при помощи химического эксперимента.

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив, спиртовка, газоотводная трубка, пробирки, сульфат натрия, хлорид натрия, сульфат меди (II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа (III), сульфат натрия, сульфит натрия, сульфид натрия, карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония, сульфат калия, сульфит натрия, карбонат кальция, оксид меди, хлорид бария.

 

С ПРАВИЛАМИ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ОЗНАКОМЛЕН.

Ход работы

1. Докажите, что в сульфате натрия находится примесь хлорида натрия.

  • Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

2. Выданы вещества: кристаллогидрат сульфат меди(II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа(III). Пользуясь этими веществами, получите: а) оксид железа (III), б) оксид магния, в) медь, г) хлорид магния.

  • Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

3. В трех пробирках без надписей даны кристаллические вещества: сульфат натрия, карбонат натрия, хлорид натрия. Опытным путем определите, какое вещество находится в каждой из пробирок.

4. В пробирках даны твердые вещества: карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония. Определите в какой пробирке находится каждое вещество.

5. Осуществите практически следующие вещества:

CuO  →  CuSO4 → BaSO4

CuCl2 →   Cu( OH)2 → CuO

6. Отчет о работе выполните в произвольной форме.

5. Домашнее задание:

Повторить задачи на избыток и недостаток, а также цепочки реакций.

6. Рефлексия

Что узнали нового на уроке? Что было интересным ? Что самым ярким?

 

 

 

 

 

 

Практическая работа №3 «Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы».

Цель: Изучить получение и свойства металлов и их соединений при помощи химического эксперимента.

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив, спиртовка, газоотводная трубка, пробирки, сульфат натрия, хлорид натрия, сульфат меди (II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа (III), сульфат натрия, сульфит натрия, сульфид натрия, карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония, сульфат калия, сульфит натрия, карбонат кальция, оксид меди, хлорид бария.

С ПРАВИЛАМИ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ОЗНАКОМЛЕН.

Ход работы

1. Докажите, что в сульфате натрия находится примесь хлорида натрия.

  • Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

2. Выданы вещества: кристаллогидрат сульфат меди(II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа(III). Пользуясь этими веществами, получите: а) оксид железа (III), б) оксид магния, в) медь, г) хлорид магния.

  • Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

3. В трех пробирках без надписей даны кристаллические вещества: сульфат натрия, карбонат натрия, хлорид натрия. Опытным путем определите, какое вещество находится в каждой из пробирок.

4. В пробирках даны твердые вещества: карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония. Определите в какой пробирке находится каждое вещество.

5. Осуществите практически следующие вещества:

CuO  →  CuSO4 → BaSO4

CuCl2 →   Cu( OH)2 → CuO

6. Отчет о работе выполните в произвольной форме.

Практическая работа №3 «Решение экспериментальных задач по теме «Неметаллы».

Цель: Изучить получение и свойства металлов и их соединений при помощи химического эксперимента.

Оборудование и реактивы: лабораторный штатив, спиртовка, газоотводная трубка, пробирки, сульфат натрия, хлорид натрия, сульфат меди (II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа (III), сульфат натрия, сульфит натрия, сульфид натрия, карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония, сульфат калия, сульфит натрия, карбонат кальция, оксид меди, хлорид бария.

С ПРАВИЛАМИ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ОЗНАКОМЛЕН.

Ход работы

1. Докажите, что в сульфате натрия находится примесь хлорида натрия.

  • Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

2. Выданы вещества: кристаллогидрат сульфат меди(II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа(III). Пользуясь этими веществами, получите: а) оксид железа (III), б) оксид магния, в) медь, г) хлорид магния.

  • Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном и сокращенном ионном виде.

3. В трех пробирках без надписей даны кристаллические вещества: сульфат натрия, карбонат натрия, хлорид натрия. Опытным путем определите, какое вещество находится в каждой из пробирок.

4. В пробирках даны твердые вещества: карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония. Определите в какой пробирке находится каждое вещество.

5. Осуществите практически следующие вещества:

CuO  →  CuSO4 → BaSO4

CuCl2 →   Cu( OH)2 → CuO

6. Отчет о работе выполните в произвольной форме.

Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»

Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»

Цель урока: Ознакомиться со свойствами металлов и их соединений, научиться определять качественный состав веществ и распознавать их.

Оборудование: штатив,пробирка.

Реактивы: железо, цинк, соляная кислота, хлорид натрия, гидроксид натрия азотная кислота, нитрат серебра, лакмус, сульфат меди.

Орг.момент: 1. Деление на группы (2)

2. Соблюдение правила работы в группе

Ход урока: 1. Ознакомление с правилами техники безопасности

2. тест

3.Выполнение практической работы

4.Закрепление

5.Д/з

Соблюдение правил техники безопасности при работе с химическим оборудованием и реактивами

Тест по технике безопасности:

1.Что должен сделать ученик при попадании на кожу кислоты?

а) промыть под струей воды и обработать раствором гидрокарбоната натрия;

б)обработать раствором питьевой соды;

в)обработать раствором щелочи;

г)дождаться конца урока и спросить совета учителя;

2.При попадании на кожу раствора щелочи нужно?

а)Смазать обожженное место мазью от ожогов;

б)промыть водой;

в)промыть большим количеством воды и обработать слабым

раствором уксусной кислоты;

г)обработать соляной кислотой ;

3. Почему обычно не проводят реакции взаимодействия кислот с металлами, расположенными в ряду напряжений от Li до Ca а)эти металлы недоступны учащимся и учителям; б)реакции идут очень активно, возможен взрыв; в)эти реакции не идут из-за пассивации названных металлов; г)такие реакции невозможно провести в виду отсутствия необходимого оборудования; 4.Какой объем жидкости надо приливать в пробирку, чтобы опыт был наиболее безопасен а)не более 1/3 объема пробирки; б)не более 1/2объема; в)не более 3/4 объема; г)2/3 объема; 5. При растворении некоторых металлов в азотной кислоте выделяется оксид азота(NO2) , поэтому такие опыты нужно проводить в вытяжном шкафу при включенной тяге. а)утверждение верно , т.к. газ обладает неприятным запахом; б)утверждение верно , т.к. газ взрывоопасен; в)утверждение неверно, т.к.NO2 образуется небольших количествах и это не опасно; г)утверждение верно,т.к. газ ядовит и вызывает отравление

Ответы 1.а 2.б 3.б 4.а 5.г

Выполнение работы : Вариант I Задача 1. Определите, и какой пробирке находится раствор каждой из солей: хлорид железа ( (III) ), хлорид алюминия, хлорид кальция.

Вещества

Реактивы

ҒеCL3

ALCL3

Наблюдение

NaOH

CaCL2

Уравнения реакции

NaOH

Fe(OH)3

AL(OH)3

NaOH

бурый осадок

Ca(OH)2

белый осадок

Задача 2. Определите , в какой из пробирок находится раствор каждой соли: сульфата железа (II), сульфата калия, сульфата алюминия.

Вещества

Реактивы

FeSO4

NaOH

Наблюдение

Na2SO4

AL2(SO4)3

Уравнение реакции

Fe(OH)2

NaOH

NaOH

зеленый осадок

нет видимых изменений

AL(OH)3

Белый осадок

Вариант 2 Задача 1. С помощью одного реактива распознайте растворы хлорида железа (II), хлорида калия, хлорид алюминия.

Вещества

ҒеCL2

Реактивы

NaOH

ALCL3

Наблюдение

Уравнения реакции

Fe(OH)2

NaOH

КСL

зеленый осадок

NaOH

AL(OH)3

белый осадок

нет видимых изменений

Задача 2. Разпознайте ,в какой пробирке находятся растворы: хлорида железа( (III) ), сульфата натрия, сульфата алюминия.

Вещества

Реактивы

ҒеCL3

Наблюдения

NaOH

Na2SO4

AL2(SO4)3

Уравнения реакции

Fe(OH)2

NaOH

NaOH

зеленый осадок

нет видимых изменений

AL(OH)3

Белый осадок

Закрепление

Найдите соответствие

1.Соотнесите окраску свежеполученных осадков оснований и их названия

голубая гидроксид алюминия

красно-бурая гидроксид кальция

белая гидроксид железа (II)

зеленая гидроксид меди (II)

cтуденистая гидроксид железа (III

2.Выберите способ получения железа (III)

a)Ғе 2SO4+NaOH

б)Ғе+h3O

в)Ғе2O3+ h3O

г)ҒеCL3+NaOH

Осуществите превращения

Кальций Оксид кальция Гидроксид кальция Хлорид кальция

Оксид кальция

Натрий Оксид натрия Гидроксид натрия Сульфат натрия

Нитрат натрия

Алюминий Оксид алюминия Хлорид алюминия Гидроксид алюминия

Д/З Глава III «Металлы»

Подготовка к контрольной работе.

Повторение : Глава ІІІ «Металлы»

Упражнения для повторения темы «Металлы»

(стр 205)

Реакции металлов с кислотами с образованием солей | Эксперимент

Эксперимент сначала проводится в меньшем масштабе с использованием пробирок (урок 1 ниже), без попытки восстановить образовавшиеся соли. Это устанавливает, что образование водорода является характерным свойством реакции металлов и кислот. Затем это можно сделать в большем масштабе (урок 2 ниже), а образовавшиеся соли можно извлечь путем кристаллизации.

Урок 1 представляет собой серию экспериментов с пробирками, в которых каждая рабочая группа устанавливает общий признак того, что водород выделяется, когда металлы реагируют с кислотой - если металл вообще реагирует.Это должно занять около 40 минут, и большинство классов должно уметь выполнять эту версию. Каждой рабочей группе требуется небольшой набор металлов и кислот для тестирования.

Диапазон протестированных металлов и кислот может быть расширен на демонстрации учителю в заключительной части этого урока.

Урок 2, в котором образовавшаяся соль восстанавливается путем кристаллизации, занимает больше времени, и класс должен быть достаточно надежным в поведении и навыках манипулирования, чтобы справиться с опасностями, связанными с нагреванием кислотных растворов в мензурках на треногах.

Время, необходимое для реакции, зависит от размера частиц используемого металла. Использование мелких гранул помогает сократить затрачиваемое время.

Оборудование

Аппарат

Урок 1
  • Защита глаз
  • Пробирки, 100 мм x 16 мм или аналогичные, x8
  • Штатив для пробирок
  • Пробки или пробки для свободного размещения пробирок, 2 шт.
  • Горелка Бунзена
  • Шина
Урок 2
  • Колба коническая, 100 см 3
  • Стакан, 100 см 3
  • Измерительный цилиндр, 100 см 3
  • Стеклянный стержень для перемешивания
  • Шпатель
  • Фильтровальная воронка диаметром примерно 65 мм
  • Фильтровальная бумага
  • Горелка Бунзена
  • Штатив
  • Треугольник Пипекле или керамическая сетка (см. Примечание 1)
  • Термостойкий мат
  • Испарительная ванна, не менее 50 см 3 вместимость
  • Чаша для кристаллизации (см. Примечание 2)

Примечания к аппаратуре

  1. Керамическую сетку можно использовать вместо треугольников для поддержки испарительного бассейна, но в этом случае испарение займет больше времени.
  2. Стадии испарения и кристаллизации могут быть неполными за время, отведенное на Урок 2. В этом случае чашки для кристаллизации необходимо отложить, чтобы кристаллизация проходила медленно. Однако нельзя допускать полного высыхания посуды, так как это портит качество кристаллов. При периодических проверках должно быть возможно решить, когда слить излишки раствора из каждой чашки, чтобы студенты могли проверить на следующем уроке хорошие кристаллы.

Химия

Урок 1
  • Разбавленная соляная кислота, 1 M, 25 см 3
  • Разбавленная серная кислота, 0,5 M (РАЗДРАЖАЮЩИЙ), 25 см 3
  • Мелкие гранулы, грубые опилки или кусочки фольги из этих металлов в небольших емкостях с этикетками: медь, железо, магний, цинк
Урок 2
  • Маленькие гранулы цинка, примерно 5 г в маркированном контейнере
  • Разбавленная серная кислота, 0.5 M (РАЗДРАЖАЮЩИЙ), 50 см 3

Примечания по технике безопасности, охране труда и технике

  • Ознакомьтесь с нашим стандартным руководством по охране труда и технике безопасности.
  • Во всем пользовании защитными очками.
  • Выбор металлов может варьироваться в зависимости от того, какие металлы доступны в виде мелких гранул (до 5 мм), крупных опилок или фольги. Важно то, что в каждой группе есть по крайней мере два металла, которые легко реагируют, а один - нет.
  • Медь, Cu (s) - см. CLEAPSS Hazcard HC026.
  • Железные опилки, Fe (s) - см. CLEAPSS Hazcard HC055a.
  • Магниевая лента, мг (ов) - см. CLEAPSS Hazcard HC059a. Магниевые стружки ОЧЕНЬ ВОСПЛАМЕНЯЮТСЯ. Следует контролировать распределение кусочков магниевой ленты, чтобы учащиеся не брали несколько кусочков и не экспериментировали с их воспламенением.
  • Гранулы цинка, Zn (s) - см. CLEAPSS Hazcard HC107. В то время как другие комбинации металла / кислоты реагируют таким же образом, восстановление соли путем кристаллизации (в Уроке 2) может быть не таким успешным, как при использовании цинка и серной кислоты.
  • Разбавленная соляная кислота, HCl (водн.) - см. CLEAPSS Hazcard HC047a и CLEAPSS Recipe Book RB043.
  • Разбавленная серная кислота, H 2 SO 4 (водн.), (РАЗДРАЖАЮЩИЙ в используемой концентрации) - см. CLEAPSS Hazcard HC098a и CLEAPSS Recipe Book RB098.

Процедура

Урок 1
  1. Поместите шесть пробирок в штатив для пробирок.
  2. Добавьте разбавленную соляную кислоту на глубину 2–3 см в первые три пробирки и на глубину 2–3 см разбавленной серной кислоты в остальные три пробирки.
  3. Добавьте небольшой кусочек другого металла в каждую из пробирок с соляной кислотой. Запишите, какой металл вы добавляете в каждую трубку.
  4. Добавьте небольшой кусочек того же металла в каждую из трубок с серной кислотой. Запишите, какой металл вы добавляете в каждую трубку.
  5. Ваш учитель покажет вам, как проверять газ, образующийся в этих реакциях.
  6. Выберите один из металлов, который быстро реагирует с кислотами, и в чистой пробирке добавьте кусочек этого металла на глубину 2–3 см от одной из кислот.На этот раз неплотно вставьте пробку в верхнюю часть пробирки, чтобы выделяемый газ медленно выходил. Зажгите деревянную леску, снимите пробку и немедленно поднесите пламя к горлышку трубки. Если ничего не происходит, возможно, вам придется попробовать еще раз.

Урок 2 Показать в полноэкранном режиме

  1. Отмерьте 50 см 3 разбавленной серной кислоты с помощью мерного цилиндра и налейте ее в стакан. Осторожно нагрейте эту кислоту на слабом, не дымном пламени Бунзена.Выключите горелку Бунзена до того, как раствор закипит. Осторожно снимите стакан с кислотой со штатива в соответствии с инструкциями учителя и поставьте его на термостойкий коврик. Будьте очень осторожны, чтобы не ударить по штативу, когда стакан находится на нем.
  2. К этой горячей кислоте добавьте примерно половину предоставленных кусочков цинка. Избегайте вдыхания кислых паров, которые могут подняться из стакана в результате сильного пузыря.
  3. Если весь цинк вступил в реакцию, добавьте еще две части и перемешайте стеклянной палочкой.Добавьте еще цинка, пока не перестанут образовываться пузырьки. Кислота израсходована.
  4. Отфильтруйте теплый раствор в коническую колбу, чтобы удалить излишки цинка. Перелейте фильтрат в испарительную ванну.
  5. Поместите испарительную ванну на треугольник или марлю на штатив и осторожно прокипятите раствор на слабом пламени Бунзена. Будьте очень осторожны, чтобы не ударить по штативу, поддерживающему чашу. Когда объем уменьшится примерно наполовину, окуните в раствор стеклянную палочку и подержите ее, пока она не остынет.Если на стеклянном стержне образуются маленькие кристаллы, прекратите нагревание, в противном случае продолжайте до достижения этой точки. Не продолжайте нагревать сверх точки, когда кристаллы начинают появляться на верхнем крае раствора.
  6. Вылейте оставшийся горячий раствор в форму для кристаллизации, следуя указаниям учителя. Промаркируйте блюдо и оставьте до следующего урока, чтобы оно кристаллизовалось. Затем кристаллы можно исследовать с помощью ручного объектива или микроскопа.

Учебные заметки

Используйте раздаточный материал для учащихся, доступный с этим ресурсом, и попросите учащихся ответить на каждый вопрос после наблюдения за реакцией.

Безопасность особенно важна для младших школьников. Помните о проблемах, связанных с нагреванием стаканов или испарением посуды на штативе, а также с снятием таких горячих контейнеров со штатива после нагрева. Студенты не должны сидеть на лабораторных стульях при выполнении этих операций.

Использование щипцов подходящего размера - хороший способ подъема горячих контейнеров, но в некоторых школах их может не быть. Если есть какие-либо сомнения в безопасности этого шага, учитель должен сначала поднять каждый стакан на термостойкий мат, используя толстую ткань или надев подходящие термозащитные перчатки, прежде чем ученики добавят кусочки цинка.То же самое относится к перемещению испарительной ванны перед переливанием ее содержимого в кристаллизатор.

Процедура безопасного тестирования выделяющегося газообразного водорода в реакциях в пробирке должна быть продемонстрирована в подходящем месте урока 1. Неплотно вставленная пробка позволяет накопить достаточное количество газа в медленной реакции, чтобы провести успешный тест. Тем не менее многим студентам сложно пройти успешный «всплывающий» тест на водород, поэтому вам, возможно, также придется провести дополнительные демонстрации.

Эта пара экспериментов является важным этапом для младших школьников в понимании того, что такое кислота. Им нужно понимать, как делать обобщения на основе достаточного количества примеров, и видеть пределы этого обобщения в металлах, которые не реагируют. Возможно, на заключительных этапах урока 1 это обсуждение будет продолжено путем дополнительных демонстраций других металлов и кислот. В частности, разбавленная азотная кислота (<0,5 М) действительно производит водород с умеренно химически активными металлами, такими как магний и цинк, хотя реакции отличаются при более высоких концентрациях и с другими металлами.К концу урока учащиеся должны легко сделать вывод:

Металл + кислота → соль + водород

Этот эксперимент также является хорошей возможностью для студентов научиться составлять подходящие таблицы для записи экспериментальных наблюдений.

В уроке 2 выбор цинка и серной кислоты в качестве примера для получения кристаллов соли обусловлен необходимостью иметь соль, которая легко кристаллизируется. К сожалению, хлориды магния и цинка кристаллизовать непросто, в то время как сульфат магния настолько растворим, что для достаточного испарения требуется больше времени.Соединения железа (II) могут страдать от окисления при испарении раствора, в результате чего получается продукт с видимыми загрязнениями.

Существует вероятность образования опасных паров, если классам разрешено чрезмерное испарение солевых растворов либо из-за испарения любого избытка серной кислоты, либо из-за разложения соли. Также существует опасность выплескивания горячего материала из контейнера. Если кристаллы начинают появляться, например, на верхнем крае раствора, горелку Бунзена следует немедленно выключить и дать раствору остыть.Обратитесь к разделу 13.2.6 лабораторного справочника CLEAPSS для обсуждения.

Если ученики старшего возраста проводят эти эксперименты, их можно попросить написать символьные уравнения:

Mg (тв.) + 2HCl (водн.) → MgCl 2 (водн.) + H 2 (г)

и

Mg (тв) + H 2 SO 4 (водн.) → MgSO 4 (водн.) + H 2 (г)

Для реакций этих кислот с железом или цинком студенты просто заменяют Mg на Fe или Zn в этих уравнениях.

Вопросы для студентов

Загрузите эти вопросы в виде рабочего листа внизу этой статьи.

  1. Какие металлы реагируют с соляной кислотой? Как узнать, что происходит реакция? Нарисуйте в блокноте таблицу, чтобы записать все эти наблюдения.
  2. Какие металлы реагируют с серной кислотой? Как узнать, что происходит реакция? Расширьте таблицу наблюдений в записной книжке, включив их.
  3. Запишите, какой металл и какую кислоту вы используете, и что происходит, когда светящаяся шина накладывается на выделяемый газ.Как называется этот газ?
  4. Какие другие металлы и кислоты производят такой же газ? Напишите список тех, кого проверяли другие группы.
  5. Ваш учитель может показать вам другие примеры реакции металлов с кислотами. Добавьте их в свою таблицу. Реагируют ли так же большинство металлов с кислотами? Объясните свой ответ, обратившись к таблице результатов.
  6. Заполните это общее словесное уравнение в своей записной книжке: Металл + кислота → +
  7. Напишите словесное уравнение реакции между цинком и серной кислотой.
  8. Напишите словесные уравнения реакций i) цинка и соляной кислоты ii) магния и серной кислоты

Ученые наконец-то раскрыли тайну химического эксперимента, который был проведен 100 лет назад

Ученые могут наконец понять загадочный переход, стоящий за вековым химическим экспериментом. Детали этого преобразования, при котором добавление электронов к ярко-синему раствору аммиака превращает его в блестящую металлическую бронзу, долгое время ускользали от ученых.

Новое исследование раскрывает тонкие детали этого изменения и показывает, что это преобразование является постепенным, а не внезапным. «Что мы сделали успешно, так это то, что мы в значительной степени поняли, как эти растворы ведут себя в широком диапазоне концентраций, используя метод микроструйной обработки», - сказал соавтор исследования Райан МакМаллен, докторант химии в Университете Южной Калифорнии. . Этот метод, который заключается в том, чтобы стрелять тонкими струйками раствора через вакуум, раньше не применялся для обработки блестящей жидкости.

И это открытие может открыть новые типы реакций в органической химии в будущем, сказал Макмаллен Live Science.

Связанные: 8 химических элементов, о которых вы никогда не слышали

Металлы представляют собой разнородную группу. Некоторые из них, например литий , достаточно легкие, чтобы плавать, в то время как другие, такие как свинец или осмий, чрезвычайно плотны. Некоторым требуется невероятно высокая температура для плавления, в то время как другие плавятся легко (например, Mercury плавится при минус 38.3 градуса по Цельсию, или минус 37,9 градуса по Фаренгейту). В конечном счете, что объединяет металлы, так это их способность проводить электричество при абсолютном нуле, точке, в которой движение молекул от тепла по существу прекращается.

Но как некоторые неметаллы превращаются в металлы? В новом исследовании ученые ответили на этот вопрос, добавив металлы в жидкий аммиак.

Сначала исследователи сконденсировали аммиак, который представляет собой газ при комнатной температуре, в жидкость, охладив ее до отрицательного значения 27.4 F (минус 33 C). Затем они добавили либо , либо натрий, , литий или калий, все они являются щелочными металлами. (Известно, что эти металлы взрывоопасны при погружении в воду). Эксперименты проводились в сотрудничестве с учеными из Чешской академии наук и Института Фрица-Габера Общества Макса Планка в Берлине, а также с исследователями из Японии. и Франция.

Связано: Топ-10 величайших взрывов когда-либо

Результатом была ожидаемая реакция: жидкий аммиак вытягивал электроны из металла.Затем эти электроны оказались захваченными между молекулами аммиака, создав так называемые сольватированные электроны, которые исследователи надеялись изучить. При низких концентрациях результатом была голубая неметаллическая жидкость. Однако по мере накопления сольватированных или захваченных электронов раствор превращался в блестящую бронзу.

Ученые превратили аммиак в металлическую бронзу. (Изображение предоставлено Филом Мэйсоном)

Следующей задачей было исследовать, как сольватированные электроны ведут себя при различных концентрациях.Это включало выстрел микроструи раствора - шириной с человеческий волос - через луч синхротрона X-ray , которые представляют собой пучки рентгеновских лучей высокой энергии. Рентгеновские лучи возбуждали сольватированные электроны, заставляя их выпрыгивать из жидкой клетки молекул аммиака. Затем исследователи могли измерить, сколько энергии потребовалось для высвобождения сольватированных электронов.

Исследователи обнаружили, что чем больше концентрация сольватированных электронов, тем больше характер выделения энергии соответствует тому, что наблюдается в металле.Вот что это означает: если вы изобразите количество энергии, необходимое для освобождения электронов из клетки жидкого аммиака, металлы обычно имеют так называемый «край Ферми», очень резкий переход, сказал Макмаллен. При более низких концентрациях сольватированных электронов этот график выделения энергии больше похож на округлый холм. Этот край Ферми возник только при более высоких концентрациях электронов. Край показывает, сколько энергии имеют электроны при данной температуре, добавил Макмаллен.

«Когда вы увеличиваете концентрацию до металлического диапазона, вы видите, появляется этот замечательный узор, который очень, очень характерен для металла», - сказал МакМаллен.

Результаты были интересными, потому что они показали, что металлоподобная жидкость, созданная путем соединения щелочных металлов и аммиака, на самом деле является металлом на фундаментальном физическом уровне, сказал он.

«Это настоящий металл, а не то, что просто похоже на него», - сказал Макмаллен.

Сольватированные электроны с более низкой концентрацией используются в реакции, называемой реакцией Берча, которая добавляет электроны к молекулярным структурам, называемым ароматическими кольцами. По словам Макмаллена, такая реакция использовалась при производстве первых оральных противозачаточных таблеток в 1950-х годах.Понимая, как сольватированные электроны работают при высоких концентрациях, исследователи потенциально могут найти новые виды химических реакций , сказал он. Например, они могут возбуждать сольватированные электроны лучами света, чтобы заставить их вести себя по-новому.

«Если немного пощекотать электроны, чтобы они более энергично возбудились, можно начать наблюдать за некоторыми безумными реакциями, которые в противном случае никогда бы не произошли», - сказал МакМаллен.

Исследователи сообщили о своих выводах 5 июня в журнале Science .

Первоначально опубликовано на Live Science.

590 вопросов с ответами в METALS

Уважаемый Алаа,

Ваш вопрос очень интересный и может быть хорошо объяснен.

Начнем с диэлектриков:

Расположение контакта, диэлектрика, контакта ведет себя как конденсатор. В общем, у вас есть 2 компонента плотности тока j в уравнениях Максвелла:

j = sigma * E + eps * d E / dt

Вот сигма проводимость и eps диэлектрическая проницаемость , E - вектор электрического поля.

Первая составляющая - это линейный ток, вторая - ток смещения (надеюсь, я нашел соответствующие выражения на немецком языке wie have Leitungsstrom und Verschiebungsstrom).

Для sigma >> omega * eps преобладает линейный ток (омега-круговая частота). Если в диэлектрике сигма = 0, ток равен нулю.

Для сигма << omega * eps преобладает ток смещения, и сигма увеличивается с увеличением частоты. В качестве примера:

j ~ exp (j * omega * t), тогда dE / dt = omega * j

Вы указали влияние резонансов.Это дополнительный эффект, но основное поведение описано выше.

Теперь рассмотрим металлы: самая простая форма проводимости (здесь линейная проводимость:

sigma = sigma0 / (1 + j * omega * tau)

Здесь tau - средний срок службы носителей заряда между двумя ударами.

Здесь я использовал j как мнимую единицу !!!

Для высоких частот tau -1 , у вас есть чисто мнимое выражение:

sigma = -sigma0 * j / (omega * tau)

Сдвиг фазы между напряжение и ток составляют 90 °.Следовательно, ток равен нулю, если приложено полное напряжение.

На очень высоких частотах, то есть инфракрасных, преобладает ток смещения, и ток снова увеличивается.

Скин-эффект - это поверхностный эффект, который описывает глубину проникновения электромагнитных волн.

Подвижность заряда µ = e * tau / m и может зависеть от частоты, но в первую очередь нет. Но подвижные электроны имеют длительный срок службы. Следовательно, коэффициент omega * tau = 1 достигается на более низких частотах.

С учетом

Р. Митданк

Лаборатория относительных реактивностей металлов

Первоначальный внешний вид металлов:

Медь: прямоугольные полосы средней ширины; бронзовый и блестящий.
Магний: Тонкая прямоугольная полоска; серебристая и полосатая по текстуре.
Цинк: квадратные полосы большего размера; серебристый и блестящий.


Процедура:
Перед началом процедуры мы пометили наш лунный планшет осью абсцисс, обозначив каждый ионный раствор, и осью ординат, обозначившей каждый металл.Затем мы тщательно натерли каждый металл стальной мочалкой, чтобы сделать их более реактивными. После этого мы поместили каждую металлическую полоску в соответствующие лунки и осторожно добавили в каждую по 10 капель каждого ионного раствора с помощью пипетки Берала. Мы подождали несколько минут и наблюдали за реакциями каждого металла, как указано ниже.




Результаты: Таблица данных:
Результаты: Вопросы: # 1-8, стр. 143:

1. Какой металл реагирует с наибольшим количеством растворов?

Хотя и магний, и цинк реагировали с нитратом меди и нитратом серебра, реакция магния с нитратом меди была более очевидной, чем реакция цинка.

2. Какой металл прореагировал с наименьшим количеством растворов?

Медь реагировала с наименьшим количеством растворов.

3. Если предположить, что вы не тестировали металлическое серебро, с какими растворами (если таковые имеются) вы ожидаете реакции металлического серебра? Обоснуйте свой ответ, приведя доказательства своих данных и наблюдений.

Хотя мы не тестировали серебро из-за его высокой цены, в ходе эксперимента мы знали, что серебро - очень инертный металл (причина, по которой оно используется в ювелирных изделиях).Серебро не отреагировало бы ни на одно из решений.

4. Перечислите металлы (включая серебро) по порядку, поместив наиболее химически активный металл на первое место (тот, который реагирует с наибольшим количеством растворов), а наименее химически активный металл на последнем (тот, который реагирует с наименьшим количеством растворов).

Магний, цинк, медь, серебро.

5. Обратитесь к списку «серий активности металлов» из Вопроса 4. Напишите краткое объяснение того, почему внешняя поверхность пенни сделана из меди, а не из цинка.

Хотя серебро наименее реактивно, меньше меди, его слишком дорого использовать на внешней стороне пенни. Поскольку медь также является инертным металлом, ее используют снаружи пенни, поскольку она не подвергается коррозии с течением времени и не плавится при стандартных температурах из-за высокой температуры плавления.

6. A) Какой из четырех металлов, упомянутых в этом исследовании, может быть даже лучшим выбором, чем медь для внешней поверхности пенни? Какие данные наблюдений подтверждают ваш вывод?

Серебро.Серебро - наименее реактивный из всех металлов.

B) Как вы думаете, почему тот металл, который вы указали в вопросе 6а, не используется в качестве внешней поверхности пенни?

Как уже говорилось, серебро слишком дорогое для изготовления грошей.

7. Учитывая ваши новые знания об относительной химической активности этих четырех металлов,
A) какой металл наиболее вероятно находится в несоединенном, или «свободном» (металлическом) состоянии в природе?

Серебро и медь, скорее всего, находятся в несвязанном или «свободном» металлическом состоянии в природе, потому что они наименее химически активны и редко соединяются с другими веществами.Вот почему медь используется на поверхности монет, а серебро (и золото) используется для изготовления украшений.

B) какой металл с наименьшей вероятностью будет обнаружен в химическом несоединении с другими элементами?

Поскольку магний был наиболее реактивным из четырех металлов, которые мы исследовали, вряд ли он будет химически не соединен с другими веществами в природе. Магний очень легко соединяется с другими веществами благодаря своей высокой реакционной способности.

8. Пересмотрите план эксперимента для этого исследования:
A) Можно ли было бы исключить одну или несколько комбинаций металл-раствор и при этом получить всю информацию, необходимую для создания оценок химической активности для четырех металлов ?

Да, можно было бы исключить две комбинации растворов металлов и при этом получить всю информацию, необходимую для создания рейтингов химической активности для четырех металлов.

B) Если да, то какая комбинация или комбинации могли быть исключены? Почему?

Из-за высокой цены серебра мы исключили его из нашего эксперимента. Поскольку мы знали, что серебро - это неактивный металл, удалить его из теста не составило труда. Поскольку мы знаем, что цинк является химически активным металлом, поэтому он используется в качестве сердечника, а не поверхности пенни, мы могли бы также исключить его из нашего эксперимента.

Результаты: агрегированные данные:

Научные проекты продвинутого уровня: химия

Химия

Какой металл корродирует быстрее всего?

Был ли у вас когда-нибудь блестящий новый байк, который со временем становился уже не таким блестящим и новым? Или какие-то шезлонги, оставленные снаружи на зиму, а к весне выглядели так, как будто они были готовы к помойке?

Если так, скорее всего, виновата ржавчина.Почтовые ящики, качели, лампы, автомобили, перила и все остальное из металла подвержены риску ржавчины - ухудшающегося состояния металла.

Вы, несомненно, имели некоторый опыт работы с ржавчиной? Или, по крайней мере, видели ее на машине или другом предмете. Ржавчина настолько распространена, что ее цвет также называют ржавчиной, как у листьев цвета ржавчины, или ржаво-коричневых волос.

В этом разделе вы узнаете гораздо больше о ржавчине и о том, как она возникает. И вы попытаетесь выяснить, какие металлы ржавеют быстрее всего, подвергая их воздействию воды и соленой воды.

Итак, в чем, похоже, проблема?

Ржавчина возникает, когда металлы, содержащие железо, реагируют с кислородом воздуха или воды и образуют соединение, называемое оксидом железа (III) (оксид железа). Это соединение содержит молекулы воды, поэтому мы называем его гидратированным соединением.

Чтобы железо ржавело, в нем должны присутствовать газообразный кислород и вода. Проще говоря, химически атомы железа теряют несколько электронов перед атомами кислорода. Этот процесс, при котором электроны удаляются из атомов, называется окислением .Когда происходит окисление, возникает химическая реакция, в результате которой образуется оксид железа (III)? Или ржавчина.

Основные элементы

Окисление - это процесс, с помощью которого электроны удаляются из атомов. Это также может относиться к реакции объекта, подвергающегося воздействию кислорода.

Ржавчина - это один из видов коррозии. Но это не единственный тип. К другим формам коррозии относятся:

  • Потускнение на серебряных чайниках, подносах и ювелирных изделиях
  • Карбонат меди или патина, коррозия, которая заставляет медь становиться зеленой
  • Обесцвеченные пятна, появляющиеся на латуни
  • Оксид алюминия, образующийся на алюминии
  • Оксид хрома, образующийся на внешнем слое нержавеющей стали

На некоторых металлах коррозия фактически служит защитой.Оксид алюминия, карбонат меди и оксид хрома, например, действуют как защитные покрытия для нижележащих металлов.

Ржавчина, образующаяся на железе, не может защитить его от дальнейшей коррозии, потому что оно слишком пористое.

Проблема, которую вы попытаетесь решить в этом проекте научной ярмарки, заключается в том, какие металлы подвержены коррозии быстрее всего и при каких условиях. Вы проверите пять металлов - серебро, сталь, цинк, медь и алюминий - чтобы увидеть, какой из них быстрее всего корродирует в воде и в соленой воде.

Когда вы закончите, вы лучше поймете коррозию, процесс окисления и свойства различных металлов.

Scientific Surprise

Коррозия наносит огромный ущерб зданиям, автомобилям, мостам и кораблям. Поиск метода предотвращения коррозии является приоритетной задачей для специалистов, работающих в металлургической промышленности.

Название этого раздела «Какой металл корродирует быстрее всего?» будет подходящим названием для вашего проекта научной выставки.Другие возможные названия включают:

  • Какой металл лучше всего выдерживает коррозию?
  • Понимание того, как коррозия влияет на обычные металлы

Или вы можете придумать название для своего проекта самостоятельно. Давайте теперь уделим несколько минут тому, чтобы понять, почему этот проект ценен.

В чем смысл?

Почему вас должно волновать, какой из пяти металлов, которые вы будете тестировать, корродирует быстрее всего? Если на то пошло, зачем вам вообще заботиться о металлах?

У металлов есть тысячи применений, которые влияют на нашу повседневную жизнь, большинство из которых мы принимаем как должное.Медь, например, податлива и хорошо проводит электричество. По этим причинам он используется для изготовления провода внутри электрических кабелей. Без электрических кабелей у нас не было бы электричества в наших домах - света, телевизора или видеоигр.

Алюминий чрезвычайно прочен, его можно формовать в тонкие листы, что делает его жизненно важным для производства самолетов. Подумайте об этом, когда в следующий раз сядете в самолет. Из металлов делают посуду, которой мы едим, монеты, которые мы используем, чтобы покупать то, что мы хотим, и автомобили, на которых мы ездим.

Очевидно, что металлы, которые используются для изготовления самолетов, автомобилей и электропроводки, должны были быть тщательно протестированы, чтобы убедиться, что они подходят для использования.

Вы можете быть уверены, что до того, как первый медный провод был использован в электрическом кабеле, проводились далеко идущие исследования и эксперименты. Металлурги «эксперты по металлам» постоянно ищут новые способы использования металлов во многих областях, включая медицину, военную промышленность и авиацию.

Металлы? И как они используются? Чрезвычайно важны.Как только вы узнаете, как разные металлы выдерживают коррозию, вы сможете лучше понять, почему они играют определенную роль и почему они важны. Кроме того, вы сможете дать маме и папе несколько советов, когда в следующий раз они будут покупать новую уличную лампу или металлическую игрушку для вашего младшего брата.

Основные элементы

A Металлург , иногда называемый инженером-металлургом, исследует, контролирует и разрабатывает процессы, используемые при извлечении металлов из их руд с целью их очистки.Специалисты в области металлов, металлурги также изучают эффекты сочетания металлов с другими материалами, такими как полимеры и керамика.

Поэкспериментируя с пятью различными типами металлической проволоки, вы сможете увидеть, какие из них корродируют быстрее всего, а какие лучше всего держатся при определенных обстоятельствах. Вы протестируете каждый провод как в дистиллированной, так и в соленой воде. Опять же, типы металла, которые вы будете тестировать:

  • Серебро
  • Сталь
  • Цинк
  • Медь
  • Алюминий

Ваша контрольная группа будет состоять из 10 кусков проволоки - по два металла каждого из перечисленных выше.Переменными являются дистиллированная вода и соленая вода, в которую будут погружены металлические провода. Используя научный метод, вы узнаете, какой металл начинает коррозировать первым, а какой лучше всего.

Как вы думаете, что произойдет?

Подумайте о том, что вы, возможно, уже знаете о различных видах металлов и о том, как они реагируют на дождь, а также на воздух или воду, которые содержат много соли. Это поможет вам сформулировать гипотезу в контексте уже имеющихся у вас знаний.

Вернитесь к велосипеду, упомянутому в первом предложении этого раздела. При каких обстоятельствах ваш велосипед заржавел? Когда это хранилось в сухом гараже? Или когда вы оставили его лежать во дворе на три дня под проливным дождем?

Как вы думаете, почему водителям в холодную погоду рекомендуется время от времени ополаскивать свои машины в зимний период, когда используются дорожные соли? Вы когда-нибудь замечали или слышали, как люди говорят о проблемах с коррозией возле пляжа, где преобладает соленая вода?

Возможно, вы уже знаете, какие металлы наиболее устойчивы к коррозии? Если да, то эксперимент, который вы проведете, подтвердит и подтвердит ваши знания.Если вы этого не сделаете, попробуйте использовать здравый смысл и любую имеющуюся у вас информацию по этой теме, чтобы придумать свое лучшее предположение или гипотезу.

Материалы, которые вам понадобятся для этого проекта

Эксперимент, который вы будете проводить, потребует совсем немного времени для настройки, но вам нужно будет проводить наблюдения в течение 10-дневного периода.

Будет важно записывать, что именно происходит с каждым металлом каждый день. Помните, что ваши измерения будут качественными, а не количественными.По этой причине, чем больше данных вы предоставите о своем эксперименте, тем надежнее будут ваши результаты.

Для этого эксперимента вам понадобятся материалы, которых, вероятно, нет у вас дома. Однако вы сможете найти все, что вам нужно, в местном магазине бытовой техники или товаров для дома. Вам потребуется:

  • 12 дюймов (30,5 см) серебряной проволоки
  • 12 дюймов (30,5 см) стальной проволоки
  • 12 дюймов (30,5 см) цинковой проволоки
  • 12 дюймов (30,5 см).5 см) медной проволоки
  • 12 дюймов (30,5 см) алюминиевой проволоки
  • Маленькая пара кусачков (или попросите человека в магазине, который разрезает провода, чтобы вы разрезали каждый 12-дюймовый кусок пополам)
  • 10 прозрачных стаканов (желательно одинаковых) или 10 пробирок и штатив для пробирок
  • Ручка или мелкий маркер
  • Небольшие кусочки бумаги или этикетки для стаканов или пробирок
  • 10 карандашей (они не необходимо заточить)
  • Прозрачная или малярная лента
  • Мерный стаканчик для жидкости
  • Столовая мерка
  • Воронка
  • Дистиллированная вода (продается в галлоновых кувшинах в большинстве продуктовых магазинов)
  • Поваренная соль

Если есть пробирки и штатив, вы, вероятно, найдете их проще в использовании, чем очки.Однако, если вам нужно носить очки, ничего страшного. Можно использовать пластиковые или стеклянные стаканчики; просто убедитесь, что они чистые, чтобы вы могли легко наблюдать, что происходит с проводами в них.

Проведение эксперимента

Перед началом эксперимента убедитесь, что у вас готовы все материалы. Обязательно найдите место, достаточно большое, чтобы разместить стаканы или пробирки, где они не будут мешать в течение всего вашего эксперимента.

Выполните следующие действия:

Провода из различных материалов подвешены в дистиллированной и соленой воде.

  1. Если пять проводов еще не обрезаны, разрежьте их на 6-дюймовые отрезки.
  2. С помощью ручки или маркера отметьте десять этикеток или небольших кусочков бумаги следующим образом:
    • вода + серебро
    • соленая вода + серебро
    • вода + сталь
    • соленая вода + сталь
    • вода + цинк
    • соленая вода + цинк
    • вода + медь
    • соленая вода + медь
    • вода + алюминий
    • соленая вода + алюминий
  3. Установите стаканы или пробирки на стол или прилавок, где вы сможете легко их наблюдать.
  4. Приклейте маркированную этикетку или клейкую ленту на каждый стакан или пробирку. Расположите все ярлыки лицевой стороной, чтобы их было легко увидеть.
  5. С помощью мерной чашки и воронки наполните пять стаканов или пробирок дистиллированной водой.
  6. Смешайте 240 мл воды с 1 столовой ложкой соли. Перемешивайте до полного растворения соли.
  7. Заполните остальные пять стаканов или пробирок раствором соленой воды, при необходимости смешав еще воды и соли.
  8. Оберните один конец каждого куска проволоки вокруг карандаша так, чтобы, когда карандаш касался верхней части стекла, проволока свешивалась вниз.
  9. Наблюдать за каждым проводом не реже одного раза в день в течение 10 дней. Используйте диаграммы, приведенные в следующих разделах, или создайте свои собственные.

Помните, что чем яснее и точнее ваши наблюдения, тем лучше вы сможете сделать выводы из своего эксперимента.

Следите за своим экспериментом

Впереди взрыв

Не поддавайтесь искушению сократить время наблюдения, даже если один или несколько проводов выглядят корродированными до окончания 10-дневного периода.Уменьшение времени эксперимента поставит под угрозу надежность и достоверность ваших результатов.

Используйте диаграммы в следующем разделе или создайте свои собственные похожие диаграммы, чтобы отслеживать то, что вы наблюдаете в ходе эксперимента.

Не перепутайте стаканы. Все они будут выглядеть очень похожими, поэтому убедитесь, что этикетки не повреждены и вы можете их четко видеть.

Собираем все вместе

Некоторые наблюдения, которые вы захотите рассмотреть, заключаются в том, как изменения в металлических проводах, погруженных в дистиллированную воду, по сравнению с проводами в соленой воде.На каких металлах больше всего ржавчины? Было ли образование ржавчины на каком-либо из проводов сосредоточено в одной конкретной области провода? Или коррозия распределялась по погруженной проволоке равномерно? Основываясь на ваших данных, какой металл вы бы порекомендовали для производства велосипедов, шезлонгов и качелей, не говоря уже о самолетах и ​​медицинском оборудовании?

После того, как вы записали свои результаты, вы можете сделать вывод и определить ответ на проблему, которую вы указали в начале своего проекта.

Дальнейшее исследование

Стандартная процедура

Хорошей идеей при презентации вашего проекта было бы показать все корродированные провода рядом с новым куском провода того же типа. Если вы хотите это сделать, не забудьте купить дополнительные 6 дюймов каждого типа проволоки, чтобы в конце эксперимента у вас был новый кусок.

Если вам понравился этот проект и вы хотите сделать еще один или два шага дальше, вы можете попробовать одну из следующих идей:

  • Поместите металлические провода в разные жидкости и посмотрите, что получится.Вы можете попробовать уксус, содовую, кофе, чай, соевый соус или любое другое неопасное вещество.
  • Попробуйте использовать другие металлы, например латунь, титан или цинк.
  • Проверьте, приводят ли разные условия к разным результатам. Если вы поместите одни стаканы, например, в холодное место, а другие - в очень теплое, получите ли вы разные результаты между двумя группами?

Используйте свое воображение, чтобы придумать другие способы разнообразить проект, и немного углубитесь в эту проблему.Просто убедитесь, что ведете хорошие и точные записи.

Выдержка из Полное руководство идиота по проектам Science Fair 2003 Нэнси К. О'Лири и Сьюзан Шелли. Все права защищены, включая право на полное или частичное воспроизведение в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.

Чтобы заказать эту книгу непосредственно у издателя, посетите веб-сайт Penguin USA или позвоните по телефону 1-800-253-6476. Вы также можете купить эту книгу на Amazon.com и Barnes & Noble.

Конспект лекции 7 + Эксперимент 7: СЕРИЯ АКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОВ

ЭКСПЕРИМЕНТ 7:

Серия активности металлов

ЦЕЛИ:

Изучить энергию ионизации и сродство к электрону некоторых металлов. Изучить игры, в которые играют электроны в окислительно-восстановительных реакциях. Провести реакции замещения металлов. Построить ограниченный ряд активности металлов на основе лабораторных данных. Научиться записывать реакции вытеснения в виде чистого ионного уравнения.

ВВЕДЕНИЕ:

Все элементы можно классифицировать как металлы, неметаллы и металлоиды. Большинство элементов - металлы. Их физические свойства включают высокую теплопроводность и электрическую проводимость, высокий блеск, пластичность 1 и пластичность 2. Все обычные металлы, кроме ртути, которая является жидкостью, являются твердыми при комнатная температура. В таблице Менделеева, показанной ниже, вы видите три классификации элементы. Все элементы слева от тяжелой лестницы - металлические, справа - металлические. неметаллы и те, что в заштрихованной области, имеют промежуточные свойства и называются полуметаллами. или металлоиды.

Семейства (группы) элементов состоят из элементов в вертикальных столбцах периодической таблицы. Элементы в семействе имеют схожие химические свойства, поскольку все они имеют одинаковый

валентная 3-х электронная конфигурация. По историческим причинам некоторые из столбцов упоминаются как фамилии. Это:

1 Податливость - это способность растираться без разрушения. 2 Пластичность - это способность превращаться в тонкую проволоку. 3 Валентные электроны - это электроны в самой внешней занятой «оболочке» электронной конфигурации атома.

Металлы серии Activity Страница 2 из 13

Щелочные металлы группы 1А ––– потому что они реагируют с кислородом с образованием оснований. Щелочноземельные металлы группы 2А ––– потому, что их присутствие делает почвы основными. Группа 5A pnictides ––– от греческого слова, означающего удушье. Группа 6А халькогены ––– от греческого слова, означающего рудообразователь. Галогены группы 7A ––– от греческого слова, означающего солевой состав. Группа 8А - редкие, благородные или инертные газы - потому что они считались инертными.

Различие между металлами и неметаллами лучше всего можно понять с точки зрения химического свойства энергии ионизации и сродства к электрону.Хорошие металлы (внизу слева в таблице) имеют относительно низкие энергии ионизации и относительно низкое сродство к электрону. Следовательно, они проигрывают электроны легче, чем они получают электроны. В реакциях атомы металлов очень часто теряют электроны (в неметалл) превращаются в катионы (+):

Металлы теряют электроны: M –––> M + + e- низкая энергия ионизации Легко образует катионы Окисление

На языке окислительно-восстановительных процессов потеря электронов - это окисление. В то же самое на языке, приобретение электронов - это редукция.Хорошие неметаллы (вверху справа в таблице) имеют относительно высокие энергии ионизации и относительно высокое сродство к электрону. Следовательно, они получают электроны легче теряют, чем электроны. В реакциях атомы неметаллов очень часто получают электроны (из металла) превращаются в анионы (-):

Неметаллы приобретают электроны: X + e- –––> X- высокое сродство к электрону Легко образует анионы Редукция

Конкретные примеры этих типов реакций можно разделить на несколько полезных категорий, которые будет проиллюстрировано следующими примерами.

РЕАКЦИИ МЕТАЛЛОВ:

  1. Реакция с кислородом. 2 Mg + O 2 –––> 2 MgO В этой реакции магний окисляется кислородом, который, в свою очередь, восстанавливается за счет магний. Это можно лучше проиллюстрировать, разбив реакцию на фиктивные, хотя полезно, шаги: 2 (Mg –––> Mg2 + + 2 e-) Окисление O 2 + 4 e- –––> 2 O2- Восстановление 2 Mg + O 2 –––> Реакция окисления-восстановления 2 MgO

Обратите внимание, что при окислении окисленный элемент магний теряет электроны и становится больше положительный.Обратите внимание, что при восстановлении восстановленный элемент кислород приобретает электроны и становится больше. отрицательный. Окисление всегда должно сопровождаться восстановлением.

  1. Реакция с водой 2 Na + 2 H 2 O –––> 2 NaOH + H 2 (газ) Ca + 2 H 2 O –––> Ca (OH) 2 + H 2 (газ)

Металлы серии Activity Страница 4 из 13

АКТИВНОСТЬ МЕТАЛЛОВ

Когда металл вступает в непосредственную реакцию с кислородом, его реакционная способность определяется почти исключительно легкость, с которой он теряет электроны 7 из-за кислорода.Мы ожидаем, что наиболее химически активные металлы будут расположен в нижнем левом углу Периодической таблицы, поскольку в соответствии с тенденциями в Периодической таблице именно эти элементы теряют электроны легче всего. Это лучшие металлы. В качестве мы перемещаемся по столу и вверх, мы встречаем атомы с более высокой энергией ионизации, которые в целом становится все труднее окисляться. Имейте в виду, что даже если энергии ионизации могут указывать на хорошую реакцию, в лаборатории могут быть факторы, которые может вызвать чрезмерно медленную реакцию или даже полностью предотвратить реакцию.

В приведенной выше категории 4 металл реагирует, если он более АКТИВЕН, чем ион металла, который он заменяет. Если металл, который вы вставляете, менее активен, чем ион металла, который уже находится в нем, вы не увидите реакция. Обратите внимание, что активность атома металла является мерой его способности переносить электроны в другой ион металла в водном растворе.

M 1 (твердый) + M 2 n + (водный) ———> M 1 n + (водный) + M 2 (твердый)

ДА - Если M 1 более активен, чем M 2, происходит реакция. НЕТ - Если M 1 менее активен, чем M 2, реакции нет.

Помимо энергии ионизации металла 1, будут присутствовать и другие факторы, такие как относительная энергия ионизации металла 2 и энергия гидратации обоих ионов водного раствора, который определит, произойдет ли реакция, и если да, то как быстро она будет протекать.

В категории 3 выше, металл вступает в реакцию, если он более активен, чем ион H +, обеспечиваемый общим ионизация сильной кислоты HCl, плавающей в растворе соляной кислоты.

M (твердый) + H + (водный) ———> Mn + (водный) + H 2 (газ)

ДА - Если металл более активен, чем водород, вступает в реакцию.НЕТ - Если металл менее активен, чем водород, реакции нет.

В указанной выше категории 2 металл должен вытеснять водород из воды, а не из кислоты. В должна произойти та же основная реакция, указанная выше, но она осложняется дополнительной энергией. требуется для удаления иона водорода из молекулы воды. Следовательно, меньше металлы, которые достаточно активны, чтобы вызвать эту реакцию. Когда металл достаточно активен, чтобы вызывают вытеснение водорода из воды, скорость, с которой происходит процесс, увеличивается по мере того, как температура воды повышается.

ПРОЦЕДУРЫ:

7 Это его энергия ионизации.

Страница 5 из 13 Эксперимент № 7

А) Реакции металлов с водой. (Демонстрация)

1) Ваш лабораторный инструктор продемонстрирует реакцию двух наиболее реактивных металлы, Na и K, в воде. Эти реакции часто бывают настолько сильными, что небезопасно пусть студенты регулярно их выполняют. Вы должны быть готовы записать свой наблюдения, которые должны быть включены в ваш лабораторный отчет.Вы должны записывать любые свидетельство реакции, которую вы наблюдаете. Реакция будет происходить с любым активным металлом. достаточно, чтобы вытеснить H из молекул HOH. По сути, это та же реакция, что и произойдет, когда вы поместите металлы в кислотные растворы в части B, но скорость, с которой металл вытесняет H из HOH намного медленнее, чем скорость, с которой тот же металл может вытесняют ионы H из кислоты, потому что в воде требуется дополнительная энергия для разрушения ковалентная связь, связывающая H с молекулой воды.

2) Вам следует попытаться написать химические уравнения для этих реакций (см. Введение в эту лабораторию). Ваш инструктор проведет тестовую лакмусовую бумажку 8 на растворе после того, как реакция произошел. Результаты теста лакмусовой бумаги должны быть записаны для включения в ваш лабораторный отчет.

Na K

Ваши химические уравнения должны показывать образование ионов OH-, если вы выполнили их правильно. Лакмусовые тесты могут показать нам, присутствует ли избыток ОН-.

B) Реакции металлов с кислотами

1) Создайте таблицу для наблюдений в своей лабораторной записной книжке.

2) Подготовьте четыре пробирки, содержащие перечисленные металлы. Поместите их в штатив для пробирок.

Mg Zn Fe Cu

3) Добавьте 6M HCl, чтобы покрыть металлические части.

4) Наблюдайте не менее трех минут. Обратите внимание на любые происходящие изменения, такие как эволюция газа или изменения цвета. Попытайтесь классифицировать образцы с точки зрения скорости, с которой они реагируют.

8 Лакмусовая бумажка означает, что синий лакмус становится красным в присутствии кислоты (H +), а красный

лакмус становится синим в присутствии основания (ОН-).

Стр. 7 из 13 Эксперимент № 7

 Форма вашего лабораторного отчета содержит образцы наблюдений за металлическим Al в 4 катионе. решения, которые послужат руководством по заполнению таблицы. Это также позволит вам включить алюминий в свою серию мероприятий в части D.

D) Ряд относительной активности.

1) На основе полученной информации вы сможете ранжировать следующие элементы в серия мероприятий

Mg, Zn, Fe, Cu, H, Al.

2) В серии действий каждый элемент находится над элементами, которые он может вытеснить из решений. потому что он более «реактивный», чем этот элемент.Каждый элемент находится ниже элементов, на которых он не может вытеснить раствор, потому что он менее «реактивен», чем этот элемент. Элемент в верхней части списка должен иметь возможность реагировать (вытеснять) всех остальных в сегодняшнем эксперименты. Элемент внизу списка не должен реагировать с (вытеснить) любое другое в сегодняшних экспериментах.

 Расчет: перед отъездом сегодня вы должны будете показать вам

лабораторному инструктору некоторые из ваших химических уравнений, а также предлагаемые вами серия мероприятий.Обязательно планируйте потратить на это необходимое время во время лабораторный период. Прочтите свой учебник по чистым ионным уравнениям перед тем, как приехать to lab поможет в этом плане.

Металлы серии Activity Страница 8 из 13

 Вам следует заранее (до прихода в лабораторию) отвечать на вопросы, основанные на эта лаборатория. Вам будут заданы вопросы по концепциям, взятым из этой лабораторной работы, аналогичным перечисленным. ниже.  Дополнительные справочные материалы можно найти в вашем учебнике.

Вы должны быть в состоянии ответить на любой вопрос, аналогичный приведенному ниже, о перечисленных концепциях. ниже:

1) Вы должны уметь написать молекулярное уравнение для (любой) реакции металла, который активнее другого металла.

например Металл Li более активен, чем Ni, запишите сбалансированное молекулярное уравнение для реакция, которая происходит, когда Li реагирует с NiCl 2 (водн.). Ответ: 2 Li (s) + NiCl 2 (водн.)  Ni (s) + 2 LiCl (водн.)

2) Вы должны быть в состоянии определить, какой элемент потерял электроны (окислился), а какой получил электроны (редуцируется).

например Определите элемент, который окисляется в приведенном выше уравнении. О: Элемент Li потерял электроны и окисляется. например Определите элемент, который уменьшается в приведенном выше уравнении.О: Ион Ni2 + получил электроны и восстановился

3) Вы должны уметь написать чистое ионное уравнение для реакции, подобной приведенной выше:

например Напишите чистое ионное уравнение для приведенной выше реакции. О: Сначала напишите полное ионное уравнение. 2 Li (тв) + Ni2 + (водн.) + 2 Cl- (водн.)  Ni (тв) + 2 Li + (водн.) + 2 Cl- (водн.) Второй идентифицирует ионы-наблюдатели Ионы 2 Cl- (aq) являются ионами Spectator в общем ионном уравнении Следовательно, итоговое ионное уравнение для этой реакции: 2 Li (тв) + Ni2 + (водн)  Ni (тв) + 2 Li + (водн)

4) Вы должны уметь отвечать на такие вопросы процедуры, как:

а) Почему ваш инструктор проводит реакции металлов с водой?

б) Лакмус используется для проверки наличия чего?

c) Какие меры предосторожности необходимо предпринять при реакциях с образованием газообразного водорода?

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Металлы серии Activity Страница 10 из 13

Б.Реакции металлов с кислотами

Стр. 11 из 13 Эксперимент № 7

C. Реакции металлов с растворами ионов металлов.

ЧИСТЫЕ ИОННЫЕ УРАВНЕНИЯ Приведите чистое ионное уравнение для каждой наблюдаемой реакции, протекающей в таблица выше. Обязательно четко укажите, к какому ящику таблицы каждый прикреплен пронумеровав поля выше. * Обратите внимание, что 4 из 20 ящиков не могут иметь реакции. Пробелы при условии, что остальные 16 будут реагировать или нет. Если в коробке нет реакции, обязательно напишите NR в сопроводительном бланке.Начните ниже и продолжайте на следующей странице.

1.


2.


Стр. 13 из 13 Эксперимент № 7

  1. a) Какой из металлов, включенных в группу D, наиболее легко окисляется?

b) Приведите формулу оксида металла, который, как ожидается, будет легче всего восстанавливать.

  1. Перечислите 3 возможные причины, по которым вы можете не наблюдать реакции, даже если серия действий указывает, что это должно произойти.

  2. Объясните результаты вашей лакмусовой бумажки в части А, когда натрий и калий реагировали в воде.

  3. Когда металлический Ca помещается в водный раствор NaCl, кальций медленно исчезает и образуются пузыри. Лакмусовая бумажка показывает, что решение оказывается простым. Это доказательство того, что Са активнее Na? Вкратце объясните!

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Электрохимия | Химия для неосновных

  • Опишите использование серии операций таблицы металлов.
  • Предскажите спонтанность реакции на основе таблицы рядов активности.

Сколько стоит это ожерелье?

Золото и серебро - широко используемые металлы для изготовления украшений. Одна из причин, по которой эти металлы используются для этой цели, заключается в том, что они очень инертны. Они не вступают в реакцию с большинством других металлов, поэтому с большей вероятностью останутся нетронутыми в сложных условиях. Кто хочет, чтобы их любимое украшение развалилось на них?

Прямые окислительно-восстановительные реакции

Когда полоска металлического цинка помещается в синий раствор сульфата меди (II) (, рис. ниже), сразу же начинается реакция, когда полоска цинка начинает темнеть.Если оставить в растворе более длительный период времени, цинк будет постепенно разлагаться из-за окисления до ионов цинка. В то же время ионы меди (II) из раствора восстанавливаются до металлической меди (см. Рис. ниже), в результате чего синий раствор сульфата меди (II) становится бесцветным.

Рисунок 23.1

Раствор медного купороса.

Рисунок 23.2

Реакция металлического цинка в растворе сульфата меди.

Процесс, который происходит в этой окислительно-восстановительной реакции, показан ниже как две отдельные полуреакции, которые затем могут быть объединены в полную окислительно-восстановительную реакцию.

Почему эта реакция происходит самопроизвольно? Серии действий - это список элементов в порядке убывания их реактивности. Элемент, который находится выше в ряду активности, способен вытеснить элемент, который находится ниже в ряду в реакции одиночного замещения. В этой серии также перечислены элементы в порядке легкости окисления.Верхние элементы окисляются легче всего, а нижние - сложнее всего. В приведенной ниже таблице показаны ряды активности вместе с полуреакцией окисления каждого элемента.

Серия активности металлов (в порядке реакционной способности)
Элемент Половина реакции окисления
Литий Li ( s ) → Li + ( водн. ) + e - Наиболее активен или наиболее легко окисляется
Калий K ( с ) → K + ( водн. ) + e -
Барий Ba ( с ) → Ba 2+ ( водн. ) + 2e -
Кальций Ca ( с ) → Ca 2+ ( водн. ) + 2e -
Натрий Na ( с ) → Na + ( водн. ) + e -
Магний Mg ( s ) → Mg 2+ ( водн. ) + 2e -
Алюминий Al ( s ) → Al 3+ ( водн. ) + 3e -
цинк Zn ( s ) → Zn 2+ ( водн. ) + 2e -
Утюг Fe ( s ) → Fe 2+ ( водн. ) + 2e -
Никель Ni ( s ) → Ni 2+ ( водн. ) + 2e -
Олово Sn ( s ) → Sn 2+ ( водн. ) + 2e -
Свинец Pb ( s ) → Pb 2+ ( водн. ) + 2e -
Водород H 2 ( г ) → 2H + ( водн. ) + 2e -
Медь Cu ( s ) → Cu 2+ ( водн. ) + 2e -
Меркурий Hg ( л ) → Hg 2+ ( водн. ) + 2e -
Серебро Ag ( s ) → Ag + ( водн. ) + e -
Платина Pt ( s ) → Pt 2+ ( водн. ) + 2e -
Золото Au ( s ) → Au 3+ ( водн. ) + 3e - Наименее активен или труднее всего окисляется

Обратите внимание, что цинк указан над медью в серии активности, что означает, что цинк окисляется легче, чем медь.Вот почему ионы меди (II) могут действовать как окислитель при контакте с металлическим цинком. Ионы любого металла ниже цинка, такого как свинец или серебро, окислили бы цинк в аналогичной реакции. Эти типы реакций называются прямыми окислительно-восстановительными реакциями , потому что электроны текут непосредственно от атомов одного металла к катионам другого металла. Однако никакой реакции не произойдет, если полоску металлической меди поместить в раствор ионов цинка, потому что ионы цинка не способны окислять медь.Другими словами, такая реакция не спонтанна.

Сводка
  • Приведен ряд активностей металлов.
  • Описаны параметры самопроизвольных реакций между металлами.
Практика

Вопросы

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

Нажмите на изображение выше, чтобы увидеть больше

  1. Что произошло, когда Mg и Zn были помещены в раствор Pb 2+ ?
  2. Прореагировала ли полоска Zn в растворе Mg 2+ ?
  3. Как было показано, что Ag наименее реактивен?
Обзор

Вопросы

  1. Какие металлы имеют высокие показатели активности?
  2. Какие металлы являются низкими в серии активности?
  3. Окисляется ли олово легче, чем магний?
  • прямая окислительно-восстановительная реакция: Электроны текут непосредственно от атомов металла к катионам другого металла.
  • Определить электрохимию.
  • Опишите электрохимическую реакцию.
  • Перечислите компоненты электрохимической реакции.

Что случилось с той скульптурой?

Металл, подвергающийся воздействию внешних элементов, обычно подвержен коррозии, если не защищен. Процесс коррозии - это серия окислительно-восстановительных реакций с участием металла скульптуры. В некоторых случаях металлы намеренно оставляют незащищенными, чтобы поверхность претерпела изменения, которые могут повысить эстетическую ценность работы.

Электрохимические реакции

Химические реакции либо поглощают, либо выделяют энергию, которая может иметь форму электричества. Электрохимия - это раздел химии, который занимается взаимным преобразованием химической энергии и электрической энергии. Электрохимия широко применяется в повседневной жизни. Все виды батарей, от батарейки для фонарика и калькулятора до автомобиля, используют химические реакции для выработки электричества. Электричество используется для покрытия предметов декоративными металлами, такими как золото или хром.Электрохимия играет важную роль в передаче нервных импульсов в биологических системах. За всеми электрохимическими процессами стоит окислительно-восстановительная химия, перенос электронов.

Реакция металлического цинка с ионами меди (II) называется прямым окислительно-восстановительным процессом или реакцией. Электроны, которые переносятся в реакции, переходят непосредственно от атомов Zn на поверхности полоски к ионам Cu 2+ в области раствора, непосредственно рядом с цинковой полоской. С другой стороны, электричество требует прохождения электронов через проводящую среду, такую ​​как провод, для выполнения работы.Этой работой можно было бы зажечь лампочку, включить холодильник или обогреть дом. Когда окислительно-восстановительная реакция прямая, эти электроны не могут работать. Вместо этого мы должны отделить процесс окисления от процесса восстановления и заставить электроны перемещаться из одного места в другое между ними. Это ключ к структуре электрохимической ячейки. Электрохимический элемент - это любое устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую или электрическую энергию в химическую энергию.

Электрохимическая реакция состоит из трех компонентов. Должен быть раствор, в котором могут возникнуть окислительно-восстановительные реакции. Эти реакции обычно происходят в воде, чтобы облегчить движение электронов и ионов. Для передачи электронов должен существовать проводник. Этот проводник обычно представляет собой какой-то провод, так что электроны могут перемещаться с одного места на другое. Ионы также должны иметь возможность перемещаться через солевой мостик, который облегчает миграцию ионов.

Сводка
  • Электрохимия определена.
  • Дано описание электрохимической ячейки.
  • Перечислены компоненты электрохимической реакции.
Практика

Вопросы

Ознакомьтесь с материалом по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect25/lect25.htm

  1. В какой системе происходят спонтанные реакции?
  2. В каком типе системы происходят непредвиденные реакции?
  3. Что есть потенциал?
  4. Как измеряется потенциал?
Обзор

Вопросы

  1. Что такое электрохимическая реакция?
  2. Какой тип химической реакции происходит?
  3. Что должно двигаться в электрохимической реакции?
  • электрохимический элемент: Любое устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую или электрическую энергию в химическую энергию.
  • электрохимия: Раздел химии, посвященный взаимному преобразованию химической энергии и электрической энергии.
  • Опишите устройство и функцию гальванического элемента.

Что заставило дергаться?

Луиджи Гальвани (1737-1798) был итальянским врачом и ученым, который проводил исследования нервной проводимости у животных. Его случайное наблюдение подергивания лягушачьих лапок при контакте с железным скальпелем, когда ноги висели на медных крючках, привело к исследованиям электропроводности в мышцах и нервах.Он считал, что ткани животных содержат «животное электричество», подобное естественному электричеству, которое вызывает образование молнии.

Гальванические элементы

Гальванический элемент - это электрохимический элемент, в котором для выработки электроэнергии используется спонтанная окислительно-восстановительная реакция.

Рисунок 23.3

Гальванический элемент.

Гальванический элемент (см. Рисунок выше) состоит из двух отдельных отсеков. Полуэлемент - это часть гальванического элемента, в котором происходит полуреакция окисления или восстановления.Левая полуячейка представляет собой полоску металлического цинка в растворе сульфата цинка. Правая полуячейка представляет собой полоску металлической меди в растворе сульфата меди (II). Полоски металла называются электродами. Электрод - это проводник в цепи, который используется для переноса электронов к неметаллической части цепи. Неметаллическая часть схемы - это растворы электролита, в которых размещены электроды. Металлический провод соединяет два электрода. Переключатель размыкает или замыкает цепь.Между двумя полуячейками помещена пористая мембрана, замыкающая цепь.

Различные электрохимические процессы, происходящие в гальваническом элементе, происходят одновременно. Проще всего описать их в следующих шагах, используя в качестве примера вышеуказанный цинк-медный элемент.

1. Атомы цинка из цинкового электрода окисляются до ионов цинка. Это происходит потому, что содержание цинка в ряду активности выше, чем меди, и поэтому он легче окисляется.

Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом .Цинковый анод постепенно уменьшается по мере работы элемента из-за потери металлического цинка. Концентрация ионов цинка в полуячейке увеличивается. Из-за образования электронов на аноде он обозначается как отрицательный электрод.

2. Электроны, которые генерируются на цинковом аноде, проходят через внешний провод и регистрируют показания вольтметра. Они переходят к медному электроду.

3. Электроны входят в медный электрод, где они соединяются с ионами меди (II) в растворе, превращая их в металлическую медь.

Электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом . Катод постепенно увеличивается в массе из-за образования металлической меди. Концентрация ионов меди (II) в полуячейке уменьшается. Катод - положительный электрод.

4. Ионы проходят через мембрану, сохраняя электрическую нейтральность в клетке. В ячейке, показанной выше, сульфат-ионы будут перемещаться со стороны меди на сторону цинка, чтобы компенсировать уменьшение Cu 2+ и увеличение Zn 2+ .

Две половинные реакции можно снова суммировать, чтобы получить общую окислительно-восстановительную реакцию, происходящую в гальваническом элементе.

Сводка
  • Описана конструкция гальванического элемента.
  • Приведены реакции с образованием электронного потока.
Практика

Вопросы

Ознакомьтесь с материалом по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Galvanic-Cells/chemprime/CoreChem3AElectrochemical_Cells-699.html

  1. В чем разница между электролитической ячейкой и гальванической ячейкой?
  2. Где происходит реакция окисления в гальваническом элементе?
  3. Где протекает реакция восстановления?
  4. Перечислите несколько примеров гальванических элементов, имеющих коммерческое значение.
Обзор

Вопросы

  1. Что делает гальванический элемент?
  2. Почему два электрода физически разделены?
  3. Для чего нужна пористая мембрана?
  • анод: Электрод, на котором происходит окисление.
  • катод: Электрод, на котором происходит восстановление.
  • электрод: Проводник в цепи, который используется для переноса электронов к неметаллической части цепи.
  • полуэлемент: Часть гальванического элемента, в которой происходит полуреакция окисления или восстановления.
  • гальванический элемент: Электрохимический элемент, в котором для выработки электроэнергии используется спонтанная окислительно-восстановительная реакция.
  • Определите электрический потенциал.
  • Определите потенциал уменьшения.
  • Определите потенциал ячейки.

Сколько это вольт?

Вольтметр не измеряет напряжение напрямую; он измеряет электрический ток. Но не волнуйтесь - ток и напряжение могут быть напрямую связаны друг с другом. Первые измерители назывались гальванометрами, и они использовали основные законы электричества для определения напряжения. Они были тяжелыми и трудными в работе, но свою работу выполняли.Первые мультиметры были разработаны в 1920-х годах, но настоящая портативность должна была подождать, пока печатные схемы и транзисторы не заменили громоздкие провода и электронные лампы.

Электрический потенциал

Электрический потенциал - это мера способности гальванического элемента производить электрический ток. Электрический потенциал обычно измеряется в вольтах (В). Напряжение, создаваемое данным гальваническим элементом, представляет собой разность электрических потенциалов между двумя полуэлементами.Невозможно измерить электрический потенциал изолированной полуячейки. Например, если был построен только цинковый полуэлемент, полная окислительно-восстановительная реакция не могла бы произойти, и поэтому невозможно было бы измерить электрический потенциал. Только когда другая полуэлемент объединяется с цинковым полуэлементом, можно измерить электрическую разность потенциалов или напряжение.

Электрический потенциал клетки возникает в результате конкуренции за электроны. В цинко-медном гальваническом элементе именно ионы меди (II) восстанавливаются до металлической меди.Это потому, что ионы Cu 2+ имеют большее притяжение для электронов, чем ионы Zn 2+ в другой полуячейке. Вместо этого металлический цинк окисляется. Потенциал восстановления является мерой тенденции данной полуреакции протекать как восстановление в электрохимической ячейке. В данном гальваническом элементе полуэлемент, который имеет больший восстановительный потенциал, - это тот, в котором происходит восстановление. В полуячейке с более низким потенциалом восстановления произойдет окисление.Потенциал ячейки (ячейка E ) - это разность потенциалов восстановления между двумя полуячейками в электрохимической ячейке.

Сводка
  • Даны определения типа электрического потенциала.

Практика

Вопросы

Ознакомьтесь с материалом по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1920/nernst-bio.html

  1. Где родился Нернст?
  2. Какую теорию он разработал в 1889 году?
  3. Какой музыкальный инструмент он разработал, что не понравилось музыкантам?
Обзор

Вопросы

  1. Почему мы не можем измерить электрический потенциал изолированной полуячейки?
  2. О чем говорит нам потенциал сокращения?
  3. Каков потенциал клетки?
  • потенциал ячейки (E cell ): Разница в потенциале восстановления между двумя полуэлементами в электрохимической ячейке.
  • электрический потенциал: Измерение способности гальванического элемента производить электрический ток.
  • потенциал восстановления: Мера тенденции данной полуреакции протекать как восстановление в электрохимической ячейке.
  • Опишите водородный электрод.
  • Опишите, как этот электрод используется для определения восстановительных потенциалов.

Что такое стандарт?

Все мы с кем-то сравниваем себя.Могу я бежать быстрее тебя? Я выше своего отца? Это относительные сравнения, которые не дают много полезных данных. Когда мы используем стандарт для наших сравнений, каждый может сказать, как одно сравнивается с другим. Один метр - это одинаковое расстояние во всем мире, поэтому 100-метровая трасса в одной стране - это точно такое же расстояние, как и 100-метровая трасса в другой стране. Теперь у нас есть универсальная база для сравнения.

Стандартный водородный электрод

Ряд активности позволяет нам предсказать относительную химическую активность различных материалов при использовании в окислительно-восстановительных процессах.Мы также знаем, что можем создать электрический ток с помощью комбинации химических процессов. Но как предсказать ожидаемое количество тока, которое будет проходить через систему? Мы измеряем этот поток как напряжение (электродвижущую силу или разность потенциалов).

Для этого нам нужен способ сравнения степени электронного потока в различных химических системах. Лучший способ сделать это - иметь базовый уровень, который мы используем - стандарт, по которому можно все измерить. Для определения токов и напряжений полуреакции используется стандартный водородный электрод . Рисунок ниже иллюстрирует этот электрод. Платиновый провод проводит электричество по цепи. Проволока погружается в 1,0 М раствор сильной кислоты и барботируется газ H 2 при давлении в одну атмосферу и температуре 25 ° C. Половина реакции на этом электроде равна.

Рисунок 23.4

Стандартный водородный электрод.

В этих условиях потенциал восстановления водорода определяется как точно равный нулю.Мы называем это стандартным восстановительным потенциалом.

Затем мы можем использовать эту систему для измерения потенциалов других электродов в полуячейке. Во втором полуячейке находится металл и одна из его солей (часто используется сульфат). Мы будем использовать цинк в качестве нашего примера (см. Рисунок ниже).

Рисунок 23,5

Стандартный водородный полуэлемент в паре с цинковым полуэлементом.

Наблюдая за реакцией, мы замечаем, что масса твердого цинка уменьшается в ходе реакции.Это говорит о том, что реакция, происходящая в этой половине ячейки, равна

.

Итак, в ячейке происходит следующий процесс:

, а измеренное напряжение ячейки составляет 0,76 В (сокращенно v).

Мы определяем стандартную ЭДС (электродвижущую силу) элемента как:

Мы можем сделать то же самое с медной ячейкой ( Рисунок ниже).

Рисунок 23.6

Стандартный водородный полуэлемент в паре с медным полуэлементом.

По мере того, как мы запускаем реакцию, мы видим, что масса меди увеличивается, поэтому запишем полуреакцию:

Это делает медный электрод катодом. Теперь у нас есть две полуреакции:

и определяем для системы 0.34 v.

снова,

Теперь мы хотим построить систему, в которой задействованы и цинк, и медь. Из ряда показателей активности мы знаем, что цинк будет окисляться и восстанавливаться медь, поэтому мы можем использовать имеющиеся значения:

Сводка
  • Описана конструкция стандартного водородного электрода.
  • Приведены примеры использования этого электрода для определения восстановительных потенциалов.
Практика

Вопросы

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

Нажмите на изображение выше, чтобы увидеть больше

http://www.youtube.com/watch?v=mrOm6xZip6k

  1. Почему катион перемещается через солевой мостик в сторону водорода?
  2. Почему цинковый полуэлемент является анодом?
  3. Как определяется стандартный потенциал?
Обзор

Вопросы

  1. Каков определенный потенциал водородного электрода?
  2. Каков химический состав этого электрода?
  3. Каковы стандартные условия для другой полуячейки?
  • стандартный водородный электрод: Стандартное измерение электродного потенциала для термодинамической шкалы окислительно-восстановительных потенциалов.
  • Выполните расчет стандартного потенциала ячейки.
  • Опишите способность материалов участвовать в окислительно-восстановительных реакциях на основе стандартных данных о потенциале клеток.

Устранение ржавчины

Под воздействием влаги сталь довольно быстро начинает ржаветь. Это создает значительную проблему для таких предметов, как гвозди, которые подвергаются воздействию атмосферы. Гвозди можно защитить, покрыв их металлическим цинком, сделав оцинкованный гвоздь.Цинк окисляется с большей вероятностью, чем железо в стали, поэтому он предотвращает развитие ржавчины на гвозде.

Расчет стандартных потенциалов ячеек

Для функционирования любой электрохимический элемент должен состоять из двух полуэлементов. Приведенная ниже таблица может использоваться для определения реакций, которые будут происходить, и стандартного потенциала клетки для любой комбинации двух полуэлементов без фактического построения клетки. Половина ячейки с более высоким потенциалом восстановления в соответствии с таблицей будет подвергаться восстановлению внутри ячейки.Половина ячейки с более низким потенциалом восстановления подвергнется окислению внутри ячейки. Если эти спецификации соблюдены, общий потенциал ячейки будет положительным значением. Потенциал клетки должен быть положительным, чтобы окислительно-восстановительная реакция клетки была спонтанной. Если бы был рассчитан отрицательный потенциал клетки, эта реакция была бы спонтанной в обратном направлении.

руб.
Стандартный восстанавливающий потенциал при 25 ° C
Половина реакции E или (V)
Ф. 2 + 2e - → 2F - +2.87
PbO 2 + 4H + + SO 4 2− + 2e - → PbSO 4 + 2H 2 O +1,70
MnO 4 - + 8H + + 5e - → Mn 2+ + 4H 2 O +1,51
Au 3+ + 3e - → Au +1,50
Класс 2 + 2e - → 2Cl - +1.36
Cr 2 O 7 2− + 14H + + 6e - → 2Cr 3+ + 7H 2 O +1,33
O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O +1.23
Br 2 + 2e - → 2Br - +1,07
НЕТ 3 - + 4H + + 3e - → NO + 2H 2 O +0.96
2Hg 2+ + 2e - → Hg 2 2+ +0,92
Hg 2+ + 2e - → Hg +0,85
Ag + + e - → Ag +0,80
Fe 3+ + e - → Fe 2+ +0,77
I 2 + 2e - → 2I - +0.53
Cu + + e - → Cu +0,52
O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - +0,40
Cu 2+ + 2e - → Cu +0,34
Sn 4+ + 2e - → Sn 2+ +0,13
2H + + 2e - → H 2 0.00
Pb 2+ + 2e - → Pb -0,13
Sn 2+ + 2e - → Sn -0,14
Ni 2+ + 2e - → Ni -0,25
Co 2+ + 2e - → Co -0,28
PbSO 4 + 2e - → Pb + SO 4 2− -0,31
Cd 2+ + 2e - → Cd −0.40
Fe 2+ + 2e - → Fe -0,44
Cr 3+ + 3e - → Cr -0,74
Zn 2+ + 2e - → Zn -0,76
2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH - -0,83
Mn 2+ + 2e - → Mn -1,18
Al 3+ + 3e - → Al -1.66
Be 2+ + 2e - → Be -1,70
Mg 2+ + 2e - → Mg -2,37
Na + + e - → Na -2,71
Ca 2+ + 2e - → Ca -2,87
Sr 2+ + 2e - → Sr -2,89
Ba 2+ + 2e - → Ba -2.90
руб. + + д. - -2,92
K + + e - → K -2,92
CS + + e - → CS -2,92
Li + + e - → Li -3,05
Пример задачи: расчет стандартных ячеек

Рассчитайте стандартный потенциал гальванического элемента, который использует реакции полуэлементов Ag / Ag + и Sn / Sn 2+ .Напишите сбалансированное уравнение для общей реакции клетки. Определите анод и катод.

Шаг 1. Составьте список известных значений и спланируйте проблему.

Известный

Неизвестно

Серебряный полуэлемент подвергнется восстановлению, потому что его стандартный восстановительный потенциал выше. Оловянный полуэлемент подвергнется окислению. Общий потенциал ячейки можно рассчитать с помощью уравнения.

Шаг 2: Решить.

Перед сложением двух реакций количество электронов, потерянных при окислении, должно равняться количеству электронов, полученных при восстановлении. Реакция серебряных полуэлементов должна быть умножена на два. После этого и добавления к реакции оловянных полуэлементов получается общее уравнение.

Рассчитан потенциал ячейки.

Шаг 3. Подумайте о своем результате.

Стандартный потенциал клетки положительный, поэтому реакция спонтанная, как написано.Олово окисляется на аноде, а ион серебра восстанавливается на катоде. Обратите внимание, что напряжение для восстановления ионов серебра не удваивается, даже несмотря на то, что половину реакции восстановления пришлось удвоить, чтобы сбалансировать общее окислительно-восстановительное уравнение.

Окислители и восстановители

Вещество, которое очень легко восстанавливается, является сильным окислителем. И наоборот, вещество, которое очень легко окисляется, является сильным восстановителем. Согласно стандартной таблице потенциалов клеток фтор (F 2 ) является сильнейшим окислителем.Он окислит любое вещество, указанное ниже в таблице. Например, фтор будет окислять металлическое золото в соответствии со следующей реакцией.

Металлический литий (Li) - сильнейший восстановитель. Он способен уменьшить количество любых веществ, перечисленных выше в таблице. Например, литий будет восстанавливать воду в соответствии с этой реакцией.

Использование приведенной выше таблицы позволит вам предсказать, возникнут реакции или нет. Например, металлический никель способен восстанавливать ионы меди (II), но не способен восстанавливать ионы цинка.Это связано с тем, что содержание никеля (Ni) ниже Cu 2+ , но выше Zn 2+ в таблице.

Сводка
  • Описаны стандартные расчеты потенциала ячейки.
  • Даны рекомендации по прогнозированию возможностей реакции с использованием стандартных клеточных потенциалов.
Практика

Прочтите материал по ссылке ниже и ответьте на вопросы в конце:

http://chemwiki.ucdavis.edu/Analytical_Chemistry/Electrochemistry/Voltaic_Cells/The_Cell_Potential#Problems

Обзор

Вопросы

  1. Какому типу реакции подвергнется полуэлемент с более высоким потенциалом восстановления?
  2. Каким должен быть общий потенциал клетки, чтобы реакция была спонтанной?
  3. Является ли Zn 2+ более сильным или более слабым восстановителем, чем Mg 2+ ?
  • Опишите устройство сухой камеры.
  • Запишите реакции для обычного сухого элемента и сухого щелочного элемента.
  • Опишите конструкцию свинцовой аккумуляторной батареи.
  • Записать реакции для светодиодной аккумуляторной батареи.

Ой, больно

Алессандро Вольта разработал первый «гальванический элемент» в 1800 году (на фото выше). Эта батарея состояла из чередующихся дисков из цинка и серебра с кусочками картона, пропитанными рассолом, разделяющими диски. Поскольку в то время не было вольтметров (и понятия не было, что электрический ток был вызван потоком электронов), Вольте пришлось полагаться на другой показатель прочности батареи: количество произведенного удара (никогда не рекомендуется проверять что-либо на себе. ).Он обнаружил, что интенсивность удара возрастает с увеличением количества металлических пластин в системе. Приборы с двадцатью пластинами вызвали довольно болезненный шок. Хорошо, что у нас сегодня есть вольтметры для измерения электрического тока, а не метод «ткните пальцем и скажите, что вы чувствуете».

Аккумуляторы

Два варианта основного гальванического элемента - это сухой элемент и свинцовая аккумуляторная батарея.

Сухие камеры

Многие обычные батареи, такие как те, которые используются в фонариках или пультах дистанционного управления, представляют собой сухие гальванические элементы.Эти батареи называются сухими элементами, потому что электролит представляет собой пасту. Они относительно недороги, но служат недолго и не подлежат перезарядке.

Рисунок 23.7

Сухой цинк-углеродный элемент.

В сухом цинково-углеродном элементе анодом является цинковый контейнер, а катодом - углеродный стержень, проходящий через центр элемента. Паста состоит из оксида марганца (IV) (MnO 2 ), хлорида аммония (NH 4 Cl) и хлорида цинка (ZnCl 2 ) в воде.Полураакции для этого сухого элемента:

Анод (окисление):

Катод (восстановление):

Паста предотвращает свободное перемешивание содержимого сухой ячейки, поэтому солевой мостик не требуется. Углеродный стержень является только проводником и не подвергается восстановлению. Напряжение, создаваемое свежим сухим элементом, составляет 1,5 В, но уменьшается во время использования.

Щелочная батарея представляет собой разновидность угольно-цинковой батареи. Щелочная батарея не имеет углеродного стержня и использует пасту из металлического цинка и гидроксида калия вместо твердого металлического анода.Катодная полуреакция такая же, но анодная полуреакция отличается.

Анод (окисление):

Преимущества щелочной батареи в том, что она имеет более длительный срок хранения и не снижается напряжение во время использования.

Свинцовые аккумуляторы

Батарея представляет собой группу электрохимических ячеек, объединенных вместе в качестве источника постоянного электрического тока при постоянном напряжении. Сухие элементы не являются настоящими батареями, поскольку они состоят только из одного элемента.Свинцовая аккумуляторная батарея обычно используется в качестве источника энергии в автомобилях и других транспортных средствах. Он состоит из шести соединенных вместе идентичных ячеек, каждая из которых имеет свинцовый анод и катод из оксида свинца (IV) (PbO 2 ), установленных на металлической пластине.

Рисунок 23,8

Свинцовые аккумуляторные батареи, используемые в автомобилях, состоят из шести идентичных электрохимических ячеек и являются перезаряжаемыми.

Катод и анод погружены в водный раствор серной кислоты, которая действует как электролит.Клеточные реакции:

Каждая ячейка свинцовой аккумуляторной батареи вырабатывает 2 В, так что всего 12 В вырабатывается всей батареей. Он используется для запуска автомобиля или питания других электрических систем.

В отличие от сухих элементов свинцовая аккумуляторная батарея является перезаряжаемой. Обратите внимание, что прямая окислительно-восстановительная реакция генерирует твердый сульфат свинца (II), который медленно накапливается на пластинах. Дополнительно снижается концентрация серной кислоты. Когда автомобиль работает нормально, его генератор подзаряжает аккумулятор, заставляя вышеуказанные реакции протекать в противоположном или несамопроизвольном направлении.

Эта реакция восстанавливает свинец, оксид свинца (IV) и серную кислоту, необходимые для правильного функционирования батареи. Теоретически свинцовый аккумулятор должен работать вечно. На практике перезарядка не является 100% эффективной, потому что часть сульфата свинца (II) падает с электродов и собирается на дне ячеек.

Сводка
  • Приведены конструкции сухого элемента и батареи.
  • Описаны химические реакции обоих типов.
Практика

Вопросы

Ознакомьтесь с материалом по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http://www.fueleconomy.gov/feg/fuelcell.shtml

также щелкните ссылку на батарею топливных элементов, выделенную на странице.

  1. Где водород попадает в топливный элемент?
  2. Как производятся электроны?
  3. Куда уходят электроны?
  4. Что является продуктом реакции топливного элемента?
Обзор

Вопросы

  1. Какой цели служит угольный стержень в сухом элементе?
  2. Откуда щелочная батарея получила свое название?
  3. Почему зарядка автомобильного аккумулятора неэффективна на 100%?
  • аккумулятор: Группа электрохимических элементов, объединенных вместе как источник постоянного электрического тока с постоянным напряжением.
  • Определить электролиз.
  • Опишите действие и функцию электролитической ячейки.

У нас уже есть тепло?

В 1989 году двое ученых заявили, что они достигли «холодного синтеза», процесса соединения элементов друг с другом при комнатной температуре для получения энергии. Гипотеза заключалась в том, что синтез произведет больше энергии, чем требуется для того, чтобы этот процесс произошел. Их процесс включал электролиз тяжелой воды (молекулы воды, содержащие некоторое количество дейтерия вместо обычного водорода) на палладиевом электроде.Эти эксперименты не могли быть воспроизведены, а их научная репутация была подорвана. Однако в последние годы как промышленные, так и государственные исследователи по-новому взглянули на этот процесс. Изображенное выше устройство является частью государственного проекта, и НАСА также завершает некоторые исследования по этой теме. В конце концов, холодный синтез может быть не таким «холодным».

Ячейки электролитические

Гальванический элемент использует спонтанную окислительно-восстановительную реакцию для генерации электрического тока.Также можно поступить наоборот. Когда к электрохимической ячейке подается внешний источник постоянного тока, может протекать реакция, которая обычно не является спонтанной. Электролиз - это процесс, в котором электрическая энергия используется для того, чтобы вызвать неспонтанную химическую реакцию. Электролиз отвечает за внешний вид многих повседневных предметов, таких как позолоченные или посеребренные украшения и хромированные автомобильные бамперы.

Электролитическая ячейка - это устройство, используемое для проведения реакции электролиза.В электролитической ячейке электрический ток применяется для обеспечения источника электронов для запуска реакции в неспонтанном направлении. В гальванической ячейке реакция идет в направлении спонтанного высвобождения электронов. В электролитической ячейке поступление электронов от внешнего источника заставляет реакцию идти в противоположном направлении.

Рисунок 23.9

Ячейка Zn / Cu.

Спонтанное направление реакции между Zn и Cu - это окисление металлического Zn до ионов Zn 2+ , в то время как ионы Cu 2+ восстанавливаются до металлической Cu.Это делает цинковый электрод анодом, а медный электрод катодом. Когда те же полуэлементы подключаются к батарее через внешний провод, реакция происходит в противоположном направлении. Цинковый электрод теперь является катодом, а медный электрод - анодом.

Стандартный потенциал клетки отрицательный, что указывает на неспонтанную реакцию. Батарея должна быть способна выдавать не менее 1,10 В постоянного тока, чтобы реакция могла произойти. Еще одно различие между гальванической ячейкой и электролитической ячейкой - это знаки электродов.В гальваническом элементе анод отрицательный, а катод положительный. В электролитической ячейке анод положительный, потому что он подключен к положительной клемме батареи. Следовательно, катод отрицательный. Электроны все еще проходят через ячейку от анода к катоду.

Сводка
  • Описывается функция электролитической ячейки.
  • Приведены реакции, иллюстрирующие электролиз.
Практика

Вопросы

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

Нажмите на изображение выше, чтобы увидеть больше

http: // www.youtube.com/watch?v=y4yYF8gSHdA

  1. Что было источником электричества?
  2. Для чего использовалась сталь, прикрепленная к электроду?
  3. Что помогает проводить электрический ток?
Обзор

Вопросы

  1. Какими будут продукты спонтанной реакции между Zn / Zn 2+ и Cu / Cu 2+ ?
  2. Откуда мы знаем, что реакция образования Cu 2+ не является спонтанной?
  3. Каким будет напряжение для реакции, в которой металлический Zn образует Zn 2+ ?
  • электролиз: Процесс, в котором электрическая энергия используется для возникновения несамопроизвольной химической реакции.
  • электролитическая ячейка: Аппарат, используемый для проведения реакции электролиза.
  • Опишите экспериментальную установку для электролиза воды.
  • Напишите уравнения реакций, участвующих в процессе.

Больше энергии от солнца?

Поскольку ископаемое топливо становится все более дорогим и менее доступным, ученые ищут другие источники энергии. Водород долгое время считался идеальным источником, поскольку он не загрязняет окружающую среду при горении.Проблема заключалась в поиске способов экономичного производства водорода. Один из новых подходов, который изучается, - это фотоэлектролиз - производство электричества с использованием фотоэлектрических элементов для расщепления молекул воды. Этот метод все еще находится на стадии исследования, но, похоже, в будущем он станет очень многообещающим источником энергии.

Электролиз воды

При электролизе воды образуются водород и кислород. Электролитическая ячейка состоит из пары платиновых электродов, погруженных в воду, в которую было добавлено небольшое количество электролита, такого как H 2 SO 4 .0 _ {\ text {cell}} = - 2.06 \ text {V} [/ latex]

Чтобы получить полную реакцию, полуреакцию восстановления умножали на два, чтобы уравнять электроны. Ионы водорода и гидроксид-ионы, образующиеся в каждой реакции, объединяются с образованием воды. H 2 SO 4 не расходуется в реакции.

Рисунок 23.10

Аппарат для производства газообразного водорода и кислорода электролизом воды.

Сводка
  • Описан электролиз воды.
Практика

Вопросы

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

Нажмите на изображение выше, чтобы увидеть больше

www.youtube.com/watch?v=HQ9Fhd7P_HA

  1. Какие электроды?
  2. Что такое источник питания?
  3. Что добавляется в воду для облегчения подачи электричества?
  4. В какой пробирке содержится водород?
Обзор

Вопросы

  1. Какие электроды используются в реакции?
  2. Почему используется серная кислота?
  3. На каком электроде появляется кислород?
  • Запишите реакции электролиза расплавленного NaCl в ячейке Дауна.
  • Напишите реакции электролиза водного хлорида натрия.

Большой счет за электричество

Производство NaOH - важный производственный процесс. Используются три различных метода, каждый из которых предполагает использование электричества. При расчете цены на гидроксид натрия, которую компания должна взимать для получения прибыли, необходимо учитывать стоимость электроэнергии. Для производства метрической тонны NaOH требуется 3300-5000 кВтч (киловатт-часов).Сравните это с мощностью, необходимой для содержания среднего дома. Таким же количеством электричества можно было обеспечить дом в течение 6-10 месяцев.

Электролиз расплавленного хлорида натрия

Расплавленный (жидкий) хлорид натрия может быть подвергнут электролизу для получения металлического натрия и газообразного хлора. Электролитическая ячейка, используемая в процессе, называется ячейкой Дауна (см. Рисунок ниже).

Рисунок 23.11

Ячейка Дауна используется для электролиза расплавленного хлорида натрия.

В ячейке Дауна жидкие ионы натрия восстанавливаются на катоде до жидкого металлического натрия. На аноде жидкие хлорид-ионы окисляются до газообразного хлора. Реакции и потенциалы клеток показаны ниже:

Для проведения этого электролиза батарея должна подавать более 4 вольт. Эта реакция является основным источником образования газообразного хлора и единственным способом получения чистого металлического натрия. Газообразный хлор широко используется при очистке, дезинфекции и в плавательных бассейнах.

Электролиз водного хлорида натрия

Логично предположить, что электролиз водного раствора хлорида натрия, называемого солевым раствором , даст тот же результат посредством тех же реакций, что и процесс в расплавленном NaCl. Однако реакция восстановления, которая происходит на катоде, не дает металлического натрия, потому что вместо этого восстанавливается вода. Это связано с тем, что потенциал восстановления для воды составляет всего -0,83 В по сравнению с -2,71 В для восстановления ионов натрия.Это делает уменьшение количества воды предпочтительным, поскольку его восстановительный потенциал менее отрицательный. Газообразный хлор по-прежнему образуется на аноде, как и при электролизе расплавленного NaCl.

Поскольку гидроксид-ионы также являются продуктом чистой реакции, важный химический гидроксид натрия (NaOH) получается в результате испарения водного раствора в конце гидролиза.

Сводка
  • Описаны реакции электролиза расплавленного NaCl.
  • Описаны реакции электролиза рассола.
Практика

Вопросы

Ознакомьтесь с материалом по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

http://www.citycollegiate.com/sblock1.htm

  1. Как удаляется натрий из клетки?
  2. Почему в систему добавлен CaCl 2 ?
  3. Почему металлический кальций не загрязняет производство натрия?
Обзор

Вопросы

  1. Какие продукты электролиза расплава NaCl?
  2. Какие продукты электролиза водного NaCl?
  3. Какой ион-наблюдатель не показан в общем уравнении электролиза водного NaCl?
  • рассол: Водный раствор хлорида натрия.
  • Ячейка Дауна: Аппарат, используемый для промышленного производства металлического натрия и газообразного хлора.
  • Определите гальваническое покрытие.
  • Напишите типичную реакцию гальваники.

Кто-нибудь знает, где мы находимся?

Астролябия (изображенная выше в разобранном виде) была устройством, используемым для изучения движения планет и проведения съемок. Большинство астролябий были сделаны из латуни, но эта покрыта золотом, которое стирается.Персидские мистики также использовали астролябию для наблюдения за звездами и составления астрологических предсказаний.

Гальваника

Многие декоративные предметы, например ювелирные изделия, изготавливаются с помощью электролитического процесса. Гальваника - это процесс, при котором ион металла восстанавливается в электролитической ячейке, а твердый металл осаждается на поверхность. Рисунок ниже показывает ячейку, в которой металлическая медь должна быть нанесена на второй металл.

Рисунок 23.12

Гальваника второго металла медью.

Ячейка состоит из раствора сульфата меди и полоски меди, которая действует как анод. Металл (Me) - это катод. Анод соединен с положительным электродом батареи, а металл - с отрицательным электродом.

Когда цепь замкнута, металлическая медь с анода окисляется, позволяя ионам меди проникать в раствор.

Между тем ионы меди из раствора восстанавливаются до металлической меди на поверхности катода (второй металл):

Концентрация ионов меди в растворе практически постоянна.Это связано с тем, что в процессе гальваники металл переносится с анода на катод ячейки. Другие металлы, обычно наносимые на предметы, включают хром, золото, серебро и платину.

Сводка
  • Описан процесс нанесения гальванических покрытий.
Практика

Вопросы

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

Нажмите на изображение выше, чтобы увидеть больше

http: // www.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *